DE102018133316A1 - Process for operating a field device of automation technology and field device of automation technology - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät mindestens eine Sensoreinheit aufweist, die zur Erhebung von zumindest eines Prozessparameters und/oder zur Erhebung von mindestens eines Diagnoseparameters ausgebildet ist, wobei das Feldgerät dazu eingerichtet ist mindestens eine Statusinformation zu Erheben, und umfasst die Verfahrensschritte:A) Erstellen mindestens eines benutzerspezifischen Kriteriums für den Prozessparameter und/oder den Diagnoseparameter und/oder der Statusinformation bei der eine Verifikation durchgeführt werden soll;B) Erfassen des Prozessparameters und/oder des Diagnoseparameters und/oder der Statusinformation, kontinuierlich oder zu festgelegten Zeitpunkten;C) Überprüfen ob die Prozessparameter und/oder der Diagnoseparameter und/oder die Statusinformation das benutzerspezifischen Kriterium erfüllt; undD) Durchführung einer Verifikation im Falle, dass der Prozessparameter und/oder der Diagnoseparameter und/oder der Statusinformation vom benutzerspezifischen Kriterium abweicht.The invention relates to a method for operating a field device of automation technology, the field device having at least one sensor unit which is designed to collect at least one process parameter and / or to collect at least one diagnostic parameter, the field device being set up to collect at least one status information item , and includes the method steps: A) creating at least one user-specific criterion for the process parameter and / or the diagnostic parameter and / or the status information for which a verification is to be carried out; B) recording the process parameter and / or the diagnostic parameter and / or the status information, continuously or at fixed times; C) checking whether the process parameters and / or the diagnostic parameters and / or the status information meets the user-specific criterion; andD) performing a verification in the event that the process parameter and / or the diagnostic parameter and / or the status information deviates from the user-specific criterion.

Description

Es sind vielfältige Varianten von Feldgeräten der Automatisierungstechnik bekannt.Various variants of field devices in automation technology are known.

In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der Prozess-Automatisierungstechnik, werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Zur Erfassung von Prozessvariablen dienen Sensoren, die beispielsweise in Füllstandsmessgeräten, Durchflussmessgeräten, Druck- und Temperaturmessgeräten, pH-Redoxpotentialmessgeräten, Leitfähigkeitsmessgeräten, usw. integriert sind, welche die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck, Temperatur, pH-Wert bzw. Leitfähigkeit erfassen. Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie zum Beispiel Ventile oder Pumpen, über die der Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt bzw. der Füllstand in einem Behälter geändert werden kann. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden unter Feldgeräten also auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein elektronische Messkomponenten verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.In automation technology, in particular in process automation technology, field devices are used in many cases, which serve to record and / or influence process variables. To record process variables, sensors are used that are integrated, for example, in level measuring devices, flow measuring devices, pressure and temperature measuring devices, pH redox potential measuring devices, conductivity measuring devices, etc., which record the corresponding process variables filling level, flow rate, pressure, temperature, pH value or conductivity. Actuators, such as valves or pumps, are used to influence process variables, by means of which the flow of a liquid in a pipe section or the fill level in a container can be changed. In principle, field devices are all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information. In connection with the invention, field devices are also understood to mean remote I / Os, radio adapters or generally electronic measuring components which are arranged on the field level.

Ein Feldgerät ist dabei insbesondere ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Durchflussmessgeräten, Füllstandsmessgeräten, Druckmessgeräten, Temperaturmessgeräten, Grenzstandsmessgeräten und/oder Analysemessgeräten.A field device is selected in particular from a group consisting of flow measuring devices, level measuring devices, pressure measuring devices, temperature measuring devices, point level measuring devices and / or analysis measuring devices.

Durchflussmessgeräte sind insbesondere Coriolis-, Ultraschall-, Vortex-, thermische und/oder magnetisch induktive Durchflussmessgeräte.Flowmeters are in particular Coriolis, ultrasound, vortex, thermal and / or magnetic inductive flowmeters.

Füllstandsmessgeräte sind insbesondere Mikrowellen-Füllstandsmessgeräte, Ultraschall-Füllstandsmessgeräte, zeitbereichsreflektometrische Füllstandsmessgeräte, radiometrische Füllstandsmessgeräte, kapazitive Füllstandsmessgeräte, induktive Füllstandsmessgeräte und/oder temperatursensitive Füllstandsmessgeräte.Level measuring devices are, in particular, microwave level measuring devices, ultrasonic level measuring devices, time range reflectometric level measuring devices, radiometric level measuring devices, capacitive level measuring devices, inductive level measuring devices and / or temperature-sensitive level measuring devices.

Druckmessgeräte sind insbesondere Absolut-, Relativ- oder Differenzdruckgeräte.Pressure measuring devices are in particular absolute, relative or differential pressure devices.

Temperaturmessgeräte sind insbesondere Messgeräte mit Thermoelementen und/oder temperaturabhängigen Widerständen.Temperature measuring devices are in particular measuring devices with thermocouples and / or temperature-dependent resistors.

