TW201816266A - 操作計量裝置之方法 - Google Patents

Abstract

本發明是關於一種操作至少一計量裝置之方法。為了提供一種操作計量裝置之方法，此方法可彈性適用，根據本發明提出此方法具有以下步驟：提供伺服器、提供至少一計量裝置、提供閉迴路控制裝置、傳輸資料、提供案例資料庫、計算改良進一步操作資料、且對控制裝置提供改良進一步操作資料。

Description

操作計量裝置之方法

本發明是關於一種操作至少一計量裝置之方法。計量裝置通常具有計量腔室，在計量腔室中，位移件可移動地配置成使其在二個位置之間往返，其中於一位置的該計量腔室之體積是大於在另一位置的。

此種計量裝置可為例如一種隔膜計量泵。於此，可移動隔膜用作位移元件。在操作中，計量腔室通過吸入止回閥連接到吸入管線，並通過壓力止回閥連接到壓力管線。吸入止回閥及壓力止回閥均可作為計量裝置之一部分。然而，他們也可以在安裝側提供。

因此，當隔膜移動到計量腔室的體積在其最大的位置時，通過吸入閥將待輸送介質吸出吸入管線以進入計量腔室。接下來，隔膜移動到計量腔室的體積在其最小的位置。結果，吸入止回閥被關閉，於是在計量腔室中的壓力升高直到壓力止回閥開啟且在計量腔室中的待輸送 介質被推動至壓力管線。

計量裝置進一步具有用於驅動位移元件的致動器，其具有用於電子致動訊號之致動器輸入，且以此方式構建使得於該致動器輸入之電子致動訊號轉換至機械移動。

在計量隔膜泵的情況下，可例如液壓地驅動隔膜，使得致動器包括相應的活塞，其中一個面與液壓流體接觸。

或者，隔膜也可用磁力方式驅動。例如，隔膜可以固定地連接到推力桿上，此推力桿是安裝在固定地定錨在泵外殼上之磁鐵套管中，其在縱向上可軸向移動，使得推力桿和隔膜在電磁線圈的電致動下，抵抗壓縮彈簧進入磁體套管中的孔之作用力而被壓入磁鐵套管，並且在磁力停用後，推力桿在壓縮彈簧的作用力下再次移動到起始位置，使得在電磁線圈的繼續啟用和停用時，隔膜進行振盪運動。在此情況下，電磁線圈被視為致動器。

除此之外，計量裝置具有用於偵測物理量測值或化學量測值的感測器，該感測器具有用於電子量測訊號的感測器輸出，並且調適以偵測該物理量測值或該化學量測值，將其轉換至電子量測訊號，且使其於該感測器輸出為可用的。例如，計量隔膜泵通常具有此種感測器。

例如，待輸送介質的pH值可在壓力管線中偵測。然而，作為替代方案，也可以偵測通過形成致動器的電磁線圈的電流和/或電壓。感測器偵測操作上相應的量 測值，且將所偵測的量測值轉換成在感測器輸出為可用的電子量測訊號。因此，感測器可量測例如計量裝置之操作參數(例如，驅動器的電流或電壓、位移元件的位置、計量腔室的壓力等)或外部參數(例如，壓力管線或吸入管線的pH值、環境溫度、氣壓等)。

歐洲專利第EP 1,757,809 A1號描述一種移動控制之磁力計量泵。此種泵具有一種感測器，其是偵測隔膜的位置或連接至隔膜的推力桿的位置的位置感測器。於此描述的磁力計量泵將所偵測位置與預定目標值輪廓相比較，並以此方式控制位移元件的移動，使得實際位置與目標位置的誤差越小越好。

因此，已知計量裝置具有相應控制裝置，藉此可實現經控制的計量。在此情況下，相應閉迴路控制方法置於儲存在計量裝置中的軟體。使用泵輸入必須在裝置本身實作，以便告知計量裝置將要實現相應的閉迴路控制的形式。

泵的製造商或多或少地會定期開發改良的控制方法，然而不能由計量裝置直接使用。為此，合適的維修技術人員必須透過韌體更新以現場更新計量裝置上的軟體。隨著開發的進展，越來越高的計算與儲存能力對於計量裝置是可得的，結果造成當不再滿足相應的計算和/或記憶體需求時，當前的韌體更新將不能提供給計量裝置的舊型號。在這種情況下，就需要放棄改良的控制方法或者必須更換整個計量裝置。

