Processing

Please wait...

PATENTSCOPE will be unavailable a few hours for maintenance reason on Tuesday 26.10.2021 at 12:00 PM CEST
Settings

Settings

Goto Application

1. WO2021058345 - EVENT-ORIENTED TRANSMISSION OF MEASURED PROCESS VALUES

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

[ DE ]

Beschreibung

Ereignisorientierte Übertragung von Prozessmesswerten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur ereignisorientierten Übertragung von Prozessmesswerten von wenigstens einem Mess gerät eines Leitsystems einer Prozessanlage zu einem Operator Station Server des Leitsystems der Prozessanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Automatisierungsgerät gemäß Anspruch 2. Außerdem betrifft die Erfindung ein Leitsystem einer Prozessanlage gemäß An spruch 3.

Prozessdaten in der Prozessautomatisierung sind in der Regel relativ „träge". Dementsprechend findet die Übertragung von Prozessdaten zwischen Automatisierungen und Operator Station Servern (für die Bedienung und Beobachtung, Archivierung, usw.) in der Regel ereignisgesteuert und nicht zeitgesteuert (zyklisch) statt. Ziel ist es hierbei, das Übertragungsauf kommen zu reduzieren, da insbesondere bei verfahrenstechni schen Anlagen große Mengen an Prozessdaten (im Weiteren als „Prozessmesswerte" bezeichnet) anfallen.

Bei der ereignisgesteuerten Übertragung kommt ein „Ausdünnen" der Prozessmesswerte zur Anwendung. Dies bedeutet, dass Pro zessmesswerte nur bei

- einer hinreichend großen Änderung,

- nach Ablauf eines oberen Timeouts (definiert die minimale Übertragungsrate), und

- bei hinreichend großen akkumulierten Änderungen übertragen werden.

Um bei starken Signaländerungen (z.B. durch verstärktes Rau schen, Ausfall von Sensorik...) die Menge an Prozessmesswerten bei der ereignisgesteuerten Übertragung zu deckeln, wird in der Regel noch ein unterer Timeout definiert (maximale Über tragungsrate) . Die Aufgabe besteht darin, zwischen dem oberem und unterem Timeout die Übertragung von Prozessmesswerten so auszudünnen, dass

- immer noch hinreichend genug Stützstellen für die Reproduk tion des Verlaufs der Prozessdaten (Trends) vorhanden sind,

- wichtige Ereignisse nicht verloren gehen (z.B. der Zeit punkt, ab dem der Prozesswert sich ändert)

- möglichst wenig / keine überflüssigen Prozessdaten übertra gen werden.

Für die ereignisorientierte Übertragung haben sich verschie dene Verfahren etabliert, welche jedoch einige Nachteile mit sich. Der Hauptnachteil liegt darin, dass eine spezifische Konfiguration der ereignisorientierten Übertragung für jeden Prozessmesswert erfolgen muss. Der Projekteur muss quasi für jede Messstelle den genauen Messbereich, die zu erwartende Änderungsdynamik des verfahrenstechnischen Prozesses, usw. kennen, um ein akzeptables Übertragungsverhalten erzielen zu können. Dies bringt einen enormen und iterativen Aufwand mit sich.

Auch etablierte Verfahren, die weniger Konfiguration benöti gen, wie sie beispielsweise zur Reduktion von verfahrenstech nischen Archivdaten zur Anwendung kommen (Boxcar, SLIM, Swin-ging Door) können bei der Übertragung nur bedingt zur Anwen dung kommen, da bei diesen Verfahren beim Verlassen von Tole ranzbändern keine aktuellen Werte, sondern vergangene Werte übertragen werden. In diesem Fall würden die Operatoren dann bei der Bedienung und Beobachtung mit (Alt-)Werten arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein dazugehöriges Automatisierungsgerät anzugeben, die eine Konfiguration einer ereignisorientierten Übertragung von ei nem Messgerät zu einem Leitsystem einer technischen Anlage maßgeblich vereinfachen.

