EP3688534A1 - Automated assignment of measurement data for cloud-based monitoring of mechanical assets - Google Patents

Automated assignment of measurement data for cloud-based monitoring of mechanical assets

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Publication number
EP3688534A1
EP3688534A1 EP18768775.1A EP18768775A EP3688534A1 EP 3688534 A1 EP3688534 A1 EP 3688534A1 EP 18768775 A EP18768775 A EP 18768775A EP 3688534 A1 EP3688534 A1 EP 3688534A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measurement data
cloud
asset
data
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18768775.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Daniel Labisch
Bernd-Markus Pfeiffer
Douglas Weber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3688534A1 publication Critical patent/EP3688534A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0221Preprocessing measurements, e.g. data collection rate adjustment; Standardization of measurements; Time series or signal analysis, e.g. frequency analysis or wavelets; Trustworthiness of measurements; Indexes therefor; Measurements using easily measured parameters to estimate parameters difficult to measure; Virtual sensor creation; De-noising; Sensor fusion; Unconventional preprocessing inherently present in specific fault detection methods like PCA-based methods
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/418Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/4183Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by data acquisition, e.g. workpiece identification
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/418Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41865Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by job scheduling, process planning, material flow
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/80Management or planning

Definitions

  • the invention relates to a method for assigning measurement data to the cloud-based monitoring of mechanical assets of an industrial plant, in particular manufacturing or Pro ⁇ dulementsstrom, wherein the industrial facility includes a measurement data archive, in which measurement data of a plurality of measuring points, in particular pressure or flow sensors, Furthermore, the invention relates to an associated computer program with computer executable program code instructions according to claim 12, a storage medium according to claim 13 and a computer system according to claim 14.
  • Condition monitoring of mechanical assets of an industrial plant can increase the reliability and productivity of an industrial plant.
  • One aim of the monitoring is to detect wear processes or unfavorable operating conditions at an early stage.
  • effects of signs of wear can be determined and failure risks or remaining service life can be estimated. This allows a targeted planning of maintenance work.
  • the basis for the monitoring is measured data of the corresponding assets, which are determined at different measuring points. For example, stand for a valve as an asset re ⁇ regularly a flow rate, a pressure before and behind the valve and a valve position as the measurement data.
  • relevant metrics such as a flow rate or pressure in front of and behind the asset, must be aggregated for each asset and transferred to the cloud. There can then the Data from the corresponding measuring points can be evaluated by a large number of assets.
  • a monitoring system based on a cloud has the significant advantage that, with a relatively low engineering outlay , a large number of mechanical components can be used
  • Assets can be monitored automatically.
  • a Vorausset ⁇ Zung this is that the need for monitoring measuring points available and the respective asset are allocated.
  • a manual search and assignment of the relevant measurement data for the respective asset carried out so far requires not only access to a corresponding documentation of the industrial plant and a precise knowledge of the process flows of the industrial plant, but also a disproportionately high expenditure of time and personnel.
  • the attributable to the corresponding asset pressure value can often times ⁇ from the pressure in the container or its filling level can be derived. If, in the reverse case, the pipeline discharges into a container, it must be checked at which point of the container this happens. In the case of an open inlet, only the geodetic height of the inlet nozzle of the container may be decisive and the pressure per se may be constant.
  • the R & I schema is in an electronic, machine-readable and object-oriented form so that the relevant measuring points can be found automatically and assigned to corresponding assets.
  • R & ID is in the foreseeable future for each based on a cloud application before ⁇ .
  • a valve assets the data (here, the valve position), which are obtained from the previously described analysis of the valve blocks, not ⁇ reaching.
  • the data here, the valve position
  • the valve ⁇ before nor measured data to the flow rate through the valve and pressure values and needs behind the valve.
  • About Analog ⁇ considerations apply, for example, for a pump where a rotational speed of the pump is only assigned to the corresponding module.
  • the measurement data of the flow rate and pressure values of the two must also still separately (manually) determines the ⁇ .
  • Compiling and assigning the measurement data, which are not assigned to a module has hitherto been done manually, which is very complex and significantly impairs a functionality of a cloud-based monitoring of mechanical assets of an industrial plant.
  • the invention has for its object to provide a method for assigning measurement data for a cloud-based monitoring of mechanical assets that runs fully automated and the effort that must be expended for the assignment and so einherge ⁇ starting, monitoring, compared to the previously known processes significantly reduced.
  • cloud or in other words a cloud computing system, is understood here to mean a server infrastructure of an external cloud provider (external cloud) or a local server hardware within the industrial installation (local cloud).
  • an asset of a certain type is defined, for example a valve or a pump.
  • Each asset is in an industrial plant üb ⁇ SHORT- at least one characteristic measured value associated ⁇ . In a Ventilasset this is usually the valve position.
  • a pump may be, for example, the electric drive power or the speed.
  • a general physical relationship between relevant metrics of different measurement sites is known and stored in the cloud.
  • a valve set for example, there is a physical relationship between a flow rate through the valve, the previously mentioned valve position and a pressure difference before and after the valve.
  • This general physical relationship in other words ei ⁇ ne physical equation is read out from the cloud and used for the further allocation method as a reference.
  • the physical relationship is referred to below only as an equation.
  • the equation has at its ERAL ⁇ NEN form unknown parameters, which in the next
  • Step of the method according to the invention can be estimated.
  • the characteristic value associated with the particular type of asset is included in the estimation, in the case of the valve assembly accordingly the valve position.
  • the unknown parameters are then estimated using well-known estimation methods such as the minimization of the error squares stepwise from the stored in the measurement data archive ⁇ metered data, which in each case for the particular asset in question, ie the asset may be assigned.
  • R sum t (F (X (t), p)) A 2 (1) are calculated, where sum_t stands for a time-cumulative function.
  • sum_t stands for a time-cumulative function.
  • the estimation method for determining the unknown parameters of the equation is carried out step by step with all possible measurement data stored in the measurement data archive. In each case, the residual of the measured data of a measured variable is determined and, as explained above, statistically evaluated.
  • the estimation can be carried out in succession for the respective measuring data of a measuring point or, in the case of a correspondingly existing calculation architecture, also in parallel.
  • the assignment method according to the invention is based on the knowledge that measured data of a specific measuring point then leads to a small deviation, ie a small residual. lead to, if they have a reference to the respective measuring point or the particular mechanical asset, so it is the sought-after measured variable. Otherwise, the physical equation can not plausibly describe the behavior shown in the measured data, so that there are large deviations between the measured data and the parameterized physical equation or a large residual occurs.
  • the method according to the invention allows relevant measurement data or measuring points within an industrial plant to be automatically assigned to particular assets, in particular mechanical, electromechanical or electrical, in order to be able to carry out effective and resource-saving monitoring of the assets.
  • the amount of the measurement data transmitted to the cloud for carrying out the estimates is reduced by considering only measurement data that has a specific physical unit. If, for example, a pressure sensor of a valve is first sought, only measurement data for the further evaluation will be provided taken into account, which a pressure unit, for example, bar, is assigned. As a result, the amount of data to be examined can be significantly reduced, which accelerates the process as a whole.
  • the measurement data are checked to see whether they are even suitable for a specific type of measurement site.
  • a time dependence of the measured data will be particularly ⁇ seeks.
  • statistical values such as mean values, Me ⁇ diane, variances, offsets and the like can be used in the plausibility check. If, for example, data are sought from pressure sensors in the vicinity of a valve, a temporal behavior of the measured data can be informative. If the measured data of a specific measuring point are constant in a period in which a position of the valve and a flow rate through the valve change, the measured data investigated can not be a valve outlet pressure.
  • the measurement data are stored in the measurement data archive of the industrial plant and either completely or cyclically transferred to an internal cloud.
  • an internal cloud embodied as local server hardware within the industrial installation
  • subsequently only the measurement data deemed relevant for the asset monitoring are transmitted to the (external) Transfer cloud.
  • a controller module may, for example, be a PID controller.
  • a control variable profile is found, for example, on a controller module that exactly matches a position profile of a valve under consideration stored in the measurement data archive or the cloud, then the controller module is the process controller controlling the valve.
  • the subsequent determination of the physical unit of the respective measured data and the name of the associated measuring point provides information about which
  • the controller type is the previously found controller block. For example, if the physical unit is "mass or volume per time” and the term is "flow”, then It is a flow regulator that affects the flow through the valve.
  • the pressure is usually controlled by the valve. This is very responsive to Ventilbewegun ⁇ gen, which is reflected in the timing of associated measurement data.
  • the pressure is regelmä ⁇ SSIG regulated upstream of the valve.
  • the pressure typically reacts more slowly to the valve movements. Based on these constraints, the measurement data can be easily and automatically assigned to a specific controller of a particular asset.
  • Assettyp associated characteristic variable the controlled variable associated with the control block and stored in the cloud historical measurement data
  • the first variable "valve position” is obtained by the selection of the specific asset (in this case: valve set.)
  • the second variable "flow rate” is obtained. determined.
  • the amount of data transmitted to the cloud for carrying out the estimations is reduced by considering only measurement data that has a specific physical unit. For example, initially, a pressure sensor of a valve searched, only measurement data for further evaluation from ⁇ be considered where a printing unit, example ⁇ as cash is allocated. As a result, the amount of data to be examined can be significantly reduced, which as a whole accelerates the process.
  • the measurement data are checked to see whether they are even suitable for a specific type of measurement site.
  • a time dependence of the measured data will be particularly ⁇ seeks.
  • statistical values such as mean values, Me ⁇ diane, variances, offsets and the like can be used in the plausibility check.
  • a temporal behavior of the measured data can be informative. If the measurement data of a certain measuring point in a spectrum of conditions in which to change a position of the valve and a flow through the Ven ⁇ til, so it can not be in the investigated measurement data to a valve outlet pressure. The measurement data of certain measuring points, which are considered implausible, are then no longer considered for further evaluation.
  • only a portion of the industrial plant preferably only a certain procedural technical unit (eg distillation column, Rhackkes ⁇ selreaktor, fermenter) is considered to identify the measured data with the specific physical unit.
  • the restriction limits the candidate for a particular asset measurement ⁇ data or measuring point significantly, which may increase the allocation accuracy and reduce the need for the mapping process complexity.
  • the measurement data before the start of Alloc ⁇ drying process be divided into training data and validation data, whereby the assignment method further can im- fibers. If measurement data of a measuring point not belonging to a particular asset are used to parameterize the physical equation, the deviation of the validation data is even higher than without subdivision of the measured data. This makes it even easier to assign the measured data to a specific asset.
  • a user of the industrial plant are automated proposals for an allocation of individual measured data on specific assets submitted after completion of Zu glovessver ⁇ proceedings.
  • the user has to go through any long signal lists, but gets a single assignment as a result of the automated Zu glovessprozes ⁇ ses presented. This can be ensured with reasonable additional effort that no asset monitoring system is put into operation, which has incorrect assignments of Messstel len to assets.
  • the described method with its embodiments is preferably implemented in software.
  • the previously recycle ⁇ th object is solved accordingly by a computer program with computer-executable program code instructions for implementing the method according to the invention.
  • the computer may be, for example, an automation ⁇ s ists réelle with a processing unit by way of a processor or the like.
