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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Anlagenüberwachungssystem und ein Verfahren zur Anlagenüberwachung.
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Fertigungsanlagen oder andere industrielle Anlagen umfassen häufig eine Vielzahl von Komponenten, die zumeist in anlagespezifischen Wechselbeziehungen stehen. Für einen reibungslosen Betrieb der Anlage ist es notwendig, die Anlage und damit die Komponenten zu überwachen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, eine Überwachung der Anlage und ihrer Komponenten vorzunehmen, um Schwachstellen im Anlagenkonzept hinsichtlich verschiedener Faktoren wie Ressourcennutzung, Energieverbrauch, Wartungsvorgängen oder dergleichen aufzudecken und darauf aufbauend zu optimieren.
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Bisher wird eine Überwachung solcher Anlagen und ihrer Komponenten auf der Komponentenebene realisiert, das heißt, es werden Parameter jeder Komponente für sich überwacht, ohne das Gesamtsystem zu betrachten. Eine Überwachung wird daher bisher für jede Anlage speziell konzipiert und auf die einzelnen Komponenten abgestellt. Insbesondere für eine Überwachung der Ressourcennutzung innerhalb einer Anlage wird bisher nur auf die Ressourcennutzung einzelner Komponenten abgestellt.
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Es besteht daher ein Bedarf an einer Anlagenüberwachung, die eine Überwachung auf Anlagenebene realisiert und somit den Gesamtzustand einer Anlage und die Beziehungen der Anlagenkomponenten untereinander berücksichtigt.
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Anlagenüberwachungssystem gemäß Anspruch 1 bereitzustellen, welches eine Anlagenmodellierungseinrichtung beinhaltet, welche dazu ausgelegt ist, komponentenspezifische Betriebsdaten von einer Vielzahl von Anlagenkomponenten einer Anlage zu empfangen und aus den komponentenspezifischen Betriebsdaten und einem Anlagenmodell ein Laufzeitsystem mit einer Vielzahl von Systemzuständen zu erstellen. Mit der Anlagenmodellierungseinrichtung können Komponenten in flexibler Weise und ohne Anpassungsschwierigkeiten in ein Systemmodell aufgenommen werden. Dies bietet den Vorteil, dass ein Überwachungssystem sofort betriebsbereit ist und dabei trotzdem die Systemauslegung und den Komponentenkontext berücksichtigt. Das Anlagenüberwachungssystem umfasst weiterhin eine Anlagenüberwachungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, komponentenspezifische Zustandsdaten von der Vielzahl von Anlagenkomponenten zu empfangen, aus den komponentenspezifischen Zustandsdaten einen Ist-Systemzustand zu bestimmen, und durch Abgleich des Ist-Systemzustandes mit einem oder mehreren der Vielzahl von Systemzuständen des Laufzeitsystems Systemüberwachungsdaten zu bestimmen. Die Anlagenüberwachungseinrichtung bietet den Vorteil, Komponenten einer Anlage gemäß dem variablen Systemmodell in ihrem Kontext zu überwachen und Abhängigkeiten der Komponenten untereinander besser zu berücksichtigen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Anlagenüberwachungssystem eine Aufbereitungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, die Systemüberwachungsdaten semantisch anzureichern und als aufbereitete Systemüberwachungsdaten auszugeben. Dies fördert die Verständlichkeit der erzeugten Systemüberwachungsdaten und vereinheitlicht sie für ein weiteres Behandeln in Optimierungsprozessen für die Anlagenkonfiguration.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die komponentenspezifischen Betriebsdaten funktionale Beschreibungen der Komponenten, Betriebsgrenzwerte der Komponenten und/oder komponentenspezifische Zustandsdatenverfügbarkeit. Damit können sich die Komponenten in vorteilhafter Weise selbst beschreiben und ihr Komponentenmodell selbst einheitlich in das Anlagenüberwachungssystem einbinden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die komponentenspezifischen Zustandsdaten Energieverbrauchswerte und/oder Ressourcenverbrauchswerte der Komponenten und die Systemüberwachungsdaten Energienutzungsprofile der Anlage. Dies bietet den Vorteil, dass ein Energieverbrauchsüberwachungsdienst bzw. ein Ressourcenverbrauchsüberwachungsdienst eingerichtet werden kann, der kontextbasierte Energieverbrauchswerte der Anlage berücksichtigt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Anlagenüberwachungssystem eine Datenbank, welche dazu ausgelegt ist, Energienutzungsprofile der Anlage zu speichern, und eine Anwendungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, gespeicherte Energienutzungsprofile der Anlage von der Datenbank entgegenzunehmen und einen Energievergleichstest zwischen Anlagen vorzunehmen. Damit ist es möglich, ein Energie-Benchmarking vorzunehmen, um Energiebilanzvergleiche zwischen Anlagetypen und Anlagebetreibern anstellen zu können, mit dem Ziel der Optimierung eines Ressourcenhaushalts.
