DE69925069T2

DE69925069T2 - Managementsystem für Feldgeräte

Info

Publication number: DE69925069T2
Application number: DE69925069T
Authority: DE
Inventors: Jouni Pyötsiä; Harri Cederlöf
Original assignee: Metso Automation Oy
Current assignee: Valmet Automation Oy
Priority date: 1998-06-17
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-06-12
Also published as: US6317701B1; EP0965897B1; DE69925069D1; FI981406A; FI108678B; EP0965897A1; FI981406A0; DE965897T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Feldgerätemanagement in industriellen Prozesssystemen und ähnlichen Systemen.
GEBIET DER ERFINDUNG
Feldgeräte für industrielle Prozesse bezeichnen im Allgemeinen Regelungsvorrichtungen, Steuerungsvorrichtungen, Sensoren, Umformer und dergleichen, die direkt mit dem Prozess verbunden sind. Ein typisches Feldgerät ist ein Steuerungsventil, das mit einer Ventilsteuerungseinrichtung, wie beispielsweise einer Ventilsteuerungseinrichtung ND800 von Neles Controls Oy, versehen ist. Sogenannte intelligente Feldgeräte sind mit einer Steuerungslogik oder einer Software versehen, die es ermöglicht, das Feldgerät lokal, beispielsweise mittels eines geeigneten Steuerungsalgorithmus, zu steuern, um Status- bzw. Zustands- und Messdaten zu sammeln und/oder um mit einem Feldmanagementsystem bzw. Feldverwaltungssystem entsprechend einem Feldkommunikationsprotokoll, wie beispielsweise HART (Highway Adressable Remote Transducer), zu kommunizieren. Zusätzlich beinhalten intelligente Feldgeräte derzeit so viel Diagnoseeinrichtungen, dass ein Feldgerät in der Lage ist, über einen zugehörigen Fehler zu informieren. Diese Information kann für ein Erkennen, dass das Gerät eine Wartung benötigt, verwendet werden, was die Wartungskosten verringert, da unnötige Gerätetests vermieden werden. Außerdem nimmt der Nutzungsgrad einer Fabrik (einer Fabrikanlage) zu, wenn unvorhergesehene Abschaltungen abnehmen.
Typische Feldmanagementsysteme sind PC-Programme, die mit graphischen Benutzerschnittstellen versehen sind und nachstehende Eigenschaften umfassen: Konfiguration eines Feldgeräts, eine Konfigurationsdatenbank, eine Wartungssteuerung des Feldgeräts auf der Grundlage von Statusdaten, die von dem Feldgerät empfangen werden, und eine Statusdatenbank eines Feldgeräts. Beispiele von handelsüblichen Feldmanagementsystemen sind: Field Manager, hergestellt von Fischer-Rosemount Inc.; Documint hergestellt von Honeywell Inc.; Cornerstone, hergestellt von Applied Technologies Inc.; Smartvision, hergestellt von Elsag-Bailey.
Die Wartungssteuerungsfunktion ist typischerweise automatisch und kann durch den Benutzer konfiguriert werden. Bei einer Wartungssteuerung tastet eine Software das Feldgerät wie durch den Benutzer gewünscht ab und speichert die Statusdaten, die von dem Benutzer gewünscht werden, in der Statusdatenbank zusammen mit einem Zeitstempel. Die Statusdatenbank kann mittels einer graphischen Benutzerschnittstelle, die sich irgendwo in der Fabrik befinden kann, durchsucht bzw. durchblättert werden. Auf diese Weise werden universelle Statusdaten, die sehr begrenzt sind, soweit es beispielsweise Wartungsdaten betrifft, von dem Feldgerät empfangen. Statusdatenelemente, die typischerweise den Betriebszustand des Geräts beschreiben, sind: in gutem Zustand und in schlechtem Zustand. Dies ist oftmals nicht ausreichend für eine vorhersehbare oder präventive Wartung.
In der WO9814848 ist ein verteiltes digitales Prozesssteuerungssystem offenbart, bei dem intelligente Feldgeräte Diagnosedaten bereitstellen. In der EP 0822473 ist ein zentralisiertes Wartungs-Host-Gerät für eine Fernwartung mehrerer Fabriken über das Internet offenbart.
