WO2020025208A1 - Verfahren zum ermitteln von kalibrierzyklen für ein feldgerät in einer anlage der prozessautomatisierung - Google Patents

Verfahren zum ermitteln von kalibrierzyklen für ein feldgerät in einer anlage der prozessautomatisierung Download PDF

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WO2020025208A1
WO2020025208A1 PCT/EP2019/065456 EP2019065456W WO2020025208A1 WO 2020025208 A1 WO2020025208 A1 WO 2020025208A1 EP 2019065456 W EP2019065456 W EP 2019065456W WO 2020025208 A1 WO2020025208 A1 WO 2020025208A1
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process variable
service platform
variable
field devices
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PCT/EP2019/065456
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Reinhard Buchner
Markus Kilian
Ralf Schmidt
Eric Birgel
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Endress+Hauser Wetzer Gmbh+Co. Kg
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G—PHYSICS
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    • G05B23/0224—Process history based detection method, e.g. whereby history implies the availability of large amounts of data
    • G05B23/0227—Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions

Definitions

  • the invention relates to a method for determining calibration cycles for a field device in a process automation system, a plurality of field devices being provided in the system, each of the field devices having at least one sensor unit which is designed to record at least one process variable, the Field devices are integrated in a first communication network and communicate with a higher-level unit, the field devices transmitting the collected process values and further data, in particular diagnostic data, parameter data and status information, to the higher-level unit via the communication network, the higher-level unit transmitting the collected process values and the further ones Data transmitted to a control center of the plant.
  • Field devices that are used in industrial plants have already become known from the prior art.
  • Field devices are widely used in automation technology as well as in production automation.
  • field devices are all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information.
  • Field devices are used to record and / or influence process variables.
  • Sensor units are used to record process variables. These are used, for example, for pressure and temperature measurement, conductivity measurement, flow measurement, pFI measurement, level measurement, etc. and record the corresponding process variables pressure, temperature, conductivity, pFI value, level, flow etc.
  • Actuator systems are used to influence process variables. These are, for example, pumps or valves that can influence the flow of a liquid in a pipe or the level in a container. In addition to the aforementioned
  • Measuring devices and actuators are understood as field devices also remote I / Os, radio adapters or generally devices that are arranged on the field level.
  • the higher-level units are control units, such as a PLC (programmable logic controller) or a PLC (programmable logic controller).
  • the higher-level units are used, among other things, for process control and for commissioning the field devices.
  • the measured values recorded by the field devices, in particular by the sensor units are transmitted via the respective bus system to one (or possibly several) higher-level unit (s), which process the measured values if necessary and forward them to the control center of the system.
  • the control center is used for process visualization, process monitoring and process control via the higher-level units. Next to it is also one
  • Field devices required, in particular for the configuration and parameterization of field devices and for controlling actuators.
  • the field devices or their sensor units are calibrated during commissioning.
  • the sensor unit is set in such a way that its measured values correspond to the measured values of a calibrated reference device.
  • calibration cycles take place in a defined time sequence (so-called calibration cycles), regardless of the state of the sensor unit. On the one hand, this means that a calibration is carried out even if it is not necessary. The opposite can also be the case: a calibration is actually required but not yet planned / planned. On the other hand, the process may have to be stopped for calibration purposes, which can result in high costs.
  • the object of the invention is to present a method which allows calibration cycles of a field device to be dynamically adapted.
  • the task is accomplished through a method of determining calibration cycles for a
  • Field device in a process automation system wherein a plurality of field devices are provided in the system, each of the field devices having at least one sensor unit that is designed to record at least one process variable, the field devices being integrated in a first communication network and with a higher-level unit communicate, the field devices, the collected process values and other data, in particular
  • Service platform determines which first in the course of establishing the comparison system
  • Process variable of a first sensor unit for a second process variable of a second sensor unit can act as a comparison variable
  • the advantage of the method according to the invention is that no rigid, predetermined calibration times have to be used for the calibration of a field device or a sensor unit of the field device.
  • the sensor unit is calibrated when calibration is actually necessary. To determine the necessity, the sensor unit becomes a further sensor unit assigned, which ideally collects the same process variable or a comparable process variable. In order to select the suitable comparison variable, the collected values of the process variables are compared with one another. If these agree with the predetermined process variable with a predetermined accuracy, then a process variable can potentially be used as a comparison variable. It is provided that the process variable that has the highest accuracy in relation to the first process variable is selected.
  • a calibration order or a maintenance notification is created.
  • Maintenance notification is only detected due to a detected time-varying deviation of the two process variables.
  • the further properties are transmitted from the field devices or from the service platform to the higher-level unit.
  • this information can be collected by the field devices themselves,
  • field devices for example the information regarding the location of the field devices.
  • An operator can enter the additional information on the service platform, for example, or have his own databases included on the service platform.