不經常改良的控制方法允許擴大計量裝置的使用面積，例如提供極低的計量速度或計量要傳遞的極粘稠流體。以這種方式，可允許相同的計量泵在更多的應用領域中使用，然而，在計量裝置中，對硬體和軟體的維護需求以及與之相關聯的成本則增加。然而，在許多情況下，這些改良的控制方法對於計量裝置的使用者根本不需要，因為計量泵在任何情況下都只能用於已知的應用領域，並且在觀察計量精度的精確度方面的要求之準確度低。在這些情況下，不需要提供更高等級的計算和/或存儲容量，且不需要地增加計量裝置的成本。

此外，軟體中提供的控制參數基於通常由泵的製造商設定的測試環境中獲得的經驗值和模型假設。然而，測試環境其不適用於泵的所有可能使用區域，使得控制參數不一定是最佳的。

因此，以所描述的現有技術為基準，本發明的目的是提供一種可彈性採用的計量裝置的操作方法。

根據本發明，其目的是通過操作至少一個計量裝置的方法來實現，其中此方法包含以下步驟：A)提供伺服器，B)提供具有計量腔室之至少一計量裝置，位移元件可移動地配置於計量腔室中使得其在二個位置之間往返，其中計量腔室之體積在一位置是大於在另一位置，其中計 量裝置進一步具有：-致動器，其用以驅動位移元件，致動器具有用於電子致動訊號之致動器輸入，且致動器被構建使得於致動器輸入之電子致動訊號轉換為機械移動，-第一感測器，其用以偵測物理量測值或化學量測值，第一感測器具有用於電子量測訊號之感測器輸出，且第一感測器被調適以偵測物理量測值或化學量測值，以將其轉換為電子量測訊號且使其於感測器輸出為可用的，-通訊介面，藉由通訊介面，計量裝置可與伺服器進行通訊，C)提供閉迴路控制裝置，閉迴路控制裝置接收提供於感測器輸出之電子量測訊號，閉迴路控制裝置將該電子量測訊號與預定目標值比較，且取決於比較結果及進一步操作資料，閉迴路控制裝置產生電子致動訊號且將其輸出至致動器輸入，D)透過通訊介面，從計量裝置至伺服器傳輸含有電子量測訊號或基於電子量測訊號所計算的資料，E)提供具有參考資料的案例資料庫，F)從所傳輸的資料及參考資料以計算改良進一步操作資料，以及G)對控制裝置提供改良進一步操作資料。

根據本發明，因此在計量裝置和最好配置遠離計量裝置的單獨服務器之間進行通訊，使得含有電子量測訊號的資料或基於電子量測訊號所計算的資料通過通訊 介面從計量裝置傳輸到服務器。具有參考資料的案例資料庫提供在伺服器側，使得可從所傳輸的資料及參考資料計算改良進一步操作資料，並使其可用於控制裝置。用於控制裝置的操作資料可例如為相應閉迴路控制參數。如果基於模型的控制使用於控制動作，則控制裝置的操作資料也可以是經修改的模型。

在一較佳的實施例中，可能與進一步操作資料之至少一部分一起的所傳輸的資料，或作為代替地可能與從所傳輸的資料計算之資料以及可能來自操作資料之至少一部分一起的該所傳輸的資料被登錄在案例資料庫，以作為進一步參考資料。

將參考資料放置於案例資料庫的優點在於可針對各種應用情況採用最合適的操作資料，例如控制參數。

因為憑藉量測訊號亦可得控制品質的資訊，所以按例資料庫的項目亦可提供表示關於控制品質的量測之品質值。

由於所傳輸的資料亦被輸入至案例資料庫，以此為基礎計算出改良進一步操作資料的資料集區(data pool)變得更大，使得後續方法可以獲得更佳的結果。

因此，控制參數不再僅基於泵製造商在測試環境中獲得的經驗，亦取決於使用計量裝置獲得的經驗。

在本發明進一步較佳實施例中，控制裝置設置在感測器上。因此，致動器、感測器和通訊介面具有如 此的性質，即感測器輸出的電子量測訊號通過通訊介面傳輸到遠端服務器，並通過通訊介面接收電子致動訊號，傳輸到執行器輸入。

