DE112010005812T5

DE112010005812T5 - Verfahren zum Steuern von technischer Ausrüstung

Info

Publication number: DE112010005812T5
Application number: DE112010005812T
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Fantana Nicolaie L.; Dr. Ganz Christopher
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2013-06-06
Also published as: US20130158678A1; JP2013537671A; WO2012022358A1; CN103069451A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Steuerung und Fernüberwachung des Zustands von technischer Ausrüstung oder Anlagen, die alle mit Transpondern oder Etiketten als einem elektronischen Identifikator versehen sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Schritt 1: Der Benutzer identifiziert die Vorrichtung oder Maschine, während er sich vor Ort befindet. Die eindeutige ID, gespeicherte Daten auf dem Transponder und eventuell auch Sensordaten werden gelesen; Schritt 2: Eine Mobilgeräte-Anwendung sendet eine Steuerungsanforderung von einer identifizierten Vorrichtung an das Automationssystem zur Genehmigung; Schritt 3: Die Anforderung und die Daten werden durch das zentrale Automationssystem auf die folgenden Merkmale hin analysiert – ist die Steuerungsanforderung erlaubt oder genehmigt, so dass keine Fehloperation möglich ist, – welche Funktion wird über ein Mobilgerät erlaubt, zum Beispiel nur Betrachten von Konfiguration, Prozesswerten, Grafiken oder Kurven im zeitlichen Verlauf, Service-Aktionen; Schritt 4: Wenn die Steuerung erlaubt ist, so werden die Befehle bezüglich der angeforderten Konfiguration, Aktion und dergleichen an das zentrale Automations- oder Steuerungssystem gesendet, das die Befehle steuert oder weiterleitet, wodurch die Befehle für die Vorrichtung oder Maschine ausgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Steuerung und/oder Überwachung des Zustands von technischer Ausrüstung oder Anlagen für eine vor Ort befindliche Person, wobei alle Ausrüstungen mit Transpondern oder Etiketten als einem elektronischen oder visuellen Identifikator versehen sind, während die Datenübertragung durch ein elektronisches Kommunikationsmittel ausgeführt wird.
In modernen industriellen Einrichtungen, zum Beispiel Anlagen oder komplexer Ausrüstung, kommen häufig halb-automatisierte oder automatisierte Produktionsmittel zum Einsatz. Oft gibt es eine zentrale Bedienstation, aber auch Steuertafeln vor Ort für einige Ausrüstungen.
Die Steuerung einzelner Vorrichtungen, Maschinen oder Ausrüstungen ist von der zentralen Bedienstation aus zum Beispiel unter Verwendung von Faceplates oder Befehlsschnittstellen oder von eingebauten Schalttafeln an der Ausrüstung möglich. Nicht alle Ausrüstungen lassen sich mit Hilfe lokaler Steuertafeln steuern und brauchen zentrale Bedienung.
Darum ist die Steuerung der Vorrichtung oder Maschine vor Ort nicht mit den gleichen Funktionen und detaillierten Informationen möglich wie in der Zentralstation beispielsweise mittels Faceplates für Befehlsgabe und Visualisierung, Konfigurationsmitteln, historischen Informationen über Prozesswerte, Service-Historie und dergleichen.
Des Weiteren können nicht alle Sicherheitsvoraussetzungen vor Ort bekannt sein, wenn man vor der Ausrüstung steht, um sie ordnungsgemäß zu steuern. Die Verbindung zur Steuerungsstation oder zum Steuerungsstationsbediener sowie die Koordination mit der Person vor Ort für einen sicheren Betrieb sind recht komplex, wodurch es zu Missverständnissen und Fehlbedienung kommen kann.
Des Weiteren werden gemäß den heutigen vertraglichen Gepflogenheiten die Wartung und/oder der Service der jeweiligen Einrichtung durch ihren Hersteller übernommen, der sich meistens nicht am selben Ort befindet wie die zu steuernde und/oder zu überwachende Einrichtung, sondern an einem anderen Ort, oder ein externer Dienstleister, der mit diesen Arbeiten beauftragt ist, benötigt die Informationen über die jeweilige Ausrüstung.
Auf der Grundlage dieser Fakten ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine dezentralisierte, aber sichere und koordinierte Steuerung von technischer Ausrüstung ermöglicht, während sich die Person, die mit diesen Aufgaben betraut ist, vor Ort befindet, durch die zentrale Steuerungsstation oder das zentrale Steuerungssystem die Genehmigung für diese Arbeiten bekommt und mit einem hohen Maß an hinreichender Überwachungsbefugnis und -kompetenz für die an dem räumlich abgesetzten Anlagenstandort verfügbare Ausrüstungsbedienung ausgestattet wird.
Folglich wird diese Aufgabe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mittels zweckmäßiger Vorrichtungen zur, zum Beispiel elektronischen und/oder visuellen, Identifizierung der jeweiligen zu wartenden, zu betreuenden und/oder zu überwachenden Ausrüstung sowie zur Identifizierung der jeweiligen Person, die mit solchen Arbeiten betraut ist, gelöst.
Folglich wird jedes jeweilige Objekt durch ein elektronisches Gerät identifiziert, das seinen speziellen Transponder oder sein spezielles Etikett liest, der bzw. das alle relevanten Daten über seine Position, seine Nutzungsrate, seine Last und/oder Lastzyklen umfasst, während die jeweilige Antwort über das Kommunikationsmittel an die zentrale Steuerungsstation oder an ein zentrales Automationssystem gesendet wird, während die empfangene Antwort, die die jeweilige Daten umfasst, in dem Automationssystem verarbeitet wird und das Automationssystem entsprechende Befehle generiert, die durch die jeweiligen elektronischen Identifikatoren über das Kommunikationsmittel empfangen und ausgeführt werden.
Dementsprechend ist das neue Verfahren durch vier Schritte gekennzeichnet:
Schritt 1: Der Benutzer identifiziert die Vorrichtung oder Maschine, während er sich vor Ort befindet. Die eindeutige ID, gespeicherte Daten auf dem Transponder und eventuell auch Sensordaten werden gelesen.
Schritt 2: Eine Mobilgeräte-Anwendung sendet eine Steuerungsanforderung, die die Daten zur Identifizierung der Vorrichtung vor Ort und optional weitere Daten der identifizierten Vorrichtung umfasst, an das Automationssystem zur Genehmigung sowie mit Bezug auf die Person, die mit der Ausführung dieser Aktionen betraut ist. Somit werden ebenfalls Daten zur Identifizierung der Person, die das Mobilgerät trägt und vor Ort arbeitet, gesendet.
Schritt 3: Die Anforderung und die Daten werden durch das zentrale Automationssystem auf die folgenden Kriterien hin analysiert:

– ist die Steuerungsanforderung erlaubt oder genehmigt, so dass kein Fehlbetrieb möglich ist,
– welche Funktion wird über ein Mobilgerät erlaubt, zum Beispiel nur Betrachten von Konfiguration, Prozesswerten, Grafiken oder Kurven im zeitlichen Verlauf, Service-Aktionen oder auch Steuerungsaktionen;

Die oben angeführten Schritte sind zusammenfassend ausgedrückt:

– Anforderung von Bedienung oder Überwachung
– Überprüfung durch das zentrale System
– Bestätigung
– Erlauben der Steuerung vom Standort, d. h. der eingebauten Mobilgerät-Faceplate des Gerätes, aus
– Benutzerbefehle
– Betrachten oder Überwachen und Senden von Befehlen an die zentrale Station, um an der vor Ort befindlichen Ausrüstung ausgeführt zu werden.

Bevorzugt ist die oben gezeigte Kurzversion wichtig, wenn eine Bedien-Faceplate verwendet wird, die auf dem Mobilgerät erzeugt wird, so dass entsprechende Genehmigungen erteilt werden, um eine Bedienung von dieser Faceplate aus vorzunehmen.
Grundsätzlich müssen die oben angesprochenen Transponder oder Etiketten für Identifizierungszwecke, die an der jeweiligen Ausrüstung oder an der jeweiligen Person angebracht sind, keineswegs nur die üblichen passiven RFID(Radio Frequency Identification)-Transponder oder -Etiketten sein, sondern können auch Strichcodes (1D, 2D) sowie NFC(Near Field Communication)-Transponder, aktive RFID-Transponder, drahtlose Sensorknoten- oder Hybridtransponder oder -etiketten sein, die auch elektronisch gespeicherte Daten und Informationen sowie visuell anzeigbare Informationen umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Daten, die aus dem jeweiligen Identifikator auszulesen sind, über ein Kabelkommunikationsmittel übertragen, bei dem es sich um ein Nahbereichsnetzwerk (LAN), ein Fernbereichsnetzwerk (WAN) oder eine Telefonleitung handeln kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Daten, die aus dem jeweiligen Identifikator auszulesen sind, durch ein Drahtloskommunikationsmittel gesendet werden, während das Drahtloskommunikationsmittel zum Senden von Daten, die aus dem jeweiligen Identifikator ausgelesen wurden, WLAN oder Bluetooth verwendet.
Insbesondere sind die Drahtloskommunikationsmittel bevorzugt mit Zugangspunkten sowie mit Repeatern ausgestattet, um das gesamte Umfeld der Anlage abzudecken.
Darüber hinaus ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein System bereitzustellen, das gemäß dem oben beschriebenen Verfahren betrieben wird.
Dementsprechend ist ein solches System zur Steuerung und Fernüberwachung des Zustands von technischer Ausrüstung oder Anlagen, die alle mit Transpondern oder Etiketten als elektronische Identifikatoren versehen sind und elektronische Kommunikationsmittel nutzen, dadurch gekennzeichnet, dass

