用于工业环境中的过程自动化的测量设备的制作方法

1.本发明涉及工业环境中的过程自动化。特别地，本发明涉及用于工业环境中的过程自动化的测量设备、这种测量设备的多种用途、用于确定测量设备的位置的方法、程序元件和计算机可读介质。


背景技术：

2.用于工业环境中的过程自动化的测量设备可用于检测容器或罐体中介质的物理测量变量。容器和罐体通常有固定的指定位置。然而，存在着容器位置可能会发生变化的应用。这方面的示例是所谓的中型散货箱(ibc)，它们已经按预期安装在托架上，并因此可以随时使用。因此，可以在存储位置放置多个这样的容器，以便在需要时将其运输到提取点。在那里已经清空的罐体可以换成仓库里的罐体。对于不断想要了解当前位置和库存量的用户来说，提供如下的填充物位测量设备，该填充物位测量设备可以通过无线电将各个罐体的填充物位和位置传输到控制中心。电池或一些其它类型的储能器设置在测量设备中，以用于向此类测量设备提供能量。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供用于工业环境中的过程自动化的测量设备，该测量设备在很长的时间段内可靠地提供测量数据。
4.该目的通过独立权利要求的特征实现。本发明的改进示例来自从属权利要求和以下实施例的描述。
5.第一方面涉及一种用于工业环境中的过程自动化的测量设备。该测量设备具有第一传感器装置，该第一传感器装置被配置为检测过程变量，例如填充物位、极限物位、压力、流速、填充材料表面拓扑或者填充或散装材料的体积。
6.测量设备具有位置检测装置，该位置检测装置被配置为检测测量设备的位置。位置检测装置的示例是gps位置检测装置或是使用伽利略、格洛纳斯、北斗、移动无线电信号、蓝牙或所谓的“室内定位”的位置检测装置。
7.设置有第二传感器装置，其被配置为检测环境数据。该环境数据可以是例如加速度数据、位置数据(例如通过移动无线电信号)、罗盘数据和/或开关数据(检测按钮按下或手指接近)。
8.测量设备具有控制装置，该控制装置被配置为分析环境数据并基于该分析确定是否应当通过位置检测装置检测测量设备的当前位置。控制装置还被配置为当环境数据的分析表明应当检测当前位置时指示位置检测装置检测测量设备的当前位置。
9.因此，可以节约能源，因为位置检测装置仅在需要时用于当前位置检测，例如因为测量设备的位置已经由于容器的移动而改变。
10.术语“第一传感器装置”、“第二传感器装置”、“位置检测装置”和“控制装置”应被广义地解释。决定性的是，这些单独的装置被配置为执行预定的措施，无论它们是否是连贯
的单元还是布置在测量设备不同位置的子单元。
11.术语“工业环境中的过程自动化”可以理解为技术的子领域，其包含无人工参与的操作机器和设备的所有措施。过程自动化的一个目标是在化学、食品、制药、石油、造纸、水泥、航运或矿业领域中使工厂的各个部件的交互自动化。为此，可以使用大量的传感器，这些传感器特别适用于过程工业的诸如机械稳定性、对于污染物的不敏感性、极端温度、极端压力等特定要求。通常将这些传感器的测量值传输到控制室，在控制室中可以监测诸如填充物位、极限物位、流量、压力或密度等过程参数，并且可以手动或自动更改整个工厂的设置。
12.工业环境中的过程自动化的一个子领域涉及物流自动化。在物流自动化领域中，借助于距离传感器和角度传感器使建筑物内或单个物流设备内的过程自动化。典型的应用是用于以下领域的物流自动化系统：机场的办理行李和货物托运处理领域、交通监控领域(收费系统)、贸易领域、包裹配送或还有建筑物安全(访问控制)领域。先前列出的示例的共同点在于，各个应用端都需要将存在检测与对象大小和位置的精确测量结合起来。为此，可以使用借助于激光、led、2d相机或3d相机的基于光学测量方法的传感器，这些传感器根据渡越时间原理(tof：time of flight)检测距离。
13.工业环境中的过程自动化的另一子领域涉及工厂/制造自动化。在诸如汽车制造业、食品制造业、制药业或一般包装行业等许多行业中，都可以见到这种应用示例。工厂自动化的目的是使通过机器、生产线和/或机器人执行的货物生产自动化，即，在没有人工参与的情况下运行。在此使用的传感器以及在检测对象的位置和大小时对于测量精度的特定要求与上述物流自动化示例中的传感器和特定要求相当。
