DE102017200103A1 - Apparatus and method for optimizing the behavior of at least one component of a technical installation - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Gerät und Verfahren zur Optimierung des Verhaltens von mindestens einer Komponente einer technischen Anlage sowie eine zugehörige Vorrichtung und Anordnung.Kern der Erfindung ist eine Anordnung, die ein Gerät (SG) zur Optimierung des Verhaltens von mindestens einer Komponente einer technischen Anlage und eine Vorrichtung (IG) zum Bereitstellen einer Laufzeitumgebung für das Gerät (SG) umfasst. Durch Optimierung der Ein- und/oder Ausgangssignalwerte mittels mindestens eines Optimierungsobjektes (ROI-1, ..., ROI-n), das auf einem Webdienstserver als zur Optimierung geeignet bzw. passend gefunden und bereitgestellt wurde, und durch Ausgabe zumindest eines Optimierungsergebniswertes (W) kann ein optimiertes Signalverhalten der mindestens einen Komponente der technischen Anlage hervorzubringen. Der Optimierungswert wird mittels Optimierungskonfigurationsdaten (K) überprüft, ob er für eine Optimierung verwendet werden kann. Um auf die Werte der Eingangs- bzw. Ausgangsvariablen zum Ausführen der Optimierungsobjekte zugreifen zu können, wird ein virtueller Adressraum verwendet, aus dem über diese Pfade wiederverwendbare Adressen (logische Adressen) hervorgehen, denen jeweils Absolutadressen in Form von physikalischen Adressen einer speicherprogrammierbaren Steuereinheit (PLC) zugeordnet werden können.The invention relates to a device and method for optimizing the behavior of at least one component of a technical installation and an associated device and arrangement. The core of the invention is an arrangement comprising a device (SG) for optimizing the behavior of at least one component of a technical installation and a device (IG) for providing a runtime environment for the device (SG). By optimizing the input and / or output signal values by means of at least one optimization object (ROI-1,..., ROI-n), which was found to be suitable for optimization on a web server server and provided by outputting at least one optimization result value (FIG. W) can produce an optimized signal behavior of the at least one component of the technical system. The optimization value is checked by means of optimization configuration data (K) as to whether it can be used for optimization. In order to be able to access the values of the input or output variables for executing the optimization objects, a virtual address space is used from which reusable addresses (logical addresses) emerge, via which paths absolute addresses in the form of physical addresses of a programmable logic controller (PLC ) can be assigned.
Description
Die Erfindung betrifft ein Gerät und Verfahren zur Optimierung des Verhaltens von mindestens einer Komponente einer technischen Anlage sowie eine zugehörige Vorrichtung und Anordnung.The invention relates to a device and method for optimizing the behavior of at least one component of a technical system and an associated device and arrangement.
Die Erfindung liegt insbesondere auf dem Gebiet der Optimierung industrieller bzw. technischer Anlagen. Eine Domäne umfasst hierbei Anlagentypen ähnlichen Charakters und Basistechnologie. Beispiele für Domänen mit unterschiedlichen aber ähnlichen Anlagentypen sind Produktionsanlagen, energieerzeugende Anlagen bzw. Kraftwerke, Gas- bzw. Dampfturbinen, Walzwerke, Papierfabriken, Abfüllanlagen und Wasseraufbereitungsanlagen. Es ist jedoch auch die Optimierung von Systemen, wie Zügen, Autos und Schiffen denkbar.The invention is particularly in the field of optimization of industrial or technical equipment. A domain includes plant types of a similar nature and basic technology. Examples of domains with different but similar plant types are production plants, energy generating plants or power plants, gas or steam turbines, rolling mills, paper mills, bottling plants and water treatment plants. However, it is also the optimization of systems such as trains, cars and ships conceivable.
Es sind auch Regleroptimierungen für Motor, Generator, Kühlwasser, etc. (auch abhängig vom Einsatzort); Temperaturoptimierung z.B. der Kabinentemperatur bei Passagierschiffen abhängig vom Einsatz, Optimierung nach Modernisierung von z.B. Antrieb, Kühlung, etc., Optimierung von Brauchwassergenerierung abhängig vom Ausgangsprodukt, Optimierung der Abwasserbehandlung, Optimierung der Abgasbehandlung abhängig vom Einsatz und/oder Brennstoff, Optimierung des Fahrprofils abhängig von Einsatzort und/oder Klima und Optimierung der Kühlwasserkühlung abhängig von Einsatzort und/oder Klima denkbar. Als Einsatzort im Zusammenhang mit Passagierschiffen sind z.B. der Einsatz einer Fähre in der Ostsee oder der Nordsee; Einsatz eines Passagierschiffes in der Nordsee, Mittelmeer, Nordatlantik, Karibik, etc. möglich. Die genannten Optimierungen sind auf weitere Anwendungsgebiete wie Züge, Autos etc. übertragbar. Allgemein können sich Optimierungen beispielsweise auf Emissionen, Energieverbrauch, Durchsatz, Ausfallsicherheit, Stillstandzeiten, Auslasten und Aufwendungen beziehen.There are also controller optimizations for engine, generator, cooling water, etc. (also depending on the location); Temperature optimization e.g. the cabin temperature in passenger ships depending on the application, optimization after modernization of e.g. Drive, cooling, etc., Optimization of service water generation depending on the starting product, optimization of wastewater treatment, optimization of the exhaust treatment depending on the application and / or fuel, optimization of the driving profile depending on place and / or climate and optimization of cooling water cooling depending on place of use and / or climate conceivable. As a place of use in connection with passenger ships, e.g. the use of a ferry in the Baltic Sea or the North Sea; Use of a passenger ship in the North Sea, Mediterranean, North Atlantic, Caribbean, etc. possible. The mentioned optimizations can be applied to other areas of application such as trains, cars, etc. In general, optimizations may relate, for example, to emissions, energy consumption, throughput, reliability, downtime, load and expenses.
Das Engineering bzw. die Gestaltung einer industriellen Anlage erfolgt in der Regel auf Basis geeigneter Werkzeuge und Methoden. Diese DV-technisch unterstützenden Werkzeuge bzw. Methoden beziehen sich in der Regel auf Beschreibungen und Daten zur Erstellung, Optimierung oder Modernisierung industrieller Anlagen, wobei die Gestaltung, Planung und Umsetzung der Maßnahmen zur Errichtung oder Veränderung einer solchen Anlage jeweils zu einem Projekt zusammengefasst wird.The engineering or the design of an industrial plant usually takes place on the basis of suitable tools and methods. These computer-assisted tools and methods usually refer to descriptions and data for the creation, optimization or modernization of industrial plants, whereby the design, planning and implementation of measures for the establishment or modification of such a system is combined into one project.
Sogenannte Engineering-Daten zur Gestaltung oder Umgestaltung der industriellen Anlagen können beispielsweise jeweils Anforderungen (Requirements) z.B. hinsichtlich Emission und einzuhaltende Standards, Maßnahmen zur Umsetzung dieser Anforderungen, sowie Daten zu den Projektverantwortlichen umfassen. Ein solches Projekt kann desweiteren beispielsweise Module bzw. Anlagenkomponenten umfassen, die wieder in Submodule hierarchisch geordnet sein können. Die Engineering-Daten dienen beispielsweise der Spezifikation von Modulen und können auf Basis der Begriffe einer Taxonomie oder Ontologie adressiert werden. Unter Ontologie wird häufig eine (formal) geordnete Darstellung einer Menge von Begriffen und deren zwischen ihnen stehenden Beziehungen in einem bestimmten Gegenstandsbereich verstanden (eine Taxonomie kann als Spezialfall einer Ontologie angesehen werden). Der Gegenstandsbereich kann hierbei ein Projekt bzw. eine spezifische industrielle Anlage sein.So-called engineering data for the design or reorganization of industrial plants, for example, requirements respectively. with regard to issue and standards to be complied with, measures to implement these requirements, as well as data on project managers. Such a project may further include, for example, modules or plant components, which may again be hierarchically arranged in submodules. The engineering data serve for example for the specification of modules and can be addressed on the basis of the terms of a taxonomy or ontology. Ontology is often understood to mean a (formal) ordered representation of a set of concepts and their relationships between them in a specific subject area (a taxonomy can be considered a special case of an ontology). The subject area may be a project or a specific industrial plant.
