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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Arbeitsablaufs einer Prozessanlage in der Automatisierungstechnik. Die Arbeitsschritte des Arbeitsablaufs, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt, betreffen insbesondere die Anlieferung des Feldgeräts, die Baustellen-Logistik, die Installation, die Inbetriebnahme und die Instandhaltung bzw. Wartung.
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In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozessautomatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, wie beispielsweise Füllstandsmessgeräte, Durchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte, pH-Redoxpotentialmessgeräte, Leitfähigkeitsmessgeräte, usw., welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind. Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.
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Es ist durchaus üblich, dass in einer Automatisierungsanlage mehrere Tausend Feldgeräte zur Bestimmung, Überwachung und Steuerung der Prozesse zum Einsatz kommen. Die Kommunikation bzw. der Datenaustausch zwischen zumindest einer übergeordneten Steuereinheit und den Feldgeräten erfolgt in der Regel über ein Bussystem. In der Automatisierungstechnik sind Feldbusse, wie Profibus® PA, Foundation Fieldbus® oder HART® bestens etabliert. Die Bussysteme können sowohl drahtgebunden als auch drahtlos (z. B. Wireless HART) ausgestaltet sein. Die übergeordnete Steuereinheit dient bzw. die übergeordneten Steuereinheiten dienen zur Prozesssteuerung, zur Prozessvisualisierung, zur Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme und Bedienung der Feldgeräte und wird auch als Konfigurier-/Managementsystem bezeichnet.
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Arbeitsabläufe, betreffend die Anlieferung des Feldgeräts/der Feldgeräte, die Baustellen-Logistik, die Installation, die Inbetriebnahme und die Instandhaltung bzw. Wartung, werden über ein individuelles personenbezogenes Management durchgeführt. Das Management erfolgt behelfsmäßig über Listen und Reports. Die Datenpflege, insbesondere die Quittierung von ausgeführten Arbeitsschritten erfolgt offline und somit nicht zeitnah zum Zeitpunkt des Datenanfalls. Teilweise werden separate Applikationen verwendet, die ”standalone” arbeiten. Bespiele hierfür sind Datenbanken auf Excel basierend, CAD-Programme, Management-Tools wie das Service-Tool Fieldcare der Firma Endress+Hauser. Oftmals erfolgt lediglich eine Papierdokumentation.
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Insbesondere problematisch ist hierbei der Datenaustausch zwischen den üblicherweise nicht kompatiblen Applikationen. Darüber hinaus ist das Organisationsumfeld auf einer Baustelle schwierig und oftmals sehr provisorisch. Es gibt keine Vernetzung der teilweise parallel ablaufenden Aktivitäten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die logistischen Prozesse in einer Automatisierungsanlage zu optimieren.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung des Arbeitsablaufs in Abhängigkeit von auftretenden Ereignissen gelöst, wobei in der Prozessanlage eine Vielzahl von Feldgeräten zur Bestimmung und/oder Überwachung von Prozessgrößen vorgesehen sind. Jedem der Feldgeräte ist eine das Feldgerät eindeutig identifizierende Kennzeichnung zugeordnet. Erfindungsgemäß werden zumindest zwei der nachfolgend genannten Arbeitsschritte in Abhängigkeit von dem auftretenden Ereignis sukzessive in aufsteigender Reihenfolge durchgeführt. Ein auftretendes Ereignis ist hierbei üblicherweise, dass das Bedienpersonal einen auszuführenden Arbeitsschritt quittiert und an den zentralen Server weiterleitet.
