DE102017108571B4

DE102017108571B4 - Konzept zum übermitteln von zeitsynchronisierten daten von einer eine lokale zeit aufweisenden steuerung eines automatisierungssystems an zumindest einen teilnehmer des automatisierungssystems

Info

Publication number: DE102017108571B4
Application number: DE102017108571.8A
Authority: DE
Inventors: Nils JOHANNSEN; Birger Evenburg; Henning Mersch
Original assignee: Beckhoff Automation GmbH and Co KG
Current assignee: Beckhoff Automation GmbH and Co KG
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2037-04-22
Also published as: US10873519B2; DE102017108571A1; US20180309653A1

Abstract

Verfahren zum Übermitteln von zeitsynchronisierten Daten von einer eine lokale Zeit (301) aufweisenden Steuerung (203) eines Automatisierungssystems (201) an zumindest einen Teilnehmer des Automatisierungssystems (201), wobei das Automatisierungssystem (201) einen eine Referenzzeit (303) aufweisenden Server (205) umfasst, umfassend die folgenden Schritte:a) Senden (101) einer Anfrage nach der Referenzzeit (303) mittels der Steuerung (203) an den Server (205),b) Empfangen (103) einer Antwort von dem Server (205) mittels der Steuerung (203), wobei die Antwort eine erste Empfangszeit (307) der Anfrage aufweist, die angibt, wann die Anfrage gemäß der Referenzzeit (303) mittels des Servers (205) empfangen wurde,c) Ermitteln (105) mittels der Steuerung (203) eines Zeitunterschieds zwischen der Referenzzeit (303) des Servers (205) und der lokalen Zeit (301) der Steuerung (203) basierend auf einer Sendezeit (305), die angibt, wann die Anfrage gemäß der lokalen Zeit (301) mittels der Steuerung (203) gesendet wurde, basierend auf der ersten Empfangszeit (307) und basierend auf einer zweiten Empfangszeit (311), die angibt, wann die Antwort gemäß der lokalen Zeit (301) mittels der Steuerung (203) empfangen wurde,Hinzufügen (109) eines Zeitstempels zu Daten mittels der Steuerung (203), wobei der Zeitstempel basierend auf der lokalen Zeit (301) und dem Zeitunterschied ermittelt (107) wird, um zeitsynchronisierte Daten zu erhalten, wobei die Daten Messdaten umfassen und/oder auf Messdaten basieren,Übermitteln (111) der zeitsynchronisierten Daten mittels der Steuerung (203) an den zumindest einen Teilnehmer des Automatisierungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a), b) und c) zyklisch mehrmals nacheinander mittels der Steuerung (203) durchgeführt werden, um mehrere Zeitunterschiede zu ermitteln, wobei ein Mittelwert der mehreren Zeitunterschiede ermittelt wird, welcher als Zeitunterschied für das Ermitteln des Zeitstempels mittels der Steuerung (203) verwendet wird, und/oder wobei eine Filterfunktion auf die mehreren Zeitunterschiede mittels der Steuerung (203) angewandt wird, um einen gefilterten Zeitunterschied zu erhalten, welcher als Zeitunterschied für das Ermitteln des Zeitstempels mittels der Steuerung (203) verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übermitteln von zeitsynchronisierten Daten von einer eine lokale Zeit aufweisenden Steuerung eines Automatisierungssystems an zumindest einen Teilnehmer des Automatisierungssystems. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuerung für ein Automatisierungssystem. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Automatisierungssystem. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm.
Für ein Automatisierungssystem umfassend eine Steuerung und einen Server ist es in der Regel wichtig, dass beispielsweise Messdaten mit einer genau zeitsynchronisierten Zeitinformation von der Steuerung zum Server geschickt werden. Dies ist beispielsweise für unterschiedliche Anwendungsfälle wichtig, von denen nachfolgend zwei Bespiele beschrieben werden:
Auf dem Server können Funktionen durchgeführt werden, welche für Berechnungen Messdaten in einem vorbestimmten Zeitintervall benötigen. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl der Messdaten in einem vorbestimmten Zeitintervall stets konstant ist. Durch einen Zeitunterschied zwischen der lokalen Zeit der Steuerung und der Zeit des Servers kann es aber sein, dass die Anzahl der Messdaten in einem vorbestimmten Zeitintervall variiert.
Für Vergleiche von unterschiedlichen Systemen ist es je nach Einsatzzweck vorteilhaft, die Messdaten von gleichen Zeitpunkten zu verarbeiten.
Die EP 1 810 096 B1 zeigt ein Verfahren zum Austauschen von Daten zwischen Teilnehmern aus verschiedenen Netzwerken.
Aus der Norm RFC 4330 Version 4. Simple Network Time Protocol (SNTP) for IPv4, IPv6 and OSI (https://tools.ietf.org/html/rfc4330) ist das Standard RFC-Verfahren bekannt.
Die DE 601 27 454 T2 beschreibt ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist darin zu sehen, ein Konzept zum effizienten Übermitteln von zeitsynchronisierten Daten von einer eine lokale Zeit aufweisenden Steuerung eines Automatisierungssystems an zumindest einen Teilnehmer des Automatisierungssystems bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt wird ein Verfahren zum Übermitteln von zeitsynchronisierten Daten von einer eine lokale Zeit aufweisenden Steuerung eines Automatisierungssystems an zumindest einen Teilnehmer des Automatisierungssystems bereitgestellt, wobei das Automatisierungssystem einen eine Referenzzeit aufweisenden Server des umfasst, umfassend die folgenden Schritte:

a) Senden einer Anfrage nach der Referenzzeit mittels der Steuerung an den Server,
b) Empfangen einer Antwort von dem Server mittels der Steuerung, wobei die Antwort eine erste Empfangszeit der Anfrage aufweist, die angibt, wann die Anfrage gemäß der Referenzzeit mittels des Servers empfangen wurde,
c) Ermitteln mittels der Steuerung eines Zeitunterschieds zwischen der Referenzzeit des Servers und der lokalen Zeit der Steuerung basierend auf einer Sendezeit, die angibt, wann die Anfrage gemäß der lokalen Zeit mittels der Steuerung gesendet wurde, basierend auf der ersten Empfangszeit und basierend auf einer zweiten Empfangszeit, die angibt, wann die Antwort gemäß der lokalen Zeit mittels der Steuerung empfangen wurde,
- - Hinzufügen eines Zeitstempels zu Daten mittels der Steuerung, wobei der Zeitstempel basierend auf der lokalen Zeit und dem Zeitunterschied ermittelt wird, um zeitsynchronisierte Messdaten zu erhalten, wobei die Daten Messdaten umfassen und/oder auf Messdaten basieren
- - Übermitteln der zeitsynchronisierten Daten mittels der Steuerung an den zumindest einen Teilnehmer des Automatisierungssystems.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuerung für ein Automatisierungssystem bereitgestellt, wobei die Steuerung ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Automatisierungssystem bereitgestellt, umfassend einen eine Referenzzeit aufweisenden Server und die erfindungsgemäße Steuerung.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, beispielsweise auf der Steuerung oder beispielsweise auf mehreren Steuerungen, ausgeführt wird.
Die Zeit der Steuerung, also die lokale Zeit der Steuerung, wird mit der Zeit des Servers, also mit der Referenzzeit des Servers, abgeglichen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil bewirkt, dass Daten, beispielsweise Messdaten, beispielsweise verarbeitete Messdaten, beispielsweise ein Ergebnis einer Verarbeitung von Messdaten, ein Zeitstempel hinzugefügt werden kann, der mit Zeitstempeln von entsprechenden Daten von anderen Steuerungen, die ihre lokale Zeit analog mit der Referenzzeit des Servers abgeglichen haben, effizient verglichen werden kann.
Somit ist es beispielsweise in vorteilhafter Weise ermöglicht, Daten von unterschiedlichen Steuerungen zu gleichen Zeitpunkten miteinander zu vergleichen und anschließend zu verarbeiten.
Insbesondere wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass auf dem zumindest einen Teilnehmer des Automatisierungssystems effizient Funktionen durchgeführt werden können, welche für Berechnungen Daten in einem vorbestimmten Zeitintervall benötigen.
