ES2996271T3

ES2996271T3 - Measuring system for determination and monitoring measured values for particular physical variables and method for operating such a measuring system

Info

Publication number: ES2996271T3
Application number: ES18197611T
Authority: ES
Inventors: Joachim Stümpfl
Original assignee: Acs Control System Elektronische Kontrollsysteme GmbH
Current assignee: Acs Control System Elektronische Kontrollsysteme GmbH
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2025-02-12
Anticipated expiration: 2038-09-28
Also published as: DE202017106083U1; PL3467454T3; EP3467454C0; EP3467454B1; EP3467454A3; EP3467454A2; EP3467454B8

Abstract

Se describe un sistema de medición para determinar y controlar valores medidos para determinadas magnitudes físicas y métodos para el funcionamiento de dicho sistema de medición, que permite la comprobación o validación sin mediciones de control complejas in situ. Mediante la conexión de dispositivos de medición o estaciones de medición a una plataforma de Internet mediante un módulo de transmisión de datos remoto, se pueden gestionar, consultar y analizar de forma centralizada los datos de medición de varios dispositivos de medición separados espacialmente. El hecho de que cada dispositivo de medición tenga una sonda de medición principal y una sonda de medición de control que funcionan según dos principios de medición físicos diferentes garantiza que la medición de una determinada magnitud física, por ejemplo, un nivel de llenado, se haya realizado correctamente, es decir, que los dispositivos de medición prácticamente verifiquen por sí mismos sus valores medidos. Por lo tanto, ya no son necesarias nuevas mediciones periódicas en el lugar correspondiente del dispositivo de medición, lo que implica altos costes de personal. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de medición para determinar y supervisar valores medidos para determinadas magnitudes físicas y procedimiento para operar dicho sistema de medición

La invención se refiere a un sistema de medición para determinar y supervisar valores medidos para determinadas magnitudes físicas de acuerdo con la reivindicación 1 y a procedimientos para operar dicho sistema de medición de acuerdo con la reivindicación 10.

Cuando se miden magnitudes físicas tales como, por ejemplo, tensión, fuerza, distancias, niveles de llenado, etc., siempre se plantea la cuestión de la fiabilidad de los valores determinados o medidos. En particular, si las estaciones de medición están muy separadas, la comprobación de las estaciones de medición individuales puede llevar mucho tiempo.

La empresa ACS-CONTROL-SYSTEM lleva años fabricando y vendiendo sondas de nivel de agua alimentadas por batería, que pueden equiparse opcionalmente con un módulo de transmisión remota GSM (http://www.acscontrolsystem. de/en/products/level-measurement/). Estas sondas de nivel funcionan según un principio físico específico, en concreto el nivel de llenado o nivel de agua de una columna de líquido está determinado por la presión hidrostática de la columna de agua. Para medir la presión se utiliza un sensor de presión capacitivo. Los valores medidos se convierten, por ejemplo, en metros de columna de agua o en un valor medido escalable por el usuario como, por ejemplo, metros sobre el nivel del mar.

Los valores medidos se almacenan permanentemente en la sonda y pueden leerse manualmente in situ o transferirse a un dispositivo de control remoto o a una plataforma de datos mediante el módulo de transmisión remota GSM. En el caso de la lectura manual, el punto de medición se visita cíclicamente y los valores medidos recopilados se descargan de la sonda de nivel mediante un ordenador portátil, un PC de mano o un smartphone. Si los datos se transfieren automáticamente a una plataforma, esta puede estar ubicada en Internet como nube o instalada en el propio servidor del cliente.

Los ámbitos de aplicación incluyen mediciones de nivel en cursos fluviales, embalses, control de aguas subterráneas, protección contra inundaciones, control de lugares contaminados en vertederos, balsas de depuradoras, balsas de desbordamiento de aguas pluviales, etc.

Uno de los problemas es la verificación de los valores medidos. Por ejemplo, la autoridad superior de las autoridades de gestión del agua en Baviera exige a sus autoridades y también a los operadores de grandes centrales eléctricas que lleven a cabo mediciones de control cíclicas. Por regla general, esto debe realizarse in situ cada cuatro semanas mediante una medición con una plomada luminosa o similar. De este modo, se garantiza que el valor de medición determinado electrónicamente es correcto y que la sonda de medición no ha fallado. Estas frecuentes mediciones de control representan un inmenso gasto de mano de obra y costes. En tiempos de escasez de mano de obra cualificada y de limitaciones en la reducción de costes, esto resulta cada vez más difícil de gestionar. Además, las necesarias mediciones in situ en el punto de medición ponen cada vez más en peligro la transmisión automática de datos.

