DE102023106317A1 - Field device with a first sensor and a second sensor - Google Patents
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Abstract
Feldgerät eingerichtet zur Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld, mit einem ersten Sensor zur Füllstanderfassung und einem zweiten Sensor zur Vibrations- oder Beschleunigungserfassung des Behälters. Eine Steuereinheit berechnet aus der erfassten Vibration/Beschleunigung den Füllstand des Mediums, oder eine Dichte/Masse des Mediums aus dem erfassten Füllstand, Grenzstand oder Druck und der erfassten Vibration/Beschleunigung.Field device set up for process automation in industrial or private environments, with a first sensor for level detection and a second sensor for vibration or acceleration detection of the container. A control unit calculates the level of the medium from the detected vibration/acceleration, or a density/mass of the medium from the detected level, limit level or pressure and the detected vibration/acceleration.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung betrifft Feldgeräte für die Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Feldgerät mit einem ersten Sensor und einem zweiten Sensor, ein Verfahren zum Berechnen eines Füllstands eines Mediums, einer Dichte des Mediums oder einer Masse des Mediums, ein Programmelement und ein computerlesbares Medium.The invention relates to field devices for process automation in industrial or private environments. In particular, the invention relates to a field device with a first sensor and a second sensor, a method for calculating a fill level of a medium, a density of the medium or a mass of the medium, a program element and a computer-readable medium.
Hintergrundbackground
In der Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld werden Feldgeräte eingesetzt, die beispielsweise die Füllstände von Behältern überwachen. Neben Füllstandradarmessgeräten, wie beispielsweise freistrahlenden Radarsensoren oder Füllstandsensoren, kommen auch Grenzstandsensoren, beispielsweise in Form von Schwingstäben, Stimmgabeln, kapazitiv messende oder konduktiv messende Sensoren, aber auch Sensoren, die geführte Wellen zur Messung verwenden, oder Drucksensoren zum Einsatz.In process automation in industrial or private environments, field devices are used to monitor the fill levels of containers, for example. In addition to level radar measuring devices, such as free-radiating radar sensors or level sensors, limit level sensors are also used, for example in the form of vibrating rods, tuning forks, capacitive or conductive sensors, but also sensors that use guided waves for measurement or pressure sensors.
Hierbei können Anhaftungen am Sensor oder am Behälter zu Verfälschungen der Messergebnisse führen. Insbesondere bei autarken Sensoren, die nicht über eine externe Energieversorgung verfügen, sollte der Energiebedarf möglichst gering sein, um eine lange Lebensdauer zu erzielen.In this case, adhesions to the sensor or the container can lead to falsified measurement results. Especially for self-sufficient sensors that do not have an external power supply, the energy requirement should be as low as possible in order to achieve a long service life.
ZusammenfassungSummary
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Feldgerät zur Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld bereitzustellen, welches genaue Messungen bereitstellt und sich durch einen möglichst geringen Energieverbrauch auszeichnet. Auch kann beispielsweise eine genauere Messung erfolgen und/oder mehr Information zu einem Messwert geliefert werden.It is an object of the present invention to provide a field device for process automation in industrial or private environments, which provides precise measurements and is characterized by the lowest possible energy consumption. For example, a more precise measurement can also be carried out and/or more information can be provided about a measured value.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen.This object is achieved by the features of the independent patent claims. Further developments of the invention emerge from the subclaims and the following description of embodiments.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Feldgerät, das zur Prozessautomatisierung im industriellen oder privaten Umfeld eingerichtet ist. Das Feldgerät weist einen ersten Sensor auf, der eingerichtet ist zum Erfassen eines Füllstands, eines Grenzstands oder eines Drucks eines Mediums in einem Behälter. Darüber hinaus weist es einen zweiten Sensor auf, der eingerichtet ist zum Erfassen einer Vibration und/oder einer Beschleunigung des Behälters. Darüber hinaus ist eine Steuereinheit vorgesehen, die eingerichtet ist zum Berechnen des Füllstands des Mediums aus der erfassten Vibration und/oder der erfassten Beschleunigung, oder zum Berechnen einer Dichte oder einer Masse des Mediums aus dem erfassten Füllstand, dem erfassten Grenzstand oder dem erfassten Druck, und der erfassten Vibration und/oder der Beschleunigung.A first aspect of the present disclosure relates to a field device that is configured for process automation in an industrial or private environment. The field device has a first sensor that is configured to detect a fill level, a limit level or a pressure of a medium in a container. In addition, it has a second sensor that is configured to detect a vibration and/or an acceleration of the container. In addition, a control unit is provided that is configured to calculate the fill level of the medium from the detected vibration and/or the detected acceleration, or to calculate a density or a mass of the medium from the detected fill level, the detected limit level or the detected pressure, and the detected vibration and/or the acceleration.
