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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines optimalen Parametersatzes für ein Feldgerät in einer Messstelle einer Anlage der Automatisierungstechnik, wobei das Feldgerät zumindest eine erste Sensoreinheit zum Erfassen einer physikalischen, chemischen oder sonstigen Größe eines verfahrenstechnischen Prozesses und/oder eine Aktoreinheit zum Beeinflussen einer physikalischen, chemischen oder sonstigen Größe eines verfahrenstechnischen Prozesses aufweist.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Feldgeräte bekannt geworden, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierungstechnik 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 Messgeräte, bzw. Sensoren. 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 Aktoren 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 Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.
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In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Kommunikationsnetzwerke wie beispielsweise Feldbusse (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Leitsysteme bzw. Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder ein dezentrales Steuerungssystem. Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung 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. 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.
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Zur Bedienung der Feldgeräte sind entsprechende Bedienprogramme (Bedientools) notwendig, die auf den übergeordneten Einheiten entweder eigenständig ablaufen (Endress+Hauser FieldCare, Pactware, AMS Fisher-Rosemount, PDM Siemens) oder aber auch in Leitsystem-Anwendungen (Siemens PCS7, ABB Symphony, Emerson Delta V) integriert sind. Ebenso ist es möglich, die Bedienprogramme auf einem mobilen Bediengerät auszuführen, um die Feldgeräte mittels dieser zu bedienen. Bedienen bedeutet insbesondere das Parametrieren, Konfigurieren und Auslesen von Daten eines Feldgeräts.
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Feldgeräte, die in eine neue Applikation einer Prozessanlage integriert werden, oder Austauschfeldgeräte, die ein veraltetes oder defektes Feldgerät einer Applikation ersetzen, müssen spezifisch auf jeweilige Applikation angepasst werden. Dafür werden diese Feldgeräte während oder nach der Fertigung konfiguriert und parametriert. Die Konfiguration beschreibt zum einen die hardwareseitige Konfiguration, beispielsweise betreffend das Flanschmaterial eines Durchflussmessgerätes, als auch die softwareseitige Konfiguration. Unter Parametrierung versteht man das Definieren und Festlegen von Parametern, mit deren Hilfe der Betrieb des Feldgerätes auf die jeweiligen Merkmale der Applikation, beispielsweise das Messmedium, eingestellt wird.
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Feldgräte werden entsprechend der Einbausituation gemäß der Betriebsanleitung manuell parametriert. Die spezifische Anpassung einzelner Parameter ist durch die mitunter hohe Anzahl an Parametern, oftmals bis zu mehreren hundert verschiedenen Parametern, äußerst komplex und mit einem hohen manuellen Aufwand verbunden. Zwar werden oftmals Wizards in der Bediensoftware angeboten, welche die Eingabe von Informationen bezüglich der Einbausituation fordern und anschließend passende Parameter vorschlagen - jedoch ist die Einbausituation nicht immer eindeutig, bzw. nur schwer zu beschreiben, so dass nicht alle notwendigen Daten einfach und zuverlässig erfasst werden können.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den Parametersatz eines Feldgeräts an die tatsächlichen Einbaubedingungen anzupassen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erstellen eines optimalen Parametersatzes für ein Feldgerät in einer Messstelle einer Anlage der Automatisierungstechnik gelöst, wobei das Feldgerät zumindest eine erste Sensoreinheit zum Erfassen einer physikalischen, chemischen oder sonstigen Größe eines verfahrenstechnischen Prozesses und/oder eine Aktoreinheit zum Beeinflussen einer physikalischen, chemischen oder sonstigen Größe eines verfahrenstechnischen Prozesses aufweist, umfassend:
- - Einbauen der Feldgeräts in einer vorgesehenen Einbaustelle der Messstelle;
- - Erfassen von einer oder mehreren ersten Einbauinformationen des Feldgeräts mittels zumindest einer zweiten Sensoreinheit des Feldgeräts;
- - Übermitteln der ersten Einbauinformationen an die cloudbasierte Plattform, wobei auf der cloudbasierten Plattform eine Vielzahl bekannter Einbauinformationen und daraus abgeleiteter Parametersätze gespeichert sind;
- - Vergleichen der ersten Einbauinformationen mit der Vielzahl bekannter Einbauinformationen; und
- - Ermitteln des optimalen Parametersatzes auf Basis des Vergleichens unter Zuhilfenahme der aus den bekannten Einbauinformationen abgeleiteten Parametersätzen.