(Anlagen-)Objekte sind hierbei häufig programm- bzw. software- und/oder firmware- und/oder hardwaretechnisch Implementierungsbausteine, die beispielsweise einen Materialfluss oder auch Vorgänge beim Öffnen und Schließen einer Auto- bzw. Zugtüre steuern können. Ein Anlagenobjekt weist in der Regel viele Eigenschaften und/oder Funktionen verfahrenstechnischer Art auf, die projektspezifische bzw. anlagenspezifische Ausprägungen annehmen. Beispiele sind der Signalfluss (z.B. Stromlaufplan), der Materialfluss (z.B. der Rohrleitungsplanung), die zeitliche Reihenfolge, etc.(Plant) objects are often program or software and / or firmware and / or hardware engineering implementation blocks that can control, for example, a material flow or processes when opening and closing a car or train door. As a rule, a plant object has many properties and / or functions of a procedural nature that assume project-specific or plant-specific characteristics. Examples are the signal flow (e.g., circuit diagram), material flow (e.g., piping design), time order, etc.
In diesem Zusammenhang ist in
Industrielle Anlagen haben eine Laufzeit von bis zu dreißig Jahren und mehr. Im Laufe der Zeit entstehen, nicht zuletzt bei der Errichtung neuer Anlagen und der Optimierung bestehender Anlagen, immer wieder neue Ansätze zur generellen Verbesserung des Verhaltens der Anlagen eines bestimmten Typs. So ergibt sich fast zwangsläufig der Wunsch, die neuen Optimierungsansätze auch auf die sich bereits im Betrieb befindlichen Anlagen anzuwenden. Bislang stellte es eine große Herausforderung dar, eine einmal in Betrieb genommene Anlage anzupassen und zu verbessern, auch wenn ein Softwareupdate oder auch der Austausch/Ersatz von Hardware- bzw. Firmware- bzw. Softwaremodulen zu einem verbesserten und ggf. beschleunigten Anlagenverhalten führen würde. Ein Anlagenverhalten bzw. das Verhalten einer Anlagenkomponente kann als funktionelle Eigenschaft eines dynamischer Systems, insbesondere der Anlage, verstanden werden, entsprechend ihren inneren Strukturen bzw. Eigenschaften unterschiedliche Zustände aufgrund innerer und/oder äußerer Einwirkungen einzunehmen.Industrial plants have a term of up to thirty years and more. Over time, not least in the construction of new facilities and the optimization of existing facilities, always new approaches for the general improvement of the behavior of plants of a certain type arise. This almost inevitably results in the desire to apply the new optimization approaches to plants already in operation. So far, it has been a great challenge to adapt and improve a once commissioned system, even if a software update or even the replacement / replacement of hardware or firmware or software modules to a improved and possibly accelerated plant behavior. A plant behavior or the behavior of a plant component can be understood as a functional property of a dynamic system, in particular of the plant, according to their internal structures or properties to assume different states due to internal and / or external influences.
Aufgrund wirtschaftlicher Aufwände sowie schwer vorhersehbarer Folgeprobleme werden solche Anpassungen bzw. Verbesserung oft vermieden. Wenn Verbesserungsmaßnahmen durchgeführt werden, ist dies in der Regel mit einem aufwändigen sogenannten Reengineering unter Abwägung des Fehlerrisikos und Aufwand/Nutzen-Verhältnisses einer solchen Verbesserung verbunden.Due to economic efforts and difficult to predict consequential problems, such adjustments or improvements are often avoided. If improvement measures are carried out, this is usually associated with a complex so-called reengineering, taking into account the risk of error and the cost / benefit ratio of such an improvement.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Probleme zu überwinden bzw. zu verringern.It is an object of the invention to overcome or reduce these problems.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the independent claims. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
Zusammengefasst ist Kern der Erfindung eine Anordnung, die ein Gerät zur Optimierung des Verhaltens von mindestens einer Komponente einer technischen Anlage und eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Laufzeitumgebung für das Gerät umfasst Durch Optimierung der Ein- und/oder Ausgangssignalwerte mittels mindestens eines Optimierungsobjektes (ROI-1, ..., ROI-n), das auf einem Webdienstserver als zur Optimierung geeignet bzw. passend gefunden und bereitgestellt wurde, und durch Ausgabe zumindest eines Optimierungsergebniswertes kann ein optimiertes Signalverhalten der mindestens einen Komponente der technischen Anlage hervorzubringen. Der Optimierungswert wird mittels Optimierungskonfigurationsdaten überprüft, ob er für eine Optimierung verwendet werden kann. Um auf die Werte der Eingangs- bzw. Ausgangsvariablen zum Ausführen der Optimierungsobjekte zugreifen zu können, wird ein virtueller Adressraum verwendet, aus dem über diese Pfade wiederverwendbare Adressen (logische Adressen) hervorgehen, denen jeweils Absolutadressen in Form von physikalischen Adressen einer speicherprogrammierbaren Steuereinheit zugeordnet werden können.In summary, the core of the invention is an arrangement comprising a device for optimizing the behavior of at least one component of a technical installation and a device for providing a runtime environment for the device by optimizing the input and / or output signal values by means of at least one optimization object (ROI-1 , ..., ROI-n), which was found to be suitable for optimization on a web server server, and by outputting at least one optimization result value, can produce optimized signal behavior of the at least one component of the technical system. The optimization value is checked by means of optimization configuration data as to whether it can be used for optimization. In order to be able to access the values of the input or output variables for executing the optimization objects, a virtual address space is used, from which paths reusable addresses (logical addresses) emerge, to which absolute addresses in the form of physical addresses of a programmable logic controller are assigned can.
Es werden die einzelnen erfindungsgemäßen Geräte, Verfahren und zugehörige eine Vorrichtung und Computerprogramm (-produkt) sowie die Anordnung beansprucht:The individual devices according to the invention, methods and associated apparatus and computer program (product) as well as the arrangement are claimed:
Die Erfindung beansprucht ein Gerät zur Optimierung des Verhaltens von mindestens einer Komponente einer technischen Anlage, aufweisend:
- - zumindest eine erste Schnittstelle zur Kopplung des Geräts mit einer speicherprogrammierbaren Steuerungseinheit, welche das Verhalten der Komponenten steuern kann,
- - wobei die erste Schnittstelle Mittel zum Einlesen von Werten zu wenigstens einer vorgebbaren Eingangsvariable umfasst, auf welche mit Hilfe eines domänenspezifischen virtuellen Adressierungsschemas durch Zuordnung jeweils einer logischen Adresse des virtuellen Adressierungsschemas zu einer Absolutadresse der jeweiligen Eingangsvariable innerhalb der speicherprogrammierbaren Steuereinheit zugriffen werden kann,
- - wobei die Werte der wenigstens einen Eingangsvariable Eingangs- und/oder Ausgangssignalwerten von durch die speicherprogrammierbaren Steuereinheit steuerbarer Komponenten der technischen Anlage entsprechen,
- - Mittel zum Bereitstellen von Optimierungskonfigurationsdaten, welche die zur Optimierung verwendbaren Eingänge und/oder die anhand von zumindest einem Optimierungsergebniswert anpassbaren Ausgänge von Komponenten festlegen sowie Informationen umfassen, unter welchen Voraussetzungen Ausgangssignalwerte an den genannten Ausgängen eine Optimierung darstellen und/oder welche Wertebereiche der Eingangs- und Ausgangssignalwerte zulässig sind,
- - zumindest eine zweite Schnittstelle zur Kopplung des Geräts mit einer Verarbeitungseinheit, die Mittel zum Ausführen eines oder mehrerer, aus einer Menge bereitgestellter Optimierungsobjekte bestimmbarer Optimierungsobjekte (ROI-1; ROI-n)) anhand der Optimierungskonfigurationsdaten und/oder anhand der Werte zu den eingelesenen Eingangsvariablen umfassen, wobei die Optimierungsobjekte eine Optimierung unter Nutzung der Werte der eingelesenen Eingangsvariablen durchführen und zumindest einen Optimierungswert zurückliefern können und
- - Mittel zum Ausgeben der originären Werte der eingelesenen Eingangsvariablen an die speicherprogrammierbare Steuerungseinheit und/oder Mittel zum Ausgeben des zumindest einen Optimierungsergebniswertes zur Anpassung eines oder mehrerer Ausgänge von Komponenten an den zumindest einen Optimierungsergebniswert abhängig vom Ergebnis einer Geräte-seitigen Überprüfung des zumindest einen Optimierungsergebniswertes mit aus den Optimierungskonfigurationsdaten ableitbaren, genannten Informationen umfasst.