換言之，實際控制任務是從計量裝置傳輸到遠端伺服器。因此，計量裝置本身僅需將位於感測器輸出的電子量測訊號傳輸到遠端伺服器並且從遠端伺服器接收用於致動器輸入的相應電子致動訊號的位置。

通訊介面可例如為一種網路介面，也就是說，是允許感測器及致動器存取計算機網路的介面。在此情況下，伺服器必須亦具有網路介面形式之相應通訊介面，以用於允許伺服器存取計算機網路。

在步驟B)的進一步較佳實施例中，提供至少二個計量裝置，較佳地為提供至少十個計量裝置，且特別較佳地為提供至少100個計量裝置。

基本上，伺服器可以監控或與計量裝置製造商銷售的所有計量裝置進行通訊。隨後，單獨的計量裝置提供可以全部輸入到案例資料庫中的多個資料集合，在此基礎上，可以計算優化的操作資料，例如控制參數。

在進一步較佳實施例中，計量裝置具有用以偵測第二物理量測值或第二化學量測值之第二感測器，其具有用於第二電子量測訊號之感測器輸出，且該第二感測器以此方式調適以偵測該第二物理量測值或第二該化學量測值，以將其轉換至第二電子量測訊號且使其於感測器輸出為可用的，其中在步驟D)中，藉由通訊介面，從計量裝 置至伺服器另外傳輸含有第二電子量測訊號或基於第二電子量測訊號以計算之資料。

基本上，在計量裝置中關於計量裝置的操作狀態的所有可用資訊可以被發送到伺服器，以便在伺服器上提供關於計量裝置的狀態的全貌，在此基礎上，在參考資料的幫助下，案例資料庫可以計算適當優化的控制裝置的操作資料。

在進一步較佳實施例中，針對位移元件，基於物理模型，而建立微分方程式。在此情況下，第一感測器量測位移元件之至少一位置，且位移泵之物理變數是在該伺服器上藉由該微分方程式而確定。例如，流體壓力可選擇作為物理變數。

位移元件之位置的量測可以用例如以無接觸的方式實現，並且廣泛實現在所述的計量泵，使得關於位移元件的當前現有位置是可得的。微分方程可以是例如位移元件的物理運動方程式，並考量作用在位移元件上的所有力。除了由驅動器施加至位移元件的力之外，亦有通過計量腔室中的流體壓力施加到隔膜的反作用力，並且因此施加到位移元件。

因此，如果通過驅動器施加至位移元件的力是已知的，關於計量頭中的流體壓力的結果可以從位移元件的位置或從位移元件的速度或加速度中得出，其可從上述位置或加速度推導出。

關於在壓力衝程開始時，在計量腔室中的流 體壓力時間的模式，也就是說隔膜從一個位置移動到另一個位置之開始時，可以得出關於隔膜的操作狀態之結果。

因此，根據本發明，確定特定的關於流體壓力時間的模式，並且對於確定操作展示存在隔膜疲勞的情況，計量泵相應地關閉或至少產生一個合適的警示訊息。

在特定的進一步較佳實施例中，因此提供已知物理變數與目標值曲線相比較，並且若已知物理變數偏離目標值曲線超過預定的公差值，則啟用警示裝置或停止計量裝置。

在進一步較佳實施例中，提供電磁線圈以作為致動器，且用第一感測器或第二感測器偵測通過電磁線圈的電流。

伺服器不必被配置在與計量裝置相同的房間或空間中，而是可以配置在例如相鄰房間或具有合適的過程控制系統的任何房間中。特別較佳地，通訊介面使得其可以通過網際網路進行通訊，使得遠端伺服器可以被配置在任何位置，例如在計量裝置製造商處。特別較佳地，計量系統可以具有多個計量裝置，這些計量裝置都與遠端配置的伺服器通訊。

在進一步較佳實施例中，感測器具有用於電子操作訊號之感測器操作輸入，其中提供操作訊號產生裝置，其可以產生一個電子操作信號並連接到感測器操作輸入，其中操作訊號產生裝置可調適使其能夠通過與遠端配置之伺服器的通訊介面通訊。

