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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prozessinstrument zur prozessnahen Verwendung in einem automatisierten technischen Prozess. Weiterhin betrifft die Erfindung ein zentrales Leitsystem zum Bedienen und/oder Beobachten eines technischen Prozesses, umfassend prozessnah verbaute Prozessinstrumente.
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Technische Prozesse werden üblicherweise mit einer Feldinstrumentierung (für Druckmessung, Temperaturmessung, Durchflussmessung, Stellungsregler etc.) zum Bedienen, Beobachten und Steuern von Prozessparametern versehen, wobei die Feldinstrumentierung üblicherweise mit einer zentralen Stelle (z. B. Leitstelle, zentraler Server) für eine Gesamtprozessüberwachung verbunden ist.
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Ein Feld- oder Prozessinstrument wird typischerweise vor Ort, d. h. prozessnah in einem technischen Prozess verbaut und erfüllt dort die Aufgabe, einen oder mehrere Messwerte zu erfassen oder einen Stelleingriff vorzunehmen. Prozessinstrumente sind heute meist ”intelligent” ausgeführt und verfügen über Möglichkeiten der geeigneten Informations- und Signalverarbeitung sowie der gerätebezogenen Konfiguration und Diagnose. Sie sind dabei unter Berücksichtigung von Sicherheitsbelangen über eine geeignete elektrische Signalschnittstelle und/oder ein echtzeitfähiges Feldbussystem an ein oder parallel an mehrere Informations- oder Entscheidungsunterstützungssysteme (z. B. Leitsysteme) angeschlossen, welches im Vergleich zu einem einzelnen Prozessinstrument über wesentlich mehr Informationen über den technischen Prozess verfügt. Eine solches Leitsysteme dient typischerweise der Prozessautomatisierung, der Produktionssteuerung, dem Prozessmonitoring, der Prozessdiagnose sowie der Anlagen- und Ausrüstungsinstandhaltung oder sie kann auch nur einige dieser Funktionen bezogen auf eine größere Ausrüstungseinheit oder Teilanlage bündeln.
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Im Leitsystem werden die im Feldgerät gewonnen Informationen weiterverarbeitet, in den dort vorhandenen umfangreicheren informationstechnischen Prozesskontext gebracht und zu automatischen oder manuellen Entscheidungen verwendet, die dann wiederum über anders geartete Prozessinstrumente (Stellgeräte) auch im technischen Prozess umgesetzt werden können. Ein intelligentes Prozessinstrument verfügt häufig auch über eingeschränkte Möglichkeiten der Beobachtung/Anzeige des aktuellen Prozesswertes vor Ort (in der Tradition eines klassischen Manometers oder Thermometers), bzw. über Möglichkeiten der manuellen Konfiguration durch Einstellung von Parametern direkt am Gerät. Dieses i. d. R. einfache Benutzerinterface ist vom Gerätehersteller auf die rauhe Umgebung des Prozesses zugeschnitten sowie auf die spezifischen Funktionen und Fähigkeiten des Instruments. Die Funktion der lokalen Benutzerschnittstelle ist komplementär zu den Möglichkeiten der Beobachtung, Ansteuerung und Konfiguration des Gerätes aus der Ferne, die über die Feldbus- und/oder Signalschnittstelle (über Funk oder über Draht) realisiert ist. Die lokale Benutzerschnittstelle hat den Vorteil, dass sie aus dem Prozess heraus (vor-Ort) benutzt werden kann und sie hat den Nachteil, dass sie nur über die Informationen aus dem jeweiligen Instrument verfügt. Jegliche Informationen, die über den Bereich des Instruments hinaus reichen (z. B. benachbarter Messwert oder weiterer Zustandswert eines Fluids), ist nur im Leitsystem bzw. an einem anderen Ort bzw. Prozessinstrument verfügbar.
