DE102021125057A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen und Steuern eines Prozesses - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen und Steuern eines Prozesses, wobei mindestens eine Regel- und Steuerungseinheit und mindestens ein hiermit verbundener erster BV-Sensor vorgesehen ist und während des Prozesses mindestens eine Zustandsänderung von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand erfolgt oder erfolgen kann, umfassend die Schritte- erfassen des ersten Zustands mit dem mindestens einen ersten BV-Sensor,- optionale Erfassung eines zweiten Zustands, wobei der zweite Zustand von dem ersten BV-Sensor und/oder von mindestens einem weiteren BV-Sensor erfassbar ist, wobei- mindestens eine von den Prozessgegebenheiten bestimmte minimale Zeitdauer gespeichert ist, die nötig ist, damit der Prozess von dem ersten Zustand zu dem zweiten Zustand gelangt, wobei mindesten einer der BV-Sensoren während des Prozesses in zwei Schaltmodi betrieben werden, einem Aktivmodus (AM) oder einem Wartemodus (WM), wobei die Wartedauer des Wartemodus ein definierter Anteil der minimalen Zeitdauer ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
• Stand der Technik und insbesondere in Produktionsprozessen sind Näherungssensoren oder Füllstandsensoren zum Erfassen von Elementen oder Materialien verbunden mit einer zentralen oder dezentralen Steuer- und Regelung oder reinen Warn- und Hinweisfunktion weitverbreitet.
• Eine solche Anordnung ist bereits aus der EP 3 521 131 A1 bekannt, welche weiterhin vorschlägt, dass mittels der Regelungselektronik die für das Erfassen von Metallteilen nicht benötigte Bauteile abzuschalten. Auf diesem Wege soll Energie einspart werden, Bauteile geschont beziehungsweise deren Lebenszeit auf diese Weise verlängert und Störeinflüsse für die Messung verringert werden.
• Weiterhin schlägt die DE 10117384A1 eine Sensorvorrichtung und ein Erfassungsverfahren vor, bei dem die Sensorvorrichtung nur so lange in Betrieb ist, wie es für die primäre Signalgewinnung notwendig ist, und wobei die Sensoreinheit abgeschaltet wird, noch während die Auswerteeinheit die Auswertung der Signale vornimmt, um Leistungs- und damit Energieersparnisse zu erreichen.
• Schließlich ist aus der DE 10 2014 117 446 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, bei dem der Messumformer Kenntnisse über zumindest einen Betriebsparameter des Sensors und einer dem Betriebsparameter zugeordneten Leistungsaufnahme hat. Es wird vorgeschlagen, dass der Messumformer den Betriebsparameter je nach ihm zur Verfügung stehenden Energie so anpasst, dass der gesamte Energieverbrauch der Messstelle unter einem maximalen Wert liegt.
• Mit Blick auf die Komplexität, Sicherheitsanforderungen und Variantenvielfalt besteht weitergehender Bedarf, den Energieverbrauch weitergehend zu verringern.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit Blick auf den Energieverbrauch ein ökonomischeres Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Erfassen und Steuern eines Prozesses vorzuschlagen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach den Merkmalen des Anspruches 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen, zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
• Danach wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Erfassen und Steuern eines Prozesses, wobei mindestens eine Regel- und Steuerungseinheit vorgesehen ist und während des Prozesses mindestens eine Zustandsänderung von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand erfolgt oder erfolgen kann, umfassend
• - mindestens einen ersten bivalenten Sensor (BV-Sensor),
• - erfassen des ersten Zustands mit dem mindestens einen ersten BV-Sensor,
• - optionale Erfassung eines zweiten Zustands, wobei der zweite Zustand von dem ersten bivalenten Sensor (BV-Sensor) und/oder von mindestens einem weiteren BV-Sensor erfassbar ist. Hierbei ist mindestens eine von den Prozessgegebenheiten bestimmte minimale Zeitdauer gespeichert, die nötig ist, um von dem ersten Zustand zu dem zweiten Zustand zu gelangen, wobei mindesten einer der BV-Sensoren während des Prozesses in zwei Schaltmodi betrieben wird, nämlich einem Aktivmodus oder einem Wartemodus, wobei die Wartedauer des Wartemodus ein definierter Anteil der minimalen Zeitdauer ist.
