食品を製造するための装置および方法

本発明は、食品、特に食肉製品およびソーセージ製品を製造するプロセスに関与する様々なデバイス、特に、たとえば、イーサネットベースのフィールドバス・システムでの充填ラインに関与するデバイス間でプロセス・データを伝送するための方法および装置に関する。

食品の製造、特に、食肉製品とソーセージ製品の製造においては、製造ラインに複数の独立したデバイスがあり、それらそれぞれのデバイスの機能が互いに協働しなければならない。 現在まで、イーサネットベースのフィールドバス・システムでのプロセス・データの伝送には、通常のケーブルおよびコネクタが使用されている。 厳しい環境で使用される機械の場合、ケーブルやコネクタが機能不全、停止および故障の原因となることが多い。

電気的なプラグイン・コネクタの場合、コネクタ・ピンおよび付随するソケット接点は、プラグイン・コネクタが噛み合っていない状態のとき、特に、機械的な損傷、汚染および腐食を受けやすい。 市場で入手できるほとんどのプラグイン・コネクタの場合、これらのコネクタが噛み合っていない状態のとき、水や洗浄用薬品でさえプラグイン・コネクタを通ってケーブルに入り込む可能性があり、腐食により永久的な損傷となる。 コネクタ・ピンまたはソケット接点それぞれからのケーブルへの移動は、同様に様々な物質による酸化の高いリスクを伴う傾向がある。 このことは、高い接触抵抗およびリーク電流の原因となる。

ケーブルによるプロセス・データの伝送の代替として、ＷＬＡＮまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈによるデータ伝送が現在使用されている。

図７は対応する解決法を示す。 既存の規格は無線伝送に使用されている。 その周波数帯域は、２．４または５または６０ＧＨｚの範囲内であり、たとえば、ＷＬＡＮ ８０２．１１ＸまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ ３．０＋ＨＳである。

一般に、ＷＬＡＮはアクセス・ポイントと複数のパティシパントとを含み、図７から特に明らかなように、利用可能な帯域幅を共有する。 それにより、個々のデバイスＡ、Ｂ、Ｃは、対応するアクセス・ポイント／ルータと通信する。 ここでは、故障検出、衝突認識およびアービトレーション・メカニズムが必要となる。 このことは、一時的な挙動の推定を困難にして、応答時間を予測不能なものにする。 Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈは同様の能力を提供するが、同様の欠点も有する。

しかし、この解決法でさえ、ケーブル接続と比較して相対的に遅く、特に、電波干渉を受けやすいという欠点を有する。 さらに、複数の送信機の場合は特に、受信機を所望の送信機に合わせて調整しなければならないという欠点があり、構成にかなりの労力を必要とし、エラーの原因となる。 使用可能な無線周波数は少ない。 複数の送信機と受信機がある範囲内で作動すると、隣接する送信機のために機能不全が発生する。 帯域幅は他のデバイスと共有されなければならない。 利用可能な帯域幅が十分でなければ、デバイスを同時に作動させることは不可能である。 適切な無線チャネルが選択されて調整されなければならない。 同様に、伝送容量の一時的な割当も一因となり、その結果、チャネルが空くのを待つ必要であり、さらには、受信に干渉がある場合、送信を繰り返すことに時間がかかる。 新たな機能不全が生じたときのチャネルの変更もまた時間がかかる。 さらに、この方法は確定的ではない。 送信の成功にどのくらい時間がかかるのかを予測することができない。 全体的に見ると、プロセス・データの伝送をリアルタイムに実施することができない。

上記より、本発明の目的は、特に、食品を製造するための２つのデバイス間でのデータ伝送のための改良方法および改良装置を提供することであり、これによりリアルタイムでの確実かつ迅速なデータ伝送が簡便な手法で可能となる。