Fabrikbetreiber bzw. Fabrikbedienungspersonen verwenden sogenannte Steuerungsraumanwendungen, wenn die Fabrik durch tatsächliche Prozesssteuerungsautomatisierungssysteme betrieben wird. Da der Betreiber den Prozess Tag für Tag überwacht, könnte er einen Wartungsschritt eines vorbestimmten Feldgeräts rechtzeitig starten, wenn er über den Betriebszustand des Feldsgeräts informiert wäre. Eine Schwierigkeit ist, eine Information über einen Fehler in einem Feldgerät dem Betreiber oder einer Wartungsperson der Fabrik zur Kenntnis zu bringen, da Automatisierungssysteme digitale Feldkommunikationsprotokolle, wie beispielsweise HART, nicht unterstützen. Ein Grund hierfür ist, dass sie hauptsächlich als Konfigurationsprotokolle eines Feldgeräts betrachtet werden oder das Kommunikationsprotokoll eine Übertragung von Betriebsstatusdaten des Feldsgeräts nicht unterstützt. Die Diagnose des Feldgeräts ist eindeutig ein Bereich, der zu dem Feldgerätezulieferer und nicht zu dem Zulieferer des tatsächlichen Automatisierungssystems gehört. Die derzeitigen Steuerungsraumanwendungen zeigen lediglich die Daten, die zum Betreiben des Prozesses erforderlich sind, und der Betreiber muss den Status der Feldgeräte, die zu dem Prozess gehören, in einer getrennten Feldmanagementsoftware überprüfen. Das Verwenden einer getrennten Feldgerätemanagementsoftware in dem Steuerungsraum ist für den Betreiber problematisch, da es keine Verbindung zwischen den Feldgeräten, die durch die Software angezeigt werden, und dem zu überwachenden Prozess gibt. Dies führt zu dem Umstand, dass der Betreiber hauptsächlich den Prozess überwacht und auf den Betriebszustand des Feldgeräts nicht reagiert, bis es eine Störung in dem Prozess verursacht.
Die Bedeutung einer Diagnose in intelligenten Feldgeräten wird in einer Feldbusumgebung weiter zunehmen. Es ist dann insbesondere wichtig, dass das Feldgerätemanagementkonzept und ebenso die Ausgangssignale und Berichte, die durch dieses bereitgestellt werden, klar und einfach genug für die Benutzer sind. Die vorliegenden Verfahren sind nicht einfach und hochentwickelt genug für diesen Zweck. Es ist anzunehmen, dass die Zwei-Wege-Kommunikation der Feldgeräte eine Flut von Informationen in einer Wartungssteuerungssoftware und Automatisierungssystemen bereitstellt. Dementsprechend vergrößern sie eher die Arbeitsmenge als dass sie verkleinert wird. Demgegenüber sollten, um ein einfaches und bedienfreundliches Diagnosekonzept zu erreichen, die Werkzeuge, die bereits in den Steuerungsräumen vorhanden sind, so weit wie möglich verwendet werden. Benutzerschnittstellen neuer Anwendungsprogramme sind in Steuerungsräumen nicht gewünscht, da sie ein weiteres Training und eine Wartung erfordern und die Komplexität eines Betreibens und Überwachens des Prozesses vergrößern. Tatsächlich sollte eine benutzerfreundliches Diagnosesystem für den Benutzer insgesamt nicht als eine Software, die mit einer getrennten Benutzerschnittstelle versehen ist, sichtbar sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Wartungsmanagement bzw. eine Wartungsverwaltung von Feldgeräten bereitzustellen, das zuverlässig, einfach und bedienfreundlich für den Benutzer ist.
Dies wird durch ein Wartungsmanagementsystem gelöst, das Feldgeräte in industriellen Prozessen überwacht. Das Wartungsmanagementsystem ist eingerichtet,
mit Wartungsmanagementsystemen industrieller Prozesse anderen Fabriken zu kommunizieren, die geographisch getrennt voneinander sind, damit Informationen gesendet und empfangen werden, die das Wartungsmanagement der Feldgeräte betreffen, und
Wartungsparameter der Feldgeräte unabhängig in einer selbstlernenden Weise auf der Grundlage sowohl von lokal gesammelten Daten als auch von Daten einzustellen, die von anderen Wartungsmanagementsystemen empfangen werden.