Somit wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass ein Konzept zum effizienten Übermitteln von zeitsynchronisierten Messdaten von einer eine lokale Zeit aufweisenden Steuerung eines Automatisierungssystems an zumindest einen Teilnehmer des Automatisierungssystems bereitgestellt ist.
Daten im Sinne der Beschreibung umfassen respektive sind zum Beispiel Messdaten. Messdaten sind respektive umfassen beispielsweise Rohmessdaten (, die auch als direkte Messdaten bezeichnet werden können), also noch unverarbeitete Messdaten.
Messdaten im Sinne der Beschreibung sind beispielsweise verarbeitete Messdaten (, die auch als indirekte Messdaten bezeichnet werden können), also Messdaten, die beispielsweise aufbereitet wurden.
Daten im Sinne der Beschreibung umfassen respektive sind zum Beispiel verarbeitete Messdaten.
Daten im Sinne der Beschreibung basieren beispielsweise auf Messdaten. Das heißt, dass solche Daten basierend auf Messdaten ermittelt wurden. Beispielsweise umfassen respektive sind Daten ein Ergebnis einer Auswertung von Messdaten.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sendezeit gemeinsam mit der Anfrage mittels der Steuerung an den Server gesendet wird.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass der Server in die Lage versetzt wird, die Sendezeit mit seiner Antwort an die Steuerung zu senden.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antwort die Sendezeit umfasst.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass die Steuerung direkt aus der Antwort die Zeitdifferenz ermitteln kann, ohne vorher noch die Sendezeit aus einem internen Speicher auslesen zu müssen. Ferner ist es nicht mehr notwendig, dass die Steuerung die Sendezeit selbst für das Ermitteln der Zeitdifferenz abspeichert. Dies deshalb nicht, da die Sendezeit gemäß dieser Ausführungsform wieder vom Server gemeinsam mit der Antwort bereitgestellt wird. Dadurch kann ein Speicheraufwand für die Steuerung effizient reduziert werden. Dadurch kann ferner ein Speicherbedarf für die Steuerung reduziert werden.
Es ist vorgesehen, dass die Schritte a), b) und c) zyklisch mehrmals nacheinander mittels der Steuerung durchgeführt werden, um mehrere Zeitunterschiede zu ermitteln, wobei ein Mittelwert der mehreren Zeitunterschiede ermittelt wird, welcher als Zeitunterschied für das Ermitteln des Zeitstempels mittels der Steuerung verwendet wird.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass beispielsweise initiale Einschwingvorgänge effizient berücksichtigt werden können. Insbesondere wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass Sprünge nach einem Einschwingen der Zeit effizient verhindert werden können. Insbesondere wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass mögliche Sprünge in den Zeitunterschieden über die Zeit effizient herausgemittelt werden können.
Dies sieht also vor, dass der Mittelwert der mehreren Zeitunterschiede als Zeitunterschied für das Ermitteln des Zeitstempels mittels der Steuerung verwendet wird. Das heißt also insbesondere, dass der Zeitstempel basierend auf der lokalen Zeit und dem Mittelwert der mehreren Zeitunterschiede ermittelt wird, um zeitsynchronisierte Messdaten zu erhalten.
Es ist vorgesehen, dass die Schritte a), b) und c) zyklisch mehrmals nacheinander mittels der Steuerung durchgeführt werden, um mehrere Zeitunterschiede zu ermitteln, wobei eine Filterfunktion auf die mehreren Zeitunterschiede mittels der Steuerung angewandt wird, um einen gefilterten Zeitunterschied zu erhalten, welcher als Zeitunterschied für das Ermitteln des Zeitstempels mittels der Steuerung verwendet wird.
Die Filterfunktion umfasst beispielsweise ein Berechnen eines Mittelwerts, beispielsweise eines Medians, beispielsweise eines arithmetischen Mittelwerts.
Die Filterfunktion umfasst beispielsweise eine Übertragungsfunktion, zum Beispiel ein PT1-Glied. PT1-Glieder sind beispielsweise in der Regelungstechnik geläufig.
Ein PT1-Glied ist beispielsweise ein Tiefpassfilter 1. Ordnung. Tiefpassfilter haben insofern eine vergleichbare Wirkung wie eine Mittelwertbildung, dass hochfrequente Anteile eines Eingangssignals effizient reduziert werden können. Somit kann ein Schwanken der Werte eines Ausgangssignals effizient reduziert werden.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass beispielsweise initiale Einschwingvorgänge effizient berücksichtigt werden können. Insbesondere wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass Sprünge nach einem Einschwingen der Zeit effizient verhindert werden können. Insbesondere wird dadurch der technische Vorteil bewirkt, dass mögliche Sprünge in den Zeitunterschieden über die Zeit effizient herausgefiltert werden können.
Diese Ausführungsform sieht also vor, dass der Zeitstempel basierend auf der lokalen Zeit und dem gefilterten Zeitunterschied ermittelt wird, um zeitsynchronisierte Messdaten zu erhalten.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Zeitstempel gemäß folgender Formel ermittelt wird: $t_{M e s s d a t e n} = t_{l o k a l} + Δ t_{S e r v e r,}$
wobei t_Messdaten den Zeitstempel bezeichnet, wobei t_lokal die lokale Zeit einer Steuerung bezeichnet, wobei Δt_Server den Zeitunterschied bezeichnet.
Dadurch wird insbesondere der technische Vorteil bewirkt, dass der Zeitstempel effizient ermittelt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass Δt_Server = t_U - t₁ ist, wobei t_U eine korrigierte Referenzzeit bezeichnet, wobei t₁ die zweite Empfangszeit bezeichnet, wobei $t_{U} = t_{R} + \frac{(t_{1} - t_{0})}{2},$
wobei t_R die erste Empfangszeit bezeichnet, wobei t₀ die Sendezeit bezeichnet.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass der Zeitunterschied effizient ermittelt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schritte a), b) und c) zyklisch mehrmals nacheinander mittels der Steuerung durchgeführt werden, um in einem ersten Zyklus erst eine erste korrigierte Referenzzeit t_U0 zu ermitteln und um anschließend in einem späteren zweiten Zyklus eine zweite korrigierte Referenzzeit t_U1 zu ermitteln, wobei ein Korrekturwert Δ_A mittels der Steuerung ermittelt wird, mit $Δ_{A} = \frac{(t_{U 1} - t_{U 0})}{(t_{L 1} - t_{L 0})} \times T_{C},$
wobei t_L0 die dem ersten Zyklus entsprechende zweite Empfangszeit bezeichnet, wobei t_L1 die dem zweiten Zyklus entsprechende zweite Empfangszeit bezeichnet, wobei T_C die Zykluszeit bezeichnet, wobei der dem zweiten Zyklus entsprechende Zeitunterschied Δt1_Server mit dem Korrekturwert Δ_A gemäß folgender Formel korrigiert wird: $Δ t 1_{S e r v e r} = Δ t 0_{S e r v e r} + Δ_{A,}$
wobei Δt0_Server den dem ersten Zyklus entsprechenden Zeitunterschied bezeichnet.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass ein möglicher Drift der lokalen Zeit effizient ausgeregelt werden kann.
T_C bezeichnet hier also die Zykluszeit (auf Englisch: „Cycle Time“), die angibt, wie häufig respektive nach welcher Zeit der Zeitstempel neu berechnet, also aktualisiert, wird. Der interne Zeitschritt der Steuerung wird somit insbesondere um einen Korrekturfaktor der Zeitschritte auf dem Server angeglichen (Drift zwischen dem Server und der Steuerung). T_C bezeichnet also nicht den Echtzeittakt der Steuerung, sondern ein Zyklus für die Häufigkeit der Aktualisierung des hier beschriebenen Zeitabgleiches (also das Ermitteln der Zeitdifferenz) . T_C gibt also vor, wie häufig respektive nach welcher Zeit eine neue Zeitdifferenz ermittelt wird mit anschließendem Abgleich der lokalen Zeit mit der Referenzzeit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass für mehrere Zyklen jeweils ein Korrekturwert ermittelt wird, wobei ein Mittelwert der jeweiligen Korrekturwerte mittels der Steuerung ermittelt wird, welcher als Korrekturwert zur Korrektur eines einem den mehreren Zyklen folgenden Zyklus entsprechenden Zeitunterschieds mittels der Steuerung verwendet wird.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass der Korrekturwert effizient ermittelt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass für mehrere Zyklen jeweils ein Korrekturwert ermittelt wird, wobei eine Filterfunktion auf die mehreren Korrekturwerte mittels der Steuerung angewandt wird, um einen gefilterten Korrekturwert zu erhalten, welcher als Korrekturwert für die Korrektur des Zeitunterschieds mittels der Steuerung verwendet wird.