かかる目的は、本発明の請求項１および１２の特徴によって達成される。

食品を製造するプロセスに関与する様々なデバイス、特に充填ラインに関与するデバイス間でプロセス・データを伝送するための本発明に係る方法の場合、２つのデバイス間でのデータ通信は、有利には、第１のデバイスの送信機と第２のデバイスの受信機との間、および／または第２のデバイスの送信機と第１のデバイスの受信機との間で排他的に行われる。 その際、伝送路はこれらデバイス間に配置される。

このことは、パティシパントの数を２つに減らすことを意味する。 このようにして、全帯域幅は２つのパティシパントに利用可能となり得る。 それにより、コンスタントな無線チャネルの再アービトレーションが省かれる。 無線リンクの使用可能性が高められ、反応時間も短縮される。 このことは、確実な伝送をリアルタイムで可能にする。 このことは、対応するデバイスのデータはアクセス・ポイントまたはルータによって伝送されるのではなく、デバイス間で直接的に通信が行われることを意味する。

デバイスが、複数の送信機およびそれらに対向する対応する受信機を有することもまた可能である。

したがって、本発明によれば、第２のデバイスの受信機が第１のデバイスからのデータを受信するが、第３のまたは追加のデバイスの受信機は、特に低信号レベルのため、このプロセス・データを受信することができないように、第１のデバイスの送信機が、対応する第２のデバイスの受信機と排他的に通信する。 特に第２のデバイスまたは追加のデバイスの送信機はまた、それぞれ１つだけの受信機とのみ通信する。 第３のまたは追加のデバイスの受信機も同様に、それぞれ１つの送信機とのみ通信する。

それぞれのデバイスの送信機からのデータは、特定の受信機のみが受信することができ、他のデバイスの受信機は受信することができないので、同一のチャネルをデバイスの様々なペアに使用することができるという利点がある。

本発明の場合、送信機をそれぞれ対応する受信機に対して位置合わせするときに特に有利である。 その際、指向性アンテナを送信機として使用することが好ましく、および／または受信機としても使用することが好ましい。 対応する指向性アンテナが使用されるとき、信号強度を削減することが可能であり、単純なやり方で、対応する信号が追加の受信機によって受信されないことを確実にするのができる。

受信機に対する送信機の正確なアライメントを維持するために、デバイス間で機械的な連結が使用される。

第１のデバイスの送信機の送信電力は、第２のデバイスの受信機のみが信号を受信するように調整することが可能であり、無線信号の電力は特に、１００ｍＷ未満である。 このことはまた、追加の送信機／受信機のペアにも適用する。

送信機とそれに対応する受信機との間の距離ｌおよび好ましくは他の送信機と他の受信機との間の距離ｌも、０〜１ｍの範囲内にあるのが好ましい。 一方で、デバイス同士の比較的近い配置により、信号強度を削減することができるため、データ伝送を、無線リンクのポイントツーポイントの形態で２つのデバイス間でのみで確実に行うことができる。

したがって、本発明により、デバイスの複数のペアは同一の周波数範囲、特に同一の無線チャネルで作動させることができる。 機能不全は見込まれない。

複数のデバイスがひと続きに配置されるとき、ひと続きの最初のデバイスと最後のデバイスの間の少なくとも１つのデバイスは、そのデバイスの受信機によって直前のデバイスの送信機からデータを受信することができ、送信機によって、次のデバイスにデータを送ることができる。 したがって、ひと続きのデバイスを通してデータまたはメッセージをプッシュすることができる。 すなわち、関与するデバイスは単純に続けてメッセージを受け手に送信する。

そうすることで、全帯域幅が各ペアで利用可能である。 選択されたチャネルは常に空いており、伝送は常に直ちにかつ理想的に行うことができ、機能不全は発生せず、データ損失もない。 したがって、繰り返される伝送の結果としての時間のロスもない。 受信機サイドでの単純なエラー訂正で十分である。 十分な場の強度を有する１つの送信機のみが受信されるので、受け手を指定する必要はない。