Die Grundidee der Erfindung ist es, die Wartungsmanagementsysteme von industriellen Prozessen getrennter Fabriken, die geographisch getrennt voneinander sind, auf eine derartige Weise zu vernetzen, dass sie in der Lage sind, miteinander direkt und/oder über eine zentralisierte Wartungsmanagementeinheit zu kommunizieren und Informationen über Wartungsparameter unterschiedlicher Feldgerätetypen zu übertragen. Jedes lokale Wartungsmanagementsystem ist mit einer unabhängigen Analysefähigkeit, einer Selbstlernfähigkeit und Steuerungsfähigkeit versehen und eingerichtet, lokale Wartungsmanagementparameter unabhängig in einer selbstlernenden Weise auf der Grundlage sowohl von lokal gesammelten Daten als auch der Informationen zu steuern, die von den anderen lokalen Wartungsmanagementsystemen empfangen werden. Auf diese Weise kann die Erfahrung, die von einem industriellen Prozess erhalten wird oder bei einem industriellen Prozess beobachtet wird, auch zu anderen industriellen Prozessen und Anwendungen ähnlicher Fabriken übertragen werden. Durch Verwenden dieser global gesammelten kumulativen Informationen ist es möglich, die Diagnose der getrennten lokalen Wartungsmanagementsysteme wesentlich schneller zu verbessern und zu spezifizieren als in einem Fall, bei dem ein lokales Wartungsmanagementsystem ein allein operierendes System ist und die Diagnosen lediglich auf der Grundlage einer lokalen Erfahrung verändert werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung können die lokalen Systeme ebenso mit einer zentralisierten Wartungseinheit oder über eine zentralisierte Wartungseinheit kommunizieren. Eine zentralisierte Einheit (Server) macht es einfacher, den Informationsaustausch zu verwalten, da die Adressen der lokalen Systeme lediglich in der zentralen Einheit an Stelle eines Aufrechterhaltens einer Adressenliste in jedem lokalen System gespeichert werden können. Ferner können die Informationen selektiv zu denjenigen lokalen Systemen weitergeleitet werden, die ähnliche Feldgeräte aufweisen. Ebenso können die Sicherheitsfunktionen verbessert werden, da es einfacher ist, das sendende oder empfangende lokale System bei der zentralen Einheit zu verifizieren. Die zentralisierte Einheit kann ebenso gesammelte Daten mittels unterschiedlicher statistischer und mathematischer Verfahren analysieren und Steuerungsdaten erzeugen, die zu allen lokalen Systemen in dem Netzwerk übertragen werden. Dies ermöglicht es, dass ein Feldgerätehersteller alle zugehörigen Feldgeräte in unterschiedlichen Teilen der Welt überwachen kann und die kumulativen statistischen Daten für eine Entwicklung neuer Produkte sowie zur Verbesserung des Betriebs der existierenden verwenden kann, so dass beispielsweise eine optimale Leistung und optimale Wartungsintervalle erhalten werden. Die Kommunikation beruht vorzugsweise auf vorhandenen allgemeinen Verfahren, wie beispielsweise elektronischer Post, DDE, HTML, einer Kurznachricht, dem Internet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung ist nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme die beigefügte Zeichnung ausführlicher beschrieben. Es zeigen
1 ein lokales Wartungsmanagementsystem von Feldgeräten, die mit einem Prozessautomatisierungssystem einer Fabrik verbunden sind,
2 Komponenten eines Feldagenten gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 ein Netzwerk lokaler Wartungsmanagementsysteme, d.h. Feldagenten, gemäß der Erfindung und
4A und 4B graphische Deskriptoren, die eine Veränderung von Werten eines Leistungsindex und eines Wartungserfordernisindex als Funktion der Zeit veranschaulichen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung kann bei allen industriellen Prozessen oder dergleichen angewendet werden, die intelligente Feldgeräte umfassen. Intelligente Feldgeräte bezeichnen hierbei ein beliebiges Gerät, das einen Prozess oder ein automatisiertes System oder eine zugehörige Steuerung betrifft, die gesteuert werden sollen, und das in der Lage ist, Informationen zu erzeugen, die den Betriebszustand des Geräts direkt oder indirekt beschreiben, wobei diese Informationen als Betriebszustandsdaten bekannt sind. Ein typisches intelligentes Feldgerät dieser Art ist ein Steuerungsventil bzw. Regelungsventil, das mit einer Ventilsteuerungseinrichtung bzw. Ventilregelungseinrichtung versehen ist.