14.因此，本公开的一个方面涉及一种用于测量容器中的填充物位的自给式物位测量装置，其中，该物位测量装置包括：
[0015]-物位测量单元(第一传感器装置)，其被配置为测量容器、罐体等的物位；
[0016]-至少一个收发器单元(例如lorawan)，其被配置为与数据处理单元通信；
[0017]-位置确定模块(例如gps/伽利略/格洛纳斯/北斗/beacon)(位置检测装置)；
[0018]-用于检测环境数据的传感器(第二传感器装置)；
[0019]-评估逻辑(控制装置)，其基于环境数据确定是否应当启动位置更新；
[0020]-用于为各组件供能的储能器(电容器/电池)。
[0021]
根据一实施例，位置检测装置被配置为仅当环境数据的分析表明应当检测当前位置时才检测测量设备的当前位置。否则的话，不会检测测量设备的当前位置。
[0022]
根据另一实施例，测量设备具有数据储存器，该数据储存器被配置为储存测量设备的当前位置。在稍后的时间点，通常通过无线电传输的方式将测量的测量设备的当前位置且必要时也将与过程变量的检测有关的测量数据一起传输到外部装置。然而，传输也可以是有线方式实现的，例如通过4到20ma的两线制线路。
[0023]
然而，根据一实施例，测量设备是自给式测量设备，其具有电池或一个或多个其他储能器的形式的唯一内部电源。
[0024]
根据另一实施例，控制装置被配置为仅当环境数据的分析表明测量设备已经移动时才指示位置检测装置检测测量设备的当前位置。特别地，仅当环境数据的分析表明测量设备已经移动并且现在实际上静止时才检测测量设备的当前位置。因此，可以进一步减少
位置测量的次数。
[0025]
根据另一实施例，控制装置被配置为从环境数据的分析识别测量设备的运动模式。为此可以使用人工智能。例如，控制装置可被配置为识别测量设备与容器一起移动并且然后被放下。于是，可以触发位置确定。
[0026]
根据另一实施例，测量设备具有储能器。测量设备也可以具有开关，该开关被配置为闭合储能器和由储能器提供能量的位置检测装置之间的连接。如果开关闭合，则由位置检测装置进行位置确定。
[0027]
根据另一实施例，第二传感器装置具有加速度传感器、使用移动无线电信号的位置确定装置、罗盘和/或电流表。
[0028]
另一个方面涉及上文和下文所述的测量设备的用于填充物位测量的用途。另一方面涉及上文和下文所述的测量设备的用于压力测量的用途。另一方面涉及上文和下文所述的测量设备的用于流量测量的用途。另一方面涉及上文和下文所述的的测量设备的用于测量过程变量的用途，例如测量填充物位、填充材料表面拓扑或移动容器中的填充材料的量的用途。
[0029]
另一方面涉及用于确定测量设备的位置的方法，其中，检测过程变量，检测测量设备的环境数据，分析该环境数据，并且基于该分析确定是否应当检测测量设备的当前位置。在该分析之后，如果环境数据的分析表明应当检测当前位置，则检测测量设备的当前位置。反之则不。
[0030]
另一方面涉及一种程序元件，当在测量设备的控制装置上执行该程序元件时，该程序元件指示测量设备执行上文和下文所述的方法步骤。
[0031]
另一个方面涉及一种储存有上文所述的程序元件的计算机可读介质。
[0032]
例如，计算机程序可以加载和/或储存在数据处理装置，如数据处理器的工作储存器中，其中，数据处理装置也可以是本发明一实施例的一部分。该数据处理装置可以被配置为执行上述方法的方法步骤。数据处理装置也可以被配置为自动运行计算机程序或方法和/或执行来自用户的输入。计算机程序也可以通过如因特网的数据网络提供，并且从这种数据网络下载到数据处理装置的工作储存器中。计算机程序还可以包括对现有计算机程序的更新，使现有计算机程序能够执行例如上文所述方法。
[0033]
该计算机可读存储介质尤其可以是但不一定是非暂时性介质，其特别适合于储存和/或分发计算机程序。计算机可读储存介质可以是cd-rom、dvd-rom、光学储存介质、固态介质等，该计算机可读介质与其他硬件一起或作为其他硬件的一部分被提供。补充地或替代地，计算机可读储存介质还可以以另一种形式分发或分派，例如通过数据网络，如因特网或其他有线或无线电信系统。为此，计算机可读储存介质例如可以被设计成一个或多个数据包。
[0034]
下面将参考附图说明本说明的实施例。附图中的图示未按比例绘制。如果在附图说明中使用相同的附图标记，则它们描述相同或相似的元件。
