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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Anlage der Automatisierungstechnik.
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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.
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Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Anmelderin entwickelt, produziert und vertrieben.
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In Industrieanlagen, bspw. in der chemischen Industrie, werden eine Vielzahl von Feldgeräten eingesetzt. Die verfahrenstechnischen Prozesse werden insbesondere durch solche Feldgeräte gesteuert. Auf Basis der Daten dieser Feldgeräte sind Aussagen über Gefahren, die für die Industrieanlagen oder Personen in diesen entstehen können, bzw. über den allgemeinen Anlagenzustand in der Regel nicht möglich. Um dies zu ermöglichen müssen diese Anlagen mit Zusatzsensorik ausgestattet und Kontrollrundgänge mit speziell geschultem Personal durchgeführt werden. Letzteres beurteilt die Anlagen auch in Bezug auf Wartungsthemen.
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Diese Kontrollrundgänge sind jedoch sehr zeitaufwendig und kostenintensiv. Problemstellen der Anlagen werden durch subjektive, beschränkte Wahrnehmung durch das Personal erfasst (bspw. durch Riechen, Schmecken, Hören und/oder Fühlen). In besonders kritischen Anlagenteilen kann das Personal gefährdet sein, bzw. sind diese Anlagenteile nur beschränkt zugänglich. Der Anlagenzustand ist nur bedingt einschätzbar, insbesondere bezüglich Lecks von Gasen und Flüssigkeiten, Verformungen, Temperaturen von Anlagenteilen und/oder Schädigungen von beispielsweise Pumpenlagern. Der Anlagenzustand ist zudem nicht über die Zeit rückverfolgbar.
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Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzustellen, welches es erlaubt, die Instandhaltung einer Anlage der Automatisierungstechnik zu erleichtern.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Überwachen einer Anlage der Automatisierungstechnik gelöst, umfassend:
- - Bereitstellen eines ersten Inspektionssystems, welches mobil ausgestaltet ist und welches zumindest eine erste Sensoreinheit zum Erfassen von Messwerten einer Umweltgröße aufweist;
- - Navigieren des ersten Inspektionssystems durch zumindest einen Teilbereich der Anlage;
- - Erfassen der Messwerte durch die zumindest eine erste Sensoreinheit des ersten Inspektionssystems während des Navigierens an festgelegten Positionen, kontinuierlich, in regelmäßigen Zeitintervallen und/oder nach Initiieren durch einen Benutzer und Versehen der Messwerte mit Informationen bezüglich des Erfassungsortes und insbesondere dem Zeitstempel des Erfassens;
- - Auswerten der Messwerte, wobei das Auswerten einen Vergleich der Messwerte mit ersten Referenzwerten umfasst;
- - Identifizieren von zumindest einer örtlichen Position im Teilbereich der Anlage anhand des Auswertens, an welcher die Messwerte um zumindest einen vorbestimmten Wert, bzw. Faktor, von den ersten Referenzwerten abweichen;
- - Bereitstellen eines zweiten Inspektionssystems, welches zumindest eine zweite Sensoreinheit zum Erfassen von Messwerten einer zweiten Umweltgröße aufweist, wobei die zweite Umweltgröße der ersten Umweltgröße entspricht;
- - Platzieren des zweiten Inspektionssystems an der identifizierten örtlichen Position;
- - Erfassen der Messwerte durch die zumindest eine zweite Sensoreinheit des zweiten Inspektionssystems zumindest in regelmäßigen Zeitintervallen.