Die Steuereinheit kann auch für beide Berechnungen programmiert sein. Das Feldgerät kann also den Füllstand des Mediums auf zwei Arten messen, einerseits mit dem ersten Sensor und andererseits mit dem zweiten Sensor. Kennt das Feldgerät den Füllstand im Behälter, so kann es die Dichte oder Masse des Mediums bestimmen, indem es einerseits hierfür den bekannten Füllstand verwendet und andererseits die erfasste Vibration und/oder die erfasste Beschleunigung, die der Behälter an dem Ort, wo das Feldgerät daran angebracht ist, erfährt.The control unit can also be programmed for both calculations. The field device can therefore measure the level of the medium in two ways, with the first sensor and with the second sensor. If the field device knows the level in the container, it can determine the density or mass of the medium by using the known level and the detected vibration and/or acceleration that the container experiences at the location where the field device is attached.
Hierfür kann es sich als hilfreich erweisen, wenn zunächst eine Eichung vorgenommen wird, also eine Abhängigkeit zwischen dem Füllstand des Behälters und der Vibration/Beschleunigung erfasst wird.For this purpose, it can be helpful to first carry out a calibration, i.e. to record a dependency between the fill level of the container and the vibration/acceleration.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist das Feldgerät weiterhin eine drahtgebundene und/oder eine drahtlose Schnittstelle auf, die eingerichtet ist zum Übertragen des erfassten Füllstands oder des erfassten Drucks des Mediums, sowie der erfassten Vibration und/oder Beschleunigung an eine externe Auswerteeinheit. Bei dieser externen Auswerteeinheit kann es sich um eine externe Recheneinheit oder eine Cloud handeln.According to one embodiment of the present disclosure, the field device further comprises a wired and/or wireless interface that is configured to transmit the detected fill level or the detected pressure of the medium, as well as the detected vibration and/or acceleration, to an external evaluation unit. This external evaluation unit can be an external computing unit or a cloud.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist das Feldgerät ein Feldgerätegehäuse auf, in welchem sowohl der erste Sensor als auch der zweite Sensor angeordnet sind. Typischerweise ist während der Messung das Feldgerätegehäuse fest mit dem Behälter verbunden, so dass die Behältervibration/Behälterbeschleunigung gemessen werden kann.According to a further embodiment of the present disclosure, the field device has a field device housing in which both the first sensor and the second sensor are arranged. Typically, during the measurement, the field device housing is firmly connected to the container so that the container vibration/container acceleration can be measured.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Steuereinheit eingerichtet, eine Messung durch den ersten Sensor weniger häufig auszulösen als eine Messung durch den zweiten Sensor. Dies erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn der Energieverbrauch des ersten Sensors für eine solche Messung höher ist als der Energieverbrauch des zweiten Sensors.According to a further embodiment of the present disclosure, the control unit is configured to trigger a measurement by the first sensor less frequently than a measurement by the second sensor. This proves to be advantageous in particular when the energy consumption of the first sensor for such a measurement is higher than the energy consumption of the second sensor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Steuereinheit eingerichtet, während einer Befüllung oder Entleerung des Behälters unter Verwendung sowohl des ersten Sensors als auch des zweiten Sensors ein Füllstand-Vibrationsprofil zu erfassen, aus dem sich aus einer von dem zweiten Sensor erfassten Vibration und/oder Beschleunigung ein Füllstand berechnen lässt. Dieses Vorgehen entspricht der oben beschriebenen Eichung. Dies kann optional auch in der Einlernphase durch zusätzliche Informationen aus einem anderen System gestärkt werden.According to a further embodiment of the present disclosure, the control unit is configured to record a fill level vibration profile during filling or emptying of the container using both the first sensor and the second sensor, from which a fill level can be calculated from a vibration and/or acceleration recorded by the second sensor. This procedure corresponds to the calibration described above. This can optionally also be strengthened in the learning phase by additional information from another system.