送信機と受信機の間の伝送路がシールドされていれば特に有利である。 このことは、環境の影響および他の無線ネットワークの結果としての機能不全を防ぐことを可能にする。 さらに、任意のエラー訂正およびエラー情報の繰り返される伝送の結果としての遅延が回避される。 したがって、無線リンクの使用可能性は改善され、反応時間は短縮される。

本発明によれば、少なくとも第１のデバイスと少なくとも第２のデバイスのそれぞれは、それぞれの場合での送信が１回に単一方向にのみ可能となるような、組み合わされた送信機／受信機デバイスを有することができる。 また、少なくとも第１のデバイスと少なくとも第２のデバイスのそれぞれは、二方向で両方のデバイス間でのデータの同時フロー（二重操作）が可能となるような送信機と受信機を有することもできる。 さらに、相互干渉を最小にするために、異なる周波数チャネルをこの目的のため使用することができる。

既に説明したように、データは好ましくは電磁波によって伝送され、特に電波によって伝送される。 たとえば、現在のフィールドバスで一般的である１０または１００Ｍｂｉｔ／ｓの伝送速度を達成するためには、選択された伝送周波数がそれに応じて高くならなければならない。 ２．４または５ＧＨｚのＷＬＡＮ ８０２．１１ｘなどの現在の無線リンク規格は、この場合に適している。

６０ＧＨｚ帯域が特に有利である。 この帯域は登録も認可もなしで、ほぼ全世界で使用することが可能であり、高い帯域幅と干渉のない伝送を提供することが可能である。 この周波数帯域では通常不利である空気による高い減衰は、この場合には有利である。 適切な指向性を有するアンテナの場合、隣接の無線リンクによる影響はほとんどないと見込まれる。

食品を製造するための装置、特に本発明の方法を実施するための装置は、送信機を有する第１のデバイスと受信機を有する第２のデバイスとを少なくとも有しており、２つのデバイス間でのデータ通信は第１のデバイスの送信機と第２のデバイスの受信機との間、および／または第２のデバイスの送信機と第１のデバイスの受信機との間で排他的に行われる。 したがって、この装置は少なくとも２つのデバイスを有し、デバイスの送信機は追加のデバイスの受信機と排他的に通信することができ、装置の該追加のデバイスの他の受信機とは通信することができない。

それぞれの場合において、送信機は受信機に対してに位置合わせされており、対応する送信機は指向性アンテナとして設計されるのが好ましく、および／または、受信機も指向性アンテナとして設計されてもよい。 さらに、対応する送信機と受信機が互いに正確に位置合わせされ、装置はは、正確に位置合わせされた状態を保つようにデバイスを機械的に連結するための連結デバイスを有する。

２つの通信デバイスの送信機と受信機との間の距離Ｌは、１ｃｍ〜１ｍの間であることが有利である。

装置は、好ましくは、たとえば金属製接地シートなどのシールドを有する。 このシールドはデバイス間の伝送路の周りに配置される。

既に説明したように、送信機および／または受信機は、アンテナとして設計することが可能であるが、送信機としてのフォトダイオードもしくはレーザダイオードと受信機としての受光器とを有する光カプラとして設計してもよい。 周波数範囲は、好ましくはコヒーレント光である、４００〜１０００ｎｍの波長範囲である。

装置が、複数のデバイスをひと続きで備えるときは、デバイスの各ペアは互いに通信することが可能であり、情報を一方のデバイスから中間のデバイスによって他方のデバイスに送信することができる。 したがって、２つより多いデバイスが互いに通信する場合、それぞれのデバイス間で独立した接続を確立することができる。 関与するデバイスは、単純に、メッセージを受け手に送る。 デバイスは、同時に、伝送路をシールドする役目を担う。

