DE102007043328A1

DE102007043328A1 - Verfahren zur Überwachung einer Prozessanlage mit einem Feldbus der Prozessautomatisierungstechnik

Info

Publication number: DE102007043328A1
Application number: DE102007043328A
Authority: DE
Inventors: Vincent De Groot; Jörg Dr. Hähniche; Matthias Dr. Römer; Raimund Dr. Sommer
Original assignee: Endress and Hauser Process Solutions AG
Current assignee: Endress and Hauser Process Solutions AG
Priority date: 2007-09-12
Filing date: 2007-09-12
Publication date: 2009-03-19
Also published as: WO2009033904A3; WO2009033904A2; US9316521B2; EP2188600A2; US20100287277A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Überwachung einer Prozessanlage mit einem Feldbus FB der Prozessautomatisierungstechnik, über den mehrere Feldgeräte F1-F4 mit einer Prozesssteuereinheit SPS Telegramme zur Prozesssteuerung im regelmäßigen Datenverkehr austauschen, werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt: Die über den Feldbus TR zur Prozesssteuerung SPS übertragenen Telegramme werden von einer Überwachungsanwendung UA abgehört, die eine Prüfung der Telegramme auf Daten, die für die Überwachungsanwendung UA relevant sind, durchführt. Für die Überwachungsanwendung UA relevante Daten werden als Ist-Werte in einer Prozessmodellanwendung, die Teil der Überwachungsanwendung ist, verarbeitet. Wenn eine signifikante Abweichung zwischen Soll- und Ist-Werten festgestellt wird, wird ein Fehlersignal generiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Prozessanlage mit einem Feldbus der Prozessautomatisierungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele derartiger Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massedurchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte etc., die mit entsprechenden Sensoren die Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, bzw. Temperatur erfassen.
Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen so genannte Aktoren, die z. B. als Ventile den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohleitungsabschnitt oder als Pumpen dem Füllstand in einem Behälter beeinflussen.
Verschiedene solcher Feldgeräte werden von der Firmengruppe Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
In der Regel sind Feldgeräte in modernen automatisierungstechnischen Anlagen über Feldbussysteme (HART, Profibus, Foundation Fieldbus) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Diese übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung oder Prozessvisualisierung.
Neben der Prozesssteuerung und Prozessvisualisierung dienen Feldbussysteme auch zur Überwachung von Prozessanlagen. Eine Anlagenüberwachung kann zum Beispiel mit Hilfe einer entsprechenden Prozesssteuereinheit (zum Beispiel Simatic S7, Fa. Siemens) erfolgen. Prozesssteuereinheiten erhalten anlagerelevante Daten über Telegramme, die im regelmäßigen (cyclic/scheduled) Datenverkehr über den Feldbus übertragen werden.
Überwachungsrelevante Informationen werden häufig mit Hilfe von Prozessmodellen gewonnen, die ein Vergleich zwischen Ist-Werten und Soll-Werten durchführen.
Normalerweise sind Prozessmodelle Teile von Überwachungsanwendungen, die in Prozesssteuerungsanwendungen integriert sind.
Ein Nachteil von in Prozesssteuerungen integrierten Überwachungsanwendungen besteht darin, dass eine starke Abhängigkeit von den Herstellern der Prozesssteuereinheiten besteht. Änderungen/Anpassungen können vom Anwender nicht ohne weiteres durchgeführt werden. Weiterhin wirken sich alle Änderungen und Optimierungen im Hinblick auf die Überwachungsanwendung immer auch auf die Prozesssteuerungsanwendung aus (z. B. Performance, Zuverlässigkeit etc.).
Neben solchen integrierten Lösungen sind auch separate Überwachungsanwendungen bekannt. Ein Beispiel hierfür ist das Produkt FieldCare der Firma Endress + Hauser. Hierbei werden die für die Überwachungsanwendung notwendigen Daten nicht über den regelmäßigen Datenverkehr sondern über den nicht regelmäßigen (acyclic/unscheduled) Datenverkehr ausgetauscht. Diese Daten müssen von den Feldgeräten zusätzlich zu den zyklischen Daten abgefragt werden. Die Überwachungsanwendungen werten neben Prozessinformationen auch spezielle Gerätediagnoseinformationen aus den einzelnen Feldgeräten aus. Auch hierbei werden häufig Prozessmodelle eingesetzt, die Ist-Werte mit Soll-Werten vergleichen.
In relativ einfachen Überwachungsanwendungen werden nur die von den Feldgeräten gelieferten Diagnoseinformationen ausgewertet. In umfangreicheren Anwendungen werden aber auch Prozessmodelle berücksichtig.
Solche separaten Überwachungsanwendungen haben den Nachteil, dass die entsprechenden Informationen über den Feldbus zusätzlich abgefragt werden müssen, was natürlich zu einer zusätzlichen Belastung des Feldbusses aufgrund des erhöhten Busverkehrs führt.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren zu Überwachung einer Prozessanlage mit einem Feldbus der Prozessautomatisierungstechnik anzugehen, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist, das insbesondere einfach anpassbar und das zu keiner bzw. keiner wesentlich höheren Busbelastung führt.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensmerkmale.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, Telegramme, die über den Feldbus zur Prozesssteuerung übertragen werden, durch eine Überwachungsanwendung abzuhören, in der eine Prüfung der Telegramme auf Daten, die für die Überwachungsanwendung relevant sind, erfolgt. In der Überwachungsanwendung werden die relevanten Daten als Ist-Werte einer Prozessmodellanwendung zugeführt und dort verarbeitet insbesondere mit Soll-Werten verglichen. Die Prozessmodellanwendung ist dabei normalerweise Teil der Überwachungsanwendung.
Über den Vergleich zwischen Soll-Werten und Ist-Werten, können, wenn signifikante Abreichungen auftreten, Fehlersignale generiert werden.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der bestehende Datenverkehr über den Feldbus abgehört wird, um die für die Überwachung der Prozessanlage notwendigen Daten zu erhalten. Es sind deshalb keine zusätzlichen Abfragen über den Feldbus notwendig, die zu einer höheren Busbelastung führen.