Die zuvor formulierte Aufgabe wird durch ein Verfahren zur ereignisorientierten Übertragung von Prozessmesswerten von wenigstens einem Messgerät einer Prozessanlage zu einem Ope- rator Station Server eines Leitsystems einer Prozessanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schrit te:

a) Empfangen der Prozessmesswerte mittels eines Automatisi-ierungsgerätes;

b) Automatische Sensibilisierung oder Desensibilisierung ei nes Messbereichs der Prozessmesswerte durch das Automatisie rungsgerät;

c) Ereignisorientierte Übertragung der Prozessmesswerte an den Operator Station Server.

Bei der Prozessanlage kann es sich beispielsweise um eine chemische, pharmazeutische, petrochemische oder eine Anlage aus der Nahrungs- und Genussmittelindustrie handeln.

Diese Prozessanlagen verfügen jeweils über ein Leitsystem o-der zumindest ein computerunterstütztes Modul zur Steuerung und Regelung des ablaufenden Prozesses. Unter einem Leitsys tem wird im vorliegenden Kontext ein computergestütztes tech nisches System verstanden, das Funktionalitäten zum Darstel len, Bedienen und Leiten eines technischen Systems wie einer Fertigungs- oder Produktionsanlage umfasst. Das Leitsystem umfasst im vorliegenden Fall Sensoren zur Ermittlung von Messwerten sowie verschiedene Aktoren. Zudem umfasst das Leitsystem sogenannte prozessnahe Komponenten, die zur An steuerung der Aktoren bzw. Sensoren dienen. Darüber hinaus weist das Leitsystem u.a. Mittel zur Visualisierung der Pro zessanlage und zu einem Engineering auf. Unter dem Begriff Leitsystem sind zusätzlich auch weitere Recheneinheiten für komplexere Regelungen und Systeme zur Datenspeicherung und -Verarbeitung zu fassen.

Unter einem „Operator Station Server" wird vorliegend ein Server verstanden, der zentral Daten eines Bedien- und Be obachtungssystems sowie in der Regel Alarm- und Messwertar chive eines Prozessleitsystems einer Prozessanlage erfasst und Benutzern zur Verfügung stellt. Der Operator Station Ser- ver stellt in der Regel eine Kommunikationsverbindung zu Au tomatisierungssystemen der Prozessanlage her und gibt Daten der Prozessanlage an sogenannte Clients weiter, die zur Be dienung und Beobachtung eines Betriebs der einzelnen Funkti onselemente der Prozessanlage dienen.

Der Operator Station Server kann über Client-Funktionen ver fügen, um auf die Daten (Archive, Meldungen, Tags, Variablen) anderer Operator Station Server zuzugreifen. Dadurch sind Bilder eines Betriebs der Prozessanlage auf dem Operator Sta tion Server mit Variablen anderer Operator Station Server (Server-Server-Kommunikation) kombinierbar. Bei dem Operator Station Server kann es sich, ohne sich darauf zu beschränken, um einen SIMATIC PCS 7 Industrial Workstation Server der Fir ma SIEMENS handeln.

Ein Messgerät ist entweder Erzeuger oder Empfänger eines oder mehrerer analoger oder binärer Signale. Beispiele für derar tige Geräte sind Messumformer, binäre Sensoren oder Stellven tile mit einem Stellungsregler.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann die Konfiguration der er eignisorientierten Übertragung maßgeblich vereinfachen bzw. generalisieren, da durch die automatische Selbstsensibilisie-rung (und/oder Selbstdesensibilisierung) ein hoher Grad an Ausdünnung der Prozessmesswerte erreicht werden kann, wobei eine Reproduktion des Verlaufs nach der Übertragung möglich ist und wichtige Ereignisse nicht verloren gehen.

Der Messbereich wird im Zuge der Sensibilisierung oder Desen sibilisierung abhängig von einer Unterschreitung einer mini malen Übertragungsrate der Prozessmesswerte von dem Messgerät zu dem Automatisierungsgerät oder einer Überschreitung einer maximalen Übertragungsrate der Prozessmesswerte von dem Mess gerät zu dem Automatisierungsgerät mittels eines heuristi schen Verfahrens automatisch durch das Automatisierungsgerät verkleinert oder vergrößert.