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Weiterhin ist der dedizierte Zugriff auf Daten von dezentral installierten Prozessinstrumenten (z. B. Messgeräten) durch sog. Remote-Datenmanager (z. B. SITRANS RD500 von Siemens) möglich, z. B. über die Eingabe einer IP-Adresse in einem Webbrowser.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein prozessnahes Prozessinstrument innerhalb eines technischen Prozesses bereitzustellen, das durch seine lokale Benutzerschnittstelle den Zugang zu Prozessinformationen ermöglicht, die von außerhalb des Prozessinstruments selbst kommt, bzw. die nicht unmittelbar mit der Funktion des Instruments selbst zu tun hat.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Prozessinstrument zur prozessnahen Verwendung in einem automatisierten technischen Prozess, das Prozessinstrument umfassend:
- a) eine Sensorik zur Erfassung von Messwerten in einer dedizierten lokalen Umgebung des Prozessinstruments und/oder eine Aktorik zur Einwirkung in den technischen Prozess, wobei das Prozessinstrument mit einer zentralen Steuereinrichtung des technischen Prozesses datentechnisch verbunden ist;
- b) eine Benutzerschnittstelle zur Beobachtung von aktuellen Messwerten vor Ort und/oder zur Eingabe von Stellwerten für die Aktorik und/oder zur Konfiguration des Prozessinstrumentes;
- c) Schnittstellen zu der zentralen Steuereinrichtung und zu weiteren Prozessinstrumenten im technischen Prozess;
dadurch gekennzeichnet, dass
das Prozessinstrument von der zentralen Steuereinrichtung Informationen erhält, die auf der Benutzerschnittstelle des Prozessinstrumentes abrufbar sind. Dadurch ist es möglich, im Prozess verbaute lokale Benutzerschnittstellen (z. B. Benutzerschnittstellen von lokalen Prozessinstrumenten oder Feldgeräten) auch für andere Zwecke zu verwenden, als für die Belange des Gerätes selbst, nämlich insbesondere für vielfältige Anzeige und Einstellaufgaben, die in der Nähe des Gerätes erforderlich sind.
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Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass durch die von der zentralen Steuereinrichtung abrufbaren Informationen auf Anforderung eines Benutzers abrufbar und auf der Benutzerschnittstelle darstellbar sind. Die zentrale Steuereinrichtung dient typischerweise der Prozessautomatisierung, der Produktionssteuerung, dem Prozessmonitoring, der Prozessdiagnose sowie der Anlagen- und Ausrüstungsinstandhaltung oder sie kann auch nur einige dieser Funktionen bezogen auf eine größere Ausrüstungseinheit oder Teilanlage bündeln. Im Vergleich zu einem einzelnen lokalen Prozessinstrument verfügt die zentrale Steuereinrichtung über wesentlich mehr und auch abgeleitete oder historische Informationen über den technischen Prozess. Solche erweiterte Informationen können auf Anforderung eines Benutzers (z. B. Wartungspersonal) am lokalen Prozessinstrument abgerufen und auf der Benutzerschnittstelle des Prozessinstrumentes dargestellt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die abrufbaren Informationen durch den Benutzer an der Benutzerschnittstelle des Prozessinstrumentes definiert werden. Dadurch kann ein Bediener situationsabhängig Daten definieren, die er aktuell auf der Benutzerschnittstelle des Prozessinstrumentes benötigt. Ein Benutzer kann somit benötigte Daten flexibel am Prozessinstrument auswählen (z. B. in der Vergangenheit liegende Messwerte).