在進一步較佳實施例中，控制裝置具有用於第一感測器之操作訊號產生裝置，或與其連接，其中在步驟F)中，計算針對第一感測器及第二感測器之用於操作訊號之進一步參考資料改良值，並在步驟G)中，將其提供於控制裝置。為獲得量測訊號，必須提供操作電壓給若干感測器，量測訊號的振幅和解析度受操作電壓的影響。然而，感測器的最佳操作電壓不僅取決當前應用情況，亦例如取決感測器的折舊。因此，可能隨著時間的推移，感測器的最佳操作電壓上升或下降。基於所傳輸量測訊號，可以在伺服器上確定其是否具有所期望的電位及解析度。藉由與按力資料庫的資料比較，可以計算最佳操作電壓並將其提供於控制裝置。

有些感測器不時需要經過啟用模式才能確保感測器的全部功能。

亦即，例如使用電流感測器就像使用如氯感測器之情況。啟用的方式可以取決於各種因素，例如使用的具體情況、待輸送的介質的性質、時間上的濃度變化或傳感器的折舊。

在進一步較佳實施例中，第一感測器具有啟用訊號輸入，且控制裝置具有用於第一感測器或連接第一感測器之啟用訊號產生裝置。在步驟F)中，針對第一感測器之用於啟用訊號之包括改良值的進一步操作資料會在步驟G)中將其提供於控制裝置。

若例如使用相應感測器以傳遞計量裝置之 後，結果在感測器的某個操作時間後，測量訊號的強度下降，用於增加測量訊號的啟用模式可以通過與伺服器的通訊來觸發。然後基於在案例資料庫中輸入的值來計算啟用模式的時間。

在較佳實施例中，感測器可置於計量腔室中。或者，感測器可偵測位移元件之驅動的操作參數。致動器的操作參數可為例如位移元件的位置或在致動器處的電壓或電流。

1‧‧‧計量裝置

2‧‧‧伺服器

3‧‧‧顯示裝置

4‧‧‧服務

5‧‧‧警示裝置

6‧‧‧案例資料庫

本發明的其它優點、特徵和可能的用途將從以下根據本發明的實施例和附加圖式中的描述中清楚地看出，其中：圖1展示根據本發明的系統之示意圖。

圖1展示根據本發明的系統之示意圖。在所繪示實施例中，計量裝置1僅包括輸送單元，其中相應的驅動器包括致動器和至少一個感測器和通訊介面。計量裝置1連接至亦可完全虛擬化的伺服器2。伺服器與顯示裝置3通訊，顯示裝置3可例如為PC、智慧型手機或平板電腦，借助於這些裝置，可以通過遠端存取伺服器2並通過伺服器2存取計量裝置。

伺服器2接管計量裝置的常規操作所需的所有 任務。其除了提供計算能力以外，尤其更提供閉迴路控制功能，也就是說，配置在任何遠端位置的伺服器2通過來自計量裝置1的通訊介面接收用於控制所需的測量參數，並輸出用於致動器的相應致動訊號，致動訊號又傳輸至計量裝置1。

伺服器2可存取具有參考資料的案例資料庫6。針對可比較的應用案例，伺服器可以在此案例數據庫中查找是否已經儲存了用於控制裝置的適合操作資料。如果存在相同的，則可將其傳輸至控制裝置。可選擇地，相應的操作資料可從複數個資料內插或外插。

特別地是，當沒有適合的參考資料可用時，可以將控制裝置的控制參數輸入到案例資料庫中，以便在未來類似情況下能夠存取相應的參考資料。

在伺服器中連續地或以規律間隔分析從計量裝置傳輸的相應資料。若在此情況下，結果是個別量測值是在預定值之外，則可以啟動緊急停止或者可以啟用警示裝置5，例如通過SMS、電子郵件或Twitter通過適當的警示訊息給使用者。

此外，微分方程式可以基於物理模型儲存在伺服器中，這些方程式的係數描述了系統的物理屬性。這些係數通常在正常操作下保持不變，但是在操作過程中如果結果係數的值顯著地改變，那就是材料疲勞的跡象，使得相應的服務4能被告知必須適當地維護計量裝置1。