Dadurch wird zum Beispiel der technische Vorteil bewirkt, dass der Korrekturwert effizient ermittelt werden kann.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Automatisierungssystem ausgebildet oder eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren aus- oder durchzuführen.
Nach einer Ausführungsform umfasst die Steuerung eine Kommunikationsschnittstelle, die ausgebildet ist, die Anfrage über ein Kommunikationsnetzwerk an den Server zu senden. Die Kommunikationsschnittstelle der Steuerung ist beispielsweise ausgebildet, die Antwort von dem Server über das Kommunikationsnetzwerk zu empfangen. Die Kommunikationsschnittstelle der Steuerung ist beispielsweise ausgebildet, die zeitsynchronisierten Messdaten an den Server über das Kommunikationsnetzwerk zu übermitteln.
Nach einer Ausführungsform umfasst der Server eine Kommunikationsschnittstelle, die ausgebildet ist, die Anfrage von der Steuerung über das Kommunikationsnetzwerk zu empfangen. Die Kommunikationsschnittstelle des Servers ist beispielsweise ausgebildet, die Antwort an die Steuerung über das Kommunikationsnetzwerk zu senden. Die Kommunikationsschnittstelle des Servers ist beispielsweise ausgebildet, die zeitsynchronisierten Messdaten von der Steuerung über das Kommunikationsnetzwerk zu empfangen.
Nach einer Ausführungsform umfasst die Steuerung einen Prozessor, der ausgebildet ist, den Zeitunterschied zwischen der Referenzzeit des Servers und der lokalen Zeit der Steuerung basierend auf der Sendezeit, der ersten Empfangszeit und der zweiten Empfangszeit zu ermitteln. Der Prozessor der Steuerung ist beispielsweise ausgebildet, den Zeitstempel basierend auf der lokalen Zeit und dem Zeitunterschied zu ermitteln. Der Prozessor der Steuerung ist beispielsweise ausgebildet, den Zeitstempel zu den Messdaten hinzuzufügen.
Nach einer Ausführungsform umfasst der Server einen Prozessor, der ausgebildet ist, die Antwort zu ermitteln.
Technische Funktionalitäten des Verfahrens ergeben sich analog aus entsprechenden technischen Funktionalitäten der Steuerung respektive des Automatisierungssystems und umgekehrt.
Das heißt also insbesondere, dass sich Verfahrensmerkmale aus entsprechenden Merkmalen bezüglich der Steuerung respektive bezüglich des Automatisierungssystems ergeben und umgekehrt.
Ein Kommunikationsnetzwerk im Sinne der Beschreibung ist beispielsweise ein echtzeitfähiges Kommunikationsnetzwerk, insbesondere ein EtherCAT-Kommunikationsnetzwerk.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anfrage nach der Referenzzeit eine Anfrage gemäß dem Network Time Protocol (NTP) ist.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antwort des Servers eine Antwort gemäß dem Network Time Protocol (NTP) ist.
Nach einer Ausführungsform ist die lokale Zeit der Steuerung eine Distributed Clock Time (DCT). Die Distributed Clock Time (DCT) ist eine Zeitbasis, welche einer Steuerung bei einem EtherCAT-Kommunikationsnetzwerk beispielsweise zur Verfügung steht. In einer Ausführungsform basiert die lokale Zeit beispielsweise auf einer Zeitbasis eines echtzeitfähigen Kommunikationsnetzwerkes, insbesondere eines echtzeitfähigen Feldbusnetzwerkes.
Nach einer Ausführungsform ist die Referenzzeit des Servers die Weltzeit.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Server seine Referenzzeit von einem anderen System bezieht.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Server die Referenzzeit über GPS (Global Positioning System) und/oder gemäß dem PTP (Precision Time Protocol) bezieht.
Nach einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Automatisierungssystem zumindest eine weitere Steuerung umfasst.
Die weitere Steuerung synchronisiert beispielsweise ihre lokale Zeit mit der lokalen Zeit der Steuerung analog zur Synchronisierung der lokalen Zeit der Steuerung mit der Referenzzeit des Servers. Das heißt also insbesondere, dass gemäß dieser Ausführungsform die Steuerung als Server für die weitere Steuerung zwecks Synchronisierung fungiert.
Technische Funktionalitäten der weiteren Steuerung ergeben sich analog aus entsprechenden technischen Funktionalitäten der Steuerung.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die weitere Steuerung analog zur Steuerung ihre lokale Zeit analog mit dem Server direkt abgleicht.
Bei den Messdaten handelt es sich zum Beispiel um Daten eines Sensors, der beispielsweise an der Steuerung angeschlossen respektive mit dieser über eine Kommunikationsverbindung verbunden ist. In einer weiteren Ausführungsform können die Messdaten in einer aufbereiteten Weise vorliegen. Eine solche aufbereitete Weise kann beispielsweise ein Mittelwert von mehreren Messdaten sein. Eine solche aufbereitete Weise kann beispielsweise quellencodierte Messdaten sein, wobei dadurch die Datenmenge der Messdaten effektiv verringert wird. Eine aufbereitete Weise kann beispielsweise ein Verfahren zur Reduktion von Rauschen der Messdaten beinhalten. In einer weiteren Ausführungsform können beispielsweise die Messdaten verschiedene Zustände eines Automatisierungssystems beinhalten, was nachfolgend unter Bezugnahme auf zwei Beispiele näher erläutert wird:
Beispiel 1:
Es wird eine Drehzahl einer elektrischen Maschine des Automatisierungssystems überwacht. Die elektrische Maschine befindet sich zu 99,99 % Ihrer Einsatzzeit in einem Arbeitsbereich, bei dem sie sich um 1000 Umdrehungen pro Minute bewegt. Das heißt, dass eine Drehzahl von 1000 Umdrehungen pro Minute der Drehzahl des Arbeitspunktes der elektrischen Maschine entspricht. Von einem Drehzahlsensor wird die konkret gemessene Drehzahl an eine Steuerung gesendet.
Eine Steuerung bereitet die gemessene Drehzahl so auf, dass die erwartete Drehzahl der elektrischen Maschine (1000 Umdrehungen pro Minute) von der konkret gemessenen Drehzahl abgezogen werden. Das Ergebnis dieser Aufbereitung entspricht somit einer Abweichung vom Arbeitspunkt der elektrischen Maschine. Dieses Ergebnis ist von Daten im Sinne der Beschreibung umfasst.
Beispiel 2:
Es wird eine Temperatur einer mechanischen Komponente des Automatisierungssystems, wie zum Beispiel ein Getriebe, überwacht. Die mechanische Komponente ist aus einem Material gefertigt, welches sich ab einer bestimmten Temperatur Tx in einem Arbeitsbereich befindet, in dem die Funktion der mechanischen Komponente nicht mehr gewährleistet werden kann. Ein Temperatursensor misst regelmäßig die Temperatur der mechanischen Komponente.
Eine Steuerung empfängt den gemessenen Temperaturwert des Temperatursensors. Hierbei ist zunächst nicht die genaue Temperatur essentiell. Der Fokus liegt darauf, dass frühzeitig ein Erreichen der Temperatur Tx bemerkt werden kann. Daher wird die gemessene Temperatur hinsichtlich ihres Wertes überprüft. In einer einfachen Funktion wird überprüft, ob der Temperaturwert über den Wert (Tx-200° C) liegt. Das Ergebnis dieser Funktion wird einem Server übermittelt. Dieses Ergebnis ist von Daten im Sinne der Beschreibung umfasst.
