-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Parametrieren eines Feldgeräts der Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät eine Vielzahl von Parametern aufweist, welche zumindest eine Funktionalität des Feldgeräts definieren und wobei der Parametersatz zumindest einen Parameterwert für zumindest einen der Parameter des Feldgeräts umfasst.
-
Aus dem Stand der Technik sind bereits Feldgeräte bekannt geworden, die in industriellen Anlagen der Automatisierungstechnik zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierung ebenso wie in der Fertigungsautomatisierung werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Sensoreinheiten. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, pH-Messung, Füllstandmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktorsysteme verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
-
Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.
-
Heutzutage muss ein Kunde sein Feldgerät händisch in Betrieb nehmen. Je nach Typ des Feldgeräts, der Anwendung und des Messprinzips sind hierbei mehrere Schritte notwendig. Einer der Schritte stellt die Parametrierung des Feldgerät dar. Im Zuge der Parametrierung werden Parametern des Feldgeräts Parameterwerte zugewiesen. Die Parameter definieren die Funktionalität des Feldgeräts. Beispielsweise definiert ein Parameter die Messrate eines Feldgeräts, also die Anzahl an Messvorgängen innerhalb eines bestimmte Zeitintervalls. Anhand des gewählten Parameterwerts wird die Messrate eingestellt.
-
Die Parametrierung ist ein komplexer Vorgang, welcher für unerfahrene, bzw. ungeübtes Personal nur schwer korrekt durchführbar ist. Erschwerend kommt hinzu, dass heutige Messgeräte eine große Zahl an Parametern aufweisen. Beispielsweise weisen Feldgeräte zur Erfassung einer Strömungsgeschwindigkeit mittels eines magnetisch-induktiven Messprinzips bis zu mehreren hundert verschiedenen Parametern auf, welche nacheinander eingestellt werden müssen.
-
Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Inbetriebnahme eines Feldgeräts auch für unerfahrene Anwender zu vereinfachen.
-
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Parametrieren eines Feldgeräts der Automatisierungstechnik gemäß Anspruch 1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Feldgerät eine Vielzahl von Parametern aufweist, welche zumindest eine Funktionalität des Feldgeräts definieren und wobei der Parametersatz zumindest einen Parameterwert für zumindest einen der Parameter des Feldgeräts umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- - Exportieren von Konstruktionsdaten einer Messstelle, für welche das Feldgerät vorgesehen ist, in ein dreidimensionales Modell, wobei die Messstelle zumindest eine Anlagekomponente umfasst;
- - Importieren des dreidimensionalen Modells in eine Bedieneinheit;
- - Analysieren des dreidimensionalen Modells mittels der Bedieneinheit zum Erfassen von Maßen der Messstelle, insbesondere der Anlagenkomponente;
- - Berechnen eines Parametersatzes auf Basis der erfassten Maße; und
- - Schreiben des Parametersatzes in das Feldgerät.
-
Erfindungsgemäß werden aus Konstruktionsdaten relevante Maße der Messstelle, in welcher das Feldgerät eingesetzt werden soll, extrahiert. Aus diesen Maßen wird anschließend ein Parametersatz berechnet, welcher direkt in das Feldgerät geschrieben werden kann. Die Konstruktionsdaten besitzt der Kunde üblicherweise bei Bestellung eines Feldgeräts. Auf diese Art und Weise wird die Parametrierung für den Kunden erleichtert, da ein nicht unerheblicher Anteil der Parameterwerte mittels dieses Verfahrens bestimmt werden kann.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise während der Fertigung des Feldgeräts angewandt werden. Beispielsweise exportiert der Kunde seine Konstruktionsdaten und importiert diese per Bedieneinheit, beispielsweise der PC des Kunden, als dreidimensionales Modell. Das dreidimensionale Modell wird anschließend an einen Server des Herstellers übermittelt und dort analysiert und der Parametersatz auf Grundlage der Analyse berechnet. Alternativ findet die Analyse und/oder die Berechnung des Parametersatzes schon auf der Bedieneinheit des Kunden statt. Der Parametersatz wird dann bereits während der Fertigung in das Feldgerät geschrieben.
-
Alternativ nimmt der Kunde die Verfahrensschritte selbst mittels der Bedieneinheit vor. Den berechneten Parametersatz schreibt er anschließend selbst mittels der Bedieneinheit in das Feldgerät. Vorteilhafterweise weist die Bedieneinheit hierzu einen Wizard auf, welcher den Kunden durch die einzelnen Verfahrensschritte leitet.
