DE102018116894A1

DE102018116894A1 - Method for compensating for a malfunction of a field device in an automation system

Info

Publication number: DE102018116894A1
Application number: DE102018116894.2A
Authority: DE
Inventors: Eric BIRGEL; Markus Kilian; Ralf Schmidt; Reinhard Buchner
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2018-07-12
Filing date: 2018-07-12
Publication date: 2020-01-16
Also published as: WO2020011479A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kompensieren einer Fehlfunktion eines Feldgeräts (FG1, FG2, FG3, FG4, FG5) in einer Anlage (A) der Automatisierungstechnik, umfassend:- Übermitteln der Prozesswerte der Feldgeräte (FG1, ..., FG5) an eine, insbesondere cloudbasierte, Serviceplattform (SP) mittels eines Gateways (GW);- Erstellen von Historiendaten auf Basis der übermittelten Prozesswerte für jedes der Feldgeräte (FG1, ..., FG5);- Etablieren eines Ersetzungssystems (ES) auf Basis der Historiendaten, wobei die Serviceplattform (SP), bzw. eine auf der Serviceplattform (SP) ablaufende Applikation, oder das Gateway (GW) im Zuge des Etablierens des Ersetzungssystems (ES) ermittelt, welche Prozessgröße einer Sensoreinheit (SE1, ..., SE5') eine Prozessgröße einer weiteren Sensoreinheit (SE1, ..., SE5') mit einer vorbestimmten Genauigkeit als Ersatzgröße ersetzen kann;- Übermitteln der Gerätestatus der Feldgeräte (FG1, ..., FG5) und/oder der Sensoreinheiten (SE1, ..., SE5') an das Gateway (GW), insbesondere ständig oder in zu festgelegten Zeitpunkten; und- Übermitteln der Ersatzgröße an die Leitstelle (LS) mittels der übergeordneten Einheit (SPS) im Falle des Auftretens zumindest eines vorbestimmten Gerätestatus eines Feldgeräts (FG1, ..., FG5), bzw. einer Sensoreinheit (SE1, ..., SE5').The invention relates to a method for compensating for a malfunction of a field device (FG1, FG2, FG3, FG4, FG5) in a system (A) of automation technology, comprising: - transmitting the process values of the field devices (FG1, ..., FG5) to one , in particular cloud-based, service platform (SP) using a gateway (GW); - creation of history data based on the transmitted process values for each of the field devices (FG1, ..., FG5); - establishment of a replacement system (ES) based on the history data, whereby the service platform (SP), or an application running on the service platform (SP), or the gateway (GW) determines which process variable of a sensor unit (SE1, ..., SE5 ') in the course of establishing the replacement system (ES). can replace a process variable of a further sensor unit (SE1, ..., SE5 ') with a predetermined accuracy as a substitute variable; - transmitting the device status of the field devices (FG1, ..., FG5) and / or the sensor units (SE1, ... , SE5 ') to the gateway (GW), in particular continuously or at specified times; and - transmission of the substitute size to the control center (LS) by means of the higher-level unit (PLC) in the event that at least one predetermined device status of a field device (FG1, ..., FG5) or a sensor unit (SE1, ..., SE5 ').

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kompensieren einer Fehlfunktion eines Feldgeräts in einer Anlage der Automatisierungstechnik, wobei in der Anlage eine Vielzahl von Feldgeräten vorgesehen ist, wobei jedes der Feldgeräte zumindest eine Sensoreinheit aufweist, welche zum Erheben von zumindest einer Prozessgröße ausgestaltet ist, wobei die Feldgeräte in einem ersten Kommunikationsnetzwerk eingebunden sind und mit einer übergeordneten Einheit, sowie untereinander kommunizieren, und wobei die Feldgeräte die erhobenen Prozesswerte, Diagnosedaten und Statusinformationen über das Kommunikationsnetzwerk an die übergeordnete Einheit übermitteln.The invention relates to a method for compensating for a malfunction of a field device in a system of automation technology, a plurality of field devices being provided in the system, each of the field devices having at least one sensor unit which is designed to record at least one process variable, the field devices are integrated in a first communication network and communicate with a higher-level unit and with one another, and the field devices transmit the collected process values, diagnostic data and status information to the higher-level unit via the communication network.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Feldgeräte bekannt geworden, die in industriellen Anlagen der Automatisierungstechnik zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierung ebenso wie in der Fertigungsautomatisierung werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Sensoreinheiten. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, pH-Messung, Füllstandmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktorsysteme verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.Field devices are already known from the prior art, which are used in industrial automation technology systems. Field devices are widely used in process automation as well as in manufacturing automation. In principle, field devices are all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information. Field devices are used to record and / or influence process variables. Sensor units are used to record process variables. These are used, for example, for pressure and temperature measurement, conductivity measurement, flow measurement, pH measurement, level measurement, etc. and record the corresponding process variables pressure, temperature, conductivity, pH value, level, flow rate, etc. Actuator systems are used to influence process variables. These are, for example, pumps or valves that can influence the flow of a liquid in a pipe or the level in a container. In addition to the measuring devices and actuators mentioned above, field devices are also understood to mean remote I / Os, radio adapters or generally devices which are arranged at the field level.