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Eine weitere Idee der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren nach Anspruch 6 zur Überwachung einer Anlage bereitzustellen. Das Verfahren umfasst dabei das Bereitstellen eines Anlagenmodells für eine Anlage mit einer Vielzahl von Anlagenkomponenten, das Ermitteln komponentenspezifischer Betriebsdaten der Vielzahl von Anlagenkomponenten, das Erstellen eines Laufzeitsystems mit einer Vielzahl von Systemzuständen aus dem Anlagenmodell und den komponentenspezifischen Betriebsdaten in einer Anlagenmodellierungseinrichtung, das Ermitteln komponentenspezifischer Zustandsdaten von der Vielzahl von Anlagenkomponenten, das Erstellen eines Ist-Systemzustandes aus den komponentenspezifischen Zustandsdaten, und das Bestimmen von Systemüberwachungsdaten durch Abgleich des Ist-Systemzustandes mit einem oder mehreren der Vielzahl von Systemzuständen des Laufzeitsystems in einer Anlagenüberwachungseinrichtung.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform werden die komponentenspezifischen Betriebsdaten und die komponentenspezifischen Zustandsdaten in digitalen Produktgedächtnissen der Anlagenkomponenten bereitgestellt. Damit können die Anlagenkomponenten flexibel in die Anlage und ein Verfahren zur Anlagenüberwachung eingebunden werden.
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Weitere Modifikationen und Variationen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Verschiedene Ausführungsformen und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nun in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben, in denen
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1 ein Anlagenüberwachungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
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2 ein System zur Anlagenüberwachung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder ähnlich wirkende Komponenten.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt ein Anlagenüberwachungssystem 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Anlagenüberwachungssystem 1 umfasst eine Anlagenmodellierungseinrichtung 2 und eine Anlagenüberwachungseinrichtung 3.
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Die Anlagenmodellierungseinrichtung 2 ist dazu ausgelegt, komponentenspezifische Betriebsdaten 4 von einer Vielzahl von Anlagenkomponenten einer Anlage zu empfangen. Die Anlagenkomponenten können hierzu digitale Produktgedächtnisse wie beispielsweise RFID-Transponder (”radio frequency identification devices”) umfassen, auf denen komponentenspezifische Betriebsdaten 4 der jeweiligen Komponente gespeichert sein können. Die digitalen Produktgedächtnisse können weiterhin Sensoren umfassen, um aktive Betriebs- und/oder Zustandsdaten der Komponente erfassen, speichern und weitergeben zu können. Die Anlagenkomponenten können auch als Sensorknoten in einem Sensornetz ausgebildet sein und eingebettete Steuerschaltungen umfassen, die komponentenspezifische Betriebsdaten 4 der jeweiligen Komponente speichern können. Es kann auch vorgesehen sein, die komponentenspezifische Betriebsdaten 4 der jeweiligen Komponente auf Prozessoren der Komponenten selbst oder auf mit den Komponenten verbundenen PCs bereitzustellen. Die Verlagerung der Verwaltung der komponentenspezifischen Betriebsdaten 4 in eine Selbstverwaltung der Komponenten hinsichtlich ihrer komponentenspezifischen Betriebsdaten bietet Möglichkeiten für dezentrale Lösungen, die die Wiederverwendbarkeit der komponentenspezifischen Betriebsdaten und der zugrunde liegenden komponentenspezifischen Systemzustände erheblich erhöht.
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Die Anlagenmodellierungseinrichtung 2 ist dazu ausgelegt, aus den komponentenspezifischen Betriebsdaten 4 und einem Anlagenmodell 5 ein Laufzeitsystem mit einer Vielzahl von Systemzuständen zu erstellen. Die komponentenspezifischen Betriebsdaten 4 können dazu funktionale Beschreibungen wie beispielsweise Selbstidentifikationsdaten der Komponente, statische Daten wie Grenzwerte für Betriebszustände, Sollverbrauchswerte für bestimmte Betriebszustände, Bereiche kritischer Betriebszustände, Wartungsintervalle, Instandhaltungsdaten oder dergleichen umfassen. Weiterhin können mit den komponentenspezifischen Betriebsdaten 4 verfügbare komponentenspezifische Zustandsdaten beschrieben werden. Damit kann die Anlagenmodellierungseinrichtung 2 Komponentenmodelle aus den Selbstbeschreibungen der Komponenten ableiten. Es kann auch möglich sein, dass die Komponenten selbst Komponentenmodelle bereitstellen, welche von der Anlagenmodellierungseinrichtung 2 übernommen werden können. Die komponentenspezifischen Betriebsdaten genügen dabei einem übergeordneten Komponenten-Metamodell mit einer entsprechenden Ontologie. Weiterhin wird ein Protokoll vorgesehen, mit dem die komponentenspezifischen Betriebsdaten 4 einheitlich an die Anlagenmodellierungseinrichtung 2 übergeben werden können.