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Erfindungsgemäß ist ein Feldgerät mit einer zusätzlichen zweiten Sensoreinheit ausgestattet. Die zweite Sensoreinheit dient dem Erfassen von ersten Einbauinformationen, betreffend den Einbauort des Feldgeräts. Basierend auf diesen ersten Einbauinformationen ermittelt eine auf der cloudbasierten Plattform ausgeführte Applikation einen optimalen Parametersatz, mit dessen Hilfe das Feldgerät so ideal wie möglich an die vorliegenden Anforderungen angepasst wird. Für den Bediener besteht der Vorteil, dass dieser keine manuellen Eingaben tätigen muss, bei welchen Falscheingaben getätigt werden könnten und/oder benötigte Daten übersehen werden könnten.
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Feldgeräte, welche im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erwähnt werden, sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung beispielhaft aufgeführt worden.
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Als „cloudbasierte Plattform“ wird ein für einen Bediener, die Feldgeräte und/oder die mobile Bedieneinheit per Internet oder lokalem Netzwerk kontaktierbarer Server bezeichnet, auf dem eine oder mehrere Applikationen ausgeführt werden, welche ein Anzeigen, Verarbeiten und Verwalten von Daten der Assets einer Anlage ermöglicht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die ersten Einbauinformationen eine oder mehrere physikalische Messgrößen umfassen, betreffend:
- - Eine Einbaulage und/oder eine Einbauneigung des Feldgeräts,
- - Eine Einbauhöhe des Feldgeräts;
- - Eine Umgebungstemperatur des Feldgeräts;
- - Eine Umgebungsfeuchte des Feldgeräts;
- - Ein Maß einer Einwirkung von Vibration auf das Feldgerät.
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Die Sensoreinheit ist jeweils zum Erfassen der entsprechenden physikalischen Messgröße ausgestaltet. Zum Erfassen der Einbaulage und/oder der Einbauhöhe kann beispielsweise eine Lokalisierungs-Sensoreinheit, insbesondere eine GPS-Sensoreinheit, verwendet werden. Zum Erfassen der Einbauneigung des Feldgeräts kann beispielsweise ein Neigungssensor verwendet werden. Zur Erfassung der Umgebungstemperatur des Feldgeräts kann beispielsweise ein Temperatursensor verwendet werden. Zur Erfassung der Umgebungsfeuchte des Feldgeräts kann beispielsweise ein Feuchtesensor verwendet werden. Zum Erfassen der Vibrationen kann beispielsweise ein Beschleunigungssensor oder ein Mikrofon verwendet werden.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mittels einer mobilen Bedieneinheit zumindest eine zweite Einbauinformation des Feldgeräts erfasst wird, wobei die zweite Einbauinformation von der Bedieneinheit an die cloudbasierte Plattform übermittelt wird und wobei die zweite Einbauinformation die ersten Einbauinformationen für die Schritte des Vergleichens und Ermitteln des optimalen Parametersatzes ergänzt. Die zweite Einbauinformation ist insbesondere auf Informationen gerichtet, welche mittels der zweiten Sensoreinheiten nicht erfassbar sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die zweite Einbauinformation eine der folgenden ist:
- - Eine Fotografie des in der Einbaustelle eingebauten Feldgeräts;
- - Eine Fotografie der Umgebung der Einbaustelle des Feldgeräts;
- - Eine Videoaufnahme der Umgebung der Einbaustelle des Feldgeräts;
- - Ein Vibrationsspektrum am Feldgerät.
