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Die
Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren eines Prozessautomatisierungssystems
bestehend aus zumindest einem Feldgerät, einer Steuer-/Regeleinheit,
und zumindest einem Feldbus gemäß dem Anspruch
1.
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In
der industriellen Messtechnik, insb. in der Automatisierungs- und
Prozesssteuerungstechnik, werden regelmäßig Feldgeräte
eingesetzt, die im Prozessablauf Prozessvariablen mittels Sensoren
ermitteln oder Stellgrößen mittels Aktoren einstellen.
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Zu
den Feldgeräten zählen z. B. Durchfluss-, Füllstands-,
Druck- oder Differenzdruck-, Temperaturmessgeräte, sowie
Stellantrieb. Sie sind in der Regel dezentral in unmittelbarer Nähe
der zu messenden oder zu steuernden Prozesskomponente angeordnet,
und liefern ein Messsignal, das dem Messwert der erfassten Prozessvariablen
entspricht. Die Messsignale der Feldgeräte werden an eine übergeordnete
Einheit, z. B. eine zentrale Steuereinheit, wie z. B. eine Warte
oder ein Prozessleitsystem, weitergeleitet. In der Regel erfolgt
die gesamte Prozessteuerung über die übergeordnete
Einheit, die die Messsignale der einzelnen Messgeräte empfängt
und auswertet und in Abhängigkeit von deren Auswertung Steuerungssignale
für die Aktoren erzeugt, die den Prozessablauf steuern.
Auf diese Weise kann beispielsweise ein Durchfluss durch einen Rohrleitungsabschnitt
mittels eines steuerbaren Ventils in Abhängigkeit von einem
gemessenen Durchfluss eingestellt werden.
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Ein
einwandfreies und reibungsloses Arbeiten der Feldgeräte
ist für die Sicherheit der Anwendungen, in denen sie eingesetzt
werden von großer Bedeutung. Entsprechend wird die Funktionsfähigkeit
von Feldgeräten genau überwacht und auftretende
Fehler werden durch entsprechende Fehlermeldungen, z. B. in Form
einer Warnung oder eines Alarms, angezeigt. Vorzugsweise erfolgt
die Überwachung durch das Feldgerät selbst, indem
das Feldgerät eine Selbstüberwachung und/oder
Diagnose ausführt.
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Hierzu
sind Feldgeräte heute teilweise mit einer Vorrichtung zur
Durchführung von Diagnosenverfahren ausgestattet. Diese
sind in der Lage anhand von im Feldgerät zur Verfügung
stehenden Eingangsgrößen das Auftreten bestimmter
Fehler oder Zustände des Feldgeräts zu diagnostizieren.
Hierzu werden die Eingangsgrößen anhand von im
Feldgerät fest implementierten Auswerteverfahren analysiert
und es wird das Eintreten von für den Fehler oder den Zustand
charakteristischen Überwachungskriterien überwacht.
Tritt ein solches Überwachungskriterium ein, gibt das Feldgerät
den zugeordnete Diagnose-Wert aus.
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Ein
derartiges Diagnoseverfahren in einem Feldgerät ist beispielsweise
in der
US 5 419 197
A beschrieben. Hierbei wird ein sensorisches Messsystem,
z. B. ein Beschleunigungssensor zur Diagnose einer Maschine eingesetzt.
Die Messgröße des Beschleunigungssensors werden
zusammen mit dem Diagnosezustand der Maschine einem Neuronalen Netzwerk
zugeführt, welches die Übertragungsfunktion des
Diagnosesystems bestimmt (learning process). Der Beschleunigungssensors
wird einzig und allein zum Zwecke der Analyse der Maschinendiagnose
mit einem Neuronalen Netzwerk eingesetzt.
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Desweiteren
werden solche Diagnosesysteme in der
US 2002077711 aufgezeigt. Hier
wird die Prozessdiagnose unter anderem durch die Verwendung der
vorliegenden Sensordaten realisiert. Diese ermittelten Sensordaten
werden mittels auswählbarer mathematischer Funktionen bearbeitet
und diese Ergebnisse der bearbeiten Sensordaten werden innerhalb
eines Bewertungssystems zur weiteren Diagnose des Prozesses herangezogen.
