DE102008042969A1

DE102008042969A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Prozesszuständen in alternierenden Produktionsprozessen

Info

Publication number: DE102008042969A1
Application number: DE102008042969A
Authority: DE
Inventors: Torsten Pechstein; Ronny Große-Uhlmann
Original assignee: Endress and Hauser Conducta Gesellschaft fuer Mess und Regeltechnik mbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Conducta GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2010-04-22
Also published as: WO2010046246A1

Abstract

Es werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Detektion und Analyse von Prozesszuständen in alternierenden Produktionsprozessen vorgeschlagen, insbesondere zur Anwendung in chemischen oder pharmazeutischen Produktionsprozessen oder in der Lebensmitteltechnologie, mit mindestens einem Sensor (1) zur Erfassung von Sensorwerten, welche repräsentativ sind für Prozesszustände, und mit einer Auswertungseinheit (2), welche angepasst ist, Sensorwerte und weitere Prozessgrößen zur Diagnose von Prozesszuständen und/oder Sensorzuständen zu verarbeiten, wobei anhand des Diagnoseergebnisses der Auswertungseinheit (2) ein Signal zur Anzeige von Prozesszuständen oder Sensorzuständen erzeugt wird, wobei die Erfindung gekennzeichnet ist durch simultanes Auswerten und Beurteilen von gleichzeitig mehreren Sensor- und/oder Prozessgrößen in der Auswertungseinheit (2) unter Verwendung von voreingestellten Schwellenwerten für vom Sensor erfassbare Sensorwerte und/oder Prozessgrößen des Produktionsprozesses zur Ermittlung eines aktuellen Prozesszustands.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Prozesszuständen in alternierenden Produktionsprozessen, wie beispielsweise Produktionsprozessen der chemischen Industrie oder der Lebensmittelindustrie. Derartige industrielle Prozesse werden herkömmlicherweise mittels Sensoren gesteuert und sind durch sich häufig ändernde Zustände und Abläufe gekennzeichnet. Mit in der Produktionsanlage eingebauten Sensoren wie Temperaturfühlern oder pH-Wert-Sensoren werden bei laufendem Produktionsprozess Sensorwerte und Prozessgrößen ermittelt, und der Produktionsprozess wird entsprechend den ermittelten Sensorwerten kontrolliert und gesteuert. So sind beispielsweise in chemischen Produktionsprozessen verschiedene Stufen und Zustände des Produktionsprozesses über die Eigenschaften des jeweiligen Prozessgutes ermittelbar. Beispielsweise liefern der pH-Wert, die Temperatur, die elektrische Leitfähigkeit, der Gehalt an Gelöstsauerstoff oder die Trübung des CO₂ Wertes Aussagen über den aktuellen Zustand des Produktionsprozesses. Die Werte werden von verschiedenen Sensoren einem Prozessrechner zur Verfügung gestellt und direkt oder indirekt anhand der eingebauten Sensoren zur Prozesssteuerung ermittelt. Bei den heutzutage in solchen Produktionsprozessen verwendeten Sensoren kommt es mit der Zeit jedoch zu einem Sensorverschleiß aufgrund der Belastung des Sensors durch die häufig sich ändernde Messumgebung. Daher ist es erforderlich, die verwendeten Sensoren hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit und Lebensdauer regelmäßig zu warten. Im Stand der Technik sind hierzu verschiedene Methoden und Verfahren vorgeschlagen worden, mittels welchen der Zustand von im Produktionsprozess verwendeten Sensoren ohne deren Ausbau in situ oder an Ort und Stelle ermittelt und berechnet werden kann.
In der EP 1 550 861 A1 sind diesbezüglich ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Zustands einer Messsonde in einem Produktionsprozess am Beispiel eines sogenannten CIP-(Cleaning-in-place-) oder SIP-(Sterilizing-in-place-)Verfahrens beschrieben, wobei ohne einen Ausbau der Temperaturmesssonde deren aktueller Zustand ermittelt wird. Dafür wird nach diesem Dokument die Temperatur der Messsonde oder die Temperatur des die Messsonde umgebenden Mediums mittels eines weiteren Messfühlers zusätzlich gemessen, und anhand des gemessenen Temperaturverlaufs über die Zeit wird eine Aussage über den aktuellen Zustand der Messsonde abgeleitet. Mit dieser Methode kann der Zustand von einzelnen Messsonden im Produktionsprozess ermittelt werden, ohne diese auszubauen. Eine Prozessdiagnose insgesamt ist mit diesem Verfahren jedoch nicht möglich.
Aus der DE 102 09 318 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zur Ermittlung des Zustands von einzelnen Messsensoren bekannt. Bei diesem Verfahren wird die verschleißabhängige Reststandszeit eines elektrochemischen Messsensors dadurch ermittelt, dass ein für den Verschleiß des Sensors relevanter Parameter festgelegt wird, für welchen Grenzwerte definiert werden. Nach einer wiederholten Ermittlung des Wertes dieses für den Verschleiß des Sensors relevanten Parameters wird hier eine Extrapolation der Wertentwicklung des Parameters auf Grundlage von ermittelten Werten berechnet. Das Verfahren liefert als Ergebnis eine voraussichtliche Reststandszeit eines einzelnen Sensors, die auf mathematischen Berechnungen beruht. Auch hier ist eine Aussage über den aktuellen Prozesszustand eines Produktionsprozesses insgesamt nicht möglich.