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass im Rahmen einer Anlagenprojektierung die Benutzerschnittstelle des Prozessinstrumentes so ausgestaltet ist, dass zusätzlich zu lokalen Zustandsanzeigen, anwendungsspezifisch weitere Inhalte abrufbar und darstellbar sind. Da Art und Fließ-/Wirkrichtung der Information zum Zeitpunkt der Herstellung eines Prozessinstruments noch nicht bekannt ist, bzw. flexibel an die Bedürfnisse einer Anwendung angepasst werden müssen, ist ein entsprechendes Prozessinstrument in Bezug auf die Funktion der Darstellung erweiterter Prozessinformationen anwendungsspezifisch (d. h. z. B. auf eine konkrete technische Anlage bezogen) projektierbar.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Prozessinstrument und/oder die zentrale Steuereinrichtung eine Zeitsynchronisierung aller gemessenen und berechneten Daten vornimmt. Dadurch wird eine zeitliche Abstimmung mit der zentralen Steuereinrichtung vorgenommen und sichergestellt, dass die richtige Information rechtzeitig vom Prozessinstrument zur zentralen Steuereinrichtung bzw. in umgekehrter Richtung fließt und dass immer zusammengehörige Informationen am Instrument angezeigt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Prozessinstrument folgende Benutzermodi umfasst:
einen ersten Benutzungsmodus für die Verwendung als (herkömmliches) lokales Prozessgerät zum Bedienen und/oder Beobachten und/oder Einstellen des Instruments selbst sowie seiner Prozesswerte und einen zweiten Benutzungsmodus zum Bedienen und/oder Beobachten und/oder Einstellung einer erweiterten technischen Prozessumgebung. Dadurch wird die Flexibilität des Einsatzes des Prozessinstrumentes erhöht und der Benutzer nicht verwirrt. Das Prozessinstrument ist nicht mehr nur auf ein lokales Bedienen und Beobachten des Instruments beschränkt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Benutzermodi durch ein Engineeringsystem im Rahmen der Anlagenprojektierung im Prozessinstrument einricht- und definierbar sind. Dadurch kann der Anlagenprojektierer bedarfsgerecht Prozessinstrumente dediziert für ein erweitertes Bedienen und Beobachten oder Einstellen ertüchtigen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die zentrale Steuereinrichtung durch eine dedizierte Server-Software oder ein weiteres speziell ausgestaltetes Prozessinstrument gebildet wird. Als zentrale Steuereinrichtung können verwendet werden:
- – Prozessleitsysteme (PLS) bzw. Komponenten davon, z. B. auch Remote Datenmanager SITRANS RD500
- – Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS, PLC),
- – SCADA Systeme (supervisory control and data acquisition),
- – Plant Asset Management Systeme, oder
- – Komponenten des Feldbussystems (Router, Gateway, Modem, etc.).
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Je nach vorliegendem technischem Prozess sind unterschiedliche Komponenten als zentrale Steuereinrichtung verwendbar bzw. als solche gestaltbar.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt in einem zentralen Leitsystem zum Bedienen und/oder Beobachten eines technischen Prozesses, wobei das zentrale Leitsystem über geeignete Schnittstellen mit Prozessinstrumenten nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verbunden ist, und wobei das zentrale Leitsystem geeignet ist, auf Anfrage eines der Prozessinstrumente, auf der Benutzerschnittstelle dieses Prozessinstrumentes Informationen bereitzustellen, die über die lokale Prozessumgebung dieses Prozessinstrumentes hinausgehen. Dadurch ist es möglich, dass das zentrale Leitsystem bei Bedarf Informationen in der Prozessperipherie zur Verfügung stellen kann (In dieser Ausgestaltung ist das Prozessinstrument ein spezieller HMI Client zum Leit- oder SCADA-System).
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 ein beispielhaftes Prozessinstrument mit einer lokalen dedizierten Benutzerschnittstelle,
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2 eine beispielhafte Konfiguration von Prozessinstrumenten und einer zentralen Steuerungseinheit, zur Steuerung eines technischen Prozesses,
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3 eine beispielhafte Architektur eines Systems das erfindungsgemäße intelligente Prozessinstrumente verwendet,
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4 ein beispielhaftes erfindungsgemäßes intelligentes Prozessmessinstrument, und
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5 einen beispielhaften elektrischen Funktionsplan eines intelligenten Prozessmessinstruments.