Daten im Sinne der Beschreibung umfassen also beispielsweise direkte und/oder indirekte Messdaten. Bei direkten Messdaten handelt es sich beispielsweise um Messdaten, welche von einem Sensor übertragen werden. Bei indirekten Messdaten handelt es sich beispielsweise um Messdaten, welche in einer Steuerung oder einer weiteren Steuereinheit vorverarbeitet wurden.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Automatisierungssystem einen Sensor umfasst, der seine Messdaten der Steuerung zur Verfügung stellt.
In einer Ausführungsform sind mehrere Sensoren vorgesehen.
Ein Sensor ist beispielsweise einer der folgenden Sensoren: Drucksensor, Temperatursensor, Gassensor, Videosensor, Magnetsensor, Radarsensor, Ultraschallsensor, Stromsensor, Spannungssensor, Lichtsensor, Drehzahlsensor einer elektrischen Maschine, Positionssensor zum Bestimmen einer Position eines Schlittens eines linearen Antriebssystems, meteorologischer Sensor.
Das Automatisierungssystem umfasst in einer Ausführungsform ein lineares Antriebssystem. Das lineare Antriebssystem ist beispielsweise ausgebildet einen oder mehrere Schlitten anzutreiben. Das lineare Antriebssystem umfasst zum Beispiel einen Positionssensor zum Bestimmen einer Position eines Schlittens des linearen Antriebssystems. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Automatisierungssystem ein oder mehrere der folgenden Elemente: eine Werkzeugmaschine, eine Schmiedepresse, eine Spritzgießmaschine, eine Abfüllmaschine oder einen Industrieroboter. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Automatisierungssystem eine Windenergieanlage und/oder eine Photovoltaikanlage.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Empfangen eines vom Server gesendeten Befehls mittels der Steuerung, wobei der Befehl vorgibt, dass die Steuerung eine Anfrage nach der Referenzzeit an den Server senden soll, sodass die Anfrage nach der Referenzzeit erst ansprechend auf den Empfang des Befehls mittels der Steuerung an den Server gesendet wird.
Gemäß dieser Ausführungsform ist also vorgesehen, dass die Steuerung nicht von selbst aktiv die Anfrage nach der Referenzzeit aussendet. Vielmehr wartet die Steuerung passiv auf den Empfang des entsprechenden Befehls, bevor sie die Anfrage nach der Referenzzeit aussendet.
In einer dazu alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerung unabhängig von einem Empfang eines vom Server gesendeten Befehls, wobei der Befehl vorgibt, dass die Steuerung eine Anfrage nach der Referenzzeit an den Server senden soll, die Anfrage nach der Referenzzeit an den Server aussendet.
Gemäß dieser alternativen Ausführungsform ist also vorgesehen, dass die Steuerung aktiv die Anfrage nach der Referenzzeit aussendet und nicht einen entsprechenden Befehl des Servers abwartet. Der Server muss sich also nicht mehr darum kümmern, dass die Steuerung einen Abgleich der lokalen Zeit mit der Referenzzeit durchführt. Insbesondere bei einer Vielzahl von Steuerungen kann dadurch ein Verwaltungsaufwand für den Server effizient reduziert werden.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der zumindest eine Teilnehmer den Server und/oder einen Datenspeicherserver zum Speichern der zeitsynchronisierten Daten umfasst.
Das heißt also beispielsweise, dass die zeitsynchronisierten Daten an den Server und/oder an den Datenspeicherserver und/oder an einen weiteren Teilnehmer des Automatisierungssystems, beispielsweise an die weitere Steuerung oder beispielsweise an die weiteren Steuerungen, gesendet werden.
Der Datenspeicherserver ist somit beispielsweise verschieden von dem eine Referenzzeit aufweisenden Server.
Die zeitsynchronisierten Daten werden also beispielsweise an einen oder mehrere Teilnehmer des Automatisierungssystems gesendet.
Das Automatisierungssystem umfasst insbesondere die Steuerung und den eine Referenzzeit aufweisenden Server.
Das Automatisierungssystem umfasst insbesondere einen oder mehrere Teilnehmer.
Ein Teilnehmer des Automatisierungssystems ist insbesondere ein Element ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Teilnehmern: eine Referenzzeit aufweisenden Server, Datenspeicherserver, weitere Steuerung, Steuerung.
Der eine Referenzzeit aufweisende Server kann auch als ein Zeitserver bezeichnet werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Automatisierungssystem mehrere räumlich verteilte Windenergieanlagen, die jeweils von einer eigenen Steuerung gesteuert werden. Die räumliche Verteilung der einzelnen Windenergieanlagen ist dem Server und/oder den Steuerungen der Windenergieanlagen bekannt.
Jede der Windenergieanlagen umfasst jeweils einen oder mehrere Sensoren. Solche Sensoren umfassen beispielsweise: Windsensoren zum Messen einer Windstärke, Schwingungssensoren zum Messen einer Schwingung an Komponenten der Windenergieanlage, beispielsweise an einem Rotorblatt.
Den jeweiligen Messdaten respektive den jeweiligen verarbeiteten Messdaten dieser Sensoren der einzelnen Windenergieanlagen werden gemäß dem hier beschriebenen Konzept jeweils ein Zeitstempel zugefügt, um zeitsynchronisierte Daten zu erhalten. Die zeitsynchronisierten Daten von einer Steuerung von einer der Windenergieanlagen werden dann beispielsweise den anderen Steuerungen der anderen Windenergieanlagen zur Verfügung gestellt. Dadurch können diese basierend auf den zeitsynchronisierten Daten ihre jeweilige Windenergieanlage steuern.
Wenn beispielsweise in einer von mehreren Windenergieanlagen eine Änderung der Windstärke gemessen wird, so wird der gemessenen einen Änderung der Windstärke ein Zeitstempel zugefügt, um eine zeitsynchronisierte Änderung der Windstärke zu erhalten, die dann an die weiteren Windenergieanlagen gesendet wird. Unter Verwendung des Zeitstempels und der gemessenen Windstärke ist es möglich und auch so vorgesehen, zu berechnen, zu welchen Zeitpunkten die veränderte Windstärke bei den weiteren Windenergieanlagen zu erwarten ist.
Die Berechnung der Zeitpunkte, wann die gemessene Änderung der Windstärke bei den anderen respektive weiteren Windenergieanlagen zu erwarten ist, kann beispielsweise zentral in dem Server und/oder dezentral in den Steuerungen stattfinden. Eine Anpassung der weiteren Windenergieanlagen im Hinblick auf die Änderung der Windstärke kann ausgeführt werden, so dass das Verhalten der weiteren Windenergieanlagen hinsichtlich dieser meteorologischen Bedingung optimiert wird. Beispielsweise kann die Stellung der Rotorblätter einer Windenergieanlage angepasst werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Automatisierungssystem mehrere räumlich verteilte Photovoltaikanlagen, die jeweils von einer eigenen Steuerung gesteuert werden. Die räumliche Verteilung der einzelnen Photovoltaikanlagen ist dem Server und/oder den Steuerungen der Photovoltaikanlagen bekannt.
Jede der Photovoltaikanlagen umfasst jeweils einen oder mehrere Sensoren. Solche Sensoren umfassen beispielsweise: Lichtsensoren zum Messen einer Bestrahlungsstärke.
Den jeweiligen Messdaten respektive den jeweiligen verarbeiteten Messdaten dieser Sensoren der einzelnen Photovoltaikanlagen werden gemäß dem hier beschriebenen Konzept jeweils ein Zeitstempel zugefügt, um zeitsynchronisierte Daten zu erhalten. Die zeitsynchronisierten Daten von einer Steuerung von einer der Photovoltaikanlagen werden dann beispielsweise den anderen Steuerungen der anderen Photovoltaikanlagen zur Verfügung gestellt. Dadurch können diese basierend auf den zeitsynchronisierten Daten ihre jeweilige Photovoltaikanlage steuern.