In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Kommunikationsnetzwerke wie beispielsweise Feldbusse (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Bei den übergeordneten Einheiten handelt es sich um Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von den Sensoreinheiten, erfassten Messwerte werden über das jeweilige Bussystem an eine (oder gegebenenfalls mehrere) übergeordnete Einheit(en) übermittelt, die die Messwerte gegebenenfalls weiterverarbeiten und an den Leitstand der Anlage weiterleiten. Der Leitstand dient zur Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und Prozessteuerung über die übergeordneten Einheiten. Daneben ist auch eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die Feldgeräte erforderlich, insbesondere zur Konfiguration und Parametrierung von Feldgeräten sowie zur Ansteuerung von Aktoren.In modern industrial plants, field devices are usually connected to higher-level units via communication networks such as field buses (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.). The higher-level units are control units, such as a PLC (programmable logic controller). The higher-level units serve, among other things, for process control and for commissioning the field devices. The measured values recorded by the field devices, in particular by the sensor units, are transmitted via the respective bus system to one (or possibly several) higher-level unit (s), which process the measured values if necessary and forward them to the control center of the system. The control center is used for process visualization, process monitoring and process control via the higher-level units. In addition, data transmission from the higher-level unit via the bus system to the field devices is required, in particular for the configuration and parameterization of field devices and for the control of actuators.

Der Ausfall eines Feldgeräts bedeutet mitunter einen hohen Kosten- und Zeitaufwand. Insbesondere in kritischen Prozessen muss - bis das Feldgerät repariert oder ausgetauscht worden ist - der betreffende Anlagenteil heruntergefahren werden. Als Alternative dazu werden oftmals im Vorfeld Redundanzen in den betreffenden Anlagenteil eingebaut. Hierbei handelt es sich in der Regel um zu den eingesetzten Feldgeräten identische Feldgeräte, welche im Fehlerfall ein betreffendes Feldgerät ersetzen.The failure of a field device sometimes means high costs and time. In critical processes in particular - until the field device has been repaired or replaced - the relevant plant section must be shut down. As an alternative, redundancies are often built into the relevant part of the system beforehand. These are generally field devices which are identical to the field devices used and which replace a field device in the event of an error.

Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzustellen, welches es erlaubt, die Instandhaltung einer Anlage der Automatisierungstechnik zu erleichtern.Based on this problem, the object of the invention is to present a method which makes it easier to maintain a system of automation technology.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Kompensieren einer Fehlfunktion eines Feldgeräts in einer Anlage der Automatisierungstechnik gelöst, wobei in der Anlage eine Vielzahl von Feldgeräten vorgesehen ist, wobei jedes der Feldgeräte zumindest eine Sensoreinheit aufweist, welche zum Erheben von zumindest einer Prozessgröße ausgestaltet ist, wobei die Feldgeräte in einem ersten Kommunikationsnetzwerk eingebunden sind und mit einer übergeordneten Einheit kommunizieren, wobei die Feldgeräte die erhobenen Prozesswerte, Diagnosedaten und Statusinformationen über das erste Kommunikationsnetzwerk an die übergeordnete Einheit übermitteln, wobei die übergeordnete Einheit die erhobenen Prozesswerte, Diagnosedaten und Statusinformationen an eine Leitstelle der Anlage übermittelt, umfassend:

- Übermitteln der Prozesswerte der Feldgeräte an eine, insbesondere cloudbasierte, Serviceplattform mittels eines Gateways;
- Erstellen von Historiendaten auf Basis der übermittelten Prozesswerte für jedes der Feldgeräte;
- Etablieren eines Ersetzungssystems auf Basis der Historiendaten, wobei die Serviceplattform, bzw. eine auf der Serviceplattform ablaufende Applikation, oder das Gateway im Zuge des Etablierens des Ersetzungssystems ermittelt, welche Prozessgröße einer Sensoreinheit eine Prozessgröße einer weiteren Sensoreinheit mit einer vorbestimmten Genauigkeit als Ersatzgröße ersetzen kann;
- Übermitteln der Gerätestatus der Feldgeräte und/oder der Sensoreinheiten an das Gateway, insbesondere ständig oder in zu festgelegten Zeitpunkten; und
- Übermitteln der Ersatzgröße an die Leitstelle mittels der übergeordneten Einheit im Falle des Auftretens zumindest eines vorbestimmten Gerätestatus eines Feldgeräts, bzw. einer Sensoreinheit.

The object is achieved by a method for compensating for a malfunction of a field device in a system of automation technology, a plurality of field devices being provided in the system, each of the field devices having at least one sensor unit which is designed to record at least one process variable, wherein the field devices are integrated in a first communication network and communicate with a higher-level unit, the field devices transmitting the collected process values, diagnostic data and status information to the higher-level unit via the first communication network, the higher-level unit transmitting the collected process values, diagnostic data and status information to a control center of the Attachment transmitted, including:

- Transmission of the process values of the field devices to a, in particular cloud-based, service platform by means of a gateway;
- Creation of history data based on the transmitted process values for each of the field devices;
Establishing a replacement system on the basis of the history data, the service platform or an application running on the service platform or the gateway determining, in the course of establishing the replacement system, which process variable of a sensor unit can replace a process variable of a further sensor unit with a predetermined accuracy as a substitute variable ;
Transmitting the device status of the field devices and / or the sensor units to the gateway, in particular continuously or at specified times; and
- Transmission of the substitute size to the control center by means of the higher-level unit in the event that at least one predetermined device status of a field device or a sensor unit occurs.

Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass Ausfälle eines Feldgeräts, bzw. dessen Sensoreinheiten auf einfache Art und Weise aufgefangen werden können. Anstatt ein redundantes Ersatzgerät vorzuhalten wird von einem mit dem ersten Kommunikationsnetzwerk verbundenen Gateway oder von einer Applikation auf einer Cloud, bzw. auch kombiniert von beiden Instanzen, selbstständig eine Ersatzgröße bestimmt. Die Ersatzgröße wird solange an die übergeordnete Einheit übermittelt, bis ein Benutzer die Übermittlung beendet. Das ausgefallene Feldgerät kann in der Zwischenzeit repariert oder ausgetauscht werden, ohne dass der betroffene Anlagenteil heruntergefahren und der Prozess unterbrochen werden muss, wodurch die Verfügbarkeit des Prozesses erhöht wird.The great advantage of the method according to the invention is that failures of a field device or its sensor units can be compensated for in a simple manner. Instead of having a redundant replacement device available, a replacement size is determined independently by a gateway connected to the first communication network or by an application on a cloud, or in combination by both instances. The replacement size is transmitted to the higher-level unit until a user ends the transmission. In the meantime, the failed field device can be repaired or replaced without the affected plant part having to be shut down and the process interrupted, which increases the availability of the process.