In 1 ist ein allgemeines Blockschaltbild eines Prozessautomatisierungssystems und, damit verbunden, eines Wartungsmanagementsystems von Feldgeräten gemäß der Erfindung gezeigt. Das Automatisierungssystem umfasst Steuerungsraumprogramme und Datenbanken 11 sowie Prozesssteuerungsprogramme und einen I/O-Teil 12. Der Steuerungs- und I/O-Teil 12 ist über Busse gemäß dem HART-Standard mit intelligenten Feldgeräten verbunden, die durch Steuerungsventile 14, 15, 16 und Ventilsteuerungseinrichtungen 14A, 15A, 16A gebildet werden. Die Ventilsteuerungseinrichtung kann beispielsweise eine ND 800 von Neles Controls Oy sein. HART (Highway Adressable Remote Transducer) beruht auf einer Übertragung von digitalen Daten zusammen mit einem herkömmlichen 4 bis 20 mA-Analogsignal. HART ermöglicht eine Zwei-Wege-Kommunikation, mittels der intelligente Feldgeräte gesteuert werden können und Daten von diesen ausgelesen werden können. Ein HART-Protokoll folgt dem Referenzmodell eines OSI-Protokollstapels (OSI: Open System Interconnection bzw. offene Systemverbindung), wobei dieses Modell durch die International Organization for Standardization (ISO) entwickelt worden ist. In Schichten 7 (Anwendungsschicht) werden HART-Anweisungen übertragen. Ein HART-Anweisungssatz beinhaltet universelle Befehle, die von allen Feldgeräten verstanden werden, und gerätespezifische Befehle, die Funktionen bereitstellen, die auf ein einzelnes Gerät (einen einzelnen Gerätetyp) begrenzt sind. Das HART-Protokoll ermöglicht eine Punkt-Zu-Punkt-Konfiguration, bei der ein getrennter Bus (Leitungspaar) zwischen jedem Feldgerät und einer Haupteinheit bzw. Master-Einheit vorhanden ist, oder eine Mehrpunktkonfiguration, bei der bis zu 15 Feldgeräte mit demselben Feldbus (Leitungspaar) verbunden sind. Das HART-Protokoll ist ausführlicher beispielsweise in der Veröffentlichung HART Field Communication Protol: An Introduction for Users and Manufacturers, HART Communication Foundation, 1995 beschrieben. Das HART-Protokoll ist ebenso ein industrieller Standard geworden. Es ist jedoch ersichtlich, dass der Typ oder die Implementierung einer Feldkommunikationsschnittstelle, d.h. der Feldbus und das durch ihn verwendete Protokoll für die vorliegende Erfindung nicht maßgeblich sind.
Der Betriebszustand von Feldgeräten wird mittels eines Feldgerätewartungsmanagementsystems 10 gemäß der Erfindung überwacht, wobei das System Daten von den Feldgeräten sammelt. Zu diesem Zweck ist jedes Feldgerät 14, 15 und 16 über einen jeweiligen Feldbus mit einem herkömmlichen HART-Multiplexer 9 verbunden, der wiederum über einen RS-485-Bus 8 mit einem PC 6 verbunden ist. Das Betriebssystem des PC 6 ist beispielsweise Windows 95/98 oder Windows NT. Außerdem ist eine Arbeitsstation 6 mit einem lokalen Netzwerk LAN der Fabrik (über dieses Netzwerk kann sie beispielsweise mit einer Steuerungsraumsoftware kommunizieren) verbunden.
Die Arbeitsstation 6 beinhaltet eine Wartungsmanagementsoftware für Feldgeräte. Der Zweck der Software ist, Daten von den intelligenten Feldgeräten 14 bis 16 zu sammeln. Dieses Sammeln von Daten ist vollautomatisch und erfordert kein Personal. Auf der Grundlage der gesammelten Daten kann der Betriebszustand des Gerät analysiert werden und eine Nachricht, die über den Betriebszustand informiert, kann zu einem anderen System gesendet werden, wie beispielsweise zu den anderen Teilen des Automatisierungssystems der Fabrik, beispielsweise zu der Anzeige einer Steuerungsraumanwendung.