- at least a first interface for coupling the device to a programmable logic controller which can control the behavior of the components,
- wherein the first interface comprises means for reading in values to at least one predeterminable input variable which can be accessed within the programmable logic controller by means of a domain-specific virtual addressing scheme by assigning in each case a logical address of the virtual addressing scheme to an absolute address of the respective input variable;
- the values of the at least one input variable corresponding to input and / or output signal values of components of the technical system controllable by the programmable logic controller,
- Means for providing optimization configuration data which define the inputs that can be used for the optimization and / or the outputs of components which can be adapted based on at least one optimization result value and information on which conditions output signal values at the outputs represent an optimization and / or which value ranges of the input signals and output values are allowed,
- at least a second interface for coupling the device to a processing unit, the means for executing one or more optimization objects (ROI-n), which can be determined from a set of provided optimization objects, based on the optimization configuration data and / or on the values for the read-in Input variables include, wherein the optimization objects perform an optimization using the values of the read input variables and can return at least one optimization value, and
- Means for outputting the original values of the read input variables to the programmable logic controller and / or means for outputting the at least one optimization result value for adapting one or more outputs of components to the at least one optimization result value depending on the result of a device-side checking of the at least one optimization result value comprising said information derivable from the optimization configuration data.
Das Überprüfen kann zusätzlich durch Ermittlung erfolgen, welches der eingesetzten Optimierungsobjekte den besten Optimierungsergebniswert zurückgeliefert hat,The checking can also be done by determining which of the used Optimization objects returned the best optimization result,
Alle als Optimierung akzeptierten Optimierungsergebniswerte als Ausgangsvariablen an die speicherprogrammierbare Steuerungseinheit ausgegeben werden. Die Ausgabe der originären Werte als Ausgangsvariablen erfolgt dann, wenn kein akzeptabler Optimierungsvorschlag vorliegt.All optimization result values accepted as optimization are output as output variables to the programmable logic controller. The output of the original values as output variables takes place if there is no acceptable optimization proposal.
Eine Absolutadresse ist die physikalische Adresse irgendwelcher Anlagendaten in der Laufzeitumgebung der industriellen Anlage (PLC-Steuerung). Die physikalische Adresse irgendwelcher Anlagendaten ist einerseits der Steuereinheit bekannt, andererseits sind alle physikalischen Adressen, die für eine mögliche spätere Optimierung in Frage kommen, zusammen mit den zugehörigen logischen Adressen in den Optimierungskonfigurationsdaten (als Adresspaare) hinterlegt.An absolute address is the physical address of any plant data in the runtime environment of the industrial plant (PLC control). On the one hand, the physical address of any plant data is known to the control unit, on the other hand, all physical addresses which are eligible for possible later optimization are stored together with the associated logical addresses in the optimization configuration data (as address pairs).
In den Optimierungskonfigurationsdaten sind gegebenenfalls auch Angaben zu den Merkmalen aller für eine Optimierung in Frage kommenden Optimierungsobjekte enthalten.The optimization configuration data may also contain information on the characteristics of all optimization objects that are eligible for optimization.
Die absolute Webadresse eines Optimierungsobjekts (RIOs) kann ermittelt werden. Auf einem Webdienstserver wird zyklisch (in zeitlichen Abständen) und automatisch nach passenden Optimierungsobjekte gesucht.The absolute web address of an optimization object (RIOs) can be determined. On a web service server is searched cyclically (at intervals) and automatically for suitable optimization objects.
Es ist möglich, den Anbieter zu entlohnen, dessen Optimierungsobjekte letzteendlich eine Optimierung herbeiführten.
dass auf die Werte der vorgebbaren Eingangsvariablen zur Laufzeit bei Ausführung des bestimmten Optimierungsobjekts zugegriffen werden kann.It is possible to reward the provider whose optimization objects ultimately brought about optimization.
that the values of the predefinable input variables can be accessed at runtime when the particular optimization object is executed.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Komponenten Hardware-, Firmware- und/oder Softwareeinheiten repräsentieren können.A development of the invention provides that the components can represent hardware, firmware and / or software units.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein solches Optimierungsobjekt softwaremäßig dazu ausgelegt ist, durch Optimierung der Ein- und/oder Ausgangssignalwerte und Ausgabe zumindest eines Optimierungsergebniswertes ein optimiertes Signalverhalten der mindestens einen Komponente der technischen Anlage hervorzubringen.A development of the invention provides that such an optimization object is designed by software to produce an optimized signal behavior of the at least one component of the technical system by optimizing the input and / or output signal values and outputting at least one optimization result value.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass solch ein Optimierungsobjekt eine oder mehrere Simulationen durchführen kann, so dass das Ergebnis der Simulation eine Kette bzw. Matrix von einzelnen Optimierungsergebniswerten umfassen kann, die Werteabhängigkeiten zwischen einem Ausgangssignalwert und mindestens einem Eingangssignalwert und/oder umgekehrt beschreiben können.A development of the invention provides that such an optimization object can perform one or more simulations so that the result of the simulation can comprise a chain or matrix of individual optimization result values that can describe value dependencies between an output signal value and at least one input signal value and / or vice versa ,
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass solch ein Optimierungsobjekt als nutzbarer Webdienst implementiert ist, wobei eine Laufzeitumgebung zum Ausführen des Optimierungsobjekts auf einem Webdienstserver angelegt ist und somit die Kopplung mit dem Gerät durch eine abgesetzte, englisch auch remote genannt, Kommunikation erfolgt.A development of the invention provides that such an optimization object is implemented as a usable web service, wherein a runtime environment for executing the optimization object is created on a web service server and thus the coupling with the device by a remote, English also called remote, communication takes place.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass aus der Menge von durch einen Webdienstserver (WEB) bereitgestellten Optimierungsobjekte durch die Verarbeitungseinheit geeignete Optimierungsobjekte bestimmt, heruntergeladen und in die Laufzeitumgebung der Verarbeitungseinheit zur Ausführung abgelegt werden können.A development of the invention provides that from the set of optimization objects provided by a web service server (WEB), suitable optimization objects can be determined by the processing unit, downloaded and stored in the runtime environment of the processing unit for execution.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel zum Bereitstellen von Optimierungskonfigurationsdaten so konfigurierbar sind, dass zu jeder vorgebbaren Eingangsvariablen jeweils sowohl eine Absolutadresse als auch eine logische Adresse des domänenspezifischen virtuellen Adressierungsschemas bereitgestellt werden kann.A development of the invention provides that the means for providing optimization configuration data can be configured in such a way that both an absolute address and a logical address of the domain-specific virtual addressing scheme can be provided for each predefinable input variable.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass nach einem die Mittel zum Einlesen der Werte zu wenigstens der einen vorgebbaren Eingangsvariable, so konfigurierbar sind, dass mit Hilfe der aus den Optimierungskonfigurationsdaten ableitbaren, zugehörigen domänenspezifischen logischen Adresse und der zugehörigen Absolutadresse auf die Werte der wenigstens einen Eingangsvariable zugegriffen werden kann.A further development of the invention provides that after one means for reading in the values for at least one predefinable input variable, it can be configured such that with the aid of the associated domain-specific logical address derivable from the optimization configuration data and the associated absolute address, the values of the at least one Input variable can be accessed.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Vorrichtung zum Bereitstellen einer Laufzeitumgebung für ein Gerät der oben genannten Art vor, aufweisend:
- - eine Schnittstelle zum Bestimmen und Ausführen einer oder mehrerer Optimierungsobjekte aus einer Menge von bereitgestellten Optimierungsobjekten anhand von Optimierungskonfigurationsdaten und/oder anhand von eingelesenen Eingangsvariablen, wobei das eine oder mehrere Optimierungsobjekte eine Optimierung unter Nutzung der Werte der eingelesenen Eingangsvariablen durchführen und zumindest einen Optimierungswert zurückliefern können,
- - Mittel zum Ausgeben des zumindest einen Optimierungsergebniswertes zu einer Geräte-seitigen Überprüfung des zumindest einen Optimierungsergebniswertes mit aus den Optimierungskonfigurationsdaten ableitbaren, genannten Informationen umfasst.