• Hierbei meint „bivalenter Sensor“ (BV-Sensor) eine Erfassungsvorrichtung, die nur zwei Zustände erfassen und anzeigen kann, wie an/aus, anwesend/nicht-anwesend, Grenzwert erreicht/nicht-erreicht, usw.. Solche bivalente Sensoren oder Erfassungsvorrichtungen sind beispielsweise Lichtschranken, induktive Näherungsschalten, Endschalter, Kontaktschalter usw..
• Weiterhin ist in diesem Kontext unter „minimale Zeitdauer“ diejenige Zeitdauer zwischen zwei möglichen Zuständen gemeint, die unter den gegebenen physikalischen, geometrischen, strömungsmechanischen oder sonstigen, vorliegenden (Betriebs-)Gegebenheiten überhaut erreicht werden kann, damit der Prozess sich vom ersten Zustand zum zweiten Zustand weiterentwickelt. Hierbei ist auch das Versagen von Komponenten, wie bspw. einer Auslassklappe oder von Bremsen zu beachten, wobei durch Katastrophen bedingte Einflüsse nicht gemeint, wie zerstörende Ereignisse der Gesamtanlage oder des Prozesses, Explosionen, Einstürzende Bauteile etc.
• Der große Vorteil besteht darin, dass durch die Hinterlegung und steuerungs- bzw. regelungsseitig Verwendung der minimalen Zeitdauer und einer hieraus mit hinreichender Sicherheit abgeleiteten Wartedauer eines oder mehrere BV-Sensoren, eine regelmäßig Abschaltung und damit erhebliche Energiemengen eingespart werden können und weiterhin BV-Sensoren einem geringeren Verschleiß unterliegen und somit eine längere Lebenszeit aufweisen. Hierbei ist ganz allgemein die Regel- und Steuerungseinheit nicht einschränkend zu verstehen und kann eine einzige, zentrale Einheit sein, die datenleitend mit dem BV-Sensor verbunden ist, eine Untereinheit, die nur einen BV-Sensor oder eine kleine Gruppe von Sensoren oder Aktoren verwaltet oder auch eine Steuer- und Auswerteeinheit, die in oder an einem BV-Sensor integriert ist.
• Bei einer Verfahrensvarianten besteht der Wartemodus (WM) entweder
• - in einer vollständigen Abschaltung des BV-Sensors oder
• - in einer mit einer Frequenz gepulsten Ein-Aus-Schaltung. Diese Ein-Aus-Schaltung kann vorzugsweise darin bestehen, dass eine zum Aktivmodus (AM) verringerte aktive Pulsfrequenz und/oder verringerte aktive Pulsdauer vorgesehen wird. Dies entspricht denklogisch einer erhöhten inaktiven Pulsfrequenz und/oder einer verlängerten inaktiven Pulsdauer während der Wartezeit.
• Diese Verfahrensvarianten kann weiter verbessert werden, indem im Wartemodus die Pulszahl/-dauer nach einem vorgegebenen Algorithmus über die Zeit während des Wartemodus verändert wird, insbesondere in dem die aktive Pulsfrequenz zu Beginn der Wartezeit sehr niedrig oder die aktive Pulsdauer lang ist und mit fortschreitender Zeit während des Wartemodus (WM) kontinuierlich erhöht wird. Auf diese Weise wird mit dem Nahen des zweiten bzw. des nächsten Zustandes, die Abtastrate ständig erhöht, so dass die Erfassung des nächsten (Folge-)Zustandes ohne oder weitgehend ohne Totzeit erfolgen kann.
• Die Anpassung der Abtastrate, hinsichtlich Abtastdauer, Abtasthäufigkeit oder der vorgenannten Abtastcharakteristik kann vom Benutzer angepasst und konfiguriert. Idealerweis werden mittels einer übergeordneten künstlichen Intelligenz die Erfassungshistorien von mindestens einem BV-Sensor oder eines Prozessabschnitts erfasst, ausgewertet und basierend hierauf Wartemodi einem Benutzer vorgeschlagen oder automatisch eingestellt beziehungsweise angepasst.
• Eine weitere Verbesserung des Verfahrens besteht darin, dass der Arbeitsmodus eines BV-Sensor in Abhängigkeit von dem Arbeitsmodus und/oder Erfassung eines anderen BV-Sensors gesteuert wird. Dieser Fall ist insbesondere bei hintereinander angeordneten BV-Sensoren ein sinnvoller Fall, wenn beispielsweise bei einem gefüllten Silo der obere BV-Sensor ein Signal empfängt, so dass dann der untere, am Boden befindliche BV-Sensor abgeschaltet werden kann, bis der obere BV-Sensor kein Signal mehr empfängt. Eine Wartedauer könnte beispielsweise erst gestartet werden, wenn der obere, erste BV-Sensor kein Signal mehr empfängt.