In 2 ist ein allgemeines Blockschaltbild gezeigt, das Komponenten des Feldgerätewartungsmanagementsystems oder einer Software gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Gerätemodule sind unabhängige Programmkomponenten, die einen Feldbus in einer Art und Weise verwenden, die sie wünschen. Eine Gerätemodul ist vorzugsweise spezifisch für einen jeweiligen Gerätetyp (nicht gerätespezifisch). Beispielsweise können zwei unterschiedliche Steuerungsventile oder Steuerungsventile unterschiedlicher Hersteller unterschiedliche Gerätetypen darstellen. Zwei identische Feldgeräte, die unterschiedliche Verwendungen haben oder unterschiedliche Dinge überwachen möchten, können ebenso zu unterschiedlichen Gerätetypen gehören. Im Allgemeinen können Feldgeräte, die gegenseitig unterschiedliche Anwendungen (Geräteagenten) zum Sammeln und Analysieren von Daten und zum Erzeugen von Statusdaten erfordern, in unterschiedliche Gerätetypen klassifiziert werden. Ein Gerätemodul beinhaltet alle erforderlichen Daten- und Anweisungssätze zum Lesen, Analysieren und/oder Verarbeiten der Status- und Diagnosedaten von Feldgeräten eines vorbestimmten Typs und ebenso zum Erzeugen von Statusdaten für das Gerät. Außerdem kann das Gerätemodul 22 gesammelte Rohdaten und Betriebszustandsdaten des Geräts, die hiervon abgeleitet werden, in einer Gerätedatenbank 24 für eine spätere Verwendung speichern. Eine genauere Diagnose des Feldgeräts kann dann auf der Grundlage der Rohdaten durch eine gerätespezifische Software, wie beispielsweise Valve-Manager in dem Fall einer ND800-Ventilsteuerungseinrichtung, ausgeführt werden. Die Gerätemodule 22 weisen eine einfache Schnittstelle zu einem Softwarekern 25 auf, über die das Gerätemodul 22 Daten und eine Information über den Status oder Betriebszustand jedes Feldgeräts zu dem Kern 25 senden kann. Es ist ebenso möglich, dass ein intelligentes Feldgerät einen zugehörigen Betriebszustand selbst analysiert, wodurch die Rohdaten, die über den Feldbus empfangen werden, bereits bis zu einem gewissen Umfang verarbeitet sind. In diesem Fall kann das Gerätemodul 22 die Daten weiter verarbeiten, beispielsweise auf der Grundlage der Daten, die es von dem Prozessautomatisierungssystem empfangen hat, oder die Daten als solche zu dem Kern 25 übertragen.
Der Softwarekern umfasst einen Zeitgeber sowie ein Management bzw. eine Verwaltung von Gerätemodulen und Feldgeräten. Die Aufgabe des Zeitgebers ist es, jedem Gerätemodul 22 separat eine Erlaubnis zu geben, den HART-Feldbus zu verwenden. Die Prioritätsstufe der Feldgeräte kann verändert werden, wodurch eine höhere Anzahl von Datenabfragezugriffen in einer Zeiteinheit an ein vorbestimmtes Feldgerät als an ein anderes Feldgerät vergeben werden kann. Die Anzahl von gerätespezifischen Prioritätsstufen kann beispielsweise vier betragen: keine Daten werden von dem Feldgerät abgefragt, Daten werden von dem Feldgerät auf die übliche Weise abgefragt, Daten werden von dem Feldgerät doppelt so oft wie normal abgefragt und Daten werden von dem Feldgerät vier Mal so oft wie normal abgefragt. Zusätzlich kann der Zeitgeber dem Gerätemodul 22 eine Erlaubnis geben, zeitgesteuerte Daten von den Feldgeräten in geeigneten Intervallen, beispielsweise einmal pro Stunde, pro Tag, pro Woche, pro Monat oder pro Jahr, zu sammeln, wobei die Daten nicht dringend sind, sondern beispielsweise für eine präventive Wartung nützlich sind.
Für das Wartungsmanagement der Geräteagenten beinhaltet der Kern 25 Daten der Gerätemodule 22 des Systems. Für das Feldmanagement beinhaltet der Kern 25 Daten der Feldgeräte, die dem Management bzw. der Verwaltung jedes Gerätemoduls 22 unterworfen sind.