- an interface for determining and executing one or more optimization objects from a set of provided optimization objects based on optimization configuration data and / or on input variables read in, wherein the one or more optimization objects can perform an optimization using the values of the read input variables and at least return an optimization value .
- - Means for outputting the at least one optimization result value to a device-side review of the at least one optimization result value with derivable from the optimization configuration data, said information includes.
Das Bestimmen des Optimierungsobjekts und dessen Ausführung ist in zeitlichen Abständen wiederholbar.The determination of the optimization object and its execution is repeatable at intervals.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Anordnung zur Optimierung des Verhaltens von mindestens einer Komponente einer technischen Anlage vor, aufweisend:
- - ein Gerät nach der oben genannten Art und
- - eine Vorrichtung nach der oben genannten Art.
- - a device of the type mentioned above and
- - A device of the above type.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht ein Verfahren zur Optimierung des Verhaltens von mindestens einer Komponente einer technischen Anlage vor, aufweisend folgende Schritte:
- - Kopplung des Geräts mit einer speicherprogrammierbaren Steuerungseinheit,
- - Einlesen von Werten zu vorgebbaren Eingangsvariablen, auf welche mit Hilfe eines domänenspezifischen virtuellen Adressierungsschemas durch Zuordnung jeweils einer virtuellen Adresse des virtuellen Adressierungsschemas zu einer Absolutadresse der jeweiligen Eingangsvariable innerhalb speicherprogrammierbaren Steuereinheit zugriffen wird,
- - wobei die Werte der Eingangsvariablen Eingangs- und/oder Ausgangssignalwerten von durch die speicherprogrammierbaren Steuereinheit steuerbarer Komponenten der technischen Anlage entsprechen,
- - Bereitstellen von Optimierungskonfigurationsdaten, welche die zur Optimierung verwendbaren Eingänge und/oder die anhand von zumindest einem Optimierungsergebniswert anpassbaren Ausgänge von Komponenten festlegen sowie Informationen umfassen, unter welchen Voraussetzungen Ausgangssignalwerte an den genannten Ausgängen eine Optimierung darstellen und/oder welche Wertebereiche der Eingangs- und Ausgangssignalwerte zulässig sind,
- - Bestimmen, Herunterladen und Vorhalten der für eine Optimierung in Frage kommenden Optimierungsobjekte aus der Menge von bereitgestellten Optimierungsobjekte anhand der in den Optimierungskonfigurationsdaten enthaltenen Angaben zu den Merkmalen aller für eine Optimierung in Frage kommenden Objekte,
- - Bereitstellen einer Laufzeitumgebung zum Ausführen der bestimmten und vorgehaltenen Optimierungsobjekte,
- - Ausführen von einem oder mehreren vorgehaltenen Optimierungsobjekten in der Laufzeitumgebung, welche eine Optimierung unter Nutzung der Werte der eingelesenen Eingangsvariablen durchführen und zumindest einen Optimierungswert zurückliefern,
- - Überprüfen des zumindest einen Optimierungsergebniswertes mit aus den Optimierungskonfigurationsdaten ableitbaren, genannten Informationen, sowie Ermittlung, welches der eingesetzten Optimierungsobjekte der besten Optimierungsergebniswerte geliefert hat,
- - Ausgeben der originären Werte der eingelesenen Eingangsvariablen und/oder des zumindest einen Optimierungsergebniswertes als Ausgangsvariablen an die speicherprogrammierbare Steuerungseinheit abhängig von der Überprüfung.
- Coupling the device to a programmable logic controller,
- Reading values into predefinable input variables, which are accessed by means of a domain-specific virtual addressing scheme by assigning in each case a virtual address of the virtual addressing scheme to an absolute address of the respective input variable within the programmable logic controller,
- the values of the input variables corresponding to input and / or output signal values of components of the technical system controllable by the programmable logic controller,
- Providing optimization configuration data which define the inputs that can be used for the optimization and / or the outputs of components which can be adapted based on at least one optimization result value and information on which conditions output signal values at the outputs represent an optimization and / or which value ranges of the input and output signal values are permissible,
- Determining, downloading and maintaining the optimization objects eligible for optimization from the set of provided optimization objects based on the characteristics of all optimization-relevant objects contained in the optimization configuration data,
- Providing a runtime environment for executing the determined and held optimization objects,
- Execution of one or more retained optimization objects in the runtime environment, which perform an optimization using the values of the read input variables and return at least one optimization value,
- Checking the at least one optimization result value with information derived from the optimization configuration data, and determining which of the optimization objects used has delivered the best optimization result values,
- Outputting the original values of the read input variables and / or the at least one optimization result value as output variables to the programmable logic controller as a function of the check.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Bestimmen der für eine Optimierung in Frage kommenden Optimierungsobjekte und deren Ausführung in zeitlichen Abständen wiederholt wird.A further development of the invention provides that the determination of the optimization objects which are eligible for optimization and their execution is repeated at time intervals.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf die Werte der vorgebbaren Eingangsvariablen zur Laufzeit bei Ausführung des bestimmten Optimierungsobjekts zugegriffen wird.A development of the invention provides that the values of the predefinable input variables are accessed at runtime when the specific optimization object is executed.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass solch ein Optimierungsobjekt eine oder mehrere Simulationen durchführen kann, so dass das Ergebnis der Simulation eine Kette bzw. Matrix von einzelnen Optimierungsergebniswerten umfassen kann, die Werteabhängigkeiten zwischen einem Ausgangssignalwert und mindestens einem Eingangssignalwert und/oder umgekehrt beschreiben.A development of the invention provides that such an optimization object can perform one or more simulations so that the result of the simulation can comprise a chain or matrix of individual optimization result values describing value dependencies between an output signal value and at least one input signal value and / or vice versa.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf Basis der Optimierungskonfigurationsdaten sowohl die Absolutadressen als auch die logischen Adressen des domänenspezifischen virtuellen Adressierungsschemas der für eine Optimierung und/oder Plausibilitätsprüfung in Frage kommenden Eingangsvariablen bereitgestellt werden.A refinement of the invention provides that both the absolute addresses and the logical addresses of the domain-specific virtual addressing scheme of the input variables that are suitable for an optimization and / or plausibility check are provided on the basis of the optimization configuration data.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass solch ein Optimierungsobjekt Merkmale und Fähigkeiten aufweist, die auf Basis des domänenspezifischen virtuellen Adressierungsschemas beschrieben und zusammen mit dem jeweiligen Optimierungsobjekt hinterlegt werden und diese im Zusammenwirken mit den Optimierungskonfigurationsdaten und den Werten der eingelesenen Eingangsvariablen der Bestimmung des mindestens einen Optimierungsobjekt aus der Menge der bereitgestellten Optimierungsobjekte dienen.A further development of the invention provides that such an optimization object has features and capabilities which are described on the basis of the domain-specific virtual addressing scheme and stored together with the respective optimization object and these in conjunction with the optimization configuration data and the values of the read input variables of the determination of the at least one Optimization object from the set of provided optimization objects.
Das Verfahren kann wie die oben beschriebenen Geräte/Vorrichtungen/Anordnungen entsprechend weitergebildet werden.The method can be developed as the devices / devices / arrangements described above.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht ein Computerprogrammprodukt mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem genannten Steuergerät und/oder verteilt innerhalb der Anordnung zur Ausführung gebracht wird.Another aspect of the invention provides a computer program product having means for performing the method when the computer program product is executed on said controller and / or distributed within the assembly.
Die Vorrichtung sieht Mittel/Einheiten bzw. Module zur Durchführung des oben genannten Verfahrens vor, die jeweils hardwaremäßig und/oder firmwaremäßig und/oder softwaremäßig bzw. als Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt ausgeprägt sein können. The device provides means / units or modules for carrying out the above-mentioned method, which may each be hardware-based and / or firmware-based and / or software-based or computer program product or computer program product.
Die oben beschriebenen Geräte/Vorrichtungen/Anordnungen können ebenfalls entsprechend dem Verfahren bzw. des Computerprogramms (-produkts) weitergebildet werden.The devices / devices / arrangements described above may also be further developed according to the method or computer program (product).
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich:
- - Sie ermöglicht eine nachträgliche automatische oder quasi automatische Optimierung und die automatisierte sukzessive (kontinuierliche) Verbesserung des Anlagen- bzw. des Systemverhaltens nach Inbetriebnahme der Anlage.