附图说明
[0035]
图1示出了布置有测量设备的容器。
[0036]
图2示出了根据一实施例的测量设备的结构。
[0037]
图3示出了根据一实施例的方法的流程图。
[0038]
图4示出了根据另一实施例的方法的流程图。
[0039]
图5示出了根据另一实施例的测量设备的结构。
具体实施方式
[0040]
例如，图1示出了所谓的ibc 101，其用于传输介质。这种在重量、体积和成本方面被优化的设计在分销和物流行业特别受欢迎，并且能够简单地向客户提供各种介质。ibc 101通常由托架102、金属框架103和通常由塑料制成的容器囊104组成，容器囊包含填充材料105。介质105可以通过盖106被引入容器101或容器囊104中。
[0041]
例如，测量设备107可以是物位测量装置，其通常安装到容器囊104的上表面，并且其第一传感器装置例如使用电磁波来测量距填充材料表面105的距离。然后，测量设备107可以向外部提供测量结果。
[0042]
此外，测量设备107具有用于无线通信的通信模块(例如窄带iot、lpwa通信(低功率广域)、lora、sigfox、mioty、lorawan、蓝牙)。此外，测量设备107包括位置确定模块(位置检测装置)和另一传感器(第二传感器装置)，该传感器的数据用于决定是否应当执行位置确定。只有当评估逻辑(控制装置)识别出需要进行位置更新时，才会向位置确定模块提供足够的能量用于确定位置。目的是减少位置确定的能量消耗。
[0043]
一方面涉及控制装置、位置确定模块和用于识别是否需要位置更新的第二传感器装置之间的交互。位置确定模块(gps/伽利略/格洛纳斯/北斗/手机网络/蓝牙/室内定位)在操作期间需要大量能量，并因此只能在很短的时间内被激活。用于识别位置更新是否必要或有用的传感器可以是例如加速度传感器或简单的按钮。该传感器的能量消耗明显低于位置确定模块的能量消耗。本发明因此降低了测量设备的总能耗。
[0044]
这种测量设备的能量供应通常不是有线的，否则灵活性会受到严重影响。因此，通过储能器的自给式解决方案是必要的，以确保测量设备的能量供应。这意味着测量设备的所有组件都由至少一个储能器供能。如下的能量收集方式也是可能的：储能器通过例如光伏的方式再次得到补充。然而，要求测量设备的每个单独部件尽可能不消耗不必要的能量是最重要的。因此，特别地，诸如位置确定等能源密集型过程必须降低到最低。
[0045]
根据上述的描述了罐体首先保持在存储位置并在一定时间后被运送到提取点的应用场景，快速地表明只在两个位置确切地需要测量设备的位置确定。当带有测量设备的罐体到达其在仓库中的固定存储位置时，需要第一次对持久储存在测量设备中的位置数据进行位置更新。之后，在较长时间段内位置不会发生变化，并且可以停用位置确定以节约能量。
[0046]
通过电路、开关或晶体管完全分离能量供应是可能的，或者将位置确定模块设置为节能状态的解决方案是可能的。测量设备被配置为在一定时间段之后启动测量值检测(例如填充物位测量)，并通过无线电模块将测量值(填充物位)和最后储存位置数据告知用户。这个过程可以连续地重复。在罐体被再次移动之前，物位测量装置一直提供正确的位置数据。同时，位置确定模块可以保持停用。位置的更新是不必要的，因为罐体和物位测量装置都保持固定静止。在所示示例中，只有当罐体到达提取点时，位置更新才有意义。控制装置使用第二传感器装置的传感器数据(环境数据)来识别是否需要位置更新，确保对位置确
定模块的能量供应，并更新现有的位置数据。然后可以启动新的测量，并且可以通过无线电模块发送更新的位置数据以及罐体的填充物位。
[0047]
必要时，是否在罐体运输期间需要进行位置测定以及然后测量设备是否在通过无线电模块进行发送时持续更新其位置数据可由用户自己决定，并通过参数化接口或参数接口传达给测量设备。此外，根据另一实施例，也在容器的移动期间停止位置数据的传输。替代地，可以通过无线电模块发送用于通知测量设备和罐体正在移动的状态，而不是发送位置数据。
[0048]
对于检测环境数据的第二传感器装置(该环境数据然后被评估以决定是否需要进行位置更新)，各种实施方案都是可能的，这些方案可以单独或作为组合找到其实际应用：
[0049]
按钮/开关：
[0050]