– das jeweilige Objekt mit speziellen Transpondern oder Etiketten zur Identifizierung versehen ist, die alle relevanten Daten über die Position, die Nutzungsrate, die Last und Lastzyklen des jeweiligen Objekts umfassen,
– ein Kommunikationsmittel zum Senden der speziellen Daten, die über das Kommunikationsmittel an ein zentrales Automationssystem zu senden sind, bereitgestellt ist,
– das Automationssystem die empfangene Antwort, die die jeweiligen Daten umfasst, verarbeitet, und
– das Automationssystem entsprechende Befehle generiert, die durch die jeweiligen elektronischen Identifikatoren über das Kommunikationsmittel empfangen und ausgeführt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieses Systems sind die speziellen Transponder oder Etiketten zur Identifizierung mit gedruckten Informationen versehen, die elektronisch zu lesen sind, zum Beispiel Strichcodes.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform dieses Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass die speziellen Transponder oder Etiketten zur Identifizierung mit elektronischen Identifikatoren versehen sind, zum Beispiel aktiven oder passiven RFID, während der elektronische Identifikator anstelle von passiven oder aktiven RFID auch ein Strichcode oder ein NCF-Transponder oder ein drahtloser Sensorknoten sein kann. Darüber hinaus können Hybridtransponder als elektronischer Identifikator verwendet werden, der auch visuelle Informationen mittels eines Strichcodes als ein RFID innerhalb eines Transponders oder Etiketts liefert.
Der Vorteil einer visuellen Identifizierung liegt in der Tatsache, dass übliche Smartphones, die eine eingebaute Kamera haben, verwendet werden können, so dass kein RFID-Lesegerät mehr benötigt wird.
Darüber hinaus wird ☐ als eine bevorzugte Ausführungsform dieses Systems ☐ ein Kabelmittel für die Übertragung der Informationen, die in den speziellen Transpondern oder Etiketten des überwachten und/oder gesteuerten Bereichs enthalten sind, an das Automationssystem verwendet. Eine solche Ausführungsform kann ein Fernbereichsnetzwerk (WAN) oder eine Telefonkommunikationsleitung sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist das Drahtloskommunikationsmittel für die Übertragung der Informationen, die in den speziellen Transpondern oder Etiketten des überwachten und/oder gesteuerten Bereichs enthalten sind, an das Automationssystem vorhanden.
Vorteilhafterweise arbeitet ein System, das mit einem Drahtloskommunikationsmittel ausgestattet ist, mit einem drahtlosen Nahbereichsnetzwerk (WLAN) oder Bluetooth.
Darüber hinaus ist es möglich, dass das erfindungsgemäße System das Drahtloskommunikationsmittel mittels einer Mobiltelefonkommunikation bereitstellt.
Diese und weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Anhand einer schematischen Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, die in der beiliegenden, nicht-maßstabsgerechten Zeichnung gezeigt ist, werden die Erfindung, vorteilhafte Bauformen und Modifikationen der Erfindung sowie Verbesserungen und spezielle Vorteile der Erfindung veranschaulicht und ausführlicher beschrieben.
In der Zeichnung ist 1 eine schematische Darstellung eines Anlagenbereichs mit zu steuernder und/oder zu überwachender Ausrüstung.