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Erfindungsgemäß ist also der Einsatz eines ersten Inspektionssystems vorgesehen, dass im Wesentlichen die menschlichen Sinne technisch abbildet, ergänzt und erweitert. Die von dem ersten Inspektionssystem erfassten und mit Zeitstempeln und Ortsangaben versehenen Messwerte werden ausgewertet, um Anomalien in der Anlage festzustellen und den Bedarf der Platzierung von zusätzlicher stationärer Sensorik in Gestalt eines zweiten Inspektionssystems festzustellen. Die von dem zweiten Inspektionssystem erfassten Messwerte dienen dann zum Feststellen des allgemeinen Anlagenzustands durch Auswerten der Umweltgrößen an den identifizierten kritischen Stellen. Durch die resultierende Verbesserung der vorausschauenden Wartung („Predictive Maintenance“) können zudem Kosten eingespart werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglich Kosteneinsparungen durch eine Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit, da Fehler, bzw. Anomalien zuverlässig festgestellt und überwacht werden können. Subjektive Einschätzung durch menschliches Bedienpersonal wird hierbei durch Messungen des ersten Inspektionssystem, bzw. des zweiten Inspektionssystems, ersetzt. Zeitliche Entwicklungen der erfassten Messwerte sind hierbei nachvollziehbar. Durch den Einsatz des ersten Inspektionssystem können sogenannte „weiße Flächen“ identifizert werden. Dies sind Flächen, bzw. Orte der Anlage, welche Datenlücken aufweisen, jedoch einen Bedarf für die Datenerhebung von Umweltgrößen aufweisen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als erstes Inspektionssystem eine flugfähige Drohne, eine schwimmfähige Drohne, eine bodengebundene und/oder kletterfähige Drohne oder eine Kombination von zumindest zweier dieser Typen verwendet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das erste Inspektionssystem autonom oder ferngesteuert zumindest durch den Teilbereich der Anlage navigiert. Dem ersten Inspektionssystem kann die zu bewältigende Strecke beispielsweise im Detail vorgegeben werden. Das erste Inspektionssystem kann aber beispielsweise auch über Zusatzsensorik verfügen, beispielsweise Abstandssensorik oder eine Kamera, mithilfe welcher das erste Inspektionssystem selbstständig Hindernisse erkennen und diesen ausweichen kann. In diesem Fall kann dem ersten Inspektionssystem beispielsweise ein Start- und ein Endpunkt vorgegeben werden, woraufhin das erste Inspektionssystem selbstständig die Strecke ermittelt und bewältigt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das erste Inspektionssystem das Auswerten der Messwerte mit Methoden der künstlichen Intelligenz durchführt. Hierfür wird beispielsweise ein Kl-Algorithmus auf verschiedene Fehlerfälle eingelernt. Der KI-Algorithmus kann anschließend zuverlässig das Auftreten verschiedener Fehlerfälle klassifizieren. Die Genauigkeit kann dabei derjenigen eines menschlichen Beobachters entsprechen oder diese sogar noch übertreffen. Ergebnisse der Klassifizierung können dem Kl-Algorithmus jeweils rückgeführt werden, so dass sich die Voraussagesicherheit, bzw. die Zuverlässigkeit erhöht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als erste Sensoreinheit des ersten Inspektionssystems ein Gas-Sensor-Array zum Erfassen von olfaktorischen Umweltinformationen, ein Mikrophon-Array zum Erfassen von akustischen Umweltinformationen, eine im sichtbaren oder hyperspektralen Lichtbereich sensitive Kamera oder ein LIDAR-System zum Erfassen von optischen Umweltinformationen, eine Thermografiekamera oder eine Kombination von zumindest zwei dieser Typen verwendet wird. Es können auch weitere Sensoreinheiten verwendet werden, welche geeignet sind, menschliche Sinnesinformationen als Messwerte zu erfassen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das erste Inspektionssystem und das zweite Inspektionssystem die jeweils erfassten Messwerte an eine cloudfähige Plattform übermitteln. Unter einer cloudfähigen Plattform wird eine Applikation auf einem Server oder einer Datenbank verstanden, welcher Server oder welche