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1 zeigt ein beispielhaftes Prozessinstrument PI1 mit einer lokalen dedizierten Benutzerschnittstelle BS1. Bei dem Prozessinstrument PI1 handelt es sich beispielhafter weise um ein Durchflussmessgerät. An der lokalen Benutzerschnittstelle BS1 des Prozessinstrumentes PI1 können z. B. die gemessenen Durchflussmengen eines Fluidsangezeigt werden.
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Ein Prozessinstrument PI1 wird typischerweise vor Ort (also in/an der Fluidleitung) in einem technischen Prozess (2; TP) verbaut und erfüllt dort die Aufgabe, einen oder mehrere Messwerte zu erfassen oder einen Stelleingriff vorzunehmen. Prozessinstrumente PI1 sind heute meist ”intelligent” ausgeführt und verfügen über Möglichkeiten der geeigneten Informations- und Signalverarbeitung (z. B. Microprozessoren, Datenschnittstellen, Displays) sowie der gerätebezogenen Konfiguration und Diagnose. Sie sind dabei unter Berücksichtigung von Sicherheitsbelangen über eine geeignete elektrische Signalschnittstelle und/oder ein echtzeitfähiges Feldbussystem (2; FB) an ein oder parallel an mehrere zentrale Informations- oder Entscheidungsunterstützungssysteme (2; ZS) (z. B. PLS, SCADA Systeme) angeschlossen, welches im Vergleich zu einem einzelnen Prozessinstrument PI1 über wesentlich mehr Informationen über den technischen Prozess verfügt. Ein solches zentrale System dient typischerweise der Prozessautomatisierung, der Produktionssteuerung, dem Prozessmonitoring, der Prozessdiagnose sowie der Anlagen- und Ausrüstungsinstandhaltung oder sie kann auch nur einige dieser Funktionen bezogen auf eine größere Ausrüstungseinheit oder Teilanlage bündeln.
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In der zentralen Systemeinheit (2; ZS) werden die im Feldgerät PI1 gewonnen Informationen weiterverarbeitet, in den dort vorhandenen umfangreicheren informationstechnischen Prozesskontext gebracht und zu automatischen oder manuellen Entscheidungen verwendet, die dann wiederum über anders geartete Prozessinstrumente (Stellgeräte) auch im technischen Prozess (2; ZS) umgesetzt werden können.
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Ein intelligentes Prozessinstrument PI1 verfügt häufig auch über eingeschränkte Möglichkeiten der Beobachtung/Anzeige des aktuellen Prozesswertes vor Ort (in der Tradition eines klassischen Manometers oder Thermometers), bzw. über Möglichkeiten der manuellen Konfiguration durch Einstellung von Parametern direkt am Gerät PI1. Dieses i. d. R. einfache Benutzerinterface BS1 ist vom Gerätehersteller auf die raue Umgebung des Prozesses zugeschnitten sowie auf die spezifischen Funktionen und Fähigkeiten des Instruments. Die Funktion der lokalen Benutzerschnittstelle BS1 ist komplementär zu den Möglichkeiten der Beobachtung, Ansteuerung und Konfiguration des Gerätes aus der Ferne, die über die Feldbus- und/oder Signalschnittstelle (über Funk oder über Draht) realisiert ist.
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Die lokale Benutzerschnittstelle BS1 hat den Vorteil, dass sie aus dem Prozess heraus (vor-Ort, d. h. lokal) benutzt werden kann und sie hat den Nachteil, dass sie nur über die Informationen aus dem jeweiligen Instrument verfügt. Jegliche Informationen, die über den Bereich des Instruments hinaus reichen (z. B. benachbarter Messwert oder weiterer Zustandswert eines Fluids), ist nur an der zentralen Systemeinheit (2; ZS) bzw. an einem anderen Ort bzw. Instrument verfügbar.