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Anlagenbereichs 10 dargestellt, der mit Ausrüstung 18 ausgestattet ist, die durch jeweilige Geräte zu steuern und/oder zu überwachen ist, zum Beispiel ein Mobilgerät 12 zum Senden und ein elektronisches Schreib/Lesegerät 14 zur Auswertung des jeweiligen elektronischen Transponders 16, der an der jeweiligen Anlagenkomponente 18 angebracht ist.
Das Mobilgerät 12 kann ein mobiler Personalcomputer, zum Beispiel ein Netbook oder ein Laptop, ein Personal Digital Assistant oder ein Smartphone sein, die für eine Anbindung an ein zentrales Automationssystem 20 konfiguriert sind, das für eine Auswertung und Festlegung von Korrekturen und/oder notwendigen Maßnahmen bereitgestellt ist.
Die Daten, die in dem jeweiligen elektronischen Transponder gespeichert sind, der mit mehreren (nicht gezeigten) Sensoren kommuniziert und Daten über den Zustand des jeweiligen Teils der Maschine empfängt, werden durch das elektronische Lesegerät über die Kommunikationsleitung 24 aufgenommen und über die Kommunikationsleitung 22 an das Mobilgerät 12 weitergeleitet.
Das Mobilgerät 12 sendet die Daten, die es von dem elektronischen Lesegerät empfangen hat, über die Kommunikationsleitung 26 an das zentrale Automationssystem 20. Gemäß der Erfindung kann die Kommunikationsleitung 26 ein Kabel sein, zum Beispiel eines Nahbereichsnetzwerks oder eines Fernbereichsnetzwerks, oder eine Telefonleitung, während das Mobilgerät 12 durch eine Person 28 bedient wird.
Aber die Kommunikationsleitung 26 kann auch eine drahtlose Verbindung sein, zum Beispiel eine Bluetooth-Verbindung bzw. ein drahtloses Nahbereichsnetzwerk mit Hochfrequenzübertragung.
Außerdem führen die folgenden Aspekte zu besseren Merkmalen und Funktionen:
Die Anforderung, die den Identifikator der Vorrichtung oder Maschine, Sensordaten sowie Daten, die in der Vorrichtung oder Maschine gespeichert sind, enthält, wird an ein Steuerungsanforderungsmodul 32 weitergeleitet, bei dem es sich um ein Softwaresystem mit eigener Intelligenz handeln kann, wie zum Beispiel ein regelgestütztes Expert-System, ein fallgestütztes System oder ein sonstiges System. Das Modul 32 verwendet Eingangsdaten aus der Anforderung und alle verfügbaren Daten in dem System 20 sowie erforderlichenfalls Daten aus dem Service-System oder anderen Unternehmenssystemen für die installierte Basis und beachtet außerdem Sicherheitsregeln und Auflagen.
Die erlaubten Funktionen, die aus der Auswertung der Daten gewonnen wurden, werden an ein Modul 34 weitergeleitet, das eine Funktions- und Anordnungsbeschreibung der Benutzerschnittstelle erzeugt, die später auf dem Mobilgerät mit Steuerungs- und Visualisierungsfunktionen, die auf dem Mobilgerät 12 und für den Benutzer 28 erlaubt sind, angezeigt werden soll. Diese Informationen werden an das Mobilgerät 12 zurückgesendet, zum Beispiel eine proprietäre Beschreibungsdatei, zum Beispiel eine xml-Datei.
Auf dem Mobilgerät wird die Funktions- und Anordnungsbeschreibung an eine Schnittstellengenerator-Engine weitergeleitet, die die Schnittstelle mit allen Funktionen erzeugt und sie dem Benutzer 28 anzeigt.
Elemente, die dem Benutzer zur Verfügung stehen könnten, sind beispielsweise:

– die Ausrüstungssteuertafel auf dem Mobilgerät (Faceplate, Steuertafel) mit Prozessdaten und Sensordaten zum Beispiel auch von der Vorrichtung 18 und von weiteren Quellen im näheren Umfeld der Vorrichtung 18;
– die Konfigurationsschnittstelle zum Einstellen von Parametern;
– die Befehlsschnittstelle, zum Beispiel Ein/Aus, schneller/langsamer, aufwärts/abwärts, trocken/nass usw.;
– der Verlauf der Betriebsparameter – zum Beispiel von einem OPC UA-Server. OPC ist das Akronym von OLE for Process Control (OPC), das für Objekt Linking and Embedding (OLE) für Process Control steht. OPC UA ist das Akronym von OPC Unified Architecture und ist die neueste OPC-Spezifikation. OPC ist eine Technologie (System und Protokoll), die das Einbetten von und/oder das Verknüpfen mit Dokumenten und anderen Objekten erlaubt und somit eine Kommunikation zwischen verschiedenen Anwendungen und die Erzeugung heterogener Verbunddokumente ermöglicht. Beispielsweise werden die benötigten OPC-UA-Details, zum Beispiel Server, Objekt und Knoten, in einem RFID-Transponder gespeichert, und nach dem Auslesen werden die Daten aufgenommen und auf einem Mobilgerät angezeigt. Alle Funktionen wie zum Beispiel Verlauf, Alarme usw. sind dementsprechend verfügbar.
– Service-Historie, zum Beispiel aus einem Service-System;
– Details zur installierten Basis, zum Beispiel über Ausrüstung in der Nähe der identifizierten Vorrichtung.

Bezugszeichenliste

10: Anlagenbereich
12: Mobilgerät
14: Schreib/Lesegerät
16: elektronischer Transponder oder elektronisches Etikett
18: Anlagen oder komplexe Ausrüstung
20: Automationssystem
22: Kommunikation vom Lesegerät zum Mobilgerät, zum Beispiel drahtlos über Bluetooth oder WLAN oder über Kabel (USB)
24: Kommunikation vom Lesegerät zum elektronischen Transponder
26: Kommunikation vom Mobilgerät zum Automationssystem
28: Person, die mit dem Mobilgerät arbeitet
30: Mobilgeräte-Anwendung
32: Eingabesteuerungsanforderungsmodul
34: Auswertungs- und Anzeigemodul