以下、下記の図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

充填ラインの場合での本発明に係る装置の大まかな概略図である。

本発明の実施形態の大まかな概略図である。

シールドを有する図２で示した実施形態の大まかな概略図である。

関与するデバイスを２つより多く有するさらなる実施形態の大まかな概略図である。

二重操作に適したさらなる実施形態の大まかな概略図である。

本発明に係るさらなる実施形態を示す図である。

従来技術によるＷＬＡＮネットワークの大まかな概略図である。

図１は、複数のデバイス２、３、８を有する充填ラインの概略図である。 ここで充填機械２は、たとえば、第１のデバイスとして提供される。 充填機械は、既知の方式でホッパ１２を有しており、たとえばソーセージ肉などのペースト状の塊がホッパ１２に充填され、運搬手段（ここでは図示されていない）によって充填チューブ１３を通してソーセージ・ケーシングに吐出される。 充填機械２は、輸送方向ＴＲの下流に配置された輸送デバイス３を有しており、このデバイスは、たとえば、２本の循環コンベヤ・ベルト１５ａ、ｂを有しており、そのベルトの間を充填されたひと続きのソーセージが輸送される。 また、輸送デバイス３は、充填されたひと続きのソーセージが、ねじ切り点を作るためにねじ切りユニット１７によって回転させられたときに、ひと続きのソーセージがねじれてしまうことを防ぐことができる。 それにより、輸送デバイス３は、本発明に係る追加の第２のデバイスを表す。

また、２つのソーセージ部分の間でクリップを位置決めするためのクリッパ１６もまた、このラインの第２のデバイス内に配置してもよい。 最終的に、ハンガ８もまた、当該特定の例においては配置され、フック１９上の個別のソーセージやソーセージ部分を取り上げてさらに輸送することができ、これは第３のデバイスを表す。

図１に示すレイアウトは単なる例に過ぎない。 充填ラインはまた、異なるシーケンスで異なる付属装置を有する異なるレイアウトを有してもよい。 それぞれのデバイスは、プロセス・データを一方のデバイスから他方のデバイスに送信するため、それぞれ、受信機に対応する送信機を備える。 ここで、充填機械２は第１の送信機４を有し、輸送デバイス３は受信機５を有する。 このようにして、充填機械は、データを第１の送信機４から第２の送信機５へとデータ伝送路２０によって送信することができる。 輸送デバイス３はまた第１の送信機９を有し、ハンガ８は第１の受信機１０を有し、その結果、データもまた輸送デバイスからハンガへ伝送路２０によって送ることができる。

（ゼロから数センチメートルの範囲でのずれで）互いに対向する方向に配向された送信機と受信機が、互いに位置合わせされた状態が保てるように、３つのデバイス２、３および８はまたシーケンスにおいて、機械的連結デバイス１１によって互いにそれぞれ機械的に連結される。

以下、本発明に係るデータ伝送を図２を参照してより詳細に説明する。

図２は、たとえば充填機械２と輸送デバイス３など、互いに通信する２つのデバイス２と３を示す。 デバイス２とデバイス３の両方はそれぞれ、制御ユニットならびに送信機および受信機を有する。 装置は２．４〜６０ＧＨｚの周波数範囲で作動する。 この場合、組み合わされた送信機デバイスと受信機デバイス４、５は、特に指向性アンテナの形態で提供される。 アンテナは互いに直接対向して位置合わせされ、１ｃｍ〜１ｍの範囲内で狭い間隔を有する。 正確なアライメントおよび小規模の伝送路２０によって、１００ｍＷ未満の低い送信電力のみ必要となる。 互いに通信するパティシパントの数が、それぞれの場合に２つにまで削減され、アンテナは共に近くに配置され、指向性のあるアンテナが使用されるので、全帯域幅をパティシパントどちらにも利用可能とすることができる。 このことは、コンスタントな無線チャネルの再アービトレーションを無くし、無線リンクの使用可能性を高め、反応時間を短縮する。 図７に示される周知のネットワークと対比して、図２にはアクセス・ポイントもルータもない。