Grenzstandsmessgeräte sind insbesondere vibronische Grenzstandsmessgeräte, Ultraschall-Grenzstandsmessgeräte und/oder kapazitive Grenzstandsmessgeräte.Point level measuring devices are in particular vibronic point level measuring devices, ultrasonic point level measuring devices and / or capacitive point level measuring devices.

Analysemessgeräte sind insbesondere pH-Sensoren, Leitfähigkeitssensoren, Sauerstoff- und Aktivsauerstoffsensoren, (spektro)-photometrische Sensoren, und/oder ionenselektive Elektroden.Analysis measuring devices are in particular pH sensors, conductivity sensors, oxygen and active oxygen sensors, (spectro) photometric sensors, and / or ion-selective electrodes.

Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress+ Hauser hergestellt und vertrieben.Endress + Hauser manufactures and sells a large number of such field devices.

In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Kommunikationsnetzwerke wie beispielsweise Feldbusse (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) und industrial Ethernet (PROFINET®, EtherNetIP®) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Bei den übergeordneten Einheiten handelt es sich um Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder einen PLC (Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von Sensoren, 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. Neben kabelgebundene Verbindungen weisen Feldgeräte heutzutage meist eine Kommunikationseinheit auf, die dazu eingerichtet ist Daten und Befehle zwischen der Steuerung und einem übergeordneten System, wie ein cloudbasierte Datenbank, ein Produktionsdatenbank und/oder eine Asset Management System kabellos zu transferieren.In modern industrial plants, field devices are usually connected to higher-level units via communication networks such as fieldbuses (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) and industrial Ethernet (PROFINET®, EtherNetIP®). The higher-level units are control units, such as a PLC (programmable logic controller) or a PLC (programmable logic controller). The higher-level units are used, among other things, for process control and for commissioning the field devices. The measured values recorded by the field devices, in particular sensors, 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. In addition to wired connections, field devices nowadays mostly have a communication unit that is set up to wirelessly transfer data and commands between the controller and a higher-level system, such as a cloud-based database, a production database and / or an asset management system.

Um sicherzustellen, dass ein Messgerät über die Zeit mit der geforderten und/oder in der Spezifikation des Messgeräts ausgewiesenen Messgenauigkeit misst und somit reproduzierbare Messwerte liefert, muss es in regelmäßigen Abständen überprüft bzw. verifiziert werden. Die Abstände der Überprüfungen werden von den beaufsichtigenden Behörden vorgegeben.In order to ensure that a measuring device measures over time with the required and / or specified measuring accuracy and thus provides reproducible measured values, it must be checked or verified at regular intervals. The intervals between the checks are specified by the supervisory authorities.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Messgeräte zwecks Verifikation in regelmäßigen Zeitabständen mit einem Prüfnormal, üblicherweise einem externen zertifizierten Prüfgerät, zu verknüpfen, um festzustellen, ob und wie verlässlich die von dem Messgerät ausgegebenen Messwerte sind. Hierzu wird die Messgeräte-Elektronik z.B. über eine drahtgebundene oder drahtlose Serviceschnittstelle mit dem entsprechend zertifizierten externen Prüfgerät verbunden. Über das Prüfgerät werden definierte Testsignale an den Eingang der Messgeräte-Elektronik gelegt. Es werden also Referenzmesswerte simuliert. Die Messgeräte-Elektronik erzeugt entsprechende Test-Messwerte. Nur wenn die von dem Messgerät erzeugten Test-Messwerte innerhalb eines Toleranzbereichs um die erwarteten Messwerte liegen, erhält das Messgerät die benötigte Verifikation. Treten größere Abweichungen auf, sind Wartungsmaßnahmen notwendig und/oder das Messgerät muss ausgetauscht werden.It is known from the prior art to link measuring devices for verification at regular intervals with a test standard, usually an external certified test device, in order to determine whether and how reliable the measured values output by the measuring device are. For this purpose, the measuring device electronics are connected to the correspondingly certified external test device, for example via a wired or wireless service interface. Defined test signals are sent to the input of the measuring device via the test device. Electronics. So reference measurement values are simulated. The measuring device electronics generate corresponding test measured values. The measuring device only receives the required verification if the test measured values generated by the measuring device lie within a tolerance range around the expected measured values. If major deviations occur, maintenance measures are necessary and / or the measuring device must be replaced.

Aus der WO2013/170247A1 ist ein System und eine Verfahren zum Initieren einer Verifikation an einem Durchflussmesser bekannt. Das Verfahren umfasst außerdem die Datensammlung von Diagnosedaten in einem Protokoll. Die Initierung erfolgt dabei anhand einer eingestellten Zeit oder einem Zeitinterval. Nachteilig ist, dass der Zeitpunkt der Verifikation generell nicht mit einem tatsächlichen Abnutzungsgrad des Feldgerätes korreliert. Es wäre daher vorteilhaft, wenn der Benutzer den Auslöser für eine Initiierung der Verifikation selbst einstellen kann.From the WO2013 / 170247A1 a system and method for initiating verification on a flow meter is known. The method also includes the collection of diagnostic data in a protocol. The initiation is based on a set time or a time interval. It is disadvantageous that the time of the verification generally does not correlate with an actual degree of wear of the field device. It would therefore be advantageous if the user can set the trigger for initiating the verification himself.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein benutzerfreundliches Verfahren zum Betreiben des Feldgerätes und automatischen Erstellen von Verifikationen zur Verfügung zu stellen.The invention has for its object to provide a user-friendly method for operating the field device and automatically creating verifications.

