DE10358018A1

DE10358018A1 - Prozesswertdarstellung im Zeitverlauf

Info

Publication number: DE10358018A1
Application number: DE2003158018
Authority: DE
Inventors: Soeren Moritz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2005-07-21
Also published as: WO2005057311A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Darstellung von Prozessmesswerten in einem von einem Anwender (7) beliebig auswählbaren Zeitverlauf. Die Prozesswerte können im Zeitraffer oder in Zeitlupe dargestellt werden. Zu diesem Zweck werden die erfassten Werte in einem Archiv (3) gespeichert. Eine Auswerteeinheit (4) kann die entsprechenden Werte transformieren, zusammenfassen oder über Rechenoperationen, beispielsweise den Soll-Wert vom Ist-Wert abziehen, aufbereiten. Über eine Bedieneinheit (5) kann der Anwender (7) verschiedene Auswerteoptionen auswählen und auch den Zeitraum sowie die Zeitachse (Geschwindigkeit) für die darzustellenden Prozesswerte auswählen. Die Werte werden in einem 3-D-Flächemodell (Mod) angezeigt, wobei die Veränderung der Werte durch einen wellenförmigen Verlauf über die Zeitachse visualisiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein System sowie ein Verfahren zur Darstellung von Messwerten, insbesondere Prozesswerten, über einen Zeitverlauf.
Für die Darstellung von Messwerten, insbesondere Sensorwerten von Produktionsprozessen im Rahmen industrieller Prozesse werden in der Regel Kurven als grafische Darstellungsformen gewählt, bei denen entweder ein Werteverlauf über eine räumliche Verteilung der verschiedenen beteiligten Sensoren angezeigt wird oder ein zeitlicher Verlauf der einzelnen Werte dargestellt werden kann. Bei industriellen Produktionsprozessen werden Prozessmesswerte in unterschiedlichen Zeitabständen direkt am Prozess durch die Sensoren gemessen. Je nach industriellem Prozess müssen Messwerte in schneller Reihenfolge erhoben werden, wenn beispielsweise eine schnelle Veränderung im Rahmen des Produktionsprozesses bedingt durch eine hohe Dynamik erfolgt.
Andererseits gibt es Produktionsprozesse, bei denen Messwerte in größeren Abständen erhoben werden, weil die Prozesse relativ träge sind. Zur letzteren Kategorie gehören beispielsweise Trocknungs-, Brenn- und vergleichbare Klimaprozesse, welche sich insgesamt über einen längeren Zeitraum, beispielsweise über Stunden erstrecken. Gleichzeitig laufen diese Prozesse über eine große räumliche Ausdehnung ab und sind häufig in mehrere Abschnitte, beispielsweise Brennkammern oder Darren verteilt. Derartige lang andauernde und sich langsam ändernde Prozesse sind zudem durch einen trägen Regelungsprozess gekennzeichnet. In einzelnen Abschnitten des Prozesses, z.B. in unterschiedlichen Brennkammern oder in verschiedenen Darren kommen einzelne Regelungen zum Einsatz. Die Erfassung der Prozessmesswerte, insbesondere der Klimawerte, wie beispielsweise Temperatur, Feuchtigkeit und Druck erfolgt auf Basis eines als Matrix angeordneten Sensorfeldes. Aufgrund der Trägheit des Prozesses sind für einen Anwender, beispielsweise einen Benutzer eines Prozessleitsystems Schwingungen im Regelsystem des Prozesses nur schwer zu erkennen.
Desgleichen sind bei extrem dynamischen Prozessen die Änderungen der Messwerte ebenso schwer im Zeitverlauf zu erkennen, da eine für den Anwender nicht mehr erfassbare Geschwindigkeit der Prozesswertänderungen vorliegt. Um derartige extrem träge wie auch extrem schnelle Prozesse vernünftig visualisieren zu können, müssen die erhobenen Messwerte zeitlich gerafft bzw. gedehnt dargestellt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nunmehr, Messwerte bzw. Regelungswerte eines Prozesses im räumlichen sowie im zeitlichen Verlauf darzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein System zur Darstellung von Messwerten, insbesondere Prozesswerten, mit mindestens einer Erfassungsvorrichtung zur Erfassung der Messwerte, mindestens einem Archivsystem zur Speicherung der erfassten Messwerte und/oder zum Auslesen der Messwerte, mindestens einer Auswerteeinheit zur Aufbereitung der aus dem Archivsystem ausgelesenen Messwerte und mindestens einer Anzeigevorrichtung zur Anzeige der Messwerte, wobei ein die Messwerte grafisch repräsentierendes Modell zur Darstellung der Messwerte in einem auswählbaren Zeitverlauf vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Messwerte, insbesondere eines Produktionsprozesses, über einen beliebig auswählbaren Zeitverlauf für einen Anwender des Systems darstellbar sein sollten. Für den Betreiber einer Produktionsanlage bzw. den Benutzer eines Prozessleitsystems ist es überaus wichtig, beispielsweise Schwingungen und Abweichungen im Verlauf des Produktionsprozesses über einen beliebig auswählbaren Zeitraum darstellen zu können und zu erkennen. Beson ders wichtig ist hierbei, dass nicht nur einzelne Messwerte im Rahmen eines derartigen Systems dargestellt werden können, sondern dass ein ganzes Feld von Sensoren, welche Daten erheben, im Rahmen eines Modells über einen auswählbaren Zeitverlauf visualisiert werden kann. Dies erleichtert dem Anwender, intuitiv zu erfassen, in welchen Bereichen im Rahmen des Produktionsprozesses besondere Messwertschwingungen und damit gegebenenfalls zu regelnde Prozesszustände vorkommen.