In diesem Diagnosesystem werden vordefinierte Funktionen zu Analyse
der Sensordaten verwendet, was zu Erstellung dieser Funktionen ein
hohes Maß an Wissen über den vorliegenden Prozess
und die Art und Weise des Diagnoseverfahrens erfordert.
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In
der Patentschrift
EP
1 364 263 A2 werden sehr umfangreich Daten sowohl von Prozesssensoren
als auch Service-Daten von Instandhaltungs- und kann hierbei über
das Feldbus-System erfolgen. Die Analyse der Daten der einzelnen
Sensoren erfolgt über Diagnosefunktionen in vorgegebenen
Funktionsblöcken der Sensorprogramme.
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Ein
weitere Stand der Technik bei dem ein neuronales Netzwerk eine Anwendung
findet ist die
US-A-5,311,562 .
In diesem Diagnosesystem werden die bereits von Sensoren ermittelten,
vorverarbeiteten Messwerte – „operational parameters” zur
Diagnose des Prozesses oder des Zustands der Sensoren verwendet.
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Der
Stand der Technik weist die folgenden Nachteile auf, die durch die
Erfindung überwunden werden:
- – Für
bisherige Lösungen wurden getrennte Sensorsysteme zur Diagnose
und zur Ermittlung der Prozesswerte oder zum Einstellen von Stellgrößen
verwendet.
- – Die bisherigen Diagnose-Lösungen benötigen ein
sehr hohes Maß an Wissen über den Prozess und
die Diagnoseverfahren bezüglich der Wirkungskette von Ursachen
zu Wirkungen. Um hierzu eine Diagnose sicher durchführen
zu können, muss die Ursache/Wirkungskette des Prozesses bekannt
und beherrschbar sein.
- – Die bisherigen Diagnosesysteme verwenden nicht die
Sensorrohdaten, sondern die verarbeiten, gefilterten Messwerte oder
sogar Mittelwerte von Messwerten. Damit wird eine prozessnahe Analyse
und Diagnose nahezu unmöglich gemacht, da die für
die sichere Diagnose notwendigen Informationen des Prozesses oder
der Sensorzustände durch die Signalverarbeitung der Sensoren
bereits herausgefiltert sind.
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Heutige
Diagnoseverfahren sind im Feldgerät werkseitig vorgegeben
und beschränken sich in der Regel auf die Erkennung feldgeräte-spezifische Fehler
oder Zustände. Es gibt jedoch eine sehr große Anzahl
von Fehlern oder Zuständen, die anwendungsspezifisch sind
und mit heutigen Diagnosemöglichkeiten vom Feldgerät
entweder gar nicht erfasst oder nicht ausreichend genau analysiert,
bewertet und/oder interpretiert werden können.
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Ein
Grund hierfür besteht darin, dass Hersteller von Feldgeräten
in der Regel vorab nicht Wissen, wo und wie das Feldgerät
eingesetzt werden wird. Entsprechend liegt es auch nicht im Kenntnisbereich
des Herstellers, welche Fehler oder Zustände für
den Anwender am Einsatzort im Prozess relevant sind, und welche
Bedeutung diesen Fehlern und Zuständen in dem aktuellen
Prozess zukommt.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung ein Diagnoseverfahren für
Feldgerät anzugeben, dass ein breites Spektrum möglicher
Fehler und/oder Zustände diagnostiziert und die Verfügbarkeit
des Feldgeräts nicht beeinträchtigt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Diagnoseverfahren
eines Prozessautomatisierungssystem bestehend aus zumindest einem
Feldgerät, einer Steuer-/Regeleinheit, und zumindest einem Feldbus,
welches die folgenden Verfahrensschritte aufweist, in einer Einlernphase
werden Rohdaten von Messgrößen, Rohdaten von Stellgrößen und/oder
Rohdaten von Zustandsgrößen der Feldgeräte
oder der Prozesse als Eingangsgrößen erfasst und
normiert abgespeichert, außerdem werden in der Einlernphase
vom Anwender zumindest ein Parameter einer Messbedingung, zumindest
ein Parameter eines Prozesszustandes und/oder zumindest ein Parameter
eines Feldgerätezustandes als Ausgabegröße
vorgegeben, die entsprechenden Ausgangsgrößen
werden den Eingangsgrößen zugeordnet abgespeichert,
während der Einlernphase werden die Eingangsgrößen
und die zugeordneten Ausgangsgrößen einem neuronalen