Des Weiteren sind sogenannte Prozessleitsysteme mit zentralen Steuerrechnern bzw. Prozessrechnern bekannt, bei welchen über aufwendige Prozessmodelle und die Zusammenführung sämtlicher erfassten Größen eine Überwachung und Analyse von laufenden Produktionsprozessen ermöglicht wird. Die Nachteile dieser Prozessleitsysteme sind ihre relativ hohen Kosten in der Anschaffung und im Unterhalt sowie ihre hohe Komplexität in der Anwendung. Die Modellierung und Analyse eines Prozesszustands mit solchen Prozessleitsystemen erfordern außerdem eine genaue Kenntnis und möglichst gute Abbildung der jeweiligen Produktionsanlage. Sie eignen sich daher nur für hochentwickelte Prozessszenarien, bei welchen ein solcher Aufwand gerechtfertigt ist.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Detektion von Prozesszuständen in alternierenden Produktionsprozessen bereitzustellen, welche mit möglichst einfachen Mitteln und geringem Zusatzaufwand realisierbar sind und dennoch eine aussagekräftige Diagnose von aktuellen globalen Prozesszuständen erlauben. Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Schritten nach Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Nach der Erfindung wird ein Verfahren zur Detektion von Prozesszuständen in alternierenden Produktionsprozessen mit mindestens einem Sensor zur Erfassung von Sensorwerten, welche repräsentativ sind für Prozesszustände, und mit einer Auswertungseinheit vorgeschlagen, welche angepasst ist, Sensorwerte und weitere Prozessgrößen zur Diagnose von Prozesszuständen und/oder Sensorzuständen zu verarbeiten, wobei anhand des Diagnoseergebnisses der Auswertungseinheit ein Signal als Ausgangsgröße für beispielsweise eine Anzeige von Prozesszuständen oder Sensorzuständen erzeugt wird. Das erfindungsgemäße Detektionsverfahren ist gekennzeichnet durch simultanes Auswerten und Beurteilen von gleichzeitig mehreren Sensor- und/oder Prozessgrößen in der Auswertungseinheit unter Verwendung von voreingestellten Schwellenwerten für vom Sensor erfassbare Sensorwerte und/oder Prozessgrößen des Produktionsprozesses zur Ermittlung eines aktuellen Prozesszustands. Durch das gezielte simultane Auswerten von gleichzeitig mehreren Prozess- oder Sensorgrößen in der Auswertungseinheit kann nicht nur eine singuläre Aussage über den Zustand des Sensors selbst mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellt werden, sondern vielmehr ist nun anhand von mindestens zwei bzw. mehreren Größen eine Beurteilung des Prozesszustands des Produktionsprozesses insgesamt über bestehende Sensoren möglich. Unter einem simultanen Auswerten mehrerer Prozessgrößen wird vorliegend ein gleichzeitiges Verarbeiten der Größen mit dem Ziel einer Ableitung von globalen Prozesszustandsgrößen verstanden. Damit wird auf denkbar einfache Art und Weise und mit geringem baulichem Zusatzaufwand eine Methode zur aussagekräftigen Diagnose und Analyse von laufenden Prozessen in alternierenden Produktionsprozessen bereitgestellt. Durch gezieltes Erfassen und Auswerten von mehreren Prozessgrößen bzw. Sensorgrößen gleichzeitig, beispielsweise einschließlich der Temperatur eines Prozessgutes, welche von dem Sensor gemessen wird, kann erfindungsgemäß über voreingestellte Schwellenwerte je Größe eine effektive und realitätsnahe Auswertung des Prozesszustands im laufenden Produktionsprozess bereitgestellt werden. Die Temperatur des Prozessmediums, welche von dem Sensor beispielsweise fortlaufend gemessen wird, sowie weitere Prozess- oder Sensorgrößen werden anhand von voreingestellten Schwellenwerten oder Grenzwerten gleichzeitig erfasst und ausgewertet, so dass eine aussagekräftige Prozessdiagnose im laufenden Prozess ohne größeren apparativen Aufwand möglich ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es erstmals möglich, neben den aktuellen Prozessbedingungen und Umgebungsbedingungen, welche zur Belastung und Abnutzung des Sensors führen, zusätzlich ganz allgemein Aussagen über Prozesszustände zu erfassen und entsprechend zu analysieren. Unter dem erfindungsgemäßen Auswerten und Beurteilen wird vorliegend jede Analyse von Messwerten oder Prozessgrößen verstanden, durch welche eine abgeleitete Aussage über den Prozesszustand oder den Sensorzustand ermöglicht wird, neben der eigentlichen Sensorwertmessung, wie beispielsweise bei einer Temperaturmessung mit Temperaturfühlern.
Die Auswertung und Beurteilung bzw. Analyse oder Diagnose des Prozesszustands eines Produktionsprozesses nach der vorliegenden Erfindung kann dabei als eine einfache Zustandszählfunktion umgesetzt werden. Das heißt, ein mit festgelegten Parametern definierter Zustand Z_i wird hinsichtlich seines Auftretens gezählt. Zum anderen kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch durch Festlegung vordefinierter Grenzwerte und Schwellenwerte eine qualitativ hochwertigere Auswertung der Zustandsgüte des derzeit ablaufenden Produktionsprozesses erfolgen. Auf deren Basis können entsprechend dem Ergebnissignal aus der Auswertungseinheit eine oder mehrere Folgereaktionen hervorgerufen werden. Denkbar ist beispielsweise die Erzeugung eines akustischen Signals, eines optischen Signals oder eines elektrischen Signals, beispielsweise in Form eines Alarms, einer Meldung „Prozess in Ordnung”, oder eines Steuersignals für eine Relaisschaltung der Produktionsanlage. Die Festlegung von voreingestellten Schwellenwerten und zustandsspezifischen Parametern für prozesszustandsrelevante Werte von Sensoren oder anderen Prozessgrößen kann erfindungsgemäß in einer separaten Steuerungseinheit, der Auswertungseinheit oder in dem Messumformer eines Sensors oder im Sensor selbst erfolgen. Die vorab definierten oder voreingestellten Schwellenwerte jeder Sensorgröße oder Prozessgröße können auch in einem speziellen Speicher abgelegt werden oder je nach Bedarf über beispielsweise eine Menüsteuerung an der Auswertungseinheit vom Bediener eingestellt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Prozessdiagnose von laufenden Prozessen deutlich vereinfacht gegenüber den bisher im Stand der Technik hierfür verwendeten komplexen Prozessleitsystemen. Beispielsweise sind für die Prozessdiagnose keine aufwendigen Produktionsanlagenmodelle und komplexen Softwaremodule erforderlich. Über ohnehin vorhandene Sensoren und über die Sensoren oder weitere Erfassungsmittel in der Produktionsanlage werden neben den eigentlichen Sensorwerten einfach zusätzliche zustandsrelevante Prozessgrößen fortlaufend oder periodisch über die Zeit erfasst und für die erfindungsgemäße Diagnose des aktuellen Prozesszustands verwendet. Damit wird ein sehr einfaches Verfahren zur Detektion und Analyse von Prozesszuständen bereitgestellt, das bei geringen Kosten und mit überschaubarem baulichem Zusatzaufwand in bestehenden Produktionsprozessen, beispielsweise in der Lebensmitteltechnologie, gewinnbringend eingesetzt werden kann.