CN115427906A - 确定设施中的执行器与传感器之间邻近关系的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于确定执行器(51)和传感器(41，42，43，44)之间的邻近关系的方法，在用于控制技术过程的设施(1)中，所述传感器与所述执行器配合作用并且与所述执行器通信，其中，执行器(51)影响过程并且传感器(41，42，43，44)检测过程变量的测量值，其特征在于，执行器(51)‑根据预设的测试模式(17)影响过程，‑针对预设的测试模式来查找作为对测试模式(17)的响应(16‑41，16‑42，16‑43；16'‑41，16'‑42，16'‑42)从传感器(41，42，43，44)获得的测量值序列，‑将传感器识别为与所述执行器(51)具有最大有效接近度的传感器，其响应在响应质量和响应时间方面最佳地满足预设的品质标准。

Description

确定设施中的执行器与传感器之间邻近关系的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于确定执行器和传感器之间的邻近关系的方法，所述传感器与执行器在用于控制技术过程的设施中配合作用并且与所述执行器通信，其中，执行器影响过程并且传感器检测过程变量的测量值。
本发明还涉及一种用于确定执行器和传感器之间的邻近关系的装置，所述传感器与执行器在用于控制技术过程的设施中配合作用并且与所述执行器通信，其中，执行器影响过程并且传感器检测过程变量的测量值。
背景技术
在加工工业、例如制造化学、石化、制药、食品和其他产品的工业的设施中，在现场级别本地分布的、分散的现场设备在设施自动化的范围中执行预设功能，并且在此与上级的控制和管理系统的部件交换过程相关的、设施相关的和/或设备相关的信息，并且必要时还相互交换所述信息。传感器(用于例如料位、流量、压力和温度的测量变换器，用于气体或液体分析的分析设备，称重系统)和执行器(执行机构、用于阀的位置调节器、其他的分散的调节器和用于例如泵的电动驱动器的频率变换器)属于现场设备，其中，所述传感器传输过程变量的测量值形式的过程数据，其中，所述执行器获得调节数据形式的过程数据，以影响过程。
现场设备通常配备有自我监控功能，所述自我监控功能在持续运行期间监控现场设备的功能，进而例如确保所提供的测量值的正确性。特别地，在执行器的情况下，功能性的检查也能够在自测的范围中在正进行的运行之外或者以仅不显著干扰正进行的运行的方式进行。所获得的关于现场设备状态或性能的数据能够在设备内部存储或者例如传输到云端中并且存储在那里。
执行器的功能性仅与其他现场设备、尤其是传感器结合地确定，所述其他现场设备在设施中作用上紧邻执行器安装。典型的复合件例如形成具有调节或调控阀的位置调节器(定位器)和流量测量变速器，所述位置调节器和流量测量变速器共同地调节流量。另一实例是具有变频器驱动器和流量测量变速器的泵，所述变频器驱动器和流量测量变速器同样共同地调节流量。补充地或代替流量测量变速器，如果应调节压力，则流量测量变速器能够是符合件的一部分。
问题在于：不同现场设备的测量值的链接意味着手动工程设计耗费。测量值的链接例如能够在管理系统中进行，即规划过程通信并且将值经由控制装置的过程映像提供给用于继续处理的算法。也必须手动地设计经由设备中的输入/输出卡(I/O卡)将本地互联测量信号。
从EP 2 506 096 A2中已知一种用于在安装系统的调试范围中逻辑链接传感器和执行器的方法。将安装位置属性和作用位置属性与每个执行器、例如调光器相关联，其中，安装属性说明执行器在建筑中的位置并且作用地点属性说明执行器作用的地点，例如由调光器控制的灯具的地点。执行器由传感器影响，其中，将安装位置属性与每个传感器、例如开关或亮度传感器相关联，所述安装位置属性说明传感器在建筑中的位置。基于执行器的作用地点属性从传感器组或多个传感器中根据其安装位置属性进行选择并且随后建立所选择的传感器和执行器之间的逻辑互联，其中，应当通过所述传感器组或所述多个传感器影响执行器。
M.M.Rashid等人在“A Survey on Behavioral Pattern Mining From SensorData in Internet of Things”，IEEE Access，IEEE，USA，第8卷，2020年2月14日，第33318-33341页，概述了大型无线传感器/执行器网络中的“行为模式挖掘”。在第33328页说明：在相邻传感器的数据之间存在空间关联。通过关联性分析能够识别数据中的关系和依赖关系，并且以规则的形式制定，其中，通过上下文相关的关联规则能够调用对于传感器值相关的正确的执行器运行。
DE 10 2010 032 712 B3公开一种用于配置建筑自动化系统的方法，其中，大量传感器和执行器相互联网。为了配置传感器，通过用户在移动终端设备上选择执行器，所述终端设备将关于所选择的执行器的信息传输至夹住自动化系统。属于所选择的执行器的传感器通过用户手动激活并且在逻辑上与所选则的执行器相关联。