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Personen, die sich für Arbeiten in der Anlage (2; TP) aufhalten, können die vielfältigen gemessenen und berechneten Zustände der Anlage durch Aufsuchen/Ablesen der einzelnen Instrumente PI1 erhalten oder sie müssen über eine geeignete, i. d. R. mobile zentrale Einheit verfügen, die sie auch sicher (im Sinne des Explosionsschutzes) in der Anlage mitführen können/dürfen. Eine weitere Möglichkeit ist die fernmündliche (ebenfalls eigensichere) Verbindung mit einer zweiten Person die Zugang zu einer stationären zentralen Stelle hat. Weiterhin wäre ein dedizierter Zugriff auf Daten von dezentral installierten Prozessinstrumenten (z. B. Messgeräten) durch sog. Remote-Datenmanager (z. B. SITRANS RD500 von Siemens) möglich, z. B über die Eingabe einer IP-Adresse in einem Webbrowser.
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2 zeigt eine beispielhafte Konfiguration von Prozessinstrumenten PI2–PI6 und einer zentralen Steuerungseinheit ZS in einem Feldbussystem FB, zur Steuerung eines technischen Prozesses TP. Einige der Prozessinstrumente PI2–PI6 verfügen über eine lokale Benutzerschnittstelle BS2, BS3. Bei dem technischen Prozesses TP kann es sich z. B. um einen Produktions- oder Herstellungsprozess (z. B. thermischer Prozess im Kraftwerk, Raffinerie), einen Montageprozess (z. B. Fahrzeugzusammenbau) oder um einen verfahrenstechnischen Prozess (z. B. in der chemischen Industrie oder in der Nahrungsmittelindustrie) handeln.
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Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es diese lokalen, im Prozess verbauten Benutzerschnittstellen BS2, BS3 auch für andere Zwecke zu verwenden, als für die Belange des Gerätes PI5, PI6 selbst, nämlich insbesondere für vielfältige Anzeige und Einstellaufgaben, die in der Nähe des Gerätes erforderlich sind.
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Dazu wird zusätzlich zum Normalbetrieb ausgewählte Information aus einem breiteren Informationskontext über den technischen Prozess TP (z. B. Prozessabbild in der zentralen Einheit ZS) an das Feldgerät PI2–PI6 zurückgesendet und dort wahlweise zur Anzeige gebracht bzw. – wenn es um vorzunehmende Einstellaufgaben geht – auch in umgekehrte Richtung. Der maßgebliche Informations- bzw. Wirkfluss wird also auch häufig entgegen der Richtung des Normalbetriebs der Prozessinstrumente PI2–PI6 laufen und die Information um die es geht ist keine Information des Gerätes PI2–PI6 selbst oder der enthaltenen Prozesswerte, sondern sie betrifft den das Prozessinstrument umgebenden Prozess bzw. andere relevante Prozesswerte. Da Art und Fließ-/Wirkrichtung der Information zum Zeitpunkt der Herstellung eines Prozessinstruments PI2–PI6 noch nicht bekannt ist, bzw. flexibel an die Bedürfnisse einer Anwendung angepasst werden müssen, sollte ein entsprechendes Instrument PI2–PI6 vorteilhafter weise in Bezug auf eine solche Funktion anwendungsspezifisch projektierbar sein.
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Es gibt viele Möglichkeiten der Anwendung dieses Prinzips. Die wichtigsten werden hier genannt:
- a) Es können neben dem tatsächlich gemessenen Zustandswert weitere Zustände eines Fluids an der betrachten Stelle des Prozesses (z. B. Druck, Durchfluss, Enthalpie, Temperatur, Volumenstrom, Massenstrom) angezeigt werden. Diese Werte werden in der Zentrale entweder durch parallel angeordnete Messinstrumente ermittelt, aus dem Prozesskontext ermittelt oder rechnerisch geschätzt oder durch physikalische Eigenschaften berechnet (z. B. Wasserdampftafel) etc.