  • An automation device in particular a Industrieautoma ⁇ thnes réelle on which such a computer program is in ⁇ plemented, is an example of a computer system to which the invention likewise relates.
  • the automation device and standard computers as they are common in office automation, come into consideration.
  • the computer program for implementing the method is usually held on or in a storage medium, that is, for example, on a magnetic or optical data carrier or in a semiconductor memory, so that the invention also a storage medium with a computer-executable computer program for implementing the method and its Embodiments relates.
  • Valve asset associated with measurement data and 2 shows the characteristics of the valve assets with not belonging to the valve asset measurement data.
  • a method according to the invention is explained using the example of a valve asset. There is no question that the method can also be applied to other mechanical, electromechanical or electrical assets.
  • either all measurement data or at least a subset of the measurement data is transferred from the measurement data archive into the cloud, in order to allow fast and location-independent access to the data. It can be an internal or an external cloud (outside the industrial plant).
  • Controller modules are PID controllers. It can be assumed that most of the valve assets contained in the industrial plant also have corresponding control modules.
  • the data of all manipulated variables of the controller blocks are compared with the setpoint valve positions of the valve blocks.
  • the target valve positions are in the industrial plant, for example, in the measurement ⁇ data archive, or deposited in the cloud itself. If, during the comparison, a control value curve is found on a controller module that exactly matches a setpoint curve of a valve under consideration stored in the measurement data archive or the cloud, then the controller module is the process controller controlling the valve.
  • a subsequent determination of the physical unit of the respective measurement data and the name of the associated measuring point provides information about which
  • Controller type is the previously found controller block is. For example, if the physical unit is "mass or volume per time” and the term is “flow,” it is a flow regulator for flow through the valve.
  • the pressure after the valve is regulated. This responds very quickly to valve movements, which is reflected in the time course of the associated measurement data.
  • the pressure In a pressure control in a container by means of an exhaust valve, however, the pressure is regularly regulated before Ven ⁇ til. Here, the pressure typically respond more slowly due to the buffer capacity of the container to the Ven ⁇ til Gayen. Based on these constraints, the measurement data can be easily and automatically assigned to a specific controller of a particular asset. In the present embodiment is for the valve a
  • Flow controller has been found, so that two more pressure values (before and after the valve) must be found in order to fully map the valve behavior can.
  • the amount of measurement data transmitted to the cloud is reduced by considering only measurement data that has a specific physical unit. In this case, pressure sensors of the valve are searched. Therefore, only data for further evaluation are taken into account, which is associated with a printing unit at ⁇ play as cash. As a result, the amount of data to be examined can be significantly reduced, which accelerates the process as a whole. This is followed by a plausibility check of the previously filtered measurement data. These are checked to see if they are even suitable for a pressure sensor. In particular, a temporal dependency of the measured data is used considered.
  • the measurement data of certain measuring points are then no longer considered for further evaluation.
  • the measurement data of the valve position and the flow are assigned to the valve asset, but the measurement data of the pressure in front of and behind the valve are not yet assigned. All measurement data are physically related and can be related by an equation stored in the cloud. Unknown parameters of this equation can be estimated using the measured data transmitted to the cloud by known methods, such as minimizing the least squares error. All possible measurement data of pressure signals are permuted and a parameter set is learned for all combinations.
  • FIG. 1 shows a characteristic field 1 of the valve. Shown is the relationship between the flow (in cubic meters per hour), the valve opening (in percent) and the Druckdif ⁇ conference before and after the valve (in bar).
  • individual data points 2 of the measurement data of a pressure sensor to be assigned are shown. It is easy to see that the deviation of the data points from the (nominal) characteristic field is very small, ie the data points in other words fit very well into the characteristic field.

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Abstract

A method is proposed for assigning measurement data for cloud-based monitoring in particular of mechanical assets of an industrial facility, wherein the industrial facility has a measurement data archive in which measurement data from a multiplicity of measurement points, in particular pressure or flow sensors, are stored, the assignment method comprising: establishing an asset that has a particular type, in particular a valve or a pump, wherein the asset is assigned a characteristic measurement value with an associated measurement point in the cloud; reading a general physical connection, stored in the cloud for the particular asset type, between measurement values, relevant to the particular asset type, from various measurement points; gradually estimating the parameters of the physical connection, using the characteristic measurement value belonging to the particular asset type and the measurement data, stored in the measurement data archive, of the measurement values relevant to the particular asset; gradually comparing the previously determined physical connection with the measurement data used for the estimation and determining a redisual; assigning the measurement data to a particular asset on the basis of a statistical evaluation of the determined residual.

Description

Beschreibung description
Automatisiertes Zuordnen von Messdaten zur cloudbasierten Überwachung mechanischer Assets Automated mapping of measurement data for cloud-based monitoring of mechanical assets
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuordnung von Messdaten zur cloudbasierten Überwachung mechanischer Assets einer industriellen Anlage, insbesondere Fertigungs- oder Pro¬ duktionsanlage, wobei die industrielle Anlage ein Messdaten- archiv aufweist, in welchem Messdaten einer Mehrzahl an Messstellen, insbesondere Druck- oder Durchflusssensoren, hinterlegt sind, nach den Ansprüchen 1, 4 und 5. Außerdem betrifft die Erfindung ein dazugehöriges Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen nach An- spruch 12, ein Speichermedium gemäß Anspruch 13 und ein Computersystem nach Anspruch 14. The invention relates to a method for assigning measurement data to the cloud-based monitoring of mechanical assets of an industrial plant, in particular manufacturing or Pro ¬ duktionsanlage, wherein the industrial facility includes a measurement data archive, in which measurement data of a plurality of measuring points, in particular pressure or flow sensors, Furthermore, the invention relates to an associated computer program with computer executable program code instructions according to claim 12, a storage medium according to claim 13 and a computer system according to claim 14.
Eine Zustandsüberwachung von mechanischen Assets einer industriellen Anlage, wie beispielsweise Pumpen, Ventilen oder Wärmetauschern, kann die Ausfallsicherheit und Produktivität einer industriellen Anlage erhöhen. Ein Ziel der Überwachung ist es dabei, Verschleißprozesse oder ungünstige Betriebszu- stände frühzeitig zu erkennen. Damit können unter anderem Auswirkungen von Verschleißerscheinungen bestimmt und Aus- fallrisiken bzw. Restlebensdauern abgeschätzt werden. Dies erlaubt eine zielgerichtete Planung von Wartungsarbeiten. Condition monitoring of mechanical assets of an industrial plant, such as pumps, valves, or heat exchangers, can increase the reliability and productivity of an industrial plant. One aim of the monitoring is to detect wear processes or unfavorable operating conditions at an early stage. Among other things, effects of signs of wear can be determined and failure risks or remaining service life can be estimated. This allows a targeted planning of maintenance work.
Basis für die Überwachung stellen Messdaten der entsprechenden Assets dar, die an verschiedenen Messstellen ermittelt werden. Beispielsweise stehen bei einem Ventil als Asset re¬ gelmäßig eine Durchflussrate, ein Druck vor und hinter dem Ventil sowie eine Ventilstellung als Messdaten zur Verfügung. The basis for the monitoring is measured data of the corresponding assets, which are determined at different measuring points. For example, stand for a valve as an asset re ¬ regularly a flow rate, a pressure before and behind the valve and a valve position as the measurement data.
Im Zuge einer automatisierten, auf einer Cloud basierenden Überwachung mechanischer Assets müssen relevante Messdaten, wie beispielsweise eine Durchflussrate oder ein Druck vor bzw. hinter dem Asset, für jedes Asset zusammengestellt und in die Cloud übertragen werden. Dort können anschließend die Daten der entsprechenden Messstellen von einer Vielzahl von Assets ausgewertet werden. With automated, cloud-based monitoring of mechanical assets, relevant metrics, such as a flow rate or pressure in front of and behind the asset, must be aggregated for each asset and transferred to the cloud. There can then the Data from the corresponding measuring points can be evaluated by a large number of assets.
Ein auf einer Cloud basierendes Überwachungssystem weist den bedeutenden Vorteil auf, dass mit einem verhältnismäßig ge¬ ringen Engineeringaufwand eine Vielzahl an mechanischen A monitoring system based on a cloud has the significant advantage that, with a relatively low engineering outlay , a large number of mechanical components can be used
Assets automatisiert überwacht werden kann. Eine Vorausset¬ zung hierfür ist, dass die für die Überwachung benötigten Messstellen verfügbar und dem jeweiligen Asset zugeordnet sind. Ein bislang durchgeführtes manuelles Aufsuchen und Zu¬ ordnen der relevanten Messdaten für das jeweilige Asset erfordert nicht nur einen Zugang zu einer entsprechenden Dokumentation der industriellen Anlage und eine genaue Kenntnis der Ablaufprozesse der industriellen Anlage, sondern auch ei- nen unverhältnismäßig hohen zeitlichen und personellen Aufwand . Assets can be monitored automatically. A Vorausset ¬ Zung this is that the need for monitoring measuring points available and the respective asset are allocated. A manual search and assignment of the relevant measurement data for the respective asset carried out so far requires not only access to a corresponding documentation of the industrial plant and a precise knowledge of the process flows of the industrial plant, but also a disproportionately high expenditure of time and personnel.
Eine Überwachung von Assets erfolgt aktuell beispielsweise mithilfe des Engineering-Systems SIMATIC® PCS 7 der Siemens AG. In der darin implementierten Condition Monitoring Library werden Funktionsbausteine mit einer entsprechenden Überwa¬ chungsfunktionalität bereitgestellt. Jeder Funktionsbaustein kann dabei genau ein Asset überwachen. Um einzelne Messdaten einem Funktionsbaustein zuzuordnen, müssen diese in einem CFC-Editor (Continous Function Chart) des SIMATIC® PCS 7 Sys¬ tems manuell mit dem jeweiligen Funktionsbaustein verknüpft werden . Assets monitoring is currently carried out, for example, using the SIMATIC® PCS 7 engineering system from Siemens AG. In the implemented therein Condition Monitoring Library function blocks with a corresponding moni ¬ monitoring functionality are provided. Each function module can monitor exactly one asset. To assign individual measurement data to a function block, they must be in a CFC Editor (Continuous Function Chart) of SIMATIC PCS 7 Sys tems ¬ manually linked with the respective function block.
Im Falle einer Pumpe oder eines Ventils als Asset erfolgt die manuelle Zuordnung der Messstellen zu dem jeweiligen Asset bislang auf Basis eines R&I-Schemas (Rohrleitungs- und In- strumentenfließschemas ) . Ausgehend von einem betrachteten As¬ set wird anhand des R&I-Schemas ermittelt, ob Messstellen für Druck und Durchfluss in derselben Rohrleitung wie das Asset vorhanden sind. Der Suchbereich in der Rohrleitung ist dabei durch Verzweigungen oder Strömungswiderstände begrenzt, da davon ausgegangen werden kann, dass nur in einem Rohrleitungsstück, das keine Verzweigungen oder signifikante Strö- mungswiderstände aufweist, unbeeinflusste Druck- bzw. Durch¬ flussbedingungen vorliegen. In the case of a pump or a valve as an asset, the manual assignment of the measuring points to the respective asset has so far been based on an P & ID scheme (piping and instrument flow diagram). Starting from a consideration ¬ As set is determined using the R & I scheme, if measuring points are available for pressure and flow in the same pipeline as the asset. The search area in the pipeline is limited by branching or flow resistance, since it can be assumed that only in one piece of pipeline, which does not cause any branching or significant flow Unmeasured pressure or Durch ¬ flow conditions present.