Netzwerk übergeben, in der Einlernphase werden die kausalen
Beziehungen zwischen den ermittelten Eingangsgrößen
und den entsprechenden, vorgegebenen Ausgangsgrößen
durch eine Übertragungsfunktion des neuronalen Netzwerk ermittelt
und abgespeichert, in einer Betriebsphase wird mittels den Übertragungsfunktion
aus den aktuellen Rohdaten der Feldgeräte als Eingangsgrößen zumindest
eine Änderung der aktuellen Messbedingung, des aktuellen
Prozesszustand und/oder des aktuellen Feldgerätezustand
ermittelt.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist darin zu sehen, dass das Diagnoseverfahren in den
Feldgeräten selbsttätig durchgeführt
wird und Ergebnisse der Diagnose an die Steuer-/Regeleinheit und/oder
weiter Feldgeräte übermittelt wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lösung ist darin zu sehen, dass das Diagnoseverfahren in
der Steuer-/Regeleinheit durchgeführt wird, indem die Rohdaten
von den Feldgeräten über den Feldbus übermittelt
werden und die Parameter gleichfalls über den Feldbus übermittelt
werden oder direkt an einer Eingabe-/Ausgabeeinheit der Steuer-/Regeleinheit
eingegeben werden.
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Eine
sehr vorteilhafte Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist darin zu sehen, dass das neuronale Netzwerk die kausalen
Beziehungen zwischen den ermittelten Eingangsgrößen
und den entsprechenden, vorgegebenen Ausgangsgrößen
in Form zumindest einer Übertragungsfunktion abspeichert.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens schlägt vor, dass in der Einlernphase simultan
eine periodische Erfassung der Rohdaten als Eingangsgrößen
und eine periodische Vorgabe der Parameter als Ausgangsgrößen
durchgeführt wird.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens sieht vor, dass die Parameter durch graduelle Einschätzung
des Feldgerätezustandes, des Prozesszustandes und/oder
der Messbedingung durch den Anwender quantifiziert werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die Parameter der Ausgangsgrößen
in einem Bereich von 1 bis 10 vom Anwender vorgegeben werden.
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Ein
zweckmäßiges Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens besteht darin, dass Grenzwerte der Parameter vorgegeben
werden, mittels derer eine Gültigkeit der Eingangsgrößen,
eine kritische Messbedingung, ein kritischer Feldgerätezustand
und/oder ein kritischer Prozesszustand festlegt wird.
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Ein
zweckmäßiges, alternatives Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
dass die Rohdaten von Messgrößen, von Stellgrößen
und/oder von Zustandsgrößen der verschiedenen
Feldgeräte des gleichen Prozesses klassifiziert werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird vorgeschlagen, dass anhand einem Vergleich der Änderung
in den klassifizierten Rohdaten von Messgrößen,
von Stellgrößen und/oder von Zustandsgrößen
der Feldgeräte eine Ursache und/oder ein Maß für
die Änderung der aktuellen Messbedingung, des aktuellen Prozesszustand
und/oder des aktuellen Feldgerätezustand ermittelt wird.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens sieht vor, dass die Vorgabe der Parameter vom Anwender
durch eine menügeführte Eingabe über
eine Ein-/Ausgabeeinheit durchgeführt wird.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lösung besteht darin, dass die Einlernphase bei der Inbetriebnahme
des Feldgeräts und/oder der Prozesseinführung
durchgeführt wird.
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Die
Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der
Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist,
näher erläutert; gleiche Elemente sind in den
Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild eines Prozesses mit Feldgeräts zur
Durchführung von dem durch den Anwender definierten Diagnoseverfahren;
und
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2 zeigt
ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens.