Die Aufgabe wird gelöst durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik nach Anspruch 1 und durch das erfindungsgemäße Feldgerät der Automatisierungstechik nach Anspruch 7.The object is achieved by the inventive method for operating a field device of automation technology according to claim 1 and by the inventive field device of automation technology according to claim 7.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät mindestens eine Sensoreinheit aufweist, die zur Erhebung von zumindest eines Prozessparameters und/oder zur Erhebung von mindestens eines Diagnoseparameters ausgebildet ist,wobei das Feldgerät dazu eingerichtet ist mindestens eine Statusinformation zu Erheben, umfasst die Verfahrensschritte:

  1. A) Erstellen mindestens eines benutzerspezifischen Kriteriums für den Prozessparameter und/oder den Diagnoseparameter und/oder der Statusinformation bei der eine Verifikation durchgeführt werden soll;
  2. B) Erfassen des Prozessparameters und/oder des Diagnoseparameters und/oder der Statusinformation, kontinuierlich oder zu festgelegten Zeitpunkten;
  3. C) Überprüfen ob die Prozessparameter und/oder der Diagnoseparameter und/oder die Statusinformation das benutzerspezifischen Kriterium erfüllt;
  4. D) Durchführung einer Verifikation im Falle, dass der Prozessparameter und/oder der Diagnoseparameter und/oder der Statusinformation vom benutzerspezifischen Kriterium abweicht.
A method according to the invention for operating a field device of automation technology, wherein the field device has at least one sensor unit which is designed to collect at least one process parameter and / or to collect at least one diagnostic parameter, the field device being set up to collect at least one status information item the procedural steps:
  1. A) Creation of at least one user-specific criterion for the process parameter and / or the diagnostic parameter and / or the status information for which a verification is to be carried out;
  2. B) detecting the process parameter and / or the diagnostic parameter and / or the status information, continuously or at fixed times;
  3. C) Check whether the process parameters and / or the diagnostic parameters and / or the status information meets the user-specific criterion;
  4. D) Carrying out a verification in the event that the process parameter and / or the diagnostic parameter and / or the status information deviates from the user-specific criterion.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Verifikation nicht ausschließlich durch den Benutzer iniiert werden muss, sondern dass beim Einrichten des Feldgerätes durch den Benutzer Kriterien für Prozessparametern und/oder Diagnoseparametern definiert werden können, bei deren Nichterfüllen eine umfassenden Verifikation automatisch initiiert wird.It is particularly advantageous if the verification does not have to be initiated exclusively by the user, but rather that when setting up the field device, the user can define criteria for process parameters and / or diagnostic parameters, if they are not met, a comprehensive verification is automatically initiated.

Sensoreinheiten umfassen Vibrationssensoren, Beschleunigungssensoren, Durchflussmesser, Füllstandsmesser, pH-Sensoren, Potentiometer, Luftfeuchtigkeitsmesser, Temperatursensoren, Trübheitssensor, Redox-Sensoren, Sauerstoffsensor, Chlorsensor, Konzentrationssensor, optische Sensoren, insbesondere UV-Sensoren, Colorimeter, amperometrische Sensoren, Spektrophotometer, Drucksensoren und/oder Leitfähigkeitssensoren.Sensor units include vibration sensors, acceleration sensors, flow meters, level meters, pH sensors, potentiometers, air humidity meters, temperature sensors, turbidity sensors, redox sensors, oxygen sensors, chlorine sensors, concentration sensors, optical sensors, especially UV sensors, colorimeters, amperometric sensors, spectrophotometers, pressure sensors and / or conductivity sensors.

Prozessparameter umfassen Masse, Durchflussgeschwindigkeit, Durchflussvolumen, Füllstand, Temperatur, pH-Wert, Druck, Trübung, Viskosität, Wärmeleitfähigkeit, Luftfeuchtigkeit, Mediumszusammensetzung, Leitfähigkeit, Mediumsdichte und/oder Zustand eines Aktuators.Process parameters include mass, flow rate, flow volume, level, temperature, pH, pressure, turbidity, viscosity, thermal conductivity, air humidity, medium composition, conductivity, medium density and / or condition of an actuator.

Diagnoseparameter umfassen Eigenfrequenz, Beschleunigung, Taktfrequenz, Homogenität, Frequenz, Signal-to-Noise-Verhältnis, Dämpfung, Dichte, Referenzzeit, Rauschen, Frequenzänderungen, Konzentration, Temperatur, Strom, Wandstärke, Messfehler, Ablagerungshöhe, Spannung und Magnetfeldstärke.Diagnostic parameters include natural frequency, acceleration, clock frequency, homogeneity, frequency, signal-to-noise ratio, damping, density, reference time, noise, frequency changes, concentration, temperature, current, wall thickness, measurement errors, deposit height, voltage and magnetic field strength.

