CH684555A5 - Verfahren zur Ueberwachung technischer Prozesse oder technischer Anlagen. - Google Patents

Description

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CH 684 555 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung technischer Prozesse oder technischer Anlagen.

Die Automatisierung technischer Prozesse oder Anlagen erfordert unter anderem die automatische Überwachung einer Vielzahl von Prozess- oder Anlagenparametern. Dies geschieht mit Prozessrechnern, welche die Parameter einlesen und speichern. Im Fall einer automatischen Prozess- oder Anlagensteuerung werden die Parameter auch durch den Prozessrechner ausgewertet; es werden Rückschlüsse auf den augenblicklichen Prozess- oder Anlagenzustand getroffen und entsprechende Steuerbefehle generiert. Die Überwachung und Auswertung der Parameter hat in Echtzeit zu geschehen; es muss gewährleistet sein, dass zwischen dem Auftreten eines bestimmten Vorfalles und einem daraufhin notwendigen Steuerungseingriff die fallspezifisch vorgegebenen, maximalen Reaktionszeiten nicht überschritten werden. Weiterhin ist es notwendig, dass die Darstellung des zu steuernden Prozesses oder der zu steuernden Anlage durch die verwendeten Parameter möglichst umfassend und konsistent ist, damit alle wesentlichen Vorfälle sicher und frühzeitig erkannt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben, mit dem Parameter technischer Prozesse oder technischer Anlagen umfassend, konsistent und echtzeitgerecht gespeichert werden können.

Dies geschieht gemäss der Erfindung mit einem Verfahren zur Überwachung technischer Prozesse oder technischen Anlagen gemäss Anspruch 1.

Objektorientierte Datenbanken - wie beispielsweise in der Zeitschrift «Informationstechnik it 32 (1990) 5», Seiten 343 ff, beschrieben - sind besonders vorteilhaft für die Modellierung komplexer Sachverhalte beliebiger Art. Herkömmliche objektorientierte Datenbanken sind allerdings nur für statische Aufgaben und nicht für den Einsatz bei rasch veränderlichen Sachverhalten, wie sie in der Prozess- und Anlagenautomatisierungstechnik vorherrschen, geeignet. Dem wird im Rahmen der Erfindung mit einer dynamischen Aktualisierung der einzelnen Objekte der Datenbank in Abhängigkeit von den zeitlichen Veränderungen des Prozesses oder der Anlage begegnet. Die Erfindung ist dadurch besonders für den Einsatz zur Überwachung komplexer technischer Prozesse oder technischer Anlagen geeignet.

Die Vorteile der Erfindung sind besonders augenscheinlich bei einem Einsatz des Verfahrens zur Steuerung eines technischen Prozesses oder einer technischen Anlage gemäss Anspruch 2, da die Güte einer Steuerung wesentlich von der Qualität der Ist-Wert-Erfassung abhängt.

Die Erfindung wird anhand dreier Figuren näher erläutert. Es zeigen beispielhaft:

Fig. 1 die Struktur einer objektorientierten Datenbank und

Fig. 2 eine beispielhafte Schaltungsanordnung

Fig. 3 die Struktur einer auf einen Prozessrechner ablaufenden Steuerungssoftware für einen technischen Prozess.

Die in Fig. 1 dargestellte Struktur einer erfin-dungsgemässen objektorientierten Datenbank um-fasst 6 Objekte 01, 02, ... 06, die in drei Datenbankebenen hierarchisch geordnet sind, wobei die erste Ebene durch das erste Objekt 01, die zweite Ebene durch das zweite und das dritte Objekt 02, 03 und die dritte Ebene durch das vierte, fünfte und sechste Objekt 04, 05, 06 gebildet wird. Jedes Objekt enthält entweder einen einfachen Prozessparameter ME1, ME2, ME3, ME4 oder einen zusammengesetzten Prozessparameter MZ1, MZ2. Weiterhin enthält jedes Objekt Zusatzinformation über den jeweiligen Prozessparameter und zwar die Bildungsvorschrift B, Gültigkeitsdauer D, Restzeit der Gültigkeit R und Gültigkeit G.

Die Funktionsweise der erfindungsgemässen Datenbank wird anhand der in Fig. 2 dargestellten beispielhaften Schaltungsanordnung erläutert.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 besteht aus einer Parallelschaltung dreier Widerstände R1, R2, R3. Jedem dieser Widerstände R1, R2, R3 ist ein Strommessgerät in Reihe geschaltet. Der durch diese Schaltungsanordnung fliessende Gesamtstrom Ig ergibt sich aus der Summe der mittels der Strommessgeräte gemessenen Einzelströme h, I2, I3.