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Das Anlagenmodell 5, welches von der Anlagenmodellierungseinrichtung 2 zur Erstellung des Laufzeitsystems genutzt wird, kann dabei je nach Anlagenauslegung vorbestimmt werden. Insbesondere kann das Anlagenmodell 5 anwendungs- und anlagenspezifisch in die Anlagenmodellierungseinrichtung 2 eingespeichert werden. Durch die Trennung von Anlagenmodell 5 und komponentenspezifischer Betriebsdaten 4 wird die Wiederverwertung der Anlagenmodellierungseinrichtung 2 für verschiedene Anlagenauslegungen erhöht, da das Anlagenmodell als Metamodell unabhängig von den jeweiligen Komponenten ist und einzelne Komponenten im ontologischen Kontext flexibel in das Anlagenmodell eingefügt werden können.
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Die Anlagenüberwachungseinrichtung 3 ist dazu ausgelegt, komponentenspezifische Zustandsdaten von der Vielzahl von Anlagenkomponenten zu empfangen, aus den komponentenspezifischen Zustandsdaten einen Ist-Systemzustand zu bestimmen, und durch Abgleich des Ist-Systemzustandes mit einem oder mehreren der Vielzahl von Systemzuständen des Laufzeitsystems Systemüberwachungsdaten zu bestimmen. Die komponentenspezifischen Zustandsdaten werden über das bereitgestellte und anlagenangepasste Laufzeitsystem in diskrete Einzelzustände umgesetzt, die in ihrem Kontext der Komponenten und damit der diskreten Einzelzustände untereinander in einen Ist-Systemzustand der Anlage mit entsprechenden Systemzustandsdaten umgesetzt werden können. Der Kontext wird als Teil des Anlagenmodells erstellt und kann beispielsweise den zeitlichen Ablauf von komponentenspezifischen Prozessen, komponentenübergreifenden Prozessen und Umgebungsprozessen sowie Zustandsdaten der Umgebung und einzelner Komponenten in ihrer Beziehung untereinander berücksichtigen. Die komponentenspezifischen Zustandsdaten können beispielsweise von den Komponenten durch die Anlagenüberwachungseinrichtung 3 abgefragt werden (sogenannter ”pull”-Betrieb) oder von den Komponenten selbst ereignisbasiert an die Anlagenüberwachungseinrichtung 3 weitergegeben werden (sogenannter ”push”-Betrieb).
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Die komponentenspezifischen Zustandsdaten können verschiedene komponentenspezifische Werte umfassen, wie beispielsweise aktueller oder über einen vordefinierten Betriebszeitraum gemittelter Ressourcenverbrauch von Strom, Wasser, Rohmaterialien oder dergleichen, Zeiträume hoher und niedriger Auslastung, Abschaltungszeiträume und Aktivierungszeiträume, momentane Betriebszustände, das Auftreten von Fehlern, Betriebsbereitschaftszustände und ähnliche Werte. Die komponentenspezifischen Zustandsdaten können durch die Komponenten selbst komponentenbezogen überwacht werden, wobei im Falle von vorbestimmten Ereignissen in Abhängigkeit von den komponentenspezifischen Zustandsdaten Ereignismeldungen durch die Komponente generiert und an die Anlagenüberwachungseinrichtung 3 weitergeleitet werden können.
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Die Anlagenüberwachungseinrichtung 3 kann dazu ausgelegt sein, die Systemüberwachungsdaten in einen Datenstrom auszugeben und für die weitere Verarbeitung in Anwendungen oder Diensten zur Verfügung zu stellen oder in eine Datenbank für Systemzustände zur Speicherung einzuspeisen.