Führt die betrachtete Rohrleitung aus einem Behälter heraus, kann der dem entsprechenden Asset zuzuordnende Druckwert oft¬ mals aus dem Druck im Behälter bzw. dessen Füllstand abgeleitet werden. Wenn die Rohrleitung im umgekehrten Fall in einen Behälter mündet, muss geprüft werden, an welcher Stelle des Behälters dies geschieht. Bei einem offenen Zulauf ist ggf. nur die geodätische Höhe des ZulaufStutzens des Behälters maßgeblich und der Druck an sich konstant. Performs the considered pipeline out of a container, the attributable to the corresponding asset pressure value can often times ¬ from the pressure in the container or its filling level can be derived. If, in the reverse case, the pipeline discharges into a container, it must be checked at which point of the container this happens. In the case of an open inlet, only the geodetic height of the inlet nozzle of the container may be decisive and the pressure per se may be constant.
Idealerweise liegt das R&I-Schema in einer elektronischen, maschinenlesbaren und objektorientierten Form vor, so dass die relevanten Messstellen automatisiert gefunden und entsprechenden Assets zugeordnet werden können. Es ist jedoch nicht davon auszugehen, dass in absehbarer Zeit für jede auf einer Cloud basierende Anwendung ein solches R&I-Schema vor¬ liegt . Ideally, the R & I schema is in an electronic, machine-readable and object-oriented form so that the relevant measuring points can be found automatically and assigned to corresponding assets. However, it is not expected that such R & ID is in the foreseeable future for each based on a cloud application before ¬.
Es sind bereits Verfahren bekannt, beispielsweise basierend auf der Plattform „Control Performance Analytics" der Siemens AG, die im Rahmen einer cloudbasierten Regelkreisanalyse alle Funktionsbausteine eines Typs „PID-Regler" in einem Prozess- leitsystem einer industriellen Anlage identifizieren und jeweils sämtliche dazugehörige Regel-, Stell- und Sollgrößen der Regler insbesondere in die Cloud exportieren. Dadurch lassen sich alle zur Beurteilung des Reglerverhaltens rele¬ vanten Messdaten automatisch bestimmen und auswählen. Dieses Vorgehen kann analog auf Ventil- oder Pumpenbausteine über¬ tragen werden, die dann direkt die Ventilstellung bzw. die Pumpendrehzahl liefern. Methods are already known, for example based on the platform "Control Performance Analytics" of Siemens AG, which identify all function blocks of a type "PID controller" in a process control system of an industrial plant as part of a cloud-based control loop analysis and in each case all associated control , Control and setpoint variables of the controller in particular export to the cloud. This all can be to assess the controller behavior rele ¬ vant measurement data automatically determine and select. This procedure can be wearing on analog valve or pump modules over ¬, which then directly provide the valve position or the pump speed.
Zur Beurteilung beispielsweise eines Ventil-Assets sind die Daten (hier die Ventilstellung) , die von der zuvor beschriebenen Analyse der Ventilbausteine gewonnen werden, nicht aus¬ reichend. Es werden noch zusätzliche Messdaten von Messstel¬ len benötigt, die nicht mit dem jeweiligen Baustein gekoppelt sind und sich daher durch die bekannten Verfahren nicht automatisiert ermitteln lassen. Für das Beispiel des Ventils wer¬ den noch Messdaten zur Durchflussrate durch das Ventil und Druckwerte vor und hinter dem Ventil benötigt. Analoge Über¬ legungen gelten beispielsweise für eine Pumpe, wo lediglich eine Drehzahl der Pumpe dem dazugehörigen Baustein zugeordnet ist. Die Messdaten der Durchflussrate sowie der beiden Druckwerte müssen ebenfalls noch separat (manuell) ermittelt wer¬ den . In order to assess, for example, a valve assets the data (here, the valve position), which are obtained from the previously described analysis of the valve blocks, not ¬ reaching. There are additional measurement data from measuring Stel ¬ len needs that are not related to the current block are and therefore can not be determined automatically by the known methods. For the example of the valve ¬ before nor measured data to the flow rate through the valve and pressure values and needs behind the valve. About Analog ¬ considerations apply, for example, for a pump where a rotational speed of the pump is only assigned to the corresponding module. The measurement data of the flow rate and pressure values of the two must also still separately (manually) determines the ¬.
Das Zusammenstellen und Zuordnen der Messdaten, die keinem Baustein zugeordnet sind, erfolgt bislang manuell, was sehr aufwändig ist und eine Funktionalität einer cloudbasierten Überwachung von mechanischen Assets einer industriellen Anlage deutlich beeinträchtigt. Compiling and assigning the measurement data, which are not assigned to a module, has hitherto been done manually, which is very complex and significantly impairs a functionality of a cloud-based monitoring of mechanical assets of an industrial plant.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Zuordnung von Messdaten für eine cloudbasierte Überwachung mechanischer Assets anzugeben, das vollautomatisiert abläuft und den Aufwand, der für die Zuordnung und, damit einherge¬ hend, die Überwachung aufgewandt werden muss, gegenüber den bislang bekannten Verfahren deutlich reduziert. The invention has for its object to provide a method for assigning measurement data for a cloud-based monitoring of mechanical assets that runs fully automated and the effort that must be expended for the assignment and so einherge ¬ starting, monitoring, compared to the previously known processes significantly reduced.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Zuordnung von Messdaten zur cloudbasierten Überwachung insbesondere mechanischer Assets einer industriellen Anlage nach den Ansprüchen 1, 4 und 5 sowie durch ein dazugehöriges Computerpro¬ gramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen nach Anspruch 12, ein Speichermedium gemäß Anspruch 13 und ein Computersystem nach Anspruch 14. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This object is achieved by a method for assigning measurement data to the cloud-based monitoring particular mechanical assets of an industrial plant according to claims 1, 4 and 5 as well as an associated Computerpro ¬ program with computer-executable program code instructions of claim 12, a storage medium according to claim 13 and a computer system according to claim 14. Advantageous developments emerge from the dependent claims.
Bei einem Zuordnungsverfahren der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die folgenden Verfah¬ rensschritte gelöst: In a mapping method of the type described at the outset, the object is achieved by the following procedural ¬ rensschritte:
a) Übertragung einer Teilmenge oder einer Gesamtmenge der (a) transfer of a subset or a total quantity of
Messdaten aus dem Messdatenarchiv in die Cloud, um eine Weiterverarbeitung der Messdaten in der Cloud zu ermöglichen Measurement data from the measurement archive to the cloud, to a Further processing of the measurement data in the cloud
b) Festlegung eines Assets, das einen bestimmten Typ aufweist, insbesondere eines Ventils oder einer Pumpe, wobei dem Asset in der Cloud eine charakteristische Messgröße mit dazugehöriger Messstelle zugeordnet ist; b) determining an asset that has a certain type, in particular a valve or a pump, wherein the asset in the cloud is assigned a characteristic measured variable with associated measuring point;
c) Auslesen eines für den bestimmten Assettyp in der Cloud hinterlegten allgemeinen physikalischen Zusammenhangs zwischen für den bestimmten Assettyp relevanten Messgrößen verschiedener Messstellen; c) reading out a general physical relationship stored for the particular type of asset in the cloud between measured variables of different measuring points that are relevant for the particular asset type;
d) Schrittweise Schätzung der Parameter des physikalischen Zusammenhangs unter Einbeziehung der zu dem bestimmten Assettyp gehörigen charakteristischen Messgröße und den in dem Messdatenarchiv hinterlegten Messdaten der für das bestimmte Asset in Frage kommenden Messgrößen; d) step-by-step estimation of the parameters of the physical relationship including the characteristic measured variable associated with the particular asset type and the measurement data stored in the measurement data archive of the measurands that are eligible for the particular asset;
e) Schrittweise Vergleich des zuvor ermittelten physikali¬ schen Zusammenhangs mit den zum Schätzen genutzten Messdaten und Bestimmung eines Residuums; e) Step comparing the previously determined physi ¬ rule relationship with used to estimate measurement data and determining a residual;
f) Zuordnung der Messdaten zu einem bestimmten Asset anhand einer statistischen Auswertung des ermittelten Residuums. f) Assignment of the measured data to a specific asset based on a statistical evaluation of the residual determined.
Unter dem Begriff der Cloud, oder anders ausgedrückt: einem Cloud-Computing-System, wird vorliegend eine Server- Infrastruktur eines externen Cloud-Anbieters (externe Cloud) oder eine lokale Server-Hardware innerhalb der industriellen Anlage (lokale Cloud) verstanden. The term cloud, or in other words a cloud computing system, is understood here to mean a server infrastructure of an external cloud provider (external cloud) or a local server hardware within the industrial installation (local cloud).
Das zuvor erläuterte erfindungsgemäße Verfahren setzt voraus, dass auf alle in Frage kommenden Messdaten an einer Stelle zum Zwecke der Zuordnung zugegriffen werden kann. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Daten zunächst im Messdatenar¬ chiv der industriellen Anlage gespeichert und dann (ggf. The method according to the invention explained above requires that all possible measurement data can be accessed at one location for the purpose of the assignment. It does not matter whether the data is first stored in Messdatenar ¬ chiv the industrial plant and then (if necessary
blockweise) in die Cloud übertragen werden, oder ob die Daten unmittelbar zyklisch in die Cloud übertragen und erst dort gespeichert werden. in blocks) or whether the data is immediately cyclically transferred to the cloud and stored there.
Zunächst werden entweder alle Messdaten oder wenigstens eine Teilmenge der Messdaten aus dem Messdatenarchiv in die Cloud übertragen, um einen schnellen und ortsunabhängigen Zugriff auf die Daten zu ermöglichen, und um ggf. die höheren Rechenkapazitäten eines Cloudcomputings nutzen zu können. In dem nachfolgenden Verfahrensschritt wird ein Asset eines bestimmten Typs festgelegt, beispielsweise ein Ventil oder eine Pumpe. Jedem Asset ist in einer industriellen Anlage üb¬ licherweise wenigstens eine charakteristische Messgröße zuge¬ ordnet. Bei einem Ventilasset handelt es sich hierbei in der Regel um die Ventilstellung. Bei einer Pumpe kann es sich beispielsweise um die elektrische Antriebsleistung oder die Drehzahl handeln. First, either all measurement data or at least a subset of the measurement data from the measurement data archive into the cloud to enable fast and location-independent access to the data and, if necessary, to use the higher computational resources of cloud computing. In the subsequent method step, an asset of a certain type is defined, for example a valve or a pump. Each asset is in an industrial plant üb ¬ SHORT- at least one characteristic measured value associated ¬. In a Ventilasset this is usually the valve position. A pump may be, for example, the electric drive power or the speed.