- – bei Lieferung eines Feldgeräts wird die dem jeweiligen Feldgerät zugeordnete eindeutig identifizierende Kennzeichnung mittels eines entsprechenden mobilen Servicetools ermittelt, und der Empfang des Feldgeräts wird durch das entsprechende Servicepersonal in dem Servicetool quittiert;
- – an dem Feldgerät wird eine Sichtprüfung auf Mängel bzw. eine Wareneingangsprüfung durchgeführt, und anschließend wird das Ergebnis der Sichtprüfung an dem Feldgerät bzw. der Wareneingangsprüfung in dem mobilen Servicetool gespeichert;
- – ergibt die Sichtprüfung bzw. die Wareneingangsprüfung, dass das Feldgerät in Ordnung ist, wird das Feldgerät in einem Lager an einem definierten Lagerplatz gelagert oder das Feldgerät wird an dem vorgesehenen Einbauort eingebaut, anschließend wird der Lagerplatz oder der Einbauort des Feldgeräts von dem jeweils verantwortlichen Servicepersonal in dem mobilen Servicetool quittiert und gespeichert;
- – das gelagerte Feldgerät wird über die eindeutig identifizierende Kennzeichnung identifiziert und mit Hilfe von computergestützten Ortsdaten an seinem vorbestimmten Einsatzort montiert, wobei der abgeschlossene Montageschritt am Einbauort des Feldgeräts von dem jeweils verantwortlichen Servicepersonal in dem mobilen Servicetool quittiert und gespeichert wird;
- – das Feldgerät wird am Einsatzort parametriert bzw. konfiguriert oder kalibriert und die eingegeben Parametrier-/Konfigurierdaten oder Kalibrierdaten werden von dem jeweils verantwortlichen Servicepersonal in dem mobilen Servicetool gespeichert und quittiert;
- – von dem Servicepersonal wird ein Loop-Test durchgeführt, dessen positives Ergebnis die Voraussetzung dafür darstellt, dass das Feldgerät für die verfahrenstechnische Inbetriebnahme in der Prozessanlage vorbereitet ist, und das Ergebnis des Loop-Tests wird in dem Servicetool gespeichert und quittiert;
- – wird an dem Feldgerät zu einem späteren Zeitpunkt eine Wartung oder eine Reparatur oder ein Austausch durchgeführt bzw. vorgenommen, so werden die vorgenommenen Wartungs- oder Reparatur- bzw. Austauschmaßnahmen von dem zuständigen Servicepersonal in dem mobilen Servicetool gespeichert und quittiert.
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Das mobile Servicetool erlaubt sowohl einen Lesen der Daten des Feldgeräts/der Feldgeräte als auch die Anzeige von Daten und das Bedienen der Feldgeräte. Bevorzugt handelt es sich bei dem mobilen Servicetool um einen Tablet PC, ein Smartphone oder ein PDA. Das mobile Servicetool weist eine leistungsstarke Grafik auf.
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Bei der ein Feldgerät eindeutig identifizierenden Kennzeichnung handelt es sich beispielsweise um die Seriennummer bzw. einen Tag, einen Barcode oder einen RFID Tag. Entsprechend hat das mobile Lese-/Anzeige-/Bediengerät die Funktionalität einer Kamera/einer Bilderkennungsvorrichtung, eines Barcode-Lesegeräts oder eines RFID-Lesegerät. Der Tag ist dabei eine Messstellenbezeichnung, die innerhalb der Automatisierungsanlage eindeutig ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die in dem mobilen Servicetool zu dem jeweiligen Feldgerät gespeicherten Daten in vorgegebenen Zeitabständen an einen zentralen Server übermittelt werden. Die Übermittlung der Daten an den zentralen Server kann unmittelbar nach Aufnahme sehr zeitnah über eine Funkverbindung erfolgen. Da in einer Automatisierungsanlage diese Möglichkeit aufgrund von Hindernissen, wie Betonwänden, nicht von allen Lokalitäten der Anlage aus gegeben ist. Daher können die Daten, Zustandsdaten und Auftragsdaten bezüglich des Arbeitsablaufs/Workflows und der Anlagenkomponenten/Assets, auf dem mobilen Servicetool gespeichert werden. Die Synchronisation mit dem zentralen Server erfolgt dann bei der nächsten sich bietenden Gelegenheit, wenn also wieder eine Kommunikationsverbindung zu dem zentralen Server besteht.