-
Feldgeräte, welche im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannt werden, sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung beispielhaft aufgeführt worden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zum Berechnen des Parametersatzes auf eine Datenbank, insbesondere eine cloudfähige Datenbank, zugegriffen wird, auf welcher Datenbank Maße von Messstellen korreliert mit Parametersätzen von Feldgeräten gespeichert sind. Diese Maße dienen als Referenzwerte für die Berechnung des Parametersatzes.
-
Als cloudfähig wird eine Datenbank bezeichnet, wenn diese in einer Cloud-Computing-Anwendung genutzt werden kann. Cloud-Computing bezeichnet eine IT-Infrastruktur, welche insbesondere über das Internet verfügbar gemacht wird.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass für das Berechnen des Parametersatzes ein KI-System, insbesondere auf Basis eines neuronalen Netzwerks, verwendet wird. Neben einem neuronalen Netzwerk können auch weitere gängige KI-Systeme, beispielsweise Deep Learning, etc., verwendet werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im Zuge des Berechnens des Parametersatzes eine Hüllkurve simuliert wird und wobei der Parametersatz aus der simulierten Hüllkurve erstellt wird. Auf Basis der bekannten geometrischen Daten der Messstelle, beispielsweise eines Behälters und der Anbauteile, werden durch die Einbauposition des Feldgerätes die zur Messung verwendeten Verläufe der Wellen berechnet. Aufgrund der Berechnung und eines Verfahrens zur Rückrechnung auf die daraus resultierende erwartete Hüllkurve, kann ein neuer Parametersatz erstellt werden. Das Verfahren der Rückrechnung beruht auf den sich geometrisch ergebenden Laufzeiten und Reflexionen sowie den daraus erfahrungsgemäß sich ergebenden Messsignalen und Parametern im Feldgerät. Dies erlaubt eine gewünschte Korrektur durch Simulation ohne reale Messung.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als Bedieneinheit ein Personal Computer, ein Laptop oder ein mobiles Endgerät verwendet wird. Ein mobiles Endgerät ist beispielsweise ein Smartphone oder ein Tablet - aber auch Gadgets wie VR-Brillen oder Wearables wie Smartwatches fallen unter diese Kategorie.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Bedieneinheit eine Rahmenapplikation, insbesondere eine FDT-Rahmenapplikation, mit einem eingebundenen Treiber des Feldgeräts, insbesondere ein DTM, verwendet, welche Rahmenapplikation die Verfahrensschritte des Analysierens des dreidimensionalen Modells und/oder des Berechnens des Parametersatzes durchführt. Als FDT („Field Device Tool“) wird ein herstellerübergreifendes Konzept in der Automatisierungstechnik bezeichnet, welches die Parametrierung von Feldgeräten verschiedener Hersteller mit nur einem Programm ermöglicht. FDT ist eine Spezifikation für eine Software-Schnittstelle. Diese Software-Schnittstelle beschreibt den Datenaustausch zwischen einer Anwendung und Software-Komponenten für Feldgeräte. FDT ist als internationale Norm IEC 62453 und ISA103 standardisiert.
-
Um für den Anwender die Vielfalt der Gerätebedienwerkzeuge gering zu halten, verfolgt FDT das wesentliche Ziel, verschiedene Treiber der Feldgeräte (DTM = „Device Type Manager“) in einer gemeinsamen Rahmenapplikation (FDT Frame Application) zusammen zu führen. Von dieser zentralen Rahmenanwendung aus kann auf die verschiedenen Feldgeräte zugegriffen werden und mit den entsprechenden DTMs die Konfiguration erfolgen.
-
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verfahrensschritte des Imports des dreidimensionalen Modells, das Analysieren des dreidimensionalen Modells und/oder des Berechnens des Parametersatzes (insbesondere im Zusammenspiel mit der Datenbank) durch den DTM ausgeführt wird, bzw. die hierfür benötigte Software im Treiber integriert ist.
-
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als Bedieneinheit ein mobiles Endgerät verwendet wird und wobei die Bedieneinheit eine Applikationsanwendung verwendet, welche Applikationsanwendung die Verfahrensschritte des Analysierens des dreidimensionalen Modells und/oder des Berechnens des Parametersatzes durchführt. Eine solche Applikationsanwendung wird umgangssprachlich als „App“ bezeichnet.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass für das Berechnen des Parametersatzes zusätzlich messstellenspezifische Informationen, insbesondere Informationen bezüglich eines Messmediums, herangezogen werden. Diese zusätzlichen Informationen werden zum Berechnen weiterer Parameterwerte verwendet, welche sich nicht ausschließlich mittels der erfassten Maße berechnen lassen.