Für jedes in einer industriellen Anlage enthaltene Asset ist ein allgemeiner physikalischer Zusammenhang zwischen relevanten Messgrößen verschiedener Messstellen bekannt und in der Cloud hinterlegt. Für ein Ventilasset besteht beispielsweise ein physikalischer Zusammenhang zwischen einer Durchflussrate durch das Ventil, der zuvor bereits erwähnten Ventilstellung und einer Druckdifferenz vor und hinter dem Ventil. Dieser allgemeine physikalische Zusammenhang, anders ausgedrückt ei¬ ne physikalische Gleichung, wird aus der Cloud ausgelesen und für das weitere Zuordnungsverfahren als Referenz verwendet. Der physikalische Zusammenhang wird im Folgenden nur noch als Gleichung bezeichnet. Die Gleichung weist in ihrer allgemei¬ nen Form unbekannte Parameter auf, die in dem nächsten For each asset contained in an industrial asset, a general physical relationship between relevant metrics of different measurement sites is known and stored in the cloud. For a valve set, for example, there is a physical relationship between a flow rate through the valve, the previously mentioned valve position and a pressure difference before and after the valve. This general physical relationship, in other words ei ¬ ne physical equation is read out from the cloud and used for the further allocation method as a reference. The physical relationship is referred to below only as an equation. The equation has at its ERAL ¬ NEN form unknown parameters, which in the next
Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens geschätzt werden. Dabei wird die zu dem bestimmten Assettyp gehörige charakte- ristische Messgröße mit in die Schätzung einbezogen, im Fall des Ventilassets demnach die Ventilstellung. Step of the method according to the invention can be estimated. In this case, the characteristic value associated with the particular type of asset is included in the estimation, in the case of the valve assembly accordingly the valve position.
Die unbekannten Parameter werden anschließend unter Verwendung bekannter Schätzverfahren wie der Minimierung der Feh- lerquadrate schrittweise aus den in dem Messdatenarchiv hin¬ terlegten Messdaten, die jeweils für das bestimmte Asset in Frage kommen, d.h. dem Asset zugeordnet sein können, geschätzt . Im Fall, dass die Minimierung der Fehlerquadrate verwendet wird, wird die Gleichung in die implizite Form 0=F(x,p) ge¬ bracht, wobei x alle Variablen, p die zu schätzenden Parame- ter und F eine Funktion bezeichnet. Durch ein schrittweises Einsetzen von Messdaten X(t)kann für die Messdaten einer Messgröße jeweils das Residuum The unknown parameters are then estimated using well-known estimation methods such as the minimization of the error squares stepwise from the stored in the measurement data archive ¬ metered data, which in each case for the particular asset in question, ie the asset may be assigned. In the case that the minimization of the error squares is used, the equation in the implicit mode is 0 = F (x, p) ge ¬ introduced, wherein all variables x, p denotes the parameter to be estimated ter and F is a function. By incrementally inserting measurement data X (t), the residual can be determined for the measurement data of a measured variable
R=sum t ( F (X ( t ) ,p) ) A2 (1) berechnet werden, wobei sum_t für eine zeitliche Summierungs- funktion steht. Für kleine Werte des Residuums verhalten sich die Messdaten entsprechend des der Gleichung zugrunde liegenden physikalischen Zusammenhangs, für große Residuen ist da- von auszugehen, dass sich die Messdaten nicht entsprechend des physikalischen Zusammenhangs verhalten, sie also nicht zum gesuchten Asset gehören. R = sum t (F (X (t), p)) A 2 (1) are calculated, where sum_t stands for a time-cumulative function. For small values of the residual, the measured data behave according to the physical relationship underlying the equation, for large residuals it can be assumed that the measured data does not behave according to the physical relationship, ie they do not belong to the sought-for asset.
Für weitere Informationen zu dem Schätzverfahren sei auf die Veröffentlichung mit dem Titel „Zustandsüberwachung mechanischer Komponenten mit Hilfe physikalischer Modelle und nied- rigdimensionaler Kennfelder", veröffentlicht am 13. Juli 2017 von der Prior Art Publishing GmbH, Registernummer 1136893830 im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek, auf deren Inhalt hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird. For further information on the estimation method, see the publication titled "Condition Monitoring of Mechanical Components Using Physical Models and Low-Dimensional Maps", published July 13, 2017 by Prior Art Publishing GmbH, Register Number 1136893830 in the catalog of the German National Library the contents of which are hereby fully incorporated by reference.
Das Schätzverfahren zur Bestimmung der unbekannten Parameter der Gleichung wird mit allen in Frage kommenden, in dem Messdatenarchiv hinterlegten Messdaten schrittweise durchgeführt. Dabei wird jeweils das Residuum der Messdaten einer Messgröße ermittelt und, wie zuvor erläutert, statistisch bewertet. Die Schätzung kann dabei für die jeweiligen Messdaten einer Messstelle nacheinander oder, bei einer entsprechend vorhandenen Berechnungsarchitektur, auch parallel durchgeführt werden. The estimation method for determining the unknown parameters of the equation is carried out step by step with all possible measurement data stored in the measurement data archive. In each case, the residual of the measured data of a measured variable is determined and, as explained above, statistically evaluated. The estimation can be carried out in succession for the respective measuring data of a measuring point or, in the case of a correspondingly existing calculation architecture, also in parallel.
Dem erfindungsgemäßen Zuordnungsverfahren liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass Messdaten einer bestimmten Messstelle dann zu einer geringen Abweichung, also einem kleinen Residu- um führen, wenn sie einen Bezug zu der jeweiligen Messstelle bzw. dem insbesondere mechanischen Asset aufweisen, es sich also um die gesuchte Messgröße handelt. Andernfalls kann die physikalische Gleichung das in den Messdaten gezeigte Verhal- ten nicht plausibel beschreiben, sodass große Abweichungen zwischen den Messdaten und der parametrierten physikalischen Gleichung bestehen bzw. ein großes Residuum auftritt. The assignment method according to the invention is based on the knowledge that measured data of a specific measuring point then leads to a small deviation, ie a small residual. lead to, if they have a reference to the respective measuring point or the particular mechanical asset, so it is the sought-after measured variable. Otherwise, the physical equation can not plausibly describe the behavior shown in the measured data, so that there are large deviations between the measured data and the parameterized physical equation or a large residual occurs.
Es ist daher im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, bestimmte Messdaten einer Messstelle dem Asset zuzuordnen, bezüglich der die aus den jeweiligen Messdaten gewonnene Gleichung das geringste Residuum aufweist. Für die Bestimmung des Residuums kommt beispielsweise die Methode der kleinsten Fehlerquadratsumme in Frage, wie in der Gleichung (1) angege- ben. Aber auch andere bekannte statistische Auswertemethoden sind im Rahmen der Erfindung anwendbar, um die ermittelten Abweichungen statistische zu bewerten und eine Zuordnung der Messstellen bzw. der dazugehörigen Messdaten vornehmen zu können . It is therefore within the scope of the present invention possible to assign certain measurement data of a measurement point to the asset, with respect to which the equation obtained from the respective measurement data has the lowest residual. For the determination of the residual, for example, the least squares method can be used, as indicated in equation (1). However, other known statistical evaluation methods can also be used in the context of the invention in order to statistically evaluate the deviations determined and to be able to assign the measuring points or the associated measured data.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, das erfindungsgemäße Ver¬ fahren für eine Vielzahl an Assets schrittweise automatisiert durchzuführen, um eine umfassende Zuordnung der Messdaten innerhalb der industriellen Anlage vornehmen zu können. Das er- findungsgemäße Verfahren erlaubt es dabei erstmals, relevante Messdaten bzw. Messstellen innerhalb einer industriellen Anlage bestimmten Assets, insbesondere mechanischen, elektrome- chanischen oder elektrischen, automatisiert zuzuordnen, um eine effektive und ressourcensparende Überwachung der Assets durchführen zu können. It is within the scope of the invention to carry out the method according to the invention step by step for a large number of assets in order to be able to carry out a comprehensive assignment of the measured data within the industrial plant. For the first time, the method according to the invention allows relevant measurement data or measuring points within an industrial plant to be automatically assigned to particular assets, in particular mechanical, electromechanical or electrical, in order to be able to carry out effective and resource-saving monitoring of the assets.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zur Durchführung der Schätzungen zu betrachtende Menge der in die Cloud übertragenen Messdaten dadurch reduziert, dass nur Messdaten betrachtet werden, die eine bestimmte physikalische Einheit aufweisen. Wird beispielsweise zunächst ein Drucksensor eines Ventils gesucht, so werden nur Messdaten für die weitere Auswertung berücksichtigt, denen eine Druckeinheit, beispielsweise bar, zugeordnet ist. Dadurch kann die Menge an zu untersuchenden Daten deutlich verringert werden, wodurch sich das Verfahren insgesamt beschleunigen lässt. In a particularly advantageous development of the method according to the invention, the amount of the measurement data transmitted to the cloud for carrying out the estimates is reduced by considering only measurement data that has a specific physical unit. If, for example, a pressure sensor of a valve is first sought, only measurement data for the further evaluation will be provided taken into account, which a pressure unit, for example, bar, is assigned. As a result, the amount of data to be examined can be significantly reduced, which accelerates the process as a whole.
Vorteilhafterweise werden im Rahmen einer danach erfolgenden Plausibilitätsprüfung der zuvor gefilterten Messdaten die Messdaten dahingehend überprüft, ob sie für eine spezielle Art einer Messstelle überhaupt in Frage kommen. Dabei wird insbesondere eine zeitliche Abhängigkeit der Messdaten be¬ trachtet. Aber auch statistische Werte wie Mittelwerte, Me¬ diane, Varianzen, Offsets und dergleichen können im Rahmen der Plausibilitätsprüfung verwendet werden. Wird beispielsweise nach Daten von Drucksensoren in der Umgebung eines Ventils gesucht, kann ein zeitliches Verhalten der Messdaten aufschlussreich sein. Sind die Messdaten einer bestimmten Messstelle in einem Zeitraum konstant, in dem sich eine Stellung des Ventils und eine Durchfluss durch das Ven- til ändern, so kann es sich bei den untersuchten Messdaten nicht um einen Ventilausgangsdruck handeln. Advantageously, in the course of a subsequent plausibility check of the previously filtered measurement data, the measurement data are checked to see whether they are even suitable for a specific type of measurement site. Here, a time dependence of the measured data will be particularly ¬ seeks. But statistical values such as mean values, Me ¬ diane, variances, offsets and the like can be used in the plausibility check. If, for example, data are sought from pressure sensors in the vicinity of a valve, a temporal behavior of the measured data can be informative. If the measured data of a specific measuring point are constant in a period in which a position of the valve and a flow rate through the valve change, the measured data investigated can not be a valve outlet pressure.
