DE102012201451A1

DE102012201451A1 - Verfahren zum Identifizieren von Messsignalen und Geräten zum Einfügen in eine spezifische Projektierungsunterlage für eine zu projektierende Leittechnik einer technischen Anlage, Prozessleitsystem und Computerprogrammprodukt

Info

Publication number: DE102012201451A1
Application number: DE102012201451A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Führing; Andreas Geiger; Klaus Wendelberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2013-08-01
Also published as: EP2810191A1; WO2013113870A1; CN104094259A; US20150019524A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren von Messsignalen und Geräten zum Einfügen in eine spezifische Projektierungsunterlage für eine zu projektierende Leittechnik einer technischen Anlage. Üblicherweise ist jedem Messsignal und jedem Gerät ist ein eindeutiges Kennzeichen in Form eines allgemeinen Textelementes zugeordnet. Dem allgemeinen Textelement, welches ein Messsignal oder ein Gerät kennzeichnet, wird erfindungsgemäß mittels einer semantischen Textanalyse ein spezifisches Textelement zugeordnet, indem auf der Basis einer Terminologie eine Messstellen- und/oder Geräteliste durchsucht wird, gefundene Übereinstimmungen analysiert werden und bei hohem Übereinstimmungsgrad das allgemeine Textelement durch das spezifische Textelement ersetzt und an die spezifische Projektierungsunterlage weitergegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren von Messsignalen und Geräten zum Einfügen in eine spezifische Projektierungsunterlage für eine zu projektierende Leittechnik einer technischen Anlage, ein Prozessleitsystem und ein Computerprogrammprodukt.
Die Projektierung von höherwertigen leittechnischen Funktionen in der Prozessautomatisierung ist grundsätzlich sehr aufwändig und fehleranfällig.
Der Begriff der Projektierung wird im Anlagenbau oder der Automatisierungstechnik zumeist für die Erstellung von technischen (oder anderen) Unterlagen für die Darstellung von Prozessen, z. B. verfahrenstechnischen Prozessen wie der Verbrennung von fossilen Brennstoffen im Kraftwerk, verwendet.
Der Begriff der Leittechnikfunktionen umfasst im Allgemeinen:

– Die Funktionspläne der Steuerungen und Regelungen, in denen dargestellt ist, welche Messgrößen verwendet und wie diese algorithmisch verarbeitet werden um zu ermitteln, wie die Antriebe (Ventile, Klappen, Motoren, ...) zu verfahren sind.
– Die Bedienbilder, über die der Anlagenfahrer Informationen über den aktuellen Zustand der Anlage erhält und über die er Stelleingriffe vornehmen kann.
– Die Beschreibungen, in denen die Funktionalität der Automatisierungsfunktionen verbal erläutert ist.

Eine der effizientesten Methoden, den Aufwand zur Erstellung dieser Unterlagen zu senken und die Qualität zu verbessern, ist die Standardisierung. Die wiederholte Verwendung eines Standards für einen Funktionsplan, ein Bedienbild bzw. eine Beschreibung stellt sicher, dass

– zum Einen der entsprechende Projektierungsaufwand deutlich reduziert wird, da auf eine bereits existierende Vorlage zurückgegriffen werden kann,
– und zum Anderen die Qualität der Projektierung deutlich erhöht wird, da auf Unterlagen zurückgegriffen wird, die sich in mehreren Projekten bereits bewährt haben.