- b) Es können aus Prozesssicht – oberhalb – bzw. – unterhalb – oder – in der logischen Nähe – (z. B. in Fließrichtung gesehen) liegende Zustandswerte, ggf. auch Ventil- oder Klappenstellungen, Pumpenschaltbefehle etc. angezeigt werden bzw. können, wenn es sich um Stellgrößen handelt, in ihrer Stellung verändert werden.
- c) Es können örtlich in der Nähe liegende, zentral bekannte Zustände des Prozesses TP angezeigt oder Zustände über die zentrale Steuerungsstelle ZS eingestellt werden. Dies kann auch völlig unterschiedliche Prozesse bzw. Teile eines Prozesses betreffen.
- d) Es können aus Regelungssicht – in der Nähe – eines Instruments liegende Zustände des Prozesses (z. B. Sollwerte, Istwerte, Störgrößen, übergeordnete Führungsgröße, etc.) verfügbar und ggf. Manipulierbar gemacht werden. Diese Anwendung entspricht heute üblichen Kompaktreglern aber umfasst deren Verallgemeinerung und Virtualisierung.
- e) Es kann die lediglich in der Zentrale oder einem zentralen Datenlogger erfasste/mitgeschriebene zeitliche Entwicklung der Zustandswerte (bzw. auch von Ereignissen) eines oder mehrerer Instrumente auf einem gemeinsamen Zeitstrahl lokal angezeigt werden.
- f) Es können auf den Einbauort bezogene, abgeleitete Größen wie Leistungen, Wärmeströme, gezählte Arbeit, Wärmemenge, etc. an den Instrumenten PI2–PI6 angezeigt werden.
- g) Es können auf den Einbauort bezogene, abgeleitete energetische oder prozesstechnische Effizienzgrößen sowie ggf. deren zeitliche Entwicklung an den Instrumenten PI2–PI6 angezeigt werden.
- h) Es können nicht direkt gemessene Durchflösse/Massenströme/Stoffströme an den Kanten eines Stoff- oder Energieflussnetzes, die zentral durch Modelle und Kontinuitätsbedingungen ermittelt werden können, angezeigt werden.
- i) Es können lokal quantitative Aussagen über den örtlichen Messfehler angezeigt werden, die sich erst aus der Zusammenschau des Prozesses und ggf. dem Messumformern ermittelt werden können.
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Der anwendungsspezifische Einsatz des Verfahrens kann durch geeignete Vorlagen und Projektierungshilfen (z. B. durch Projektierungs- oder Engineeringsysteme) erleichtert werden.
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Bei dieser Erfindung geht es insbesondere darum, die Benutzerschnittstelle BS1–BS3 in Prozessinstrumenten PI1–PI6 herstellerseitig so zu gestalten, dass im Rahmen der Anlagenprojektierung (Engineering) die lokale Zustandsanzeigen um die genannten Inhalte anwendungsspezifisch (d. h. auf einen technischen Prozess bezogen) erweitert werden können, so dass eine zentrale Steuereinheit ZS auf die zusätzlichen Aufgaben abgestimmt wird und dass die richtige Information rechtzeitig zusätzlich vom Instrument PI1–PI6 zur zentralen Steuereinheit ZS bzw. in umgekehrte Richtung fließt. Vorteilhafte Elemente einer dafür erforderlichen Systemtechnik sind die Zeitsynchronisierung aller gemessenen und berechneten Daten, eine erweiterte periodische Übertragung von und zu der zentralen Steuereinheit ZS (ggf. gesteuert von der momentanen lokalen Anzeige, um Bandbreite zu sparen), eine effiziente Übertragung im Falle eines Zeitreihenzugriffs, die Unterscheidung der beiden lokalen Benutzungsmodi ”Gerät” und ”Prozess” am Prozessinstrument PI1–PI6 sowie ggf. die weitgehende logische Trennung von Kommunikation und Verarbeitung für Normalbetrieb und erweitertem Betrieb.