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Erfassbar sind somit Eigenschaften und Dimensionen von Anlagenkomponenten, bspw. Behälter, Rohrleitungen, sowie speziellen Eigenschaften der Messstelle. Auch können beispielsweise Warn- und Hinweisschilder erfasst und ausgewertet werde.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als mobile Bedieneinheit ein mobiles Endgerät oder eine Datenbrille verwendet wird. Bei einem mobilen Endgerät handelt es sich beispielsweise um ein Tablet oder um ein Smartphone. Als Datenbrille wird ein Gerät im Sinne der Microsoft Hololens, Google Glass, Oculus Rift, HTC Vive, o.ä. bezeichnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der aktuelle Parametersatz des Feldgeräts an die cloudbasierte Plattform übermittelt wird, wobei der aktuelle Parametersatz mit dem optimalen Parametersatz verglichen wird und wobei im Falle, dass der aktuelle Parametersatz in zumindest einem vorbestimmten Maß von dem optimalen Parametersatz abweicht, der optimale Parametersatz an das Feldgerät übermittelt wird und der aktuelle Parametersatz im Feldgerät durch den optimalen Parametersatz ersetzt wird. Der aktuelle Parametersatz ist derjenige Parametersatz, welcher bei Ausführung des Verfahrens auf dem Feldgerät gespeichert wird und auf Basis dessen das Feldgerät betrieben wird.
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Gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Feldgerät die ersten Einbauinformationen, und insbesondere den aktuellen Parametersatz, über ein oder mehrere Segmente eines Kommunikationsnetzwerks an die cloudbasierte Plattform übermittelt. Bei dem Kommunikationsnetzwerk handelt es sich beispielsweise um ein drahtloses Netzwerk, beispielsweise ein Mobilfunknetzwerk. Das Feldgerät weist hierbei eine entsprechende Drahtlosschnittstelle zum Übermitteln und Empfangen von Daten im Sinne von „Internet of Things“ auf. Alternativ ist das Feldgerät an ein drahtgebundenes Kommunikationsnetzwerk angeschlossen, beispielsweise ein Feldbus, welcher über eine Netzwerkkomponente, beispielsweise ein Gateway oder ein Edge Device, eine Verbindung mit dem Internet erlaubt. Die cloudbasierte Plattform muss jedoch nicht zwangsweise per Internet kontaktierbar sein, sondern kann sich auch in einem lokalen Netzwerk der Anlage, bzw. des Anlagenbetreibers befinden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der optimale Parametersatz über das Kommunikationsnetzwerk von der cloudbasierten Plattform an das Feldgerät übermittelt wird.
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Gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die mobile Bedieneinheit eine erste drahtlose Kommunikationsverbindung zu dem Feldgerät aufbaut, wobei die mobile Bedieneinheit eine zweite drahtlose Kommunikationsverbindung zu der mobilen Plattform aufbaut, wobei die mobile Bedieneinheit die ersten Einbauinformationen, und insbesondere den aktuellen Parametersatz, via der ersten Kommunikationsverbindung aus dem Feldgerät ausliest, und wobei die mobile Bedieneinheit die ersten Einbauinformationen, und insbesondere den aktuellen Parametersatz, via der zweiten Kommunikationsverbindung an die cloudbasierte Plattform übermittelt. Die erste Kommunikationsverbindung erfolgt bevorzugt drahtlos, beispielsweise per Bluetooth LE. Alternativ kann die mobile Bedieneinheit auch über eine Kabelverbindung mit einer Serviceschnittstelle des Feldgeräts verbunden werden. Die zweite Kommunikationsverbindung wird insbesondre über ein Mobilfunknetz etabliert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die cloudbasierte Plattform den optimalen Parametersatz via der zweiten Kommunikationsverbindung an die mobile