Claims

Verfahren zur Steuerung und Fernüberwachung des Zustands von technischer Ausrüstung oder Anlagen, die alle mit Transpondern oder Etiketten als einem elektronischen Identifikator versehen sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Schritt 1: Der Benutzer identifiziert die Vorrichtung oder Maschine, während vor Ort die eindeutige ID, die gespeicherten Daten auf dem Transponder und eventuell auch Sensordaten gelesen werden; Schritt 2: Eine Mobilgeräte-Anwendung sendet eine Steuerungsanforderung von der identifizierten Vorrichtung an das Automationssystem zur Genehmigung; Schritt 3: Die Anforderung und die Daten werden durch das zentrale Automationssystem auf die folgenden Merkmale hin analysiert: – ist die Steuerungsanforderung erlaubt oder genehmigt, so dass kein Fehlbetrieb möglich ist, – welche Funktionen werden über ein Mobilgerät erlaubt, zum Beispiel nur Betrachten von Konfiguration, Prozesswerten, Grafiken oder Kurven im zeitlichen Verlauf, Service-Aktionen; Schritt 4: Wenn die Steuerung erlaubt ist, so werden die Befehle bezüglich der angeforderten Konfiguration, Aktion und dergleichen an das zentrale Automations- oder Steuerungssystem gesendet, das die Befehle steuert oder weiterleitet, wodurch die Befehle für die Vorrichtung oder Maschine ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Daten, die aus dem jeweiligen Identifikator auszulesen sind, über das Kabelkommunikationsmittel gesendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Daten, die aus dem jeweiligen Identifikator auszulesen sind, durch ein Drahtloskommunikationsmittel gesendet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Drahtloskommunikationsmittel zum Senden von Daten, die aus dem jeweiligen Identifikator ausgelesen wurden, durch WLAN gesendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Drahtloskommunikationsmittel zum Senden von Daten, die aus dem jeweiligen Identifikator ausgelesen wurden, durch Bluetooth gesendet wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Daten, die aus dem jeweiligen Identifikator ausgelesen und durch ein Drahtloskommunikationsmittel gesendet werden, mit Zugangspunkten sowie mit Repeatern versehen sind, um das gesamte Umfeld der Anlage abzudecken.
System zur Steuerung und Fernüberwachung des Zustands von technischer Ausrüstung oder Anlagen, die alle mit Transpondern oder Etiketten als elektronische Identifikatoren versehen sind und ein elektronisches Kommunikationsmittel nutzen, dadurch gekennzeichnet, dass – das jeweilige Objekt mit speziellen Transpondern oder Etiketten zur Identifizierung versehen ist, die alle relevanten Daten über die Position, die Nutzungsrate, die Last und Lastzyklen des jeweiligen Objekts umfassen, – ein Kommunikationsmittel zum Senden der speziellen Daten, die über das Kommunikationsmittel an ein zentrales Automationssystem zu senden sind, bereitgestellt ist, – das Automationssystem die empfangene Antwort, die die jeweiligen Daten umfasst, verarbeitet, und – das Automationssystem entsprechende Befehle generiert, die durch die jeweiligen elektronischen Identifikatoren über das Kommunikationsmittel empfangen und ausgeführt werden.
System nach Anspruch 7, wobei die speziellen Transponder oder Etiketten zur Identifizierung mit gedruckten Informationen versehen sind, die elektronisch zu lesen sind, zum Beispiel Strichcodes.
System nach Anspruch 7, wobei die speziellen Transponder oder Etiketten zur Identifizierung mit elektronischen Identifikatoren versehen sind, zum Beispiel aktiven oder passiven RFID.
System nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Kabelmittel für die Übertragung der Informationen, die in den speziellen Transpondern oder Etiketten enthalten sind, von dem überwachten und/oder gesteuerten Bereich an das Automationssystem über das LAN oder eine Telefonkommunikation bereitgestellt ist.
System nach Anspruch 10, wobei das Kabelkommunikationsmittel LAN oder Telefonkommunikation verwendet.
System nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Drahtloskommunikationsmittel für die Übertragung der Informationen, die in den speziellen Transpondern oder Etiketten enthalten sind, von dem überwachten und/oder gesteuerten Bereich an das Automationssystem bereitgestellt ist.
System nach Anspruch 12, wobei das Drahtloskommunikationsmittel mit WLAN arbeitet.
System nach Anspruch 12, wobei das Drahtloskommunikationsmittel mit Bluetooth arbeitet.
System nach Anspruch 12, wobei das Drahtloskommunikationsmittel mit Mobiltelefonkommunikation arbeitet.