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Steuereinheit eingerichtet, aus einem Anstieg der Amplitude der erfassten Vibration bei gleichbleibender Füllmenge, beispielsweise basierend auf der Information eines Füllstandsensors, auf eine Abnahme der Dichte des Mediums zu schließen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit eingerichtet sein, aus einem Anstieg der Amplitude der erfassten Vibration bei gleichbleibender Masse auf eine Abnahme der Dichte des Mediums zu schließen. Dies kann beispielsweise bei einem Aufschäumen des Mediums der Fall sein. Gleichsam kann auf diese Weise ein Aufschäumen des Mediums und/oder eine Schaumbildung des Mediums detektiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit eingerichtet sein, aus einem Anstieg der Amplitude der erfassten Vibration auf eine Änderung der Dichte des Mediums zu schließen, beispielsweise bei gleichbleibender oder bei sich ändernder Füllmenge. Dies kann beispielsweise bei wechselndem Medium bzw. einem zumindest teilweisen Austausch des Mediums der Fall sein. Beispielsweise kann das Medium in einem Behälter wechseln: zu einem Zeitpunkt A kann ein Medium bzw. Produkt mit Dichte A in einem Behälter aufgenommen sein, und nach einer Entleerung und erneuter Befüllung mit einem Medium B und Dichte B kann sich die Dichte entsprechend geändert haben, gegebenenfalls bei gleichbleibender Füllmenge. Dies kann von den beiden Sensoren erfasst und ausgegeben bzw. angezeigt werden.According to a further embodiment of the present disclosure, the control unit is configured to infer a decrease in the density of the medium from an increase in the amplitude of the detected vibration with a constant filling quantity, for example based on the information from a filling level sensor. Alternatively or additionally, the control unit can be configured to infer a decrease in the density of the medium from an increase in the amplitude of the detected vibration with a constant mass. This can be the case, for example, when the medium foams. Likewise, foaming of the medium and/or foam formation of the medium can be detected in this way. Alternatively or additionally, the control unit can be configured to infer a change in the density of the medium from an increase in the amplitude of the detected vibration, for example when the filling quantity remains the same or changes. This can be the case, for example, when the medium changes or when the medium is at least partially replaced. For example, the medium in a container can change: at a point in time A, a medium or product with density A can be in a container, and after emptying and refilling with a medium B and density B, the density can have changed accordingly, possibly with the same fill level. This can be recorded by the two sensors and output or displayed.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Steuereinheit eingerichtet, aus einem Anstieg der Amplitude der erfassten Vibration (beispielsweise mit dem zweiten Sensor) bei gleichbleibender Art des Mediums auf eine Abnahme des Füllstands oder die Ausbildung eines Trichters, einer Brücke oder eines Hohlraums im Medium zu schließen, beispielsweise da der erste Sensor keine Füllstandänderung detektiert hat.According to a further embodiment of the present disclosure, the control unit is configured to conclude from an increase in the amplitude of the detected vibration (for example with the second sensor) with the type of medium remaining the same that the fill level has decreased or that a funnel, a bridge or a cavity has formed in the medium, for example because the first sensor has not detected a fill level change.