Hierzu werden die erhobenen Daten in einem Archiv gesammelt und derart aufbereitet, dass sie über einen Zeitverlauf in dem Modell grafisch visualisiert werden können. Der Zeitverlauf ist hierbei auswählbar, sowohl was das Zeitfenster als auch den Grad der Komprimierung der erfassten Messwerte anbelangt.

Insbesondere können durch den wählbaren Zeitverlauf einem Anwender Schwingungen in einem Prozesssystem, insbesondere in einem Klimasystem, visualisiert werden, die der Anwender ohne das vorliegende System entweder aufgrund ihrer Trägheit bzw. aufgrund ihrer zeitlich hohen Dynamik nicht erfassen kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Erfassungsvorrichtung als Sensormessfeld zur Erfassung von Prozesswerten, insbesondere von Klimawerten, vorgesehen ist. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vor allem, dass nicht die Werte einzelner Sensoren einzeln im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems gemeldet, weitergeleitet bzw. bearbeitet werden müssen, sondern dass als Eingangsschnittstelle für das System ein gesamtes Sensormessfeld verwendet werden kann. Ein derartiges Sensormessfeld liefert die Daten in koordinierter und strukturierter Form bereits für das System ab.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Messwertebearbeitungssystem zur Aufbereitung der erfassten Werte für eine weitere Bear beitung vorgesehen ist. Hierbei ist vorteilhaft, dass die erhobenen Messwerte unter Umständen gleich zusammengefasst werden können, falls dies im Rahmen der weiteren Betrachtung notwendig oder günstig ist. Des Weiteren können die Messwerte mit Hilfe der Messwertebearbeitungsvorrichtung bzw. des Messwertebearbeitungssystems umgerechnet werden. Denkbar sind hier beispielsweise beliebige Transformationen, z.B. eine logarithmische Transformation, die die unter Umständen über einen großen Wertebereich streuenden Messwerte auf einen kleineren leichter darstellbaren Wertebereich transformiert. Beliebige andere Bearbeitungen der erfassten Messwerte zur besseren Darstellung sind hier ebenfalls denkbar.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Bedieneinheit zur Auswahl der darzustellenden Messwerte durch einen Anwender des Systems vorgesehen ist. Hierdurch kann ein Anwender auf vorteilhafte Weise beispielsweise die Prozesswerte eines bestimmten Teilbereiches einer Produktionsanlage darstellen lassen. Ebenfalls kann der Anwender durch die Bedieneinheit auswählen, welche Form der Messwerte er darstellen möchte. Beispielsweise kann ein Anwender aus den erhobenen Messwerten Temperatur, Druck sowie Feuchtigkeit sich nur einen der drei Parameter darstellen lassen. Es ist somit sowohl eine wertespezifische als auch eine räumlich spezifische Auswahl durch einen Anwender möglich. Die Bedieneinheit kann dabei derart ausgestaltet sein, dass die unterschiedlichen Möglichkeiten zur Auswahl der Werte bzw. auch der Bereiche bereits vorgegeben sind und sowohl Bereich als auch spezifischer Wert beispielsweise durch Anklicken eines entsprechenden repräsentierenden Ikons oder durch Auswählen eines Teils einer Anlage auf dem Bildschirm erfolgt. Hierbei kann die Bedieneinheit beispielsweise auch als Touchscreen ausgebildet sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinheit zur Eingabe bzw. Steuerung des Zeitverlaufs der dazustellenden Messwerte durch einen Anwender des Systems vorgesehen ist. Durch diese vorteilhafte Ausbildung wird es dem Anwender ermöglicht, den Verlauf, über den die erhobenen Messwerte dargestellt werden