Die Ersatzgröße kann auch aus einer Kombination von mehreren Prozessgrößen von einer oder mehreren Sensoreinheiten gebildet werden. Beispielsweise können anstatt eines ausgefallenen radarbasierten Füllstandmessgeräts die Prozessgrößen mehrerer Grenzschalter oder Druckmessgeräte kombiniert werden, um eine Ersatzgröße für den Füllstand in einem Tank zu erhalten.The substitute variable can also be formed from a combination of several process variables from one or more sensor units. For example, instead of a failed radar-based fill level measuring device, the process variables of several limit switches or pressure measuring devices can be combined in order to obtain a substitute size for the fill level in a tank.

Die gewünschte Genauigkeit der Ersatzgröße im Vergleich zu der ausgefallenen Prozessgröße kann vom Benutzer im Vorfeld festgelegt werden. Dadurch werden Feldgeräte, bzw. Sensorsysteme, deren erfasste Prozessgrößen zu sehr von dem ausgefallenen Feldgerät abweichen, nicht berücksichtigt.The desired accuracy of the substitute size compared to the failed process size can be specified by the user in advance. As a result, field devices or sensor systems whose detected process variables differ too much from the failed field device are not taken into account.

Auf diese Art und Weise kann beispielsweise ein Temperatursensor einen ausgefallenen Temperatursensor ersetzen. Die Feldgeräte haben Kenntnis von der Art der erfassten Prozesswerte aller Feldgeräte, bzw. deren Sensoreinheiten, und deren typischen Größen.In this way, for example, a temperature sensor can replace a failed temperature sensor. The field devices have knowledge of the type of the detected process values of all field devices, or their sensor units, and their typical sizes.

Beispiele für Gerätestatus, welche das Übermitteln der Ersatzgröße auslösen, sind beispielsweise „Wartung erforderlich“ und/oder „Gerät offline“.Examples of device statuses that trigger the transmission of the replacement size are, for example, "Maintenance required" and / or "Device offline".