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Berechnen eines Füllstands eines Mediums, einer Dichte eines Mediums oder einer Masse eines Mediums, bei dem eine Vibration und/oder eine Beschleunigung des Behälters, in welchem sich das Medium befindet, erfasst wird, beispielsweise durch einen zweiten Sensor. Daraufhin wird der Füllstand des Mediums aus der erfassten Vibration und/oder der erfassten Beschleunigung berechnet oder es wird die Dichte oder die Masse des Mediums berechnet, und zwar aus einem vorher gemessenen Füllstand des Mediums, einem Grenzstand des Mediums oder einem Druck des Mediums und der erfassten Vibration und/oder der erfassten Beschleunigung.A further aspect of the present disclosure relates to a method for calculating a fill level of a medium, a density of a medium or a mass of a medium, in which a vibration and/or an acceleration of the container in which the medium is located is detected, for example by a second sensor. The fill level of the medium is then calculated from the detected vibration and/or the detected acceleration, or the density or the mass of the medium is calculated, specifically from a previously measured fill level of the medium, a limit level of the medium or a pressure of the medium and the detected vibration and/or the detected acceleration.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Programmelement, das, wenn es auf einer Steuereinheit eines oben beschriebenen Feldgeräts ausgeführt wird, das Feldgerät anweist, die oben beschriebenen Schritte durchzuführen.Another aspect of the present disclosure relates to a program element that, when executed on a control unit of a field device described above, instructs the field device to perform the steps described above.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein oben beschriebenes Programmelement gespeichert ist.Another aspect of the present disclosure relates to a computer-readable medium on which a program element as described above is stored.
Unter dem Begriff „Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld“ kann ein Teilgebiet der Technik verstanden werden, welches Maßnahmen zum Betrieb von Maschinen und Anlagen ohne Mitwirkung des Menschen beinhaltet. Ein Ziel der Prozessautomatisierung ist es, das Zusammenspiel einzelner Komponenten einer Werksanlage in den Bereichen Chemie, Lebensmittel, Pharma, Erdöl, Papier, Zement, Schifffahrt oder Bergbau zu automatisieren. Hierzu können eine Vielzahl an Sensoren eingesetzt werden, welche insbesondere an die spezifischen Anforderungen der Prozessindustrie, wie bspw. mechanische Stabilität, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, extremen Temperaturen und extremen Drücken, angepasst sind. Messwerte dieser Sensoren werden üblicherweise an eine Leitwarte übermittelt, in welcher Prozessparameter wie Füllstand, Grenzstand, Durchfluss, Druck oder Dichte überwacht und Einstellungen für die gesamte Werksanlage manuell oder automatisiert verändert werden können.The term “process automation in an industrial environment” can be understood as a branch of technology that includes measures for operating machines and systems without human involvement. One goal of process automation is to automate the interaction of individual components of a plant in the chemical, food, pharmaceutical, petroleum, paper, cement, shipping or mining sectors. A variety of sensors can be used for this purpose, which are particularly adapted to the specific requirements of the process industry, such as mechanical stability, insensitivity to contamination, extreme temperatures and extreme pressures. Measured values from these sensors are usually transmitted to a control room, in which process parameters such as fill level, limit level, flow, pressure or density are monitored and settings for the entire plant can be changed manually or automatically.