割り当てられた受信機が十分に高い信号を受信し、同時に追加のデバイスまたは隣接するデバイスの受信機が、その受信機にとっては小さすぎてプロセス・データが受信できないような大変に低い信号のみしか受信しないように、送信電力およびアンテナの指向は選択される。 デバイス間のアンテナの配置のために、デバイスのハウジングはアンテナをシールドする。 ここでは、たとえば６０ＧＨｚにおける電磁波の低い範囲によって利点がもたらされる。

機能不全および外部影響に対して伝送路をさらに保護するために、シールド６が設けられてもよく、好ましくは、図３に示したように伝送路２０の周りに設けられる。 アンテナはまたシールド内に置かれる。 たとえば、金属シートはシールドとして使用される。 図６を参照して示されているように、シールド６は接地している。 このことは、環境の影響や他の無線ネットワークによる機能不全を最小限にすることができる。 このようにして、エラー訂正およびエラー情報パケットの繰り返される伝送の結果としての遅延を回避することができる。 したがって、無線リンクの使用可能性が改善され、反応時間が短縮される。

一般に、このことは、第３のデバイス８の受信機１０がもはや送信機４の無線信号を受信できないため、充填機械２が伝送路２０によって輸送デバイス３とデータの交換ができるが、たとえばデバイス８とは直接通信できないことを意味している。

したがって、デバイスの複数のペアはまた、同一の無線チャネルで互いに同時にかつ独立に作動することができる。 互いが平行に配置された複数の充填ラインはまた、同一の無線チャネルを使用してもよい。 その際、全帯域幅が各ペアで利用可能である。 選択されたチャネルは常に空いており、伝送は常に直ちに理想的に送信されることができ、機能不全は発生せず、したがってデータ損失も発生しない。 また、繰り返される伝送の結果としての時間のロスもない。 必要であれば、エラー訂正を実施することができ、受信機サイドでの単純なエラー訂正で十分である。

送信の場合に、デバイス２から送信されるすべてのデータが正確にデバイス３に到着することを確実にする様々な方法がある。

デバイス３はまず、機能不全の結果としてデータが失われた、または壊れたかどうかを検出しなければならない。 デバイス３がエラーを検出したとき、デバイス２から再度データを要求することができる。 この方法は、データが正確に送信されるまでに要求が何回必要になるのかを予測することが可能ではないので、リアルタイム送信に十分には適していない。 したがって、そのために必要となる時間を予測することも可能ではない。 ここで記載した方法のように、伝送路が大変に信頼でき、機能不全になりにくいときは、送信機のデータが、たとえば、エラー訂正のための追加の重複情報により補完されれば、それで十分である。 したがって、受信機は、データの再送を要求することはせずに、受信した壊れたデータの定義された部分を再構成することができる。 このようにして、送信に追加の時間は必要としない。

十分な場の強度を有する１つの送信機のみが、各受信機によって受信されるので、受け手を指定する必要もない。 リアルタイムでの送信が可能である。

図１に示して、図４と組み合わせてより詳細に説明したように、複数のデバイスが互いに通信するとき、デバイス間でそれぞれの場合において独立な接続を確立することができる。 そのとき、関与するデバイスは、単純に、中間のデバイスによってメッセージを受け手に送る。 図４は３つのデバイス２、３および８の概略図を示す。 情報が次に充填機械２からハンガ８に送られることになる場合、対応するデータを、送信機４と受信機５によって第２のデバイス、この特定の実施形態では輸送デバイス３に転送し、この第２のデバイスから送信機９によって第３のデバイス、この場合はハンガの受信機１０に転送することができる。 同様にして、ハンガ８は充填機械２と通信することができる。 したがって、このことは、装置が複数のデバイスをひと続きに有し、隣接するデバイスの各ペアが、そのように互いに通信するときに、情報が１つのデバイスから中間のデバイスによって次のデバイスへと送られることを意味する。