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Durchgeführt wird die Steuerung des Arbeitsablaufs bzw. der nachfolgenden Arbeitsschritte über ein Steuerprogramm bzw. eine App. Über das Steuerprogramm wird dem Bedienpersonal anhand der gespeicherten Daten des Feldgeräts oder der Feldgeräte die Arbeitseinsatzsteuerung bezüglich zumindest eines nachfolgenden Arbeitsschritts angezeigt. In Abhängigkeit von dem erfolgten und quittierten Arbeitsschritt wird der nachfolgende Arbeitsschritt initiiert und ausgelöst, so dass z. B. dem Baustellenleiter stets der aktuelle Zustand der Automatisierungsanlage bzw. der Fortschritt in den einzelnen Arbeitsschritten bzgl. der Installation oder der Instandhaltung der Anlage jederzeit zur Verfügung steht. Insbesondere ist das Steuerprogramm so ausgestaltet, dass der Gesamt-Fortschritt oder ein Teil-Fortschritt bezüglich der einzelnen Arbeitsschritte über eine Einzelstatusabfrage möglich ist. Weiterhin liefert das Steuerprogramm den Zugriff auf die Bestell- oder Auftragsbestätigung, die 3D-Isometriedaten und die 3D-CAD Daten, aus denen z. B. der Einbauort des Feldgeräts zu entnehmen ist. Weiterhin erlaubt das mobile Servicetool den Zugriff auf das R&I Schema, d. h. die App kann ein selektiertes Feldgerät im Schema hervorheben. Weiterhin ist es in der Lage, das Servicepersonal an den nachfolgenden Einsatzort zu navigieren.
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Als besonderes vorteilhaft wird es in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angesehen, dass das Steuerprogramm eine Wegfindungsunterstützung liefert. Hierzu verknüpft das Steuerprogramm den Anlageplan mit dem Arbeitsplan, und zeigt dem zuständigen Servicepersonal über ein Display an dem mobilen Servicetool den Weg zu dem Einsatzort, an dem der nachfolgende Arbeitsschritt auszuführen ist. Insbesondere ist diese Wegfindungsunterstützung im Hinblick auf den Einbauort des Feldgeräts in der Automatisierungsanlage notwendig.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind insbesondere:
- – Arbeitsabläufe in der Automatisierungsanlage werden unterstützt und optimiert
- – Es herrscht eine hohe Transparenz und Übersichtlichkeit bei der Abarbeitung der einzelnen zur Installation oder Instandhaltung der Automatisierungsanlage erforderlichen Arbeitsschritte.
- – Die Programmabfolge des Steuerprogramms wird über das Eintreten von vorgegebenen Ereignissen initiiert; ein nachfolgender Auftrag/Arbeitsschritt wird mittels des Apps ausgelöst und auf jedem mobilen oder stationären Servicetool angezeigt.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
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1: eine schematische Darstellung eines Feldbussystems, das in einer Prozessanlage eingesetzt ist, und
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2: eine schematische Darstellung von Arbeitsschritten, die erfindungsgemäß gesteuert werden und das erfindungsgemäße Verfahren visualisieren.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eine Prozessanlage in der Automatisierungstechnik, in der das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise zur Anwendung kommt. Dargestellt ist ein Feldbussegment FS, bei dem vier Feldgeräte F1, F2, F3 und F4 sowie eine übergeordnete Steuereinheit CONTROL an einen Feldbus FB angeschlossen sind. Der Feldbus FB arbeitet auf der Basis eines der in der Automatisierungstechnik gebräuchlichen Feldbusprotokolle. Beispielsweise läuft die Kommunikation über den HART, Profibus PA oder den Fieldbus Foundation Standard. Es versteht sich von selbst, dass diese Aufzählung von Feldbusprotokollen keineswegs eine Beschränkung darstellt. Möglich ist auch der direkte Zugriff auf die Feldgeräte via Internet bzw. Intranet. Oftmals werden auf der Feldebene FE, in der die Feldgeräte angeordnet sind, und auf der Steuerebene oder Leitsystemebene SE unterschiedliche Bussysteme eingesetzt. Während auf der Feldebene FE die langsamen, aber sicheren Feldbusse eingesetzt werden, kommen auf der Systemebene High Speed Busse (z. B. High Speed Ethernet, Profibus DP, ...) mit hohen Datenübertragungsraten zum Einsatz.