Die Konfiguration der ereignisorientierten Übertragung lässt sich dadurch auf das Festlegen einer minimalen/maximalen Übertragungsrate reduzieren - die Konfiguration des Messbe reichs und eines Schwellwerts können entfallen. Die minima-le/maximale Übertragungsrate ist auch bei etablierten Verfah ren in der Regel eine feste Größe - die lediglich von einer Kategorie des Messgeräts abhängt (z.B. wird die maximale Übertragungsrate bei Drücken und Drehzahlen höher gewählt als bei Temperaturen und Durchflüssen).

Das heuristische Verfahren kann beispielsweise in einer Hal bierung des Abstandes zwischen Prozessmesswert und oberer und unterer Grenze des Messbereichs liegen.

Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Automatisierungsge rät, das dazu ausgebildet ist, ein Verfahren wie zuvor erläu tert auszuführen. Unter einer Automatisierung wird die selb ständige (automatisierte) Erfassung und Beeinflussung physi kalischer Größen mithilfe technischer Mittel verstanden. Da bei werden in der Regel Maschinen, Anlagen oder sonstige Ein richtungen in die Lage versetzt, selbsttätig zu arbeiten. Au tomatisierungsgeräte werden dabei zur Realisierung einer Au tomatisierung benutzt und können beispielsweise speicherpro grammierbare Steuerungen sein, die eine übergeordnete Steue rungsfunktion für untergeordnete speicherprogrammierbare Steuerungen darstellen.

Außerdem wird die Aufgabe durch ein Leitsystem einer prozess technischen Anlage gelöst, die ein Automatisierungsgerät um fasst, welches dazu ausgebildet ist, ein Verfahren wie zuvor erläutert auszuführen.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung des Ausführungsbei spiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert wird.

Es zeigen:

FIG 1 einen Verlauf eines gemäß dem Stand der Technik verarbeiteten Prozessmesswerts;

FIG 2 einen weiteren Verlauf eines gemäß dem Stand der Technik verarbeiteten Prozessmesswerts;

FIG 3 ein Prinzipbild eines erfindungsgemäßen Verfah- rens;

FIG 4 einen Verlauf eines gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeiteten Prozessmesswerts; und

FIG 5 eine schematische Zeichnung eines Teils eines Leitsystems.

FIG 1 zeigt einen beispielhaften Verlauf eines Prozessmess wertes in einem XY-Diagramm mit beliebigen Einheiten. Der Prozessmesswert wird zyklisch in einem Automatisierungsgerät verarbeitet. Die Menge an Prozessmesswerten soll vor der Übertragung an einen Operator Station Server eines Leitsys tems einer Prozessanlage ausgedünnt werden, um nicht jeden einzelnen Prozessmesswert übertragen zu müssen.

Es wird ein Verfahren der ereignisorientierten Übertragung gemäß dem Stand der Technik verwendet, das einen fest konfi gurierten Messbereich, eine minimale und maximale Übertra gungsrate sowie einen Schwellwert für die Hysterese einsetzt. In dem Verlauf gemäß FIG 1 sind die Prozessmesswerte mit Kreuzen gekennzeichnet, die durch das bekannte Verfahren für die Übertragung von dem Automatisierungsgerät zu dem Operator Station Server ausgewählt wurden. Zu erkennen ist, dass mit dem konfigurierten Messbereich mit starker Ausdünnung eine gute Reduktion erreicht wird. Eine Reproduktion des Prozess messwertverlaufs ist jedoch ungenau, da bei wichtigen Ereig nissen (Sprüngen und „Knicken") keine Prozessmesswerte über tragen werden.