sollen über die Bedieneinheit anzugeben. Hierbei kann der Anwender sowohl das Zeitfenster auswählen, über den die entsprechenden Messwerte dargestellt werden sollen, als auch die Skalierung der Zeitachse auswählen. Dem Anwender wird dadurch ermöglicht, die Messwerte zeitlich zu stauchen bzw. im Zeitverlauf gedehnt darstellen zu lassen. Vorteilhaft ist hierbei, dass der Anwender sich in beliebige Zeitverläufe hineinzoomen kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit zur Aufbereitung der Werte in der Form vorgesehen ist, dass die Werte in Echtzeit im Zeitraffer und/oder in Zeitlupe im grafischen Modell darstellbar sind. Hierdurch können beispielsweise besonders träge Prozesse, bei denen auf den ersten Blick keine Messwertveränderung festzustellen ist, durch eine Zeitrafferfunktionalität so dargestellt werden, dass Änderungen der Messwerte und damit Schwingungen im Rahmen des Prozesses leicht erkannt werden können. Desgleichen können beispielsweise Prozesse, die durch eine besonders hohe Dynamik gekennzeichnet sind, zeitlich entzerrt werden, also quasi in Zeitlupe wiedergegeben werden, so dass auch innerhalb dieser Prozesse Veränderungen, die unter Umständen für die menschliche Wahrnehmung zu schnell erfolgen, vorteilhaft dargestellt werden können. Insgesamt ist für die zeitliche Darstellung der erfassten Prozesswerte dem Anwender eine größtmögliche Gestaltungsfreiheit im Rahmen der vorliegenden Erfindung gegeben.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das die Messwerte repräsentierende grafische Modell ein 3D-Flächenmodell ist. Messwerte, die räumlich nah beieinander liegen werden in diesem 3D-Flächenmodell im Rahmen einer Matrix ebenso in räumlicher Nähe abge bildet. Unterschiedliche Höhen der gemessenen Werte bzw. unterschiedliche Bereiche der Messwerte werden im Rahmen der 3D-Flächenmatrix bzw. des Modells als unterschiedlich hohe Wellen dargestellt. Im Rahmen der zeitlichen Darstellung des Verlaufs bewegen sich diese Wellen dann quasi über das 3D-Flächenmodell und ein Anwender kann sofort intuitiv erfassen, mit welcher Dynamik sich die gemessenen Werte bzw. die Prozesswerte räumlich und zeitlich verändern. Insbesondere regelmäßige Schwingungen im Rahmen eines Systems sind mit Hilfe des 3D-Flächenmodells und der Darstellung der Werte in Form von Wellen leicht erkennbar.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Glättung der Darstellung der Messwerte im grafischen Modell durch Interpolation vorgesehen ist, wobei eine Hervorhebung von wellenförmigen Verläufen der Messwerte vorgesehen ist. Um dem Anwender eine möglichst gefällige und intuitiv erfassbare Darstellung der Werte zu bieten, werden die zwischen den einzelnen Messwerten liegenden freien Flächen durch Interpolation der sie begrenzenden Messwerte gefüllt. Hierdurch wirkt das dem Anwender des Systems dargestellt Flächenmodell weich wie die Oberfläche einer Flüssigkeit und der Wellencharakter, der den zeitlichen Verlauf der Höhe der Messwerte widerspiegelt, ist noch leichter zu erfassen. Im Gegensatz zu einem Gitter von Punkten, wird eine derart befüllte Fläche wesentlich leichter in Bezug auf ihren Informationsgehalt vom Anwender erfasst.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Darstellung von Messwerten,

2 ein 3D-Flächenmodell zur Darstellung von Messwerten in einer Anzeigeeinheit.

Das System in 1 verfügt über ein Sensormessfeld 1 zur Erfassung ausgewählter Messwerte, insbesondere Klimawerte (bsp. Temperatur, Druck, Feuchtigkeit) eines Prozesses.