先の図面では、共通のアンテナを有している組み合わされた送信機／受信機デバイス４、５、９、１０が示されている。 そのとき、送信は１回に単一方向のみに可能である。 代替として、図５に示すように、２つの伝送路２０ａ、ｂを使用してもよい。 そのとき、両方向でのデータの同時フローが可能である。 また、相互干渉を最小にするために、様々な周波数チャネルを使用してもよい。 デバイス間の無線リンクはまた、同一の周波数で行うこともできるが、自動調整式のものまで含め調整可能となるように設計されてもよい。

先の実施形態の場合、データ伝送は電磁波信号によって説明された。 しかし、データ伝送は同様に、光波、特に４００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長範囲でのコヒーレント光によっても同様に可能である。 その際、対応するレーザダイオードはそのとき、送信機４、９として使用され、対応する受光器、たとえばフォトトランジスタまたはＰＩＮダイオードは、受信機として使用される。

以下、本発明に係る方法を図１〜５を参照してより詳細に説明する。 ソーセージの製造において、充填機械２のメインコントローラはプロセス・データを生成し、特に輸送デバイス３とハンガ８についてのプロセス・データを生成する。 充填機械２と輸送デバイス３との間のデータ通信は送信機４と受信機５との間で排他的に行われる。 受信機５はデータを送信機４からしか受信することができない。 同時に、受信機５だけが送信機４からデータを受信することができる。 追加のデバイス間に配置されている送信機と受信機９、１０は、低い信号レベルのため、対応する無線信号を受信することができない。 全伝送容量は、送信機と受信機４、５で利用可能である。 受け手を指定することは必ずしも必要ではない。 そのとき、デバイス３は、たとえばプロセス・データに従って、コンベヤ・ベルト１５ａ、ｂとクリッパを作動させることができる。 ハンガ８に関するプロセス・データはまた、送信機４によって受信機５に送られる。 次いで、受信機５から受信した対応するデータは、対応する制御ユニット、この場合は送信機９によって直接送られ、今度は送信機９が、受信機１０によってのみ受信可能である適切なデータを送る。 そのとき、ハンガ８は、受信機１０によって受信したプロセス・データによって適切に作動することができる。

図４と共に説明したように、送信機と受信機は、２つのデバイス間での送信が１回に１方向のみ可能であるように構成することができ、または、図５と共に説明したように、二重操作、たとえば両方向でのデータの同時フローが可能であるように送信機と受信機を配置してもよい。

そのとき、第２のデバイスの対応する受信機９によって受信されたデータはまた、対応する送信機５、５ａによって充填機械に戻されて、対応するラインと対応する制御ユニットを経由して対応する受信機４、４ａに戻される。 機械的連結手段１１は、対応するアンテナ同士が確実に常に互いに対向して正確に位置合わせされた状態にする。 ここで、第２のデバイス３のハウジングは、デバイス３と８の間の伝送路２０およびデバイス３と２の間の伝送路２０をシールドして、デバイスを互いにシールドする。 しかし、さらに、対応するシールドがまた、伝送路２０の周りに設けられてもよい。

先の実施形態により、２つのデバイス間でのデータ伝送が、第１のデバイスの送信機と第２のデバイスの受信機との間、および／または第２のデバイスの送信機と第１のデバイスの受信機との間で排他的に行われているので、それぞれの場合において、各方向において伝送路が１つしかなかった。 図６から特に明らかなように、デバイスは複数の送信機を有してもよく、したがって対向する方向に配向された受信機を有してもよい。 そのとき、適切なシールド６が設けられるのが好ましい。 そのとき、好ましくは、２つのデバイス間の複数の送信機は、異なるチャネルで送信しなければならない。 大変良好なシールドの場合、必要であれば同一チャネルを使用することができる。 先の実施形態でのように、別個の送信機と受信機か、送信機／受信機の組合せかが使用されてもよい。 しかし、図２から５に示した実施形態における場合、２つのデバイス間でそれぞれの方向で１つの伝送路のみが選択されることが好ましい。