Die Erfindung betrifft ein Mess-System und ein Mess-Verfahren zur sicheren Detektion von Fremdkörpern in fließenden Medien, wobei lediglich ein geringer Aufwand an Mess-Equipment erforderlich ist.

In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung oder zur Beeinflussung von Prozessgrößen dienen. Zur Erfassung der jeweiligen Prozessgröße werden entsprechende Sensoren bzw. Messprinzipien eingesetzt, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH- Redoxpotential-Messgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, oder vergleichbaren Geräten zum Einsatz kommen. Sie erfassen als Prozessgröße dementsprechend beispielsweise den Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert, Redoxpotential oder die Leitfähigkeit. Verschiedenste solcher Feldgeräte-Typen wird von der Firmengruppe Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.

Zusätzlich zu den zuvor genannten Prozessgrößen gibt es auch solche, die überhaupt nicht bzw. nur mit technisch hohem Aufwand durch ein einzelnes Feldgerät erfasst werden können. Hierzu zählt unter anderem die Detektion etwaiger Fremdkörper in Messmedien, die in Prozessanlagen durch entsprechende Leitungsabschnitte fließen. Je nach Art der Prozessanlage bzw. je nach Einsatzgebiet kann es sich bei dem Leitungsabschnitt, in dem etwaige Fremdkörper zu detektieren sind, um ein geschlossenes Rohr, einen Abschnitt einer offenen Leitung oder um ein freies Gewässer handeln. Besonders kritisch sind Fremdkörper beispielsweise in der Lebensmittelindustrie, wo als Prozessgröße beispielsweise Metallspäne oder Scherben in flüssigen Lebensmitteln unter Gesundheitsaspekten unbedingt zu vermeiden sind. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, etwaige Fremdkörper in Messmedien, die durch Leitungsabschnitte fließen, mit möglichst wenig Mess- Equipment auch bei hoher Flussgeschwindigkeit sicher detektieren zu können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Mess-System zur Detektion von insbesondere Feststoff-artigen Fremdkörpern in einem Messmedium, welches durch einen Leitungsabschnitt von beispielsweise einem Rohr fließt. Dabei umfasst das Mess-System zumindest folgende Komponenten:

- Ein erstes Feldgerät, das ausgelegt ist, um einen ersten Messwert einer ersten Prozessgröße im Leitungsabschnitt zu messen,

- ein zweites Feldgerät, das ausgelegt ist, um im Leitungsabschnitt einen zweiten Messwert von entweder der ersten Prozessgröße oder von einer zweiten Prozessgröße des Messmediums zu bestimmen, und

- eine Auswerte-Einheit, die ausgelegt ist, um zumindest anhand des ersten Messwertes und anhand des zweiten Messwertes einen etwaigen Fremdkörper zu detektieren, beispielsweise anhand einer Korrelation zwischen den Messwerten, einer zeitlichen Faltung der Messwerte, oder einer Laplace- bzw. Z-Transformation.

Dabei wird unter dem Begriff „Einheit wird im Rahmen der Erfindung prinzipiell jede elektronische Schaltung bzw. Hardware verstanden, die für den angedachten Einsatzzweck geeignet ausgelegt ist. Es kann sich also je nach Anforderung um eine Analogschaltung zur Erzeugung bzw. Verarbeitung entsprechender analoger Signale handeln. Es kann sich jedoch auch um eine Digitalschaltung, wie ein FPGA oder ein Speichermedium in Zusammenwirken mit einem Programm handeln. Dabei ist das Programm ausgelegt, die entsprechenden Verfahrensschritte durchzuführen bzw. die notwendigen Rechenoperationen der jeweiligen Einheit anzuwenden. Konkret kann es sich bei der Auswerte-Einheit also beispielsweise auch um eine Prozessleitzentrale der Prozessanlage oder um einen dezentralen Server handeln.

Durch die erfindungsgemäße Fremdkörperdetektion können innerhalb der Prozessanlage etwaige Fremdkörper ohne zusätzliches Mess-Equipment detektiert werden, sofern die Prozessgröße(n) im Rahmen des Prozesses per se zu bestimmen ist/sind. Hierdurch kann die Prozessanlage insgesamt sicherer und effizienter betrieben werden.