  • field devices have, for example, GPS sensors or GSM modules, by means of which the information is collected.
  • Location information and / or information relating to a measuring point can be used by field devices which are located in other systems that are different from the system. In this way, the knowledge of other measuring points can be accessed and the quality of the comparison variable can be further increased. This additional information is also located on the service platform or on other platforms that have interfaces for data exchange with the service platform.
  • the service platform or the application running on the service platform, checks the type of the first and the second physical measurement variable and the physical measurement principle of the first and the second sensor unit.
  • the first process variable is only used as a comparison variable for the second process variable if the first and the second physical measured variable are of the same Type and if the first and second sensor units have a different physical measurement principle.
  • the service platform or the application running on the service platform, uses a KI algorithm, in particular based on neural networks.
  • the service platform determines the predetermined maximum value of the deviation of the second process variable from the first process variable in the course of establishing the comparison system on the basis of the history data. For example, short-term deviations of the two process variables from one another can be seen in the history data. The maximum value should therefore be chosen such that such short-term deviations do not lead to the creation of a maintenance notification.
  • a wire-based, in particular an Ethernet-based, communication network is used as the communication network.
  • This can also be a fieldbus of automation technology, for example based on one of the protocols HART, Profibus PA / DP, Foundation Fieldbus, etc.
  • the first communication network consists of several
  • a wireless communication network is used as the communication network.
  • this is based on the WLAN or WiFi standard.
  • any other common wireless standard can be used.
  • FIG. 1 shows parts of a plant A of automation technology. Specifically, there are two measuring points MS1, MS2. These each consist of a tank and a pipe leading away from the tank. To measure the fill level of the tank as a process variable, a field device FG1, FG4, for example a fill level measuring device, is attached to the tank by means of a radar as sensor unit SE1, SE4. To measure the flow rate in the pipeline, a field device FG3, FG5 is attached, the sensor unit SE3, SE5 of which
  • Flow rate of a medium flowing through the pipeline is determined as the primary process variable according to the Coriolis principle.
  • Each of the field devices F3, F5 also has a temperature sensor SE3 ', SE5' as further
  • Sensor unit that detects the temperature of the medium flowing through the pipeline as a secondary process variable. Furthermore, a further field device FG2 is installed in the measuring point MS1, which determines the temperature of the measuring medium flowing through the pipeline by means of a high-precision temperature sensor SE2 as a sensor unit.
  • the field devices FG1, ..., FG5 are interconnected by means of a first
  • the first communication network KN1 is in particular an Ethernet network.
  • the first communication network KN1 is a fieldbus according to one of the known
  • Fieldbus standards e.g. Profibus, Foundation Fieldbus or FIART.
  • the first communication network KN1 contains a higher-level unit PLC, for example a programmable logic controller, which transmits commands to the field devices FG1, ..., FG5, whereupon the field devices FG1, ..., FG5
  • PLC programmable logic controller
  • the first communication network KN1 contains a gateway GW, which overhears the process values, diagnostic data and status information transmitted from the field devices FG1, ..., FG5 to the higher-level unit PLC and makes it available via the Internet to a service platform SP stored on a cloud.
  • the service platform SP is designed to run applications.
  • such an application is a plant asset management system which is used to manage the assets, that is to say the inventory, of system A.
  • comparison system VS serves the purpose of defining which
  • Process variable of a field device FG1, ..., FG5, or a sensor unit SE1, ..., SE5 ' similar to a process variable of a further field device FG1, ..., FG5, or a further sensor unit SE1, ... , SE5 ', behaves and thus as a comparison or
  • Reference size can act.
  • the information of the field devices FG1, ..., FG5 transmitted to the service platform SP is analyzed. Based on the process values of the individual field devices FG1, ..., FG5, or their sensor units SE1, ..., SE5 '
  • Comparison system VS defines that the process variable P2 of the temperature sensor SE3 'of the field device FG3 is used as a comparison variable of the process variable P1 of the
  • Temperature sensor SE2 of the field device FG2 can function. When analyzing the history values of both process variables P1, P2, it emerged that the historical course of both process variables is largely the same.
  • Sensor unit SE2 uses a PTC thermistor (PTC resistor), while sensor unit SE3 uses a thermistor (NTC resistor). A slow drift over time, which could be caused by the measuring principle, could be detected, which would not be possible if both sensor units SE2, SE3 'would use the same physical measuring principle.
  • both process variables P1 and P2 behave very similarly and only have a small systematic offset. From the time ti, the distance between the two process variables P1, P2 increases continuously, for example due to a long-term drift of the sensor unit SE3 '. As soon as the distance between the process variables P1, P2 reaches or exceeds a predetermined distance DT, a maintenance notification WN is created and on the control center LS of plant A transmitted. In this way, a check of both sensor units SE2, SE3 'and a possible recalibration of at least one of the two sensor units SE2, SE3' is initiated.