Bedieneinheit übermittelt, und wobei die mobile Bedieneinheit den optimalen Parametersatz via der ersten Kommunikationsverbindung an das Feldgerät übermittelt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die mobile Bedieneinheit nach dem Übermitteln des optimalen Parametersatzes von der cloudbasierten Plattform an die mobile Bedieneinheit eine Freigabe eines Bedieners fordert, insbesondere über eine Eingabe des Bedieners, und wobei der optimale Parametersatz nur dann an das Feldgerät übermittelt wird, wenn die Freigabe des Bedieners erfolgt ist. Diese manuelle Kontrolle des Bedieners erhöht die Sicherheit des Parametriervorgangs.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die cloudbasierte Plattform eine Anwendung ausführt, und wobei die Anwendung die Schritte des Vergleichens der ersten Einbauinformationen mit der Vielzahl bekannter Einbauinformationen und des Ermittelns des optimalen Parametersatzes mittels eines KI-Algorithmus durchführt. Der Kl-Algorithmus wird vorab mittels Trainingsdaten eingelernt. Die Trainingsdaten umfassen beispielsweise bekannte Einbauinformationen, korreliert mit entsprechenden Parametersätzen. Die Parametersätze der Trainingsdaten können für die bekannten Einbauinformationen beispielsweise auf Basis von Betriebsanleitungen verschiedener Feldgerätetypen oder Anlagenplänen generiert werden. Der KI-Algorithmus kann des Weiteren den Typ eines jeweiligen Feldgeräts für die vorgenannten Schritte miteinbeziehen, um die optimalen Parametersätze noch gezielter zu erlangen. Der KI-Algorithmus kann beispielsweise als neuronales Netzwerk ausgestaltet sein oder auf Deep Learning, bzw. einer ähnlich geeigneten Methode basieren.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. Es zeigt
- 1: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ein Feldgerät FG wird in eine vorgesehene Einbaustelle einer Messstelle MS eingebaut. Bei dem Feldgerät FG handelt es sich im vorliegenden Fall um ein Durchflussmessgerät mit einem Einlass und einem Auslass. Der Einlass und der Auslass wird an eine Rohrleitung der Messstelle MS angeschlossen. Mittels einer ersten Sensoreinheit SE1 erfasst das Feldgerät FG die Strömungsgeschwindigkeit eines die Rohrleitung durchströmenden Messmediums.
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Nach dem Einbau in die Einbaustelle erfassen zwei zweite Sensoreinheiten SE2, SE2' erste Einbauinformationen EI1 des Feldgeräts FG. Konkret erfasst die zweite Sensoreinheit SE2', ausgestaltet als Lokalisierungs-Sensoreinheit, die geographische Ortsposition, bezogen auf Ort und Höhe, als erste Einbauinformation EI1. Die zweite Sensoreinheit SE2', ausgestaltet als Lagesensor erfasst als erste Einbauposition EI1' die Neigung, bzw. den Einbauwinkel des Feldgeräts FG. Des Weiteren wird mittels einer Kamera einer mobilen Bedieneinheit BE, im vorliegenden Fall ein Smartphone, ein Foto der Einbaustelle und/oder der Messstelle als zweite Einbauinformationen EI2 erfasst.
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Anschließend werden die ersten Einbauinformationen EI1, EI1' und die zweiten Einbauinformationen EI2 über das Internet an eine cloudbasierte Plattform CP übermittelt. Hierfür kann es vorgesehen sein, dass sowohl das Feldgerät FG als auch die mobile Bedieneinheit BE eine Internetverbindung aufweisen und die entsprechenden Einbauinformationen EI1, EI1', EI2 selbstständig an die cloudbasierte Plattform CP übermitteln. Alternativ liest die mobile Bedieneinheit BE die ersten Einbauinformationen EI1, EI1' aus dem Feldgerät FG aus, bzw. fragt diese ab, und übermittelt diese gemeinsam mit den zweiten Einbauinformationen IE2 an die cloudbasierte Plattform CP.