Claims (10)

1. 一種操作至少一計量裝置(1)之方法，其中該方法包含以下步驟：A)提供伺服器(2)，B)提供具有計量腔室之至少一計量裝置(1)，位移元件可移動地配置於計量腔室中使得其在二個位置之間往返，其中該計量腔室之體積在一位置是大於在另一位置，其中該計量裝置(1)進一步具有：-致動器，其用以驅動該位移元件，該致動器具有用於電子致動訊號之致動器輸入，且該致動器被構建使得於該致動器輸入之電子致動訊號轉換為機械移動，-第一感測器，其用以偵測物理量測值或化學量測值，該第一感測器具有用於電子量測訊號之感測器輸出，且該第一感測器被調適以偵測該物理量測值或該化學量測值，以將其轉換為電子量測訊號且使其於該感測器輸出為可用的，-通訊介面，藉由該通訊介面，該計量裝置(l)可與該伺服器(2)進行通訊，C)提供閉迴路控制裝置，該閉迴路控制裝置接收提供於該感測器輸出之該電子量測訊號，該閉迴路控制裝置將該電子量測訊號與預定目標值比較，且取決於該比較結果及進一步操作資料，該閉迴路控制裝置產生電子致動訊號且將其輸出至該致動器輸入， D)將含有該電子量測訊號或基於該電子量測訊號所計算的資料，透過該通訊介面，從該計量裝置(1)傳輸至該伺服器(2)E)提供具有參考資料的案例資料庫(6)，F)從該所傳輸的資料及該參考資料以計算改良進一步操作資料，以及G)對該控制裝置提供該改良進一步操作資料。
2. 如請求項1所述之方法，其中該所傳輸的資料可能與該進一步操作資料或該所傳輸的資料以及可能從該進一步操作資料之至少一部分計算的資料的至少一部分一起被輸入至該案例資料庫(6)以作為進一步參考資料。
3. 如請求項1所述之方法，其中該控制裝置是在該伺服器(2)上提供。
4. 如請求項1所述之方法，其中在步驟B)中，至少二個該計量裝置(1)，較佳地為提供至少十個該計量裝置(1)，且特別較佳地為提供至少100個該計量裝置(1)。
5. 如請求項1所述之方法，其中該計量裝置(1)具有用以偵測第二物理量測值或第二化學量測值之第二感測器，該第二感測器具有用於第二電子量測訊號之感測器輸出，且該第二感測器被調適以偵測該第二物理量測值或第二該化 學量測值，以將其轉換為第二電子量測訊號且使其於該感測器輸出為可用的，其中在步驟D)中，另外含有該第二電子量測訊號或基於該第二電子量測訊號加以計算之資料，透過該通訊介面，從該計量裝置(1)傳輸至該伺服器(2)。
6. 如請求項1所述之方法，其中針對該位移元件建立基於物理模型之微分方程式，該第一感測器量測該位移元件之至少一位置，且該位移泵之物理變數是在該伺服器(2)上藉由該微分方程式而確定。
7. 如請求項6所述之方法，其中該已知物理變數與目標值曲線相比較，且若該已知物理變數偏離該目標值曲線超過預定公差值，則啟用警示裝置或停止該計量裝置(1)。
8. 如請求項1或請求項5所述之方法，其中提供電磁線圈以作為該致動器，且用該第一感測器或該第二感測器偵測通過該電磁線圈的電流。
9. 如請求項1或請求項5所述之方法，其中該第一感測器具有操作訊號輸入，且該控制裝置具有用於該第一感測器或連接至該第一感測器之操作訊號產生裝置，且在步驟F)中，計算針對該第一感測器及該第二感測器之用於操作訊號之該進一步操作資料改良值，並在步驟G)中，將其提供於該控制裝置。
10. 如請求項1或請求項5所述之方法，其中該第一感測器具有啟用訊號輸入，且該控制裝置具有用於該第一感測器及/或該第二感測器或連接該第一感測器及/或該第二感測器之啟用訊號產生裝置，且在步驟F)中，計算針對該第一感測器之用於啟用訊號之該進一步操作資料改良值，並在步驟G)中，將其提供於該控制裝置。