  • the comparison of process variables P1, P2 can be carried out by different components of system A. For example, this function can be performed by the
  • the comparison system VS is created by the gateway GW.
  • the gateway GW needs the corresponding one
  • the gateway GW must be able to access the flistory data of all field devices FG1, ..., FG5 on the service platform SP.
  • SE1 SE2, SE3, SE3 ', SE4, SE5, SE5' sensor unit

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Kalibrierzyklen für ein Feldgerät (FG1, FG2, FG3, FG4, FG5) in einer Anlage (A) der Prozessautomatisierung, umfassend: -Übermitteln der Prozesswerte und der weiteren Daten der Feldgeräte (FG1, …, FG5) an eine, insbesondere cloudbasierte, Serviceplattform (SP) mittels der übergeordneten Einheit (GW, SPS); - Erstellen von Historiendaten auf Basis der übermittelten Prozesswerte und der weiteren Daten für jedes der Feldgeräte(FG1, …, FG5); - Etablieren eines Vergleichssystems (VS) auf Basis der Historiendaten, wobei die Serviceplattform(SP), bzw. eine auf der Serviceplattform (SP) ablaufende Applikation, im Zuge des Etablierens des Vergleichssystems (VS) ermittelt, welche erste Prozessgröße (P1) einer ersten Sensoreinheit (SE1, …, SE5') für eine zweite Prozessgröße(P2)einer zweiten Sensoreinheit (SE1, …, SE5') als Vergleichsgröße fungieren kann; - Erfassen der ersten Prozessgröße (P1) und der zweiten Prozessgröße(P2), ständig oder zu festgelegten Zeitpunkten; - Vergleichen der ersten Prozessgröße (P1) mit der zweiten Prozessgröße (P2) und Ermitteln einer Abweichung von der zweiten Prozessgröße(P2)von der ersten Prozessgröße(P1); und - Erstellen einer Wartungsnotifikation (WN) im Falle, dass die zweite Prozessgröße (P2) um einen vorbestimmten Maximalwert (ΔT) von der ersten Prozessgröße (P1) abweicht.

Description

Verfahren zum Ermitteln von Kalibrierzyklen für ein Feldgerät in einer Anlage der Prozessautomatisierung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Kalibrierzyklen für ein Feldgerät in einer Anlage der Prozessautomatisierung, wobei in der Anlage eine Vielzahl von Feldgeräten vorgesehen ist, wobei jedes der Feldgeräte zumindest eine Sensoreinheit aufweist, welche zum Erheben von zumindest einer Prozessgröße ausgestaltet ist, wobei die Feldgeräte in einem ersten Kommunikationsnetzwerk eingebunden sind und mit einer übergeordneten Einheit kommunizieren, wobei die Feldgeräte die erhobenen Prozesswerte und weitere Daten, insbesondere Diagnosedaten, Parameterdaten und Statusinformationen über das Kommunikationsnetzwerk an die übergeordnete Einheit übermitteln, wobei die übergeordnete Einheit die die erhobenen Prozesswerte und die weiteren Daten an eine Leitstelle der Anlage übermittelt.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Feldgeräte bekannt geworden, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. In der Automatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierung werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Sensoreinheiten. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, pFI-Messung, Füllstandmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pFI-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktorsysteme verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten
Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über
Kommunikationsnetzwerke wie beispielsweise Feldbusse (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Bei den übergeordneten Einheiten handelt es sich um Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder einen PLC (Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von den Sensoreinheiten, erfassten Messwerte werden über das jeweilige Bussystem an eine (oder gegebenenfalls mehrere) übergeordnete Einheit(en) übermittelt, die die Messwerte gegebenenfalls weiterverarbeiten und an den Leitstand der Anlage weiterleiten. Der Leitstand dient zur Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und Prozessteuerung über die übergeordneten Einheiten. Daneben ist auch eine
Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die
Feldgeräte erforderlich, insbesondere zur Konfiguration und Parametrierung von Feldgeräten sowie zur Ansteuerung von Aktoren.
Um zu gewährleisten, dass die von den Sensoreinheiten der Feldgeräte erhobenen Messwerte dem tatsächlichen Wert entsprechen, werden die Feldgeräte, bzw. deren Sensoreinheiten bei der Inbetriebnahme kalibriert. Hierbei wird die Sensoreinheit derart eingestellt, dass deren Messwerte den Messwerten eines geeichten Referenzgeräts entsprechen.
Während des Betriebs eines Feldgeräts erfolgen Kalibrierzyklen in definierter zeitlicher Folge (sogenannte Kalibrierzyklen), unabhängig vom Zustand der Sensoreinheit. Das führt zum einen dazu, dass eine Kalibrierung auch dann durchgeführt wird, wenn diese nicht notwendig ist. Auch das Gegenteil kann der Fall sein: Eine Kalibrierung ist eigentlich benötigt, aber noch nicht vorgesehen/geplant. Zum anderen muss unter Umständen zu Zwecken der Kalibrierung der Prozess gestoppt werden, was hohe Kosten verursachen kann.
Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzustellen, welches es erlaubt, Kalibrierzyklen eines Feldgeräts dynamisch anzupassen. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ermitteln von Kalibrierzyklen für ein
Feldgerät in einer Anlage der Prozessautomatisierung gelöst, wobei in der Anlage eine Vielzahl von Feldgeräten vorgesehen ist, wobei jedes der Feldgeräte zumindest eine Sensoreinheit aufweist, welche zum Erheben von zumindest einer Prozessgröße ausgestaltet ist, wobei die Feldgeräte in einem ersten Kommunikationsnetzwerk eingebunden sind und mit einer übergeordneten Einheit kommunizieren, wobei die Feldgeräte die erhobenen Prozesswerte und weitere Daten, insbesondere
Diagnosedaten, Parameterdaten und Statusinformationen über das
Kommunikationsnetzwerk an die übergeordnete Einheit übermitteln, wobei die übergeordnete Einheit die erhobenen Prozesswerte und die weiteren Daten an eine Leitstelle der Anlage übermittelt, umfassend:
- Übermitteln der Prozesswerte und der weiteren Daten der Feldgeräte an eine, insbesondere cloudbasierte, Serviceplattform mittels der übergeordneten Einheit;
- Erstellen von Flistoriendaten auf Basis der übermittelten Prozesswerte und der weiteren Daten für jedes der Feldgeräte;
- Etablieren eines Vergleichssystems auf Basis der Historiendaten, wobei die
Serviceplattform, bzw. eine auf der Serviceplattform ablaufende Applikation, im Zuge des Etablierens des Vergleichssystems ermittelt, welche erste
Prozessgröße einer ersten Sensoreinheit für eine zweite Prozessgröße einer zweiten Sensoreinheit als Vergleichsgröße fungieren kann;
- Erfassen der ersten Prozessgröße und der zweiten Prozessgröße, ständig oder zu festgelegten Zeitpunkten;
- Vergleichen der ersten Prozessgröße mit der zweiten Prozessgröße und
Ermitteln einer Abweichung der zweiten Prozessgröße von der ersten
Prozessgröße; und
- Erstellen einer Wartungsnotifikation im Falle, dass die zweite Prozessgröße um einen vorbestimmten Maximalwert von der ersten Prozessgröße abweicht.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass für das Kalibrieren eines Feldgeräts, bzw. einer Sensoreinheit des Feldgeräts, keine starren vorgegebenen Kalibrierzeitpunkte verwendet werden müssen. Das Feldgerät, bzw. dessen
Sensoreinheit wird dann kalibriert, wenn eine Kalibrierung tatsächlich notwendig ist. Zur Ermittlung der Notwendigkeit wird der Sensoreinheit eine weitere Sensoreinheit zugeordnet, welche idealerweise dieselbe Prozessgröße, oder eine vergleichbare Prozessgröße erhebt. Zur Auswahl der geeigneten Vergleichsgröße werden die erhobenen Werte der Prozessgrößen miteinander verglichen. Stimmen diese mit einer vorbestimmten Genauigkeit mit der ersten Prozessgröße überein, so kommt eine Prozessgröße potentiell als Vergleichsgröße in Frage. Es ist vorgesehen, dass diejenige Prozessgröße ausgewählt wird, welche die höchste Genauigkeit im Bezug zur ersten Prozessgröße aufweist.
Im Falle, dass die Werte der beiden Sensoreinheiten über die Zeit gesehen um einen vorbestimmten Wert, insbesondere einen Differenzwert, voneinander abweichen, wird ein Kalibrierauftrag, bzw. eine Wartungsnotifikation erstellt.
Im Falle, dass die erste und die zweite Prozessgröße einen konstanten systematischen Offset aufweichen, kann dieser direkt korrigiert werden, so dass die
Wartungsnotifikation nur aufgrund einer detektierten zeitveränderlichen Abweichung der beiden Prozessgrößen detektiert wird.