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Diagnoseergebnisse der Auswertungseinheit in einer Speichereinheit fortlaufend gespeichert. Als Diagnoseergebnis kann einerseits die Entwicklung von den simultan erfassten mehreren Größen gespeichert werden. Alternativ können die Diagnose-Endergebnisse der Auswertungseinheit in dem Speicher beispielsweise als Zustandshistorie des Produktionsprozesses kontinuierlich oder periodisch gespeichert werden. Die gespeicherten Diagnoseergebnisse oder Sensorwerte dienen erfindungsgemäß zum Beispiel zum Erkennen von Trends im aktuellen Prozesszustand. Aus vergangenen Entwicklungen der Diagnoseergebnisse oder der gemessenen Sensorwerte bzw. anderer prozessrelevanter Größen kann die erfindungsgemäße Auswertungseinheit eine Aussage ableiten, wie es zu dem aktuellen Prozesszustand gekommen ist, und eine dementsprechende Fehlermeldung generieren. Auch kann ein Bediener mit den gespeicherten Daten typische Prozesszustandsmuster erkennen und anhand der angezeigten Prozesszustände und der gespeicherten vergangenen Prozesszustände bzw. Sensorzustände entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten. Neue typische Prozesszustände können hierüber entwickelt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für jede in der Auswertungseinheit ausgewertete Sensor- und/oder Prozessgröße jeweils ein unterer und ein oberer Schwellenwert definiert, innerhalb deren Grenzen der Prozesszustand von der Auswertungseinheit als in Ordnung beurteilt wird. Damit kann die Auswertungseinheit nach der Erfindung anhand von einfachen Schwellenwerten oder Grenzwerten für jeweilige Größen eine Prozessdiagnose vornehmen. Beispielsweise ist es für einen Temperaturfühler bei einem bestimmten Prozess bekannt, dass der Produktionsprozess innerhalb bestimmter Grenzen korrekt abläuft, es bei Überschreiten jedoch zu Fehlern entweder am Sensor selbst oder im Prozess gekommen ist. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann anhand der voreingestellten und vorab definierten Grenzwerte für jeweilige Analysewerte eine aussagekräftige Diagnose des aktuellen Prozesszustands vorgenommen werden. Nach einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung können die vorab definierten Schwellenwerte für Sensor- oder Prozessgrößen mit einem ebenfalls vorab festgelegten Zeitfenster für die Wertentwicklung kombiniert werden, d. h. dass zum Beispiel innerhalb eines bestimmten zeitlichen Rahmens eine Über- oder Unterschreitung der vordefinierten Schwellenwerte nicht erfolgen darf. Mit der einfachen Festlegung bestimmter Grenzwerte für jeweilige Prozessgrößen oder Sensorwerte kann die erfindungsgemäße Auswertungseinheit eine recht realitätsnahe Auswertung der aktuellen Zustandsgüte eines gerade ablaufenden Produktionsprozesses durchführen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in der Auswertungseinheit oder in einem Schnittstellengerät zustandsspezifische Zeitintervalle für Sensor- oder Prozessgrößen definiert und in der Auswertungseinheit für die Prozesszustandsanalyse verwendet. Anhand der Kenntnis von typischen Prozesszuständen eines jeweiligen Produktionsprozesses kann das damit üblicherweise zusammenhängende Zeitintervall in der Auswertungseinheit nach der Erfindung abgelegt werden, so dass die jeweiligen Prozesszustandsmuster abhängig von dem Zeitintervall und der Art des auftretenden Prozesszustands vom System richtig erkannt werden und eine korrekte Auswertung liefern. Beispielsweise ist in einem Produktionsprozess in der Lebensmittelindustrie ein bestimmter Temperaturabfall des Prozessmediums innerhalb eines bestimmten zeitlichen Rahmens bekannt. Wenn dieses Zeitintervall und die entsprechende Zustandsänderung der Prozessgröße dem System vorab mitgeteilt werden, beispielsweise in Form von abgespeicherten Prozesszustandsmustern, kann die Aussagefähigkeit und Qualität von Analyseergebnissen des erfindungsgemäßen Detektionsverfahrens erhöht werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Zustandszähler vorgesehen, mit welchem die Anzahl von Veränderungen einer Prozess- oder Sensorgröße pro definierter Zeiteinheit erfassbar ist. Unter einem Zustandszähler wird erfindungsgemäß hier jeder Zustandszähler verstanden, mittels welchem bestimmte typische Prozesszustände erfasst und numerisch gezählt werden können. Dies wird nach der Erfindung vorteilhafterweise in Abhängigkeit von festgelegten und zustandsspezifischen Zeitintervallen durchgeführt, da für bestimmte in Produktionsprozessen auftretende Zustände typische Zeitintervalle in der Praxis gegeben sind.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Anzahl von voneinander unabhängigen Zuständen des Produktionsprozesses vorab definiert, welche jeweils gekennzeichnet sind durch zeitliche und/oder wertebezogene Grenzen und Intervalle hinsichtlich der untersuchten Sensor- oder Prozessgrößen. Eine Definition von voneinander unabhängigen Zuständen des Produktionsprozesses kann beispielsweise in Form einer Kombination von Sensorwertentwicklung und zeitlichem Rahmen oder ähnlichem erfolgen. Typische und voneinander unabhängige Zustände eines jeweiligen spezifischen Produktionsprozesses sind dem erfindungsgemäßen System dadurch vorab bekannt und können zur Verbesserung der Diagnoseergebnisse verwendet werden.
Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vorab definierte und voneinander jeweils unabhängige Zustände des jeweiligen Produktionsprozesses seriell miteinander verknüpft. Unter einem seriellen Verknüpfen von verschiedenen und voneinander unabhängigen Zuständen eines Produktionsprozesses wird vorliegend beispielsweise eine definierte Abfolge von verschiedenen Zuständen oder ein zeitliches Abhängigkeitsmuster von Zuständen untereinander verstanden. So kann beispielsweise ein Zustand Z_i als eine unabdingbare Folge eines davon unabhängigen anderen Zustands Z_i-1 definiert werden. Bei Nichteinhaltung der seriellen Verknüpfung und in diesem Fall zeitlich festgelegten Abfolge der beiden Zustände wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Signal als Ausgabe erzeugt, das beispielsweise in einem Alarm für fehlerhaften Produktionsablauf ausgegeben werden kann. Die voneinander unabhängigen und seriell verknüpften Zustände Z_i können sich dabei wertemäßig oder zeitlich überlappen oder nicht. Eine Verknüpfung der Zustände kann als UND ebenso mit der Vorschrift ODER definiert werden, so dass es zum Beispiel einen Zustand Z_k geben kann, dem entweder ein Zustand Z_m oder ein Zustand Z_n folgen kann, bzw. Z_z ist der Folgezustand von Z_x oder Z_y.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Sensorkennzahlen verwendet, welche aus gemessenen Rohdaten eines Sensors abgeleitet oder ausgerechnet werden. Neben den Rohdaten bzw. Messwerten des Sensors oder anderer sensorieller Systeme im Produktionsprozess werden damit sogenannte Sensorkennzahlen abgeleitet und berechnet. Diese können ebenfalls in der erfindungsgemäßen Speichereinheit gespeichert werden. Die Verwendung von abgeleiteten Sensorkennzahlen hat den Vorteil, dass bestimmte Einflüsse aus der Umgebung oder der Messgrößen erfindungsgemäß hierdurch kompensiert werden können. So kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise eine Berücksichtigung von Einflüssen der simultan gemessenen Messgrößen untereinander durch eine berechnete Kompensation durchgeführt werden. Die Analyseergebnisse hinsichtlich des aktuellen Zustands des Produktionsprozesses sind damit verbessert.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der verwendete Sensor ein Temperaturfühler zur Erfassung einer Prozesstemperatur bzw. der Temperatur eines Prozessmediums in einer Produktionsanlage, wobei mindestens die Temperaturwerte als eine Sensorgröße in der Auswertungseinheit zur Prozessdiagnose neben weiteren aktuellen Prozesswerten verwendet werden. Nach einer weiteren diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden innerhalb der Prozessdiagnose in der Auswertungseinheit als Sensor- oder Prozessgröße ein pH-Wert, ein Temperaturwert, eine elektrische Leitfähigkeit des Prozessmediums, ein Gehalt an Gelöstsauerstoff, eine Trübung oder ein CO₂-Wert verwendet. Mit diesen Werten können bestimmte Eigenschaften des im Produktionsprozess verarbeiteten Prozessgutes realitäts- und wirklichkeitsnah abgebildet werden. Die kombinierte und simultane Verwendung und Auswertung von einer dieser Größen zusammen beispielsweise mit durch einen Sensor gemessenen Temperaturwerten liefert aussagekräftige Ergebnisse hinsichtlich des aktuellen Prozesszustands. Neben den Messgrößen selbst können im Rahmen der Erfindung auch die zeitlichen Ableitungen aller oder einzelner Messgrößen je nach Produktionsprozess eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß wird ebenfalls eine Vorrichtung zur Detektion von Prozesszuständen in alternierenden Produktionsprozessen mit den Merkmalen nach Anspruch 13 vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Auswertungseinheit aufweist, welche angepasst ist, simultan mehrere Sensorwerte und/oder weitere Prozessgrößen zur Diagnose von aktuellen Prozesszuständen und/oder Sensorzuständen im Produktionsprozess zu verarbeiten, und wobei voreingestellte untere und obere Schwellenwerte S_u, S_o für mindestens zwei Sensor- oder Prozessgrößen in der Vorrichtung gespeichert sind. Die Auswertungseinheit nach der Erfindung kann innerhalb der Detektionsvorrichtung hinsichtlich von Prozesszuständen entweder als ein separates Hardware-/Programmmodul installiert werden oder als ein Programmmodul in bestehende Vorrichtungen der Produktionsanlage wie beispielsweise die zentrale Steuer- und Regelungseinheit integriert werden. Die gleichzeitige bzw. simultane Verarbeitung und Auswertung von Sensorwerten oder weiteren Prozessgrößen erfolgt je nach vorab definierten und prozessspezifisch relevanten Größen, und die jeweiligen Werte und Größen werden zusammen mit den Diagnoseergebnissen in einer Speichereinheit gespeichert. Darüber hinaus sind jeweils für die relevanten Prozessgrößen und Sensorwerte voreingestellte untere und obere Schwellenwerte in der Vorrichtung definiert und abgespeichert. Anhand der Schwellenwerte und gemessenen Sensorwerte bzw. Prozessgrößen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung aktuelle Zustände von Prozessen genau analysieren, und einzelne Elemente von Produktionsanlagen können hinsichtlich deren Funktionsfähigkeit gleichermaßen wie der globale aktuelle Prozesszustand mit einfachen Mitteln bewertet werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mit der Auswertungseinheit ein akustisches und/oder optisches Signal erzeugbar. Nach einem vorteilhaften Aspekt sind eine Anzeigeeinrichtung und/oder eine Alarmeinrichtung vorgesehen, welche mit der Auswertungseinheit zur Übermittlung des Signals verbunden sind.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Zustandszähler vorgesehen, mittels welchem vordefinierte Zustände hinsichtlich des Produktionsprozesses anhand von Schwellenwerten oder Intervallgrenzen für Prozess- oder Sensorgrößen zahlenmäßig erfassbar sind. Der Zustandszähler bietet eine denkbar einfache Prozessanalyse, wenn beispielsweise die Anzahl von Überschreitungen eines bestimmten Grenzwertes oder einer Kombination von Grenzwerten und Zeitintervallen für verschiedene im System berücksichtigte zustandsrelevante Größen festgestellt wird. Als Folge kann der Zustandszähler oder die Auswertungseinheit beispielsweise ein Ausgangssignal als Folgereaktion erzeugen, wie z. B. ein Alarmsignal, eine optische bzw. visuelle Meldung oder ein Steuersignal an eine Relaisschaltung am Messumformer oder andere Steuerungseinrichtungen des Produktionsprozesses.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind untere und obere Schwellenwerte S_u, S_o für jeweilige Sensorwerte in einem Messumformer des Sensors oder im Sensor selbst gespeichert. Dadurch sind keine separaten Speicherkapazitäten für die Durchführung der erfindungsgemäßen Prozessanalyse erforderlich.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liefert die Auswertungseinheit als Ergebnis der Prozessdiagnose ein akustisches Signal, ein optisches bzw. visuelles Signal und/oder ein Steuersignal für insbesondere eine Relaisschaltung einer Einrichtung der Produktionsanlage. Damit kann zeitnah auf sich verändernde Prozesszustände reagiert werden, und ein Bediener wird frühzeitig und in verschiedenster Weise auf kritische Prozesszustände in der Produktionsanlage hingewiesen.