Zusätzlich zu den drei Strommessgeräten ist auch ein Spannungsmessgerät vorgesehen, mittels welchem die an den Widerständen R1, R2, R3 anliegende, gemeinsame Spannung U gemessen wird. Durch Spannung U und Gesamtstrom Ig ist die Gesamtleistungsaufnahme der Schaltung gemäss

P = U • Ig bestimmt.

Bei einer Überwachung der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 mittels erfindungsgemässer, objektorientierter Datenbank nach Fig. 1 enthalten die drei Objekte 04, 05, 06 der untersten Datenbankebene jeweils einen Messwert der drei Einzelströme 11, 12, 13 der Schaltungsanordnung. Die Bildungsvorschrift B ist im Fall eines einfachen Prozessparameters gleich 1, d.h. die eingelesenen Messwerte der Einzelströme 11, 12, 13 werden in den Objekten 04, 05, 06 als Prozessparameter ME2, ME3, ME4 gespeichert. Dies gilt auch für das zweite Objekt 03 der zweiten Datenbankebene, in welchem die Spannung U der Schaltungsanordnung als einfacher Prozessparameter ME1 gespeichert wird.

Die weiteren Objekte 01, 02 der Datenbank enthalten jeweils zusammengesetzte Prozessparameter MZ1, MZ2, und zwar den Gesamtstrom Ig in dem ersten Objekt 02 der zweiten Datenbankebene als Prozessparameter MZ2 und die Gesamtleistungsaufnahme der Schaltungsanordnung in dem Objekt 01 der obersten Datenbankebene als Parameter MZ1. Die Bildungsvorschrift 8 beträgt für den zweiten zusammengesetzten Prozessparameter MZ2

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Ig = h + h + I3,

und für den ersten Prozessparameter MZ1 P = U • Ig-

Die wesentlichen Kenngrössen der Schaltungsanordnung, wie Spannung U, Stromaufnahme Ig, h, I2, I3 und Verlustleistung P sind also in den Objekten 01, 02, ... 06 der Datenbank festgehalten. Durch Abfrage der einzelnen Objekte kann somit zu jedem Zeitpunkt die gewünschte Information über die Schaltungsanordnung erhalten werden.

Eine wesentliche Voraussetzung dafür ist jedoch die Aktualität der gespeicherten Prozessparameter, die dadurch gewährleistet wird, dass die gemessenen einfachen Prozessparameter ME1, ME2, ME3, ME4 in regelmässigen Abständen eingelesen und das gesamte Datenbanksystem bei jeder Änderung eines Prozessparameters oder seiner Gültigkeit G aktualisiert wird. Weiterhin ist es notwendig, dass auch für den Fehlerfall, der darin besteht, dass ein Prozessparameter ME1, ... ME4 nicht oder zu spät eingelesen wird, Vorsorge getroffen wird. Dazu dient in der erfindungsgemässen objektorientierten Datenbank die Zusatzinformation, die jedes Objekt über den jeweiligen Prozessparameter enthält. Diese umfasst neben der bereits beschriebenen Bildungsvorschrift B noch die Gültigkeitsdauer D, die Restzeit der Gültigkeit R und die Gültigkeit G.

Die Gültigkeitsdauer D gibt an, wie lange der zugehörige Prozessparameter nach jeder Aktualisierung gültig ist. Im ordnungsgemässen Betrieb der Datenbank muss deshalb der Zeitraum zwischen zwei Aktualisierungen eines Objektes geringer sein als die Gültigkeitsdauer D. Diese wird bei der aufgabenspezifischen Erstellung der Datenbank festgelegt und während des Betriebes nicht geändert. Die Gültigkeitsdauer D eines Prozessparameters ist insbesondere auch bei chemischen Prozessen oder in der Umwelttechnik von Bedeutung. So muss beispielsweise die Qualität von Trinkwasser in vorgegebenen Zeitabständen durch entsprechende Analysen kontrolliert werden.