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1 zeigt
ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen
Prozessautomatisierungssystem 1, das aus einer Steuer-/Regeleinheit 2 bzw.
Leitstelle und einer Vielzahl von Feldgeräten 3 in
einem Behälter des ersten Prozesses 13 aufgebaut
ist. Die einzelnen Feldgeräte 3 kommunizieren untereinander
und mit der Steuer-/Regeleinheit 2 über einen
Feldbus 4 und/oder eine Zweidraht-Verbindungsleitung. In
der Steuer-/Regeleinheit 2 ist eine Regel-/Auswerteeinheit 15 integriert,
die die Steuerung des Automationsprozesses, die Auswertung, die
Analyse und/oder die Diagnose der Messwerte M oder Stellwerte S
der einzelnen Feldgeräte 3 durchführt.
Eine Prozessgröße G ist eine physikalische Größe,
welche ausschließlich bei Zustandsänderungen Z
in Prozessen 13 auftritt. Die Messwerte M und Stellwerte
S sind Werte von diesen Prozessgrößen G oder von
deren Zustandsgrößen Z des Prozesses 13 die
von dem Sensoren oder Aktoren der Feldgeräte 3 ermittelt
werden.
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In
dem Prozess 13 sind in 1 beispielsweise
zwei Füllstandsmessgeräte 6, ein Grenzstandsmessgerät 7,
ein Druckmessgerät 8, ein Temperaturmessgerät 11 und
ein analytisches Messgerät 8 eingebracht. Am Auslassstutzen
des Behälters ist ein Durchflussmessgerät 9 und
ein Stellglied 12 mit einem Ventil integriert, welche den
Abtransport des Füllguts des Behälters über
den Auslass ermittelt und/oder einstellt. Diese Feldgeräte 3 kommunizieren
beispielsweise über einen digitalen Feldbus 4, wie
z. B. Profibus PA oder Fieldbus, miteinander und/oder mit der Regel-/Steuereinheit 2.
Analog zur leitungsgebundenen Kommunikation über einen
digitalen Feldbus 4 kann die Kommunikation auch über eine
entsprechende drahtlose Kommunikationseinheit nach einem der bekannten
Standards, wie z. B. ZigBee, WLan, Bluthooth, ausgestaltet sein.
Dies ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus 1 jedoch
nicht explizit ausgeführt.
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Die
Steuer-/Regeleinheit 2 beinhaltet zumindest eine Regel-/Auswerteeinheit 15 die
mit den Feldgeräten 3 über den Feldbus 4 oder
die Zweidraht-Verbindungsleitung 4 die Rohdaten R als Eingangsgröße
E für die Diagnosefunktion anfordert und empfängt.
Desweiteren werden über denselben Feldbus 4 von
der Steuer-/Regeleinheit 2 die Messwerte M der Sensoren
der Feldgeräte 3 empfangen und die Stellgrößen
S an die Aktoren der Feldgeräte 3 im Prozess 13 gesendet.
Dieser Regel-/Auswerteinheit 15 ist eine Eingabe-/Ausgabeeinheit 14 zugeordnet über
die der Diagnosewert D und/oder der ermittelte Fehlerzustand F angezeigt
wird und Parameter P des Prozesses 13 und/oder des Feldgeräts 3,
sowie Grenzwerte G für die Diagnosewerte D eingegeben bzw.
vorgeben werden können. In der Steuer-/Regeleinheit 2 ist
außerdem eine Speichereinheit vorgesehen, die die Speicherung
der Übertragungsfunktion U des Neuronalen Netzwerks 5,
der Rohdaten R der Feldgeräte 3, die Grenzwerte
G, die Parameter P, Diagnosewerte D und die Fehlerzustände
F ermöglicht. Zur Berechnung der komplexen Übertragungsfunktion
U des Neuronalen Netzwerks 5 ist in der Steuer-/Regeleinheit 2 ein
leistungsfähiger Mikroprozessor vorgesehen.
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Die
Rohdaten R der Feldgeräte 3 werden als Eingangsgröße
E über den Feldbus 4 nach einer Anfrage oder zyklisch
an die Regel-/Auswerteinheit 15 in der Leitstelle 2 gesendet.