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Bei der übergeordneten Steuereinheit CONTROL handelt es sich beispielsweise um eine SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung), eine PLS (Prozessleitsystem) oder eine DCS (Distributed Control Systems), also eine verteilt angeordnete Steuerung. Die Feldgeräte F1, F2, F3, F4 dienen zur Bestimmung oder Überwachung einer physikalischen oder chemischen Prozessgröße. Konkrete Beispiele für Feldgeräte sind in der Beschreibungseinleitung bereits genannt worden. Die Kommunikation zwischen der übergeordneten Steuereinheit CONTROL und den Feldgeräten erfolgt zyklisch bzw. periodisch.
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Die übergeordnete Steuereinheit CONTROL ist mit einer Anzeigeeinheit AZ verbunden, die als Visualisierungssystem (z. B. zur Anzeige von Prozessparametern, etc.) dient. Die übergeordnete Steuereinheit CONTROL dient zur Prozesssteuerung, zur Prozessvisualisierung, zur Prozessüberwachung und/oder zur Inbetriebnahme der Feldgeräte F1, F2, F3, F4 (Fx).
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An dem Feldbus FB ist in einem parallelen Zweig ein Feldbus-Interface FI bzw. eine Feldbuszugriffseinheit angeschlossen, über die zumindest ein Client C1, C2 auf die Feldgeräte Fx zugreifen kann. Die Kommunikation zwischen dem Client C1, C2 und den Feldgeräten Fx erfolgt azyklisch. Das Feldbus-Interface FI, das oftmals auch als Gateway bezeichnet wird, führt eine Protokollumsetzung zwischen dem Protokoll des übergeordneten Netzwerkes LAN und dem Protokoll des Feldbusses FB durch. Weiterhin kann die Feldbuszugriffseinheit FB auch einen Feldbus-Scan durchführen und so die in das Feldbussystem FB integrierten Feldgeräte Fx ermitteln.
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Das übergeordnete Netzwerk LAN auf der Systemebene SE ist beispielsweise ein lokales Firmennetz, das als Ethernet-LAN ausgebildet ist. Dabei kann das übergeordnete Netzwerk LAN auch an das weltweite Internet angeschlossen sein. An dem übergeordneten Netzwerk LAN sind unterschiedliche, räumlich verteilt angeordnete Clients C1, C2 angeschlossen. Beispielsweise läuft auf dem Client C1 ein Condition Monitoring Programm, während auf dem Client 2 ein Konfigurier-/Managementsystem, z. B. FieldCare der Anmelderin, installiert ist. Sowohl an dem Feldbus FB als auch an dem übergeordneten Netzwerk LAN können selbstverständlich auch noch weitere Feldgeräte und/oder Netzwerke und/oder Clients angeschlossen sein.
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2 zeigt in schematischer Darstellung die z. B. zur Installation der Feldgeräte F in einer Prozessanlage PA üblicherweise notwendigen Arbeitsschritte, die erfindungsgemäß gesteuert werden. Mit römischen Ziffern sind die einzelnen Arbeitsschritte visualisiert. Insbesondere betrifft das erfindungsgemäße Verfahren die Arbeitsschritte, die die Anlieferung der Feldgeräte F, die Baustellen-Logistik, die Installation der Feldgeräte an ihrem Einbauort EO, die Inbetriebnahme und nachfolgend auch die Instandhaltung der Prozessanlage PA betreffen. Erfindungsgemäß erfolgt die Ablaufsteuerung in Abhängigkeit von auftretenden Ereignissen. Diese auftretenden Ereignisse sind beispielsweise die Quittierung eines abgeschlossenen vorhergehenden Arbeitsschritts.