在最简单的情况下，第二传感器装置由按钮或开关代表。于是，环境数据是按钮上的压力，通过手指或辅助工具进行的触点闭合，或者在电容式按钮的情况下的电容变化。当带有测量设备的罐体达到预定位置时必须立即手动地操作按钮/开关。
[0051]
加速度传感器：
[0052]
加速度传感器识别带有测量设备的罐体的移动。加速度传感器具有非常低的能耗。此外，能够为给加速度传感器设置神经网络或其他人工智能，以便只对某些运动模式作出反应。因此，可以将导致位置变化的均匀运动与不相关的振动区分开。
[0053]
例如通过用于关闭触点的精细金属板来识别运动的简单形式的传感器也是可能的。
[0054]
可以有利地仅在识别出罐体已到达其目的地时才执行位置更新。例如，在加速之后，可以在等待时间期间观察是否有另一个加速随之而来。只有在确保罐体到达固定位置时，才能进行位置更新。运动模式的识别在此也很有帮助。通过这种方式可以识别罐体是否先移动然后被放下。
[0055]
无线电单元识别：
[0056]
传感器或通信模块识别移动无线电网络的当前无线电单元或各种天线杆的接收强度，并在接收特性发生变化时得出位置变化的结论，然后通过位置确定模块对其进行验证。
[0057]
定时器：
[0058]
定时器周期性地启动位置更新。
[0059]
罗盘：
[0060]
罗盘的朝向被持续检测，并在发生变化时进行位置更新。
[0061]
能量收集时的电流表：
[0062]
如果测量设备具有能量收集装置，则可以使用传感器来评估当前是否有多余的或至少足够的能量可用于执行位置更新。
[0063]
图2示出了根据一实施例的测量设备的功能。用于接收位置数据210的位置模块(位置检测装置)201由储能器204(电池、电容器)通过线路202提供能量。线路202包含开关装置203(机械开关、晶体管、电路)，该开关装置可以断开位置模块201与能量供应的连接，或向位置模块提供能量。可以利用控制装置206(微控制器、逻辑电路)通过控制线路205来影响开关装置203。控制装置206或微控制器206可以承担额外功能。附图示出了去往位置模
块201的、去往无线电模块207的以及去往用于检测填充物位的传感器209的链路。可以通过这些链路交换模拟或数字信号/数据。控制装置206本身连接到另一传感器208以及用于储存位置数据和测量数据的数据储存装置210，来自传感器208的数据可用于决定是否需要位置更新。
[0064]
例如，控制装置206首先可以通过填充物位传感器209检测填充物位，然后通过评估来自传感器208的数据来决定是否应当为位置模块201提供能量，以从位置模块201请求位置更新。然后，通过无线电模块207发布所有收集到的信息。之后，用户可以接收和评估数据广播211。
[0065]
图3示出了位置更新的各个步骤。在步骤301中，向位置确定模块提供能量。在步骤302中，系统在位置确定完成之前一直等待。在步骤303中，将位置数据从位置确定模块传输到控制装置。在步骤304中，控制装置持久地储存位置数据。在步骤305中，断开对位置确定模块的能量供应或将模块自身设置为空闲状态。
[0066]
图4示出了物位测量装置的主要程序顺序。在步骤401中，进行填充物位测量。在步骤402中，通过无线电模块传输填充物位的测量值。在步骤403中，通过无线电模块传输储存的最后一次位置更新的位置数据。在步骤404中，检测并评估传感器数据(环境数据)。在步骤405中，检查是否需要位置更新(图3)。然后在步骤406中进行位置更新。
[0067]
需要说明的是，图4所示的顺序程序流程只是示例。传感器208也可以触发中断，这导致位置更新被并行地执行。也有可能的是，可位于外部的传感器具有自己的评估逻辑(例如，人工神经网络)，以用于检测环境数据，然后该评估逻辑通过单个控制线来通知主评估逻辑需要进行位置更新。
[0068]
图5示出了图2的变型，但缺少开关装置203和控制线205。附图还示出了也存在位置确定模块，这些模块可以被配置为节能状态，或甚至内部断电。
[0069]
另外，应指出，“包括”和“具有”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。还应指出，已经参考其中一个上述示例性实施例说明的特征或步骤也可以与上述其他示例性实施例的其他特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应被视为限制。