Klotzbach, Michael (Draisstrasse 12, Karlsruhe, 76135, DE)
Flämig, Hartmut (Nibelungenring 85, Stutensee, 76297, DE)
Klotzbach, Michael (Draisstrasse 12, Karlsruhe, 76135, DE)
| 1. | Messeinrichtung zur Grenzwerterfassung, die einen analogen Messwert (S) auf Überschreiten eines Schwellenwertes (S1) und auf Unterschreiten desselben oder eines weiteren Schwellen wertes (S1, S2) überwacht und in Abhängigkeit davon ein lo gisches Signal (L) zur Meldung eines von zwei möglichen Zu ständen erzeugt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Messeinrichtung dazu ausgebildet ist, in mindestens einem der beiden Zustände den Abstand (A1, A2) zwischen dem analogen Messwert (S) und dem dazu nächsten Schwellenwert (S1, S2) zu erfassen und daraus eine Abnutzung der Messein richtung zu ermitteln. |
| 2. | Messeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der zur Erfassung des Abstandes (A1, A2) herangezogene analoge Messwert (S) zeitlich ge mittelt wird. |
| 3. | Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Meldung (M) erzeugt wird, wenn der Abstand (A1, A2) ein vorgegebenes Maß unter schreitet. |
| 4. | Messeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h gekennzeichnet, dass aus der Ent wicklung des Abstandes (A1, A2) in der Vergangenheit durch Extrapolation die Restlebensdauer (TRest) der Messeinrichtung ermittelt wird. |
| 5. | Messeinrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Meldung (M) erzeugt wird, wenn die ermittelte Restlebensdauer (TRest) ein vorgegebenes Maß unterschreitet. |
Beispiele für eine solche Messeinrichtung sind Füllstands- schalter, die melden, ob ein Behälter voll oder leer ist, oder Lichtschranken, die melden, ob ein Objekt im Strahlen- gang vorhanden ist oder nicht. Die Messeinrichtung ist dabei auf die zwei möglichen Zustände kalibriert, wobei jedem Zu- stand jeweils ein Kalibrierwert zugeordnet ist. Zwischen den beiden Kalibrierwerten liegt ein Schwellenwert, und für den Fall, dass eine Schalthysterese vorgesehen ist, ein weiterer Schwellenwert. Je nach dem, ob der aktuelle analoge Messwert den oder die Schwellenwerte über-oder unterschreitet, wird ein den jeweiligen Zustand meldendes logisches Signal er- zeugt.
Durch Verschmutzung oder Verschleiß kann es zu einem Ausfall der Messeinrichtung kommen. Dieses Problem kann zwar durch regelmäßige Wartung vermieden werden, jedoch entstehen dabei Instandhaltungskosten, die zumindest teilweise vermieden werden können, wenn der Grad der Abnutzung erkannt werden könnte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mess- einrichtung zur Grenzwerterfassung anzugeben, die einen mög- lichen Ausfall durch Abnutzung, also Verschleiß oder Ver- schmutzung, selbst diagnostiziert und darüber hinaus die An- gabe der Abnutzungsreserve oder Restlebensdauer ermöglicht.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Messeinrichtung der eingangs angegebenen Art dazu ausgebildet ist, in mindestens einem der beiden Zustände den Abstand, das heißt die Differenz, zwischen dem analogen Messwert und dem dazu nächsten Schwellenwert zu erfassen und daraus eine Ab- nutzung der Messeinrichtung zu ermitteln. Durch Verschmutzung oder Verschleiß der Messeinrichtung können sich nämlich die analogen Messwerte in den jeweiligen Zuständen von den ur- sprünglichen Kalibrierwerten weg bewegen. Dabei ist es kri- tisch, wenn sich der aktuelle analoge Messwert dem nächsten Schwellenwert nähert. Wird dieser erreicht, kann nämlich kei- ne logische Zustandserkennung mehr erfolgen. Die erfindungs- gemäße Messeinrichtung wertet den Abstand zwischen dem analo- gen Messwert und dem nächsten Schwellenwert aus und ermittelt daraus die Abnutzung der Messeinrichtung, wobei unter Abnut- zung sowohl Verschleiß als auch Verschmutzung oder sonstige Störungen zu verstehen sind.
Um Abnutzungserscheinungen von kurzfristigen aktuellen Stö- rungen unterscheiden zu können, werden die zur Erfassung des Abstandes herangezogenen analogen Messwerte vorzugsweise, beispielsweise durch Kurzzeitintegration, zeitlich gemittelt.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der erfin- dungsgemäßen Messeinrichtung wird eine Meldung erzeugt, wenn der Abstand zwischen dem analogen Messwert und dem nächsten Schwellenwert ein vorgegebenes Maß unterschreitet. Je nach Größe dieses vorzugsweise parametrierbaren vorgegebenen Maßes kann es sich bei der Meldung um eine Instandshaltungsanforde- rung, eine Warnung, einen Alarm oder ähnliches handeln.
Da der Verschleiß oder die Verschmutzung der Messeinrichtung unterschiedlich schnell fortschreiten kann, ist nicht nur der aktuelle Abnutzungsgrad, sondern auch die zeitliche Entwick- lung der Abnutzung von Interesse. Dementsprechend wird in vorteilhafter Weise die Entwicklung des Abstandes zwischen dem analogen Messwert und dem nächsten Schwellenwert in der
Vergangenheit durch Extrapolation ermittelt, wobei im Weite- ren vorzugsweise eine Meldung erzeugt wird, wenn die ermit- telte Restlebensdauer ein vorgegebenes Maß unterschreitet.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen ; im Einzelnen zeigen : Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mess- einrichtung in Form eines Blockschaltbildes, Figur 2 ein Beispiel für die Erzeugung des logischen Sig- nals in Abhängigkeit von dem erfassten analogen Messwert und Figur 3 ein Beispiel für die Bestimmung der Restlebensdauer der Messeinrichtung.