-
Gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Feldgerät zum Erfassen eines Füllstands in einem Behälter dient, wobei als Anlagenkomponente ein Behälter, ein Gerinne oder eine Rohrleitung verwendet wird. Bei der Rohrleitung kann es sich beispielsweise um ein Schwallrohr oder einen Bypass handeln
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das ein oder mehrere der folgenden Maße der Anlagenkomponente erfasst werden:
- - Höhe, Breite und/oder Volumen des Behälters;
- - Höhe, Breite und/oder Volumen des Gerinnes;
- - Minimale und/oder maximale vorgesehen Füllhöhe des Messmediums;
- - Eine Position zumindest einer in dem Behälter befindlichen potentiellen Störkomponente, insbesondere ein Rührwerk, eine Heizkomponente, ein Strömungsbrecher oder weitere montierte Feldgeräte;
- - Abstand des Feldgeräts von der Anlagenkomponente nach Anbringen des Feldgeräts an der Anlagenkomponente;
- - Durchmesser einer Zuleitung oder Ableitung der Anlagenkomponente;
- - Höhe, Breite und/oder Volumen der Rohrleitung.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der berechnete Parametersatz zumindest einen Parameterwert für zumindest einen der folgenden Parameter umfasst:
- - Linearisierung;
- - Leerabgleich;
- - Oberer und/oder unterer Grenzwert des Füllstands;
- - Blockdistanz;
- - Sicherheitsdistanz;
- - Ausblendungen von Messwerten auf bestimmter Höhe der Anlagenkomponente.
-
Der Begriff „Blockdistanz“ definiert einen einstellbaren Bereich der Messwerte, in welchem eine Auswertung nicht zum Tragen kommt.
-
Der Begriff „Sicherheitsdistanz“ definiert einen einstellbaren Bereich der Messwerte, in welchem der Kunde den Gerätestatus definieren kann.
-
Gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Feldgerät zum Erfassen eines Drucks dient, wobei als Anlagenkomponente ein Behälter verwendet wird.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein oder mehrere der folgenden Maße der Anlagenkomponente erfasst werden:
- - Höhe des Behälters;
- - Vorgesehene Höhe zum Anbringen des Feldgeräts am Behälter.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der berechnete Parametersatz zumindest einen Parameterwert für zumindest einen der folgenden Parameter umfasst:
- - Drucknullpunkt;
- - Relativer Druck.
-
Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren sich nicht auf diese beiden beschriebenen Typen von Feldgeräten beschränkt, sondern auf beliebige weitere Typen von Feldgeräten anwendbar ist.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass es sich bei den Konstruktionsdaten um rechnergenerierte Konstruktionsdaten, insbesondere CAD-Daten („Computer Aided Design“), handelt.
-
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen
- 1: ein Beispiel für Konstruktionsdaten, welche im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden; und
- 2: einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
-
1 zeigt ein Beispiel für Konstruktionsdaten KD einer Messstelle MS. Bei den Konstruktionsdaten KD handelt es sich beispielsweise um CAD-Daten. Die Messstelle MS umfasst eine Anlagenkomponente KO in Gestalt eines Behälters, welcher zur Lagerung eines Füllguts FL vorgesehen ist. Der Behälter weist einen Stutzen zum Anschluss eines Feldgeräts FG1 auf. Das zum Anschluss an den Stutzen vorgesehene Feldgerät FG1 ist ein Füllstandmessgerät zur Überwachung der Füllhöhe des Füllgutes FL in dem Behälter KO, beispielsweise ein berührloses. Die Füllhöhe des Füllgutes FL wird dadurch gemessen, dass das Feldgerät ein Messsignal MS emittiert. Das Messsignal MS wird an der Oberfläche des Füllgutes FL reflektiert. Das reflektierte Signal RS wird von dem Feldgerät FG empfangen und bearbeitet. Anhand Kenngrößen des reflektierten Signals RS, beispielsweise anhand der Dauer zwischen dem Emittieren des Messsignals MS und dem Empfang des reflektierten Signals RS kann auf die Füllhöhe des Füllgutes FL geschlossen werden.
-
Im Behälter KO ist weiterhin ein Rührwerk vorgesehen, welches eine Durchmischung des Füllguts FL erzielt. Dieses Rührwerk stellt eine Störkomponente SK für das Signal MS, bzw. für das reflektierte Signal RD, dar.
-
Des Weiteren weist der Behälter KO eine Öffnung zur Anbringung eines weiteren Feldgeräts FG2 auf, beispielsweise eines Druckmessgeräts zum Erfassen des in dem Behälter KO vorliegenden Drucks.