• Somit besteht eine weitere Verbesserung darin, dass zugehörige Microcontroller und/oder Steuerstreckenabschnitte, wie beispielsweise Ethernet-, Feldbus-, IO-Link-oder SPE-Abschnitte, welche mit einem BV-Sensor oder einer Gruppe von BV-Sensoren datenleitend verbunden sind und steuern, ebenfalls in einen Wartemodus versetzt werden. Der Vorteil besteht darin, dass Prozessorleistungen für den direkten Datenaustausch mit dem Sensor, aber dass auch sekundäre, applikative Gegebenheiten, die nicht die Hauptfunktion darstellen, ebenfalls energie- und verschleißschonend in einen Wartemodus geschaltet werden können. Solche sekundären, applikativen Gegebenheiten sind beispielsweise die Berechnung einer Temperaturkompensation, die ein sehr träger Prozess ist, so dass sich der Energieverbrauch reduzieren lässt, indem die Frequenz dieser Berechnungen reduziert wird, wenn sich der Wert nicht oder nur langsam ändert oder ändern kann, weil beispielsweise gewisse Sensoren und Gerät während Wartemodi nicht aktiv sind.
• Bei einem weiter verbesserten Verfahren weist der Prozess mindestens einen Kontroll- und Einflussparameter auf, welcher zur Erlangung mindestens eines Zustands und/oder für mindestens eine Zustandsänderung erforderlich ist, und wobei der Schaltmodus von mindestens einem BV-Sensor in Abhängigkeit von dem mindestens einen Kontroll- und Einflussparameter verändert wird. Ein solcher Einflussparameter könnte ein antreibender Motor sein, der Stückgüter fördert. Steht dieser Motor dauerhaft und sind beispielsweise keine Nachlaufbewegungen des Stückgutes aufgrund von beispielsweise Massenträgheit oder Gefälle ohne motorischen Antrieb möglich, so können alle BV-Sensoren auf Wartemodus schalten, bis der antreibende Motor wieder aktiviert wird. Der Kontroll- und Einflussparameter könnte bei einem Silo auch ein zuförderndes Transportband sein, das abgeschaltet wird. Der obere BV-Sensor könnte in so einem Fall so lange im Wartemodus verbleiben, bis das Transportband erneut angefahren wird, weil bis dahin eine Unmöglichkeit des Auffüllens des Silos bis zum oberen Schaltpunkt vorliegt.
• Bei einer vorteilhaften Verfahrensvariante ist der mindestens eine erste BV-Sensor ein induktiver Näherungssensor oder es sind mindestens zwei BV-Sensoren induktive Näherungssensoren.
• Bei einer Verfahrensvarianten ist der Prozess im Wesentlichen definiert durch das Entleeren oder Befüllen eines Behälters mit einem fließ- und/oder rieselfähigen Material. Dabei ist der erste Zustand ein erster Füllstand des Behälters und der zweite Zustand wird durch einen zweiten Füllstand des Behälters dargestellt. Dies kann darin bestehen, dass der erste Füllstand größer ist als der zweite Füllstand, wie beispielsweise ein „voll“ oder „gefüllt“ Signal, so dass die minimale Zeitdauer durch die Entleerungszeit bei einem vollständig geöffneten Auslassventil bestimmt wird. Bei demselben Beispiel könnte der erste Zustand ein „leer“ Signal am Silo sein und die minimale Zeitdauer wird durch die Fülldauer bestimmt, bei dem maximal möglichen Volumenstrom in das Silo. Die Wartedauer des bis dahin inaktiven BV-Sensor ist idealerweise ein Anteil dieser minimalen Zeitdauer, von beispielsweise Faktor 0,3 bis 0,8. Diese Wartedauer ist sehr stark vom Prozess und den realen Bedingungen, insbesondere physikalischen Bedingungen abhängig. Insbesondere sollte hierbei die Wahrscheinlichkeit von unerwarteten Ereignissen abgeschätzt werden und welcher Grad an Sicherheit, ggf. auch an redundanter Sicherheit, erforderlich ist.
• Ein alternatives Verfahren stellt ein Transport- oder Förderprozess dar, bei welchem eine eine endliche Abmessung aufweisende Trägervorrichtung entlang einer Förderstecke in einer Transportrichtung bewegt wird, wobei der mindestens eine BV-Sensor oder die Mehrzahl von BV-Sensoren derart entlang der Förderstrecke angeordnet sind, dass die Anwesenheit oder Abwesenheit einer Trägervorrichtung erfassbar ist.