Beispiele für Feldgeräte und deren Sensoreinheiten, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannt werden, sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung beispielhaft beschrieben worden.Examples of field devices and their sensor units, which are mentioned in connection with the method according to the invention, have already been described as examples in the introductory part of the description.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im Zuge des Etablierens des Ersetzungssystems weitere Eigenschaften eines Feldgeräts, bzw. einer Sensoreinheit des Feldgeräts verglichen werden. Die Genauigkeit der Ersatzgröße wird dadurch erhöht, da nicht nur die reinen Prozessmesswerte der eigentlichen Prozessgröße mit potentiellen Prozessgrößen verglichen werden, sondern weitere Metadaten miteinbezogen werden. Diese weiteren Daten werden in die Berechnung der Genauigkeit einer potentiellen Ersatzgröße miteinbezogen.According to a preferred development of the method according to the invention, it is provided that further properties of a field device or a sensor unit of the field device are compared in the course of establishing the replacement system. The accuracy of the substitute size is increased because not only the pure process measurement values of the actual process size are compared with potential process sizes, but further metadata are also included. This additional data is included in the calculation of the accuracy of a potential substitute variable.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die weiteren Eigenschaften Informationen bezüglich der geografischen Lage des Feldgeräts beinhalten.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the further properties contain information relating to the geographic location of the field device.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die weiteren Eigenschaften Informationen bezüglich der Messstelle, in welche das Feldgerät eingebaut ist, und/oder der Funktion des Feldgeräts in der Messstelle beinhalten.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the further properties include information relating to the measuring point in which the field device is installed and / or the function of the field device in the measuring point.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass die weiteren Eigenschaften von den Feldgeräten an die übermittelt werden, wobei die weiteren Eigenschaften auf der Serviceplattform abgelegt sind. Beispielsweise können diese Informationen von den Feldgeräten selbst erhoben werden, beispielsweise die Informationen bezüglich der Lage der Feldgeräte. Ein Bediener kann die weiteren Informationen auf der Serviceplattform beispielsweise eingeben oder seine eigenen Datenbanken auf der Serviceplattform einlesen lassen.In an advantageous embodiment of the method according to the invention it is provided that the further properties are transmitted from the field devices to the, the further properties being stored on the service platform. For example, this information can be collected by the field devices themselves, for example the information regarding the location of the field devices. An operator can, for example, enter the further information on the service platform or have his own databases read in on the service platform.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im Zuge des Etablierens des Ersetzungssystems Historiendaten, Lageinformationen und/oder Informationen bezüglich einer Messstelle von Feldgeräten herangezogen werden, welche sich in zu der Anlage verschiedenen, weiteren Anlagen befinden. Hierdurch kann auf das Wissen weiterer Messstellen zugegriffen werden und die Qualität der Ersatzgröße weiter erhöht werden. Diese weiteren Informationen befinden sich ebenfalls auf der Serviceplattform oder auf weiteren Plattformen, welche Schnittstellen zum Datenaustausch mit der Serviceplattform aufweisen.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that in the course of establishing the replacement system, historical data, location information and / or information relating to a measuring point are used by field devices which are located in other systems that are different from the system. As a result, the knowledge of other measuring points can be accessed and the quality of the replacement size can be further increased. This additional information is also on the service platform or on other platforms that have interfaces for data exchange with the service platform.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Serviceplattform, bzw. die auf der Serviceplattform ablaufende Applikation, oder das Gateway einen Kl-Algorithmus, insbesondere basierend auf neuronalen Netzwerken, verwendet.In an advantageous embodiment of the method according to the invention it is provided that the service platform or that on the Service platform running application, or the gateway uses a Kl algorithm, in particular based on neural networks.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Serviceplattform, bzw. die auf der Serviceplattform ablaufende Applikation, oder das Gateway die Historie der Ersatzgröße mit den Historiendaten des Feldgeräts, bzw. der Sensoreinheit, welche den vorbestimmten Gerätestatus aufweist, vergleicht und eine Abweichung der Ersatzgröße zu den Historiendaten ermittelt. Eine Abweichung resultiert beispielsweise daraus, dass die Sensoreinheit, welche die potentielle Ersatzgröße erfasst, ein anderes Messprinzip als die Sensoreinheit aufweist, welche die zu ersetzende Prozessgröße erfasst. Auch ein anderer Einbauort oder eine andere Kalibrierung der Sensoreinheit, welche die potentielle Ersatzgröße erfasst, kann zu einer Abweichung führen. Die Abweichung kann konstant sein, jedoch kann auch eine nicht-konstante Abweichung, die beispielsweise im Laufe der Zeit vergrößert oder verkleinert ist, detektiert werden.According to a preferred development of the method according to the invention, it is provided that the service platform, or the application running on the service platform, or the gateway compares and compares the history of the replacement variable with the history data of the field device or the sensor unit, which has the predetermined device status Deviation of the substitute size from the history data determined. A deviation results, for example, from the fact that the sensor unit, which detects the potential substitute variable, has a different measuring principle than the sensor unit, which detects the process variable to be replaced. Another installation location or another calibration of the sensor unit, which detects the potential substitute size, can also lead to a deviation. The deviation can be constant, but a non-constant deviation, which has increased or decreased over time, for example, can also be detected.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die übergeordnete Einheit die Ersatzgröße in Echtzeit um die ermittelte Abweichung korrigiert. Im Falle einer konstanten Abweichung wird die Ersatzgröße um diese konstante Abweichung je nach Bedarf erhöht oder erniedrigt. Im Falle, dass eine nicht-konstante Abweichung vorliegt, wird die zu korrigierende Abweichung vorausberechnet und laufend angepasst.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that the higher-level unit corrects the substitute variable in real time by the determined deviation. In the case of a constant deviation, the substitute size is increased or decreased by this constant deviation as required. In the event that there is a non-constant deviation, the deviation to be corrected is calculated in advance and continuously adjusted.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Serviceplattform, bzw. die auf der Serviceplattform ablaufende Applikation, oder das Gateway eine Bewertung der ermittelten Ersatzgröße berechnet.According to a preferred development of the method according to the invention, it is provided that the service platform, or the application running on the service platform, or the gateway calculates an evaluation of the determined replacement variable.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass einem Bediener vor dem Übermitteln der Ersatzgröße die Bewertung der Ersatzgröße bekannt gemacht wird und dass die Ersatzgröße nur dann übermittelt wird, wenn der Bediener diese bestätigt. Die Bewertung der Ersatzgröße wird aus der Genauigkeit der Ersatzgröße und der Abweichung der Ersatzgröße berechnet. Je weniger konstant die Abweichung der Ersatzgröße ist, und dementsprechend schwierig eine zuverlässige Vorhersage der Ersatzgröße ausfällt, desto negativer fällt die Bewertung der Ersatzgröße aus.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that an operator is made aware of the evaluation of the replacement size before the replacement size is transmitted and that the replacement size is only transmitted when the operator confirms it. The evaluation of the replacement size is calculated from the accuracy of the replacement size and the deviation of the replacement size. The less constant the deviation of the substitute size, and accordingly the reliable prediction of the substitute size is difficult, the more negative the evaluation of the substitute size is.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Menge der Historiendaten des Feldgeräts, bzw. der Sensoreinheit, welche den vorbestimmten Gerätestatus aufweist, in das Berechnen der Bewertung miteinfließt. Je mehr Historiendaten eines Feldgeräts, bzw. einer Sensoreinheit vorhanden sind, desto mehr Informationen sind über das Verhalten dieses Feldgeräts, bzw. dieser Sensoreinheit im Betrieb in der Messstelle vorhanden, was die Aussagekraft der Berechnung erhöht.In a preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the amount of the history data of the field device or the sensor unit, which has the predetermined device status, is included in the calculation of the evaluation. The more history data of a field device or sensor unit are available, the more information is available about the behavior of this field device or sensor unit during operation in the measuring point, which increases the significance of the calculation.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als erstes Kommunikationsnetzwerk ein drahtgebundenes, insbesondere ein Ethernet-basiertes, Kommunikationsnetzwerk verwendet wird. Es kann sich hierbei auch um einen Feldbus der Automatisierungstechnik handeln, beispielsweise basierend auf einem der Protokolle HART, Profibus PA/DP, Foundation Fieldbus, etc. Es kann auch vorgesehen sein, dass das erste Kommunikationsnetzwerk aus mehreren Teilsegmenten besteht, welche unter Umständen auf unterschiedlichen Protokollen basieren.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, it is provided that a wire-based, in particular an Ethernet-based, communication network is used as the first communication network. This can also be a fieldbus of automation technology, for example based on one of the protocols HART, Profibus PA / DP, Foundation Fieldbus, etc. It can also be provided that the first communication network consists of several sub-segments, which may be based on different segments Protocols based.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als erstes Kommunikationsnetzwerk ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk verwendet wird. Insbesondere basiert dieses auf dem WLAN-, bzw. WiFi-Standard. Alternativ kann jeder weitere gebräuchliche Drahtlosstandard verwendet werden.In a preferred embodiment of the method according to the invention it is provided that a wireless communication network is used as the first communication network. In particular, this is based on the WLAN or WiFi standard. Alternatively, any other common wireless standard can be used.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. Es zeigt