Im Gegensatz zu FIG 1 wurde für denselben Verlauf von Pro zessmesswerten in FIG 2 ein Messbereich mit einer geringen Ausdünnung gewählt, so dass eine Reproduktion genauer ist, da auch bei wichtigen Ereignissen (Sprüngen und „Knicken") Pro zessmesswerte übertragen werden. Im Gegenzug wird jedoch nur eine geringe Reduktion bei der Übertragung der Prozessmess werte von dem Automatisierungsgerät zu dem Operator Station Server erreicht - insbesondere in den Bereichen mit geringer Änderung werden deutlich mehr Prozessmesswerte übertragen als es notwendig wäre.

Entscheidend ist der Messbereich bei der Akkumulierung der Prozessmesswertänderungen seit der letzten Übertragung:

- Ist der Messbereich zu gering gewählt, wird zu schnell ak kumuliert und dementsprechend auch zu viele Prozessmesswerte übertragen, was negative Auswirkungen auf die erzielbare Übertragungsrate mit sich bringt;

- Ist der Messbereich zu groß gewählt, wird zu langsam akku muliert und dementsprechend wenige Prozessmesswerte übertra gen, was negative Auswirkungen auf eine Reproduktion der Pro zessmesswerte mit sich bringt.

Für eine optimale Konfiguration (Messbereich, minima le/maximale Übertragungsrate, Schwellwert) muss ein Projek-teur der Prozessanlage Messstelle für Messstelle bzw. Messge rät für Messgerät die geeigneten Parameter einstellen. Zudem muss sich die Prozessanlage innerhalb der dafür konfigurier ten Parameter bewegen. Ausnahmesituationen wie beispielsweise Inbetriebnahme von Sensoren, Ausfälle von Sensoren oder sons tige Störungen können somit nicht optimal Übertragen und durch Operatoren der Prozessanlage bearbeitet werden.

In FIG 3 wird das Prinzip des selbst sensibilisierenden und desensibilisierenden Messbereichs verdeutlicht. Dabei liegt derselbe Prozessmesswerteverlauf wie aus FIG 1 und FIG 2 zu grunde. Die für die Übertragung ausgewählten Prozessmesswerte sind mit einem Kreuz gekennzeichnet. Der Messbereich ist der jeweilige Abstand zwischen der ersten (in der Abbildung obe ren) Kurve 1 und der zweiten (in der Abbildung unteren) Kurve

2.

Zu erkennen ist, dass sich der Messbereich über den Verlauf der Prozessmesswerte ändert:

Abschnitt I: Der Messbereich weitet sich dynamisch mit den in dem Bereich minimalen und maximalen Prozessmesswerten - dies führt zu einer Desensibilisierung der Änderungserkennung und somit zu einer Reduktion der Prozessdatenübertragung.

Abschnitt II: Der Prozessmesswerteverlauf hat ein stabiles Niveau erreicht - der Messbereich ist konstant. Deutlich we niger Prozessmesswerte werden übertragen.

Abschnitt III: Die minimale Übertragungsrate wurde durch die starke Desensibilisierung durch den großen Messbereich unter schritten - der Messbereich wird dynamisch verringert. Hier bei kommt ein heuristisches Verfahren zum Einsatz, bei dem der Abstand zwischen dem aktuellen Prozessmesswert und der oberen und unteren Grenze des Messbereichs halbiert wird.

Dies wird vorliegend als Sensibilisierung bezeichnet. Die Prozessmesswerte werden nun wieder schneller gesendet und die Änderungserkennung ist wieder sensibler.

Abschnitt IV: Durch die vorherige Sensibilisierung wird eine Änderung der Prozessmesswerte unmittelbar erkannt und über tragen. Durch die Änderung der Prozessmesswerte wird der Messbereich wieder angepasst.

Abschnitt V: Durch die starke Änderung des Prozessmesswertes wird der Messbereich weiter vergrößert (desensibilisiert), bis durch Einpendeln des Prozesswertes auf einem Niveau die minimale Übertragungsrate wieder unterschritten wird;

Abschnitt VI: Der Messbereich ist auf das Niveau des Prozess messwertes ist optimal eingestellt und wird nicht mehr verän dert - es findet eine konstante Übertragung statt.