Statusinformationen umfassen Zeit, Alter, Einstellungen, Koordinaten und/oder Kalibrationsfaktor. Des Weiteren werden unter Statusinformationen auch Kennzeichnungen von Feldgerätekomponenten, insbesondere von Sensorkomponenten und/oder Elektronikkomponenten verstanden. Somit kann ein Wechsel der einzelnen Bauteile überwacht werden.Status information includes time, age, settings, coordinates and / or calibration factor. Furthermore, status information also means identifications of field device components, in particular sensor components and / or electronic components. A change in the individual components can thus be monitored.

Benutzerspezifische Kriterien umfassen eine maximale und minimale Temperatur, eine minimale und maximale Temperaturdifferenz, einen minimalen und maximalen Druck, ein Gerätealter, ein kritisches Volumen, eine kritische Masse, eine kritische Volumenänderung, eine kritische Masseänderung, eine minimale und maximale Frequenz, eine kritische Frequenzänderung, eine maximale Durchflussgeschwindigkeit und/oder eine minimale und maximale Spannung.User-specific criteria include a maximum and minimum temperature, a minimum and maximum temperature difference, a minimum and maximum pressure, a device age, a critical volume, a critical mass, a critical volume change, a critical mass change, a minimum and maximum frequency, a critical frequency change, a maximum flow rate and / or a minimum and maximum voltage.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Benutzer ein benutzerspezifische Kriterium über logische Verknüpfungen einzelner vorgegebener benutzerspezifischer Kriterien generieren kann. Die bekanntesten Verknüpfungsarten der Digitaltechnik sind AND, OR, NOT, NOR und NAND.It is particularly advantageous if the user specifies a user-specific criterion by means of logical links can generate user-specific criteria. The best known types of logic in digital technology are AND, OR, NOT, NOR and NAND.

Unter dem benutzerspezifische Kriterium versteht sich auch ein Bereich oder ein Toleranzinterval, in dem der Prozessparameter und/oder der Diagnoseparameter und/oder die Statusinformation liegen muss.The user-specific criterion also means an area or a tolerance interval in which the process parameter and / or the diagnostic parameter and / or the status information must lie.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn Benutzer bei der Erstellung des benutzerspezifischen Kriteriums auf eine Liste mit vom Hersteller empfohlenen Richtwerten zugreifen kann. Diese orientieren sich an der Spezifizierung des Feldgerätes.It is particularly advantageous if the user can access a list of recommended values recommended by the manufacturer when creating the user-specific criterion. These are based on the specification of the field device.

Gemäß einer weitere Ausgestaltung kann der Benutzer neue benutzerspezifische Kriterien über die Verknüpfung der vorgegebenen benutzerspezfischen Kriterien mit mathematischen Operatoren erstellen. Die bekanntesten mathematischen Operatoren sind Summe, Quotient und Integral. Dadurch lassen sich Kriterien gestalten, die individuell die Anforderungen des jeweiligen Feldgerätes erfüllen.According to a further embodiment, the user can create new user-specific criteria by linking the specified user-specific criteria with mathematical operators. The best known mathematical operators are sum, quotient and integral. This allows criteria to be designed that individually meet the requirements of the respective field device.

Gemäß einer Ausgestaltung ist das Verfahren gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

  • E) Erstellen eines Verifikationsprotokolls basierend auf der durchgeführten Verifikation, wobei die Verifikation die Anforderung für nachweisbare Verifikationen nach DIN EN ISO 9001:2008 - Section 7.6 a (Stand 2008) erfüllt; und
  • F) Übermitteln des Verifikationsprotokolles an eine Benutzeroberfläche, wobei die Benutzeroberfläche eine speicherprogrammierbare Steuerung, eine Softwaresystem, eine Bedienstation, ein Serversystem, eine App und/oder eine gerätespezifische Bedienoberfläche umfasst.
According to one embodiment, the method is characterized by the method steps:
  • E) Creation of a verification protocol based on the verification performed, the verification being the requirement for verifiable verification DIN EN ISO 9001: 2008 - Section 7.6 a (as of 2008) fulfilled; and
  • F) Transmission of the verification protocol to a user interface, the user interface comprising a programmable logic controller, a software system, an operating station, a server system, an app and / or a device-specific user interface.

Es ist vorteilhaft, wenn dem Benutzer ein Verifikationsprotokoll zur Verfügung gestellt wird auf dem die Ergebnisse der Verifikation gelistet sind. Besonders vorteilhaft ist, wenn anhand einer tendenziellen Veränderung bei aufeinanderfolgenden Verifikationsvergleichen im Verifikationsprotokoll ein Termin für Wartungsarbeiten an dem Feldgerät vorgeschlagen wird.It is advantageous if the user is provided with a verification protocol on which the results of the verification are listed. It is particularly advantageous if an appointment for maintenance work on the field device is proposed on the basis of a tendency to change during successive verification comparisons in the verification protocol.