1: ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;

The invention is illustrated by the following figure. It shows

1 : a first embodiment of the method according to the invention;

In 1 sind Teile einer Anlage A der Automatisierungstechnik abgebildet. Konkret handelt es sich um zwei Messstellen MS1, MS2. Diese bestehen jeweils aus einem Tank und einer von dem Tank abführenden Rohrleitung. Zur Messung des Füllstands des Tanks als Prozessgröße ist jeweils ein Feldgerät FG1, FG4, beispielsweise ein Füllstandmessgerät mittels eines Radars als Sensoreinheit SE1, SE4, am Tank angebracht. Zur Messung der Durchflussgeschwindigkeit in der Rohrleitung ist jeweils ein Feldgerät FG3, FG5 angebracht, dessen Sensoreinheit SE3, SE5 die Durchflussgeschwindigkeit eines die Rohrleitung durchströmenden Mediums als primäre Prozessgröße nach dem Coriolisprinzip bestimmt. Jedes der Feldgeräte FG3, FG5 verfügt des Weiteren über einen Temperatursensor SE3', SE5' als weitere Sensoreinheit, welche die Temperatur des die Rohrleitung durchströmenden Mediums als sekundäre Prozessgröße erfasst. Des Weiteren ist in der Messstelle MS1 ein weiteres Feldgerät FG2 angebracht, welches die Temperatur des die Rohrleitung durchströmenden Messmediums mittels eines hochpräzisen Temperatursensors SE2 als Sensoreinheit bestimmt.In 1 are part of a system A of automation technology. Specifically, there are two measuring points MS1 . MS2 , These each consist of a tank and a pipe leading away from the tank. A field device is used to measure the fill level of the tank as a process variable FG1 . FG4 , for example a level measuring device using a radar as a sensor unit SE1 . SE4 , attached to the tank. A field device is used to measure the flow rate in the pipeline FG3 . FG5 attached, its sensor unit SE3 . SE5 determines the flow rate of a medium flowing through the pipeline as the primary process variable according to the Coriolis principle. Each of the field devices FG3 . FG5 also has a temperature sensor SE3 ' . SE5 ' as a further sensor unit, which detects the temperature of the medium flowing through the pipeline as a secondary process variable. Furthermore is in the measuring point MS1 another field device FG2 attached, which the temperature of the measuring medium flowing through the pipeline by means of a high-precision temperature sensor SE2 determined as a sensor unit.

Die Feldgeräte FG1, ..., FG5 sind untereinander mittels eines ersten Kommunikationsnetzwerks KN1 verbunden und stehen miteinander in Kommunikationsverbindung. Bei dem ersten Kommunikationsnetzwerk KN1 handelt es sich insbesondere um ein Ethernet-Netzwerk. Alternativ handelt es sich bei dem ersten Kommunikationsnetzwerk KN1 um einen Feldbus nach einem der bekannten Feldbusstandards, beispielsweise Profibus, Foundation Fieldbus oder HART.The field devices FG1 , ..., FG5 are with each other by means of a first communication network KN1 connected and in communication with each other. With the first communication network KN1 it is in particular an Ethernet network. Alternatively, the first communication network is involved KN1 a fieldbus according to one of the known Fieldbus standards, e.g. Profibus, Foundation Fieldbus or HART.

Das erste Kommunikationsnetzwerk KN1 beinhaltet eine übergeordnete Einheit SPS, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung, welche Befehle an die Feldgeräte FG1, ..., FG5 übermittelt, woraufhin die Feldgeräte FG1, ..., FG5 Prozesswerte, Diagnosedaten und Statusinformationen an die übergeordnete Einheit SPS übermitteln. Diese Prozesswerte, Diagnosedaten und Statusinformationen werden von der übergeordneten Einheit SPS an einen Workstation-PC in der Leitstelle LS der Anlage A weitergeleitet. Dieser dient unter anderem zur Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und zum Engineering wie zum Bedienen und Überwachen der Feldgeräten FG1, ..., FG5.The first communication network KN1 contains a higher-level unit SPS , for example a programmable logic controller, which commands to the field devices FG1 , ..., FG5 transmitted, whereupon the field devices FG1 , ..., FG5 Process values, diagnostic data and status information to the higher-level unit SPS to transfer. These process values, diagnostic data and status information are provided by the higher-level unit SPS to a workstation PC in the control center LS the plant A forwarded. This is used, among other things, for process visualization, process monitoring and for engineering, as well as for operating and monitoring the field devices FG1 , ..., FG5 ,

Des Weiteren beinhaltet das erste Kommunikationsnetzwerk KN1 ein Gateway GW, welches die von den Feldgeräten FG1, ..., FG5 an die übergeordnete Einheit SPS übermittelten Prozesswerte, Diagnosedaten und Statusinformationen mithört und über das Internet einer auf einer Cloud gelagerten Serviceplattform SP zur Verfügung stellt. Die Serviceplattform ist dazu ausgestaltet, Applikationen auszuführen. Beispielsweise handelt es sich bei einer solchen Applikation um ein Plant Asset Management-System, welches dem Verwalten der Assets, also dem Inventarbestand, der Anlage A dient.The first communication network also includes KN1 a gateway GW which of the field devices FG1 , ..., FG5 to the parent unit SPS listened to transmitted process values, diagnostic data and status information and via the internet of a service platform stored on a cloud SP provides. The service platform is designed to run applications. For example, such an application is a plant asset management system that is used to manage the assets, i.e. the inventory of the plant A serves.