发明内容
本发明所基于的目的在于，使设施中的执行器与传感器之间的邻近关系的测定自动化，从而因此减小利用相邻传感器的测量值对执行器的功能性的检查的工程设计耗费。
根据本发明，该目的通过权利要求1中说明的方法和权利要求5中限定的装置来实现，其有利的改进形式在从属权利要求中说明。
因此，本发明的主题是一种用于确定在执行器与传感器之间的邻近关系的方法，所述传感器与所述执行器在用于控制技术过程的设施中配合作用并且与所述执行器通信，其中，执行器影响过程并且传感器检测过程变量的测量值，其特征在于，执行器
-根据预设的测试模式影响过程，
-针对预设的测试模式来查找作为对测试模式的响应从传感器获得的测量值序列，并且
-将自身响应在响应质量和响应时间方面最佳地满足预设的品质标准的传感器识别为与执行器具有最大有效接近度的传感器。
本发明的主题还涉及一种用于确定在执行器与传感器之间的邻近关系的设备，所述传感器与所述执行器在用于控制技术过程的设施中配合作用并且与所述执行器通信，其中，执行器影响过程并且传感器检测过程变量的测量值，其特征在于，执行器构成用于
-根据预设的测试模式影响过程，
-针对预设的测试模式来查找作为对测试模式的响应从传感器获得的测量值序列，并且
-将自身响应在响应质量和响应时间方面最佳地满足预设的品质标准的传感器识别为与执行器具有最大有效接近度的传感器。
于是，执行器为了检查其在设置中的功能能够使用作用最接近的识别出的传感器的测量值。
预设的测试模式能够是过程的单独影响的序列，所述单独影响能够具有彼此间不同的时间间距和/或能够是不同强度。
针对预设的测试模式来查找作为对测试模式的响应从传感器获得的测量值序列，并在响应质量和响应时间方面进行评估。响应质量尤其包含作为响应获得的测量值序列中的测试模式的再现精度，即测试模式与响应之间的相关性的程度。附加的质量标准也能够是响应中再次识别的测试模式的幅度，即由传感器检测到的过程变量对由执行器对过程的影响以何种强度做出反应。响应时间对应于如下时间间距，测试模式在所述时间间距中在通过执行器影响过程之后在响应中显现。
根据借助测试模式评估传感器对过程影响的响应，确定其响应在响应质量和响应时间方面最符合预设质量标准的传感器。在最好的情况下，这是如下传感器，在所述传感器中由其检测到的过程变量借助测试模式对过程影响做出最快、最精确和最强的反应。响应时间短且响应质量不足的传感器的响应不符合质量标准，或者与响应时间较长但响应质量更好的另一传感器的响应相比更差地符合质量标准。因此，质量标准是对技术设施中执行器和传感器之间的有效关系的量度。
现在能够结合所选的传感器确定执行器的功能。这意味着：除了执行器的数据之外，还使用所选的传感器的测量值来评估执行器的功能或性能能力。
执行器能够根据预设的测试模式激活传感器以传输在影响过程期间根据预设的测试模式检测到的测量值。替代地，为了存储在影响过程期间根据预设的测试模式检测到的测量值，能够将传感器激活并且随后将存储的测量值序列传输至执行器。
执行器的功能性也能够结合两个或多个不同类型传感器、例如流量测量变换器和压力测量变换器来确定。对于该情况，执行器能够分别从相同的传感器类型的组中相互独立地选择传感器，其中，能够为每组传感器分别使用不同的质量标准。
附图说明
在下文中，根据实施例并参考附图来解释本发明；详细地示出：
图1示出技术设施的一个实例，在该技术设施中执行器和传感器配合作用，
图2示出执行器和多个传感器，应当确定该传感器与该执行器的邻近关系，和
图3至图5示出根据本发明的方法的示例性的流程图。
相同的附图标记在不同的图中具有相同的含义。视图是粹示意性的，并且不代表任何大小比例。
具体实施方式
图1以简化示意图示出技术设施1的实例，在该技术设施中，运行过程并且借助于自动化系统2控制该过程。自动化系统2具有多个现场设备3，所述现场设备在现场层面、即在过程中承担预设的测量、控制和调节功能，并且在此作为传感器41、42、43、44尤其检测过程变量的测量值并且作为执行器51、52通过调节干预作用于过程。典型的传感器是用于料位、流量、压力和温度的测量变换器，用于气体或液体分析的分析设备和称重系统。典型的执行器是执行机构、用于阀的位置调节器、其他分散式调节器和用于电动驱动器、例如泵的变频器。
现场设备3经由通常有线的通信系统6彼此且与上级的控制和管理系统7交换过程、功能和/或设备相关的数据，为此经由现场总线8将现场设备3连接于自动化设备10、例如可编程逻辑控制器(SPS)的输入和输出组件9，所述现场设备又单独地或经由中央设施总线11与上级的控制和管理系统7连接。
图1中所示的现场设备3的布置遵循其与通信系统的现场总线8的连接并且不反映其在设施内的实际位置。
图2示例性地示出呈具有控制阀的位置调节器形式的执行器51和传感器41、42、43，所述传感器在此为流量测量变换器。执行器51和传感器41、42、43经由通信系统6进行通信，所述通信系统的结构在此并不重要。原则上，现场设备3也能够经由替代的通信途径、例如无线地相互通信，因为与本发明相关的传感器在实践中布置在与执行器相同的设施部分中或者离执行器不太远地布置。