- - Zum Einsatz kommen Optimierungslösungen, die den, bereits bei der Inbetriebnahme ursprünglichen Inbetriebnahme, vorgegebenen Randbedingungen entsprechen.
- - Die zum Einsatz kommenden Optimierungslösungen sind wenig fehleranfällig. Sie sind gut getestete Standardprodukte, die in vielen Anlagen ohne Änderungen oder individuelle Anpassungen eingesetzt werden können.
- - Die Erfindung trägt dazu bei, dass automatisch Verbesserungsobjekte, sogenannte ROIs, identifiziert und ausgeführt werden können, welche das Verhalten der technischen Anlage optimieren können.
- - Die nachträgliche Integration von Problemlösungs- bzw. Optimierungsalgorithmen in eine Anlage erfolgt ohne erneute Tests, Sicherheitsproblemen, Anlagenstillstand oder Inbetriebnahme.
- - Die Architektur und die Sicherheitsmechanismen der Erfindung stellen sicher, dass kein Missbrauch und keine Verschlechterung des Anlageverhaltens eintreten.
- - It enables a subsequent automatic or quasi-automatic optimization and the automated successive (continuous) improvement of the system or system behavior after commissioning of the system.
- - Optimization solutions are used which correspond to the boundary conditions already specified during commissioning.
- - The optimization solutions used are not prone to error. They are well-tested standard products that can be used in many systems without modification or customization.
- The invention contributes to the automatic identification and execution of improvement objects, so-called ROIs, which can optimize the behavior of the technical installation.
- - The subsequent integration of problem-solving or optimization algorithms in a system is carried out without re-testing, security problems, system downtime or commissioning.
- The architecture and security mechanisms of the invention ensure that no abuse or deterioration of investment behavior occurs.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen.Further advantages, details and developments of the invention will become apparent from the following description of embodiments in conjunction with the drawings.
Es zeigen:
-
1 einen Taxonomiebaum zu einem Engineeringprojekt und -
2 schematisch eine Umgebung für eine technische Anlage, in der das erfindungsgemäße Gerät/Vorrichtung/Anordnung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden können.
-
1 a taxonomy tree to an engineering project and -
2 schematically an environment for a technical system in which the device / device / arrangement or the inventive method can be used.
In
Eine Taxonomie ist ein Klassifikationsschema, welches ein einheitliches Verfahren oder Modell darstellt, mit dem Engineeringdaten und Einzelkomponenten nach bestimmten Kriterien klassifiziert, das heißt in Kategorien oder Klassen (auch Taxa genannt) eingeordnet werden.A taxonomy is a classification scheme that represents a single procedure or model that classifies engineering data and individual components according to specific criteria, ie, classifies them into categories or classes (also called taxa).
Folgendes sehr vereinfacht dargestelltes Beispiel ist im Zusammenhang mit einem Anlagentyp „Fahrzeugkonstruktion“ vorstellbar, ohne die Erfindung darauf zu beschränken:The following very simplified illustrated example is conceivable in connection with a plant type "vehicle construction", without limiting the invention to:
Anlagenkomponenten bzw. Module eines Fahrzeug-Projekts können sein:
- - Bordelektronik
- ◯ Bedienelemente
- ◯ Regeln
- ◯ Steuern
- ◯ [Gerät]
- ■ Temperatur
- • Minimal (Wert)
- • Maximal (Wert)
- ■ Durchfluss
- ■ Temperatur
- ◯ Getriebe
- ◯ Antrieb
- - Architektur
- - On-board electronics
- ◯ Operating elements
- ◯ rules
- ◯ taxes
- ◯ [device]
- ■ temperature
- • Minimal (value)
- • maximum (value)
- ■ flow
- ■ temperature
- ◯ gearbox
- ◯ drive
- - Architecture
Alle Projektdaten, also sowohl Engineeringdaten als auch die zu den physikalischen Komponenten (Modulen) gehörenden Laufzeitdaten, können mittels eines hierarchischen Adressierungsschema adressiert werden.All project data, ie both engineering data and the runtime data belonging to the physical components (modules), can be addressed by means of a hierarchical addressing scheme.
Die oben genannten Objekte betreffen im Beispiel Optimierungsobjekte, auch abgekürzt ROI genannt, die nachstehenden zur Figur
Der in der
Der hier beispielhaft verwendete Platzhalter könnte dann unter anderem für ein „Gebläse“ stehen. Die oben dargestellten Eigenschaften z.B. Temperatur, Regeln und Algorithmen können unter Verwendung der Begriffe der bereitgestellten, domänenspezifischen Taxonomie oder Ontologie adressiert werden. Zu diesem Zweck kann durch Aneinanderreihung aller Begriffe des Pfades von der Wurzel bis hin zu dem Blatt mit der gerade betrachteten Eigenschaft eine Adresse gebildet werden. Der in der
Im Beispiel könnte der Taxonomieebene „Bordelektronik“ die Absolutadresse einer Steuereinheit PLC oder eines anderen Steuergerätes (Beispiel: „SteuergeraetA“) entsprechen. Die unterlagerte Taxonomieebene „Steuern“ der Taxonomie könnte in der Absolutadressierung fehlen. In der virtuellen Adressierung befindet sich in der nächsten Unterebene ein Platzhalter für alle eingesetzten Geräte (entspricht Wildcard „[Gerät]“). Jedes einzelne Gerät könnte in der Absolutadressierung mittels einer einheitlichen Bezeichnung angesprochen werden (Beispiel „Hauptantrieb“). In jedem der so adressierten Geräte würde entsprechend der virtuellen Adressierung eine Variable zur Angabe der minimalen und maximalen Temperatur liegen, die in der absoluten Adressierung mittels eigenständiger Begriffe (z.B. „MinBetriebsTemp“) als zulässiger Wertebereich des zugehörigen Gerätes liegen.In the example, the taxonomy level "on-board electronics" could correspond to the absolute address of a control unit PLC or another control unit (example: "control unit A"). The subordinate taxonomy level "Taxes" of the taxonomy could be missing in absolute addressing. In virtual addressing, there is a placeholder for all devices used in the next sublevel (corresponds to wildcard "[device]"). Each individual device could be addressed in absolute addressing by means of a uniform designation (example: "main drive"). In each of the devices addressed in this way, according to the virtual addressing, there would be a variable for indicating the minimum and maximum temperature, which in the absolute addressing are independent terms (for example, "MinTransmissionTemp") as the permissible value range of the associated device.
Dementsprechend könnte die virtuelle bzw. logische Beispieladresse
„Bordelektronik#Steuern#Hauptantrieb#Temperatur#Minimal“ der aus den genannten Einzelteilen zusammengesetzte Gesamt-Absolutadresse „SteuergeraetA.Hauptantrieb.MinBetriebsTemp“ entsprechen, welche sowohl von der PLC der betrachteten Anlage als auch von dem erfinderischen Gerät SG verwendet werden, um ein Anlagensignal zu lesen oder zu beeinflussen.Accordingly, the virtual or logical sample address could
"On-board electronics # Control # Main drive # Temperature # Minimal" corresponds to the total absolute address "control unit A.Main operating.MinBetriebsTemp" composed of the above items, which are used by both the PLC of the system under consideration and the inventive device SG to a plant signal to read or to influence.
Im Beispiel können jeweils zyklisch die Werte der aktuellen Betriebstemperatur einer anlageseitig verbauten Komponente als auch Werte von externen Eingangsvariablen (z.B. von aktuellen Wetterdaten eines Wetterservice des Internets) gelesen werden, die der ROI als Eingabedaten dienen. Ein ROI ermittelt darauf aufsetzend Optimierungsergebniswerte W zur optimierten Ansteuerung eines in dieser Komponente integrierten Gebläses. Zu diesem Zweck stellt die ROI mit Hilfe von Optimierungskonfigurationsdaten sicher, dass einerseits das auslesbare Betriebstemperaturintervall eingehalten wird und andererseits beispielsweise ein Minimum an Verschleiß entsteht oder etwa ein Minimum an Energie benötigt wird.In the example, cyclic values of the current operating temperature of a plant-mounted component as well as values of external input variables (e.g., current weather data of a weather service of the Internet) may be cyclically read using the ROI as input data. An ROI determines thereupon optimization result values W for the optimized control of a blower integrated in this component. For this purpose, the ROI, using optimization configuration data, ensures that, on the one hand, the readable operating temperature interval is maintained and, on the other hand, for example, a minimum of wear or a minimum of energy is required.