Die als unplausibel erachteten Messdaten bestimmter Messstellen werden dann für die weitere Auswertung nicht mehr berück- sichtigt. The measurement data of certain measuring points considered implausible are then no longer taken into account for further evaluation.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, im Rahmen der zuvor erläuterten vorteilhaften Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens folgendermaßen vorzugehen: Die Messdaten werden in dem Messdatenarchiv der industriellen Anlage gespeichert und entweder komplett oder zyklisch an eine interne Cloud übertragen. Nachdem die zuvor erläuterten Vorauswahlverfahren vor Ort, das heißt in der als lokale Server-Hardware ausgebilde¬ ten (internen) Cloud innerhalb der industriellen Anlage durchgeführt worden sind, werden anschließend nur die für die Asset-Überwachung als relevant erachteten Messdaten an die (externe) Cloud übertragen. Bei einem Zuordnungsverfahren der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß auch durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst: It is within the scope of the invention, as part of the above-described advantageous developments of the method according to the invention proceed as follows: The measurement data are stored in the measurement data archive of the industrial plant and either completely or cyclically transferred to an internal cloud. After the previously explained preselection methods have been carried out locally, that is to say in the (internal) cloud embodied as local server hardware within the industrial installation, subsequently only the measurement data deemed relevant for the asset monitoring are transmitted to the (external) Transfer cloud. In an allocation method of the type described above, the object is achieved according to the invention by the following method steps:
a) Übertragung einer Teilmenge oder einer Gesamtmenge der (a) transfer of a subset or a total quantity of
Messdaten aus dem Messdatenarchiv in die Cloud, um eine Weiterverarbeitung der Messdaten in der Cloud zu ermöglichen;  Measurement data from the measurement data archive into the cloud, in order to enable further processing of the measurement data in the cloud;
b) Identifizierung von Reglerbausteinen, die Teil der industriellen Anlage sind; b) identification of controller modules that are part of the industrial plant;
c) Vergleich aller Stellgrößen der Reglerbausteine mit in dem Messdatenarchiv und/oder der Cloud hinterlegten Sollgrößen für insbesondere mechanische Assets; c) Comparison of all manipulated variables of the controller modules with stored in the measurement data archive and / or the cloud setpoints for particular mechanical assets;
d) Erfassung einer Regelgröße des jeweiligen Reglerbausteins und Bestimmung einer physikalischen Einheit und einer Bezeichnung der dazugehörigen Messstelle der Regelgröße; e) Identifizierung eines Typs des jeweiligen Reglerbausteins anhand der Regelgröße sowie deren physikalischen Einheit und Messstellenbezeichnung. d) acquisition of a controlled variable of the respective controller module and determination of a physical unit and a designation of the associated measuring point of the controlled variable; e) Identification of a type of the respective controller block on the basis of the controlled variable as well as its physical unit and measuring point designation.
Zunächst werden in der industriellen Anlage alle First, in the industrial plant all
Reglerbausteine gesucht und identifiziert, die Teil der in¬ dustriellen Anlage sind. Bei einem Reglerbaustein kann es sich beispielsweise um einen PID-Regler handeln. Controller blocks sought and identified that are part of the in-industrial ¬ system. A controller module may, for example, be a PID controller.
Wird bei dem anschließenden Vergleich beispielsweise an einem Reglerbaustein ein Stellgrößenverlauf gefunden, der exakt zu einem in dem Messdatenarchiv oder der Cloud hinterlegten Stellungsverlauf eines betrachteten Ventils passt, so handelt es sich bei dem Reglerbaustein um den das Ventil ansteuernden Prozessregier. If, in the subsequent comparison, a control variable profile is found, for example, on a controller module that exactly matches a position profile of a valve under consideration stored in the measurement data archive or the cloud, then the controller module is the process controller controlling the valve.
Die darauf erfolgende Ermittlung der physikalischen Einheit der jeweiligen Messdaten und der Bezeichnung der dazugehörigen Messstelle bringt Aufschluss darüber, um welchen The subsequent determination of the physical unit of the respective measured data and the name of the associated measuring point provides information about which
Reglertyp es sich bei dem zuvor gefundenen Reglerbaustein handelt. Ist die physikalische Einheit beispielsweise „Masse oder Volumen pro Zeit" und die Bezeichnung „Flow", so handelt es sich um einen Durchflussregler, der den Durchfluss durch das Ventil beeinflusst. The controller type is the previously found controller block. For example, if the physical unit is "mass or volume per time" and the term is "flow", then It is a flow regulator that affects the flow through the valve.
Handelt es sich um einen Druckwert, so kann es ein Druckreg¬ ler für den Druck vor oder nach dem Ventil sein. Hier kann folgende Überlegung angestellt werden: Bei einer Druckrege¬ lung in einer Rohrleitung wird meist der Druck nach dem Ventil geregelt. Dieser reagiert sehr schnell auf Ventilbewegun¬ gen, was sich im zeitlichen Verlauf der dazugehörigen Messdaten widerspiegelt. Bei einer Druckregelung in einem Behälter mittels eines Auslassventils wird dagegen der Druck regelmä¬ ßig vor dem Ventil geregelt. Hier reagiert der Druck aufgrund der Pufferkapazität des Behälters typischerweise langsamer auf die Ventilbewegungen. Anhand dieser Randbedingungen können die Messdaten einfach und automatisiert einem bestimmten Regler eines bestimmten Assets zugeordnet werden. If it is a pressure value, so it can be a Druckreg ¬ ler for the pressure upstream or downstream of the valve to be. Here, the following consideration can be made: In a pressure regulator ¬ ment in a pipeline, the pressure is usually controlled by the valve. This is very responsive to Ventilbewegun ¬ gen, which is reflected in the timing of associated measurement data. In a pressure control in a container by means of an exhaust valve, however, the pressure is regelmä ¬ SSIG regulated upstream of the valve. Here, due to the buffer capacity of the container, the pressure typically reacts more slowly to the valve movements. Based on these constraints, the measurement data can be easily and automatically assigned to a specific controller of a particular asset.
Die anhand des zuvor erläuterten Verfahrens ermittelte Regel¬ größe, die einen für das Asset relevanten Messwert darstellt, bringt den Vorteil mit sich, dass für nachfolgende Datenve¬ rarbeitungsverfahren eine unbekannte Variable weniger gefunden werden muss. The determined based on the aforementioned proceedings Rule ¬ size, which is a relevant asset measurement, brings with it the advantage that an unknown variable must be found less for subsequent Datenve ¬ rarbeitungsverfahren.
Bei einem Zuordnungsverfahren der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß auch durch die folgenden Verfahrensschritte gelöst: In an allocation method of the type described above, the object is achieved according to the invention by the following method steps:
a) Übertragung einer Teilmenge oder einer Gesamtmenge der (a) transfer of a subset or a total quantity of
Messdaten aus dem Messdatenarchiv in die Cloud, um eine Weiterverarbeitung der Messdaten in der Cloud zu ermöglichen;  Measurement data from the measurement data archive into the cloud, in order to enable further processing of the measurement data in the cloud;
b) Festlegung eines Assets, das einen bestimmten Typ aufweist, insbesondere eines Ventils oder einer Pumpe, wobei dem Asset in der Cloud eine charakteristische Messgröße mit dazugehöriger Messstelle zugeordnet ist; b) determining an asset that has a certain type, in particular a valve or a pump, wherein the asset in the cloud is assigned a characteristic measured variable with associated measuring point;
c) Identifizierung von Reglerbausteinen, die Teil der industriellen Anlage sind; d) Vergleich aller Stellgrößen der Reglerbausteine mit in dem Messdatenarchiv und/oder der Cloud für insbesondere mechanische Assets hinterlegten Sollgrößen; c) identification of controller modules that are part of the industrial plant; d) comparison of all manipulated variables of the controller modules with setpoint variables stored in the measurement data archive and / or the cloud for, in particular, mechanical assets;
e) Erfassung einer Regelgröße des jeweiligen Reglerbausteins und Bestimmung einer physikalischen Einheit und einer Bezeichnung der dazugehörigen Messstelle der Regelgröße; e) acquisition of a controlled variable of the respective controller module and determination of a physical unit and a designation of the associated measuring point of the controlled variable;
f) Identifizierung eines Typs des jeweiligen Reglerbausteins anhand der Regelgröße sowie deren physikalischen Einheit und Messstellenbezeichnung; f) identification of a type of the respective controller module based on the controlled variable as well as its physical unit and measuring point designation;
g) Auslesen eines für den bestimmten Assettyp in der Cloud hinterlegten allgemeinen physikalischen Zusammenhangs zwischen für den bestimmten Assettyp relevanten Messgrößen verschiedener Messstellen; g) reading out a general physical relationship stored for the particular type of asset in the cloud between measured variables of different measuring points that are relevant for the particular asset type;
h) Schätzung von Parametern bezüglich des physikalischen Zusammenhangs unter Einbeziehung der zu dem bestimmten h) Estimation of parameters related to the physical relationship including those relating to the particular one
Assettyp gehörigen charakteristischen Messgröße, der zu dem Reglerbaustein gehörigen Regelgröße und in der Cloud hinterlegter historischer Messdaten;  Assettyp associated characteristic variable, the controlled variable associated with the control block and stored in the cloud historical measurement data;
i) Schrittweiser Vergleich der in dem Messdatenarchiv hinterlegten Messdaten mit dem zuvor ermittelten physikalischen Zusammenhang und Bestimmung einer Abweichung; i) Step by step comparison of the measurement data stored in the measurement data archive with the previously determined physical relationship and determination of a deviation;
j) Zuordnung der Messdaten zu einem bestimmten Asset anhand einer statistischen Auswertung der ermittelten Abweichungen . j) Assignment of the measured data to a specific asset based on a statistical evaluation of the deviations determined.
Durch die zuvor erfolgte Identifizierung der zu dem bestimmten Asset gehörigen Reglerbausteine sowie der dazugehörigen Regelgröße muss eine Variable weniger durch Due to the previously identified identification of the controller components belonging to the specific asset and the associated control variable, one variable must be less
Residuenberechnungen ermittelt werden. Bei einem Ventilasset sind die Variablen „Ventilstellung", „Durchflussrate" und „Druckdifferenz" Bestandteil der Gleichung. Die Variable „Druckdifferenz" lässt sich dabei aus den beiden Variablen „Druck vor dem Ventil" und „Druck nach dem Ventil" berechnen.  Residual calculations are determined. For a valve set, the variables "valve position", "flow rate" and "pressure difference" form part of the equation, and the variable "pressure difference" can be calculated from the two variables "pressure before valve" and "pressure after valve".
Im ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt erhält man durch die Wahl des bestimmten Assets (hier: Ventilassets ) die erste Variable „Ventilstellung". Durch die Identifizierung der Reglerbausteine wird die zweite Variable „Durchflussrate" ermittelt. Somit weist die zu schätzende Gleichung nur noch zwei nicht zugeordnete Variable auf, was die Durchführung der Schätzung deutlich erleichtern und die Qualität der Schätzergebnisse und der Zuordnung verbessern kann. In the first method step according to the invention, the first variable "valve position" is obtained by the selection of the specific asset (in this case: valve set.) By identifying the controller modules, the second variable "flow rate" is obtained. determined. Thus, the equation to be estimated has only two unassigned variables, which can greatly facilitate the performance of the estimation and improve the quality of the estimation results and the assignment.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des zuvor erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zur Durchführung der Schätzungen zu betrachtende Menge der in die Cloud übertragenen Messdaten dadurch reduziert, dass nur Messdaten betrachtet werden, die eine bestimmte physikalische Einheit aufweisen. Wird beispielsweise zunächst ein Drucksensor eines Ventils gesucht, so werden nur Messdaten für die weitere Aus¬ wertung berücksichtigt, denen eine Druckeinheit, beispiels¬ weise bar, zugeordnet ist. Dadurch kann die Menge an zu un- tersuchenden Daten deutlich verringert werden, wodurch sich das Verfahren insgesamt beschleunigen lässt. In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention explained above, the amount of data transmitted to the cloud for carrying out the estimations is reduced by considering only measurement data that has a specific physical unit. For example, initially, a pressure sensor of a valve searched, only measurement data for further evaluation from ¬ be considered where a printing unit, example ¬ as cash is allocated. As a result, the amount of data to be examined can be significantly reduced, which as a whole accelerates the process.