Im Gegensatz zur Gültigkeitsdauer D wird die Restzeit der Gültigkeit R mit jeder Aktualisierung des zugehörigen Prozessparameters auf den Wert der Gültigkeit D gesetzt und in vom Datenbanksystem vorgegebenen Zeitabständen verringert, bis der Wert 0 erreicht ist, oder eine neuerliche Aktualisierung des zugehörigen Prozessparameters stattgefunden hat. Erreicht die Restzeit der Gültigkeit R den Wert 0, wird der zugehörige Prozessparameter ungültig und die Gültigkeit G auf ungültig gesetzt. Der Anwender erfährt dann bei Zugriff auf dieses Objekt oder durch einen von der Datenbank ausgelösten Alarm, dass der darin enthaltene Prozessparameter nicht aktuell ist und deshalb auch nicht stimmen muss.

Wenn ein Prozessparameter ungültig wird, werden auch die davon abhängigen Prozessparameter ungültig. Im konkreten Fall werden bei einem ungültigen zweiten einfachen Prozessparameter ME2 im ersten Objekt 04 der untersten Datenbankebene auch die davon abhängigen zusammengesetzten

Prozessparameter MZ1, MZ2 im ersten und zweiten Objekt 01, 02 ungültig. In der Fig. 1 wird diese Abhängigkeit mittels Pfeilen zwischen den Objekten dargestellt.

Neben der Gültigkeit/Ungültigkeit eines Objektes wird auch jede Änderung im Wert des Prozessparameters an die übergeordneten Objekte weitergegeben. Die in diesen Objekten gespeicherten zusammengesetzten Prozessparameter werden gemäss ihrer Bildungsvorschrift B neu ermittelt, und als Restzeit der Gültigkeit R wird der kleinste Wert der Restzeiten der Gültigkeit der in der Bildungsvorschrift enthaltenen Objekte eingetragen.

Durch die erfindungsgemässe objektorientierte Datenbank ist somit eine übersichtliche und jederzeit konsistente Darstellung eines Prozesses oder einer Anlage gegeben. Weiterhin werden auftretende Fehler erkannt, die notwendigen Schritte vom Datenbanksystem selbst vollzogen und der Anwender von der fehlerträchtigen Aufgabe befreit, die Auswirkungen eines nicht aktualisierten Messwertes im Einzelfall zu berücksichtigen.

Fig. 3 zeigt die Struktur eines Systems zur Steuerung eines Echtzeitprozesses. Diese Struktur umfasst die objektorientierte Datenbank OD, die Datenbanksteuerung DBS, den Komplex der Anwendungssoftware AS und den zu steuernden Prozess P.

Die objektorientierte Datenbank OD weist die anhand der Fig. 1 beschriebene Struktur auf. Die Datenbanksteuerung DBS umfasst einen Zeitgeber ZG, eine Aktionsauslösung AA und eine Aktualisierungseinheit AK. Die Verbindung zwischen Zeitgeber ZG und objektorientierter Datenbank OD ist über eine Taktleitung T gegeben. Eine weitere Verbindung besteht zwischen der Aktualisierungseinheit AK und der objektorientierten Datenbank OD über eine Aktualisierungsverbindung A sowie eine Datenverbindung DEA. Die Anwendungssoftware AS, welche die Steuerungsaufgaben des Prozesses P löst, ist ebenfalls über Datenleitungen und Leitungen zur Aktionsauslösung mit dem Prozess selbst und dem Datenbanksystem DBS verbunden.

Die Funktion des Systems ist wie folgt:

Die den Prozess P beschreibenden Prozessparameter werden entweder durch Messung direkt ermittelt (einfache Prozessparameter) oder aus den direkt ermittelten, einfachen Prozessparametern abgeleitet (zusammengesetzte Prozessparameter). Die Ableitung eines zusammengesetzten Prozessparameters geschieht, wie bereits beschrieben, nach der zugehörigen Bildungsvorschrift, die zusammen mit dem Prozessparameter in einem Objekt der objektorientierten Datenbank enthalten ist.

Die Steuerung der Messung der einfachen Prozessparameter erfolgt durch die Anwendungssoftware AS. Die Messergebnisse werden in die objektorientierte Datenbank OD übertragen und dort in den entsprechenden Objekten gespeichert.

Nach jedem Eintrag des Messwertes eines einfachen Prozessparameters wird die Datenbank aktualisiert, d.h. die von dem neu eingetragenen, einfachen Prozessparameter abhängigen zusammengesetzten Prozessparameter werden neu ermittelt. Ebenso wird die Zusatzinformation aktualisiert, wie

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bereits anhand der Fig. 1 beschrieben wurde. Die Steuerung der Aktualisierung erfolgt durch die Aktualisierungseinheit AK der Datenbanksteuerung DBS.