Wenn beispielsweise in einer von mehreren Photovoltaikanlagen eine Änderung der Bestrahlungsstärke gemessen wird, so wird der gemessenen einen Änderung der Bestrahlungsstärke ein Zeitstempel zugefügt, um eine zeitsynchronisierte Änderung der Bestrahlungsstärke zu erhalten, die dann an die weiteren Photovoltaikanlagen gesendet wird. Unter Verwendung des Zeitstempels und der gemessenen Bestrahlungsstärke ist es möglich, zu berechnen, zu welchen Zeitpunkten die veränderte Bestrahlungsstärke bei den weiteren Photovoltaikanlagen zu erwarten ist.
Eine Änderung der Bestrahlungsstärke kann beispielsweise als Ursache einen Wolkenzug besitzen. Unter Verwendung des Zeitstempels und der gemessenen Bestrahlungsstärke ist es möglich und auch so vorgesehen, zu berechnen, zu welchen Zeitpunkten die veränderte Bestrahlungsstärke bei den weiteren Photovoltaikanlagen zu erwarten ist.
Die Berechnung der Zeitpunkte kann zentral in dem Server und/oder dezentral in den Steuerungen stattfinden. Eine Anpassung der weiteren Photovoltaikanlagen im Hinblick auf die Änderung der Bestrahlungsstärke wird beispielsweise ausgeführt. Eine solche Anpassung umfasst beispielsweise eine Veränderung von Parametern der technischen Komponenten der Photovoltaikanlagen sein. Ein optimiertes Verhalten der weiteren Photovoltaikanlagen wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielt.
Die Spannung und der Strom einer Photovoltaikzelle eine Photovoltaikanlage sind insbesondere abhängig von der Bestrahlungsstärke und/oder insbesondere von der Zellentemperatur. Somit verändert sich in der Regel der Arbeitspunkt einer Photovoltaikzelle, wenn sich die Bestrahlungsstärke ändert.
Die technischen Komponenten einer Photovoltaikanlage sind beispielsweise jeweils Elemente ausgewählt aus der folgenden Gruppe von technischen Komponenten: Wechselrichter, Energiespeicher.
Ein Wechselrichter setzt die Gleichspannung einer Photovoltaikzelle in eine Wechselspannung um, damit die Leistung in ein Wechselstromnetz eingespeist werden kann.
Gerade bei Photovoltaikanlagen auf Wohnhäusern werden häufig Energiespeicher eingesetzt. Damit kann ein Teil der erzeugten Energie zwischengespeichert werden und bei Bedarf aus dem Energiespeicher entnommen werden. Beispielsweise kann eine verringerte Bestrahlungsstärke dazu führen, dass nicht mehr genug Energie erzeugt wird, um den Energiebedarf in einem Wohnhaus zu decken. In diesem Fall müsste Energie aus dem Energiespeicher entnommen werden.
Somit ist beispielsweise vorgesehen, dass bei einer gemessenen Verringerung der Bestrahlungsstärke für eine der Photovoltaikanlagen vorsorglich Energie aus einem Energiespeicher von einer der anderen Photovoltaikanlagen entnommen wird, um einen vorbestimmten Energiebedarf, beispielsweise einen vorbestimmten Energiebedarf eines Wohnhauses oder Bürogebäudes, allgemein eines Gebäudes, zu decken.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Automatisierungssystem mehrere räumlich verteilte Windenergieanlagen umfasst, die jeweils von einer eigenen Steuerung gesteuert werden, wobei jede der Windenergieanlagen jeweils ein oder mehrere Sensoren umfasst, wobei jeweiligen Messdaten respektive jeweiligen verarbeiteten Messdaten dieser Sensoren der einzelnen Windenergieanlagen jeweils ein Zeitstempel zugefügt wird, um zeitsynchronisierte Daten zu erhalten, wobei die zeitsynchronisierten Daten von einer Steuerung von einer der Windenergieanlagen den anderen Steuerungen der anderen Windenergieanlagen zur Verfügung gestellt werden, so dass die anderen Steuerungen basierend auf den zeitsynchronisierten Daten ihre jeweilige Windenergieanlage steuern.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Automatisierungssystem mehrere räumlich verteilte Photovoltaikanlagen umfasst, die jeweils von einer eigenen Steuerung gesteuert werden, wobei jede der Photovoltaikanlagen jeweils einen oder mehrere Sensoren umfasst, wobei jeweiligen Messdaten respektive jeweiligen verarbeiteten Messdaten dieser Sensoren der einzelnen Photovoltaikanlagen jeweils ein Zeitstempel zugefügt werden, um zeitsynchronisierte Daten zu erhalten, wobei die zeitsynchronisierten Daten von einer Steuerung von einer der Photovoltaikanlagen den anderen Steuerungen der anderen Photovoltaikanlagen zur Verfügung gestellt werden, so dass die anderen Steuerungen basierend auf den zeitsynchronisierten Daten ihre jeweilige Photovoltaikanlage steuern.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Automatisierungssystem eine oder mehrere räumlich verteilte Anlagen zum Erzeugen von regenerativer Energie umfasst, die jeweils von einer eigenen Steuerung gesteuert werden, wobei jede der Anlagen jeweils ein oder mehrere Sensoren umfasst, wobei jeweiligen Messdaten respektive jeweiligen verarbeiteten Messdaten dieser Sensoren der einzelnen Anlagen jeweils ein Zeitstempel zugefügt wird, um zeitsynchronisierte Daten zu erhalten, wobei die zeitsynchronisierten Daten von einer Steuerung von einer der Anlagen den anderen Steuerungen der anderen Anlagen zur Verfügung gestellt werden, so dass die anderen Steuerungen basierend auf den zeitsynchronisierten Daten ihre jeweilige Anlage steuern.
„regenerativ“ steht hier insbesondere für „erneuerbar“.
Eine Anlage zum Erzeugen von regenerativer Energie ist beispielsweise eine Photovoltaikanlage.
Eine Anlage zum Erzeugen von regenerativer Energie ist beispielsweise eine Windenergieanlage.
Eine Anlage zum Erzeugen von regenerativer Energie kann auch als eine Energieerzeugungsanlage für regenerative Energie bezeichnet werden.
Die Formulierung „respektive“ umfasst insbesondere die Formulierung „und/oder“.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen

1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Übermitteln von zeitsynchronisierten Daten,
2 ein Automatisierungssystem,
3 zwei Zeitstrahlen und
4 zwei weitere Zeitstrahlen.

1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Übermitteln von zeitsynchronisierten Daten gemäß einer Ausführungsform.
Das Verfahren umfasst ein Senden 101 einer Anfrage nach der Referenzzeit mittels der Steuerung an den Server.
Ansprechend auf den Empfang der Anfrage mittels des Servers wird dieser eine Antwort ermitteln, wobei die Antwort eine erste Empfangszeit der Anfrage aufweist, die angibt, wann die Anfrage gemäß der Referenzzeit mittels des Servers empfangen wurde.
Der Server wird dann seine Antwort an die Steuerung senden. Der Server sendet beispielsweise zusätzlich noch seine Verarbeitungszeit mit, die angibt, wie lange der Server für das Ermitteln der Antwort benötigt hat.
Insofern umfasst das Verfahren ein Empfangen 103 einer Antwort von dem Server mittels der Steuerung, wobei die Antwort eine erste Empfangszeit der Anfrage aufweist, die angibt, wann die Anfrage gemäß der Referenzzeit mittels des Servers empfangen wurde.
Das Verfahren umfasst ein Ermitteln 105 mittels der Steuerung eines Zeitunterschieds zwischen der Referenzzeit des Servers und der lokalen Zeit der Steuerung basierend auf einer Sendezeit, die angibt, wann die Anfrage gemäß der lokalen Zeit mittels der Steuerung gesendet wurde, basierend auf der ersten Empfangszeit und basierend auf einer zweiten Empfangszeit, die angibt, wann die Antwort gemäß der lokalen Zeit mittels der Steuerung empfangen wurde.
Das Verfahren umfasst ein Ermitteln 107 eines Zeitstempels basierend auf der lokalen Zeit und dem Zeitunterschied.
Das Verfahren umfasst ein Hinzufügen 109 des Zeitstempels zu Daten mittels der Steuerung, um zeitsynchronisierte Daten zu erhalten.
Das Verfahren umfasst ein Übermitteln 111 der zeitsynchronisierten Daten mittels der Steuerung an den Server und/oder an einen weiteren Teilnehmer des Automatisierungssystems.