Die Betriebssicherheit industrieller Anlagen ist oberstes Ziel. Aus diesem Grund muss sichergestellt werden, dass irgendwelche nachträglich automatisiert eingebrachten Veränderungen der Anlage diese nicht gefährden.The operational safety of industrial plants is the highest goal. For this reason, it must be ensured that any subsequent automated changes in the system do not endanger them.
Aus diesem Grund werden die per RIO ermittelten Optimierungsergebniswerte nur dann als optimierte Werte an die PLC-Steuerungseinheit PLC bzw. an die anlageseitig verbaute Komponente (z.B. einem Gebläse) übergeben, wenn die Plausibilitätseinheit PB vorab im erfinderischen Gerät SG sichergestellt hat, dass die beabsichtigte Maßnahme nachweislich zu einer Verbesserung führen würde oder zumindest nachgewiesen werden konnte, dass aus der beabsichtigten Maßnahme keine Gefahr für die Betriebssicherheit hervorgeht der sich dadurch unter Umständen eine Verbesserung einstellen könnte und kein noch besser passendes Optimierungsobjekt existiert. In einem solchen Fall würden sich entsprechend den in den Optimierungskonfigurationsdaten abgelegten Plausibilitätsvoraussetzungen, später beispielsweise mittels statistischer Auswertungen in der Plausibilitätseinheit PB ermitteln lassen, ob es sich wirklich um eine Verbesserung handelt und welche Verbesserung die Beste ist.For this reason, the optimization result values determined by means of RIO are transferred as optimized values to the PLC control unit PLC or to the component (eg a blower) installed on the system, if the plausibility unit PB has previously ensured in the inventive device SG that the intended measure could demonstrably lead to an improvement or at least could prove that the intended measure does not pose a danger to the operational safety, which could under certain circumstances lead to an improvement and no better matching optimization object exists. In such a case, according to the plausibility requirements stored in the optimization configuration data, it would later be possible to determine, for example by means of statistical evaluations in the plausibility unit PB, whether it is really an improvement and which improvement is the best.
Aus diesem Grund ist es durchaus dienlich parallel mehrere Optimierungsbausteine mit dem gleichen oder einem sich überlappenden Optimierungszielen laufen zu lassen, denn der Plausibilitätstest ist in der Lage den für die Anlage wirksamsten Optimierungsbaustein zu identifizieren.For this reason, it is quite useful to run several optimization blocks in parallel with the same or an overlapping optimization target, because the plausibility test is able to identify the most effective optimization block for the plant.
Wenn die vom RIO ermittelten Optimierungswerte den Plausibilitätstest überstehen, werden sie als optimierte Ausgangswerte W über die Schnittstelle SB und das Profinet bzw. Profibus an die konventionelle Steuereinheit PLC oder direkt an die zu steuernde Komponente (im vorliegenenden Fall einem Gebläse) ausgegeben.If the optimization values determined by the RIO survive the plausibility test, they are sent as optimized output values W via the interface SB and the Profinet or Profibus to the conventional control unit PLC or directly to the controlling component (in the present case a blower) output.
Alle ROIs besitzen eine individuelle Beschreibung aus der hervorgeht, auf welche Adressen einer bestimmten Domäne bzw. eines bestimmten Anlagentyps sie lesend (Eingangsvariablen) oder schreibend (Ausgangsvariablen) zugreifen.All ROIs have an individual description which indicates which addresses of a specific domain or plant type they are reading (input variables) or write (output variables).
Die erfindungsgemäße Anordnung A ist mit einer Kommunikationsschnittstelle, vorzugsweise über das Internet I, mit einem Webdienstserver WEB verbunden. Die in der Anordnung AN vorgesehene Vorrichtung IG, auch im folgenden als Verarbeitungseinheit genannt, kann über eine Schnittstelle C z.B. in Form einer Webdienstaufrufeinheit remote (abgesetzt) mit dem Webdienstserver WEB kommunizieren. Die Verarbeitungseinheit IG ist in der Lage passende Optimierungsobjekte des Webdienstservers WEB zu identifizieren. Diese können daraufhin durch ein sogenanntes Download in die Verarbeitungseinheit IG übertragen werden, dort dauerhaft vorgehalten (Optimierungsobjekte ROI-
Die Optimierungsobjekte können erzeugt bzw. aktualisiert bzw. erweitert werden. Je Domäne in der die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommt, kann eine individuelle Bibliothek Optimierungsobjekten implementieren und im Webdienstserver WEB zur Verfügung stellen.The optimization objects can be created, updated or extended. Depending on the domain in which the present invention is used, an individual library can implement optimization objects and make them available in the web service server WEB.
Die Optimierungsobjekte dienen der Verbesserung bzw. Optimierung von Anlagenverhalten.The optimization objects serve to improve or optimize plant behavior.
Das erfinderische Gerät wird zum Zeitpunkt der Integration in eine Anlage initial mit entsprechenden Optimierungskonfigurationsdaten versehen. Diese Konfigurationsdaten können aber auch mit entsprechenden Zugangsrechten im Nachhinein remote (aus der Ferne) nachgebessert werden. Die Optimierungskonfigurationsdaten enthalten, unter anderem, alle für spätere Optimierungen in Frage kommenden Ein- und Ausgänge der Industrieanlage, in Form von Adresspaaren (Absolutadresse/virtuelle Adresse).The inventive device is initially provided with corresponding optimization configuration data at the time of integration into a facility. However, this configuration data can also be improved remotely with appropriate access rights afterwards (remotely). Among other things, the optimization configuration data contains all inputs and outputs of the industrial plant that are suitable for later optimization, in the form of address pairs (absolute address / virtual address).
Darüber hinaus besitzen alle Optimierungsobjekte einen einheitlichen Aufbau und enthalten unter anderem eine fest eingebaute Beschreibung von seinen Merkmalen und seinen Fähigkeiten. In dieser Beschreibung ist beispielsweise in Form virtueller Adressen hinterlegt, welche Eingangsvariable die ROI benötigt und welche Optimierungsergebniswerte erzeugt bzw. welche Ausgänge der Anlage beeinflusst werden.In addition, all optimization objects have a uniform structure and contain, inter alia, a fixed description of its features and capabilities. In this description, for example, in the form of virtual addresses, it is deposited which input variable the ROI requires and which optimization result values are generated or which outputs of the installation are influenced.
Durch automatisierten zyklischen Vergleich der virtuellen Wertepaare der Optimierungskonfigurationsdaten mit den benötigten Adressen der jeweiligen ROI kann das erfinderische Gerät automatisch ermitteln, welche ROI aus einer Menge von ggf. webbasierten bereitgestellten Optimierungsobjekten, die in einer Bibliothek gespeichert sein können, zur Optimierung des Verhaltens der gerade adressierten konkreten Anlage in Frage kommen.By automated cyclic comparison of the virtual value pairs of the optimization configuration data with the required addresses of the respective ROI, the inventive device can automatically determine which ROI from a set of possibly web-based provided optimization objects that can be stored in a library to optimize the behavior of the just addressed concrete plant in question.
Die so ausgewählten Optimierungsobjekte werden einmalig oder immer wieder zyklisch bzw. in regelmäßigen Abständen aufgerufen. Damit werden die von den Optimierungsobjekten zu verbessernden Ausgangssignalwerte A auf Basis der benötigten Eingangssignalwerte E einer oder mehrerer Anlagenkomponenten nach Einsatzfall einmalig oder zyklisch wiederkehrend automatisiert bearbeitet.The optimization objects selected in this way are called once or repeatedly cyclically or at regular intervals. Thus, the output values A to be improved by the optimization objects are automatically processed once or cyclically recurring on the basis of the required input signal values E of one or more system components after use.