Figur 1 zeigt eine Messeinrichtung zur Grenzwerterfassung in Form eines kapazitiven Füllstandsschalters. An einem Behälter 1 ist an einer vorgegebener Stelle eine kapazitive Sonde 2 angebracht, mit der detektiert werden soll, ob der Füllstand eines Füllgutes 3, hier einer Flüssigkeit, über dieser Stelle liegt (Zustand"1") oder darunter (Zustand"0"). Die Sonde 2 erzeugt abhängig von dem jeweils aktuellen Füllstand einen analogen Messwert S. Die Messeinrichtung ist für beide Zu- stände"1"und"0"kalibriert, wobei im Zustand"1"das Füll- gut 3 die Sonde 2 gerade vollständig bedeckt (Füllstand Hmax mit dem zugehörigen analogen Kalibrationsmesswert Smax) und wobei im Zustand"0"das Füllgut 3 die Sonde 2 gerade unbe- deckt lässt (Füllstand Hmin mit dem zugehörigen analogen Kali- brationsmesswert Smin). In einer Schwellenwertvergleichsein- richtung 4 wird der jeweils aktuelle analoge Messwert S auf Über-oder Unterschreiten eines oder hier zweier Schwellen- werte S1 und S2 überwacht, die zwischen den beiden Kalibra- tionsmesswert Smax und Smin liegen, und in Abhängigkeit davon ein logisches Signal L erzeugt.
Wie Figur 2 zeigt, nimmt das logische Signal L beim Über- schreiten des Schwellenwertes S1 den logischen Wert"1"und beim Unterschreiten des Schwellenwerts S2 den logischen Wert "0"an und zeigt so den jeweiligen Zustand"1"bzw."0"an.
Die beiden Schwellenwerte S1 und S2 befinden sich in vorgege- benen Sicherheitsabständen A1 bzw. A2 zu den Kalibriermess- werten Smax bzw. Smin. Durch Verschleiß oder beispielsweise Verschmutzung 5 der Sonde 2 kann sich der Messwert S im Zu- stand"0", wenn die Sonde 2 von dem Füllgut 3 gerade noch nicht oder nicht mehr bedeckt ist, von dem Kalibrierwert Smin weg verschieben, wodurch der Abstand A2 zu dem nächsten Schwellenwert S2 geringer wird. Erreicht der Messwert S dabei den Schwellenwert S2, so ist eine Änderung des logischen Sig- nals L von"1"nach"0"nicht mehr möglich.
Um die Abnutzung, hier die Verschmutzung 5, der Messeinrich- tung diagnostizieren zu können, wird der analoge Messwert S zunächst in einem Filter 6 jedes Mal dann zeitlich gemittelt, wenn der Zustand"0"vorliegt. Anschließend wird der zeitlich gemittelte Messwert S in einer Vergleichseinrichtung 7 mit dem Schwellenwert S2 verglichen und der Abstand A2 zwischen beiden ermittelt. Eine Auswerteeinrichtung 8 erzeugt eine Meldung M, wenn der Abstand A2 ein vorgegebenes Maß unter- schreitet. Dieses vorgegebene Maß ist parametrierbar und kann mehrere gestaffelte Werte umfassen, so dass mit zunehmend ge- ringer werdendem Abstand zu A2 nacheinander eine Instandhal- tungsaufforderung, eine erste Warnung und ein Alarm als Mel- dung M erzeugt werden können.
Wie Figur 3 zeigt, kann die Meldung M kann in zusätzlicher Abhängigkeit von der zeitlichen Entwicklung (Trend) des Ab- standes A2 in der Vergangenheit erzeugt werden, indem aus der vergangenen zeitlichen Entwicklung des Abstandes A2 durch Ex- trapolation die Restlebensdauer TRest der Messeinrichtung er- rechnet wird, also die Zeit, bis der Messwert S im Zustand "0"den Schwellenwert S2 erreicht. Die Meldung M wird dann in
Abhängigkeit von der so ermittelten Restlebensdauer TRest erzeugt.
Für den Fall, dass auch im Zustand"1", wenn die Sonde 2 ge- rade von dem Füllgut 3 bedeckt ist, der Messwert S aufgrund von Abnutzung oder sonstigen Erscheinungen von dem Kalibrier- wert Smax weg bewegt, kann in entsprechender Weise auch der Abstand A1 zwischen dem Messwert S im Zustand"1"und dem Schwellenwert S1 auf Unterschreiten eines vorgegebenen Maßes überwacht werden. Dazu wird dann der analoge Messwert S zu- nächst in einem weiteren Filter 9 jedes Mal dann, wenn der Zustand"1"vorliegt, zeitlich gemittelt. Anschließend wird der zeitlich gemittelte Messwert S in einer weiteren Ver- gleichseinrichtung 10 mit dem Schwellenwert S1 verglichen und der Abstand A1 zwischen beiden ermittelt. Die Auswerteein- richtung 8 erzeugt eine Meldung, wenn der Abstand A1 bzw. die durch Extrapolation aus der vergangenen zeitlichen Entwick- lung des Abstandes A1 ermittelte Restlebensdauer der Mess- einrichtung ein vorgegebenes Maß unterschreiten.
Next Patent: UPGRADE MODULE, PACKAGING THEREFOR AND METHOD OF INCORPORATING THE SAME