Korrespondierend zum erfindungsgemäßen Mess-System wird die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, außerdem durch ein Verfahren zur Detektion etwaiger Fremdkörper mittels des Mess-Systems gelöst. Demnach umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte: - Bestimmung eines ersten Messwertes einer ersten Prozessgröße des Messmediums im Leitungsabschnitt mittels des ersten Feldgerätes,

- Messung eines zweiten Messwertes der ersten Prozessgröße oder einer zweiten Prozessgröße des Messmediums im Leitungsabschnitt mittels des zweiten Feldgerätes, und

- Detektion des etwaigen Fremdkörpers anhand des ersten Messwertes und anhand des zweiten Messwertes.

Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung nicht fest vorgeschrieben, welche spezifische Prozessgröße die einzelnen Feldgeräte des Mess-Systems erfassen müssen, um das erfindungsgemäße Verfahren umsetzen zu können. Allerdings kann eine Korrelation umso sicherer erfasst werden kann, je empfindlicher die entsprechenden Feldgeräte die Messwerte erfassen können. Sofern das erste Feldgerät also beispielsweise als Dielektrizitätswertmessgerät ausgelegt ist, um als erste Prozessgröße einen Dielektrizitätswert des Messmediums zu bestimmen, ist es vorteilhaft, dieses

- auf Basis des TDR-Verfahrens („Time Domain Reflectometry“), wie beispielsweise in der Veröffentlichungsschrift EP 0622 628 A2 beschrieben ist,

- analog zu Radar-basierter Abstandsmessung auf Basis eines Pulslaufzeit-Verfahrens, oder

- auf Basis von Phasenmessung, wie unter anderem in der Veröffentlichungsschrift DE 102017 130728 A1 beschrieben ist, auszulegen, da diese Verfahren sehr empfindliche Messungen ermöglichen. Da auch die Dichte sehr hochaufgelöst messbar ist, kann das erste Feldgerät auch als Dichtemessgerät ausgelegt werden, um als erste Prozessgröße eine Dichte des Messmediums im Leitungsabschnitt zu messen.

In einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Mess-System kann das zweite Feldgerät korrespondierend zum ersten Feldgerät ausgelegt werden, so dass auch das zweite Feldgerät die erste Prozessgröße des Messmediums bestimmt. Um die Flussgeschwindigkeit des Messmediums bzw. des etwaigen Fremdkörpers zu berücksichtigen, muss das zweite Feldgerät bei dieser Ausführungsvariante jedoch im Leitungsabschnitt in Bezug zur Flussrichtung des Messmediums mit einem definierten Abstand zum ersten Feldgerät angeordnet werden. Alternativ kann das zweite Feldgerät als Durchflussmessgerät ausgelegt werden, um als zweite Prozessgröße einen Durchfluss des Messmediums im Leitungsabschnitt zu messen. In diesem Fall ist es irrelevant, wo das zweite Feldgerät im Leitungsabschnitt in Bezug zum ersten Feldgerät angeordnet ist.

Zur Durchflussmessung von fließenden Messmedien in entsprechenden Leitungsabschnitten stehen je nach Art der Durchflussmessung (Massendurchfluss, Volumendurchfluss) und je nach Art bzw. Aggregatzustand des Mediums verschiedene Messprinzipien zu Verfügung: Ein Coriolis-basiertes Messverfahren ist beispielsweise in der Patentschrift EP 03241000 B1 gezeigt. Das magnetisch-induktive Messprinzip wird in der Veröffentlichungsschrift EP 00969268 A1 thematisiert. Ein-Ultraschall- basiertes Messverfahren ist in der internationalen Veröffentlichungsschrift WO 2014/001027 A1 gezeigt. Ein nach dem thermischen Messverfahren arbeitender Durchfluss-Sensor wird beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung WO 2014139786 A1 gezeigt. Je nach Messmethode wird der Durchfluss in Form eines Volumendurchflusses bestimmt, bspw. in m ³ /s . unter anderem beim magnetisch-induktiven Messverfahren und bei Ultraschall-basierter Messung wird der Durchfluss im Leitungsabschnitt als Volumendurchfluss bestimmt. Wenn das Durchflussmessgerät gemäß des Coriolis-Messprinzips oder gemäß des thermischen Messprinzips ausgelegt ist, bestimmt es den Durchfluss im Leitungsabschnitt als Brutto- Massedurchfluss.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand der nachfolgenden Figur. Es zeigt:

Fig. 1 : Ein erfindungsgemäßes Mess-System zur Detektion etwaiger Fremdkörper in einem strömenden Messmedium.