Beispiele für Feldgeräte und deren Sensoreinheiten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannt werden, sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung beispielhaft beschrieben worden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im Zuge des Etablierens des Vergleichssystems weitere
Eigenschaften eines Feldgeräts, bzw. eines Sensorsystems des Feldgeräts, an die übergeordnete Einheit übermittelt und verglichen werden. Die Genauigkeit der Eignung der Vergleichsgröße wird dadurch erhöht, da nicht nur die reinen Prozessmesswerte der eigentlichen Prozessgröße mit potentiellen Vergleichsgrößen verglichen werden, sondern weitere Metadaten miteinbezogen werden. Diese weiteren Daten werden in die Berechnung der Genauigkeit einer potentiellen Vergleichsgröße miteinbezogen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
vorgesehen, dass die weiteren Eigenschaften Informationen bezüglich der
geografischen Lage des Feldgeräts beinhalten. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass weiteren Eigenschaften Informationen bezüglich der Messstelle, in welche das Feldgerät eingebaut ist, und/oder der Funktion des Feldgeräts in der Messstelle beinhalten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
vorgesehen, dass die weiteren Eigenschaften von den Feldgeräten oder von der Serviceplattform an die übergeordnete Einheit übermittelt werden. Beispielsweise können diese Informationen von den Feldgeräten selbst erhoben werden,
beispielsweise die Informationen bezüglich der Lage der Feldgeräte. Ein Bediener kann die weiteren Informationen auf der Serviceplattform beispielsweise eingeben oder seine eigenen Datenbanken auf der Serviceplattform einiesen lassen. Zum Erfassen ihrer Informationen bezüglich der Ortsposition weisen Feldgeräte beispielsweise GPS- Sensoren, oder GSM-Module auf, mittels welchen die Informationen erhoben werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im Zuge des Etablierens des Vergleichssystems Flistoriendaten,
Lageinformationen und/oder Informationen bezüglich einer Messstelle von Feldgeräten herangezogen werden, welche sich in zu der Anlage verschiedenen, weiteren Anlagen befinden. Hierdurch kann auf das Wissen weiterer Messstellen zugegriffen werden und die Qualität der Vergleichsgröße weiter erhöht werden. Diese weiteren Informationen befinden sich ebenfalls auf der Serviceplattform oder auf weiteren Plattformen, welche Schnittstellen zum Datenaustausch mit der Serviceplattform aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Serviceplattform, bzw. die auf der Serviceplattform ablaufende Applikation den Typ der ersten und der zweiten physikalischen Messgröße und das physikalische Messprinzip der ersten und der zweiten Sensoreinheit überprüft.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die erste Prozessgröße nur dann als Vergleichsgröße für die zweite Prozessgröße eingesetzt wird, wenn die erste und die zweite physikalische Messgröße vom selben Typ sind und wenn die erste und die zweite Sensoreinheit ein unterschiedliches physikalisches Messprinzip aufweisen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
vorgesehen, dass die Serviceplattform, bzw. die auf der Serviceplattform ablaufende Applikation, einen Kl-Algorithmus, insbesondere basierend auf neuronalen Netzwerken, verwendet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Serviceplattform, bzw. die auf der Serviceplattform ablaufende Applikation, im Zuge des Etablierens des Vergleichssystems auf Basis der Historiendaten den vorbestimmten Maximalwert der Abweichung der zweiten Prozessgröße von der ersten Prozessgröße bestimmt. Beispielsweise können in den Historiendaten kurzzeitige Abweichungen der beiden Prozessgrößen zueinander ersichtlich sein. Der Maximalwert sollte daher derart gewählt werden, dass solche kurzzeitigen Abweichungen nicht zum Erstellen einer Wartungsnotifikation führen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass als Kommunikationsnetzwerk ein drahtgebundenes, insbesondere ein Ethernet- basiertes, Kommunikationsnetzwerk verwendet wird. Es kann sich hierbei auch um einen Feldbus der Automatisierungstechnik handeln, beispielsweise basierend auf einem der Protokolle HART, Profibus PA/DP, Foundation Fieldbus, etc. Es kann auch vorgesehen sein, dass das erste Kommunikationsnetzwerk aus mehreren
Teilsegmenten besteht, welche unter Umständen auf unterschiedlichen Protokollen basieren.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass als Kommunikationsnetzwerk ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk verwendet wird. Insbesondere basiert dieses auf dem WLAN-, bzw. WiFi-Standard. Alternativ kann jeder weitere gebräuchliche Drahtlosstandard verwendet werden.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 : ein schematischer Überblick über eine Anlage der Prozessautomatisierung, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist; und
Fig. 2: ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 sind Teile einer Anlage A der Automatisierungstechnik abgebildet. Konkret handelt es sich um zwei Messstellen MS1 , MS2. Diese bestehen jeweils aus einem Tank und einer von dem Tank abführenden Rohrleitung. Zur Messung des Füllstands des Tanks als Prozessgröße ist jeweils ein Feldgerät FG1 , FG4, beispielsweise ein Füllstandsmessgerät mittels eines Radars als Sensoreinheit SE1 , SE4, am Tank angebracht. Zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit in der Rohrleitung ist jeweils ein Feldgerät FG3, FG5 angebracht, dessen Sensoreinheit SE3, SE5 die
Durchflussgeschwindigkeit eines die Rohrleitung durchströmenden Mediums als primäre Prozessgröße nach dem Coriolisprinzip bestimmt. Jedes der Feldgeräte F3, F5 verfügt des Weiteren über einen Temperatursensor SE3‘, SE5‘ als weitere
Sensoreinheit, welche die Temperatur des die Rohrleitung durchströmenden Mediums als sekundäre Prozessgröße erfasst. Des Weiteren ist in der Messstelle MS1 ein weiteres Feldgerät FG2 angebracht, welches die Temperatur des die Rohrleitung durchströmenden Messmediums mittels eines hochpräzisen Temperatursensors SE2 als Sensoreinheit bestimmt.