Die Erfindung wird im Folgenden mehr im Detail anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnung beschrieben werden. In der Zeichnung zeigen:
1 ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf zweier Messgrößen mit jeweiligen Schwellenwerten und Zeitintervallen von verschiedenen Zuständen Z_i zur Veranschaulichung des Prinzips des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung; und
2 ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von Prozesszuständen in Produktionsprozessen mit zwei Sensoren.
In der 1 ist der zeitliche Verlauf zweier Messgrößen X₁, X₂ als ein Beispiel dargestellt, um zu veranschaulichen, wie das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion von Prozesszuständen grundsätzlich funktioniert: Für beide Messwerte X₁, X₂ sind in einem erfindungsgemäßen Eingabegerät, beispielsweise einer menügesteuerten Schnittstellenvorrichtung, mehrere Schwellenwerte definiert. Die Schwellenwerte sind in der 1 mit gepunkteten Linien parallel zur Abszisse eingezeichnet und mit einem jeweiligen Index versehen. Für die Messgröße X₁ beispielsweise sind in diesem Ausführungsbeispiel ein erster unterer Schwellenwert X_1.1.min und ein zweiter unterer Schwellenwert X_1.2.min festgelegt. Die Schwellenwerte sind mit ebenfalls voreingestellten Zeitintervallen z₁, z₂ und z₃ verknüpft, worüber jeweils verschiedene Zustände Z₁, Z₂ und Z₃ definiert sind. Ein Zustand Z_i ist hier also quasi eine Kombination von Zeitintervall und Messwertverlauf innerhalb von bestimmten Grenzen. Bei Eintreten eines der Zustände Z₁, Z₂, Z₃ wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Ausgabesignal generiert, das beispielsweise einer Alarmeinrichtung zugeführt werden kann. Dies ist in 1 anhand des Zustands Z₃ illustriert. Das Zeitintervall für den Zustand Z₃ ist mit den Grenzen t_3.min und t_3.max festgelegt. Die Dauer eines Zeitintervalls z_i kann über Grenzen t_i,min und t_i,max definiert werden. Dabei wird ein Zustand Z_i erst als solcher erkannt, wenn die Messgrößen X_i in ihren für diesen Zustand Z_i definierten Bereichen liegen. Bei Überschreiten der jeweiligen Schwellenwerte für die Messgrößen X₁, X₂ innerhalb des Zeitintervalls z₃ wird eine Alarmmeldung mit der Vorrichtung nach der Erfindung generiert. Dauert aber der Zustand Z_i mit den Messgrößen X_i in ihren für diesen Zustand definierten Bereichen länger als t_i,max, dann liegt eine Störung vor (siehe 1). Eine minimale Dauer t_i,min für einen Zustand Z_i muss angegeben werden. Der obere Grenzwert t_i,max ist optional. Wird ein oberer Grenzwert nicht angegeben, dann kann lediglich keine Warnung erfolgen. Der Zustand wird aber dennoch registriert.
Das heißt, es kann grundsätzlich zwei Arten von Alarmmeldungen geben:

1. der Zustand Zi dauert zu lange (eben beschrieben, dazu muss t_i,max definiert sein);
2. der Zustand Z_i wird nicht erkannt (t_i,min wird nicht erreicht) und der Zustand Zi ist mit mindestens einem weiteren Zustand Z_k verknüpft (dabei kann Z_k vor oder nach Z_i liegen).

Dabei wird erfindungsgemäß nicht nur ein einziger Sensorwert berücksichtigt, sondern es werden simultan mindestens zwei Sensor- oder Prozessgrößen des jeweiligen Produktionsprozesses ausgewertet, was in 1 anhand der beiden Messgrößen X₁, X₂ illustriert ist. Die Messgröße X₁ kann beispielsweise ein Temperaturwert sein, welcher von einem Temperatursensor in einer Produktionsanlage anhand des Prozessgutes gemessen wird. Die Messgröße X₂ kann beispielsweise ein pH-Wert, ein anderer Temperaturwert oder die Leitfähigkeit des Prozessgutes sein. Beide Messgrößen X₁, X₂ werden simultan, d. h. gleichzeitig, über den Zeitablauf betrachtet, ausgewertet und gespeichert. Anhand der vordefinierten Zustände Z_i können im alternierenden Produktionsprozess Situationen erkannt werden, welche eine Wartung oder eine Änderung im Produktionsprozess oder einzelner Produktionsanlagenteile erfordern. Da beispielsweise Sensoren wie Temperaturmessfühler durch die Belastung und durch die Messumgebung über die Zeit ihre Eigenschaften ändern können, ist es erforderlich, die Funktionsfähigkeit des Sensors und damit den gesamten Produktionsprozess auf die Zustandsgüte hin zu überwachen. Dies geschieht nach der vorliegenden Erfindung anhand eines simultanen Auswertens mehrerer Prozessgrößen oder Sensorgrößen über voreingestellte Schwellenwerte mit dem Ziel einer Gesamtprozessdiagnose. Damit können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur die aktuellen Prozessbedingungen, wie z. B. die aktuelle Temperatur des Prozessgutes, festgestellt werden, sondern es können erfindungsgemäß auch allgemeine Aussagen über Prozesszustände gemacht werden. Diese werden erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise fortlaufend oder mindestens periodisch erfasst und gespeichert und in einer Auswertungseinheit im Hinblick auf fehlerhafte Prozesszustände analysiert. Die Analyse des Prozesszustands und die Diagnose mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können dabei in Form eines einfachen Zustandszählers realisiert sein. Des Weiteren können durch die Festlegung bestimmter messwertbezogener oder zeitlicher Grenzwerte auch qualitative Aussagen über den Prozesszustand insgesamt gemacht werden, auf deren Basis dann entsprechende Signale oder Folgereaktionen ausgeführt werden. Als Ausgangssignal der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann entweder ein elektrisches Steuersignal für eine Relaisschaltung erzeugt werden oder aber eine visuelle oder akustische Alarmmeldung, die an eine Anzeigeeinrichtung oder eine ein Tonsignal erzeugende Einrichtung weitergeleitet wird.