Zum Verständnis der Erfindung ist in Fig. 1 ein Rohrleitungsabschnitt 3 gezeigt, der von einem Messmedium 2 mit einer kontrollierten Flussgeschwindigkeit v durchströmt wird. Dabei ist der Rohrleitungsabschnitt 3 Bestandteil einer Prozessanlage, die beispielsweise zur Verarbeitung von Lebensmitteln dient. Zur Steuerung der Prozessanlage bzw. des Verarbeitungs-Prozesses ist als Prozessgröße in der Regel die Flussgeschwindigkeit v bzw. der Massendurchfluss M‘ (in kg/s oder einer vergleichbaren Einheit) oder der Volumendurchfluss V‘ (in der Regel in m ³ /s) des Messmediums 2 durch den Rohrleitungsabschnitt 3 zu bestimmen. Dementsprechend ist am Rohrleitungsabschnitt 3 ein Durchflussmessgerät 12 angeordnet, um den entsprechenden Messwert m2 bestimmen zu können. Als Durchflussmessgerät 11 kann beispielsweise ein nach dem thermischen Prinzip arbeitendes oder ein Ultraschall-basiertes Gerät eingesetzt werden.

Zur Weitergabe des aktuell gemessenen Durchfluss-Messwertes m2 ist das Durchflussmessgerät 12 über eine geeignete Schnittstelle, wie etwa „4-20 mA“, „PROFIBUS“, „HART“, oder „Ethernet“ jeweils mit einer übergeordneten Auswerte-Einheit 13, wie z. B. einem lokalen Prozessleitsystem oder einen dezentralen Server verbunden. Hierdurch kann die Auswerte-Einheit 13 gegebenenfalls Zu- oder Abflüsse zum bzw. vom Rohrleitungsabschnitt 3 steuern, damit die Flussgeschwindigkeit v entsprechend geregelt wird. Über die Schnittstelle können zudem auch anderweitige Informationen übermittelt werden, bspw. Parametrierungs-Daten für das Durchflussmessgerät 12 oder Informationen zum allgemeinen Betriebszustand des Durchflussmessgerätes 12.

Zur weiteren Inline-Analyse des Messmediums 2 sind am Rohrleitungsabschnitt 3 außerdem zwei weitere Feldgeräte 11 , 1 T angeordnet, welche ebenfalls in Kontakt mit dem Messmedium 2 stehen und beide die gleiche Prozessgröße ermitteln, wie beispielsweise einen Dielektrizitätswert, einen pH-Wert oder eine Dichte des Messmediums 2. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sind auch diese Feldgeräte 11 , 1 T über eine entsprechende Schnittstelle mit der übergeordneten Auswertungs-Einheit 13 verbunden, um die entsprechenden Messwerte m1 , mT zu übermitteln. Dabei kann die Messung einer der gleichen Prozessgröße durch zwei eigenständige Feldgeräte 11 , 1 T beispielsweise eine Redundanz schaffen.

Auf Basis von zumindest zwei der in Fig. 1 dargestellten Feldgeräte 11 , 1 T, 12 in Verbindung mit der übergeordneten Auswerte-Einheit 13 kann erfindungsgemäß ein Mess-System 1 gebildet werden, welches neben den Prozessgrößen der einzelnen Feldgeräte 11 , 11 ‘, 12 als zusätzliche Prozessgröße außerdem etwaige, unerwünschte Fremdkörper 4 im Messmedium 4 detektieren kann. Hierdurch kann auf zusätzliche Feldgeräte wie Kameras oder Scanner, die eigens zur Erfassung etwaiger Fremdkörper 4 im Messmedium dienen, verzichtet werden. Hierzu wird von der Auswerte- Einheit 13 erfindungsgemäß beurteilt, ob die Messwerte m1 , m1‘, m2 von zumindest zwei der Feldgeräte 11 , 11 ' 12 aktuell definiert korrelieren.