Ein Prozesswerterfassungssystem 2 erfasst die Sensorwerte 1 und bereitet sie für eine weitere Bearbeitung auf. Die erfassten Werte werden an ein Archivsystem 3 mit folgende Informationen weitergereicht: Prozesswert-ID, Ist-Wert, Soll-Wert, Erfassungszeitpunkt, räumliche Position im Messfeld 1. Das Archivsystem 3 dient zur Speicherung und Abfrage von Messwerten, die über einen längeren Zeitraum aufgezeichnet werden müssen. Es werden keine Annahmen über die Art der Aufzeichnung getroffen (z.B. Komprimiert, Deltaaufzeichnung, Ringbuffer, usw.).

Eine Auswerteeinheit 4 bereitet die Daten aus dem Archiv 3 in der Form auf, dass sie als Zeitraffer oder in Zeitlupe in Form eines 3D-Flächenobjektes in einer Anzeigeeinheit 6 zur Darstellung gebracht werden. Die Zeitraffer- bzw. Zeitlupenfunktionalität wird über eine Bedieneinheit 5 vom Anwender 7 gesteuert.

Die Auswerteeinheit 4 versucht, die Prozesswertdaten flüssig darzustellen, d.h. sie versorgt die Anzeigeeinheit 6 ungefähr alle 1/20 Sekunde mit neuen Werten. Die Werte werden hierbei in Form einer n x m Matrix übergeben. Je nach Anwendereinstellung stellen diese Werte entweder den Ist-Wert, den Soll-Wert, das Delta zwischen Ist- und Sollwert oder die relative Abweichung zwischen Ist und Soll-Wert dar.

Über eine Bedieneinheit 5, wird die Zeitraffer- bzw. Zeitlupenfunktionalität der Auswerteeinheit 4 gesteuert. Die Bedieneinheit 5 ermöglicht dem Anwender 7 die Zeitraffer- bzw. Zeitlupenfunktionalität ähnlich wie bei einem Videorecorder zu steuern: Festlegen des Startzeitpunktes; Einstellen der Abspielgeschwindigkeit; Vor- bzw. Rücklauf einstellen; Anhalten der Aufzeichnung; Stoppen der Aufzeichnung. Eine Bedienung der Zeitfunktionalität über ein Stellglied, beispiels weise ein drehbares Bedienelement mithilfe dessen der gewünschte Zeitablauf sehr fein justiert werden kann ist auch möglich. Zusätzlich erlaubt die Bedieneinheit 5, bestimmte Prozesswerte im Archiv 3 auszuwählen (z.B. nur Temperaturwerte) und erlaubt auch die Art der Aufbereitung – wie oben beschrieben – festzulegen. Die Anzeigeeinheit 6, bringt den Strom der von der Auswerteeinheit 4 aufbereiteten Prozesswertmatrix in Form eines 3D Flächenmodells Mod dem Anwender zur Anzeige.

Das 3D Modell in 2 legt für eine n x m Prozesswertmatrix eine Punktmatrix der Größe (n+2) x (m+2) an. Die x und y Werte werden dabei gleichmäßig verteilt. Die z-Werte der Punkte am Rande der Matrix werden mit 0 vorbelegt. Die inneren z-Werte der Punkte werden entsprechend der vorgegebnen Prozesswertmatrix gesetzt. Dabei gilt folgende Abbildungsvorschrift: Der Wert der Prozesswertmatrix an der Position i, j wird auf den z-Wert an Stelle i+1, j+1 der Punktmatrix übertragen. Die Anzeigematrix spannt ein Anzeigegitter auf. Vorteilhaft wird das System dabei so ausgeprägt, dass Zwischenpunkte innerhalb und entlang der Gitterlinien interpoliert werden (z.B. mit Hilfe von Nurb-Algorithmen). Hierdurch erfolgt eine Glättung der Darstellung, die zu einer Hervorhebung von Wellenförmigenverläufen führt.