Datenbank kompatibel zur Cloud-Computing-Technologie ist. Unter Cloud-Computing wird in diesem Fall das Speichern von Informationen und das Zugreifen auf die gespeicherten Informationen über das Internet verstanden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die cloudfähige Plattform die Schritte des Auswertens und des Identifizierens durchführt. Hierdurch werden geringere Ressourcen seitens des ersten Inspektionssystems gefordert, da dieses nicht die Schritte des Auswertens und des Identifizierens durchführt. Handelt es sich um ressourcenstarke Hardware, können die Schritte des Auswertens und des Identifizierens jedoch auch von dem ersten Inspektionssystem durchgeführt werden. Alternativ können diese Verfahrensschritte auch von der Leitstelle direkt durchgeführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die cloudfähige Plattform im Zuge der Schritte des Auswertens und/oder des Identifizierens zusätzlich auf externe Daten zugreift. Bei den externen Daten handelt es sich beispielsweise um Wetterdaten oder um sonstige Daten externer Ereignisse.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein KI-basierter Algorithmus auf der cloudfähigen Plattform integriert ist und wobei der KI-basierte Algorithmus zum Durchführen der Schritte des Auswertens und des Identifizierens verwendet wird. Hierdurch werden geringere Ressourcen seitens des ersten Inspektionssystems gefordert, da dieses nicht den Kl-Algorithmus ausführen muss.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die cloudfähige Plattform die Messwerte des zweiten Inspektionssystems regelmäßig mit zweiten Referenzwerten vergleicht, und wobei die cloudfähige Plattform eine Warnung generiert und insbesondere ausgibt, wenn die Messwerte des zweiten Inspektionssystems um zumindest einen vorbestimmten Wert, bzw. Faktor, von den ersten Referenzwerten abweichen. Alternativ wird dieser Vergleich von dem zweiten Inspektionssystem selbst vorgenommen. Hierdurch können direkt Alarme an den identifizierten kritischen Stellen der Anlage erstellt werden, wenn bspw. Anomalien detektiert werden. Als Ergebnis des Vergleichens kann im Sinne einer „Predictive Maintenance“ auch eine Abschätzung getroffen werden, wie wahrscheinlich ein Fehlerfall basierend auf den getätigten Messungen auftreten könnte.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die cloudfähige Plattform die Warnung an die Leitstelle der Anlage übermittelt. Dadurch können unmittelbar Gegenmaßnahmen geplant, bzw. getroffen werden. Es kann alternativ vorgesehen sein, dass die ausgewerteten bzw. auszuwertenden Daten auch direkt, ohne den Weg über die cloudfähige Plattform, an die Leitstelle der Anlage übermittelt werden. Dadurch können unmittelbar Gegenmaßnahmen geplant, bzw. getroffen werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das zweite Inspektionssystem mobil ausgestaltet ist und die identifizierte örtliche Position autonom ansteuert. Hierdurch entsteht kein Installationsaufwand für menschliches Personal. Analog zu dem ersten Inspektionssystem kann es vorgesehen sein, dass als zweites Inspektionssystem eine flugfähige Drohne, eine schwimmfähige Drohne, eine bodengebundene und/oder kletterfähige Drohne oder eine Kombination von zumindest zweier dieser Typen verwendet wird
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schritte des Identifizierens der örtlichen Position regelmäßig wiederholt werden, um eine aktuelle örtlichen Position festzulegen, wobei das zweite Inspektionssystems mobil ausgestaltet ist und automatisch die aktuelle örtliche Position ansteuert. Nach Ansteuern der aktuellen örtlichen Position erfasst das zweite Inspektionssystem selbstständig zumindest für einen vorbestimmten Zeitraum die Messwerte. Dadurch kann relativ schnell auf Änderungen an der Anlage, bzw. auf Änderungen der Prozesse, reagiert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das erste Inspektionssystem und das zweite Inspektionssystem die Messdaten jeweils über eine Funkschnittstelle drahtlos an die cloudfähige Plattform oder die Leitstelle der Anlage übermitteln.