Sofern die Messwerte m1 , m1‘, m2 eine entsprechende Korrelation aufweisen, ist hieraus mit hoher Wahrscheinlichkeit auf das Vorhandensein eines Fremdkörpers 4 zu schließen. Dabei kann in Abhängigkeit davon, welche Prozessgröße(n) der Korrelationsberechnung zugrunde gelegt wird/werden, auch eine inverse Korrelation zwischen den entsprechenden Messwerten m1 , m1‘, m2, auf einen Fremdkörper 4 hinweisen. Eine inverse Korrelation, die auf Fremdkörper 4 im Messmedium 2 zurückführbar ist, liegt beispielsweise vor, wenn eines der Feldgeräte 11 , 11 ' einen erhöhten Dielektrizitätswert misst, während das Durchflussmessgerät 12 eine verringerte Flussgeschwindigkeit v misst. Bei der Beurteilung, ob das Messmedium 2 im Rohrleitungsabschnitt 3 einen Fremdkörper 4 umfasst, muss dementsprechend außerdem die Flussgeschwindigkeit v des etwaigen Fremdkörpers 4, bzw. der zeitlich versetzte Einfluss des Fremdkörpers 4 auf die einzelnen Messwerte m1 , m1 ‘ berücksichtigt werden.

Die Flussgeschwindigkeit v kann beispielsweise in Form der Durchfluss- Messwerte m2 des Durchflussmessgerätes 12 in die Fremdkörper-Detektion miteinbezogen werden. Alternativ kann die Flussgeschwindigkeit v indirekt darüber miteinbezogen werden, dass diejenigen zwei Feldgeräte 11 , 11 ' des erfindungsgemäßem Mess-Systems 1 , deren Korrelation überprüft wird, dieselbe Prozessgröße bestimmen, jedoch in Bezug zur Flussrichtung des Messmediums 2 in einem definierten Abstand AL zueinander angeordnet sind, wie in Fig. 1 dargestellt ist. In diesem Fall sind die Messwerte m1 , m1‘ dieser zwei Feldgeräte 11 , 11' je nach Art der anschließenden Korrelations- Berechnung vorab gegebenenfalls einer entsprechenden zeitlichen Faltung zu unterziehen. Bei dieser Ausgestaltungsvariante ist es auch möglich, dass beide Feldgeräte 11 , 11 ' zwar die gleiche Prozessgröße ermitteln, jedoch mit einem unterschiedlichen Messprinzip. Sofern beide Feldgeräte 11 , 11 ' beispielsweise den Dielektrizitätswert ermitteln, kann eines davon beispielsweise auf Basis des TDR-Verfahrens ausgelegt sein, während das andere Feldgerät 11 , 11 ' den Dielektrizitätswert mittels Phasenmessung ermittelt. Hierdurch wird eine weitere Form der Redundanz geschaffen.

Eine etwaige Korrelation kann umso sicherer ermittelt werden, je höher die Auflösung ist, mit welcher das Feldgerät 11 , 11 ‘, 12 den Messwert m1 , m1 ', m2 erfassen kann. Dementsprechend ist es für den Fall, dass neben dem Durchfluss-Messwert m2 der Dielektrizitätswert des Messmediums 2 als Messwerte m1 , m1‘ erfasst werden, vorteilhaft, wenn die entsprechenden Feldgeräte 11 11 ' auf einem Hochfrequenz-Messprinzip, wie dem TDR-Prinzip basieren, da dies eine hochgenaue Messung ermöglicht.

Durch die erfindungsgemäße Fremdkörperdetektion kann innerhalb der Prozessanlage auf gegebenenfalls detektierte Fremdkörper 4 angemessen reagiert werden: Sofern ein Fremdkörper 4 detektiert wird, kann die Auswerte- Einheit 13 beispielsweise veranlassen, ein Absperrventil, welches sich in Flussrichtung hinter dem Fremdkörper 4 bzw. den Feldgeräten 11 , 11 ‘, 12 befindet, zu schließen, damit der Fremdkörper 4 nicht unbeabsichtigt mitabgefüllt wird. Oder das Messmedium 2 kann in Flussrichtung hinter den Feldgeräten 11 , 11 ‘, 12 in einen Bypass umgeleitet werden, über weichen etwaiger Ausschuss entsorgt wird. Hierdurch kann die Prozessanlage insgesamt sicherer und effizienter betrieben werden.

Bezugszeichenliste

1 Mess-System

2 Medium 3 Leitungsabschnitt

4 Fremdkörper

11 Erstes Feldgerät

11 ‘ Zweites Feldgerät

12 Durchflussmessgerät 13 Auswerte-Einheit m1 Messwert des ersten Feldgerätes m1 ‘ Messwert des zweiten Feldgerätes m2 Messwert des Durchflussmessgerätes v Durchflussgeschwindigkeit AL Abstand zwischen den Messgeräten