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In der Prozessanlage PA sind eine Vielzahl von Feldgeräten F zur Bestimmung und/oder Überwachung von Prozessgrößen projektiert. Jedem der Feldgeräte Fx ist jeweils eine das Feldgerät Fx eindeutig identifizierende Kennzeichnung SNx zugeordnet. Im dargestellten Fall ist die Kennzeichnung SNx ein RFID Tag. Zwecks Installation der projektierten Prozessanlage fallen die folgenden Arbeitsschritte in Abhängigkeit von dem auftretenden Ereignis sukzessive an. Erfindungsgemäß wird das Servicepersonal durch die skizzierten Arbeitsschritte in einer definierten, logischen Reihenfolge zu dem jeweils auszuführenden, nachfolgenden Arbeitsschritt geführt, der z. B. für die Installation der Prozessanlage PA erforderlich ist und der auf die Installation abgestimmt ist.
- (I) Bei Anlieferung der Feldgeräte Fx, die durchaus von unterschiedlichen Herstellern kommen, wird die dem jeweiligen Feldgerät F1 zugeordnete eindeutig identifizierende Kennzeichnung SN1 mittels des mobilen Servicetools ST ausgelesen. Zuständig ist das Servicepersonal, das die Feldgeräte Fx entgegennimmt. Der Empfang jeden einzelnen Feldgeräts Fx wird von dem Servicepersonal in dem mobilen Servicetool ST quittiert. Sobald die Daten zu dem zentralen Server ZS übertragen sind, ist es der Ablaufsteuerung bekannt, dass die Feldgerät F zwecks Installation zur Verfügung stehen.
- (II) Anschließend nimmt das nunmehr zuständige Servicepersonal an jedem der Feldgeräte Fx eine Sichtprüfung auf Mängel durch. Es wird also eine Wareneingangsprüfung durchgeführt. Das Ergebnis der Sichtprüfung an dem Feldgerät F bzw. der Wareneingangsprüfung wird in dem mobilen Servicetool SN gespeichert und umgehend oder bei der nächst besten Gelegenheit an den zentralen Server ZS weitergeleitet.
- (III) Ergibt die Sichtprüfung bzw. die Wareneingangsprüfung, dass das Feldgerät Fx in Ordnung ist, so wird das Feldgerät Fx in Übereinstimmung mit der Ablaufsteuerung in einem Lager L an einem definierten Lagerplatz LP abgelegt (IIIa) oder das Feldgerät F wird zu dem vorgesehenen Einbauort EO transportiert und dort eingebaut (IIIb). Anschließend wird der jeweilige Lagerplatz LP oder der Einbauort EO des Feldgeräts F von dem jeweils verantwortlichen Servicepersonal in dem mobilen Servicetool ST quittiert und gespeichert.
- (IV) Soll zu einem späteren Zeitpunkt das gelagerte Feldgerät F an seinem vorgesehenen Einbauort EO installiert werden, so wird es im Lager über die eindeutig identifizierende Kennzeichnung SN identifiziert und mit Hilfe von computergestützten Ortsdaten von einem Monteur an seinem vorbestimmten Einsatzort EO montiert. Die Navigation des Monteurs zu dem Einbauort EO erfolgt bevorzugt über 3D CAD-Daten oder über elektronische Ortsdaten, die von einer auf dem Servicetool installierten App dargestellt werden. Die Darstellung erfolgt unmittelbar an dem Display des mobilen Servicetools ST. Wiederum werden die Entnahme des Feldgeräts Fx aus dem Lager L und der abgeschlossene Montageschritt am Einbauort EO des Feldgeräts Fx von dem jeweils verantwortlichen Servicepersonal in dem mobilen Servicetool ST gespeichert und quittiert. Das den nachfolgenden Arbeitsschritt auslösende Ereignis lautet beispielsweise: ”Elektrischer/pneumatischer Anschluss des Feldgeräts F ist erfolgt”.