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Die Anlagenüberwachungseinrichtung 3 kann weiterhin eine Aufbereitungseinheit 6 umfassen, welche dazu ausgelegt ist, die Systemüberwachungsdaten semantisch anzureichern und als aufbereitete Systemüberwachungsdaten auszugeben. Die semantische Aufbereitung kann gemäß einer vorbestimmten Ontologie, beispielsweise einem Domänenmodell erfolgen, wobei beispielsweise Thesaurierungen von bestimmten Systemüberwachungsdaten oder semasiologische Auflösungen von Komponentenspezifika in einen Anlagenkontext erfolgen können. Es kann beispielsweise möglich sein, einen Betriebswert einer Komponente zu empfangen, der in einem reinen Zahlenformat vorliegt. Statt der Weiterleitung des Betriebswertes an sich kann der Betriebswert über Interpretation in dem Komponenten- bzw. Anlagenmodell beispielsweise in einen Wert mit Bezugsgröße und Bezugseinheit sowie zugehöriger Informationen über Betriebsbauteil, Bauteiltyp und dergleichen umgesetzt werden, welcher dann von der Aufbereitungseinheit 6 ausgegeben wird.
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2 zeigt ein System 200 zur Anlagenüberwachung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das System 200 zur Anlagenüberwachung umfasst dabei ein Anlagenüberwachungssystem 1, eine Anlage 10 mit Anlagenkomponenten 11 und eine Anwendungseinrichtung 20 mit Anwendungsdiensten 23, 24, 26 und 27. Die Anzahl der Anwendungsdienste ist hier beispielhaft mit vier angegeben. Es kann jedoch auch möglich sein, weitere zusätzliche Dienste ähnlich zu den Anwendungsdiensten 23, 24, 26 und 27 vorzusehen.
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Das Anlagenüberwachungssystem 1 kann dabei wie das Anlagenüberwachungssystem aus 1 ausgestaltet sein. Die Anlage 10 umfasst eine Vielzahl von Komponenten 11, welche Metadaten und/oder statische Daten 12 aufweisen, die als komponentenspezifischen Betriebsdaten der Anlagenmodellierungseinrichtung 2 des Anlagenüberwachungssystems 1 übergeben werden. Die Komponenten 11 umfassen weiterhin dynamische Daten 13, die während des Betriebs der Komponenten 11 generiert werden und von der Anlagenüberwachungseinrichtung 3 des Anlagenüberwachungssystems 1 abgerufen werden können. Weiterhin können die Komponenten 11 in Selbstüberwachung Überwachungsdaten 14 generieren, beispielsweise Ereignis- oder Statusmeldungen, die durch die Komponenten 11 selbst an die Anlagenüberwachungseinrichtung 3 des Anlagenüberwachungssystems 1 übergeben werden können.
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Die Komponenten 11 können dabei digitale Produktgedächtnisse wie beispielsweise RFID-Tags, Prozessoren, ICs oder ähnliche Produktgedächtnisse umfassen, auf denen die Daten 12, 13 und 14 abgelegt werden können.
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Durch die Anlagenüberwachungseinrichtung 3 können Systemüberwachungsdaten einerseits in einen Datenstrom 21 eingespeist werden, der Überwachungsdiensten wie beispielweise einer Energieverbrauchsüberwachung 23 oder einer Zustandsüberwachung 24 zugeleitet werden kann. Damit kann beispielsweise der aktuelle Energie- oder Ressourcenverbrauch einer Anlage über den Energieverbrauchsüberwachungsdienst 23 überwacht werden. Der Energieverbrauchsüberwachungsdienst 23 kann dabei verschiedene Energieverbrauchsparameter der Anlage zeit-, komponenten- und/oder betriebsmodusaufgelöst grafisch oder textuell darstellen. Der Zustandsüberwachungsdienst 24 kann beispielsweise kritische Betriebszustände der Anlage zeit-, komponenten- und/oder betriebsmodusaufgelöst anzeigen, um bei der Wartung und/oder Instandhaltung der Anlage zu assistieren.
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Andererseits können die Systemüberwachungsdaten in eine Datenbank 28 eingespeist werden, in der systematisch Systemüberwachungsdaten katalogisiert nach Anlagenkonzept und Betriebsmodus abgelegt werden können. Ein Analysedienst wie beispielsweise ein Energieverbrauchsvergleichstest 26 kann dabei auf in der Datenbank 28 abgelegte Systemüberwachungsdaten zugreifen und einen Energieverbrauchsvergleich zwischen verschiedenen Anlagen, beispielsweise Anlagen verschiedener Betreiber durchführen. Verschiedene Betreiber können dazu Systemüberwachungsdaten anonym und normiert in der Datenbank 28 ablegen, so dass ein betreiberübergreifender Energieverbrauchsvergleichstest zur Optimierung von Anlagenkonzepten möglich ist. Weiterhin können Systemüberwachungsdaten in einem Anwendungsdienst 27 wie beispielsweise einem Datenlager zusammengeführt werden, welches zur integrativen Datenauswertung verschiedener Anlagenbetreiber mit jeweils eigenen Anlagenüberwachungssystemen 1 genutzt werden kann.