Ein Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Logistikautomation von Anlagen und die Logistikautomation von Lieferketten. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe innerhalb oder außerhalb eines Gebäudes oder innerhalb einer einzelnen Logistikanlage automatisiert. Typische Anwendungen finden z.B. Systeme zur Logistikautomation im Bereich der Gepäck- und Frachtabfertigung an Flughäfen, im Bereich der Verkehrsüberwachung (Mautsysteme), im Handel, der Paketdistribution oder aber auch im Bereich der Gebäudesicherung (Zutrittskontrolle). Gemein ist den zuvor aufgezählten Beispielen, dass eine Präsenzerkennung in Kombination mit einer genauen Vermessung der Größe und der Lage eines Objektes von der jeweiligen Anwendungsseite gefordert wird. Hierfür können Sensoren auf Basis optischer Messverfahren mittels Laser, LED, 2D-Kameras oder 3D-Kameras, die nach dem Laufzeitprinzip (time of flight, ToF) Abstände erfassen, verwendet werden.A sub-area of process automation in the industrial environment concerns the logistics automation of plants and the logistics automation of supply chains. With the help of distance and angle sensors, processes inside or outside a building or within a single logistics plant are automated in the field of logistics automation. Typical applications include logistics automation systems in the area of baggage and freight handling at airports, in the area of traffic monitoring (toll systems), in retail, in parcel distribution or in the area of building security (access control). What the examples listed above have in common is that presence detection in combination with precise measurement of the size and location of an object is required by the respective application. Sensors based on optical measuring methods using lasers, LEDs, 2D cameras or 3D cameras that measure distances according to the time of flight (ToF) principle can be used for this purpose.
Ein weiteres Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Fabrik-/Fertigungsautomation. Anwendungsfälle hierzu finden sich in den unterschiedlichsten Branchen wie Automobilherstellung, Nahrungsmittelherstellung, Pharmaindustrie oder allgemein im Bereich der Verpackung. Ziel der Fabrikautomation ist, die Herstellung von Gütern durch Maschinen, Fertigungslinien und/oder Roboter zu automatisieren, d. h. ohne Mitwirkung des Menschen ablaufen zu lassen. Die hierbei verwendeten Sensoren und spezifischen Anforderungen im Hinblick auf die Messgenauigkeit bei der Erfassung der Lage und Größe eines Objektes sind mit denen der im vorigen Beispiel der Logistikautomation vergleichbar.Another area of process automation in the industrial environment concerns factory/production automation. Applications for this can be found in a wide variety of industries such as automobile manufacturing, food production, the pharmaceutical industry or in the packaging sector in general. The aim of factory automation is to automate the production of goods using machines, production lines and/or robots, i.e. to allow it to run without human involvement. The sensors used here and the specific requirements with regard to measurement accuracy when recording the position and size of an object are comparable to those in the previous example of logistics automation.
Die in den Ansprüchen verwendeten Begriffe sollten so ausgelegt werden, dass sie die weitestmögliche vernünftige Interpretation in Übereinstimmung mit der vorstehenden Beschreibung erhalten. Zum Beispiel sollte die Verwendung des Artikels „ein“ oder „der“ bei der Einführung eines Elements nicht so ausgelegt werden, dass sie eine Vielzahl von Elementen ausschließt. Ebenso sollte die Erwähnung von „oder“ so ausgelegt werden, dass sie eine Vielzahl von Elementen einschließt, so dass die Erwähnung von „A oder B“ nicht „A und B“ ausschließt, es sei denn, aus dem Kontext oder der vorangehenden Beschreibung geht klar hervor, dass nur eines von A und B gemeint ist. Ferner ist die Formulierung „mindestens eines von A, B und C“ als eines oder mehrere Elemente aus einer Gruppe von Elementen zu verstehen, die aus A, B und C besteht, und nicht so auszulegen, dass mindestens eines von jedem der aufgeführten Elemente A, B und C erforderlich ist, unabhängig davon, ob A, B und C als Kategorien oder auf andere Weise miteinander verbunden sind. Darüber hinaus sollte die Erwähnung von „A, B und/oder C“ oder „mindestens eines von A, B oder C“ so ausgelegt werden, dass sie jede einzelne Einheit der aufgeführten Elemente, z. B. A, jede Teilmenge der aufgeführten Elemente, z. B. A und B, oder die gesamte Liste der Elemente A, B und C umfasst.The terms used in the claims should be construed to give them the broadest reasonable interpretation consistent with the foregoing description. For example, the use of the article "a" or "the" in introducing an element should not be construed to exclude a plurality of elements. Similarly, the mention of "or" should be construed to include a plurality of elements, so that the mention of "A or B" does not exclude "A and B" unless it is clear from the context or the preceding description that only one of A and B is meant. Further, the phrase "at least one of A, B and C" is to be understood as one or more elements from a group of elements consisting of A, B and C, and not to be construed to require at least one of each of the listed elements A, B and C, whether A, B and C are related as categories or otherwise. Furthermore, the mention of “A, B and/or C” or “at least one of A, B or C” should be interpreted to include any single entity of the listed elements, e.g. A, any subset of the listed elements, e.g. A and B, or the entire list of elements A, B and C.
Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren weitere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.Further embodiments of the invention are described below with reference to the figures. If the same reference symbols are used in the following description of the figures, they denote the same or similar elements. The representations in the figures are schematic and not to scale.
Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters
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1 zeigt einen Messaufbau mit einem Feldgerät gemäß einer Ausführungsform.1 shows a measurement setup with a field device according to an embodiment. -
2A zeigt einen Behälter mit einem Feldgerät bei einem ersten Füllstand.2A shows a container with a field device at a first fill level. -
2B zeigt den Behälter der2A bei einem zweiten Füllstand.2B shows the container of2A at a second filling level. -
3A zeigt den Behälter der2A bei einem ersten Füllgut.3A shows the container of2A with a first filling material. -
3B zeigt den Behälter der2A bei einem zweiten Füllgut.3B shows the container of2A with a second filling material. -
4A zeigt den Behälter der2A beim Transport.4A shows the container of2A during transport. -
4B zeigt den Behälter der2A beim Transport, jedoch mit einem anderen Füllgut.4B shows the container of2A during transport, but with a different filling material. -
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.5 shows a flowchart of a method according to an embodiment of the present disclosure.
Detaillierte Beschreibung von AusführungsformenDetailed description of embodiments
Die externe Auswerteeinheit 105 und das Feldgerät 100 können drahtlos und/oder drahtgebunden (über die Kommunikationsschnittstellen 121, 122 des Feldgeräts 100 beziehungsweise 123, 124 der externen Auswerteeinheit) miteinander kommunizieren und Daten austauschen.The
Das Feldgerät 100 weist ein Feldgerätegehäuse 106 auf, in dem sich der erste Sensor 101 und der zweite Sensor 102 befinden. Der erste Sensor 101 dient der Erfassung eines Füllstands, eines Grenzstands oder eines Drucks eines Mediums in einem Behälter und ist beispielsweise ein Füllstandradarsensor, ein Ultraschallsensor, ein TDR-Sensor, ein Grenzstandsensor, ein Radarsensor, ein Lasersensor, oder ein Lidarsensor.The
Der zweite Sensor 102 dient der Erfassung einer Vibration und/oder einer Beschleunigung des Behälters, ist also ein Vibrations- oder Beschleunigungssensor, beispielsweise in Form eines Piezosensors oder Gyroskops. Die Begriffe erster Sensor und zweiter Sensor sind jedoch breit auszulegen.The
Die beiden Sensoren 101, 102 sind an eine Steuereinheit 103 angeschlossen, welche die Messdaten der beiden Sensoren entgegennehmen und weiterverarbeiten kann. Auch ist an die Steuereinheit 103 ein Kommunikationsmodul 104 angeschlossen, welches eine drahtlose und/oder eine drahtgebundene Kommunikationsschnittstelle bereitstellt, wie dies durch die Antenne 121 und den Kommunikationsanschluss 122 dargestellt ist.The two
Entsprechende Anschlüsse 123, 124 befinden sich auch in der externen Auswerteeinheit 105.Corresponding
Das Feldgerät 100 kann also als Füllstandsensor in Kombination mit einem Vibrations-/Beschleunigungssensor ausgeführt sein.The
Die
Die entsprechenden Vibrationen am Feldgerät sind abhängig von den jeweiligen Vibrationsquellen, dem Behälter selbst sowie dem aktuellen Füllstand des Behälters.The corresponding vibrations on the field device depend on the respective vibration sources, the container itself and the current fill level of the container.