Como ya se ha mencionado, la cuestión de la validación de los valores medidos también se plantea para los dispositivos de medición de variables físicas distintas de los niveles de llenado.

El documento CN 106595806 A proporciona un dispositivo para supervisar el nivel de líquido en el que se utilizan un sensor de presión hidrostática y un sensor de radar, en donde solo se enciende el sensor de presión hidrostática o el sensor de radar y el otro sensor se desactiva cuando el nivel supera o desciende por debajo de un determinado nivel. El documento US 2007/194981 A1 divulga un sistema redundante de medición de nivel en el que se miden y comparan dos valores de nivel y se genera una señal de alarma cuando se supera un valor umbral.

Basándose en el documento CN 106595806 A, la tarea de la invención es, por lo tanto, crear un sistema de medición para determinar y supervisar valores medidos para determinadas variables físicas y procedimientos para operar dicho sistema de medición, que permita una verificación o validación sin mediciones de control in situ que requieran mucho tiempo y en el que se minimice el esfuerzo de mantenimiento.

Esta tarea se resuelve mediante las características de las reivindicaciones 1 y 10.

Mediante la conexión de equipos de medición o estaciones de medición a una plataforma de Internet por medio de un módulo de transmisión remota de datos, los datos de medición de una serie de dispositivos de medición separados espacialmente pueden gestionarse, consultarse y analizarse de forma centralizada. El hecho de que cada equipo de medición disponga de una sonda de medición principal y una sonda de medición de control, que funcionan según dos principios físicos de medición diferentes, garantiza que la medición de una magnitud física específica, por ejemplo, un nivel de llenado, se ha realizado correctamente. En otras palabras, el equipo de medición verifica virtualmente sus propios valores medidos. Esto elimina la necesidad de volver a realizar mediciones periódicas en el lugar correspondiente del dispositivo de medición, lo que se asocia a elevados costes de mano de obra.

Dado que los primeros intervalos de tiempo de la sonda de medición principal son menores que los segundos intervalos de tiempo de la sonda de medición de control, la medición de control no la determina la sonda de medición de control para cada valor medido determinado por la sonda de medición principal, sino solo una vez al día o solo para cada décimo valor medido principal. Mediante la reducción del número de mediciones de control, se puede ahorrar energía y reducir los costes de mantenimiento, por ejemplo para sustituir una batería.

Mediante el dispositivo de tratamiento o evaluación según la invención, puede ajustarse la concordancia admisible o deseada entre los dos valores medidos dentro de un margen de tolerancia. La desviación de los dos valores medidos se almacena o se transmite a un dispositivo de supervisión mediante un módulo de transmisión de datos a distancia o Ethernet. Si la desviación no se encuentra dentro de un intervalo de tolerancia preestablecido, se activa una alarma. El tamaño del intervalo de tolerancia puede ser fijado por el usuario - reivindicación 5.

Por lo general, los dispositivos de medición se alimentan in situ a través de una línea eléctrica. El diseño de acuerdo con la reivindicación 2 hace que los dispositivos de medición sean energéticamente autosuficientes.

De acuerdo con la reivindicación 3, los datos se transmiten preferentemente entre los módulos de transmisión de datos remotos en los dispositivos de medición y la plataforma de Internet a través de redes de radio móviles, por ejemplo, utilizando protocolos LTE y GSM, y en particular utilizando protocolos de red LPWA (Low Power Wide Area), como los protocolos NB-IOT y LTE-Cat-M1. Las redes de radio móviles están disponibles en todo el país y los protocolos LPWA reducen el consumo de energía de los dispositivos de medición.

La forma de realización de acuerdo con la reivindicación 4 permite que los datos de medición se lean y analicen fácilmente in situ utilizando dispositivos de comunicación móviles (teléfonos inteligentes).

De acuerdo con la reivindicación 6, un campo de aplicación preferente son las mediciones de nivel, en particular en cursos fluviales, embalses, control de aguas subterráneas, protección contra inundaciones, control de lugares contaminados en vertederos, balsas en plantas de tratamiento de aguas residuales, balsas de desbordamiento de aguas pluviales, etc.