In der Kraftwerkstechnik werden alle Messgrößen und Geräte bzw. Antriebe mit einem eindeutigen Namen, dem sog. Kennzeichen, bezeichnet. Es wurden verschiedene Kennzeichensysteme entwickelt, die in den verschiedenen Ländern der Erde mehr oder weniger häufig eingesetzt werden. Außerdem erhält jede Messgröße und jeder Antrieb einen Kurztext, der beschreibt, um welche Messgröße/welchen Antrieb es sich handelt. Gemäß dem in Deutschland vornehmlich eingesetzten KKS-System (Kraftwerks-Kennzeichen-System) könnte die Leistung eines Generators beispielsweise mit A OMKA01 CE001 als dem eindeutigen Kennzeichen und P Gen als dem beschreibenden Kurztext bezeichnet werden.
Auch in den Standards müssen die verwendeten Messgrößen und Antriebe eindeutig bezeichnet werden. Um einen Standard in einem realen Projekt tatsächlich einsetzen zu können, muss der Projekteur die Dummy-Kennzeichen und Kurztexte aus den Standards durch die projektspezifischen Kennzeichen/Kurztexte ersetzen.
Beispiel: Im Standard ist definiert, dass zur Regelung der Generatorleistung, die Leistungsmessung A OMKA01 CE001/P GEN mit dem Sollwert zu vergleichen ist und die so entstehende Regeldifferenz auf den Eingang des Reglers geschaltet wird. Der Anwender des Standards muss klären, wie die Bezeichnung für die Messung der Generatorleistung in seinem Projekt tatsächlich lautet. Die projektspezifische Bezeichnung könnte z. B. 1 OMKA10 CE102/Lstg Generator sein. Der Anwender muss die Bezeichnung entsprechend anpassen, damit im realen Projekt letztlich die korrekte Messgröße verwendet wird.
Letztlich hat der Anwender also die Aufgabe, zu jeder Messung bzw. jedem Antrieb die/der in den Standards angesprochen wird, die korrekten projektspezifischen Bezeichnungen herauszusuchen. Die benötigten Informationen findet er in einer Liste, in der alle Messgrößen/alle Antriebe, die in dem betreffenden Kraftwerk vorkommen, aufgeführt sind. Da eine derartige Liste in der Regel mehrere tausend Einträge hat, handelt es sich hierbei grundsätzlich um eine sehr aufwändige Aufgabe. Dies gilt insbesondere dann, wenn Standard und Projekt unterschiedliche Kennzeichensysteme aufweisen, d. h. wenn sich das Dummy-Kennzeichen des Standards und das projektspezifische Kennzeichen so stark unterscheiden, dass nicht mit einer einfache Suche-Funktion in der Liste zu einem ähnlichen Kennzeichen gesprungen werden kann. In vielen Kennzeichensystemen enthält das Kennzeichen selbst nur wenig oder gar keine Information darüber, um was für eine Größe es sich tatsächlich handelt. Ggf. muss also anhand der Information des Kurztextes nach dem korrekten Eintrag in der Messstellen- bzw. Antriebsliste gesucht werden. Dies ist wiederum mit großem Aufwand verbunden.
Die Suche nach projektspezifischen Bezeichnungen für Messungen und Antriebe wird bislang händisch durchgeführt, was einen extremen Zeitaufwand bedeutet. In der Regel liegen die Messstellen- und Antriebslisten in digitaler Form vor (z. B. Excel, Access). Die händische Suche kann dann durch die Funktionen des entsprechenden Programms unterstützt werden. Im o. g. Beispiel könnte man in Excel z. B. nach „MKA?? CE” suchen. Im KKS-System bezeichnet MKA den Generator und CE die Messung einer elektrischen Größe. Erwartungsgemäß kann man auf diese Art und Weise die Suche auf z. B. 10–30 Einträge in der Messstellenliste eingrenzen.
Wird im realen Projekt ein anderes Kennzeichnungssystem als in den Standards verwendet, ist diese Vorgehensweise nicht möglich. Eventuell kann der Anwender das Kennzeichen auf das andere System übersetzen und dann wieder mit der normalen Suchfunktion arbeiten. Im Extremfall bleibt nur die Suche über den Kurztext übrig.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches automatisiert die Bezeichnungen für Messsignale und Geräte identifiziert und zuordnet, sodass sie in der Projektierung einer technischen Anlage verwendet werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Prozessleitsystem anzugeben, welches dieses Verfahren unterstützt. Es soll ferner ein entsprechendes Computerprogrammprodukt angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben.
Der Vorteil der Erfindung liegt in einer erheblichen Einsparung von Kosten bei der Abwicklung von Leittechnikprojekten, in denen Standards eingesetzt werden. Grundsätzlich ist das System dafür vorgesehen, vollautomatisch einen Tausch der Dummy-Bezeichnungen aus den Standards in die projektspezifischen Bezeichnungen vorzunehmen. Die händische Arbeit entfällt an dieser Stelle dann komplett, was gleichzeitig eine Verringerung der Fehlerrate und somit eine Erhöhung der Qualität zur Folge hat.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung und einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Skizze zur Erläuterung der Erfindung
Das Problem wird erfindungsgemäß durch die folgenden Ansätze gelöst:

– Die Kurztexte der Bezeichnung eines Messsignals bzw. eines Antriebs werden semantisch analysiert.
– Die semantische Textanalyse ist dabei in der Lage – mit Synonymen zu arbeiten (z. B. Höhenstand und Niveau haben die gleiche Bedeutung) – Abkürzungen zu interpretieren (z. B. Temp oder T als Abkürzung von Temperatur), – Komposita zu zerlegen auch in Verbindung mit Abkürzungen (z. B. DruSchie wird zerlegt in Dru und Schie und bedeutet Druck und Schieber), – mit inkorrekt verwendeten Begriffen umzugehen (z. B. Menge und Massenstrom haben die gleiche Bedeutung, obwohl es sich physikalisch um unterschiedliche Größe handelt), – mit Schreifehlern umzugehen (z. B. der Verwendung des Begriffs Tmeperatuer anstatt Temperatur), – mit Phrasen, die die gleiche Bedeutung haben, umzugehen (z. B. nach Kessel und vor Turbine haben die gleiche Bedeutung), – Buchstaben, Ziffern und Zeichenfolgen zu interpretieren (z. B. bei Analyse des Begriffs Temp hi Pumpe 1), – sowohl eine numerische Zählung als auch eine Zählung mit Buchstaben zu interpretieren (z. B. bezeichnet sowohl der Begriff Pumpe 1 als auch der Begriff Pumpe A die jeweils erste Pumpe).
– Als Basis für die semantische Textanalyse wird eine so genannte Terminologie erstellt. In der Terminologie werden alle in einer Messstellen- bzw. Antriebsliste vorkommenden Begriffe definiert sowie alle zum jeweiligen Begriff gehörenden – Synonyme, – Abkürzungen, – Unterbegriffe (z. B. sind Speisepumpe und Ölpumpe Unterbegriffe von Pumpe), – alternativen Suchbegriffe (z. B. Volllastpumpe und Turbopumpe sind keine echten Synonyme. Sie könnten aber alternativ verwendet werden. Wird der eine Begriff nicht gefunden, soll noch nach dem anderen gesucht werden),

Außerdem werden in der Terminologie die alternativen Phasen definiert:

– Die semantische Textanalyse kann für Begriffe in einer beliebigen westlichen Sprache durchgeführt werden. Es muss lediglich eine Terminologie in der entsprechenden Sprache zur Verfügung stehen.
– Auf Basis der Angaben in der Terminologie ist das System in der Lage z. B. zu erkennen, dass der Begriff Temp hi Ppe 1 die gleiche Bedeutung hat wie der Begriff T nach Pumpe A. Nach semantischer Analyse der Kurztexte kann dann zu einem vorgegebenen Suchbegriff (Dummy-Kurztext aus einem Standard) der entsprechende Eintrag in der Messstellen- bzw. Antriebsliste gefunden werden.
– Gefundene Übereinstimmungen werden dabei gewichtet. Die Übereinstimmung zwischen Ppe und Pumpe hat beispielsweise ein höheres Gewicht als die Übereinstimmung zwischen hi und nach.
– Sofern möglich werden Informationen aus dem Kennzeichen der Messung bzw. des Antriebes bei der Suche mit ausgewertet. Die inhaltliche Übereinstimmung zweier Kurztexte wird höher bewertet, wenn es gleichzeitig auch eine Übereinstimmung bei den Kennzeichen gibt.
– Fehlerhafte Suchergebnisse (der korrekte Eintrag in der Messstellen- bzw. Antriebsliste wird nicht gefunden oder es wird ein falscher Eintrag gefunden) können dazu verwendet werden, automatisch eine Erweiterung/Verbesserung der Terminologie durchführen zu lassen.
– Das System kombiniert Methoden des „Information Extraction” mit der klassischen Textsuche:
– Bei der klassischen Textsuche werden in der Regel ganze Worte, wie sie im Text vorkommen, meist ohne Kompositazerlegung, als suchbare Einheiten verwendet. Manche Systeme indizieren auch bestimmte, über ihre Syntax identifizierbare Textelemente wie z. B. E-Mail- oder IP-Adressen. Im Gegensatz dazu verwendet das hier vorgestellte System die Terminologie, um die für die Suche wichtigen Textelemente zu identifizieren.
– Um mit ungenauen oder unvollständigen Texten und Anfragen umgehen zu können, wird auf Techniken zurückgegriffen, die in Textsuchmaschinen zur Anwendung kommen. Ein wesentliches Element ist dabei das Scoring: Mögliche Treffer werden auf ihre Relevanz für die Suchanfrage bewertet und die besten Treffer zuoberst in der Trefferliste angezeigt. Dies ermöglicht es, Suchanfragen automatisch so zu formulieren, dass sehr viele Treffer generiert werden, von denen nur ein Teil relevant ist. Dadurch kann das System unabhängig von den unterschiedlichen Ausprägungen der Messstellen- und Antriebslisten gute Ergebnisse liefern.