Die Feldgeräte FG1 , ..., FG5 sind untereinander mittels eines ersten
Kommunikationsnetzwerks KN1 verbunden und stehen miteinander in
Kommunikationsverbindung. Bei dem ersten Kommunikationsnetzwerk KN1 handelt es sich insbesondere um ein Ethernet-Netzwerk. Alternativ handelt es sich bei dem ersten Kommunikationsnetzwerk KN1 um einen Feldbus nach einem der bekannten
Feldbusstandards, beispielsweise Profibus, Foundation Fieldbus oder FIART.
Das erste Kommunikationsnetzwerk KN1 beinhaltet eine übergeordnete Einheit SPS, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung, welche Befehle an die Feldgeräte FG1 , ..., FG5 übermittelt, woraufhin die Feldgeräte FG1 , ..., FG5
Prozesswerte, Diagnosedaten und Statusinformationen an die übergeordnete Einheit SPS übermitteln. Diese Prozesswerte, Diagnosedaten und Statusinformationen werden von der übergeordneten Einheit SPS an einen Workstation-PC in der Leitstelle LS der Anlage A weitergeleitet. Dieser dient unter anderem zur Prozessvisualisierung,
Prozessüberwachung und zum Engineering wie zum Bedienen und Überwachen der Feldgeräten FG1 , ..., FG5.
Des Weiteren beinhaltet das erste Kommunikationsnetzwerk KN1 ein Gateway GW, welches die von den Feldgeräten FG1 , ..., FG5 an die übergeordnete Einheit SPS übermittelten Prozesswerte, Diagnosedaten und Statusinformationen mithört und über das Internet einer auf einer Cloud gelagerten Serviceplattform SP zur Verfügung stellt. Die Serviceplattform SP ist dazu ausgestaltet, Applikationen auszuführen.
Beispielsweise handelt es sich bei einer solchen Applikation um ein Plant Asset Management-System, welches dem Verwalten der Assets, also dem Inventarbestand, der Anlage A dient.
Im Folgenden ist eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben:
Um auf möglichst schnelle Art und Weise die Notwendigkeit einer Rekalibrierung eines der Feldgeräte FG1 , ..., FG5 zu detektieren, wird ein sogenanntes Vergleichssystem VS etabliert. Das Vergleichssystem VS dient dem Zweck, zu definieren, welche
Prozessgröße eines Feldgeräts FG1 , ..., FG5, bzw. einer Sensoreinheit SE1 , ..., SE5‘, sich ähnlich zu einer Prozessgröße eines weiteren Feldgeräts FG1 , ..., FG5, bzw. einer weiteren Sensoreinheit SE1 , ..., SE5‘, verhält und somit als Vergleichs- oder
Referenzgröße fungieren kann.
Zu diesem Zweck werden die an die Serviceplattform SP übermittelten Informationen der Feldgeräte FG1 , ..., FG5 analysiert. Auf Basis der Prozesswerte der einzelnen Feldgeräte FG1 , ..., FG5, bzw. deren Sensoreinheiten SE1 , ..., SE5‘, werden
Flistoriendaten für jedes der Feldgeräte FG1 , ..., FG5, bzw. jede der Sensoreinheiten SE1 , ..., SE5‘ erstellt. Die Historiendaten bilden den zeitlichen Verlauf der Prozesswerte ab.
Im Anschluss werden die Historiendaten der einzelnen Feldgeräte FG1 , ..., FG5, bzw. deren Sensoreinheiten SE1 , ..., SE5‘ miteinander verglichen und Übereinstimmungen gesucht. Stimmen Historiendaten mit einer vorbestimmten Genauigkeit mit der ersten Prozessgröße überein, so kommt eine Prozessgröße potentiell als Vergleichsgröße in Frage. Zusätzlich kann geprüft und für die Bewertung berücksichtigt werden, ob die Feldgeräte FG1 , ..., FG5 welche die vergleichenden Prozessgrößen zur Verfügung stellen, geographisch nahe beieinander angeordnet sind, ob die Applikation der
Prozessgrößen ähnlich ist, sowie ob die physikalischen Messprinzipien voneinander abweichen. Für die Erstellung des Vergleichssystem VS läuft auf der Serviceplattform SP eine Anwendungsapplikation ab, welche Kl-Algorithmen verwendet.