为了确定具有最大有效接近度的传感器，执行器51包含应用(附加程序)12，所述执行器在其根据预设的测试模式调试时作用于过程，以便确定如下传感器，所述传感器以尤其检测到的测量值提供对所述测试模式的最快和最准确的反应。为此，传感器41、42、43包含对应的应用13，以便将其测量值作为通过执行器51对过程激励的响应传输至所述执行器。
在位置调节器的情况下，测试模式能够由控制阀的特征性的调节运动(打开/关闭)的序列构成。在此，序列的启动能够经由用户界面(设备自身的键盘或手动操作工具，如智能手机、PDA或手持设备)手动进行，或者其自动地作为设备启动的一部分来启动。在此，该序列优选地具有如此短的持续时间和/或如此低的强度，使得通过其不影响实际过程。另一方面，所述序列足够长并且具有这样的强度，使得能够由处于执行器51的较劲的过程附近中的传感器41、42、43检测测试模式。根据过程，存在调节序列的持续时间和/或其重复速率的选项。特别是在过程足够缓慢的情况下，能够增加序列的持续时间，以增加在传感器41、42、43的测量值中检测到测试模式的可能性。根据测试模式对过程的影响也能够在运行期间或以特定的间隔来执行，以便能够持续验证执行器51与传感器41、42、43的邻近关系。
执行器51中的应用12为所述执行器实现对传感器41、42、43的通信访问。首先，执行器51例如作为多播或广播将识别情况请14发送到包含调用的通信系统6中，即应当登记预设传感器类型的传感器，在此例如流量测量变换器。该调用首先仅可包含对传感器的通信地址的请求，其中，随后单独进行对传感器测量值的请求。替代地，该调用能够同时包括请求一起提供测量值或者，或者传感器自动执行此操作。最后，该调用还能够包含如下情况，即传感器41、42、43应该将由其检测到的测量值在预设的持续时间期间或直至重新调用执行器51的时间点都存储在数据记录器15中。传感器41、42、43将请求的信息和数据16发送给执行器51。
在由传感器41、42、43请求测量值的同时或不久之前，执行器51根据测试模式执行过程影响并读取由传感器41、42、43提供的测量值。在预设的时间之后，执行器51请求传感器41、42、43：结束发送其测量值。替代地，执行器能够预先通知传感器41、42、43如下时间间隔，在所述时间间隔内所述传感器应将测量值传输至所述执行器。
基于从各个传感器41、42、42接收到的测量值序列，执行器51中的应用12确定如下传感器，所述传感器以最高概率在作用方向上在设施1中构建在其后方、例如构建在工艺管处。这通过评估获得的关于响应质量和响应时间的测量值序列来进行。这意味着，如下传感器以传感器的最高概率与执行器51处于直接的有效接近的邻近中，其中，所述传感器的尤其提供的测量值序列最符合预设的质量标准。
图3示出用于确定具有与执行器具有最大有效接近度的传感器的第一实例的流程图。如已经解释的那样，执行器将识别请求14发送给设施1中的传感器。所述识别请求14能够显著与特定的传感器类型，例如流量计，并且必要时随后针对其他传感器类型、例如压力计重复。传感器，在此为41、42、43(图2)在其响应16-41、16-42、16-43中将其在通信系统6中的通信地址发送给执行器51，所述执行器然后或在随后适当的时间点自动或在经由上述的用户界面的操作输入之后将请求14'-41、14'-42、14'-43发送给传感器，以传输由其检测到的测量值。传感器41、42、43然后在其响应16'-41、16'-42、16'-43中将由其检测到的测量值发送给执行器51，直至所述执行器通过多播或广播调用所述传感器：结束测量值的发送。在从传感器请求测量值的同时或不久，执行器51根据测试模式17作用于过程。最后，评估(18)从各个传感器41、42、42接收并暂存在执行器51中的测量值序列，以便如更上文描述的那样确定如下传感器，所述传感器以最高概率沿作用方向在设施中构建在执行器51的后方。
在图4中所示的、根据本发明的方法的实施例与根据图3的方法的不同之处在于：执行器51借助对传感器的识别请求14来请求传感器：在其响应16-41、16-42、16-43中除了通信地址之外还发送测量值。
在图5中所示的实施例中，传感器41、42、43通过调用14请求，将尤其检测到的测量值暂存(19)在其相应的数据记录器15中。在执行根据测试模式17影响过程之后，执行器51重新将多播或广播命令14”发送给传感器41、42、43，然后，所述传感器将记录的测量值序列传输至执行器51以进行评估18。
在下文中，以具有调控或控制阀(执行器51)和所述流量测量变换器(例如43)的位置调节器为例解释对设施1中的执行器51的功能性的检查，其中，所述流量测量变换器被确定为具有与执行器51最大的有效接近度的传感器。