• Abhängig von der An- oder Abwesenheit der mindestens einen Trägervorrichtung sendet der BV-Sensor ein Warn- und/oder Steuersignal. Insgesamt ist es möglich, dass solche Warn- und/oder Steuersignale idealerweise an die zentrale Steuer- und Regelungseinheit geleitet und dort verarbeitet werden. In Sonderfällen kann aber auch bedarfsweise nur lokal eine Verarbeitung und/oder Weiterleitung der Signale und Daten erfolgen, beispielsweise zwischen zwei Sensoren oder einer Gruppe von Sensoren, die durch eine Prozesslogik und -abhängigkeiten miteinander verbunden sind. Dies könnte beispielsweise ein Abschnitt einer Förderschrecke sein, entlang welcher alle BV-Sensoren hintereinander angeordnet sind, so dass der Schaltmodus eines BV-Sensors Rückschlüsse auf sinnvolle oder nötige Schaltmodi mindestens eines weiteren BV-Sensors erlaubt.
• Bei einer Variante dieses Verfahrens ist die Trägervorrichtung von einem oder mehreren umlaufenden und/oder endlos angetriebenen Transportmitteln getragen und/oder wird von diesen bewegt. Die können beispielsweise motorisch angetriebene Rollenbahnen oder Transportbänder sein. Bei weiteren Ausführungsvarianten ist das Transportmittel eine elektromagnetische Förderstrecke, mittels welcher die Trägervorrichtung bewegbar ist.
• Weiterhin ist von der Erfindung eine Vorrichtung zum Fördern und/oder Bewegen von Material und/oder mindestens einem Element umfasst, die mindestens eine Regel- und Steuerungseinheit umfasst sowie mindestens einen ersten BV-Sensor, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um das Verfahren nach einem der vorherigen Verfahrensvarianten und Alternativen durchzuführen.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
• Es zeigt:
• 1 den Graphen einer Zustandsänderung über der Zeit,
• 2 den Graphen einer weiteren Zustandsänderung über der Zeit,
• 3 den Graphen für einen gepulten Wartemodus,
• 4 einen zur 3 analogen Graphen für einen weiteren Erfassungsfall,
• 5 einen weiteren zur 3 analogen Graphen für einen weiteren Erfassungsfall,
• 6 eine schematische Anordnung der Sensoren bei einem Silo und
• 7 eine schematische Anordnung der Sensoren bei einer Förderstrecke.
• In der 1 ist sehr schematisch der Verlauf 3 der Zustandsänderung (Ordinate) des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 um Erfassen und Steuern eines Prozesses über der Zeit t (Abszisse) dargestellt ist. Erfasst der erste BV-Sensor 2.1 zum Zeitpunkt t₁ den ersten Zustand Z₁, würde der Prozess im normalen Betrieb üblicherweise gemäß dem Verlauf 3 der durchgezogenen Kurve verlaufen, bis der erste BV-Sensor 2.1 zum Zeitpunkt t₄ den zweiten Zustand Z₂ erfasst, der beispielsweise darin besteht, dass der zweite Zustand Z₂ von einem stromabwärtsbefindlichen BV-Sensor 2.2 positiv festgestellt wird. Alternativ könnte der erste BV-Sensor 2.1 kein Erfassungssignal mehr empfangen, also den zweiten Zustand Z₂ negativ feststellen.
• Aufgrund von Prozess- und Applikationskenntnissen ist zum Zeitpunkt t₁ eine minimale Zeitdauer D_min bekannt und geeignet hinterlegt. Diese minimale Zeitdauer D_min ist die unter allen möglichen Gegebenheit kürzeste Zeit für die Zustandsänderung vom ersten Zustand Z₁ zum zweiten Zustand Z₂, der dann zum Zeitpunkt t₃ bereits erreicht würde. Dies könnte, mit Blick auf das in der 4 gezeigte Beispiel den Fall betreffen, dass der maximal mögliche Volumenstrom des Silo 20 über das Auslassventil 21 vorliegt, weil dieses vollständig geöffnet oder auch zerbrochen ist. Dieser Verlauf 4 der Zustandsänderung in minimaler Zeitdauer D_min ist mit der gestrichelten Linie angedeutet. Der für die Erfassung des zweiten Zustandes Z₂ relevante Sensor 2.2 wird beispielsweis automatisch auf die Wartedauer D gestellt, die das 0,7-fache der minimalen Zeitdauer D_min beträgt, also für die Dauer vom Zeitpunkt t₁ bis t₂. Nachfolgend wird der zweite BV-Sensor 2.2 wieder in den Aktivmodus geschaltet.
