CH684555A5

CH684555A5 - A method for monitoring industrial processes or installations.

Info

Publication number: CH684555A5
Application number: CH296892A
Authority: CH
Inventors: Veith Dr Dipl-Ing Risak
Original assignee: Siemens Ag Oesterreich
Priority date: 1991-10-08
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1994-10-14
Also published as: DE4203432A1

Description

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CH 684 555 A5 CH 684 555 A5

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung technischer Prozesse oder technischer Anlagen. The invention relates to a method for monitoring technical processes or technical systems.

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. The automation of technical processes or plants requires, among other things, the automatic monitoring of a large number of process or plant parameters. This is done with process computers, which read in and save the parameters. In the case of automatic process or system control, the parameters are also evaluated by the process computer; conclusions are drawn on the current process or plant status and corresponding control commands are generated. The parameters must be monitored and evaluated in real time; it must be ensured that between the occurrence of a specific incident and a subsequent control intervention, the maximum response times specified for the specific case are not exceeded. Furthermore, it is necessary that the representation of the process to be controlled or the system to be controlled by the parameters used is as comprehensive and consistent as possible, so that all significant incidents are recognized reliably and early.

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. The invention is therefore based on the object of specifying a method with which parameters of technical processes or technical systems can be stored comprehensively, consistently and in real time.

Dies geschieht gemäss der Erfindung mit einem Verfahren zur Überwachung technischer Prozesse oder technischen Anlagen gemäss Anspruch 1. According to the invention, this is done with a method for monitoring technical processes or technical systems according to claim 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. Object-oriented databases - as described, for example, in the journal "Informationstechnik it 32 (1990) 5", pages 343 ff - are particularly advantageous for modeling complex facts of any kind. However, conventional object-oriented databases are only for static tasks and not for use rapidly changing circumstances, such as those prevailing in process and plant automation technology. This is countered within the scope of the invention by dynamically updating the individual objects of the database depending on the changes in time of the process or the system. The invention is therefore particularly suitable for use in monitoring complex technical processes or technical systems.

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. The advantages of the invention are particularly evident when the method for controlling a technical process or a technical system is used, since the quality of a control essentially depends on the quality of the actual value detection.

Die Erfindung wird anhand dreier Figuren näher erläutert. Es zeigen beispielhaft: The invention is illustrated by three figures. The following are examples:

Fig. 1 die Struktur einer objektorientierten Datenbank und Fig. 1 shows the structure of an object-oriented database and

Fig. 2 eine beispielhafte Schaltungsanordnung Fig. 2 shows an exemplary circuit arrangement

Fig. 3 die Struktur einer auf einen Prozessrechner ablaufenden Steuerungssoftware für einen technischen Prozess. 3 shows the structure of control software for a technical process running on a process computer.

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. The structure of an object-oriented database according to the invention shown in FIG. 1 comprises 6 objects 01, 02,... 06, which are arranged hierarchically in three database levels, the first level by the first object 01, the second level by the second and third objects 02, 03 and the third level are formed by the fourth, fifth and sixth objects 04, 05, 06. Each object contains either a simple process parameter ME1, ME2, ME3, ME4 or a composite process parameter MZ1, MZ2. Furthermore, each object contains additional information about the respective process parameter, namely the formation rule B, validity period D, remaining time of validity R and validity G.

Die Funktionsweise der erfindungsgemässen Datenbank wird anhand der in Fig. 2 dargestellten beispielhaften Schaltungsanordnung erläutert. The functioning of the database according to the invention is explained on the basis of the exemplary circuit arrangement shown in FIG. 2.

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. 2 consists of a parallel connection of three resistors R1, R2, R3. A current measuring device is connected in series to each of these resistors R1, R2, R3. The total current Ig flowing through this circuit arrangement results from the sum of the individual currents h, I2, I3 measured by means of the current measuring devices.

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 In addition to the three current measuring devices, a voltage measuring device is also provided, by means of which the common voltage U across the resistors R1, R2, R3 is measured. The total power consumption of the circuit is shown by voltage U and total current Ig

P = U • Ig bestimmt. P = U • Ig determined.