La combinación de una sonda de medición principal, que mide el nivel mediante presión hidrostática, y una sonda de medición de control, que detecta el nivel mediante ultrasonidos, radar o luz de acuerdo con la reivindicación 7, ha demostrado ser ventajosa, ya que la sonda de medición de nivel, que mide el nivel mediante presión hidrostática, es muy robusta y fiable.

De acuerdo con la forma de realización ventajosa de acuerdo con la reivindicación 8, los dispositivos de medición individuales también pueden medir otras variables físicas. Estas variables adicionales medidas solo pueden ser registradas de una manera simple o de nuevo de una manera autovalidante utilizando dos principios de medición diferentes.

La forma de realización ventajosa de acuerdo con la reivindicación 9 permite colocar la unidad de evaluación y, en particular, el módulo de transmisión remota de datos en un lugar con mejor recepción.

De acuerdo con el procedimiento de funcionamiento de acuerdo con la reivindicación 10, la sonda de medición principal registra los valores medidos en unos primeros intervalos de tiempo predeterminados y la sonda de medición de control registra los valores medidos en unos segundos intervalos de tiempo predeterminados.

Comparando los valores medidos y si coinciden dentro de un margen de tolerancia predeterminado, se presupone un funcionamiento correcto y una medición correcta. Si hay desviaciones fuera del intervalo de tolerancia, se genera una alarma o un mensaje de error.

Dado que los primeros intervalos de tiempo son menores que los segundos, la medición de control no la determina la sonda de control para cada valor medido determinado por la sonda principal, sino solo una vez al día o solo para cada décimo valor medido principal. Al reducirse el número de mediciones de control, puede ahorrarse energía. La forma de realización ventajosa de acuerdo con la reivindicación 11 protege los datos de medición de accesos no autorizados.

En la forma de realización ventajosa de acuerdo con la reivindicación 12, la plataforma de Internet reconoce de manera independiente si los valores medidos de los dispositivos de medición individuales llegan en los intervalos correctos y en el momento correcto o si hay fallos de datos. Esto también permite determinar si hay un error en uno de los dispositivos de medición.

De acuerdo con la forma de realización de la reivindicación 13, los datos de medición y supervisión de la plataforma de Internet pueden analizarse, evaluarse y procesarse en un dispositivo de evaluación posterior.

Puede haber varios dispositivos de medición que midan todos la misma magnitud física, por ejemplo, nivel de llenado, nivel, y/o pueden integrarse dispositivos de medición que midan diferentes variables físicas. También pueden medirse varias variables físicas diferentes en un dispositivo de medición.

Otros detalles, características y ventajas de la invención se muestran en la siguiente descripción

de una forma de realización preferida con referencia a los dibujos.

Allí:

Fig. 1 muestra una representación esquemática de una forma de realización preferida de la invención, y

Fig. 2 muestra una representación esquemática de la forma de realización ejemplar del dispositivo de medición en forma de un dispositivo de medición de nivel.

La Fig. 1 muestra esquemáticamente la estructura de una forma de realización ejemplar del sistema de medición según la invención. Un dispositivo de medición 2 comprende una parte de sonda 4 y un dispositivo de procesamiento 6 conectado al mismo con un módulo de transmisión remota de datos 8. La parte de sonda 4 comprende una sonda de medición principal 4-1, que determina una magnitud física específica según un primer principio de medición, y una sonda de medición de control 4-2, que determina la misma magnitud física según un segundo principio de medición diferente. Si los datos de medición determinados por las dos sondas de medición 4-1, 4-2 coinciden, la medición se considera correcta. Esta comparación de los valores medidos se simboliza mediante el signo de referencia 5. El módulo de transmisión remota de datos transmite los datos de medición y los datos de evaluación a una plataforma de Internet 12 a través de una red de telefonía móvil 10. Los datos se transmiten utilizando protocolos LTE y GSM y, en particular, protocolos de red LPWA (Low Power Wide Area) como los protocolos NB-IOT y LTE-Cat-M1. Las redes de radio móviles están disponibles en todo el país y los protocolos LPWA reducen el consumo de energía de los dispositivos de medición. In situ, los datos del dispositivo de medición también pueden leerse a través de Bluetooth en un dispositivo de comunicación móvil, por ejemplo, un smartphone 14. El dispositivo de medición 2 correspondiente también puede configurarse mediante el software adecuado. A su vez, el smartphone 14 puede transmitir los datos a la plataforma de Internet 12 a través de radio móvil. La conexión entre el dispositivo de medición 2 y la plataforma de Internet 12 y entre el teléfono inteligente 14 y la plataforma de Internet 12 se establece a través de una conexión VPN segura o a través de un protocolo de Internet o de transmisión seguro (por ejemplo, COAP a través de UDP/IP). La plataforma de Internet 12 está dotada de inteligencia propia y puede conectarse a un dispositivo de evaluación externo 16 o a un terminal de datos 18 a través de una conexión igualmente segura. La plataforma de Internet 12 también puede enviar mensajes de alarma y error por correo electrónico 20 o SMS 22 y alertar así a un servicio de guardia, por ejemplo.