Ist der Behälter relativ gut gefüllt, wie dies in
In einer ersten Ausführungsform erlernt das Feldgerät ein füllstandabhängiges Vibrationsmuster des Silos 108. Das bedeutet, dass das Feldgerät zu jedem gemessenen Füllstand (zum Beispiel gemessen über ersten Sensor (Radar, LIDAR, ...)) die entsprechenden Vibrationsmuster (gemessen durch den zweiten Sensor (Vibrationssensor, Beschleunigungssensor, ...)) abspeichert und daraus ein „Vibrationsprofil“ ableitet.In a first embodiment, the field device learns a level-dependent vibration pattern of the
Fällt nun der Füllstandsensor (erster Sensor) beispielsweise durch Anhaftungen an der Antenne aus, so kann das Feldgerät weiterhin aus den erfassten Vibrationsdaten/Beschleunigungsdaten den aktuellen Füllstand ableiten. Somit ergibt sich eine höhere Verfügbarkeit bei der Füllstandmessung.If the level sensor (first sensor) fails, for example due to adhesion to the antenna, the field device can still derive the current level from the recorded vibration data/acceleration data. This results in higher availability for level measurement.
Handelt es sich um einen autarken, batteriebetriebenen Sensor, kann nach der Einlernphase nur mit dem zweiten Sensor (Vibrationssensor) der Füllstand ermittelt werden. Dies ist energieeffizienter und erhöht so die Laufzeit bis zum Wechsel der Batterie. In einem erweiterten Verfahren kann das Feldgerät sicherheitshalber die Messung in gewissen Zeitabständen mit dem Radar (ersten Sensor) verifizieren.If it is a self-sufficient, battery-operated sensor, the fill level can only be determined with the second sensor (vibration sensor) after the learning phase. This is more energy efficient and increases the running time until the battery needs to be changed. In an extended procedure, the field device can verify the measurement with the radar (first sensor) at certain intervals for safety reasons.
In einer weiteren Ausführungsform wartet das Feldgerät, bis eine Vibration erkannt wird und startet dann erst die Messung (durch den ersten Sensor und/oder den zweiten Sensor). Dies könnte auch zur Verlängerung der Batterielaufzeit führen, da man davon ausgehen kann, dass ohne Vibration (da keine Befüllung oder keine Entleerung) sich auch der Füllstand nicht ändert.In another embodiment, the field device waits until a vibration is detected and only then starts the measurement (by the first sensor and/or the second sensor). This could also lead to an extension of the battery life, since it can be assumed that without vibration (since no filling or emptying) the fill level does not change.
Auch kann das Feldgerät eingerichtet sein, eine Anhaftungserkennung durchzuführen. Durch das erlernte Füllstand-Vibrationsprofil lässt sich auch ableiten, wie stark oder ob Anhaftungen an der Silo-/Behälterwand vorhanden sind. So können in der Praxis Brücken-/Trichterbildungen sowie sogenannte Rat-Holes frühzeitig erkannt werden. Der Anlagenbetreiber kann so frühzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen und somit die Anlagenverfügbarkeit erhöhen.The field device can also be set up to detect buildup. The learned level vibration profile can also be used to determine how strong buildup is on the silo/container wall, or whether it is present. In practice, this means that bridges/funnels and rat holes can be detected early on. The plant operator can then take countermeasures early on and thus increase plant availability.
Zusätzlich kann diese Auswertung auch einen Defekt am Silo/Behälter/Tank erkennen, da sich das Vibrationsmuster entsprechend ändert.In addition, this evaluation can also detect a defect in the silo/container/tank, as the vibration pattern changes accordingly.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann aus der Kombination von Füllstand- und Vibrationssensor aus den beiden Informationen die Dichte/Masse des Füllguts erkannt oder ermittelt werden. Dies alles kann im Sensor und/oder der Cloud erfolgen.According to a further embodiment, the density/mass of the filling material can be detected or determined from the combination of the level and vibration sensors. All of this can be done in the sensor and/or the cloud.