In der 2 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Detektion von Prozesszuständen in Form eines schematischen Blockdiagramms dargestellt. Die Vorrichtung zur Detektion von Prozesszuständen in alternierenden Produktionsprozessen beispielsweise der Lebensmitteltechnologie oder chemischen Industrie weist eine Auswertungseinheit 2 auf, die mit einer Speichereinheit 3 verbunden ist. Der zu überwachende Produktionsprozess 10 ist im unteren Teil der 2 mit verschiedenen Prozessschritten schematisch dargestellt. In einem ersten Teil befindet sich ein erster Sensor 1, der zum Beispiel ein Temperatursensor ist. Der Sensor 1 ist mit einem Messumformer 7 verbunden, der wiederum mit der Auswertungseinheit 2 nach der vorliegenden Erfindung verbunden ist. In einem anderen Bereich des Produktionsprozesses 10 ist ein zweiter Sensor 11 in Form eines pH-Wert-Sensors eingebaut, der wiederum mit einem Messumformer 7 verbunden ist. Auch dieser weitere Sensor 11 ist über den Messumformer 7 mit der Auswertungseinheit 2 verbunden, in welcher die beiden Sensorwerte der Sensoren 1, 11 zusammengeführt werden. In einer Speichereinheit 3 werden vom Benutzer definierte prozessspezifische Werte und Daten abgelegt. In der Speichereinheit 3 sind beispielsweise obere und untere Schwellenwerte für von den Sensoren 1, 11 gemessene Messwerte, in diesem Fall Temperaturwerte und pH-Werte, abgelegt. Des Weiteren können in der Speichereinheit 3 jeweils auf den zu diagnostizierenden Produktionsprozess angepasste typische Zustände Z_i abgelegt werden. Des Weiteren können Daten hinsichtlich weiterer Prozessgrößen oder Sensorgrößen hier gespeichert sein. Die Auswertungseinheit 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ferner mit einem Zustandszähler 4 versehen. Über den Zustandszähler 4 kann das Auftreten von bestimmten vorab definierten Zuständen Z_i numerisch erfasst werden und dem Bediener oder einer Steuerungseinheit weitergegeben werden.
Die Auswertungseinheit 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist angepasst, simultan mehrere Sensorwerte oder Prozessgrößen in solch einer Form zu verarbeiten, dass anhand der mehreren Werte oder Größen eine qualitative Aussage über den aktuellen Prozesszustand des Produktionsprozesses 10 zu Diagnosezwecken abgeleitet werden kann.
Dadurch ist die Auswertungseinheit 2 nicht nur in der Lage, die einzelnen Sensorwerte zu erfassen und für die Prozesssteuerung zu benutzen. Über die simultane Erfassung und Auswertung von gleichzeitig mehreren Prozess- oder Sensorgrößen können mit einer relativ einfachen Vorrichtung auch allgemeine Aussagen über den derzeitigen aktuellen Prozesszustand und eventuell erforderliche Eingriffe oder Wartungsarbeiten gemacht werden. Als Ergebnis in Form beispielsweise eines Ausgangssignals liefert die Auswertungseinheit 2 ein visuelles bzw. optisches Signal, das zum Beispiel in einer Anzeigeeinrichtung 5 dargestellt werden kann. Alternativ oder ergänzend kann auch ein akustisches Signal von der Auswertungseinheit 2 ausgegeben werden, das in einer Alarmeinrichtung 6 in Form eines Signaltons beispielsweise einen fehlerhaften Prozessablauf signalisiert. Des Weiteren kann ergänzend oder alternativ ein elektrisches Signal bei Eintreten eines bestimmten Prozesszustands Z_i erzeugt werden, das über ein Schaltrelais 8 zum Aktivieren einer Stelleinrichtung 9 innerhalb des Produktionsprozesses 10 gegeben wird. Damit kann automatisch und mit recht geringem apparativem Aufwand eine hocheffektive Überwachung und Diagnose von laufenden Produktionsprozessen durchgeführt werden. Ein Sensorverschleiß oder ein anderes Fehlverhalten innerhalb des Prozesses 10 kann frühzeitig erkannt werden und durch die erfindungsgemäße Diagnosevorrichtung ausgewertet und erfasst werden. Die Speicherung von Prozesszuständen Z_i und Schwellenwerten sowie Zeitintervallen für Sensorwerte kann statt in der Speichereinheit 3 auch direkt im Messumformer 7 der Sensoren 1, 11 erfolgen. Auch kann statt einer separaten Auswertungseinheit 2 die Auswertungseinheit als ein Programmmodul innerhalb bestehender Steuerungseinrichtungen oder Prozesscomputer eingebaut werden. Vorteilhafterweise ist auch eine Schnittstelle vorgesehen, über welche ein Benutzer oder Bediener beispielsweise menügesteuert Schwellenwerte für Sensormesswerte, Zeitintervalle oder zustandsspezifische weitere Daten eingeben kann. Auch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht darauf beschränkt, lediglich zwei Sensorwerte zu erfassen und für die Prozessdiagnose simultan auszuwerten. Weitere Sensor- oder Prozessgrößen können alternativ, ergänzend oder zusätzlich verwendet werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein sehr einfaches Werkzeug zur Prozessdiagnose bereitgestellt. Außer den aktuellen Prozessbedingungen, wie Temperatur des Prozessgutes, pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit etc., kann mit der Erfindung nun auch eine Aussage dahingehend gemacht werden, wie der sich permanent ändernde Prozessablauf insgesamt zu bewerten ist. Eine Prozessveränderung beispielsweise aufgrund eines Sensorverschleißes oder anderer Fehlfunktionen kann daher zeitnah und fortlaufend mit einfachen Mitteln überwacht und frühzeitig erkannt werden.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Prozessdiagnose anhand der in 1 dargestellten Messverläufe der beiden Messgrößen X₁, X₂ gegeben: In einem Messumformer 7 oder einer anderen Mensch/Maschinen-Schnittstelle werden in einem Menü sequentielle Zustände eines zu analysierenden aktuellen Produktionsprozesses durch die Eingabe von Schwellenwerten, Zeitintervallen, Werteverläufen etc. eingegeben. Die Definition erfolgt je nach Bedarf und kann auch vom Bediener geändert werden. Da eine Zustandsdefinition jeweils prozessabhängig ist, ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Änderung durch eine Benutzer/Vorrichtungs-Schnittstelle vorgesehen. Die eingegebenen Zustandsdaten wie Schwellenwerte, Grenzwerte und Zeitintervalle werden entweder in der Speichereinheit 3 oder im Messumformer 7 bzw. im Sensor 1, 11 selbst gespeichert. Bei einer Speicherung der relevanten Zustandsdaten im Sensor 1, 11 können die Anzeigegrößen auch über Sensorkennzahlen wahlweise in ein Rohdatenformat umgerechnet werden.