In den Optimierungskonfigurationsdaten wird auch hinterlegt, welche „Voraussetzungen“ erfüllt sein müssen, damit der jeweilige Optimierungsvorschlag eines RIOs, also die zu diesem Zweck geänderten Ausgangssignalwerte, als zulässig angesehen werden können und an die entsprechende Anlagenkomponente (z.B. einer speicherprogrammierbaren Steuerungseinheit PLC) weitergegeben werden dürfen. Des Weiteren legen diese Voraussetzungen Regeln fest, welche Wertekombinationen bzw. - bereiche bezüglich der Eingangs- und/oder Ausgangssignalwerte E, A zulässig sind bzw. eine Optimierung darstellen.The optimization configuration data also specifies which "prerequisites" must be fulfilled so that the respective optimization proposal of an RIO, ie the output signal values changed for this purpose, can be considered admissible and may be passed on to the corresponding plant component (eg a programmable logic controller PLC) , Furthermore, these prerequisites specify rules which value combinations or ranges with respect to the input and / or output signal values E, A are admissible or represent an optimization.
Diese Voraussetzungen werden zu der oben bereits beschriebenen Plausibilitätsüberprüfung benötigt und sind durch Einsatz von Regelbeschreibungssprachen wie Drools beschreibbar und/oder aber auch mittels konventioneller Programmierung (etablierte Programmiersprachen wie C++, JAVA oder auch Visual Basic) in Form entsprechender Grenzwerte und Algorithmen implementierbar.These prerequisites are required for the plausibility check already described above and can be implemented by using rule description languages such as Drools and / or also by means of conventional programming (established programming languages such as C ++, JAVA or even Visual Basic) in the form of corresponding limit values and algorithms.
Der Gesamtablauf eines Zyklus zur Optimierung einzelner Werte auf Basis der identifizierten bzw. bestimmten Optimierungsobjekte erfolgt automatisch in den folgenden Abarbeitungsschritten:The overall sequence of a cycle for optimizing individual values on the basis of the identified or determined optimization objects takes place automatically in the following processing steps:
Zunächst wird aus den gerade zur Ausführung anstehenden ROIs ermittelt, welche Ein- und Ausgangsvariablen überhaupt gerade betrachtet werden. Zu diesem Zweck wird eine Liste aller virtuellen Adressen erstellt, die in irgendeinem aktiven ROI Verwendung finden. First of all, the currently executing ROIs are used to determine which input and output variables are currently being considered. For this purpose, a list of all virtual addresses that are used in any active ROI is created.
Danach werden mit Hilfe der Optimierungskonfigurationsdaten die absoluten Adressen zu den virtuellen bzw. logischen Adressen der obigen Liste ermittelt.Thereafter, using the optimization configuration data, the absolute addresses to the virtual or logical addresses of the above list are determined.
Nun werden die aktuellen Werte zu allen im vorherigen Schritt ermittelten absoluten Adressen (entspricht allen relevanten Eingangsvariablen) eingelesen.Now, the current values for all the absolute addresses determined in the previous step (corresponding to all relevant input variables) are read in.
Nun werden nacheinander alle aktiven RIOs aufgerufen. Dabei werden alle gerade eingelesenen, für die ROI relevanten Werte der eingelesenen Eingangsvariablen als Eingabevariable/- parameter übergeben.Now all active RIOs are called one after the other. In doing so, all currently read-in values of the input variables read in for the ROI are transferred as input variables / parameters.
Die rückgelieferten Werte des jeweils aufgerufenen ROI stellen die empfohlenen Optimierungsergebniswerte W dar.The returned values of the respectively called ROI represent the recommended optimization values W.
Die ermittelten Optimierungsergebniswerte aller aufgerufenen ROI werden nun auf Plausibilität überprüft. Bei Überschneidungen, wenn also mehrere Bausteine Empfehlungen zu überlappenden Optimierungsergebniswerten geben, wird auch überprüft, welcher der ROI aus Sicht der Plausibilitätsüberprüfung zu den besten Verbesserungen führt.The determined optimization result values of all retrieved ROI are now checked for plausibility. In the case of overlaps, ie if several modules provide recommendations for overlapping optimization results, it is also checked which of the ROI leads to the best improvements from the perspective of the plausibility check.
Zu allen Werten, die die Plausibilitätsüberprüfung passieren und aus deren Sicht die beste Verbesserung darstellen, werden nun die zugehörigen Absolutadressen der entsprechenden Ausgangsvariablen ermittelt und mit deren Hilfe die Optimierungsergebniswerte an die Steuereinheit PLC oder an die entsprechenden Anlagenkomponenten übergeben.For all values that pass the plausibility check and from their point of view represent the best improvement, the corresponding absolute addresses of the corresponding output variables are now determined and used to transfer the optimization result values to the PLC control unit or to the corresponding system components.
Des weiteren ist in der Anordnung AN ein Gerät SG vorgesehen, das von den Engineeringwerkzeugen der ohnehin in der Anlage verbauten speicherprogrammierbaren Steuerungseinheit PLC konfiguriert werden kann und ggf. in die Steuerungseinheit PLC integriert sein kann.Furthermore, a device SG is provided in the arrangement AN, which can be configured by the engineering tools of the storage-programmable control unit PLC, which is already installed in the system, and can optionally be integrated into the control unit PLC.
Mittels dem entsprechenden Engineeringwerkzeugen kann konfiguriert werden, welche Adressen des virtuellen, domänenspezifischen Adressraumes generell an der Optimierung des Verhaltens einer Anlagenkomponente beteiligt sein können, welche physikalischen Adressen einer speicherprogrammierbaren Steuerungseinheit PLC diesen virtuellen Adressen entsprechen und welche Regeln zu den Ausgangswerten als Verbesserung gelten sollen.By means of the corresponding engineering tools it is possible to configure which addresses of the virtual, domain-specific address space can generally be involved in the optimization of the behavior of a plant component, which physical addresses of a programmable logic controller PLC correspond to these virtual addresses and which rules should apply to the output values as an improvement.
Die Projektierung einer speicherprogrammierten Steuerungseinheit wird in der Regel bereits zur Inbetriebnahme der technischen Anlage durchgeführt. Dies gilt auch für Konfiguration des erfinderischen Gerätes SG, doch ist dieses unter Nachweis entsprechender Zugangsrechte auch später remote über eine geeignete Web-Applikation möglich.The configuration of a memory-programmed control unit is usually carried out already for commissioning of the technical system. This also applies to the configuration of the inventive device SG, but this is possible with proof of appropriate access rights even later remotely via a suitable web application.
Die hardwaremäßige Anbindung des Geräts SG an die konventionelle Steuerungseinheit PLC erfolgt mittels eines geeigneten Automatisierungsbusses PROFINET. Übliche Automatisierungsbusse sind beispielsweise Profibus und Profinet.The hardware connection of the device SG to the conventional control unit PLC is carried out by means of a suitable automation bus PROFINET. Typical automation buses are Profibus and Profinet, for example.
Unter normalen Umständen werden die Werte der zu optimierenden Variablen von der Steuerungseinheit PLC an die Anlage weitergereicht, um die Komponenten der Anlage zu steuern. Die an die Schnittstelle EBA des Geräts SG übergebenen Ausgänge in Form von Ausgangssignalwerten A der Steuerungseinheit PLC werden hingegen nicht direkt an den Anlagenprozess weitergereicht. Sie nehmen einen Umweg über die Anordnung AN. Diese Ausgangsvariablen werden gegebenenfalls einer Optimierung ihrer Signalverläufe unterzogen. Für diese Optimierung sind Optimierungsobjekte ROI-
Das in der
Das Gerät weist Schnittstelleneinheiten EBE, EBA und SB auf, die zu einer ersten gemeinsamen Schnittstelle zusammengefasst sein können. Diese Schnittstelleeinheiten können mit Hilfe des Automatisierungsbusses PROFINET mit der herkömmlichen Steuerungseinheit PLC gekoppelt sein. Die Schnittstelleneinheiten EBE, EBA dienen zum Einlesen von wenigstens einer vorgebbaren Eingangsvariable, auf welche mit Hilfe des erwähnten domänenspezifischen virtuellen Adressierungsschemas durch Zuordnung jeweils einer logischen Adresse des virtuellen Adressierungsschemas zu einer Absolutadresse der jeweiligen Eingangsvariable innerhalb der speicherprogrammierbaren Steuereinheit PLC zugriffen werden kann. Dabei entsprechen die Werte der wenigstens einen Eingangsvariable Eingangs- E und/oder Ausgangssignalwerten A von durch die speicherprogrammierbaren Steuereinheit PLC steuerbarer Komponenten der technischen Anlage.The device has interface units EBE, EBA and SB, which can be combined to form a first common interface. These interface units can be coupled to the conventional control unit PLC by means of the automation bus PROFINET. The interface units EBE, EBA are used to read in at least one predefinable input variable, which can be accessed within the programmable logic controller PLC by assigning a respective logical address of the virtual addressing scheme to an absolute address of the respective input variable with the aid of the mentioned domain-specific virtual addressing scheme. In this case, the values of the at least one input variable correspond to input E and / or output signal values A of components of the technical system that can be controlled by the programmable logic controller PLC.