Letztlich wird also ein System bereitgestellt, dem man einen Kurztext als Suchbegriff vorgeben kann.
Das System wird in einer Liste (Messstellen- oder Antriebsliste) den dazu passenden Begriff, der inhaltlich die gleiche Bedeutung hat, heraussuchen. Anders als bei einer reinen Volltextsuche kann diese Suche auch dann erfolgreich sein, wenn Suchbegriff und zu findender Begriff keine gleichen oder ähnliche Zeichenfolgen haben.
Ein Beispiel für eine Terminologie ist als Ausführungsbeispiel beigefügt.
Des Weiteren ist ein einfaches Beispielsystem beigefügt, mit dessen Hilfe die beschriebene Funktionalität veranschaulicht werden kann.
Umgehungsmöglichkeiten
Das von uns beschriebene System kombiniert Techniken, die auch in klassischen Textsuchmaschinen zur Anwendung kommen mit einfachen, aber robusten Analysetechniken. Umgehungsmöglichkeiten ergeben sich daher vor allem aus der Anwendung alternativer Such- und Analysetechniken.
a) Ontologien:
Ontologien sind im Semantic-Web-Umfeld ein populäres Werkzeug zur Wissensrepräsentation und -verarbeitung.
Die Modellierung des Wissens ist in Ontologien detaillierter als in Terminologien und bietet damit mehr Möglichkeiten der Suche bzw. des Schlussfolgerns. Basiselemente einer Ontologie sind ”Begriffe” (”concepts”, ”Konzepte”), denen Eigenschaften zugeordnet werden können, und Beziehungen (”Relationen”) zwischen diesen Begriffen. Zusätzlich können Regeln definiert werden, die beispielsweise beschreiben, welche Eigenschaften über Beziehungen vererbt werden.
Relationen, die typischerweise verwendet werden, sind

– die Spezialisierung, entsprechend der Beziehung zwischen Ober- und Unterbegriffen einer Terminologie (Speisepumpe isA Pumpe),
– die Teilbeziehung (Speisepumpe partOf Speisewassersystem).

Dazu können beliebige weitere Beziehungstypen kommen, die (verfahrens-)technische Zusammenhänge beschreiben. Diese Modellierung ermöglicht es theoretisch, ausgefeiltere Suchstrategien zu implementieren. Die bekannten Methoden hierfür basieren auf formalen Logiken, so dass der Umgang mit unvollständigen oder mehrdeutigen Texten, den unser System leistet, noch zu übertragen wäre. Die ebenfalls zu leistende Identifikation von Begriffen der Ontologie in den Kurztexten der Messstellen- und Antriebslisten stellt keine wesentliche Neuerung gegenüber unserem System dar, das Begriffe der Terminologie identifiziert.
b) Maschinelle Lernverfahren zur Informationsextraktion:
Gegenstand der Forschung zur Analyse von Texten sind maschinelle Lernverfahren, die ausgehend von einer Menge annotierter Texte lernen, die relevanten Textelemente zu identifizieren (überwachtes Lernen). Dabei können Terminologien zum Einsatz kommen. Beispiele sind Named Entity Recognition (NER) und Relation Extraction (RE) mit Hilfe von Conditional Random Fields (CRF). Die Vorteile dieser Verfahren sind, dass weniger Regeln zur Erkennung der Textelemente explizit programmiert werden müssen und dass diese Verfahren adaptiv sind. Allerdings setzt die Anwendung der bekannten Verfahren das Vorliegen ”normaler”, wohlformulierte Texte voraus. Eine Adaption dieser Verfahren für das hier vorgestellte Problem ist problematisch, da die Texte der Messstellen- und Antriebslisten kaum einer einheitlichen Struktur folgen.
Gleiches gilt für lernende Verfahren zur Auflösung von Mehrdeutigkeiten. Ausführungsbeispiel:
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Claims

Verfahren zum Identifizieren von Messsignalen und Geräten zum Einfügen in eine spezifische Projektierungsunterlage für eine zu projektierende Leittechnik einer technischen Anlage, wobei jedem Messsignal und jedem Gerät ein eindeutiges Kennzeichen in Form eines allgemeinen Textelementes zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem allgemeinen Textelement, welches ein Messsignal oder ein Gerät kennzeichnet, mittels einer semantischen Textanalyse ein spezifisches Textelement zugeordnet wird, indem auf der Basis einer Terminologie eine Messstellen- und/oder Geräteliste durchsucht wird, gefundene Übereinstimmungen analysiert werden und bei hohem Übereinstimmungsgrad das allgemeine Textelement durch das spezifische Textelement ersetzt und an die spezifische Projektierungsunterlage weitergegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Terminologie derart erstellt wird, dass alle in einer Messstellen- und/oder Antriebsliste vorkommenden Begriffe, Synonyme, Abkürzungen, Unterbegriffe und alternative Suchbegriffe definiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass gefundene Übereinstimmungen gewichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass fehlerhafte Suchergebnisse dazu verwendet werden, die Terminologie zu verbessern.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine Projektierungsunterlage ein Funktionsplan, insbesondere ein Regelungsfunktionsplan oder ein Steuerungsfunktionsplan, ein Bedienbild und/oder eine Beschreibung einer technischen Anlage ist.
Prozessleitsystem, aufweisend ein Projektierungsmodul zur Erzeugung einer spezifische Projektierungsunterlage für eine zu projektierende Leittechnik einer technischen Anlage und ein Modul zur semantischen Textanalyse, in welchem ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 abläuft.
Computerprogrammprodukt, das in den Speicher eines Computers geladen wird und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Computer läuft.