La Fig. 2 muestra esquemáticamente un pozo o un dispositivo de medición del nivel 2 a lo largo del curso de un río o para aguas subterráneas con un nivel de agua 30. El dispositivo de medición del nivel de agua 2 comprende una parte de cabeza 32 y la parte de sonda 4. La parte de sonda 4 comprende la sonda de medición principal 4-1, que determina el nivel de agua 30 mediante la presión hidrostática, y una sonda de medición de control 4-2, que determina el nivel de agua mediante un sensor ultrasónico o de tiempo de tránsito. La parte de cabeza contiene una batería, el módulo de transmisión remota de datos 8 y el dispositivo de procesamiento 6. Las dos sondas de nivel de agua 4-1, 4-2 están conectadas a la parte de cabeza 32 mediante un primer cable 34-1. La sonda de medición principal 4-1 está sumergida en el líquido y la sonda de medición de control 4-2 está dispuesta por encima del nivel de agua 30. El módulo de transmisión remota de datos 8 de la parte de cabeza 32 puede utilizarse para transmitir los datos de medición de ambas sondas de nivel 4-1, 4-2 a la plataforma remota de Internet 12. La sonda de medición principal 4-1 mide los valores de nivel actuales y la sonda de medición de control 4-2 determina los valores de nivel a intervalos predeterminados o esporádicamente y los compara con los valores de nivel medidos por la sonda de medición principal. Si se producen desviaciones que superan un intervalo de tolerancia preestablecido, se transmite una alarma a la plataforma de Internet 12, que emite entonces una alarma para el personal de un centro de supervisión o un mensaje de texto de alarma o un correo electrónico de alarma para el personal de guardia. En cualquier caso, se procura que un técnico pueda comprobar in situ el aparato de medición 2 en cuestión.

La sonda de medición de control 4-2 está conectada a la parte de cabeza 32 a través de un segundo cable 16. En lugar de una conexión por cable, las dos sondas de medición 4-1, 4-2 también pueden conectarse de forma inalámbrica a la parte de cabeza 32. A diferencia de la medición hidrostática mediante la sonda de medición principal 4-1, en la que el sensor de presión debe estar sumergido en el agua para medir el nivel de llenado, el sensor de tiempo de tránsito de la sonda de medición de control 4-2 se coloca por encima de un nivel de agua máximo previsto 31. Mide la distancia a la superficie actual del agua 30 mediante una medición del tiempo de tránsito basada en ultrasonidos, radar o luz. Los valores de nivel de las dos sondas de medición 4-1, 4-2 convergen en la unidad de procesamiento 6 de la parte de cabeza 32 y pueden compararse entre sí. El usuario tiene la posibilidad de fijar una desviación máxima admisible entre los dos valores medidos (margen de tolerancia). Si se supera esta desviación, se puede enviar un mensaje de alarma a la plataforma de Internet 12 a través del módulo de transmisión de datos a distancia 8 incorporado.

Alternativamente, también es posible controlar la comparación de los valores medidos y la alarma desde la plataforma de Internet 12. Para no cargar constantemente las baterías del dispositivo de medición 2 con dos sondas de medición, normalmente será perfectamente suficiente realizar la medición de control solo medio día o una vez al día. Esta verificación diaria de los valores medidos permite detectar muy rápidamente una desviación o incluso un fallo completo de la sonda de medición principal 4-1. De este modo, el usuario puede reaccionar muy rápidamente y solo faltan unos pocos valores medidos. Además, si se pierden los valores medidos principales, es posible recurrir a los valores medidos de control, al menos durante un breve espacio de tiempo.

A efectos de protección, ambos cables 34-1, 34-2 pueden suspenderse cada uno en un tubo de nivel.