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Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das erste Inspektionssystem und das zweite Inspektionssystem eine optische Datenübertragung, insbesondere ein Kommunikationslaser, verwenden, um die jeweiligen Messdaten zu übermitteln.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das zweite Inspektionssystem die erfasste örtliche Position, bzw. die aktuelle örtliche Position, mittels einer Funkschnittstelle oder mittels optischer Datenübertragung, insbesondere per Kommunikationslaser, empfängt.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. Es zeigt
- 1: ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei ist eine Anlage A der Automatisierungstechnik dargestellt. An einem Datenbus DB sind ein mehrere Rechnereinheiten in Form von Workstation-PCs als Leitsystem der Anlage A angeschlossen. Diese Rechnereinheiten dienen unter anderem zur Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und zum Engineering, als auch zum Bedienen und Überwachen von Feldgeräten. Der Datenbus DB arbeitet z. B. nach dem Profibus DP-Standard oder nach dem HSE (High Speed Ethernet)-Standard der Foundation Fieldbus. Über eine Steuereinheit SPS, die insbesondere als speicherprogrammierbare Steuerung ausgestaltet ist, ist die Leitebene der Anlage A mit einem Feldbus-Segment verbunden. Das Feldbus-Segment besteht aus mehreren Feldgeräten FG1, FG2, FG3, die über einen Feldbus FB miteinander verbunden sind. Bei den Feldgeräten FG1, FG2, FG3 kann es sich sowohl um Sensoren oder um Aktoren handeln. Der Feldbus FB arbeitet entsprechend nach einem der bekannten z.B. Feldbusstandards Profibus, Foundation Fieldbus oder HART. Anstatt des Feldbusses FB kann es sich um beliebiges drahtloses oder drahtgebundenes Kommunikationsnetzwerk FB handeln.
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Die Feldgeräte FG1, FG2, FG3 sind in einer gemeinsamen Messstelle, oder mehreren einzelnen Messstellen eingesetzt. Beispielsweise sind die Feldgeräte FG1, FG2 an einem Behälter angebracht. Feldgerät FG1 dient dabei dem Zweck, einen Füllstand eines Messmediums im Behälter zu detektieren, während Feldgerät FG2 die Temperatur des Messmediums erfasst. Feldgerät FG3 ist beispielsweise in einer Rohrleitung angebracht, welche mit dem Behälter verbunden ist. Feldgerät FG3 dient hierbei dem Zweck, eine Strömungsgeschwindigkeit des Messmediums bei Einlass des Messmediums in den Behälter zu detektieren.
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Die Feldgeräte FG1, FG2, FG3 erfassen also Messwerte bezüglich des in der Anlage A ablaufenden verfahrenstechnischen Prozesses. Jedoch liefern diese Messwerte nur indirekt Hinweise über die Gesundheit der Anlagenkomponenten, also in diesem Fall des Behälters oder der Rohrleitung.
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Um Hinweise bezüglich der Gesundheit der Anlagen zu erhalten, wird ein ersten Inspektionssystem IS1 eingesetzt. Dieses ist eine Drohne, die auf dem Boden, der Luft und/oder in Flüssigkeiten fortbewegbar ist. Das erste Inspektionssystem IS1 weist eine Vielzahl von Sensoren SE 1auf, welche ähnliche Umweltinformationen wie das menschliche Sinnessystem, aber auch in dessen physikalischem Spektrum stark erweiterte Informationen, erfassen können.
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Dem ersten Inspektionssystem IS1 werden eine Vielzahl von Positionen P1, ..., P7 vorgegeben. Diese Positionen P1, ..., P7 werden von dem ersten Inspektionssystem IS1 nacheinander autonom angesteuert und dort Messwerte der Umweltinformationen erhoben. Die Messwerte werden mit ersten Referenzwerten verglichen, insbesondere mithilfe eines KI-Algorithmus. Das erste Inspektionssystem IS1 führt diesen Vergleich entweder selbstständig durch, oder sendet die Messwerte, insbesondere über Funk, an eine cloudfähige Plattform PL, auf welcher eine entsprechende Applikation abläuft.