In FIG 4 ist der in FIG 1 und FIG 2 gezeigte Verlauf der Pro zessmesswerte als durchgängige Linie dargestellt. Die gemäß dem anhand FIG 3 erläuterten Verfahren für eine Übertragung von dem Automatisierungsgerät zu dem Operator Station Server ausgewählten Prozessmesswerte sind durch Kreuze gekennzeich net. Zu erkennen ist, dass insbesondere in den eingeschwunge nen Niveaus des Prozessmesswertes eine sehr gute Reduktion bei der Übertragung erreicht werden kann. Dennoch ist es mög lich, auf Ereignisse bei der Übertragung ad-hoc reagieren zu können. So werden beispielsweise Knicke, Sprünge und Steigun gen durch die Übertragung exakt erfasst, so dass eine Repro duktion nach der Übertragung von dem Automatisierungsgerät an den Operator Station Server sehr gut möglich ist. Zu sehen ist darüber hinaus, wie sich die Übertragungsrate innerhalb der festgelegten Grenzen dynamisch anpasst.

In FIG 5 ist ein Teil eines erfindungsgemäßen Leitsystems 3 einer Prozessanlage dargestellt. Das Leitsystem 3 umfasst ei nen Server eines Bediensystems bzw. einen Operator Station Server 4 und einen dazugehörigen Operator Station Client 5. Der Operator Station Server 4 und der Operator System Client 5 sind über einen Terminalbus 6 miteinander und mit nicht dargestellten weiteren Komponenten des Leitsystems 3 wie ei nem Engineering System Server oder einem Prozessdatenarchiv verbunden.

Ein Benutzer bzw. Operator hat mittels des Operator Station Clients 5 mittels des Terminalbus 6 im Kontext eines Bedie-nens und Beobachtens Zugriff auf den Operator Station Server 4. Der Terminalbus 6 kann, ohne sich darauf zu beschränken, beispielsweise als Industrial Ethernet ausgebildet sein.

Der Operator Station Server 4 weist eine Geräteschnittstelle 7 auf, die mit einem Anlagenbus 8 verbunden ist. Hierüber kann der Operator System Server 2 mit einem Automatisierungs gerät 9 des Leitsystems 3 kommunizieren. Der Anlagenbus 8 kann, ohne sich darauf zu beschränken, beispielsweise als In dustrial Ethernet ausgebildet sein. Das Automatisierungsgerät 9 kann wiederum mit einer beliebigen Anzahl an Subsystemen (nicht dargestellt) verbunden sein.

In dem Operator Station Server 4 ist ein Visualisierungs dienst 10 integriert, über den eine Übertragung von (Visuali-sierungs-)Daten an den Operator Station Client 5 erfolgen kann. Zudem weist der Operator Station Server 4 ein Prozess abbild (Process Image) 11 der Prozessanlage auf.

In dem Automatisierungsgerät 9 ist ein sogenanntes EDO Frame work 12 implementiert (Event Driven Communication), welches eine ereignisbasierte Übertragung von Prozessmesswerten von mit dem Automatisierungsgerät 9 verbundenen Messgeräten (nicht dargestellt) zu dem Operator Station Server 4 ermög licht. Im Rahmen des EDO Frameworks 12 findet eine erfin dungsgemäße Sensibilisierung und/oder Desensibilisierung ei nes Messbereichs der Prozessmesswerte statt, bevor die Pro zessmesswerte an den Operator Station Server 4 übertragen werden. Dabei werden die aktuellen Prozessmesswerte in jedem Zyklus der Automatisierung der Prozessanlage durch das EDO Framework 12 analysiert. Die „Ausdünnung" der Prozessmesswer te bedingt zwar einen etwas höheren Rechenaufwand für das Au tomatisierungsgerät 9, welcher jedoch durch die Einsparung an Rechenaufwand bei der Übertragung der Prozessmesswerte zu dem Operator Station Server 4 vorteilhafterweise überkompensiert wird.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel und die Figuren näher illustriert und beschrie ben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.