Die Feldgeräte sind mit einem Steuerungs- und Leitsystem, meist über einen Feldbus, oder zunehmend auch über Echtzeit-Ethernet verbunden. Hier werden die Prozessdaten und/oder Diagnosedaten ausgewertet und dienen dann zur Regelung, Steuerung und weiteren Verarbeitung. Dazu gehört z. B. auch die Visualisierung und Anzeige des Ergebnisses für das Personal auf der Benutzeroberfläche.The field devices are connected to a control and control system, usually via a fieldbus, or increasingly also via real-time Ethernet. The process data and / or diagnostic data are evaluated here and are then used for regulation, control and further processing. This includes e.g. B. also the visualization and display of the result for the staff on the user interface.

Gemäß einer Ausgestaltung wird bei der Verifikation eine Testroutine zum Überprüfen von Referenzparametern, insbesondere von Schaltungskomponenten und/oder Sensorkomponenten, ausgeführt.According to one embodiment, a test routine for checking reference parameters, in particular circuit components and / or sensor components, is carried out during the verification.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Referenzparameter nicht durchgehend überwacht werden müssen, sondern erst durch Abweichen der Diagnoseparameter und/oder Prozessparameter vom benutzerspezifischen Kriterium die Testroutine initiiert wird.It is particularly advantageous if the reference parameters do not have to be continuously monitored, but rather the test routine is initiated only when the diagnostic parameters and / or process parameters deviate from the user-specific criterion.

Referenzparameter sind Taktung von Schaltungskomponenten, Sensorasymmetrien, Frequenzasymmetrien, Referenztemperaturen, Sensorintegrität, Frequenzfluktuationen, interen Nullpunktsdrift, Ein- und Ausgangssignale von Ein- und Ausgabemodulen, Signalwandlerfrequenzen, Signalqualität, Signalstärke, Schallgeschwindigkeit, Referenzzeit, Verstärkung, Shot-Dauer und Shot-Zeitsymmetrie, Shot-Spannung, Halte-Spannung, Halte-Dauer, Stromstabilität, Spulenwiderstand, Kabelwiderstand, Spannungsversorgung, externe Referenzspannung, Linearität von Elektroden-Messstromkreisen, Spannungs-Feedbacks, Spannungs-Offset, Signalintegrität, Frequenzdrift, Kalibrationsfaktor und/oder Kompensationsfaktor.Reference parameters are clocking of circuit components, sensor asymmetries, frequency asymmetries, reference temperatures, sensor integrity, frequency fluctuations, internal zero point drift, input and output signals from input and output modules, signal converter frequencies, signal quality, signal strength, sound speed, reference time, amplification, shot duration and shot time symmetry, shot -Voltage, hold voltage, hold duration, current stability, coil resistance, cable resistance, power supply, external reference voltage, linearity of electrode measuring circuits, voltage feedback, voltage offset, signal integrity, frequency drift, calibration factor and / or compensation factor.

Sensorkomponenten sind Anregungsspulen, Spulenvorichtungen, Frequenzgeber, Elektroden, Ultraschallwandler, Lichtquelle, insbesondere UV-Quelle, Photodiode, Spektrometer, Druckmesswandler, Heizer und/oder Thermometer. Im Allgemeinen umfassen die Sensorkomponenten alle Bauteile der Sensoreinheit, die zur Ermittlung des jeweiligen Prozessparameters dienen.Sensor components are excitation coils, coil devices, frequency transmitters, electrodes, ultrasonic transducers, light sources, in particular UV sources, photodiodes, spectrometers, pressure transducers, heaters and / or thermometers. In general, the sensor components include all components of the sensor unit that are used to determine the respective process parameter.

Gemäß einer Ausgestaltung ist das Verfahren gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt:

  • G) Automatisches Durchführen einer Verifikation im Falle, dass der Prozessparameter und/oder der Diagnoseparameter und/oder die Statusinformation von mindestens einem gerätespezifischen Kriterium abweicht.
According to one embodiment, the method is characterized by the method step:
  • G) Automatic verification in the event that the process parameter and / or the diagnostic parameter and / or the status information deviates from at least one device-specific criterion.

Gerätespezifische Kriterien umfassen eine maximale und minimale Temperatur, einen minimalen und maximalen Druck, ein Gerätealter, ein kritisches Volumen, eine kritische Masse, eine kritische Volumenänderung, eine kritische Masseänderung, eine minimale und maximale Frequenz, eine kritische Frequenzänderung, ein maximaler und minimaler pH-Wert, eine maximale Durchflussgeschwindigkeit und/oder eine minimale und maximale Spannung.Device-specific criteria include maximum and minimum temperature, minimum and maximum pressure, device age, critical volume, critical mass, critical volume change, critical mass change, minimum and maximum frequency, critical frequency change, maximum and minimum pH Value, a maximum flow rate and / or a minimum and maximum voltage.