对于位置调节器，希望经由其运行时间的曲线确定；调节表现是否还存在。为此，位置调节器形成具有例如0、10％、20％、...100％开度的10个级别的直方图函数。在运行时间开始时，位置调节器斜坡式移动进而能够将特定的流量与每个级别相关联。从那时起，位置调节器在运行阶段中从相邻的流量测量变换器获得流量测量值。如果位置调节器现在识别到与流量测量值与直方图级别的实现校准过的关联的偏差，则这是位置调节器故障/磨损的指示。所述性能特征值(KPI值)例如能够提供给外部应用。
执行器51与传感器41、42、43的邻近关系能够一次性地、例如在调试执行器51时确定，并且然后在需要时或持续地例如以预设的时间间距进行验证。
本发明的主要优点在于自动识别执行器和传感器的邻近识别，所述识别能够在没有工程设计耗费的情况下执行。基于所述信息，能够确定执行器的功能性，例如以KPI值的形式确定。

Claims (11)

1.一种用于确定执行器(51)与传感器(41，42，43，44)之间的邻近关系的方法，所述传感器与所述执行器在用于控制技术过程的设施(1)中配合作用并且与所述执行器通信，其中，所述执行器(51)影响所述过程并且所述传感器(41，42，43，44)检测过程变量的测量值，其特征在于，所述执行器(51)
-根据预设的测试模式(17)影响所述过程，
-针对所述预设的测试模式来查找作为对所述测试模式(17)的响应(16-41，16-42，16-43；16'-41，16'-42，16'-42)从所述传感器(41，42，43，44)获得的测量值序列，并且
-将自身响应在响应质量和响应时间方面最佳地满足预设品质标准的传感器识别为与所述执行器(51)具有最大有效接近度的传感器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了检查在所述设施(1)中的所述执行器的功能性，所述执行器(51)使用识别出的所述传感器的测量值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了将在根据所述预设的测试模式(17)影响所述过程期间检测到的测量值传输至所述执行器(51)，所述执行器(51)将所述传感器(41，42，43，44)激活。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了存储在根据所述预设的测试模式(17)影响所述过程期间检测到的测量值，所述执行器(51)将所述传感器(41，42，43，44)激活，并且随后将所存储的测量值序列传输至所述执行器(51)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在传感器类型不同的情况下，所述执行器(51)分别从相同的传感器类型的组中选择所述传感器。
6.一种用于确定执行器(51)与传感器(41，42，43，44)之间的邻近关系的装置，所述传感器与所述执行器在用于控制技术过程的设施(1)中配合作用并且与所述执行器通信，其中，所述执行器(51)影响所述过程并且所述传感器(41，42，43，44)检测过程变量的测量值，其特征在于，所述执行器(51)设计用于
-根据预设的测试模式(17)影响所述过程，
-针对所述预设的测试模式来查找作为对所述测试模式(17)的响应(16-41，16-42，16-43；16'-41，16'-42，16'-42)从所述传感器(41，42，43，44)获得的测量值序列，并且
-将自身响应在响应质量和响应时间方面最佳地满足预设的品质标准的传感器识别为与所述执行器(51)具有最大有效接近度的传感器。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述执行器(51)被设计用于，为了检查在所述设施(1)中的所述执行器的功能性而使用识别出的所述传感器的测量值。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述执行器(51)被设计用于，为了将在根据所述预设的测试模式影响所述过程期间检测到的测量值传输至所述执行器(51)，激活所述传感器(41，42，43，44)。
9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述执行器(51)被设计用于，为了存储在根据所述预设的测试模式(17)影响所述过程期间检测到的测量值，将所述传感器(41，42，43，44)激活，并且随后将所存储的测量值序列传输至所述执行器(51)。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述执行器(51)被设计用于，在传感器类型不同的情况下，分别从相同的传感器类型的组中选择所述传感器。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述执行器(51)是具有控制阀的位置调节器，并且所述传感器(41，42，43，44)是流量计。
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