Wenn es beispielsweise für einen bestimmten Prozess bekannt ist, dass verschiedene Messgrößen wie Temperatur und pH-Wert des Prozessguts sich untereinander beeinflussen, kann eine solche gegenseitige Beeinflussung von Messgrößen oder Prozessgrößen auch durch eine berechnete Kompensation berücksichtigt werden. Neben den mit Sensoren 1, 11 erfassten Prozessgrößen wie Temperatur und pH-Wert kann im erfindungsgemäßen Verfahren auch eine bestimmte Anzahl von Veränderungen pro definierter Zeiteinheit über Schwellenwerte analysiert werden. Dafür werden ein unterer Schwellenwert S_uund ein oberer Schwellenwert S_o für jede untersuchte Sensorgröße oder Prozessgröße eingegeben. Zusammen mit einem vorab definierten Zeitintervall für das Einhalten dieser Schwellenwerte kann eine qualitative Aussage über den korrekten oder inkorrekten Ablauf des untersuchten Produktionsprozesses 10 erfolgen. Dafür kann zusätzlich beispielsweise eine Anzahl von unabhängigen Zuständen Z_i definiert werden. Ein Beispiel wird weiter unten gegeben werden. Daneben kann noch eine bestimmte Anzahl von zustandsspezifischen Zeitintervallen definiert werden. Erst bei Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls wird beispielsweise ein vorab definierter Prozesszustand Z₁ auch als solcher registriert. Neben dem einfachen Ablauf eines vorab bestimmten Zeitintervalls können auch zeitliche Intervallgrenzen mit t_imin und t_imax definiert werden. All dies kann über eine menügesteuerte Eingabevorrichtung beispielsweise in Form eines Touchscreen-Monitors erfolgen. Durch zeitliche Intervallgrenzen können Differenzierungen zwischen dem Standardprozessablauf und den zu erfassenden fehlerhaften Prozesszuständen auf relativ einfache Weise durchgeführt werden. Zum Beispiel wird bei Unterschreiten einer unteren Intervallgrenze t_imin kein Alarm oder Warnsignal ausgegeben. Wird der aktuelle Zustand des untersuchten Produktionsprozesses 10 in der Zeit zwischen t_imin und t_i verlassen oder dauert der aktuelle Zustand länger als eine festgelegte Zeit t_imax, so werden ein Warnsignal, ein elektrisches Signal für ein Schaltrelais und/oder eine Alarmmeldung von der Auswertungseinheit 2 und angeschlossenen Warngeräten generiert. Bei Unterschreiten von t_imin gibt es zum Beispiel nur einen Alarm, falls dieser Zustand Z_i mit einem weiteren Zustand Z_k verknüpft ist. Wird der Zustand zwischen t_imin und t_imax verlassen, gibt es keine Alarmmeldung. Dauert er länger als t_imax gibt es einen Alarm.
So können je nach Bedarf und je nach zu analysierendem Produktionsprozess vom Bediener verschiedene Zustände Z_i definiert werden. Ein Beispiel von Zustandsdefinitionen wird nachfolgend gegeben (dabei bedeutet beispielsweise der Schwellwert S_1,2,min minimaler Schwellwert der Messgröße X₁ im Zustand Z₂): Zustand Z₁ ist definiert wie folgt:

– über ein Zeitintervall z₁ müssen
– ein unterer Schwellenwert X_1,1,min;
– ein unterer Schwellenwert X_1,2,min und
– ein Bereich (ΔX_1,1/Δt)_min

Ein weiterer Zustand Z₂ ist definiert als:

– ein Zeitintervall z₂;
– ein unterer Schwellenwert X_2,1,min und
– ein unterer Schwellenwert X_2,2,min.

Und ein letzter Zustand Z₃ in diesem Ausführungsbeispiel wird gebildet über:

– ein Zeitintervall z₃;
– einen Bereich (ΔX_3,1/Δt)_max.

Diese drei Zustände Z₁, Z₂ und Z₃ in der beschriebenen Form sind an dem Beispiel der 1 mit entsprechendem Werteverlauf zweier Messgrößen X₁ und X₂ dargestellt. Bei Eintritt eines der Zustände wird beispielsweise ein Alarmsignal erzeugt, das über eine Alarmeinrichtung 6 der Vorrichtung nach der Erfindung ausgegeben wird.