Im Folgenden sei eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben: Um auf einen Ausfall eines Feldgeräts FG1, ..., FG5, bzw. einer Sensoreinheit SE1, ..., SE5' von einem der Feldgeräte FG1, ..., FG5 reagieren zu können, ohne dass der Prozess der Anlage A, bzw. der Messstellen MS1, MS2 unterbrochen werden muss, erstellt eine auf der Serviceplattform SP ablaufende Applikation ein Ersetzungssystem ES. Dieses beinhaltet alle Sensoreinheiten SE1, ..., SE5' der Feldgeräte FG1, ..., FG5, deren erhobenen Prozessgrößen und für jede der Sensoreinheiten SE1, ...,
SE5' jeweils eine Liste derjenigen Sensoreinheiten SE1, ..., SE5', welche eine der Sensoreinheiten SE, ..., SE5' bei einem Ausfall als Ersatzgröße ersetzen kann. Des Weiteren wird für jede der Ersatzgrößen eine Genauigkeit berechnet, mit welcher eine Ersatzgröße mit der zu ersetzenden Prozessgröße übereinstimmt.An application of the method according to the invention is described below: In order to indicate a failure of a field device FG1 , ..., FG5 , or a sensor unit SE1 , ..., SE5 ' from one of the field devices FG1 , ..., FG5 to be able to react without the process of the plant A , or the measuring points MS1 . MS2 must be interrupted, creates one on the service platform SP running application a replacement system IT , This includes all sensor units SE1 , ..., SE5 ' of the field devices FG1 , ..., FG5 , their collected process variables and for each of the sensor units SE1 , ...,
SE5 ' each a list of those sensor units SE1 , ..., SE5 ' which one of the sensor units SE, ..., SE5 ' can replace as a replacement size in the event of a failure. Furthermore, an accuracy is calculated for each of the substitute variables with which a substitute variable matches the process variable to be replaced.

Zum Erstellen des Ersetzungssystems ES erhebt das Gateway Informationen der Feldgeräte FG1, ..., FG5 durch Abhören des via dem ersten Kommunikationsnetzwerk KN1 übertragenen Datenverkehrs oder durch direktes Abfragen der Feldgeräte FG1, ..., FG5. Bei den von den Feldgeräten FG1, ..., FG5 erhobenen Informationen handelt es sich um Informationen bezüglich des Typs der von deren Sensoreinheiten SE1, ..., SE5' erfassbaren Prozessgrößen, um Informationen über die geographische Lage der Feldgeräte FG1, ..., FG5, um Informationen über die Messstellen MS1, MS2, in welche die Feldgeräte FG1, ..., FG5 eingebaut sind, um Informationen über die Funktion der Feldgeräte FG1, ..., FG5 in den Messstellen MS1, MS2, um Informationen von den Sensoreinheiten SE1, ..., SE5' erhobenen Prozessgrößen und um Informationen über die Historiendaten der von den Sensoreinheiten SE1, ..., SE5' erhobenen Prozessgrößen. Des Weiteren wird der Gerätestatus der Feldgeräte FG1, ..., FG5, bzw. der Gerätestatus ihrer Sensoreinheiten SE1, ..., SE5' erhoben. Die durch das Gateway GW erhobenen Informationen werden anschließend an die Serviceplattform übertragen. Es kann auch vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil dieser Informationen und/oder weitere Informationen bereits auf der Serviceplattform SP gespeichert ist, oder dass diese Informationen beispielsweise von Datenbanken des Anlagenbetreibers eingelesen werden.To create the replacement system IT the gateway collects information from the field devices FG1 , ..., FG5 by listening to the via the first communication network KN1 transmitted data traffic or by querying the field devices directly FG1 , ..., FG5 , In the case of the field devices FG1 , ..., FG5 The information collected is information relating to the type of their sensor units SE1 , ..., SE5 ' detectable process variables to provide information about the geographic location of the field devices FG1 , ..., FG5 to get information about the measuring points MS1 . MS2 in which the field devices FG1 , ..., FG5 are built in to provide information about the function of the field devices FG1 , ..., FG5 in the measuring points MS1 . MS2 to get information from the sensor units SE1 , ..., SE5 ' process variables and information about the historical data of the sensor units SE1 , ..., SE5 ' collected process variables. Furthermore, the device status of the field devices FG1 , ..., FG5 , or the device status of their sensor units SE1 , ..., SE5 ' levied. That through the gateway GW The information collected is then transferred to the service platform. It can also be provided that at least some of this information and / or further information is already on the service platform SP is stored, or that this information is read, for example, from databases of the plant operator.

Mittels der Vielzahl an Informationen über die Feldgeräte FG1, ..., FG5, bzw. deren Sensoreinheiten SE1, ..., SE5' wird die Applikation unter Verwendung von Kl-Algorithmen auf die Anlage A eingelernt und das Ersetzungssystem erstellt. Hierbei kann auf den Erfahrungsschatz bereits vorhandener Ersetzungssysteme, welche für weitere Anlagen erstellt wurden, zurückgegriffen werden und diese Erfahrung in die Erstellung des Ersetzungssystems einfließen.By means of the large amount of information about the field devices FG1 , ..., FG5 , or their sensor units SE1 , ..., SE5 ' the application is applied to the system using KL algorithms A learned and created the replacement system. Here, the experience of existing replacement systems that have been created for other systems can be used and this experience can be incorporated into the creation of the replacement system.

Im in 1 gezeigten Beispiel fällt der Temperatursensor SE2 des Feldgeräts FG2 einige Zeit nach Erstellen des Ersetzungssystems ES aus. Das Feldgerät wechselt in den Gerätestatus „Wartung erforderlich“ und erfasst keine neuen Temperaturwerte mehr. Der neue Gerätestatus wird von dem Gateway registriert und eine Ersatzgröße von der Serviceplattform angefordert. Die Serviceplattform wendet anschließend das Ersetzungssystem ES an, bestimmt Ersatzgrößen für die ausgefallene Prozessgröße und vergleicht die Genauigkeit jeder der potentiellen Ersatzgrößen miteinander.In in 1 shown example falls the temperature sensor SE2 of the field device FG2 some time after creating the replacement system IT out. The field device changes to the device status "Maintenance required" and no longer records new temperature values. The new device status is registered by the gateway and a replacement size is requested from the service platform. The service platform then applies the replacement system IT determines substitute sizes for the failed process size and compares the accuracy of each of the potential substitute sizes.