In dem in der Regel-/Auswerteinheit 15 enthaltenen Neuronalen
Netzwerk 5 werden diese Eingangsgrößen
E in einer Einlernphase EP dazu verwendet, die Übertragungsfunktionen
U des Neuronalen Netzwerks auszubilden. Die in der Betriebsphase
BP im Neuronalen Netzwerk 5 ermittelten Diagnosewerte D
und Fehlerzustände F werden über den Feldbus 4 oder
eine drahtlose Funkverbindung an die Feldgeräte 3 übermittelt
oder ein Alarmzustand wird der Eingabe-/Ausgabeeinheit 14 der
Leitstelle 2 oder der Feldgerät 3, die
in der Figur nicht explizit dargestellt sind, ausgegeben.
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In 2 ist
ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens
mit einem Neuronalen Netzwerk 5 gezeigt. Das Diagnoseverfahren lässt
sich grundlegend in zwei Verfahrensphasen in eine Einlernphase EP,
in der die Übertragungsfunktionen U in dem Neuronalen Netzwerk 5 durch
die Rohdaten R der Feldgeräte 3 als eine Eingangsgröße E
und den Parametern P der Prozesszustände PZ und der Feldgerätezustände
FZ als eine Ausgangsgröße A ermittelt werden,
und einer Betriebsphase BP, in der die eingelernten Übertragungsfunktionen
U des Neuronalen Netzwerks 5 aus den Rohdaten der Feldgeräte 3 als
Eingangsgrößen E und vorgegebenen Grenzwerten
G eine Diagnose des Prozesszustandes PZ und/oder des Feldgerätezustandes
FZ durchführt. Die Eingabe der Parameter P erfordert von
dem Bediener ein gewisses Handlungswissen, wie die Prozesse 13 ablaufen
und wie die Feldgeräte 3 funktionieren.
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In
der Einlernphase EP der Übertragungsfunktionen U des Neuronalen
Netzwerks 5 zur Diagnose von Prozesszuständen
PZ und Feldgerätezuständen FZ in einem Prozess 13,
die nach der Inbetriebnahme eines Feldgeräts 3 und/oder
eines neuen Prozesses 13 ausgeführt wird, werden
die Rohdaten R von Stellgrößen S und/oder Messgrößen
M der Feldgeräte 3 als Eingangsgrößen
E von der Regel-/Auswerteeinheit 15 in der Leitstelle 2 erfasst. Synchron
dazu werden von einem Bediener der Prozessanlagen die Parameter
P der Prozesszustände PZ und der Feldgerätezustände
FZ erfasst und über eine Ausgabe-/Eingabeeinheit 14 in
der Regel-/Auswerteeinheit 15 als Ausgangsgröße
A übergeben. Die Rohdaten R als Eingangsgröße
E werden beispielsweise durch ein Filterung und/oder durch eine Datenkomprimierung
auf eine normierte Eingangsgröße En standardisiert
und die Parameter P werden durch eine Überprüfungsroutine
qualifiziert, sowie durch eine Quantifizierungsroutine als quantifizierte Ausgangsgröße
Aq in einen messbaren Zahlenwert umgewandelt. Die quantifizierte
Ausgangsgröße Aq und die normierte Eingangsgröße
En werden in einer Speichereinheit gespeichert. Aus den gespeicherten Werten
der quantifizierte Ausgangsgröße Aq und der normierten
Eingangsgröße En ermittelt die Regel-/Auswerteeinheit 15 in
der Leitstelle 2 nach einem Eingabebefehl der Initialisierung
Int des Einlernprozesses EP die Übertragungsfunktionen
U des Neuronalen Netzwerks 5. Diese ermittelten Übertragungsfunktionen
U des Neuronalen Netzwerks 5 werden in der Speichereinheit
abgelegt.