Zusätzlich können die drei verschiedenen Zustände noch seriell miteinander verknüpft werden. Beispielsweise kann ein Zustand Z_i als ein Folgezustand von einem notwendigerweise vorhergehenden anderen Zustand Z_i-1 definiert werden. Wenn diese Abfolge der beiden Zustände Z_i und Z_i-1 nicht eintritt, wird durch die Vorrichtung ein Alarm oder ein visuelles Warnsignal erzeugt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt und umfasst jede weitere technisch mögliche Realisierungsart, welche in die Reichweite der nachfolgenden Ansprüche fällt. Insbesondere kann die Diagnosemethodik nach der Erfindung sowohl als eine Hardwarelösung als auch als eine Softwarelösung realisiert werden. In letzterem Fall kann das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise in Form von Programmmodulen in bestehende Steuer- und Regelungsrechner von Produktionsanlagen integriert werden. Auch ist der Ort einer Speicherung von voreingestellten Schwellenwerten, Intervallen und Zuständen eines jeweiligen Produktionsprozesses nicht auf eine separate Speichereinheit 3 wie im obigen Beispiel beschränkt. Eine Speicherung und Eingabe von voreingestellten Schwellenwerten, Zeitintervallen, Prozesszuständen etc. kann auch anhand bestehender Speicherkapazitäten wie im Messumformer 7 von Sensoren oder an anderer Stelle erfolgen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1550861 A1 [0002]
- DE 10209318 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Detektion von Prozesszuständen in alternierenden Produktionsprozessen, insbesondere Prozessen der chemischen oder pharmazeutischen Industrie oder der Lebensmitteltechnologie, mit mindestens einem Sensor (1) zur Erfassung von Sensorwerten, welche repräsentativ sind für Prozesszustände, und mit einer Auswertungseinheit (2), welche angepasst ist, Sensorwerte und weitere Prozessgrößen zur Diagnose von Prozesszuständen und/oder Sensorzuständen zu verarbeiten, wobei anhand des Diagnoseergebnisses der Auswertungseinheit (2) ein Signal zur Anzeige von Prozesszuständen oder Sensorzuständen erzeugt wird, gekennzeichnet durch simultanes Auswerten und Beurteilen von gleichzeitig mehreren Sensor- und/oder Prozessgrößen in der Auswertungseinheit (2) unter Verwendung von voreingestellten Schwellenwerten für vom Sensor erfassbare Sensorwerte und/oder Prozessgrößen des Produktionsprozesses zur Ermittlung eines aktuellen Prozesszustandes.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch fortlaufendes Speichern von Diagnoseergebnissen der Auswertungseinheit (2) in einer Speichereinheit (3).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jede in der Auswertungseinheit (2) ausgewertete Sensor- und Prozessgröße jeweils ein unterer und ein oberer Schwellenwert (S_u; S_o) definiert werden, innerhalb deren Grenzen der aktuelle Prozesszustand als in Ordnung beurteilt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswertungseinheit (2) zustandsspezifische Zeitintervalle für Sensor- oder Prozessgrößen definiert und verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die in der Auswertungseinheit (2) ausgewertete und beurteilte Sensor- oder Prozessgröße eine zeitliche Intervallgrenze (t_imin; t_imax) definiert wird, innerhalb welcher die Sensor- oder Prozessgröße innerhalb festgelegter Schwellenwerte (S_u; S_o) liegen muss, um den Prozesszustand als in Ordnung zu beurteilen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zustandszähler (4) vorgesehen ist, welcher die Anzahl von Veränderungen einer Prozess- oder Sensorgröße pro definierter Zeiteinheit erfasst.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von unabhängigen Zuständen (Z_i) des Produktionsprozesses vorab definiert wird, welche gekennzeichnet sind durch zeitliche und/oder wertebezogene Grenzen und Intervalle hinsichtlich der untersuchten Sensor- oder Prozessgrößen.
Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch serielles Verknüpfen der definierten und voneinander unabhängigen Zustände (Z_i).
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch Verwenden von Sensorkennzahlen zur Prozesszustandsanalyse, welche aus den gemessenen Rohdaten des Sensors (1) abgeleitet oder ausgerechnet werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (1) ein Temperaturfühler zur Erfassung der Prozesstemperatur ist, wobei mindestens die Temperatur als eine Sensorgröße in der Auswertungseinheit (2) zur Prozessdiagnose verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor- oder Prozessgröße ein pH-Wert, ein Temperaturwert, eine elektrische Leitfähigkeit von Prozessmedium, ein Gehalt an Gelöstsauerstoff, eine Trübung oder ein CO₂ Wert verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch Erzeugen eines akustischen Signals, eines optischen Signals und/oder eines Steuersignals als Ausgangsgröße der Auswertungseinheit (2).
Vorrichtung zur Detektion von Prozesszuständen in alternierenden Produktionsprozessen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei mindestens ein Sensor (1) zur Erfassung von Sensorwerten vorhanden ist, welche repräsentativ sind für Prozesszustände, mit einer Auswertungseinheit (2) zur Auswertung von insbesondere erfassten Sensorwerten und mit einer Speichereinheit (3), in welcher Sensorwerte, Prozessgrößen und Zustandsdiagnoseergebnisse speicherbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit (2) angepasst ist, simultan mehrere Sensorwerte und weitere Prozessgrößen zur Diagnose von aktuellen Prozesszuständen und/oder Sensorzuständen im Produktionsprozess zu verarbeiten, und dass in der Speichereinheit (3) oder in der Auswertungseinheit (2) voreingestellte untere und obere Schwellenwerte (S_u; S_o) für mindestens zwei Sensor- oder Prozessgrößen gespeichert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Auswertungseinheit (2) ein akustisches und/oder optisches Signal erzeugbar ist und dass eine Anzeigeeinrichtung (5) und/oder eine Alarmeinrichtung (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Zustandszähler (4) aufweist, mittels welchem vordefinierte Zustände hinsichtlich des Produktionsprozesses anhand von Schwellenwerten oder Intervallgrenzen für Prozess- oder Sensorgrößen erfassbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass untere und obere Schwellenwerte (S_u; S_o) für Sensorwerte im Messumformer (7) des Sensors (1) oder in dem Sensor (1) selbst gespeichert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Auswertungseinheit (2) als Ergebnis der Prozessdiagnose ein akustisches Signal, ein optisches Signal und/oder ein Steuersignal für insbesondere eine Relaisschaltung einer Einrichtung der Produktionsanlage erzeugbar ist.