Vorteilhafterweise werden im Rahmen einer danach erfolgenden Plausibilitätsprüfung der zuvor gefilterten Messdaten die Messdaten dahingehend überprüft, ob sie für eine spezielle Art einer Messstelle überhaupt in Frage kommen. Dabei wird insbesondere eine zeitliche Abhängigkeit der Messdaten be¬ trachtet. Aber auch statistische Werte wie Mittelwerte, Me¬ diane, Varianzen, Offsets und dergleichen können im Rahmen der Plausibilitätsprüfung verwendet werden. Advantageously, in the course of a subsequent plausibility check of the previously filtered measurement data, the measurement data are checked to see whether they are even suitable for a specific type of measurement site. Here, a time dependence of the measured data will be particularly ¬ seeks. But statistical values such as mean values, Me ¬ diane, variances, offsets and the like can be used in the plausibility check.
Wird beispielsweise nach Daten von Drucksensoren in der Umgebung eines Ventils gesucht, kann ein zeitliches Verhalten der Messdaten aufschlussreich sein. Sind die Messdaten einer be- stimmten Messstelle in einem Zeitraum konstant, in dem sich eine Stellung des Ventils und eine Durchfluss durch das Ven¬ til ändern, so kann es sich bei den untersuchten Messdaten nicht um einen Ventilausgangsdruck handeln. Die als unplausibel erachteten Messdaten bestimmter Messstellen werden dann für die weitere Auswertung nicht mehr berücksichtigt . Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Identifizierung der Messdaten mit der bestimmten physikalischen Einheit nur ein Teilbereich der industriellen Anlage, vorzugsweise nur ein bestimmte verfah- renstechnische Einheit (z.B. Destillationskolonne, Rührkes¬ selreaktor, Fermenter), berücksichtigt. Die Beschränkung grenzt die für ein jeweiliges Asset in Frage kommenden Mess¬ daten bzw. Messstellen deutlich ein, was die Zuordnungsgenauigkeit erhöhen und den für das Zuordnungsverfahren benötigten Aufwand verringern kann. If, for example, data are sought from pressure sensors in the vicinity of a valve, a temporal behavior of the measured data can be informative. If the measurement data of a certain measuring point in a spectrum of conditions in which to change a position of the valve and a flow through the Ven ¬ til, so it can not be in the investigated measurement data to a valve outlet pressure. The measurement data of certain measuring points, which are considered implausible, are then no longer considered for further evaluation. In an advantageous development of the method according to the invention only a portion of the industrial plant, preferably only a certain procedural technical unit (eg distillation column, Rührkes ¬ selreaktor, fermenter) is considered to identify the measured data with the specific physical unit. The restriction limits the candidate for a particular asset measurement ¬ data or measuring point significantly, which may increase the allocation accuracy and reduce the need for the mapping process complexity.
Vorteilhafterweise werden die Messdaten vor Beginn des Zuord¬ nungsverfahrens in Trainingsdaten und Validierungsdaten unterteilt, wodurch sich das Zuordnungsverfahren weiter verbes- sern lässt. Werden nicht zu einem bestimmten Asset gehörige Messdaten einer Messstelle zur Parametrierung der physikalischen Gleichung genutzt, fällt die Abweichung der Validierungsdaten noch höher aus als ohne Unterteilung der Messdaten. Dadurch lassen sich die Messdaten noch besser einem be- stimmten Asset zuordnen. Advantageously, the measurement data before the start of Alloc ¬ drying process be divided into training data and validation data, whereby the assignment method further can im- fibers. If measurement data of a measuring point not belonging to a particular asset are used to parameterize the physical equation, the deviation of the validation data is even higher than without subdivision of the measured data. This makes it even easier to assign the measured data to a specific asset.
Im Rahmen einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Zuordnungsverfahrens werden nach Abschluss des Zuordnungsver¬ fahrens einem Nutzer der industriellen Anlage automatisiert Vorschläge bezüglich einer Zuordnung einzelner Messdaten zu bestimmten Assets unterbreitet. Der Nutzer muss dabei keine langen Signallisten durchgehen, sondern bekommt eine einzige Zuordnung als Ergebnis des automatisierten Zuordnungsprozes¬ ses präsentiert. Dadurch kann mit vertretbarem Mehraufwand sichergestellt werden, dass kein Asset-Überwachungssystem in Betrieb genommen wird, das falsche Zuordnungen von Messstel¬ len zu Assets aufweist. In a particularly advantageous development of the mapping process a user of the industrial plant are automated proposals for an allocation of individual measured data on specific assets submitted after completion of Zuordnungsver ¬ proceedings. The user has to go through any long signal lists, but gets a single assignment as a result of the automated Zuordnungsprozes ¬ ses presented. This can be ensured with reasonable additional effort that no asset monitoring system is put into operation, which has incorrect assignments of Messstel len to assets.
Gerade wenn die Zuordnung in Grenzfällen nicht mit ausrei- chend hoher Sicherheit erfolgen kann, ist es zudem vorteil¬ haft, wenn dem Nutzer nach Abschluss des Zuordnungsverfahrens automatisiert eine Mehrzahl an Vorschlägen unterbreitet wird, worauf der Nutzer eine manuelle Entscheidung über eine end- gültige Zuordnung der Messdaten zu bestimmten Assets treffen kann. Dadurch lassen sich etwaige Fehlzuordnungen effektiv vermeiden . Just when the assignment in borderline cases can not be determined with sufficient high security, it is also beneficial ¬ way, if the user after completion of the assignment process automates a plurality submit proposals on what the user manual deciding on a final valid assignment of measurement data to specific assets. This can effectively avoid any misallocations.
Das beschriebene Verfahren mit seinen Ausgestaltungen ist bevorzugt in einer Software implementiert. Die zuvor ausgeführ¬ te Aufgabe wird entsprechend auch durch ein Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst. Bei dem Computer kann es sich beispielsweise um ein Automati¬ sierungsgerät mit einer Verarbeitungseinheit nach Art eines Prozessors oder dergleichen handeln. The described method with its embodiments is preferably implemented in software. The previously recycle ¬ th object is solved accordingly by a computer program with computer-executable program code instructions for implementing the method according to the invention. The computer may be, for example, an automation ¬ sierungsgerät with a processing unit by way of a processor or the like.
Ein Automatisierungsgerät, insbesondere ein Industrieautoma¬ tisierungsgerät, auf dem ein derartiges Computerprogramm im¬ plementiert ist, ist ein Beispiel für ein Computersystem, auf welches sich die Erfindung ebenfalls bezieht. Anstelle des Automatisierungsgerätes kommen auch Standardcomputer, wie sie bei der Büroautomatisierung üblich sind, in Betracht. An automation device, in particular a Industrieautoma ¬ tisierungsgerät on which such a computer program is in ¬ plemented, is an example of a computer system to which the invention likewise relates. Instead of the automation device and standard computers, as they are common in office automation, come into consideration.
Das Computerprogramm zur Implementierung des Verfahrens wird üblicherweise auf oder in einem Speichermedium, also beispielsweise auf einem magnetischen oder optischen Datenträger oder in einem Halbleiterspeicher, vorgehalten, so dass die Erfindung auch ein Speichermedium mit einem durch einen Computer ausführbaren Computerprogramm zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner Ausgestaltungen betrifft. The computer program for implementing the method is usually held on or in a storage medium, that is, for example, on a magnetic or optical data carrier or in a semiconductor memory, so that the invention also a storage medium with a computer-executable computer program for implementing the method and its Embodiments relates.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den beiden Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen: The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiment, which will be described in more detail in connection with the two drawings. Show it:
FIG 1 ein Kennlinienfeld eines Ventil-Assets mit zu dem 1 shows a family of characteristics of a valve assets with to the
Ventil-Asset gehörigen Messdaten; und FIG 2 das Kennlinienfeld des Ventil-Assets mit nicht zu dem Ventil-Asset gehörigen Messdaten. Valve asset associated with measurement data; and 2 shows the characteristics of the valve assets with not belonging to the valve asset measurement data.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird am Beispiel eines Ven- til-Assets erläutert. Es steht außer Frage, dass sich das Verfahren auch auf andere mechanische, elektromechanische oder elektrische Assets anwenden lässt. A method according to the invention is explained using the example of a valve asset. There is no question that the method can also be applied to other mechanical, electromechanical or electrical assets.
Zunächst werden entweder alle Messdaten oder wenigstens eine Teilmenge der Messdaten aus dem Messdatenarchiv in die Cloud übertragen, um einen schnellen und ortsunabhängigen Zugriff auf die Daten zu ermöglichen. Es kann sich dabei um eine interne oder eine externe Cloud (außerhalb der industriellen Anlage) handeln. First, either all measurement data or at least a subset of the measurement data is transferred from the measurement data archive into the cloud, in order to allow fast and location-independent access to the data. It can be an internal or an external cloud (outside the industrial plant).
Im nachfolgenden Verfahrensschritt werden in der industriel¬ len Anlage alle Assets vom Typ „Ventil" sowie alle In the subsequent process step, all the assets of type "valve" are used in the industriel ¬ len system and all
Reglerbausteine gesucht und identifiziert. Bei den Controller blocks sought and identified. Both
Reglerbausteinen handelt es sich dabei um PID-Regler. Es kann dabei davon ausgegangen werden, dass zu den meisten in der industriellen Anlage enthaltenen Ventil-Assets auch entsprechende Reglerbausteine existieren. Controller modules are PID controllers. It can be assumed that most of the valve assets contained in the industrial plant also have corresponding control modules.
In einem anschließenden Vergleich werden die Daten aller Stellgrößen der Reglerbausteine mit den Sollventilstellungen der Ventilbausteine verglichen. Die Sollventilstellungen sind dabei in der industriellen Anlage beispielsweise in dem Mess¬ datenarchiv, oder in der Cloud selbst hinterlegt. Wird bei dem Vergleich an einem Reglerbaustein ein Stellgrößenverlauf gefunden, der exakt zu einem in dem Messdatenarchiv oder der Cloud hinterlegten Sollwertverlauf eines betrachteten Ventils passt, so handelt es sich bei dem Reglerbaustein um den das Ventil ansteuernden Prozessregler. Eine darauf erfolgende Ermittlung der physikalischen Einheit der jeweiligen Messdaten und der Bezeichnung der dazugehörigen Messstelle bringt Aufschluss darüber, um welchen In a subsequent comparison, the data of all manipulated variables of the controller blocks are compared with the setpoint valve positions of the valve blocks. The target valve positions are in the industrial plant, for example, in the measurement ¬ data archive, or deposited in the cloud itself. If, during the comparison, a control value curve is found on a controller module that exactly matches a setpoint curve of a valve under consideration stored in the measurement data archive or the cloud, then the controller module is the process controller controlling the valve. A subsequent determination of the physical unit of the respective measurement data and the name of the associated measuring point provides information about which
Reglertyp es sich bei dem zuvor gefundenen Reglerbaustein handelt. Ist die physikalische Einheit beispielsweise „Masse oder Volumen pro Zeit" und die Bezeichnung „Flow", so handelt es sich um einen Durchflussregler für den Durchfluss durch das Ventil. Controller type is the previously found controller block is. For example, if the physical unit is "mass or volume per time" and the term is "flow," it is a flow regulator for flow through the valve.