- (V) Anschließend wird das am Einsatzort EO installierte Feldgerät Fx parametriert bzw. konfiguriert oder kalibriert. Die eingegeben Parametrier-/Konfigurierdaten P oder Kalibrierdaten werden von dem jeweils verantwortlichen Servicepersonal (Servicetechniker) in dem mobilen Servicetool ST gespeichert und quittiert. Zwecks Konfiguration des Feldgeräts Fx können beispielsweise auch die offline Konfigurationsdaten durch ein Bedientool C1, wie FieldCare, an das Feldgerät Fx oder an das Servicetool ST gesendet werden. Die Geräte-Identifikation erfolgt wiederum über die eindeutige Kennzeichnung SNx – hier also einen RFID Tag.
- (VI) Von dem entsprechend qualifizierten Servicepersonal (z. B. Elektrotechniker) wird ein Loop-Test durchgeführt, dessen positives Ergebnis die Voraussetzung dafür darstellt, dass das Feldgerät Fx für die verfahrenstechnische Inbetriebnahme in der Prozessanlage PA vorbereitet ist. Das Ergebnis des Loop-Tests wird in dem Servicetool ST gespeichert und quittiert. Der Loop-Test selbst erfolgt entweder über die übergeordnete Steuereinheit CONTROL oder über Anschlussklemmen mittels eines geeigneten Testgeräts.
- (VII) Muss zu einem späteren Zeitpunkt an dem Feldgerät Fx eine Wartung oder eine Reparatur oder ein Austausch durchgeführt bzw. vorgenommen werden, so werden die vorgenommenen Wartungs- oder Reparatur- bzw. Austauschmaßnahmen von dem zuständigen Servicepersonal gleichfalls in dem mobilen Servicetool ST quittiert und gespeichert.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind:
- – Schnellstmögliches Identifizieren der Feldgeräte Fx mittels des Steuerprogramms App, da die Identifizierung elektronisch ggf. für Fernabfrage erfolgt.
- – Unmittelbare Überprüfung auf Vollständigkeit und Konsistenz durch einen Vergleich zwischen den angelieferten Feldgeräten Fx und den bestellten Feldgeräten Fx.
- – Erfassen und Bestimmen des Einbauortes EO durch Verknüpfung der Tag-Information und den Abgleich mit dem R&I Schema bzw. der R&I Isometrie mittels des Steuerprogramms App.
- – Synchronisieren der Arbeitsablaufsteuerung mit anderen Gewerken – entweder über das Steuerprogramm App oder den Zentralen Server ZS.
- – Realtime Überwachung und Steuerung der einzelnen Arbeitsschritte.
- – Unmittelbares Auslösen des nachfolgenden Arbeitsschrittes, sobald der Abschluss des vorhergehenden Arbeitsschritts quittiert, gespeichert und den den zentralen Server ZS gesendet worden ist. Es muss nicht bis zum Ende des Arbeitstages zugewartet werden.
- – Auf die dynamischen Anforderungen kann sehr schnell reagiert werden, da die Information über die Gerätschaften und das Warenlager L transparent sind.
- – Es ist nur noch ein Servicetool ST für eine Vielzahl für unterschiedliche Arbeitsschritte und/oder Funktionalitäten notwendig. So kann über das Servicetool ST neben der Anzeige unterschiedlichster Information und die Vornahme der Quittierung eines abgeschlossenen Arbeitsschrittes auch die Bedienung des Feldgeräts F, insbesondere das Parametrieren, Konfigurieren, Testen oder Kalibrieren erfolgen.
- – Der Bauleiter hat jederzeit den aktuellen Überblick über das Servicepersonal, die Prozessanlage PA und die Feldgeräte Fx.