Im vorliegenden Beispiel werden zwei potentielle Ersatzgrößen bestimmt: Der erhobene Temperaturwert des Temperatursensors SE3' des Feldgeräts FG3, sowie der erhobene Temperaturwert des Temperatursensors SE5' des Feldgeräts FG5. Anschließend werden die Genauigkeiten der beiden potentiellen Ersatzgrößen miteinander verglichen. Die potentielle Ersatzgröße des Feldgeräts FG5 liefert hier eine niedrige, ungenügende Genauigkeit. Das Feldgerät FG5 befindet sich in einer zur Messstelle MS1 verschiedenen Messstelle MS2, so dass auch die Historiendaten der Feldgeräte FG2 und FG5 sehr voneinander abweichen.In the present example, two potential substitute variables are determined: The temperature value of the temperature sensor SE3 ' of the field device FG3 , as well as the temperature value of the temperature sensor SE5 ' of the field device FG5 , Then the accuracies of the two potential substitute variables are compared. The potential replacement size of the field device FG5 provides a low, insufficient accuracy here. The field device FG5 is located in one of the measuring points MS1 different measuring point MS2 , so that the history data of the field devices FG2 and FG5 very different from each other.

Die potentielle Ersatzgröße des Feldgeräts FG3 zeigt eine hohe Genauigkeit. Das Feldgerät FG3 befindet sich in derselben Messstelle MS1, in welcher sich das Feldgerät FG2 befindet. Bis auf einen leichten Offset gleichen sich die Historiendaten der Feldgeräte FG2 und FG3, so dass die Ersatzgröße ausreichend gut die Temperatur des Messmediums in der Rohrleitung angibt.The potential replacement size of the field device FG3 shows high accuracy. The field device FG3 is in the same measuring point MS1 in which the field device FG2 located. Except for a slight offset, the history data of the field devices are the same FG2 and FG3 , so that the replacement size indicates the temperature of the measuring medium in the pipeline sufficiently well.

Die Höhe des Offsets wird anhand des Vergleichs der Historiendaten der zu ersetzenden Prozessgröße mit den Historiendaten der Ersatzgröße bestimmt und als Abweichung gespeichert.The amount of the offset is determined on the basis of the comparison of the history data of the process variable to be replaced with the history data of the replacement variable and is stored as a deviation.

Anschließend kann eine Bewertung der Ersatzgröße berechnet werden. Diese wird aus der ermittelten Qualität der Ersatzgröße und den Historiendaten der Ersatzgröße berechnet. In diesem Fall wird eine hohe Bewertung erzielt, da neben der hohen Qualität der Ersatzgröße die Historiendaten wenig Schwankungen zeigen.An assessment of the replacement size can then be calculated. This is calculated from the determined quality of the replacement size and the history data of the replacement size. In this case, a high rating is achieved because, in addition to the high quality of the replacement size, the history data show little fluctuation.

Anschließend wird die Ersatzgröße mitsamt dem Wert der Abweichung der übergeordneten Einheit SPS mitgeteilt. Diese korrigiert die Werte der Ersatzgröße laufend und leitet die aktuellen Werte der Ersatzgröße laufend an die Leitstelle LS der Anlage unter dem Vermerk „Ersatzgröße SE2“ weiter, wo diese bis zur Wartung des Feldgeräts FG2 verwendet und ausgewertet werden können. Alternativ leitet die übergeordnete Einheit SPS den Wert der Abweichung an die Leitstelle LS weiter und korrigiert die aktuellen Werte der Ersatzgröße nicht.Then the substitute size together with the value of the deviation of the parent unit SPS communicated. This continuously corrects the values of the substitute size and forwards the current values of the substitute size to the control center LS of the system under the note “Substitute size SE2 “Continue where this pending maintenance of the field device FG2 can be used and evaluated. Alternatively, the higher-level unit leads SPS the value of the deviation to the control center LS further and does not correct the current values of the substitute size.

Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Prozess nicht heruntergefahren werden muss und problemlos fortgeführt werden kann. Je nach Kritikalität des Prozesses muss die erforderliche Genauigkeit der Ersatzgröße allerdings entsprechend hoch gesetzt werden, um ein gefahrloses Weiterbetreiben des Prozesses gewährleisten zu können.The great advantage of the method according to the invention is that the process does not have to be shut down and can be continued without problems. Depending on the criticality of the process, the required accuracy of the replacement size must, however, be set high enough to ensure that the process can be continued safely.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Gateway GW selbst die Erstellung des Ersetzungssystems ES, die Bestimmung der Ersatzgröße, die Berechnung der Bewertung und/oder die Weiterleitung der Ersatzgröße und/oder des Wertes der Abweichung an die übergeordnete Einheit SPS vornimmt. Ebenso ist es möglich, dass diese Aufgaben auf die Applikation der Serviceplattform und auf das Gateway GW aufgeteilt werden.Alternatively, it can be provided that the gateway GW even the creation of the replacement system IT , the determination of the substitute size, the calculation of the evaluation and / or the forwarding of the substitute size and / or the value of the deviation to the higher-level unit SPS performs. It is also possible that these tasks on the application of the service platform and on the gateway GW be divided.