Dies ist in den
Hierdurch ergeben sich deutliche Vorteile. Zum einen können Falschbefüllungen erkannt werden, was beispielsweise auftreten kann, wenn das falsche Produkt angeliefert wurde. Wird beispielsweise in einem Tank immer das gleiche Produkt gelagert, so kann durch die Auswertung des Füllstand-Vibrationsprofils erkannt werden, wenn ein anderes, in der Dichte abweichendes Produkt eingefüllt wurde. Auch kann eine Produktidentifikation erfolgen, beispielsweise bei einem Distributor von Putz. Durch eine große Datenbank mit Informationen hinsichtlich Füllstand-Vibrationsmuster in Abhängigkeit vom Produkt kann das Feldgerät aus dem erfassten Füllstand-Vibrationsprofil auf das richtige Produkt schließen und anzeigen. Weiterhin kann aus der dazugehörigen Dichte auch der Füllstand in Form einer Masseangabe, beispielsweise in Tonnen, erfolgen. Die Information könnte auch genutzt werden, um die Produktqualität im Silo zu erkennen oder dokumentieren. Bei zu langer und/oder falscher Lagerung wäre das Produkt evtl. härter oder schwerer, was zu einem anderen Vibrationsmuster führen kann.This results in clear advantages. On the one hand, incorrect fillings can be detected, which can occur, for example, if the wrong product has been delivered. If, for example, the same product is always stored in a tank, the evaluation of the fill level vibration profile can be used to detect when a different product with a different density has been filled in. Product identification can also be carried out, for example at a plaster distributor. Thanks to a large database with information on fill level vibration patterns depending on the product, the field device can use the recorded fill level vibration profile to deduce and display the correct product. Furthermore, the fill level can also be determined from the associated density in the form of a mass indication, for example in tons. The information could also be used to identify or document the product quality in the silo. If stored for too long and/or incorrectly, the product might be harder or heavier, which could lead to a different vibration pattern.
Eine weitere Ausführungsform betrifft transportable Behälter, die mit einem Fahrzeug zum Kunden transportiert werden, beispielsweise Putzsilos für Baustellen. Dies ist in den
Dabei ist der Vibrations-/Beschleunigungssensor (zweiter Sensor) bei gekipptem Silo während der Fahrt aktiv und zeichnet ein Vibrations-/Beschleunigungsmuster auf. Aus diesen Daten und genug historischen oder errechneten oder simulierten Daten lässt sich die Masse im Silo ermitteln. Somit kann die Masse während der Fahrt zum Kunden erfasst werden und bei der Aufstellung vor Ort wird im System die Masse zu dem entsprechenden Füllstand angezeigt. Somit ist eine höhere Genauigkeit der Füllstandmessung/Gewichtsmessung möglich.The vibration/acceleration sensor (second sensor) is active when the silo is tilted during travel and records a vibration/acceleration pattern. The mass in the silo can be determined from this data and enough historical or calculated or simulated data. This means that the mass can be recorded during the journey to the customer and when the system is set up on site, the mass is displayed in the system at the corresponding fill level. This enables a higher level/weight measurement accuracy.
Abgeleitet davon lässt sich die Logistik der Silos vereinfachen und effizienter gestalten. Beispielsweise kann das Silo von einer Baustelle direkt zum nächsten transportiert werden, wenn zuverlässig die verbliebene Masse bestimmt wurde und die Füllmenge noch ausreicht. Zuvor war es notwendig, dass der Lkw erst zurück ins Werk fährt, um dort abgewogen zu werden.As a result, the logistics of the silos can be simplified and made more efficient. For example, the silo can be transported directly from one construction site to the next if the remaining mass has been reliably determined and the filling quantity is still sufficient. Previously, it was necessary for the truck to first drive back to the factory to be weighed there.
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2023
- 2023-03-14 DE DE102023106317.0A patent/DE102023106317A1/en active Pending
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