2 zeigt ein Automatisierungssystem 201.
Das Automatisierungssystem 201 umfasst eine Steuerung 203 und einen Server 205. Die Steuerung 203 und der Server 205 können miteinander kommunizieren, was symbolisch durch einen Doppelpfeil mit dem Bezugszeichen 207 dargestellt ist.
Die Steuerung 203 ist ausgebildet, das Verfahren zum Übermitteln von zeitsynchronisierten Daten aus- oder durchzuführen. Beispielsweise ist die Steuerung 203 ausgebildet, das gemäß 1 gezeigte Verfahren aus- oder durchzuführen.
Die Steuerung 203 ist gemäß einer Ausführungsform auch einzeln, also ohne den Server 205, für sich offenbart.
Die Steuerung 203 hat eine lokale Zeit, beispielsweise eine Zeitbasis, welche auf einem echtzeitfähigen Kommunikationsnetzwerk basiert. Eine solche lokale Zeit kann beispielsweise bei dem echtzeitfähigen Feldbusnetzwerk EtherCAT eine Distributed Clock Time sein.
Der Server 205 hat eine Referenzzeit, die beispielsweise die Weltzeit ist.
Die Steuerung 203 gleich ihre lokale Zeit mit der Referenzzeit des Servers 205 gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Übermitteln von zeitsynchronisierten Daten ab. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 näher erläutert.
3 zeigt einen ersten Zeitstrahl 301, der die lokale Zeit der Steuerung 203 symbolisiert.
3 zeigt ferner einen zweiten Zeitstrahl 303, der die Referenzzeit des Servers 205 symbolisiert.
4 zeigt analog zu 3 den ersten und den zweiten Zeitstrahl 301, 303. Die nachfolgenden und in Zusammenhang mit der 3 gemachten Ausführungen gelten im Wesentlichen analog auch für die 4. Die Unterschiede zwischen den beiden Figuren werden nachfolgend noch explizit beschrieben.
Auf dem Zeitstrahl 301 ist ein erster Zeitpunkt mit dem Bezugszeichen 305 gekennzeichnet. Zu diesem Zeitpunkt 305 sendet die Steuerung 203 eine Anfrage nach der Referenzzeit an den Server 205. Der erste Zeitpunkt 305 entspricht somit einer Sendezeit, die angibt, wann die Anfrage gemäß der lokalen Zeit mittels der Steuerung 203 an den Server 205 gesendet wurde.
Das Senden der Anfrage ist symbolisch mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen 306 dargestellt.
Auf dem zweiten Zeitstrahl 303 ist ein zweiter Zeitpunkt mit dem Bezugszeichen 307 gekennzeichnet. Dieser Zeitpunkt 307 gibt an, wann die Anfrage der Steuerung 203 mittels des Servers 205 empfangen wurde. Somit entspricht der zweite Zeitpunkt 307 einer ersten Empfangszeit der Anfrage, die angibt, wann die Anfrage gemäß der Referenzzeit mittels des Servers 205 empfangen wurde.
Der Server 205 sendet eine Antwort an die Steuerung 203, wobei die Antwort die erste Empfangszeit 307 aufweist.
Das Senden der Antwort von dem Server 205 an die Steuerung 203 ist symbolisch mit einem Pfeil mit dem Bezugszeichen 309 dargestellt.
Auf dem ersten Zeitstrahl 301 ist ein dritter Zeitpunkt mit dem Bezugszeichen 311 gekennzeichnet. Dieser Zeitpunkt 311 gibt an, wann die Antwort von dem Server 205 mittels der Steuerung 203 empfangen wurde. Dieser Zeitpunkt 311 entspricht somit einer zweiten Empfangszeit, die angibt, wann die Antwort gemäß der lokalen Zeit mittels der Steuerung 203 empfangen wurde.
Gemäß 4 ist gemäß einer weiteren Ausführungsform auf dem zweiten Zeitstrahl 303 ein weiterer Zeitpunkt mit dem Bezugszeichen 401 gekennzeichnet. Der Zeitpunkt 401 liegt zeitlich nach dem zweiten Zeitpunkt 307, wobei die Zeitspanne mit einer geschweiften Klammer mit dem Bezugszeichen 403 gekennzeichnet ist. Diese Zeitspanne 403 entspricht der Verarbeitungszeit des Servers, die dieser braucht, bevor er die Antwort an die Steuerung sendet. Zum Zeitpunkt 401, also nach Ablauf der Verarbeitungszeit, sendet der Server erst seine Antwort an die Steuerung.
Der Server sendet gemäß 4 in seiner Antwort beispielsweise die Verarbeitungszeit 403 und/oder die Empfangszeit 307 und/oder den Zeitpunkt 401. Die Steuerung kann dann basierend auf der Verarbeitungszeit 403, der Empfangszeit 307 respektive dem Zeitpunkt 401 und der zweiten Empfangszeit 311 die Paketumlaufzeit (auf Englisch: „Round Trip Time“ (RTT)) noch genauer berechnen gemäß beispielsweise folgender Formel: RTT = zweite Empfangszeit 311 minus Sendezeit 305 minus Verarbeitungszeit 403.
Ohne Wissen (3) über die Verarbeitungszeit 403 wird die RTT beispielsweise gemäß folgender Formel ermittelt: RTT = zweite Empfangszeit 311 minus Sendezeit 305.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerung 203 die Sendezeit 305 gemeinsam mit der Anfrage an den Server 205 sendet. Gemäß dieser Ausführungsform ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Antwort des Servers 205 die Sendezeit 305 umfasst.
Im Folgenden wird die Sendezeit 305 mit t₀ bezeichnet.
Die erste Empfangszeit 307 wird im Folgenden mit t_R bezeichnet.
Im Folgenden wird die zweite Empfangszeit 311 mit t₁ bezeichnet.
Mit Wissen der Verarbeitungszeit 403 kann der Ausdruck „t_i— t₀“ in den folgenden respektive vorstehenden Formeln durch den Ausdruck „t₁ - t₀ - V“ ersetzt werden kann, wobei V die Verarbeitungszeit 403 des Servers bezeichnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die empfangene Referenzzeit, also die erste Empfangszeit t_R wie folgt korrigiert wird: $t_{U} = t_{R} + \frac{(t_{1} - t_{0})}{2} .$
Hierbei bezeichnet t_U die korrigierte Referenzzeit.
Der Zeitunterschied zwischen der lokalen Zeit und der Referenzzeit ergibt somit gemäß folgender Formel: $Δ t_{S e r v e r} = t_{U} - t_{1},$
wobei Δt_Server den Zeitunterschied bezeichnet.
Dieser Zeitunterschied wird gemäß einer Ausführungsform nach einem initialen Einschwingvorgang und nach einem Erreichen einer Stabilität fest vorgehalten und nicht mehr sprunghaft verändert, um Sprünge nach dem Einschwingen der Zeit zu verhindern.
Gemäß einer Ausführungsform wird zur Laufzeit zyklisch eine fließende Adaption des Zeitunterschieds durch einen Korrekturwert Δ_A vorgenommen.
Insofern ist beispielsweise gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Schritte 101, 103, 105 gemäß dem in 1 gezeigten Ablaufdiagramm zyklisch mehrmals nacheinander mittels der Steuerung 203 durchgeführt werden, um in einem ersten Zyklus erst eine erste korrigierte Referenzzeit t_U0 zu ermitteln und um anschließend in einem späteren zweiten Zyklus eine zweite korrigierte Referenzzeit t_U1 zu ermitteln, wobei ein Korrekturwert Δ_A mittels der Steuerung ermittelt wird, mit $Δ_{A} = \frac{(t_{U 1} - t_{U 0})}{(t_{L 1} - t_{L 0})} \times T_{C},$
wobei t_L0 die dem ersten Zyklus entsprechende zweite Empfangszeit bezeichnet, wobei t_L1 die dem zweiten Zyklus entsprechende zweite Empfangszeit bezeichnet, wobei T_C die Zykluszeit bezeichnet, wobei der dem zweiten Zyklus entsprechende Zeitunterschied Δt1_Server mit dem Korrekturwert Δ_A gemäß folgender Formel korrigiert wird: $Δ t 1_{S e r v e r} = Δ t 0_{S e r v e r} + Δ_{A},$
wobei Δt0_Server den dem ersten Zyklus entsprechenden Zeitunterschied bezeichnet.