Die Ersatzgröße kann auch aus einer Kombination von mehreren Prozessgrößen von einer oder mehreren der Sensoreinheiten SE1, ..., SE5' gebildet werden. Beispielsweise können anstatt eines ausgefallenen radarbasierten Füllstandmessgeräts FG1, FG4 die Prozessgrößen mehrerer (in 1 nicht abgebildeter) Grenzschalter oder Druckmessgeräte kombiniert werden, um eine Ersatzgröße für den Füllstand in einem Tank von einer der Messstellen MS1, MS2 zu erhalten.The substitute size can also be a combination of several process variables from one or more of the sensor units SE1 , ..., SE5 ' be formed. For example, instead of a failed radar-based level measuring device FG1 . FG4 the process variables of several (in 1 (not shown) limit switches or pressure gauges can be combined to provide a replacement size for the level in a tank of one of the measuring points MS1 . MS2 to obtain.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

AA: Anlage der AutomatisierungstechnikAutomation technology plant
ESIT: Ersetzungssystemreplacement system
FG1, FG2, FG3, FG4, FG5FG1, FG2, FG3, FG4, FG5: Feldgerätfield device
GWGW: übergeordnete Einheit, Gatewayparent unit, gateway
KN1KN1: erstes Kommunikationsnetzwerkfirst communication network
LSLS: Leitstelle der AnlageControl center of the plant
MS1, MS2MS1, MS2: Messstellemeasuring point
SE1, SE2, SE3, SE3', SE4, SE5, SE5'SE1, SE2, SE3, SE3 ', SE4, SE5, SE5': Sensoreinheitsensor unit
SPSP: Serviceplattformservice platform
SPSSPS: übergeordnete Einheit, Steuerunghigher-level unit, control

Claims

Method for compensating for a malfunction of a field device (FG1, FG2, FG3, FG4, FG5) in a system (A) of automation technology, with a large number of field devices (FG1, ..., FG5) being provided in system (A), wherein each of the field devices (FG1, ..., FG5) has at least one sensor unit (SE1, SE2, SE3, SE3 ', SE4, SE5, SE5'), which is designed to collect at least one process variable, the field devices (FG1 , ..., FG5) are integrated in a first communication network (KN1) and communicate with a higher-level unit (PLC), whereby the field devices (FG1, ..., FG5) record the process values, diagnostic data and status information via the first communication network ( KN1) to the higher-level unit (PLC), the higher-level unit (PLC) transmitting the collected process values, diagnostic data and status information to a control center (LS) of the system (A), comprising: - transmitting the process values of the field devices (FG1, ..., FG5) to a, in particular cloud-based, service platform (SP) by means of a gateway (GW); - Creation of history data based on the transmitted process values for each of the field devices (FG1, ..., FG5); - Establishing a replacement system (ES) based on the historical data, the service platform (SP), or an application running on the service platform (SP), or the gateway (GW) determining which process variable in the course of establishing the replacement system (ES) one sensor unit (SE1, ..., SE5 ') a process variable of another Can replace sensor unit (SE1, ..., SE5 ') with a predetermined accuracy as a substitute size; - Transmitting the device status of the field devices (FG1, ..., FG5) and / or the sensor units (SE1, ..., SE5 ') to the gateway (GW), in particular continuously or at specified times; and - transmission of the replacement variable to the control center (LS) by means of the higher-level unit (PLC) in the event of the occurrence of at least one predetermined device status of a field device (FG1, ..., FG5) or a sensor unit (SE1, ..., SE5 ').

Procedure according to Claim 1 , whereby in the course of establishing the replacement system (ES) further properties of a field device (FG1, ..., FG5) or a sensor unit (SE1, ..., SE5 ') of the field device (FG1, ..., FG5 ) are compared.

Procedure according to Claim 2 , the further properties containing information relating to the geographic location of the field device (FG1, ..., FG5).

Procedure according to Claim 2 or 3 , the further properties information relating to the measuring point (MS1, MS2) in which the field device (FG1, ..., FG5) is installed and / or the function of the field device (FG1, ..., FG5) in the measuring point (MS1, MS2) include.

Method according to at least one of the Claims 2 to 4 , the further properties being transmitted from the field devices (FG1, ..., FG5) to the service platform (SP) or to the gateway (GW) and / or the further properties being stored on the service platform (SP).

Method according to at least one of the Claims 2 to 5 , whereby in the course of establishing the replacement system (ES) history data, location information and / or information relating to a measuring point (MS1, MS2) of field devices (FG1, ..., FG5) are used, which differ from the system (A) , other systems (A).

Method according to at least one of the preceding claims, wherein the service platform (SP), or the application running on the service platform (SP), or the gateway (GW) uses a Kl algorithm, in particular based on neural networks.

Method according to at least one of the preceding claims, wherein the service platform (SP) or the application running on the service platform (SP) or the gateway (GW) the history of the replacement variable with the history data of the field device (FG1, ..., FG5 ), or its sensor unit (SE1, ..., SE5 '), which has the predetermined device status, compares and determines a deviation of the replacement size from the history data.

Procedure according to Claim 8 , whereby the higher-level unit (PLC) corrects the substitute size in real time by the determined deviation.

Method according to at least one of the preceding claims, wherein the service platform (SP), or the application running on the service platform (SP), or the gateway (GW) calculates an evaluation of the determined replacement variable.

Procedure according to Claim 10 wherein an operator is informed of the evaluation of the replacement size before the replacement size is transmitted, and the replacement size is only transmitted if the operator confirms it.

Procedure according to Claim 10 or 11 , the amount of the history data of the field device (FG1, ..., FG5) or its sensor unit (SE1, ..., SE5 '), which has the predetermined device status, being included in the calculation of the evaluation.

Method according to at least one of the preceding claims, wherein a wire-based, in particular an Ethernet-based, communication network is used as the first communication network (KN1).

Method according to at least one of the Claims 1 to 12 , a wireless communication network being used as the first communication network (KN1).