• Die in 2 dargestellte Variante zeigt analog zur 1 den Verlauf 3 einer Zustandsänderung, wobei drei BV-Sensoren 2.1, 2.2 und 2.3 vorgesehen sind, die in Abhängigkeit voneinander in den Warte- oder den Aktivmodus geschaltet werden. Hierbei sei der mittlere Zustand Z_x ein unkritischer Zwischenzustand, der nur redundant erfasst und ausgewertet wird, ohne dass eine zwingende Prozesssteuerung nötig ist, wie beispielsweise eine halbe Füllung eines Behälters.
• Erfasst der BV-Sensor 2.1 den ersten Zustand Z₁, werden die BV-Sensoren 2.x und 2.2 in den Wartemodus geschaltet für die Wartedauer WD. Die minimale Zeitdauer D_min, die sich aus dem Verlauf 4.1 ergibt, ist gestrichelt dargestellt. Erfasst der mittlere BV-Sensor 2.x den Zwischenzustand Z_x, wird zum einen der zweite BV-Sensor 2.2 erneut in den Wartemodus geschaltet, denn dieser wurde zum Zeitpunkt t₃ bereits aufgehoben. Dieser neue Wartemodus WM hat eine neue, angepasste Wartedauer D_x, die erneut auf Basis der nun relevanten minimalen Zeitdauer D_x-min berechnet wurde (Verlauf 4.2). Abhängig von den Prozess- und Applikationsbedingungen wird beispielsweise der mittlere BV-Sensor 2.x dauerhaft in Wartemodus geschaltet, wenn es unmöglich ist, dass dieser etwas erfassen kann, wenn am ersten BV-Sensor 2.1 keine erneute Erfassung (Statusänderung) erfolgt ist.
• In der 3 ist der Fall einer gepulsten Wartedauer D für einen Oszillator eines nicht dargestellten induktiven Näherungsschalters dargestellt. Induktive Sensoren verbrauchen einen Großteil der Energie zum Betreiben des Oszillators mitsamt eines zugehörigen BIAS Wiederstandes. Hierbei dient der Oszillator der Erzeugung eines elektromagnetischen Erfassungswechselfeldes, wobei es bekannt ist Oszillatoren getaktet zu betreiben. Ein typisches Merkmal induktiver Sensoren ist deren hohe Schaltfrequenz von mehreren Hundert oder sogar mehreren Kilohertz (kHz). Dies ermöglicht einerseits sehr kurze Reaktionszeiten zur Erfassung von schnellen Objekten, was allerdings bei langsamen Prozessen zu langen Zeiten mit einer Null-Erfassung und unnötigen Energieverbräuchen führt.
• Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt eine dynamische Anpassung der Taktung an die applikativen, physikalischen Gegebenheiten. In dem gezeigten Beispiel ist auf Höhe a) die Abtastcharakteristik des Oszillators und damit die des BV-Sensors 2.1 dargestellt. Auf der Höhe b) ist das digitale Signal für die Anwesenheit eines Werkstücks 5 im Erfassungsbereich eines BV-Sensors 2.1 bei der jeweiligen Zeit (Abszisse) und auf der Höhe c) das vom BV-Sensor 2.1 ausgesendete Signal 6 zur jeweiligen Zeit oder Zeitdauer dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel ist es prozessseitig erforderlich, ein Werkstück mit bekannten Abmessungen, überhaupt zu erfassen und insbesondere die Kollision von zwei Werkstücken durch eine entsprechende Steuer- und Regelung/-einheit 50 zu verhindern. Somit erfolgt während der Wartedauer WD eine kontinuierliche Verkürzung der Pulsdauer und Verringerung der Frequenz, weil mit dem Fortschreiten der erfassungsfreien Zeit auch die Gefahr und Wahrscheinlichkeit einer Kollision zwischen nacheinander transportierten Werkstücken sinkt. Die Wartedauer WD könnte auch ab einem gewissen Zeitpunkt ständig im Wartemodus, bei einer sehr geringen Abtastrate, verbleiben. In dem gezeigten Beispiel der 3 ist das Werkstück zum Zeitpunkt t₁ im Erfassungsbereich des Sensor 2.1 und könnte erfasst werden. Der Sensor 2.1 befindet sich aber bereits im Wartemodus bei einer festen Abtastcharakteristik des Oszillators mit einem festen Minimum von langen Pausenzeiten (Abschaltungen) und kurzen Pulsdauern (Erfassung). Somit wird das Werkstück, das während einer Pausen-/Abschaltzeit in den Erfassungsbereich des Sensors 2.1 eingetreten ist, erst zum späteren Zeitpunkt t₂ erfasst und das Ausgangssignal 6 erst dann versendet, wodurch die Statusänderung angezeigt wird. Andere prozess- und/oder bauartbedingte Verzögerungszeiten bleiben vorliegend unbeachtet.