Die lokale Referenzzeit ergibt sich somit in vorteilhafter Weise jederzeit aus der lokalen Zeit und dem Zeitunterschied, welcher durch den Korrekturwert korrigiert wird.
Insofern wird gemäß einer Ausführungsform der Zeitstempel gemäß folgender Formel ermittelt: $t_{M e s s d a t e n} = t_{l o k a l} + Δ t_{S e r v e r},$
wobei t_Messdaten den Zeitstempel bezeichnet, wobei t_lokal die lokale Zeit bezeichnet, wobei Δt_Server den Zeitunterschied bezeichnet.
Dieser Zeitunterschied Δt_Server wird also gemäß einer Ausführungsform mit dem Korrekturwert Δ_A korrigiert.
Die Steuerung 203 fügt somit den ermittelten Zeitstempel zu Messdaten hinzu, um zeitsynchronisierte Messdaten zu erhalten. Die Steuerung 203 übermittelt dann die zeitsynchronisierten Messdaten an den Server 205.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass die zeitsynchronisierten Messdaten zyklisch an den Server 205 übermittelt werden.
Beispielsweise ist vorgesehen, dass die zeitsynchronisierten Messdaten für mehrere Zyklen in einem Datenpuffer der Steuerung 203 zwischengespeichert werden, bevor die zeitsynchronisierten Messdaten dann an den Server 205 übermittelt werden.
Zusammenfassend basiert der Kern der vorliegenden Erfindung insbesondere auf der Adaption von Eigenschaften wie beispielsweise des Network Time Protocol an die Anforderung der Automatisierung sowie auf dem Übertragen der entsprechenden Eigenschaften auf beispielsweise Protokolle wie zum Beispiel Automation Device Specification (ADS), eines von der Anmelderin entwickeltes und vertriebenes Übertragungsprotokoll, und/oder MQTT („Message Queue Telemetry Transport“).
Das erfindungsgemäße Konzept ist insbesondere besonders kostengünstig.
Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept eine effiziente Unterstützung von einfacher Netzwerkhardware sowie auch kabelloser Netzwerkverbindungen.
Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht ferner eine effiziente Unterstützung von inhomogenen Netzwerken, sowie von Internet/Cloud-Anwendungen.
Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht in vorteilhafter Weise ferner eine effiziente Unterstützung von beliebigen und somit beispielsweise proprietären Protokollen, Infrastrukturen und/oder Medien.
Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht insbesondere in vorteilhafter Weise eine optimierte Auswertung und optimierte Algorithmen auf Echtzeitsystemen mit zyklischer Abarbeitung.
Das erfindungsgemäße Konzept kann in vorteilhafter Weise effizient in einer bereits existierenden Infrastruktur, also insbesondere in einem bereits existierenden Automatisierungssystem, implementiert werden.
Das erfindungsgemäße Konzept sieht in vorteilhafter Weise keine exklusive Nutzung von Netzwerkkomponenten vor.
Das erfindungsgemäße Konzept ermöglicht in vorteilhafter Weise ferner eine hohe Synchronisationsfrequenz.
Das erfindungsgemäße Konzept kann in vorteilhafter Weise gemäß einer Ausführungsform in verteilten Messsystemen implementiert oder eingesetzt werden. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Konzept über Schwingungsmessungen an Windenergieanlagen, allgemein für allgemeine Messungen an Windenergieanlagen, verwendet werden.
Das heißt also beispielsweise, dass das Automatisierungssystem gemäß einer Ausführungsform eine Windenergieanlage umfasst. Die Steuerung ist beispielsweise eine Steuerung der Windenergieanlage.
In einer Ausführungsform umfasst eine Windenergieanlage mehrere Steuerungen, wobei eine einzelne Steuerung der Windkraftanlage beispielsweise für eine vorbestimmte Aufgabe programmiert ist. Beispielsweise nimmt eine erste Steuerung der Windenergieanlage nur Messdaten von Sensoren auf und verarbeitet die Messdaten. Eine zweite Steuerung der Windenergieanlage steuert beispielsweise eine Stellung von Rotorblättern der Windenergieanlage.
Beispielsweise ist ein Schwingungssensor vorgesehen zum Messen einer Schwingung der Windenergieanlage. Die Messdaten des Schwingungssensors werden dann, wie vorstehend beschrieben, zeitsynchronisiert und entsprechend an einen Server des Automatisierungssystems übermittelt.
Insbesondere in Verbindung mit Windenergieanlagen ist das hier beschriebene erfindungsgemäßes Verfahren effizient. In der Regel sind einzelne Windenergieanlagen räumlich verteilt. Dies ist beispielsweise in einem sogenannten Offshore Windpark der Fall. Die Windenergieanlagen werden beispielsweise jeweils von einer eigenen Steuerung gesteuert. Die räumliche Verteilung der einzelnen Windenergieanlagen ist einem Server und/oder den Steuerungen der Windenergieanlagen bekannt.
Wenn beispielsweise in einer von mehreren Windenergieanlagen eine Änderung der Windstärke gemessen wird, so kann die gemessene eine Änderung der Windstärke den weiteren Windenergieanlagen unter Verwendung eines hochgenauen Zeitstempels zugänglich gemacht werden. Unter Anwendung der hochgenauen Zeitstempel und der gemessenen Windstärke ist es möglich, zu berechnen, zu welchen Zeitpunkten die veränderte Windstärke bei den weiteren Windenergieanlagen zu erwarten ist.
Die Berechnung der Zeitpunkte kann beispielsweise zentral in einem Server und/oder dezentral in den Steuerungen stattfinden. Eine Anpassung der weiteren Windenergieanlagen im Hinblick auf die Änderung der Windstärke kann ausgeführt werden, so dass das Verhalten der weiteren Windenergieanlagen hinsichtlich dieser meteorologischen Bedingung optimiert wird. Beispielsweise kann die Stellung der Rotorblätter einer Windenergieanlage angepasst werden.
Insbesondere in Verbindung mit Photovoltaikanlagen ist das hier beschriebene erfindungsgemäßes Verfahren effizient. Photovoltaikanlagen sind in der Regel räumlich verteilt. Die Photovoltaikanlagen werden beispielsweise jeweils mittels einer eigenen Steuerung gesteuert. Die räumliche Verteilung der einzelnen Photovoltaikanlage ist einem Server und/oder den erfindungsgemäßen Steuerungen der Photovoltaikanlagen bekannt. Wenn beispielsweise in einer von mehreren Photovoltaikanlagen eine Änderung der Bestrahlungsstärke gemessen wird, so kann die gemessene eine Änderung der Bestrahlungsstärke den weiteren Photovoltaikanlagen unter Verwendung eines hochgenauen Zeitstempels zugänglich gemacht werden. Eine Änderung der Bestrahlungsstärke kann beispielsweise als Ursache einen Wolkenzug besitzen. Unter Anwendung der hochgenauen Zeitstempel und der gemessenen Bestrahlungsstärke ist es möglich, zu berechnen, zu welchen Zeitpunkten die veränderte Bestrahlungsstärke bei den weiteren Photovoltaikanlagen zu erwarten ist.
Die Berechnung der Zeitpunkte kann zentral in einem Server und/oder dezentral in den Steuerungen stattfinden. Eine Anpassung der weiteren Photovoltaikanlagen im Hinblick auf die Änderung der Bestrahlungsstärke kann ausgeführt werden. Eine solche Anpassung kann beispielsweise die Veränderung von Parametern der technischen Komponenten sein. Ein optimiertes Verhalten der weiteren Photovoltaikanlagen wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erzielt.
Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Konzept auch dann implementiert werden, wenn mehrere Steuerungen vorgesehen sind, die räumlich verteilt angeordnet sind. So ist beispielsweise in vorteilhafter Weise eine Zeitsynchronisierung der lokalen Zeiten der mehreren Steuerungen von Windenergieanlagen in einem Windenergiepark ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Konzept kann hier in vorteilhafter Weise in eine bereits existierende Windenergieanlageninfrastruktur implementiert werden, was gemäß einer Ausführungsform vorgesehen ist.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist gemäß einer Ausführungsform eine Implementierung in einem Elektronenbeschleunigersystem vorgesehen. Das heißt also beispielsweise, dass das Automatisierungssystem einen Elektronenbeschleuniger umfasst.