Handelt es sich um einen Druckwert, so kann es ein Druckreg¬ ler vor oder nach dem Ventil sein. Hier kann folgende Überlegung angestellt werden: Bei einer Druckregelung in einer Rohrleitung wird meist der Druck nach dem Ventil geregelt. Dieser reagiert sehr schnell auf Ventilbewegungen, was sich im zeitlichen Verlauf der dazugehörigen Messdaten widerspiegelt. Bei einer Druckregelung in einem Behälter mittels eines Auslassventils wird dagegen der Druck regelmäßig vor dem Ven¬ til geregelt. Hier reagiert der Druck aufgrund der Pufferka- pazität des Behälters typischerweise langsamer auf die Ven¬ tilbewegungen. Anhand dieser Randbedingungen können die Messdaten einfach und automatisiert einem bestimmten Regler eines bestimmten Assets zugeordnet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist für das Ventil einIf it is a pressure value, it may be a Druckreg ¬ ler before or after the valve. Here, the following consideration can be made: In a pressure control in a pipeline usually the pressure after the valve is regulated. This responds very quickly to valve movements, which is reflected in the time course of the associated measurement data. In a pressure control in a container by means of an exhaust valve, however, the pressure is regularly regulated before Ven ¬ til. Here, the pressure typically respond more slowly due to the buffer capacity of the container to the Ven ¬ tilbewegungen. Based on these constraints, the measurement data can be easily and automatically assigned to a specific controller of a particular asset. In the present embodiment is for the valve a
Durchflussregler gefunden worden, so dass noch zwei Druckwerte (vor und hinter dem Ventil) gefunden werden müssen, um das Ventilverhalten vollständig abbilden zu können. In einem nächsten Verfahrensschritt wird die Menge der in die Cloud übertragenen Messdaten dadurch reduziert, dass nur Messdaten betrachtet werden, die eine bestimmte physikalische Einheit aufweisen. In diesem Fall werden Drucksensoren des Ventils gesucht. Daher werden nur Messdaten für die weitere Auswertung berücksichtigt, denen eine Druckeinheit, bei¬ spielsweise bar, zugeordnet ist. Dadurch kann die Menge an zu untersuchenden Daten deutlich verringert werden, wodurch sich das Verfahren insgesamt beschleunigen lässt. Im Anschluss erfolgt eine Plausibilitätsprüfung der zuvor gefilterten Messdaten. Diese werden dahingehend überprüft, ob sie für einen Drucksensor überhaupt in Frage kommen. Dabei wird insbesondere eine zeitliche Abhängigkeit der Messdaten betrachtet. Aber auch statistische Werte wie Mittelwerte, Me¬ diane, Varianzen, Offsets und dergleichen können im Rahmen der Plausibilitätsprüfung verwendet werden. Sind die Messdaten einer bestimmten Messstelle in einem Zeitraum konstant, in dem sich eine Stellung des Ventils und der Durchfluss durch das Ventil ändern, so kann es sich bei den untersuchten Messdaten nicht um einen Ventilausgangsdruck handeln . Flow controller has been found, so that two more pressure values (before and after the valve) must be found in order to fully map the valve behavior can. In a next method step, the amount of measurement data transmitted to the cloud is reduced by considering only measurement data that has a specific physical unit. In this case, pressure sensors of the valve are searched. Therefore, only data for further evaluation are taken into account, which is associated with a printing unit at ¬ play as cash. As a result, the amount of data to be examined can be significantly reduced, which accelerates the process as a whole. This is followed by a plausibility check of the previously filtered measurement data. These are checked to see if they are even suitable for a pressure sensor. In particular, a temporal dependency of the measured data is used considered. But statistical values such as mean values, Me ¬ diane, variances, offsets and the like can be used in the plausibility check. If the measuring data of a specific measuring point are constant in a period in which a position of the valve and the flow through the valve change, the measured data investigated can not be a valve outlet pressure.
Die als unplausibel erachteten Messdaten bestimmter Messstellen werden dann für die weitere Auswertung nicht mehr berücksichtigt . Die Messdaten der Ventilstellung und des Durchflusses sind dem Ventil-Asset zugeordnet, die Messdaten des Drucks vor und hinter dem Ventil sind jedoch noch nicht zugeordnet. Alle Messdatenstehen in einem physikalischen Zusammenhang und können mittels einer in der Cloud hinterlegten Gleichung in ei- nen Zusammenhang gebracht werden. Unbekannte Parameter dieser Gleichung können mithilfe der in die Cloud übertragenen Messdaten durch bekannte Verfahren, wie die Minimierung der Fehlerquadratsumme, geschätzt werden. Dabei werden alle noch in Frage kommenden Messdaten von Drucksignalen durchpermutiert und für alle Kombinationen ein Parametersatz gelernt. The measurement data of certain measuring points, which are considered implausible, are then no longer considered for further evaluation. The measurement data of the valve position and the flow are assigned to the valve asset, but the measurement data of the pressure in front of and behind the valve are not yet assigned. All measurement data are physically related and can be related by an equation stored in the cloud. Unknown parameters of this equation can be estimated using the measured data transmitted to the cloud by known methods, such as minimizing the least squares error. All possible measurement data of pressure signals are permuted and a parameter set is learned for all combinations.
Dabei führt die Schätzung mit Messdaten, die von dem Ventil- Asset zugeordneten Messstellen stammen, zu einer vergleichsweise geringen Abweichung der geschätzten Gleichung von den Messdaten, mit anderen Wort zu einem kleinen Residuum. Umgekehrt führt die Schätzung mit Messdaten, die nicht dem be¬ stimmten Asset zugeordnet sind, zu einer großen Abweichung bzw. zu einem großen Residuum. Die Schätzung kann dabei für die jeweiligen Messdaten einer Messstelle nacheinander oder, bei einer entsprechend vorhandenen Berechnungsarchitektur, auch parallel durchgeführt werden. Figur 1 zeigt ein Kennlinienfeld 1 des Ventils. Dargestellt ist die Abhängigkeit zwischen dem Durchfluss (in Kubikmeter pro Stunde) , der Ventilöffnung (in Prozent) und der Druckdif¬ ferenz vor und hinter dem Ventil (in bar) . Zusätzlich sind einzelne Datenpunkte 2 der zuzuordnenden Messdaten eines Drucksensors dargestellt. Es ist gut zu erkennen, dass die Abweichung der Datenpunkte von dem ( Soll- ) Kennlinienfeld sehr gering ist, d.h. die Datenpunkte mit anderen Worten sehr gut in das Kennlinienfeld passen. In doing so, the estimation with measurement data coming from measurement sites associated with the valve asset results in a comparatively small deviation of the estimated equation from the measurement data, in other words to a small residual. Conversely, the estimation with measurement data that is not assigned to the particular asset leads to a large deviation or to a large residual. The estimation can be carried out in succession for the respective measuring data of a measuring point or, in the case of a correspondingly existing calculation architecture, also in parallel. FIG. 1 shows a characteristic field 1 of the valve. Shown is the relationship between the flow (in cubic meters per hour), the valve opening (in percent) and the Druckdif ¬ conference before and after the valve (in bar). In addition, individual data points 2 of the measurement data of a pressure sensor to be assigned are shown. It is easy to see that the deviation of the data points from the (nominal) characteristic field is very small, ie the data points in other words fit very well into the characteristic field.
In Figur 2 ist der umgekehrte Fall dargestellt. Die Daten¬ punkte 2 passen sehr schlecht zu dem Kennlinienfeld 1, d.h. die Abweichung ist sehr groß. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass die zu den untersuchten Messdaten gehörige Mess- stelle nicht dem Ventil-Asset zugehörig ist. In Figure 2, the opposite case is shown. The data ¬ points 2 fit very badly to the characteristic field 1, ie the deviation is very large. It can therefore be assumed that the measuring point associated with the measured data does not belong to the valve asset.
Am Ende des Verfahrens ist für das Ventil dessen Ventilstel¬ lung, der Durchfluss und der Druck vor und nach dem Ventil bekannt . At the end of the process is for the valve whose valve Stel ¬ lung, the flow rate and the pressure before and after the known valve.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Although the invention in detail by the preferred embodiment has been illustrated and described in detail, the invention is not limited ¬ by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the skilled artisan without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Zuordnung von Messdaten zur cloudbasierten Überwachung insbesondere mechanischer Assets einer industri- eilen Anlage, wobei die industrielle Anlage ein Messdatenar¬ chiv aufweist, in welchem Messdaten einer Mehrzahl an Messstellen, insbesondere Druck- oder Durchflusssensoren, hinterlegt sind, das Zuordnungsverfahren umfassend: 1. A method for assigning measurement data to the cloud-based monitoring particular mechanical assets of an indus- rush system, wherein the industrial facility includes a Messdatenar ¬ chiv, in which measurement data of a plurality of measuring points, in particular pressure or flow sensors, stored, the allocation method comprising:
a) Übertragung einer Teilmenge oder einer Gesamtmenge der (a) transfer of a subset or a total quantity of
Messdaten aus dem Messdatenarchiv in die Cloud, um eine Measurement data from the measurement archive to the cloud, to a
Weiterverarbeitung der Messdaten in der Cloud zu ermöglichen; Enable further processing of the measurement data in the cloud;
b) Festlegung eines Assets, das einen bestimmten Typ aufweist, insbesondere eines Ventils oder einer Pumpe, wobei dem Asset in der Cloud eine charakteristische Messgröße mit dazugehöriger Messstelle zugeordnet ist; b) determining an asset that has a certain type, in particular a valve or a pump, wherein the asset in the cloud is assigned a characteristic measured variable with associated measuring point;
c) Auslesen eines für den bestimmten Assettyp in der Cloud hinterlegten allgemeinen physikalischen Zusammenhangs zwischen für den bestimmten Assettyp relevanten Messgrößen verschiedener Messstellen, wobei der allgemeine physikalische Zusammenhang eine Anzahl an zu bestimmenden Parametern aufweist; c) reading out a general physical relationship stored for the particular type of asset in the cloud between measured variables of different measuring points relevant for the particular asset type, the general physical relationship having a number of parameters to be determined;
d) Schrittweise Schätzung der Parameter des physikalischen Zusammenhangs unter Einbeziehung der zu dem bestimmten Assettyp gehörigen charakteristischen Messgröße und den in dem Messdatenarchiv hinterlegten Messdaten der für das bestimmte Asset in Frage kommenden Messgrößen; d) step-by-step estimation of the parameters of the physical relationship including the characteristic measured variable associated with the particular asset type and the measurement data stored in the measurement data archive of the measurands that are eligible for the particular asset;
e) Schrittweise Vergleich des zuvor ermittelten physikali¬ schen Zusammenhangs mit den zum Schätzen genutzten Messda- ten und Bestimmung eines Residuums; e) Step comparing the previously determined physi ¬ rule relationship with the measuring data used for estimating and determining a residual;
f) Zuordnung der Messdaten zu einem bestimmten Asset anhand einer statistischen Auswertung des ermittelten Residuums. f) Assignment of the measured data to a specific asset based on a statistical evaluation of the residual determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem vor Durchführung der Verfahrensschritte d bis f Messdaten in der Cloud identifi¬ ziert werden, denen eine bestimmte physikalische Einheit zu¬ gewiesen ist, um für den für den bestimmten Assettyp relevan ten physikalischen Zusammenhang irrelevante Messdaten von der weiteren Auswertung auszuschließen. 2. The method of claim 1, wherein prior to performing the method steps d to f measurement data in the cloud identifi ¬ are adorned ¬ which a certain physical unit is ¬ assigned to relevant for the particular type of asset th the physical relationship irrelevant measurement data excluded from the further evaluation.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die in die Cloud übertragenen Messdaten vor Durchführung der Verfahrensschritte d bis f gemäß Anspruch 1 einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden, derart, dass charakteristische Merkmale der Messdaten, insbesondere deren zeitlicher Verlauf, in einen Zusammenhang mit dem bestimmten Asset gebracht werden, um unplausible Messdaten für das weitere Zuordnungsverfahren nicht weiter zu berücksichtigen. 3. The method according to claim 1, wherein the measured data transmitted to the cloud are subjected to a plausibility check before the method steps d to f according to claim 1 are carried out, such that characteristic features of the measured data, in particular their time course, are related to the particular asset in order to disregard implausible measurement data for the further allocation process.