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. When monitoring the circuit arrangement according to FIG. 2 by means of the object-oriented database according to the invention according to FIG. 1, the three objects 04, 05, 06 of the lowest database level each contain a measured value of the three individual currents 11, 12, 13 of the circuit arrangement. In the case of a simple process parameter, formation rule B is 1, i.e. The read measured values of the individual currents 11, 12, 13 are stored in objects 04, 05, 06 as process parameters ME2, ME3, ME4. This also applies to the second object 03 of the second database level, in which the voltage U of the circuit arrangement is stored as a simple process parameter ME1.

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 The other objects 01, 02 of the database each contain composite process parameters MZ1, MZ2, namely the total current Ig in the first object 02 of the second database level as process parameter MZ2 and the total power consumption of the circuit arrangement in object 01 of the top database level as parameter MZ1. The instruction 8 for the second composite process parameter is MZ2

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Ig = h + h + I3, Ig = h + h + I3,

und für den ersten Prozessparameter MZ1 P = U • Ig- and for the first process parameter 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. The essential parameters of the circuit arrangement, such as voltage U, current consumption Ig, h, I2, I3 and power loss P are thus recorded in objects 01, 02, ... 06 of the database. By querying the individual objects, the desired information about the circuit arrangement can thus be obtained at any time.

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. An important prerequisite for this, however, is the up-to-dateness of the stored process parameters, which is ensured by reading the measured simple process parameters ME1, ME2, ME3, ME4 at regular intervals and updating the entire database system whenever a process parameter or its validity G changes. It is also necessary to take precautions even in the event of an error, which is that a process parameter ME1, ... ME4 is not read in or is read in too late. In the object-oriented database according to the invention, the additional information that each object contains about the respective process parameter is used for this purpose. In addition to the educational regulation B already described, this also includes the period of validity D, the remaining period of validity R and the validity 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. The validity period D indicates how long the associated process parameter is valid after each update. In orderly operation of the database, the period between two updates of an object must therefore be less than the validity period D. This is determined when the database is created for the task and is not changed during operation. The validity period D of a process parameter is particularly important in chemical processes or in environmental technology. For example, the quality of drinking water must be checked at appropriate intervals using appropriate analyzes.

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. In contrast to the validity period D, the remaining time of the validity R is set to the value of the validity D with each update of the associated process parameter and reduced at intervals specified by the database system until the value 0 is reached, or the associated process parameter has been updated again. If the remaining time of validity R reaches the value 0, the associated process parameter is invalid and the validity G is set to invalid. When accessing this object or through an alarm triggered by the database, the user then learns that the process parameter contained therein is not up-to-date and therefore does not have to be correct.

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 If a process parameter becomes invalid, the dependent process parameters also become invalid. In the specific case, in the event of an invalid second simple process parameter ME2 in the first object 04 of the lowest database level, the composites dependent thereon are also composed

Prozessparameter MZ1, MZ2 im ersten und zweiten Objekt 01, 02 ungültig. In der Fig. 1 wird diese Abhängigkeit mittels Pfeilen zwischen den Objekten dargestellt. Process parameters MZ1, MZ2 in the first and second objects 01, 02 invalid. In Fig. 1, this dependency is represented by arrows between the objects.

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. In addition to the validity / invalidity of an object, every change in the value of the process parameter is also passed on to the higher-level objects. The composite process parameters stored in these objects are newly determined in accordance with their educational specification B, and the smallest value of the remaining periods of validity of the objects contained in the educational specification is entered as the remaining time of the validity R.

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. The object-oriented database according to the invention thus provides a clear and consistent representation of a process or system at all times. Errors that occur are also recognized, the necessary steps are carried out by the database system itself and the user is released from the error-prone task of taking into account the effects of a non-updated measured value in individual cases.

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. 3 shows the structure of a system for controlling a real-time process. This structure comprises the object-oriented database OD, the database control DBS, the complex of the application software AS and the process P to be controlled.