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Wirtschaftlicher Aufwand und Bedeutung
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Da eine derartige Systemtechnik erst zum Tragen kommt, wenn die Prozessinstrumente PI1–PI6 mit einer wie immer gearteten zentralen Steuereinheit ZS in geeigneter Weise zusammenspielen, ist sie dann ein geeignetes Mittel um den Kundenwert und die Kundenbindung für einen Hersteller von Prozessinstrumenten maßgeblich zu erhöhen, wenn er auch direkt oder indirekt Zugriff auf solche zentralen Steuereinheiten ZS und deren abgestimmte Systemtechnik hat (z. B. im eigenen Portfolio oder im Portfolio einer geschäftlich nahestehenden Einheit). Alternativ wäre eine herstellerübergreifende Standardisierung entsprechend aufeinander abgestimmter Funktionalität sinnvoll.
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Grundsätzlich ist weder zentralen – noch instrumentenseitig ein wesentlich erhöhter Ressourcenbedarf erforderlich um eine derartige Systemtechnik zu realisieren, da sowohl durch Feldbussysteme und Anbindung sowie Projektierungsmittel für zentrale Anwendungslogik und einfache Benutzerschnittstellen heute die Basistechnologien in solchen Systemen vorhanden sind. Wenn ihre Systemtechnik darauf abgestimmt wird, können bereits vorhandene oder neue Automatisierungsmittel die Funktion einer zentralen Steuereinheit ZS aus naheliegenden Gründen zusätzlich einfach übernehmen:
- – Prozessleitsysteme (PLS, DCS) bzw. Komponenten davon,
- – Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS, PLC),
- – SCADA Systeme (supervisory control and data acquisition),
- – Plant Asset Management Systeme, oder
- – Komponenten des Feldbussystems (Router, Gateway, Modem, etc.).
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Die zentralen Funktionen können aber auch (ggf. zusätzlich) von jedem anderen Gerät, von einer dedizierten Server Software oder sogar von einem speziell ausgestatten Prozessinstrument PI1–PI6 übernommen werden.
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Anwendernutzen
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Im Feld verbaute, prozessnahe Automatisierungskomponenten wie Prozessinstrumente PI1–PI6 können in einem erheblich breiteren Maße als heute üblich vor Ort zur Beobachtung des Prozesses oder zu seiner Diagnose und Beeinflussung verwendet werden. Dies betrifft zwar auch den regulären Betrieb, vor allem aber Phasen der Umrüstung, gewollter und ungewollter Veränderungen im Prozess und Situationen, wenn das Personal im Feld aus Sicherheits- oder anderen Gründen keinen bzw. nur sehr aufwendigen direkten Informationszugang zu einer Zentrale hat. Prozesse werden also damit vor Ort transparenter.
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Dem Nutzen gegenüber steht ein geringer Projektierungsaufwand der sich jedoch beinahe vollständig automatisieren lässt, insbesondere dann, wenn während der Projektierung ein verfahrenstechnisches und/oder geometrisches Modell der Anlage zum Einsatz kommt. Unter den Voraussetzungen einer solchen (ggf. noch etwas erweiterten) Systemtechnik wäre es auch möglich auf eine Vielzahl von lokalen Bedienschnittstellen an Prozessinstrumenten völlig zu verzichten, indem ein Gerät seine Benutzerschnittstelle mit allen anderen in der Nähe verbauten (”kopflosen”) Instrumenten teilen kann. Dies hätte dann erhebliche Kapitalkostenvorteile für den Anwender.