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In
der Betriebsphase BP des Prozessautomatisierungssystems 1 werde
diese ermittelten Übertragungsfunktionen U des Neuronalen
Netzwerks 5 geladen. Die in der Betriebsphase BP des Prozessautomatisierungssystems 1 erfassten
Rohdaten R der Feldgeräte 3 werden als Eingangsgrößen
E erfasst und, wie zuvor in der Einlernphase EP, in normierte Eingangsgrößen
En umgewandelt. Das Neuronale Netzwerk 5 ermittelt aus
den aktuellen, normierten Eingangsgrößen En mittels
der Übertragungsfunktion U einen Diagnosewert D als Ausgangsgröße
A.
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Dieser
Diagnosewert D wird mit einem vorgegeben Grenzwert G verglichen
bzw. es wird beispielsweise überprüft, ob der
ermittelte Diagnosewert innerhalb eines minimalen und maximalen
Grenzwertes G liegt. Liegt der Diagnosewert D außerhalb der
Spezifikationen der Grenzwerte G, so wird von der Regel-/Auswerteinheit 15 ein
Fehlerzustand F des Prozessautomatisierungssystems 1 erzeugt. Dieser
Fehlerzustand F kann von der Regel-/Auswerteinheit 15 auf
der Eingabe-/Ausgabeeinheit 14 als Alarm dargestellt werden.
Gleichzeitig wird beispielsweise durch ein akustisches Signal der
Alarm des Fehlerzustand F an der Leitstelle 2 oder dem
Feldgerät 3 signalisiert.
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Das
erfindungsgemäße Diagnoseverfahren zur Überwachung
eines Prozessautomatisierungssystem 1 weist grundlegend
die folgenden Verfahrensschritte auf,
- – in
einer Einlernphase EP werden die Rohdaten R von Messgrößen
M, Rohdaten R von Stellgrößen S und/oder Rohdaten
R von Zustandsgrößen Z der Feldgeräte 3 oder
der Prozesse 13 als Eingangsgrößen E
erfasst und als normierte Eingangsgröße En abgespeichert,
- – zeitgleich werden in der Einlernphase EP vom Anwender
bzw. Bediener die Parameter P einer Messbedingung und Prozesssituation
als ein Parameter P eines Prozesszustandes PZ und/oder zumindest
ein Parameter P eines Feldgerätezustandes FZ als Ausgabegröße
A vorgegeben,
- – die entsprechenden Ausgangsgrößen
A werden quantifiziert, d. h. es wird einer bestimmten Ausgangsgrößen
A ein bestimmter, messbarer Wert zugeordnet, den normierten Eingangsgrößen
En zusammengehörig abgespeichert,
- – während der Einlernphase EP werden die normierten
Eingangsgrößen E und die zugeordneten Ausgangsgrößen
A einem neuronalen Netzwerk 5 übergeben,
- – in der Einlernphase EP werden aus kausalen Beziehungen
kB zwischen den ermittelten Eingangsgrößen E und
den entsprechenden, vorgegebenen Ausgangsgrößen
A eine Übertragungsfunktion U des neuronalen Netzwerk 5 ermittelt und
abgespeichert,
- – in einer Betriebsphase BP wird mittels den gespeicherten Übertragungsfunktion
U aus den aktuellen Rohdaten R der Feldgeräte 3 als
Eingangsgrößen E zumindest eine Änderung
der aktuellen Messbedingung, des aktuellen Prozesszustand und/oder
des aktuellen Feldgerätezustand ermittelt.
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In
dem folgenden Abschnitt wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung dargestellt. Das Ausführungsbeispiel lässt
sich anhand der Problemstellung aufzeigen, dass aufgrund von Ansatzbildung
einer Flüssigkeit an den Sensoren der Feldgeräte 3 eine periodische
Reinigung der Prozessmesstechnik erforderlich mach, damit zukünftig
die Gültigkeit der Messwerte M, wie z. B. der Druck, die
Temperatur, den Füllstand, den Durchfluss, den pH-Wert
und der Grenzstand, gewährleistet werden kann. Erfahrungsgemäß werde
solche Reinigung alle 4 Wochen im Prozess 13 durchgeführt.
Während einer solchen Reinigungsprozedur kann festgestellt
werden, dass die Sensoren der Feldgeräte 3 manchmal
kaum und ein anderes Mal sehr stark verschmutzt waren. Die Gültigkeit
der Messwerte M ist manchmal bereits nicht mehr gegeben und ein
andres Mal wurde viel zu früh gereinigt. Ein Diagnosesystem
zur vorausschauenden Wartung ist hier gewünscht.