Dadurch dass es sich bei der Überwachungsanwendung um eine vollständig separate Anwendung handelt, können Änderungen/Anpassungen an dieser leicht durchgeführt werden. Solche Änderungen haben damit auch keine Auswirkung auf die Performance von anderen Anwendungen insbesondere nicht von Prozesssteuerungsanwendungen.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung werden von der Überwachungsanwendung zusätzliche Daten von den Feldgeräten angefordert, wenn diese für eine zuverlässige Überwachung notwendig sind.
Bei einer Weiterentwicklung der Erfindung besteht die Überwachungsanmeldung auch aus zwei getrennten Überwachungsteilanwendungen.
Diese getrennten Überwachungsteilanwendungen können zum Beispiel zur Überwachung von entsprechenden Teilprozessen innerhalb einer Prozessanlage dienen. Durch Austausch von Daten zwischen den zwei Überwachungsteilanwendungen können auch voneinander abhängige Teilprozesse einfach, sicher und zuverlässig überwacht werden.
Gemäß einer weiteren Entwicklung der Erfindung besteht die Überwachungsanwendung aus mehreren hierarchisch abgestuften Überwachungsteilanwendungen. Damit können hierarchisch abhängige Teilprozesse optimal überwacht werden.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
1. Feldbussystem der Prozessautomatisierungstechnik in schematischer Darstellung.
In 1 ist ein typisches Feldbussystem FS der Prozessautomatisierungstechnik (Profibus/Foundation Fieldbus) näher dargestellt. An einen Feldbus FB sind mehrere Feldgeräte F1, F2, F3 und F4 angeschlossen. Über ein Gateway G (Segmentkoppler, Linking Device) ist der Feldbus FB mit einem schnellen Datenbus D1 verbunden, an das eine Rechnereinheit R1 und eine Steuereinheit SPS angeschlossen sind. Die Steuereinheit SPS dient zur Prozesssteuerung mit einer entsprechenden Steuerungsanwendung. Die Feldgeräte tauschen mit der Steuereinheit SPS Telegramme im regelmäßigen Datenverkehr aus. Bei dem Feldbussystem Profibus wird der regelmäßige Datenverkehr zur Prozesssteuerung auch zyklischer Datenverkehr genannt.
Die Rechnereinheit R1 kann z. B. zur Prozessvisualisierung dienen.
Weiterhin ist mit dem Feldbus FB eine Überwachungseinheit U verbunden, auf der eine Überwachungsanwendung UA abläuft.
Anhand von 2, die eine Tankanlage zeigt, wird ein einfaches Prozessmodell erläutert. Der Füllstand in einem Tank T wird mit Hilfe des Feldgeräts F1, das ein Füllstandsmessgerät ist, gemessen. Über eine Zuführleitung Z1 wird der Tank gefüllt und über eine Abführleitung A1 entleert. In den beiden Leitungen Z1 und A1 sind jeweils Durchflussmessgeräte F2 bzw. F3 angeordnet. Über ein Prozessmodell, das den Zufluss und den Abfluss und den Füllstand jeweils in Relation zueinander setzt, kann die Tankanlage überwacht werden. Treten signifikante Abweichungen zwischen den aktuellen Ist-Werten und den Soll-Werten auf, so ist offensichtlich, dass der Prozess nicht ordnungsgemäß abläuft. Dies wird dem Anwender über ein Fehlersignal signalisiert. Das Prozessmodell kann zur Überwachung der Tankanlage in einer Überwachungsanwendung, die in der Rechnereinheit R1 abläuft, integriert sein.
In 3 ist ein weiteres Feldbussystem FS' näher dargestellt. Es zeigt Feldgeräte F1–F3, die an einer nicht näher dargestellten Wärmetauscherkomponente angeordnet sind. Drei weitere Feldgeräte F4–F6 sind an einer ebenfalls nicht näher dargestellten Filtrationskomponente angeordnet. Die Feldgeräte sind jeweils über Feldbusse FB1 bzw. FB2 mit einer Überwachungseinheit U, die auch als Gateway fungiert, verbunden. Mit den beiden Feldbussen FB1 und FB2 sind jeweils noch Überwachungseinheiten U1 bzw. U2 verbunden.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren nochmals anhand 1 näher erläutert. Die Feldgeräte F1–F4 tauschen zur Prozesssteuerung im regelmäßigen Datenverkehr Telegramme mit Prozessdaten mit der Steuereinheit SPS aus. Diese Telegramme werden gemäß Verfahrensschritt a) von der Überwachungsanwendung UA abgehört. Anschließend erfolgt in Verfahrensschritt b) eine Prüfung der Telegramme ob sie Daten, die für die Überwachungsanwendungen UA relevant sind, enthalten. Wenn dies der Fall ist, werden diese Daten als Ist-Werte in einer Prozessmodellanwendung verarbeitet; Verfahrensschritt c). Die Prozessmodelanwendung ist dabei Teil der Überwachungsanwendung.
Mit Hilfe der Prozessmodelanwendung wird ein Fehlersignal generiert, wenn signifikante Abbrechungen zwischen den Soll-Werten und den Ist-Werten festgestellt werden; Verfahrensschritt d).
Reichen die über den regelmäßigen Datenverkehr über den Feldbus FB übertragenen Daten für eine optimale Überwachung nicht aus oder signalisieren die regelmäßigen Daten lediglich ein Problem, so können von der Überwachungsanwendung UA zusätzliche Daten von den Feldgeräten angefordert werden. Dies kann z. B. dann der Fall sein, wenn die benötigten Daten in regelmäßigen Datenverkehr überhaupt nicht vorhanden sind oder wenn die Übertragungsrate dieser Daten Datenverkehr nicht ausreichend ist. Als Beispiel sei hier die Schwingfrequenz eines Coriolis-Massedurchflussmessers genannt, die häufiger abgefragt werden muss. Dies ist aber relativ selten der Fall, so dass der Busverkehr durch dies zusätzlichen Abfragen nur wenig erhöht wird.
Die Überwachungsanwendung UA kann gemäß 3 auch aus mehreren Überwachungsteilanwendungen z. B. UA1 für die Wärmetauscherkomponente, UA2 für die Filtrationskomponente und UA' für eine übergeordnete Überwachungsteilanwendung bestehen, die auf unterschiedliche Feldgeräte oder anderen Teilnehmern des Feldbussystems FS' ablaufen können. Jeder der beiden Teilprozesse „Wärmetauscher" bzw. „Filtration" wird von der jeweiligen Überwachungsteilanwendung UA1, bzw. UA2 überwacht, die in den Überwachungseinheiten U1 bzw. U2 ablaufen. In einer weiteren Überwachungseinheit U' ist die hierarchisch übergeordnete Überwachungsteilanwendung UA' vorgesehen, die aus den Daten der untergeordneten Überwachungsteilanwendungen UA1 bzw. UA2 z. B. den Wirkungsgrad des Gesamtprozesses ermittelt und bei Abweichungen von Vorgabewerten ein entsprechendes Fehlersignal für den Gesamtprozess generiert.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist mit Hilfe einer Überwachungsanwendung eine einfache Anlagenüberwachung möglich, ohne dass der Busverkehr überhaupt bzw. wesentlich erhöht wird. Als separate Anwendungen können die Überwachungsanwendungen unabhängig von vorhandenen Prozesssteuerungsanwendungen angepasst bzw. geändert werden.