Hier ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass sich die lokalen Zeiten der Steuerungen des Elektronenbeschleunigers gemäß dem erfindungsgemäßen Konzept synchronisieren, sodass entsprechend zeitsynchronisierte Messdaten von den mehreren Steuerungen an eine zentrale Instanz, den Server, übermittelt werden können.
Das erfindungsgemäße Konzept kann beispielsweise besonders effizient eingesetzt werden (, was beispielsweise auch so vorgesehen ist), wenn mehrere Messdaten von dezentralen Steuerungen, insbesondere wenn diese räumlich verteilt sind, verarbeitet respektive analysiert werden. Solche Strukturen liegen beispielsweise bei sogenannten Windparks, also eine Anordnung von mehreren Windenergieanlagen, oder Anlagen mit Photovoltaikanlagen häufig vor.

Claims

Verfahren zum Übermitteln von zeitsynchronisierten Daten von einer eine lokale Zeit (301) aufweisenden Steuerung (203) eines Automatisierungssystems (201) an zumindest einen Teilnehmer des Automatisierungssystems (201), wobei das Automatisierungssystem (201) einen eine Referenzzeit (303) aufweisenden Server (205) umfasst, umfassend die folgenden Schritte: a) Senden (101) einer Anfrage nach der Referenzzeit (303) mittels der Steuerung (203) an den Server (205), b) Empfangen (103) einer Antwort von dem Server (205) mittels der Steuerung (203), wobei die Antwort eine erste Empfangszeit (307) der Anfrage aufweist, die angibt, wann die Anfrage gemäß der Referenzzeit (303) mittels des Servers (205) empfangen wurde, c) Ermitteln (105) mittels der Steuerung (203) eines Zeitunterschieds zwischen der Referenzzeit (303) des Servers (205) und der lokalen Zeit (301) der Steuerung (203) basierend auf einer Sendezeit (305), die angibt, wann die Anfrage gemäß der lokalen Zeit (301) mittels der Steuerung (203) gesendet wurde, basierend auf der ersten Empfangszeit (307) und basierend auf einer zweiten Empfangszeit (311), die angibt, wann die Antwort gemäß der lokalen Zeit (301) mittels der Steuerung (203) empfangen wurde, Hinzufügen (109) eines Zeitstempels zu Daten mittels der Steuerung (203), wobei der Zeitstempel basierend auf der lokalen Zeit (301) und dem Zeitunterschied ermittelt (107) wird, um zeitsynchronisierte Daten zu erhalten, wobei die Daten Messdaten umfassen und/oder auf Messdaten basieren, Übermitteln (111) der zeitsynchronisierten Daten mittels der Steuerung (203) an den zumindest einen Teilnehmer des Automatisierungssystems, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a), b) und c) zyklisch mehrmals nacheinander mittels der Steuerung (203) durchgeführt werden, um mehrere Zeitunterschiede zu ermitteln, wobei ein Mittelwert der mehreren Zeitunterschiede ermittelt wird, welcher als Zeitunterschied für das Ermitteln des Zeitstempels mittels der Steuerung (203) verwendet wird, und/oder wobei eine Filterfunktion auf die mehreren Zeitunterschiede mittels der Steuerung (203) angewandt wird, um einen gefilterten Zeitunterschied zu erhalten, welcher als Zeitunterschied für das Ermitteln des Zeitstempels mittels der Steuerung (203) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sendezeit (305) gemeinsam mit der Anfrage mittels der Steuerung (203) an den Server (205) gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Antwort die Sendezeit (305) umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Zeitstempel gemäß folgender Formel ermittelt wird: $t_{M e s s d a t e n} = t_{l o k a l} + Δ t_{S e r v e r},$
wobei t_Messdaten den Zeitstempel bezeichnet, wobei t_lokal die lokale Zeit (301) bezeichnet, wobei Δt_Server den Zeitunterschied bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei Δt_Server = t_U - t₁ ist, wobei t_U eine korrigierte Referenzzeit bezeichnet, wobei t₁ die zweite Empfangszeit (311) bezeichnet, wobei $t_{U} = t_{R} + \frac{(t_{1} - t_{0})}{2},$
wobei t_R die erste Empfangszeit (307) bezeichnet, wobei t₀ die Sendezeit (305) bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Schritte a), b) und c) zyklisch mehrmals nacheinander mittels der Steuerung (203) durchgeführt werden, um in einem ersten Zyklus erst eine erste korrigierte Referenzzeit t_U0 zu ermitteln und um anschließend in einem späteren zweiten Zyklus eine zweite korrigierte Referenzzeit t_U1 zu ermitteln, wobei ein Korrekturwert Δ_A mittels der Steuerung (203) ermittelt wird, mit $Δ_{A} = \frac{(t_{U 1} - t_{U 0})}{(t_{L 1} - t_{L 0})} \times T_{C},$
wobei t_L0 die dem ersten Zyklus entsprechende zweite Empfangszeit bezeichnet, wobei t_L1 die dem zweiten Zyklus entsprechende zweite Empfangszeit bezeichnet, wobei T_C die Zykluszeit bezeichnet, wobei der dem zweiten Zyklus entsprechende Zeitunterschied Δt1_Server mit dem Korrekturwert Δ_A gemäß folgender Formel korrigiert wird: $Δ t 1_{S e r v e r} = Δ t 0_{S e r v e r} + Δ_{A},$
wobei Δt0_Server den dem ersten Zyklus entsprechenden Zeitunterschied bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei für mehrere Zyklen jeweils ein Korrekturwert ermittelt wird, wobei ein Mittelwert der jeweiligen Korrekturwerte mittels der Steuerung (203) ermittelt wird, welcher als Korrekturwert zur Korrektur eines einem den mehreren Zyklen folgenden Zyklus entsprechenden Zeitunterschieds mittels der Steuerung (203) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei für mehrere Zyklen jeweils ein Korrekturwert ermittelt wird, wobei eine Filterfunktion auf die mehreren Korrekturwerte mittels der Steuerung (203) angewandt wird, um einen gefilterten Korrekturwert zu erhalten, welcher als Korrekturwert für die Korrektur des Zeitunterschieds mittels der Steuerung (203) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend ferner ein Empfangen eines vom Server (205) gesendeten Befehls mittels der Steuerung (203), wobei der Befehl vorgibt, dass die Steuerung eine Anfrage nach der Referenzzeit (303) an den Server (205) senden soll, sodass die Anfrage nach der Referenzzeit (303) erst ansprechend auf den Empfang des Befehls mittels der Steuerung (203) an den Server (205) gesendet wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zumindest eine Teilnehmer den eine Referenzzeit (303) aufweisenden Server (205) und/oder einen Datenspeicherserver zum Speichern der zeitsynchronisierten Daten umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Automatisierungssystem (201) eine oder mehrere räumlich verteilte Anlagen zum Erzeugen von regenerativer Energie umfasst, die jeweils von einer eigenen Steuerung gesteuert werden, wobei jede der Anlagen jeweils ein oder mehrere Sensoren umfasst, wobei jeweiligen Messdaten respektive jeweiligen verarbeiteten Messdaten dieser Sensoren der einzelnen Anlagen jeweils ein Zeitstempel zugefügt wird, um zeitsynchronisierte Daten zu erhalten, wobei die zeitsynchronisierten Daten von einer Steuerung von einer der Anlagen den anderen Steuerungen der anderen Anlagen zur Verfügung gestellt werden, so dass die anderen Steuerungen basierend auf den zeitsynchronisierten Daten ihre jeweilige Anlage steuern.
Steuerung (203) für ein Automatisierungssystem (201), wobei die Steuerung (203) ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.
Automatisierungssystem (201), umfassend einen eine Referenzzeit (303) aufweisenden Server (205) und eine Steuerung (203) nach Anspruch 12.
Computerprogramm, umfassend Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.