Listado de signos de referencia

2 Dispositivo de medición, punto de medición

4 Parte de la sonda

4-1 Sonda de medición principal

4-2 Sonda de medición de control

5 Comparación de los valores medidos

6 Dispositivo de procesamiento

8 Módulo de transmisión remota de datos

10 Red de radio móvil

12 Plataforma de Internet

14 Teléfono inteligente, terminal de comunicación móvil

16 Dispositivo de evaluación externa

18 Terminal de datos

20 Alarma por correo electrónico mediante 12

22 Alarma SMS mediante 12

30 Nivel de agua

31 Nivel máximo de agua

32 Parte de cabeza

34-1 Primer cable

34-2 Segundo cable

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema de medición para determinar y controlar valores medidos de determinadas magnitudes físicas, con una plataforma de Internet (12) para almacenar y analizar valores medidos, que está conectada con al menos un dispositivo de medición (2) mediante transmisión remota de datos,

en donde el al menos un dispositivo de medición (2) presenta:

una sonda de medición principal (4-1), configurada para determinar valores medidos principales de una magnitud física medida específica en primeros intervalos de tiempo específicos de acuerdo con un primer principio de medición,

una sonda de medición de control (4-2), configurada para determinar valores medidos de control de la magnitud física medida específica en segundos intervalos de tiempo específicos de acuerdo con un segundo principio de medición, y

un módulo de transmisión de datos a distancia (8) para transmitir los valores medidos determinados por las dos sondas de medición a la plataforma de Internet (12),

caracterizado porque el al menos un dispositivo de medición (2) comprende un dispositivo de procesamiento (6) que compara los valores medidos de las dos sondas de medición (4-1, 4-2) y genera una señal de alarma o de supervisión si los dos valores medidos no se encuentran dentro de un intervalo de tolerancia preestablecido, y porque los primeros intervalos de tiempo entre las mediciones de la sonda de medición principal (4-1) son menores que los segundos intervalos de tiempo entre las mediciones de la sonda de medición de control (4-2).

2. Sistema de medición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la alimentación eléctrica del al menos un dispositivo de medición (2) se realiza mediante una batería o acumulador.

3. Sistema de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el módulo de transmisión remota de datos (8) transmite los datos mediante redes de radio móviles (10) y en particular mediante protocolos de red LPWA.

4. Sistema de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el módulo de transmisión remota de datos (8) puede conectarse a terminales de comunicación móviles (14) mediante Bluetooth.

5. Sistema de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4 anteriores, caracterizado porque el intervalo de tolerancia preestablecido puede ser fijado por el usuario al comparar los valores medidos.

6. Sistema de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la magnitud física predeterminada es un nivel o nivel de llenado (30).

7. Sistema de medición de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque la sonda de medición principal (4-1) es una sonda de medición de nivel principal que determina el nivel mediante medición de presión hidrostática, y porque la sonda de medición de control (4-2) es una sonda de medición de nivel de control que determina el nivel mediante ultrasonido, radar o luz.

8. Sistema de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un dispositivo de medición (2) determina adicionalmente otras magnitudes físicas, tales como sensor de temperatura y/o de conductividad.

9. Sistema de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las dos sondas de medición (4-1, 4-2) y los demás componentes (32) del dispositivo de medición (2) están dispuestos espacialmente separados entre sí y están conectados entre sí mediante cables (34) o de forma inalámbrica.

10. Procedimiento para operar un sistema de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, con las etapas de procedimiento:

determinar valores medidos principales de una determinada magnitud de medición física mediante la sonda de medición principal (4-1) en determinados primeros intervalos de tiempo;

determinar valores medidos de control de la magnitud física medida determinada mediante la sonda de medición de control (4-2) en determinados segundos intervalos de tiempo; y

comparar (5) los valores medidos principales con los valores medidos de control y transmitir una señal de alarma a la plataforma de Internet (12) si los dos valores medidos no se encuentran dentro de un intervalo de tolerancia preestablecido,

en donde los primeros intervalos de tiempo entre las mediciones de la sonda de medición principal (4-1) son menores que los segundos intervalos de tiempo entre las mediciones de la sonda de medición de control (4-2).

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la transmisión remota de datos entre el al menos un dispositivo de medición (2) y la plataforma de Internet (12) se realiza mediante VPN y/o protocolo https.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 11 anteriores, caracterizado porque la plataforma de Internet (12) supervisa si el al menos un dispositivo de medición (2) transmite valores medidos en los intervalos de tiempo predeterminados.

13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 12 anteriores, caracterizado porque la evaluación de los datos de medición tiene lugar en la plataforma de Internet (12) o en un dispositivo de evaluación posterior (16).