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. The object-oriented database OD has the structure described with reference to FIG. 1. The database control DBS comprises a timer ZG, an action trigger AA and an update unit AK. The connection between the timer ZG and the object-oriented database OD is provided via a clock line T. Another connection exists between the update unit AK and the object-oriented database OD via an update connection A and a data connection DEA. The application software AS, which solves the control tasks of the process P, is also connected to the process itself and the database system DBS via data lines and lines for triggering the action.

Die Funktion des Systems ist wie folgt: The system works as follows:

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. The process parameters describing the process P are either determined directly by measurement (simple process parameters) or derived from the directly determined simple process parameters (composite process parameters). As already described, a composite process parameter is derived in accordance with the associated training rule, which is contained in an object of the object-oriented database together with the process parameter.

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. The measurement of the simple process parameters is controlled by the application software AS. The measurement results are transferred to the object-oriented database OD and stored there in the corresponding objects.

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 After each entry of the measured value of a simple process parameter, the database is updated, i.e. the composite process parameters dependent on the newly entered, simple process parameters are newly determined. The additional information is also updated, such as

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bereits anhand der Fig. 1 beschrieben wurde. Die Steuerung der Aktualisierung erfolgt durch die Aktualisierungseinheit AK der Datenbanksteuerung DBS. has already been described with reference to FIG. 1. The update is controlled by the update unit AK of the database control DBS.

Weitere wesentliche Funktionsmodule der Datenbanksteuerung DBS sind der Zeitgeber ZG und die Aktionsauslösung AA. Other essential function modules of the DBS database control are the timer ZG and the action trigger 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. The timer ZG controls the reduction in the remaining time of the validity R. The action trigger AA monitors the validity G of all database objects. An “invalid” state of an object is passed on to the user software AS, which then triggers appropriate measures, such as an error message or an automatic measurement value query.

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. The structure of a system shown in FIG. 3 is advantageous due to the clear structure when using the method according to the invention, but it is not absolutely necessary. In addition to the wide range of possible uses, the invention therefore also enables the user to use a variety of advantageous configurations.

Claims

1. Method for monitoring technical processes or technical systems by recording and evaluating selected process or system parameters, in which the evaluated process or system parameters are each stored in an assigned object (01, 02, ... 06) of an object-oriented database, at least one In addition to a process or system parameter (MZ1, MZ2, ME1, ... ME4), some of the objects also contain additional information about the same, which includes at least the training rule (B), validity (G), validity period (D) and remaining time of validity (R) include, in which the objects (01, 02, ... 06) of the database are hierarchically arranged and the lowest level of objects (04, 05, 06) contains simple process or system parameters (ME2, ME3, ME4) and the Objects of the higher levels (01, 02, 03) contain either simple (ME1) or composite (MZ1, MZ2) process or system parameters, which consist of process or system parameters of the respective u subordinate level can be derived according to the given educational regulation (B), with the following procedural steps:

- The simple process or system parameters (ME1, ... ME4) supplied to the database are saved in the associated objects (03, 04, 05, 06):

- With the adoption of a process or system parameter (ME1, ... ME4) by an object (03, 04, 05, 06), the additional information (G, R) is also updated;

- Every change of an object is passed on to the higher-level object (s) (02, 01), whose instruction (B) contains the changed object, up to the highest level and the composite process or system parameters (MZ1, MZ2) and the additional information (G, R) are updated;

- the value of the remaining time of validity (R) of all valid objects (01, 02, ... 06) is reduced by a constant amount at regular intervals;

- The object and all dependent superordinate objects are declared invalid if the remaining time (R) of an object has the value zero;

- after the arrival of a new simple process or system parameter (ME1, ... ME4), an invalid object is declared valid again, the value of the remaining period of validity (R), the amount of the validity period (D) is entered, and the changes are made to the or the higher-level objects, whose educational rule (B) contains the changed object.

2. The method according to claim 1, characterized in that the stored process or system parameters (MZ1, MZ2, ME1, ... ME4) are formed by actual process or system values of the control of a technical process or a technical system.

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