• Das Beispiel nach 4 zeigt einen zur 3 analogen Fall, wobei der Unterschied darin besteht, dass der Sensor 2.1 noch nicht bei der geringsten und festen Abtastrate angekommen ist. Weiterhin wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel bereits im Aktivmodus AM keine kontinuierliche Abtastcharakteristik vorgenommen, sondern das Puls-Pausenverhältnis des Oszillators und damit des Sensors 2.1, wird mit fortschreitender Zeit zu Gunsten längerer Pausenzeiten verschoben. Anders ausgedrückt, in beiden Modi (AM, WM) wird der Oszillator mit einer gewissen Taktung bzw. Taktungsscharakteristik betrieben. Weiterhin wird das positive Schaltsignal 6 der Erfassung eines Werkstückes bis zum Zeitpunkt t₄ gesendet, also auf in der Pausenphase des Aktivmodus AM, bis zum Beginn des Wartemodus WM.
• Schließlich zeigt die 5 den zeitlichen Verlauf der Taktung gemäß 4, wenn kurz hintereinander Werkstücke in den Erfassungsbereich 5 des Sensors 2.1 gelangen. Wie zum Zeitpunkt t₄ gut zu erkennen, wird bereits beim ersten Erfassungspuls im Wartemodus WM zum Zeitpunkt t₃ ein Werkstück erfasst, das Ausgangssignal 6 gesendet und zeitgleich der Status und damit auch der Modus wieder in den Aktivmodus AM gestellt. Dies kann auch darin gestehen, dass dieser erste Erfassungspuls als zu einem Aktivmodus AM gehörig umdefiniert wird. Eine solche Umdefinition ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Charakteristik und/oder die Dauer von Aktiv- und Wartemodus unterschiedlich sind.
• In einem weiteren nicht dargestellten Beispiel wird das als typisch erfasste „freibelegt-Profil“, welches aus der Erfassungshistorie des BV-Sensors stammt oder prozess- oder anwenderseitig definiert wurde, abgespeichert und die Taktung der Arbeitsmodi wird daraufhin optimiert, um Statusänderungen auf diesem Wege möglichst schnell zu erfasst und Zeiten ohne Statusänderungen mit möglichst geringem Energieverbrauch betreiben zu können.
• Der BV-Sensor verfügt beispielsweise über einen internen Speicher oder ist mit einer Speichereinheit verbunden, worin der Status „frei“ oder „belegt“ temporär hinterlegt wird. Dieser Status wird nachfolgend mit den jeweiligen Erfassungen verglichen und der jeweilige Arbeitsmodus eingestellt, wie vorstehend beschreiben für oder nach Ablauf einer Wartedauer D.
• In der 6 ist eine schematische Anordnung eines Behälters oder Silos 20 mit großem Inhalt an Flüssigkeit oder Schüttgut dargestellt. Aufgrund der großen Füllvolumens dauert sowohl das Befüllen und Entleeren mehrere Minuten. Es reicht deshalb aus, die Füllstanderfassung nach vollständiger Entleerung und geschlossenem Auslassventil 21, erstmalig nach 1,5 Minuten vorzunehmen und anschließend ggf. eine Taktung vorzusehen, wobei die Abtastrate mit fortschreitender Zeit immer höher werden kann.
• Zur Füllstandmeldung sind zwei kapazitive Endschalter 25, 26 angebracht. Ein kapazitiver Endschalter 25 zur Meldung „voll“ und ein weiterer kapazitiver Endschalter 26 zur „leer“ Meldung. Kapazitive Endschalter verbrauchen typischerweise ca. 80% des Energiebedarfs für den Betrieb des Oszillators. In diesem Anwendungsbeispiel würde jeder Endschalter 25, 26 nach dem Einschalten mit der maximalen Abtastrate und Schaltfrequenz starten.
• Wenn sich der Schaltzustand „voll“ bzw. „leer“ innerhalb beispielsweise einer Minute nicht geändert hat, wird der Zustand in einem internen Speicher der Steuer- und Regelungseinheit 50 abgelegt und der Oszillator für 0,1 sec. aus- und danach für 0,9sec. eingeschaltet. Wenn kein Statusänderung im Vergleich zum im Speicher abgelegten Schaltzustand stattgefunden hat, wird der Oszillator darauf 0,2sec. aus-und 0,8sec. eingeschaltet, usw. bis der definierten maximalen Ausschaltdauer von 0,9sec. erreicht ist. Somit wird 90% der für den Oszillator benötigter Energie und somit ca. 72% des gesamten Energiebedarfs pro Endschalter 25, 26 eingespart.
• Alternativ könnte statt einer Niveau-Überwachung mit Endschaltern 25, 26 auch eine Füllstands- oder Niveaumessung mit einem Ultraschallsensor 24 vorgenommen werden. Wie vorstehend beschrieben, könnte hierbei die Abtastrate der Endschalter 25, 26 in einem Wartemodus reduziert werden, wenn sich der Füllstand nicht ändert. Zudem könnte der Ultraschallsensor 24 abhängig von den Rahmenbedingungen in einen Wartemodus geschaltet werden, in dem keine oder eine stark verringerte Abtastrate erfolgt.