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Auf der cloudbasierten Plattform CP eine Vielzahl bekannter Einbauinformationen und daraus abgeleiteter Parametersätze gespeichert. Die Parametersätze können für die bekannten Einbauinformationen beispielsweise auf Basis von Betriebsanleitungen BA verschiedener Feldgerätetypen oder Anlagenplänen generiert werden. Außerdem ist eine Applikation ausgeführt, welche die übermittelten Einbauinformationen unter Verwendung eines KI-Algorithmus mit den bekannten Einbauinformationen vergleicht und einen für das Feldgerät FG passenden optimalen Parametersatz OP generiert.
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Beispielsweise kann ein Maß einer Einwirkung von Vibration auf das Feldgerät FG für Parameterwerte berücksichtigt werden, die eine höhere Dämpfung des Ausgangssignals bewirken.
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Anhand einer gemessenen Umgebungsfeuchte des Feldgeräts FG können Parameter zur Anpassung der Sendeleistung angepasst werden, im Falle, dass es sich bei dem Feldgerät FG um ein Time-of-Flight-Füllstandsmessgerät handelt.
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Handelt es sich bei dem Feldgerät um einen Aktor, so kann die Einbaulage verwendet werden, um Parameter vorzuschlagen/anzupassen, die zu einer Anpassung der Kraft zur Bewegung des Aktors bei Berücksichtigung der Schwerkraft führen.
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Der Applikation vergleicht anschließend den aktuellen Parametersatz AP des Feldgeräts FG mit dem generierten optimalen Parametersatz OP. Der aktuelle Parametersatz AP wird hierfür von dem Feldgerät FG an die cloudbasierte Plattform CP übermittelt. Alternativ befindet sich ein digitales Abbild des Feldgeräts FG auf der cloudbasierten Plattform CP, welches insbesondere während der Produktion des Feldgeräts FG angelegt wurde, und welches den aktuellen Parametersatz AP des Feldgeräts FG umfasst. Ergibt der Vergleich, dass der aktuelle Parametersatz AP im Wesentlichem dem optimalen Parametersatz OP entspricht, werden keine weiteren Schritte unternommen. Im Falle, dass der aktuelle Parametersatz AP in zumindest einem vorbestimmten Maß (bspw. eine in Hinsicht auf eine definierte Anzahl von abweichenden Parametern - wobei bestimmte kritische Parameter identisch sein müssen - oder einer definierten Abweichung von Wertebereichen einzelner Parameter, o.ä.) von dem optimalen Parametersatz OP abweicht, wird der optimale Parametersatz OP an das Feldgerät FG übermittelt. Auch hier kann der optimale Parametersatz OP direkt an das Feldgerät FG übermittelt werden, oder zuerst an die mobile Bedieneinheit BE übermittelt werden, welche den optimalen Parametersatz, insbesondere nach einer erfolgten Überprüfung und Bestätigung durch einen Bediener, an das Feldgerät FG übermittelt.
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Anschließend wird der aktuelle Parametersatz AP im Feldgerät FG durch den optimalen Parametersatz OP ersetzt, so dass das Feldgerät FG anschließend eine zu den Einbaubedingungen ideale Parametrierung aufweist.
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Die Erhebung der zweiten Einbauinformationen EI2 ist für das erfindungsgemäße Verfahren optional. Abhängig von dem Typ des Feldgeräts FG, der Messstelle MS, der geplanten Applikation und/oder zweiten Sensoreinheit(en) SE2, SE2' kann es ausreichend sein, nur erste Einbauinformationen EI1, EI1' zu erfassen.
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Bezugszeichenliste
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- AP
- aktueller Parametersatz
- BA
- Betriebsanleitungen
- BE
- mobile Bedieneinheit
- CP
- cloudbasierte Plattform
- EI1, EI1'
- erste Einbauinformationen
- EI2
- zweite Einbauinformationen
- FG
- Feldgerät
- MS
- Messstelle
- OP
- optimaler Parametersatz
- SE1
- erste Sensoreinheit
- SE2, SE2'
- zweite Sensoreinheiten