4. Verfahren zur Zuordnung von Messdaten zur cloudbasierten Überwachung insbesondere mechanischer Assets einer industri- eilen Anlage, wobei die industrielle Anlage ein Messdatenar¬ chiv aufweist, in welchem Messdaten einer Mehrzahl an Messstellen, insbesondere Druck- oder Durchflusssensoren, hinterlegt sind, das Zuordnungsverfahren umfassend: 4. A method for assigning measurement data to the cloud-based monitoring particular mechanical assets of an indus- rush system, wherein the industrial facility includes a Messdatenar ¬ chiv, in which measurement data of a plurality of measuring points, in particular pressure or flow sensors, stored, the allocation method comprising:
a) Übertragung einer Teilmenge oder einer Gesamtmenge der (a) transfer of a subset or a total quantity of
Messdaten aus dem Messdatenarchiv in die Cloud, um eine Measurement data from the measurement archive to the cloud, to a
Weiterverarbeitung der Messdaten in der Cloud zu ermöglichen; Enable further processing of the measurement data in the cloud;
b) Festlegung eines Assets, das einen bestimmten Typ aufweist, insbesondere eines Ventils oder einer Pumpe, wobei dem Asset in der Cloud eine charakteristische Messgröße mit dazugehöriger Messstelle zugeordnet ist; b) determining an asset that has a certain type, in particular a valve or a pump, wherein the asset in the cloud is assigned a characteristic measured variable with associated measuring point;
c) Identifizierung von Reglerbausteinen, die Teil der industriellen Anlage sind; c) identification of controller modules that are part of the industrial plant;
d) Vergleich aller Stellgrößen der Reglerbausteine mit in dem Messdatenarchiv und/oder der Cloud für insbesondere mechanische Assets hinterlegten Sollgrößen; d) comparison of all manipulated variables of the controller modules with setpoint variables stored in the measurement data archive and / or the cloud for, in particular, mechanical assets;
e) Erfassung einer Regelgröße des jeweiligen Reglerbausteins und Bestimmung einer physikalischen Einheit und einer Bezeichnung der dazugehörigen Messstelle der Regelgröße; f) Identifizierung eines Typs des jeweiligen Reglerbausteins anhand der Regelgröße sowie deren physikalischen Einheit und Messstellenbezeichnung. e) acquisition of a controlled variable of the respective controller module and determination of a physical unit and a designation of the associated measuring point of the controlled variable; f) Identification of a type of the respective controller block on the basis of the controlled variable as well as its physical unit and measuring point designation.
5. Verfahren zur Zuordnung von Messdaten zur cloudbasierten Überwachung insbesondere mechanischer Assets einer industriellen Anlage, wobei die industrielle Anlage ein Messdatenar¬ chiv aufweist, in welchem Messdaten einer Mehrzahl an Messstellen, insbesondere Druck- oder Durchflusssensoren, hinterlegt sind, das Zuordnungsverfahren umfassend: 5. A method for assigning measurement data to the cloud-based monitoring particular mechanical assets of an industrial plant, the industrial facility comprising a Messdatenar ¬ chiv, in which measurement data of a plurality of measuring points, in particular pressure or flow sensors, stored, the allocation method comprising:
a) Übertragung einer Teilmenge oder einer Gesamtmenge der (a) transfer of a subset or a total quantity of
Messdaten aus dem Messdatenarchiv in die Cloud, um eine Weiterverarbeitung der Messdaten in der Cloud zu ermöglichen;  Measurement data from the measurement data archive into the cloud, in order to enable further processing of the measurement data in the cloud;
b) Festlegung eines Assets, das einen bestimmten Typ aufweist, insbesondere eines Ventils oder einer Pumpe, wobei dem Asset in der Cloud eine charakteristische Messgröße mit dazugehöriger Messstelle zugeordnet ist; b) determining an asset that has a certain type, in particular a valve or a pump, wherein the asset in the cloud is assigned a characteristic measured variable with associated measuring point;
c) Identifizierung von Reglerbausteinen, die Teil der industriellen Anlage sind; c) identification of controller modules that are part of the industrial plant;
d) Vergleich aller Stellgrößen der Reglerbausteine mit in dem Messdatenarchiv und/oder der Cloud für insbesondere mechanische Assets hinterlegten Sollgrößen; d) comparison of all manipulated variables of the controller modules with setpoint variables stored in the measurement data archive and / or the cloud for, in particular, mechanical assets;
e) Erfassung einer Regelgröße des jeweiligen Reglerbausteins und Bestimmung einer physikalischen Einheit und einer Bezeichnung der dazugehörigen Messstelle der Regelgröße; f) Identifizierung eines Typs des jeweiligen Reglerbausteins anhand der Regelgröße sowie deren physikalischen Einheit und Messstellenbezeichnung; e) acquisition of a controlled variable of the respective controller module and determination of a physical unit and a designation of the associated measuring point of the controlled variable; f) identification of a type of the respective controller module based on the controlled variable as well as its physical unit and measuring point designation;
g) Auslesen eines für den bestimmten Assettyp in der Cloud hinterlegten allgemeinen physikalischen Zusammenhangs zwischen für den bestimmten Assettyp relevanten Messgrößen verschiedener Messstellen; g) reading out a general physical relationship stored for the particular type of asset in the cloud between measured variables of different measuring points that are relevant for the particular asset type;
h) Schrittweise Schätzung der Parameter des physikalischen Zusammenhangs unter Einbeziehung der zu dem bestimmten Assettyp gehörigen charakteristischen Messgröße und den in dem Messdatenarchiv hinterlegten Messdaten der für das bestimmte Asset in Frage kommenden Messgrößen; h) step-by-step estimation of the parameters of the physical relationship including the characteristic measured variable associated with the particular asset type and the measurement data of the measured variables that are relevant for the particular asset in the measurement data archive;
i) Schrittweiser Vergleich des zuvor ermittelten physikalischen Zusammenhangs mit den zum Schätzen genutzten Messdaten und Bestimmung eines Residuums; j) Zuordnung der Messdaten zu einem bestimmten Asset anhand einer statistischen Auswertung des ermittelten Residuums. i) Stepwise comparison of the previously determined physical relationship with the measurement data used for the estimation and determination of a residual; j) Assignment of the measured data to a specific asset on the basis of a statistical evaluation of the determined residual.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem vor Durchführung der Verfahrensschritte h bis j gemäß Anspruch 5 Messdaten in der Cloud identifiziert werden, denen eine bestimmte physikali¬ sche Einheit zugewiesen ist, um für den für den bestimmten Assettyp relevanten physikalischen Zusammenhang irrelevante Messdaten von der weiteren Auswertung auszuschließen. 6. The method of claim 5, until j identified according to claim 5 measurement data in the cloud, which a certain physi ¬ specific unit is assigned to irrelevant for the relevant for the particular asset type physical relationship measurement data from the at the h prior to performing the method steps exclude further evaluation.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die in die Cloud übertragenen Messdaten vor Durchführung der Verfahrensschritte h bis j gemäß Anspruch 5 einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden, derart, dass charakteristische Merkmale der Messdaten, insbesondere deren zeitlicher Verlauf, in einen Zusammenhang mit dem bestimmten Asset gebracht werden, um unplausible Messdaten für das weitere Zuordnungsverfahren nicht weiter zu berücksichtigen. 7. The method according to claim 5, wherein the measured data transmitted to the cloud are subjected to a plausibility check prior to carrying out the method steps h to j in such a way that characteristic features of the measured data, in particular their time course, are related to the particular asset in order to disregard implausible measurement data for the further allocation process.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem zur Zuordnung der Messdaten nur ein Teilbereich der industriellen Anlage, vorzugsweise nur eine verfahrenstechnische Einheit, berücksichtigt wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, in which only a portion of the industrial plant, preferably only a procedural unit, is taken into account for the assignment of the measured data.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem die Messdaten vor Beginn des Zuordnungsverfahrens in Trainingsdaten und Validierungsdaten unterteilt werden. 9. Method according to one of the preceding claims, in which the measurement data are subdivided into training data and validation data before the start of the assignment process.
10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem nach Abschluss des Zuordnungsverfahrens einem Nutzer der industriellen Anlage automatisiert Vorschläge bezüglich einer Zuordnung einzelner Messdaten zu bestimmten Assets unterbreitet werden. 10. The method according to any one of the preceding claims, in which after completion of the assignment process a user of the industrial plant automated proposals are submitted with respect to an assignment of individual measurement data to certain assets.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem dem Nutzer nach Abschluss des Zuordnungsverfahrens automatisiert eine Mehrzahl an Vorschlägen unterbreitet wird, worauf der Nutzer eine ma- nuelle Entscheidung über eine endgültige Zuordnung der Messdaten zu bestimmten Assets treffen kann. 11. The method as claimed in claim 10, in which the user is automatically provided with a plurality of suggestions after the assignment process has ended, whereupon the user has a ma- make a final decision about a final allocation of the measurement data to specific assets.
12. Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11. A computer program comprising computer executable program code instructions for implementing the method of any one of claims 1 to 11.
13. Speichermedium mit einem durch einen Computer ausführbaren Computerprogramm gemäß Anspruch 12. 13. A storage medium having a computer-executable computer program according to claim 12.
14. Computersystem, auf dem ein Computerprogramm nach Anspruch 12 implementiert ist. 14. Computer system on which a computer program according to claim 12 is implemented.
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