Das Modell wird in der Anzeigeeinheit 6 dargestellt. Über die Bedieneinheit 5 kann der Anwender 7 die gewünschten darzustellenden Werte eingeben bzw. auswählen und den gewünschten Zeitverlauf für die Darstellung einstellen.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein System sowie ein Verfahren zur Darstellung von Prozessmesswerten in einem von einem Anwender 7 beliebig auswählbaren Zeitverlauf. Die Prozesswerte können im Zeitraffer oder in Zeitlupe dargestellt werden. Zu diesem Zweck werden die erfassten Werte in einem Archiv 3 gespeichert. Eine Auswerteeinheit 4 kann die entsprechenden Werte transformieren, zusammenfassen oder über Rechenoperationen, beispielsweise den Soll-Wert vom Ist-Wert abziehen, aufbereiten. Über eine Bedieneinheit 5 kann der Anwender 7 verschiedenen Auswerteoptionen auswählen und auch den Zeitraum sowie die Zeitachse (Geschwindigkeit) für die darzustellenden Prozesswerte auswählen. Die Werte werden in einem 3D-Flächenmodell Mod angezeigt, wobei die Veränderung der Werte durch einen wellenförmigen Verlauf über die Zeitachse visualisiert wird.

Claims

System zur Darstellung von Messwerten, insbesondere Prozesswerten, mit – mindestens einer Erfassungsvorrichtung (1) zur Erfassung der Messwerte, – mindestens einem Archivsystem (3) zur Speicherung der erfassten Messwerte und/oder zum Auslesen der Messwerte, – mindestens einer Auswerteeinheit (4) zur Aufbereitung der aus dem Archivsystem (3) ausgelesenen Messwerte und – mindestens einer Anzeigevorrichtung (6) zur Anzeige der Messwerte, wobei ein die Messwerte grafisch repräsentierendes Modell (Mod) zur Darstellung der Messwerte in einem auswählbaren Zeitverlauf vorgesehen ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erfassungsvorrichtung (1) als Sensormessfeld zur Erfassung von Prozesswerten, insbesondere von Klimawerten vorgesehen ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messwertebearbeitungssystem (2) zur Aufbereitung der erfassten Werte für eine weitere Bearbeitung vorgesehen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bedieneinheit (5) zur Auswahl der darzustellenden Messwerte durch einen Anwender (7) des Systems vorgesehen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinheit (5) zur Eingabe bzw. Steuerung des Zeitverlaufs der darzustellenden Messwerte durch einen Anwender (7) des Systems vorgesehen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedieneinheit (5) zur Eingabe einer vom Anwender (7) gewünschten Vorverarbeitung der Messwerte durch die Auswerteeinheit (4) für die Darstellung vorgesehen ist, insbesondere zur Subtraktion der Soll-Werte von den Ist-Werten, so dass die Sollwertabweichung im grafisch repräsentierenden Modell (Mod) dargestellt wird.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (4) zur Aufbereitung der Werte in der Form vorgesehen ist, dass die Werte in Echtzeit, im Zeitraffer und/oder in Zeitlupe im grafischen Modell (Mod) darstellbar sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Messwerte repräsentierende grafische Modell (Mod) ein 3D-Flächenmodell ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Glättung der Darstellung der Messwerte im grafischen Modell (Mod) durch Interpolation vorgesehen ist, wobei eine Hervorhebung von wellenförmigen Verläufen der Messwerte vorgesehen ist.
Verfahren zur Darstellung von Messwerten, insbesondere Prozesswerten, bei dem – die Messwerte erfasst werden, – die Messwerte in mindestens einem Archivsystem (3) gespeichert und/oder aus dem Archivsystem (3) ausgelesen werden, – die ausgelesenen Messwerte aufbereitet werden und – die aufbereiteten Messwerte mittels eines die Messwerte grafisch repräsentierenden Modells (Mod) angezeigt wer den, wobei die Darstellung der Messwerte in einem auswählbaren Zeitverlauf erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte in Form von Prozesswerten mittel seines Sensormessfeldes erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Messwerte für eine weitere Bearbeitung aufbereitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die darzustellenden Messwerte durch einen Anwender (7) des Systems ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitverlauf der darzustellenden Messwerte durch einen Anwender (7) eingegeben und/oder gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine gewünschten Vorverarbeitung der Messwerte durch die Auswerteeinheit (4) für die Darstellung über die Bedieneinheit (5) vom Anwender (7) eingegeben wird, insbesondere zur Subtraktion der Soll-Werte von den Ist-Werten, so dass die Sollwertabweichung im grafisch repräsentierenden Modell (Mod) dargestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die die Werte in Echtzeit, im Zeitraffer und/oder in Zeitlupe im grafischen Modell (Mod) dargestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das die Messwerte in einem 3d-Flächenmodell repräsentiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellung der Messwerte im grafischen Modell (Mod) durch Interpolation geglättet wird, wobei die wellenförmigen Verläufe der Messwerte hervorgehoben werden.