• In einem weiteren Verfahrensbeispiel der 6 ist das Silo 20 im Reinigungsprozess. Hierzu ist das untere Auslassventil 21 geöffnet, damit Reinigungsflüssigkeiten beispielsweise über Nacht in Ablaufrichtung 23 ablaufen können. Vor der Neubefüllung des Silos 20 beim Prozessstart wird das Auslassventil 21, das beispielsweise als Kugelhahn ausgebildet ist, geschlossen. Aus Sicherheitsgründen befindet sich an dem Auslassventil 21 ein induktiven Endschalter 27, mittels welchem die Ventilstellung überwacht wird und die Verschlussstellung erfassbar ist. Diese Statusinformation des induktiven Endschalters 27 wird pro Tag nur für wenige Minuten zu Beginn der Produktion benötigt. Somit kann dieser induktive Endschalter 27, abhängig von einem Signal über einen anstehenden Produktionsstart für wenige Minuten am Tag in den Arbeitsmodus gestellt werden und für den Rest des Tages im Wartemodus geschaltet sein. Dies kann beispielsweise darin bestehen, dass dieser während der Wartedauer WD beispielsweise in seiner Pulsdauer verringert wird. Je nach Sicherheitsbedarf und ggf. Wert des Siloinhaltes kann der Wartemodus eine vollständige Abschaltung bedeuten oder eine sehr geringe Abtastung alles 2 bis 5 Minuten.
• In der 7, in den Teilbildern 7a) und 7b), ist ein typischer Werkstückträger 31 oder Skid-Systeme skizziert. Dieses weist als Fördermittel 32 eine Rollenbahn auf, auf dem auf Transportelementen 31 (Skid) platzierte Karosserien 36 bewegt werden. Alternative Fördermittel 32 könnten beispielsweise Ketten- oder Plattenbandförderer sein.
• In den gezeigten Beispielen ist die Transport- und Fertigungsstrecke 30 in drei Segmente I, II, III unterteilt, die jeweils mit einem BV-Sensor überwacht werden. Hierbei ist in dem Beispiel nach 7a) der ganz linke, in Förderrichtung 10 stromaufwärts befindliche BV-Sensor eine einfache Lichtschranke 33 und die beiden zur Lichtschranke 33 stromabwärts befindlichen Sensoren sind induktive Näherungsschalter 34, 35. Die induktiven Näherungsschalter 34, 35 überwachen, ob das jeweilige Segment II, III mit einem Transportelement 31 (Skid) belegt ist.
• Die Beförderung eines Transportelements 31 mit einer Karosserie 36 vom Segment II zum nächsten Segment III dauert mehrere Sekunden. Daher ist der induktive Näherungssensor 35 im oberen Beispiel für maximal 60% dieser minimalen Zeitdauer D_min im Wartemodus WM. Die minimale Zeitdauer D_min ist hierbei die Zeit die nötig wäre, das Transportelement 31 mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit von Segment II in das Segment III zu überführen. Die Lichtschranke 33 ist in dem gezeigten Beispiel in einem gepulsten Wartemodus WM, wie vorstehend beschrieben, weil im vorlaufenden, nicht dargestellten Segment noch kein Transportelement 31 erfasst wurde. Die Steuer- und Regelungseinheit 50 ist in der 7a) in analoger Weise zur 7b) vorhanden, aber nicht dargestellt.
• In dem Prozessschritt der 7b) ist der Sensor 33 im Aktivmodus und sendet ein „belegt“ Signal an die Steuer- und Regelungseinheit 50. Der nachfolgende, induktive Näherungssensor 34 befindet sich zu Beginn des Wartemodus, weil stromabwärtsbefindliche Transportelement 31 die Sektion II soeben verlassen hat, also der Sensor 34 eine neues „nicht-belegt“ Signal gesendet hat, parallel mit dem Statuswechsel des Sensors 33 im Segment I, der ein neues „belegt“ Signal gesendet hat.
• Es ist für den Fachmann unmittelbar ersichtlich, dass vorliegend einige wenige Beispiele erläutert wurden, aber abhängig von der jeweiligen Anwendung und Gegebenheiten und/oder Störeinflüssen, eine Vielzahl von Verfahrensvarianten denkbar sind. Allen gemeinsam ist, dass eine möglichst lange Abschaltung der BV-Sensoren vorgenommen werden soll, indem harte Rahmenbedingungen und die Unmöglichkeit von Ereignissen erfasst und bei der Wahl des jeweiligen Arbeitsmodus der Sensoren beachtet werden.
• Bezugszeichenliste