Gerätespezifische Kriterien können fest im Gerät hinterlegt sein und Bedingungen beschreiben für die eine Messgenauigkeit vom Hersteller gewährleistet wird.Device-specific criteria can be stored in the device and describe conditions for which measurement accuracy is guaranteed by the manufacturer.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das benutzerspezifische Kriterium über logische Verknüpfungen und/oder mathematische Operatoren einzelner vorgegebener Kriterien generieren kann. Die bekanntesten Verknüpfungsarten der Digitaltechnik sind AND, OR, NOT, NOR und NAND.It is particularly advantageous if the user-specific criterion uses logical Can generate links and / or mathematical operators of individual predetermined criteria. The best known types of logic in digital technology are AND, OR, NOT, NOR and NAND.

Gemäß einer Ausgestaltung ist das Verfahren gekennzeichnet durch den Verfahrensanspruch:

  • H) Erstellen von Historiendaten auf Basis der Prozessparameter und/oder Diagnoseparameter.
According to one embodiment, the method is characterized by the method claim:
  • H) Creation of history data based on the process parameters and / or diagnostic parameters.

Gemäß einer Ausgestaltung ist dem Feldgerät ein KI-Algorithmus, insbesondere basierend auf neuronalen Netzwerken, zugeordnet, wobei der KI-Algorithmus das gerätespezifischen Kriterium in Abhängigkeit von den Historiendaten kontinuierlich neu berechnet, bzw. aktualisiert, und ist das Verfahren gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt:

  • I) Durchführung einer Verifikation im Falle, dass der Prozessparameter und/oder der Diagnoseparameter und/oder der Statusinformation vom gerätespezifische Kriterium abweicht.
According to one embodiment, the field device is assigned an AI algorithm, in particular based on neural networks, the AI algorithm continuously recalculating or updating the device-specific criterion as a function of the history data, and the method is characterized by the method step:
  • I) Carrying out a verification in the event that the process parameters and / or the diagnostic parameters and / or the status information deviate from the device-specific criterion.

Künstliche neuronale Netze basieren meist auf der Vernetzung vieler McCulloch-Pitts-Neuronen oder leichter Abwandlungen davon. Grundsätzlich können auch andere künstliche Neuronen Anwendung in künstlichen neuronalen Netzen finden. Nach der Konstruktion eines Netzes folgt die Trainingsphase, in der das Netz „lernt“. Ein Netz lernt durch Entwicklung neuer Verbindungen, Löschen existierender Verbindungen, Ändern der Gewichtung, Anpassen der Schwellenwerte der Neuronen, sofern diese Schwellwerte besitzen, Hinzufügen oder Löschen von Neuronen, Modifikation von Aktivierungs-, Propagierungs- oder Ausgabefunktion. Außerdem verändert sich das Lernverhalten bei Veränderung der Aktivierungsfunktion der Neuronen oder der Lernrate des Netzes. Praktisch gesehen „lernt“ ein Netz hauptsächlich durch Modifikation der Gewichte der Neuronen. Im vorliegenden Fall stellt das Netz aufgrund der Historiendaten, insbesondere der Verbindungen von den Prozessparametern und/oder der Diagnoseparametern und beispielsweise eintretende Ereignisse her. Mögliche Ereignisse sind Wartungen, insbesondere außerplanmäßige Wartung, Austauschen von Sensorkomponenten und/oder Schaltungskomponenten, Ausfall von Sensorkomponenten und/oder Schaltungskomponenten oder außerplanmäßige Verifikationen durch den Benutzer.Artificial neural networks are mostly based on the networking of many McCulloch-Pitts neurons or slight modifications thereof. In principle, other artificial neurons can also be used in artificial neural networks. After the construction of a network, the training phase follows, in which the network “learns”. A network learns by developing new connections, deleting existing connections, changing the weighting, adapting the threshold values of the neurons if they have threshold values, adding or deleting neurons, modifying the activation, propagation or output function. In addition, the learning behavior changes when the activation function of the neurons or the learning rate of the network changes. In practice, a network “learns” mainly by modifying the weights of the neurons. In the present case, the network uses the history data, in particular the connections, to establish the process parameters and / or the diagnostic parameters and, for example, events that occur. Possible events are maintenance, in particular unscheduled maintenance, replacement of sensor components and / or circuit components, failure of sensor components and / or circuit components or unscheduled verifications by the user.

Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn die gerätespezifischen Kriterien nicht fest vorgegeben sind, sondern durch einen KI-Algorithmus immer wieder optimiert werden. Es ist besonders vorteilhaft, wenn der KI-Algorithmus zusätzlichen Zugriff auf eine cloudförmige Datenbank hat und somit die eigenen Historiendaten und getätigte Vernetzungen mit in der Datenbank zur Verfügung gestellten Vernetzungen vergleichen kann.It is therefore particularly advantageous if the device-specific criteria are not predefined, but instead are continuously optimized using an AI algorithm. It is particularly advantageous if the AI algorithm has additional access to a cloud-like database and can thus compare its own history data and the networks made with the networks provided in the database.

Die KI-Algorithmen basieren vorteilhafterweise auf künstliche neuronale Netzwerke (Deep Learning), Approximationsmethoden, insbesondere maschinellem Lernen und/oder Optimierungsmethoden wie evolutionäre Algorithmen.The AI algorithms are advantageously based on artificial neural networks (deep learning), approximation methods, in particular machine learning and / or optimization methods such as evolutionary algorithms.