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Im Falle, dass die Messwerte an einer der Positionen P1, ..., P7 um einen vorbestimmten Faktor von den ersten Referenzwerten abweicht, wird an dieser Stelle ein zweites Inspektionssystem IS2 angebracht, welches die Umweltinformationen, welche von den Referenzwerten abgewichen sind, dauerhaft, bzw. über einen längeren Zeitraum mittels einer oder mehreren Sensoreinheiten SE2 misst. Im vorliegenden Fall wird an der Position P5 ein Abweichen von den Referenzwerten detektiert. Das zweite Inspektionssystem IS2 wird daher stationär an der Position P5 angebracht. Alternativ handelt es sich bei dem zweiten Inspektionssystem IS2 ebenfalls um eine Drohne, welche die Position P1, ..., P7 selbstständig ansteuert. Das zweite Inspektionssystem IS2 vergleicht die erfassten Messwerte der Umweltinformationen mit zweiten Referenzwerten und gibt einen Alarm aus, bzw. übermittelt den Alarm an die Leitstelle LS, sobald die Messwerte um mehr als einen vorbestimmten Faktor von den zweiten Referenzwerten abweichen.
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Im Folgenden sind drei Beispiele für Umweltinformationen genannt:
- 1). Das erste Inspektionssystem IS1 weist als Sensoreinheit SE1 ein System zur Temperaturmessung, bspw. eine Kamera zur optischen Erfassung einer Oberflächentemperatur von Objekten. Das erste Inspektionssystem IS1 kann dadurch Anlagenteile mit hoher oder überhöhter Temperatur identifizieren. An der Stelle P5, wo eine verglichen zu den ersten Referenzwerten überhöhte Temperatur vorliegt, beispielsweise bedingt durch eine Pumpe, einen Generator oder einen Kessel, wird anschließend das zweite Inspektionssystem IS2 installiert, welches als Sensoreinheit SE2 einen einfachen Temperaturfühler zur Erfassung der lokalen Temperatur aufweist.
- 2). Das erste Inspektionssystem IS1 weist als Sensoreinheit SE1 ein Mikrofonarray auf. Das erste Inspektionssystem IS1 kann dadurch klappernde oder schlagende Anlagenkomponenten identifizieren. Durch Beam-Forming-Methoden kann mittels eines solchen Mikrofonarray die genaue Ursprungsposition der Störgeräusche ermittelt werden. An einer solchen Position P5 wird anschließend das zweite Inspektionssystem IS2 installiert, welches als Sensoreinheit SE2 ein Mikrofon oder einen Vibrationssensor aufweist.
- 3.) Das erste Inspektionssystem IS1 weist als Sensoreinheit SE1 ein Array von Gassensoren auf. Das erste Inspektionssystem IS1 kann dadurch Anlagenbereiche mit auffälligen Gerüchen oder Lecks, aus denen gasförmige Stoffe austreten, identifizieren. An einer solchen Position P5 wird anschließend das zweite Inspektionssystem IS2 installiert, welches zumindest einen Gassensor als Sensoreinheit SE2 aufweist. Dadurch können Anomalien, bspw. bedingt durch offene Ventile, ausströmende Medien, defekte Klappen, etc. detektiert und beobachtet werden.
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Bezugszeichenliste
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- A
- Anlage der Automatisierungstechnik
- DB
- Datenbus
- FB
- Feldbus-Segment
- FG1, FG2, FG3
- Feldgeräte
- IS1, IS2
- Inspektionssysteme
- LS
- Leitstelle
- P1, ..., P7
- Positionen
- PL
- cloudfähige Plattform
- SE1, SE2
- Sensoreinheiten der Inspektionssysteme
- SPS
- übergeordnete Einheit