1

Verfahren

2

BV-Sensor, auch 2.1, 2.2, 2.x

3

Verlauf der Zustandsänderung, normal

4

Verlauf der Zustandsänderung, minimal, auch 4.1, 4.2

5

Anwesenheit im Erfassungsbereich

6

Erfassungs- oder Ausgangssignal

10

Transportrichtung

20

Silo, Tank

21

Auslassventil

22

Zulauf

23

Ablauf

24

Ultraschallsensor

25

Kapazitiver Endschalter (oberen)

26

Kapazitiver Endschalter (unten)

27

induktiven Endschalter

30

Transport- und Fertigungsstrecke

31

Transportelement, auch Skid

32

Fördermittel

33

Lichtschranke

34

Näherungsschalter, induktiv

35

Näherungsschalter, induktiv

36

Karosserie, Werkstück

50

Regelungs- und Steuerungseinheit

AM

Aktivmodus

D

Wartedauer

Dmin

Zeitdauer, minimale

I, II, III

Sektionen

t

Zeit/-punkt, auch t₁ ... t_x

WM

Wartemodus

Z

Zustand, auch Z₁, Z₂, Z_x

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 3521131 A1 [0003]
• DE 10117384 A1 [0004]
• DE 102014117446 A1 [0005]

Claims (10)

1. Verfahren zum Erfassen und Steuern eines Prozesses, wobei mindestens eine Regel- und Steuerungseinheit (50) vorgesehen ist und während des Prozesses mindestens eine Zustandsänderung von einem ersten Zustand (Z₁) zu einem zweiten Zustand (Z₂) erfolgt oder erfolgen kann, umfassend - mindestens einen ersten BV-Sensor (2.1), - erfassen des ersten Zustands (Z₁) mit dem mindestens einen ersten BV-Sensor (2.1), - optionale Erfassung eines zweiten Zustands (Z₂), wobei der zweite Zustand (Z₂) von dem ersten BV-Sensor (2.1) und/oder von mindestens einem weiteren BV-Sensor (2.2) erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass - mindestens eine von den Prozessgegebenheiten bestimmte minimale Zeitdauer (D_min) gespeichert ist, die nötig ist, um von dem ersten Zustand (Z₁) zu dem zweiten Zustand (Z₂) zu gelangen, wobei mindestens einer der BV-Sensoren (2.1, 2.2) während des Prozesses in zwei Schaltmodi betrieben wird, - einem Aktivmodus (AM) oder - einem Wartemodus (WM), wobei die Wartedauer (D) des Wartemodus (WM) ein definierter Anteil der minimalen Zeitdauer (D_min) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wartemodus (WM) entweder - in einer vollständigen Abschaltung des BV-Sensors (2.1, 2.2) besteht oder - in einer mit einer Frequenz gepulsten Schaltung, insbesondere eine zum Aktivmodus (AM) verringerten aktiven Pulsfrequenz und/oder aktiven Pulsdauer.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Wartemodus (WM) die Pulszahl/-dauer nach einem vorgegebenen Algorithmus über die Zeit während des Wartemodus (WM) verändert wird, insbesondere dass die aktive Pulsfrequenz/-dauer über die Zeit während des Wartemodus (WM) erhöht wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltmodus eines BV-Sensor (2.2) in Abhängigkeit von dem Schaltmodus und/oder Erfassung eines anderen BV-Sensors (2.1) gesteuert wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozess mindestens einen Kontroll- und Einflussparameter aufweist, welcher zur Erlangung mindestens eines Zustands und/oder für mindestens eine Zustandsänderung erforderlich ist, und wobei der Schaltmodus von mindestens einem BV-Sensor (2.1, 2.2) in Abhängigkeit von dem mindestens einen Kontroll- und Einflussparameter verändert wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste BV-Sensor (2.1) ein induktiver Näherungssensor ist, insbesondere mindestens zwei BV-Sensoren (2.1, 2.2) induktive Näherungssensoren sind.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozess das Entleeren oder Befüllen eines Behälters (10) mit einem fließ- und/oder rieselfähigen Material (11) ist, und wobei der erste Zustand (2.1) einen ersten Füllstand des Behälters (10) darstellt und der zweite Zustand (2.2) einen zweiten Füllstand des Behälters (10) darstellt.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozess ein Transport- oder Förderprozess ist, bei welchem eine Trägervorrichtung (20) endliche Abmessung aufweist und entlang einer Förderstecke in eine Transportrichtung bewegt wird, wobei der mindestens eine BV-Sensoren (2.1) entlang der Förderstrecke angeordnet ist und abhängig von der An- oder Abwesenheit der mindestens einen Trägervorrichtung (20) ein Warn- und/oder Steuersignal sendet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägervorrichtung (20) von einem oder mehreren umlaufenden und/oder endlos angetriebenen Transportmitteln (21) getragen und bewegt wird.
10. Vorrichtung zum Fördern und/oder Bewegen von Material und/oder mindestens einem Element, umfassend mindestens eine Regel- und Steuerungseinheit (50), mindestens einen ersten BV-Sensor (2.1), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, um das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche durchzuführen.

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