-
In einem ersten Verfahrensschritt 1 werden die Konstruktionsdaten als dreidimensionales Modell exportiert. Da die Konstruktionsdaten KD dezidierte Abmessungen beinhalten, werden diese in das 3D-Modell übernommen. Üblicherweise ist ein Maßstab enthalten, um auf die absoluten Maße schließen zu können. Die Konstruktionsdaten können in den üblichen Dateiformate geeigneter Programme, bspw. CAD-Programme, vorliegen.
-
In einem zweiten Verfahrensschritt 2 wird das dreidimensionale Modell in eine Bedieneinheit importiert. Bei der Bedieneinheit handelt es sich beispielsweise um einen Personal Computer, einen Laptop oder um ein mobiles Endgerät. Insbesondere ist vorgesehen, dass auf der Bedieneinheit eine Rahmenapplikation, insbesondere eine FDT-Rahmenapplikation, implementiert ist, in welcher eine Treiberkomponente der jeweiligen Feldgeräte FG1, FG2 abrufbar ist, insbesondere ein DTM.
-
In einem dritten Verfahrensschritt 3 wird das dreidimensionale Modell analysiert. Die Analyse wird beispielsweise von der Treiberkomponente vorgenommen. Im Zuge der Analyse werden Maße h1 , h2 , h3 , h4 der Messstelle MS aus dem dreidimensionalen Modell erfasst, insbesondere unter Zuhilfenahme des Maßstabs.
-
Konkret werden die folgenden Maße aus dem 3D-Modell erfasst:
- • Höhe h1: Dieses Maß definiert die Höhe des Behälters, welche zwischen dem Boden des Behälters und der Decke des Behälters verläuft.
- • Höhe h2: Dieses Maß definiert einen Abstand zwischen dem Radarhorn des einzubauenden Feldgeräts FG1 in eingebauter Position und dem Beginn der freien Abstrahlung des Messsignals SM in dem Behälter.
- • Höhe h3: Dieses Maß definiert einen Abstand einer Störkomponente in Form eines Rührwerks vom Boden des Behälters. Zusätzlich kann auch der Abstand der Störkomponente SK von den Wänden des Behälters zur Ermittlung der Lage der Störkomponente im Behälter, sowie die Dicke/Breite der Störkomponente SK ermittelt werden.
- • Höhe h4: Dieses Maß definiert die Einbauhöhe des Feldgeräts F2 in Relation zum Boden des Behälters.
-
In einem vierten Verfahrensschritt wird ein Parametersatzes für jedes der Feldgeräte FG1, FG2 auf Basis der erfassten Maße (h1 , h2 , h3 , h4 ) berechnet. Konkret können mittels der erfassten Maße die folgenden Parameter berechnet werden:
- • Höhe h1 -> der obere Grenzwert für den Füllstand, bzw. Warnfüllstände bei bspw. 75 % und oder 90 % des oberen Grenzwerts. Des Weiteren kann anhand des oberen Grenzwertes und des unteren Grenzwertes (leerer Behälter) die Linearisierung vorgenommen werden, sowie der Leerabgleich durchgeführt werden und per Parameterwerten gespeichert werden.
- • Höhe h2 -> die Blockdistanz
- • Höhe h3 -> Ausblendungen des Messsignals auf dieser Höhe.
- • Höhe h4 -> den Drucknullpunkt, welcher als Relativmaß verwendet wird.
-
In einem fünften, abschließenden Verfahrensschritt 5 wird der Parametersatz in das jeweilige Feldgerät FG1, FG2 geschrieben. Die Bedieneinheit wird hierfür mit dem jeweiligen Feldgerät FG1, FG2 verbunden. Dies erfolgt insbesondere bereits während der Fertigung des Feldgeräts FG1, FG2, so dass dieses nahezu vollständig parametriert dem Kunden geliefert werden kann, oder bei Inbetriebnahme des Feldgeräts FG1, FG2. Die Verbindung erfolgt insbesondere drahtgebunden oder drahtlos (bspw. Bluetoothbasiert).
-
Anschließend können die jeweiligen Feldgeräte FG1, FG2 nach Einbau und Inbetriebnahme auf Basis der Parametersätze betrieben werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1, 2, 3, 4, 5
- Verfahrensschritte
- FG1, FG2
- Feldgerät
- FL
- Füllgut
- h1, h2, h3, h4
- Maße der Messstelle
- KD
- Konstruktionsdaten
- KO
- Anlagenkomponente
- MS
- Messstelle
- SK
- Störkomponente
- SM
- Messsignal
- SR
- reflektieres Signal