Fig. 2 zeigt ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im
Vergleichssystem VS ist definiert, dass die Prozessgröße P2 des Temperatursensors SE3‘ des Feldgeräts FG3 als Vergleichsgröße der Prozessgröße P1 des
Temperatursensors SE2 des Feldgeräts FG2 fungieren kann. Bei der Analyse der Flistorienwerte beider Prozessgrößen P1 , P2 stellte sich heraus, dass sich der historische Verlauf beider Prozessgrößen in einem hohen Maße gleicht. Zudem sind beide Sensoreinheiten SE2, SE3‘ nahe zueinander angeordnet und messen beide die Temperatur des durch die Rohrleitung strömenden Messmediums. Vorteilhaft ist weiterhin, dass beide Sensoreinheiten SE2, SE3‘ ein verschiedenes physikalisches Messprinzip nutzen. Sensoreinheit SE2 nutzt einen Kaltleiter (PTC-Widerstand), während Sensoreinheit SE3‘ einen Heißleiter (NTC-Widerstand) nutzt. Ein langsamer Drift über die Zeit, welcher durch das Messprinzip verursacht sein könnte, würde detektiert werden können, was nicht möglich wäre, würden beide Sensoreinheiten SE2, SE3‘ dasselbe physikalische Messprinzip nutzen.
In Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf der Prozessgrößen P1 und P2 ab Etablierung des Vergleichssystems VS aufgezeichnet. Die Abszisse zeigt die verstrichene Zeit t; die Ordinate zeigt den Wert der Prozessgrößen P1 und P1 als Temperatur T,
beispielsweise in Kelvin. Bis zu dem Zeitpunkt ti verhalten sich beide Prozessgrößen P1 und P2 sehr ähnlich und weisen nur einen kleinen systematischen Offset auf. Ab dem Zeitpunkt ti wird der Abstand zwischen beiden Prozessgrößen P1 , P2 kontinuierlich größer, beispielsweise bedingt durch einen Langzeitdrift der Sensoreinheit SE3‘. Sobald der Abstand der Prozessgrößen P1 , P2 zueinander einen vorbestimmten Abstand DT erreicht, bzw. diesen überschreitet, wird eine Wartungsnotifikation WN erstellt und an die Leitstelle LS der Anlage A übermittelt. Auf diese Weise wird eine Überprüfung beider Sensoreinheiten SE2, SE3‘ und eine eventuelle Rekalibrierung zumindest einer der beiden Sensoreinheiten SE2, SE3‘ veranlasst. Der Vergleich der Prozessgrößen P1 , P2 kann von verschiedenen Komponenten der Anlage A durchgeführt werden. Beispielsweise kann diese Funktion von der
übergeordneten Einheit SPS, von dem Gateway GW, von der Serviceplattform SP oder direkt in der Leitstelle LS ausgeführt werden. Die entsprechenden Komponenten benötigen hierfür Kenntnis über das Vergleichssystem VS, welches die Serviceplattform SP zur Verfügung stellen kann.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Vergleichssystem VS von dem Gateway GW erstellt wird. In diesem Fall benötigt das Gateway GW die entsprechenden
Funktionalitäten, welche das Erstellen des Vergleichssystems VS ermöglichen.
Außerdem muss das Gateway GW auf die Flistoriendaten aller Feldgeräte FG1 , ..., FG5 auf der Serviceplattform SP zugreifen können.
Bezugszeichenliste
A Anlage der Automatisierungstechnik
FG1 , FG2, FG3, FG4, FG5 Feldgerät
GW übergeordnete Einheit, Gateway
KN Kommunikationsnetzwerk
LS Leitstelle der Anlage
MS1 , MS2 Messstelle
P1 erste Prozessgröße
P2 zweite Prozessgröße
SE1 , SE2, SE3, SE3‘, SE4, SE5, SE5‘ Sensoreinheit
SP Serviceplattform
SPS übergeordnete Einheit, Steuerung
DT vorbestimmter Maximalwert der
Abweichung
VS Vergleichssystem
WN Wartungsnotifikation

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln von Kalibrierzyklen für ein Feldgerät (FG1 , FG2, FG3, FG4, FG5) in einer Anlage (A) der Prozessautomatisierung, wobei in der Anlage (A) eine Vielzahl von Feldgeräten (FG1 , FG5) vorgesehen ist, wobei jedes der Feldgeräte (FG1 , ..., FG5) zumindest eine Sensoreinheit (SE1 , SE2, SE3, SE3‘, SE4, SE5, SE5‘) aufweist, welche zum Erheben von zumindest einer Prozessgröße (P1 ) ausgestaltet ist, wobei die Feldgeräte (FG1 , ..., FG5) in einem
Kommunikationsnetzwerk (KN) eingebunden sind und mit einer übergeordneten Einheit (GW, SPS) kommunizieren, wobei die Feldgeräte (FG1 , ..., FG5) die erhobenen Prozesswerte und weitere Daten, insbesondere Diagnosedaten,
Parameterdaten und Statusinformationen über das Kommunikationsnetzwerk (KN) an die übergeordnete Einheit (GW, SPS) übermitteln, wobei die übergeordnete Einheit (GW, SPS) oder eine weitere übergeordnete Einheit (GW, SPS) die erhobenen Prozesswerte und die weiteren Daten an eine Leitstelle (LS) der Anlage (A) übermittelt, umfassend:
- Übermitteln der Prozesswerte und der weiteren Daten der Feldgeräte
(FG1 , ..., FG5) an eine, insbesondere cloudbasierte, Serviceplattform (SP) mittels der übergeordneten Einheit (GW, SPS);
- Erstellen von Flistoriendaten auf Basis der übermittelten Prozesswerte und der weiteren Daten für jedes der Feldgeräte (FG1 , ..., FG5);
- Etablieren eines Vergleichssystems (VS) auf Basis der Historiendaten, wobei die Serviceplattform (SP), bzw. eine auf der Serviceplattform (SP) ablaufende Applikation, im Zuge des Etablierens des Vergleichssystems (VS) ermittelt, welche erste Prozessgröße (P1 ) einer ersten Sensoreinheit (SE1 , ..., SE5‘) für eine zweite Prozessgröße (P2) einer zweiten Sensoreinheit (SE1 , ...,
SE5‘) als Vergleichsgröße fungieren kann;
- Erfassen der ersten Prozessgröße (P1 ) und der zweiten Prozessgröße (P2), ständig oder zu festgelegten Zeitpunkten;
- Vergleichen der ersten Prozessgröße (P1 ) mit der zweiten Prozessgröße (P2) und Ermitteln einer Abweichung der zweiten Prozessgröße (P2) von der ersten Prozessgröße (P1 ); und - Erstellen einer Wartungsnotifikation (WN) im Falle, dass die zweite
Prozessgröße (P2) um einen vorbestimmten Maximalwert (DT) von der ersten Prozessgröße (P1 ) abweicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei im Zuge des Etablierens des Vergleichssystems
(VS) weitere Eigenschaften eines Feldgeräts (FG1 , FG5), bzw. einer
Sensoreinheit (SE1 , SE5‘) des Feldgeräts (FG1 , FG5), an die
Serviceplattform (SP) übermittelt und verglichen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die weiteren Eigenschaften Informationen
bezüglich der geografischen Lage des Feldgeräts (FG1 , ..., FG5) beinhalten.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die weiteren Eigenschaften Informationen bezüglich der Messstelle, in welche das Feldgerät (FG1 , ..., FG5) eingebaut ist, und/oder der Funktion des Feldgeräts (FG1 , ..., FG5) in der Messstelle beinhalten.
5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die weiteren
Eigenschaften von den Feldgeräten (FG1 , ..., FG5) mittels der übergeordneten Einheit an die Serviceplattform (SP) übermittelt werden und/oder wobei die weiteren Eigenschaften von einer Datenbank an die Serviceplattform (SP) übermittelt werden.
6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei im Zuge des
Etablierens des Vergleichssystems (VS) Flistoriendaten, Lageinformationen und/oder Informationen bezüglich einer Messstelle von Feldgeräten (FG1 , ..., FG5) herangezogen werden, welche sich in zu der Anlage (A) verschiedenen, weiteren Anlagen (A) befinden.
7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Serviceplattform (SP), bzw. die auf der Serviceplattform (SP) ablaufende Applikation den Typ der ersten und der zweiten physikalischen Messgröße (P1 , P2) und das physikalische Messprinzip der ersten und der zweiten Sensoreinheit (SE1 , ..., SE5‘) überprüft.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die erste Prozessgröße (P1 ) nur dann als
Vergleichsgröße für die zweite Prozessgröße (P2) eingesetzt wird, wenn die erste und die zweite physikalische Messgröße vom selben Typ sind und wenn die erste und die zweite Sensoreinheit (SE1 , SE5‘) ein unterschiedliches physikalisches
Messprinzip aufweisen.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
Serviceplattform (SP), bzw. die auf der Serviceplattform (SP) ablaufende
Applikation, einen Kl-Algorithmus, insbesondere basierend auf neuronalen
Netzwerken, verwendet.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die
Serviceplattform (SP), bzw. die auf der Serviceplattform (SP) ablaufende
Applikation, im Zuge des Etablierens des Vergleichssystems (VS) auf Basis der Historiendaten den vorbestimmten Maximalwert (DT) der Abweichung der zweiten Prozessgröße (P2) von der ersten Prozessgröße (P1 ) bestimmt.
1 1 .Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei als
Kommunikationsnetzwerk (KN) ein drahtgebundenes, insbesondere ein Ethernet- basiertes, Kommunikationsnetzwerk verwendet wird.
12. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei als
Kommunikationsnetzwerk (KN) ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk verwendet wird.
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