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Zur
Lösung dieses Problems in der Prozessautomatisierungstechnik
kann die Erfindung beitragen. Während der Prozesseinführung
eines Prozesse 13, dem im englischen Sprachgebrauch so
genannten „golden batch”, wird zyklisch, z. B.
stündlich oder täglich, die Ansatzbildung an den
Sensoren der Feldgeräte beurteilt und als Parameter P dem
Neuronalen Netzwerk 5 als Ausgangsgröße
A übergeben. Dieser Parameter P wird in einer Datenbank
bzw. Speichereinheit mit einer Skala von 1 – sauber – bis 10 – sehr
stark verschmutzt – festgehalten. Als Grenzwert G für
die Gültigkeit der Messwerte M wird beispielsweise ein
Parameter P des Verschmutzungsgrades von 7 vorgegeben. Im gleichen
Zyklus, z. B. stündlich oder täglich, werden die
Rohdaten R der Feldgeräte 3, z. B. die Hüllkurve
eines Levelflex und das Spektrum eines Liquiphants, als Eingangsgröße
E mit aufgenommen. Diese Eingangsgröße E werden
wie zuvor beschrieben einer Normierung unterzogen. Nach Beendigung
der Prozesseinführung werden die Datensätze der
Parameter P des Verschmutzungsgrads als quantifizierte Ausgangsgröße Aq
und die Rohdaten R als normierte Eingangsgrößen
En einem neuronalen Netzwerk 5 übermittelt, woraus
dies die entsprechende Übertragungsfunktion U ermittelt.
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Diese Übertragungsfunktion
U kann nun mit dem Grenzwert G als Diagnosefunktion in diesem Prozess
Anwendung finden. Eine stärke Verschmutzung als der Grenzwert
G des Parameters P führt zur Ungültigkeit der
Messung. Zu beachten ist hierbei, dass die Übertragungsfunktion
U des Verschmutzungsgrades der Sensoren der Feldgeräte 3 einzig und
allein für diese Prozessgültigkeit in diesem Prozess 13 verwendet
werden kann. Eine Übertragung auf andere Prozesse 13 ist
nicht möglich, genauso wenig wie die Übertragung
der Ursachen-/Wirkungs-Kette auf andere Prozess 13.
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Die
Erfindung zeigt auf, dass dieser Bezug von Ursache und Wirkung zuvor
nicht bekannt sein muss. Diese Ursache-Wirkung wird im Einlernprozess
erstmalig ermittelt und ist für den speziellen Diagnosefall
eines Prozesses einzigartig.
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- 1
- Prozessautomatisierungssystem
- 2
- Steuer-/Regeleinheit,
Leitstelle
- 3
- Feldgerät
- 4
- Feldbus,
Zweidraht-Verbindungsleitung
- 5
- Neuronales
Netzwerk
- 6
- Füllstandsmessgerät
- 7
- Grenzstandsmessgerät
- 8
- Druckmessgerät
- 9
- Durchflussmessgerät
- 10
- Analysemessgerät
- 11
- Temperaturmessgerät
- 12
- Stellglied
- 13
- Prozess
- 14
- Eingabe-/Ausgabeeinheit
- 15
- Regel-/Auswerteeinheit
- D
- Diagnosewert
- F
- Fehlerzustand
- FZ
- Feldgerätezustand
- PZ
- Prozesszustand
- P
- Parameter
- A
- Ausgangsgröße
- E
- Eingangsgröße
- U
- Übertragungsfunktion
- M
- Messgröße,
Messwert
- S
- Stellgrößen,
Stellwert
- Z
- Zustandsgrößen
- R
- Rohdaten
- EP
- Einlernphase
- BP
- Betriebsphase
- G
- Grenzwert
- Sp
- Speicherung
- Int
- Initialisierung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5419197
A [0006]
- - US 2002077711 [0007]
- - EP 1364263 A2 [0008]
- - US 5311562 A [0009]