Ein erfindungsgemäßes Feldgerät der Automatisierungstechnik umfasst eine Betriebsschaltung und eine dem Feldgerät zugeordnete Auswerteeinheit, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.A field device of automation technology according to the invention comprises an operating circuit and an evaluation unit assigned to the field device, and is characterized in that the operating circuit is set up to carry out the method according to the invention.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

  • 1: ein Flussdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte; und
  • 2: ein Flussdiagramm einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
The invention is explained in more detail with reference to the following figures. It shows:
  • 1 : a flow chart of the individual process steps; and
  • 2nd : A flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.

Die 1 zeigt ein Flussdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte. In einem ersten Schritt wird durch den Benutzer ein Kriterium für die Initiierung der Verifikation erstellt. Das Kriterium kann sich auf Prozessparameter, Diagnoseparameter oder auf Statusinformationen beziehen. Im vorliegenden Flussdiagramm wird beispielsweise eine Verifikation initiiert, wenn das Gesamtdurchflussvolumen Vges ein vom Benutzer bestimmtes kritisches Durchflussvolumen Vkrit erreicht hat. Das Durchflussvolumen wird mit einer einen Totalizer aufweisenden Auswerteeinheit summiert. Wird das eingestellte Kriterium verletzt, initiiert die Auswerteeinheit die Verifikation, erstellt ein Verifikationsprotokoll und sendet dieses an die Benutzeroberfläche, beispielsweise eine App. Der Benutzer kann auf das Verifikationsprotokoll und beispielsweise Wartungsarbeiten am Feldgerät durchführen. Die Erfassung der Prozessparametern und/oder Diagnoseparametern und/oder Statusinformationen wird nicht unterbrochen, sondern wird fortgesetzt.The 1 shows a flow diagram of the individual method steps. In a first step, the user creates a criterion for initiating the verification. The criterion can refer to process parameters, diagnostic parameters or status information. In the present flowchart verification is triggered, for instance, if the total flow volume V ges a specific user critical flow volume has reached Vkrit. The flow volume is summed with an evaluation unit having a totalizer. If the set criterion is violated, the evaluation unit initiates the verification, creates a verification protocol and sends it to the user interface, for example an app. The user can carry out maintenance work on the field device based on the verification protocol. The acquisition of the process parameters and / or diagnostic parameters and / or status information is not interrupted, but continues.

Die 2 zeigt ein Flussdiagramm bei dem einzelnen Verfahrensschritte nebeneinander her durchlaufen werden. Neben dem in 1 abgebildeten Verfahrensablauf, der eine Verifikation initiiert, wenn ein benutzerspezifisches Kriterium verletzt wird, werden weitere Verfahrensschritte im Hintergrund abgearbeitet. Im ersten Schritt werden Historiendaten gesammelt und ausgewertet. Diese können durch die Auswerteeinheit gesammelt werden, aber auch aus einer cloudbasierte Datenbank stammen. Basierend auf den Historiendaten wird mindestens ein gerätespezifisches Kriterium erstellt oder aktualisiert. In diesem Fall muss ein Diagnoseparameter, insbesondere eine Frequenzänderung ΔfEig immer kleiner als eine kritische Frequenzänderung Δfkrit sein. Die kritische Frequenzänderung wurde über einen KI-Algorithmus basierend auf die bereits gesammelten Historiendaten ermittelt. Parallel zum Erfassen des Durchflussvolumens wird die Frequenzänderung erfasst. Ist die Frequenzänderung größer als die durch den KI-Algorithmus ermittelte kritische Frequenzänderung, wird eine Verifikation durchgeführt. Das Verifikationsprotokoll kann zusätzlich eine Empfehlung für einen Wartungstermin beinhalten. Die erfassten Prozessparameter und Diagnoseparameter werden nebenher gesammelt. Auch die Reaktion des Benutzers auf das Verifikationsprotokoll wird bei der Aktualisierung und Erstellung zukünftiger gerätespezifischer Kriterien berücksichtigt.The 2nd shows a flowchart in which individual method steps are carried out side by side. In addition to the in 1 Process flow shown, which initiates a verification if a user-specific criterion is violated, further process steps are processed in the background. In the first step, historical data is collected and evaluated. These can be collected by the evaluation unit, but can also come from a cloud-based database. At least one device-specific criterion is created or updated based on the history data. In this case, a diagnostic parameter, in particular a change in frequency Δf Eigen always less than a critical frequency change Δf crit be. The critical frequency change was determined using an AI algorithm based on the history data already collected. The frequency change is recorded in parallel with the detection of the flow volume. If the frequency change is greater than the critical frequency change determined by the AI algorithm, a verification is carried out. The verification protocol can also contain a recommendation for a maintenance appointment. The recorded process parameters and diagnostic parameters are collected on the side. The user's reaction to the verification protocol is also taken into account when updating and creating future device-specific criteria.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 2013/170247 A1 [0014]WO 2013/170247 A1 [0014]

Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • DIN EN ISO 9001:2008 [0028]DIN EN ISO 9001: 2008 [0028]

Claims (7)

Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät mindestens eine Sensoreinheit aufweist, die zur Erhebung von zumindest eines Prozessparameters und/oder zur Erhebung von mindestens eines Diagnoseparameters ausgebildet ist, wobei das Feldgerät dazu eingerichtet ist mindestens eine Statusinformation zu Erheben, umfassend die Verfahrensschritte: A) Erstellen mindestens eines benutzerspezifischen Kriteriums für den Prozessparameter und/oder den Diagnoseparameter und/oder der Statusinformation bei der eine Verifikation durchgeführt werden soll; B) Erfassen des Prozessparameters und/oder des Diagnoseparameters und/oder der Statusinformation, kontinuierlich oder zu festgelegten Zeitpunkten; C) Überprüfen ob die Prozessparameter und/oder der Diagnoseparameter und/oder die Statusinformation das benutzerspezifischen Kriterium erfüllt; und D) Durchführung einer Verifikation im Falle, dass der Prozessparameter und/oder der Diagnoseparameter und/oder der Statusinformation vom benutzerspezifischen Kriterium abweicht.Method for operating a field device of automation technology, wherein the field device has at least one sensor unit that is designed to collect at least one process parameter and / or to collect at least one diagnostic parameter, the field device being set up to collect at least one status information item, including the method steps : A) Creation of at least one user-specific criterion for the process parameter and / or the diagnostic parameter and / or the status information for which a verification is to be carried out; B) detecting the process parameter and / or the diagnostic parameter and / or the status information, continuously or at fixed times; C) Check whether the process parameters and / or the diagnostic parameters and / or the status information meets the user-specific criterion; and D) Carrying out a verification in the event that the process parameter and / or the diagnostic parameter and / or the status information deviates from the user-specific criterion. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: E) Erstellen eines Verifikationsprotokolls basierend auf der durchgeführten Verifikation, wobei die Verifikation die Anforderung für nachweisbare Verifikationen nach DIN EN ISO 9001:2008 - Section 7.6 a (Stand 2008) erfüllt; und F) Übermitteln des Verifikationsprotokolles an eine Benutzeroberfläche, wobei die Benutzeroberfläche eine speicherprogrammierbare Steuerung, eine Softwaresystem, eine Bedienstation, ein Serversystem, eine App und/oder eine gerätespezifische Bedienoberfläche umfasst.Procedure according to Claim 1 , characterized by the procedural steps: E) preparation of a verification protocol based on the verification carried out, the verification fulfilling the requirement for verifiable verifications according to DIN EN ISO 9001: 2008 - Section 7.6 a (status 2008); and F) transmission of the verification protocol to a user interface, the user interface comprising a programmable logic controller, a software system, an operating station, a server system, an app and / or a device-specific user interface. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Verifikation eine Testroutine zum Überprüfen von Referenzparametern, insbesondere von Schaltungskomponenten und/oder Sensorkomponenten, ausgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein during the verification, a test routine for checking reference parameters, in particular circuit components and / or sensor components, is carried out. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: G) Automatisches Durchführen einer Verifikation im Falle, dass der Prozessparameter und/oder der Diagnoseparameter und/oder die Statusinformation von mindestens einem gerätespezifischen Kriterium abweicht.Method according to one of the preceding claims, characterized by the method steps: G) Automatic verification in the event that the process parameter and / or the diagnostic parameter and / or the status information deviates from at least one device-specific criterion. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt: H) Erstellen von Historiendaten auf Basis der Prozessparameter und/oder Diagnoseparameter.Method according to one of the preceding claims, characterized by the method step: H) Creation of history data on the basis of the process parameters and / or diagnostic parameters. Verfahren nach Anspruch 5, wobei dem Feldgerät ein KI-Algorithmus, insbesondere basierend auf neuronalen Netzwerken, zugeordnet ist, wobei der KI-Algorithmus das gerätespezifischen Kriterium in Abhängigkeit von den Historiendaten kontinuierlich neu berechnet, bzw. aktualisiert, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt: I) Durchführung einer Verifikation im Falle, dass der Prozessparameter und/oder der Diagnoseparameter und/oder der Statusinformation vom gerätespezifischen Kriterium abweicht.Procedure according to Claim 5 , wherein the field device is assigned an AI algorithm, in particular based on neural networks, the AI algorithm continuously recalculating or updating the device-specific criterion as a function of the history data, characterized by the method step: I) performing a verification in In the event that the process parameter and / or the diagnostic parameter and / or the status information deviates from the device-specific criterion. Feldgerät der Automatisierungstechnik, umfassend: - eine Betriebsschaltung; und - eine dem Feldgerät zugeordnete Auswerteeinheit; dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsschaltung dazu eingerichtet ist das Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche auszuführen.Field device of automation technology, comprising: - an operating circuit; and - an evaluation unit assigned to the field device; characterized in that the operating circuit is set up to carry out the method according to one of the preceding claims.
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