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3 zeigt eine beispielhafte Architektur eines Systems das erfindungsgemäße intelligente Prozessinstrumente PI7, PI8 verwendet. Die intelligenten Prozessinstrumente PI7 und PI8 besitzen jeweils eine lokale Benutzerschnittstelle BS4 bzw. BS5 und werden beide im automatisierten technischen Prozess TP2 prozessnah verwendet (z. B. als Feldgeräte). Im Beispiel nach 3 wird das Prozessinstrument PI7 als Messinstrument, das Prozessinstrument PI8 als Stellinstrument verwendet. Über eine Bus- und/oder Signalverbindung V1, V2 sind die Prozessinstrumente PI7 und PI8 mit einer zentralen Stelle ZS2 (z. B. Prozessleitsystem PLS oder SCADA-System) verbunden. Die zentrale Stelle ZS2 besitzt eine zentrale Benutzerschnittstelle ZBS. Auf Anforderung eines Bedieners stellt die zentrale Stelle ZS2 an den lokalen Benutzerschnittstellen BS4, BS5 der jeweiligen Prozessinstrumente PI7 bzw. PI8 Prozessinformationen bereit, die von außerhalb des Prozessinstruments PI7, PI8 selbst kommt, bzw. die nicht unmittelbar mit der Funktion des Instruments PI7, PI8 selbst zu tun hat.
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4 zeigt ein beispielhaftes erfindungsgemäßes intelligentes Prozessmessinstrument PI9. Das Prozessmessinstrument PI9 umfasst:
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kunststoffabdeckung als Zugang zu den Bedientasten;
- 2
- abschraubbarer Deckel mit Schauglas;
- 3
- Digitalanzeige;
- 4
- Arretierungsschraube;
- 5
- Prozessanschluss;
- 6
- Messstellenschild;
- 7
- Typenschild;
- 8
- Zuführung mit Kabelverschraubung.
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5 zeigt einen beispielhaften elektrischen Funktionsplan eines intelligenten Prozessmessinstruments PI10 mit lokaler Benutzerschnittstelle BS6. Das Prozessmessinstrument PI10 umfasst dabei:
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sensor der Messzelle;
- 2
- Messverstärker;
- 3
- Analog-Digital-Wandler;
- 4
- Mikrocontroller;
- 5
- Potenzialtrennung;
- 6
- Je ein nicht flüchtiger Speicher in der Messzelle und in der Elektronik;
- 7
- PROFIBUS-PA-Schnittstelle;
- 8
- Bedientasten (Vor-Ort-Bedienung);
- 9
- Digitalanzeiger;
- 10
- Hilfsenergiequelle;
- 11
- DP/PA-Kuppler oder -Link;
- 12
- Busmaster;
- Pe
- Eingangsgröße.
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Prozessinstrument zur prozessnahen Verwendung (z. B. Feldgerät) in einem automatisierten technischen Prozess, wobei das Prozessinstrument umfasst: eine Sensorik zur Erfassung von Messwerten in einer dedizierten lokalen Umgebung des Prozessinstruments und/oder eine Aktorik zur Einwirkung in den technischen Prozess, wobei das Prozessinstrument mit einer zentralen Steuereinrichtung des technischen Prozesses datentechnisch verbunden ist, eine Benutzerschnittstelle zur Beobachtung von aktuellen Messwerten vor Ort und/oder zur Eingabe von Stellwerten für die Aktorik und/oder zur Konfiguration des Prozessinstrumentes, sowie Schnittstellen zu der zentralen Steuereinrichtung und zu weiteren Prozessinstrumenten im technischen Prozess, wobei das Prozessinstrument von der zentralen Steuereinrichtung (z. B. Prozessleitsystem, SCADA System, Speicherprogrammierbare Steuerung) Informationen erhält, die auf der Benutzerschnittstelle des Prozessinstrumentes abrufbar sind. Dadurch ist es möglich, im Prozess verbaute lokale Benutzerschnittstellen auch für andere Zwecke zu verwenden, als für die Belange eines prozessnahen Gerätes selbst, nämlich insbesondere für vielfältige Anzeige und Einstellaufgaben, die in der Nähe des Gerätes erforderlich sind.
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Bezugszeichen
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- PI1–PI10
- Prozessinstrument
- BS1–BS6
- Benutzerschnittstelle
- FB
- Feldbus
- V1, V2
- Verbindung
- TP1, TP2
- Technischer Prozess
- ZS1, ZS2
- Zentrale Steuereinrichtung