Claims

Verfahren zur Überwachung einer Prozessanlage mit einem Feldbus der Prozessautomatisierungstechnik, über den mehrere Feldgeräte F1–F6 mit einer Prozessteuereinheit SPS Telegramme zur Prozesssteuerung im regelmäßigen Datenverkehr austauschen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Abhören der Telegramme, die über den Feldbus FB zur Prozesssteuerung übertragen werden, durch eine Überwachungsanwendung UA; b) Prüfung der Telegramme auf Daten, die für die Überwachungsanwendung UA relevant sind c) Verarbeitung der für die Überwachungsanwendung UA relevanten Daten als Ist-Werte in einer Prozessmodellanwendung, die Teil der Überwachungsanwendung UA ist d) Generierung eines Fehlersignals, wenn die Prozessmodellanwendung eine signifikante Abweichung zwischen Soll-Werten und Ist-Werten feststellt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsanwendung UA bei Bedarf von den Feldgeräten F1–F4 zusätzliche Daten, die für die Prozessmodellanwendung relevant sind, anfordert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsanwendung aus mindestens zwei getrennten Überwachungsteilanwendungen UA1, UA2 mit jeweils mindestens einer Prozessmodellanwendungen für einen Teilprozess besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsteilanwendung mehrere hierarchisch abgestufte Überwachungsteilanwendungen UA' bzw. UA1, UA2 umfasst.