Die vorstehend erwähnte Konfigurationsspeichereinheit KE, ist zum Bereitstellen von Optimierungskonfigurationsdaten K geeignet. Die Optimierungskonfigurationsdaten können hierbei optimierbare Ausgänge von Anlagenkomponenten, sowie die damit in Verbindung stehenden Eingangsvariablen festlegen und Informationen z.B. in Form von Regeln umfassen, unter welchen Voraussetzungen Ausgangssignalwerte A an den optimierbaren bzw. anpassbaren Ausgängen eine Optimierung darstellen und/oder welche Wertebereiche der Ausgangssignalwerte zulässig sind. Diese Optimierungskonfigurationsdaten gehen in die oben erwähnte Plausibilitätsprüfung durch die Plausibilitätseinheit PB ein.The above-mentioned configuration storage unit KE is suitable for providing optimization configuration data K. The optimization configuration data may define optimizable outputs of plant components, as well as the associated input variables, and information e.g. In the form of rules, under which conditions output signal values A at the optimizable or adaptable outputs represent an optimization and / or which value ranges of the output signal values are permissible. These optimization configuration data are included in the above-mentioned plausibility check by the plausibility unit PB.
Bezüglich der in möglichen Optimierungsvorgängen involvierten Ein- und Ausgängen kann die Konfigurationsspeichereinheit KE jeweils Adresspaare in den Optimierungskonfigurationsdaten K aufnehmen und zur Verfügung stellen, aus denen je Variable sowohl die Absolutadresse als auch die zugehörige logische Adresse des domänenspezifischen virtuellen Adressierungsschemas hervorgeht.With regard to the inputs and outputs involved in possible optimization processes, the configuration memory unit KE can respectively receive and make available address pairs in the optimization configuration data K, from which each variable reveals both the absolute address and the associated logical address of the domain-specific virtual addressing scheme.
Abhängig von einer geräteseitigen Plausibilitätsüberprüfung der Optimierungsergebniswerte mit den aus den Optimierungskonfigurationsdaten K ableitbaren Informationen, zu erfüllenden Voraussetzungen und/oder zugelassenen Wertebereichen werden die Optimierungsergebniswerte W an die speicherprogrammierbare Steuerungseinheit PLC mittels der Ausgabeeinheit SB ausgegeben. Es können auch die originären Ausgangswerte A ausgegeben werden, wenn die Plausibilitätsprüfung eine Optimierung bzw. Änderung der Werte nicht zulässt. Dann werden diese ursprünglichen Werte über die oben erwähnte Bypass-Einheit BY geleitet.Depending on a device-side plausibility check of the optimization result values with the information derivable from the optimization configuration data K, prerequisites to be fulfilled and / or permitted value ranges, the optimization result values W are output to the programmable logic controller PLC by means of the output unit SB. The original output values A can also be output if the plausibility check does not allow an optimization or change of the values. Then, these original values are passed through the above-mentioned by-pass unit BY.
Zudem kann das Gerät SG weitere Schnittstelleneinheiten EL, AL aufweisen, die zu einer zweiten gemeinsamen Schnittstelle zusammengefasst sein können, welche der Kopplung des Geräts SG mit der oben erwähnten Verarbeitungseinheit IG zum Ausführen eines oder mehrerer Optimierungsobjekte ROI-
Die Bereitstellung von Optimierungsobjekten kann über Webdienstserver erfolgen. Die Auswahl geeigneter Optimierungsobjekte erfolgt - wie bereits oben erläutert - automatisch mit Hilfe der in den Optimierungskonfigurationsdaten und den jeweiligen Objekten hinterlegten virtuellen Adressen der entsprechenden Ein- und Ausgangsvariablen.Deployment of optimization objects can be done through web service servers. As already explained above, the selection of suitable optimization objects takes place automatically with the aid of the virtual addresses of the corresponding input and output variables stored in the optimization configuration data and the respective objects.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
Die Implementierung der vorstehend beschriebenen Prozesse oder Verfahrensabläufe kann anhand von Instruktionen erfolgen, die auf computerlesbaren Speichermedien oder in flüchtigen Computerspeichern (im Folgenden zusammenfassend als computerlesbare Speicher bezeichnet) vorliegen. Computerlesbare Speicher sind beispielsweise flüchtige Speicher wie Caches, Puffer oder RAM sowie nichtflüchtige Speicher wie Wechseldatenträger, Festplatten, usw.Implementation of the above-described processes or procedures may be accomplished by instructions that reside on computer-readable storage media or in volatile computer storage (collectively referred to as computer-readable storage). Computer-readable memories are, for example, volatile memories such as caches, buffers or RAM as well as non-volatile memories such as removable data carriers, hard disks, etc.
Die vorstehend beschriebenen Funktionen oder Schritte können dabei in Form zumindest eines Instruktionssatzes in/auf einem computerlesbaren Speicher vorliegen. Die Funktionen oder Schritte sind dabei nicht an einen bestimmten Instruktionssatz oder an eine bestimmte Form von Instruktionssätzen oder an ein bestimmtes Speichermedium oder an einen bestimmten Prozessor oder an bestimmte Ausführungsschemata gebunden und können durch Software, Firmware, Microcode, Hardware, Prozessoren, integrierte Schaltungen usw. im Alleinbetrieb oder in beliebiger Kombination ausgeführt werden. Dabei können verschiedenste Verarbeitungsstrategien zum Einsatz kommen, beispielsweise serielle Verarbeitung durch einen einzelnen Prozessor oder Multiprocessing oder Multitasking oder Parallelverarbeitung usw.The functions or steps described above may be in the form of at least one instruction set in / on a computer-readable memory. The functions or steps are not tied to a particular set of instructions or to a particular form of instruction set or to a particular storage medium or processor, or to particular execution schemes, and may include software, firmware, microcode, hardware, processors, integrated circuits, etc. be carried out alone or in any combination. It can be used a variety of processing strategies, such as serial processing by a single processor or multiprocessing or multitasking or parallel processing, etc.
Die Instruktionen können in lokalen Speichern abgelegt sein, es ist aber auch möglich, die Instruktionen auf einem entfernten System abzulegen und darauf via Netzwerk zuzugreifen. The instructions may be stored in local memories, but it is also possible to store the instructions on a remote system and access them via network.
Der Begriff „Prozessor“, „zentrale Signalverarbeitung“, „Steuereinheit“ oder „Datenauswertemittel“, wie hier verwendet, umfasst Verarbeitungsmittel im weitesten Sinne, also beispielsweise Server, Universalprozessoren, Grafikprozessoren, digitale Signalprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), programmierbare Logikschaltungen wie FPGAs, diskrete analoge oder digitale Schaltungen und beliebige Kombinationen davon, einschließlich aller anderen dem Fachmann bekannten oder in Zukunft entwickelten Verarbeitungsmittel. Prozessoren können dabei aus einer oder mehreren Vorrichtungen bzw. Einrichtungen bzw. Einheiten bestehen. Besteht ein Prozessor aus mehreren Vorrichtungen, können diese zur parallelen oder sequentiellen Verarbeitung bzw. Ausführung von Instruktionen ausgelegt bzw. konfiguriert sein.As used herein, the term "processor", "central signal processing", "control unit" or "data evaluation means" includes processing means in the broadest sense, such as servers, general purpose processors, graphics processors, digital signal processors, application specific integrated circuits (ASICs), programmable logic circuits such as FPGAs, discrete analog or digital circuits, and any combinations thereof, including any other processing means known to those skilled in the art or developed in the future. Processors can consist of one or more devices or devices or units. If a processor consists of several devices, these can be designed or configured for the parallel or sequential processing or execution of instructions.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102016214666 [0007, 0044]DE 102016214666 [0007, 0044]
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102017200103.8A DE102017200103A1 (en) | 2017-01-05 | 2017-01-05 | Apparatus and method for optimizing the behavior of at least one component of a technical installation |
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