Weitere wesentliche Funktionsmodule der Datenbanksteuerung DBS sind der Zeitgeber ZG und die Aktionsauslösung AA.

Der Zeitgeber ZG steuert die Verringerung der Restzeit der Gültigkeit R. Die Aktionsauslösung AA überwacht die Gültigkeit G aller Datenbank-Objekte. Ein «Ungültig»-Zustand eines Objektes wird an die Anwendersoftware AS weitergegeben, die dann entsprechende Massnahmen, wie beispielsweise eine Fehlermeldung oder eine automatische Messwertabfrage, auslöst.

Die in Fig. 3 dargestellte Struktur eines Systems ist zwar aufgrund des übersichtlichen Aufbaus vorteilhaft bei der Anwendung des erfindungsgemäs-sen Verfahrens, sie ist jedoch nicht zwingend notwendig. Neben den vielseitigen Einsatzmöglichkeiten ermöglicht die Erfindung daher dem Anwender auch eine Vielzahl von vorteilhaften Ausgestaltungen.

Claims (2)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Überwachung technischer Prozesse oder technischer Anlagen durch Erfassung und Auswertung ausgewählter Prozess- oder Anlagenparameter, bei dem die ausgewerteten Prozessoder Anlagenparameter jeweils in einem zugeordneten Objekt (01, 02, ... 06) einer objektorientierten Datenbank gespeichert werden, wobei zumindest ein Teil der Objekte neben einem Prozess- oder Anlagenparameter (MZ1, MZ2, ME1, ... ME4) auch Zusatzinformationen über denselben enthält, die zumindest Bildungsvorschrift (B), Gültigkeit (G), Gültigkeitsdauer (D) und Restzeit der Gültigkeit (R) umfassen, bei dem die Objekte (01, 02, ... 06) der Datenbank hierarchisch geordnet sind und die unterste Ebene von Objekten (04, 05, 06) eingelesene einfache Prozess- oder Anlagenparameter (ME2, ME3, ME4) enthält und die Objekte der höheren Ebenen (01, 02, 03) entweder einfache (ME1 ) oder zusammengesetzte (MZ1, MZ2) Prozess- oder Anlagenparameter enthalten, welche aus Prozessoder Anlagenparametern der jeweils untergeordneten Ebene nach der vorgegebenen Bildungsvorschrift (B) abgeleitet werden, mit folgenden Verfahrensschritten:

- die der Datenbank zugeführten einfachen Pro-zess- oder Anlagenparameter (ME1, ... ME4) werden in den zugehörigen Objekten (03, 04, 05, 06) gespeichert:

- mit der Übernahme eines Prozess- oder Anlagenparameters (ME1, ... ME4) durch ein Objekt (03, 04, 05, 06) wird auch die Zusatzinformation (G, R) aktualisiert;

- jede Änderung eines Objektes wird an das oder die jeweils übergeordneten Objekte (02, 01), deren Bildungsvorschrift (B) das geänderte Objekt enthält, bis zur höchsten Ebene weitergegeben und die in den Objekten enthaltenen zusammengesetzten Pro-zess- oder Anlagenparameter (MZ1, MZ2) sowie die Zusatzinformation (G, R) werden aktualisiert;

- in regelmässigen Zeitabständen wird der Wert der Restzeit der Gültigkeit (R) aller gültigen Objekte (01, 02, ... 06) um einen konstanten Betrag verringert;

- das Objekt und alle davon abhängigen, übergeordneten Objekte werden, wenn die Restzeit (R) eines Objektes den Wert Null aufweist, als ungültig erklärt;

- nach Eintreffen eines neuen einfachen Prozessoder Anlagenparameters (ME1, ... ME4) wird ein ungültiges Objekt wieder als gültig erklärt, als Wert der Restzeit der Gültigkeit (R) wird der Betrag der Gültigkeitsdauer (D) eingetragen, und die Änderungen werden an das oder die übergeordneten Objekte, deren Bildungsvorschrift (B) das geänderte Objekt enthält, weitergegeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherten Prozess- oder Anlagenparameter (MZ1, MZ2, ME1, ... ME4) durch Prozess- oder Anlagen-Istwerte der Steuerung eines technischen Prozesses oder einer technischen Anlage gebildet werden.

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