Der Kern 22 leitet Daten und Statusdaten an einen Analyseblock 21 und an einen Statusüberprüfungsblock 23 weiter und kann Anpassungsanweisungen von dem Analyseblock 21 beispielsweise zur Änderung der Prioritätsstufe eines vorbestimmten Geräts empfangen.
Der Statusüberprüfungsblock 23 speichert vorzugsweise die Statusdaten, die durch die Gerätemodule 22 über den Kern 25 übertragen werden, in einer feldgerätespezifischen Datenbank. Anders ausgedrückt werden die Statusdaten jedes Feldgeräts separat in dem Block 23 gespeichert. Wenn der Statusüberprüfungsblock 23 die Statusdaten eines vorbestimmten Feldgeräts von dem Gerätemodul empfängt, vergleicht er diese Statusdaten mit dem vorangegangenen Status, der in der jeweiligen Feldgerätedatenbank in dem Überprüfungsblock 23 gespeichert ist. Wenn sich der Status verändert hat, d.h. eine Änderung in dem Betriebszustand des Feldgerätes aufgetreten ist, sendet der Überprüfungsblock 23 die geänderten Statusdaten weiter über eine offene Kommunikationsschnittstelle, wodurch die Änderung in dem Betriebszustand des Feldgeräts beispielsweise bei der Benutzerschnittstelle der Steuerungsraumanwendung erscheint. Ein derartiges Übertragungsprinzip wird ausnahmebasiert genannt, da lediglich über die Änderungen in dem Feldgerätestatus weiter informiert wird. Der Überprüfungsblock 23 überträgt die Statusnachrichten zu einem oder mehreren Berichtmodulen 26, 27, 28.
Der Analyseblock 21 analysiert den Betriebszustand der Feldgeräte auf der Grundlage der Daten, die von dem Kern empfangen werden, und unter Verwendung von Wissensdaten, die in einer Datenbank 29 gespeichert sind. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die zu verwaltenden Feldgeräte Steuerungsventile, wobei der Analyseblock 21 zwei Indizes bestimmt, die den Betrieb und den Betriebszustand eines Steuerungsventils auf der Grundlage der gesammelten Daten beschreiben: ein Steuerungsleistungsindex und ein Wartungserfordernisindex.
Der Steuerungsleistungsindex ist ein Schlüssel, wenn der Betrieb eines Steuerungsventils von dem Standpunkt des gesamten industriellen Prozesses abgeschätzt wird. Er wird für den Versuch verwendet, die Wirkung des Ventils bei Prozessschwankungen zu schätzen. Der Steuerungsleistungsindex kann ebenso anwendungsbasierende Daten, beispielsweise ob der Prozess schnell oder langsam ist, beinhalten. Bei einem schnellen Prozess ist es beispielsweise wichtig, dass das Steuerungsventil schnell auf ein Steuerungssignal reagiert. Bei einem langsamen Prozess ist entsprechend ein kleiner statischer Steuerungsfehler des Steuerungsventils wichtig.
Der Wartungserfordernisindex informiert wiederum über das Erfordernis einer Wartung der Steuerungsventile. Das Erfordernis einer Wartung kann entweder durch mechanische Faktoren, wie beispielsweise eine Abnutzung, oder durch eine schlechte Steuerungsleistung an sich verursacht werden. Eine breitere Diagnose eines Steuerungsventils in Verbindung mit der Verwendung des Wartungserfordernisindex versucht, auch die Quelle zu lokalisieren, die das Wartungserfordernis des Steuerungsventils verursacht, d.h. den Wartungsgegenstand.
Der Analyseblock 21 bestimmt den Steuerungsleistungsindex und den Wartungserfordernisindex unter Verwendung eines Expertensystems, dessen Eingänge Komponenten sind, die die Indizes beeinflussen. Diese Komponenten sind: Daten, die von den Feldgeräten zu sammeln sind, sowie ein anwendungsbasierendes und gerätespezifisches/gerätetypspezifisches Wissen (Fachwissen bzw. Expertise), das von der Wissensdatenbank 29 empfangen wird. Dieses Wissen setzt sich aus dem Wissen, das der Feldagent selbst gelernt und gesammelt hat, sowie, gemäß der Grundidee der Erfindung, aus der Erfahrung, die durch andere Feldagenten in anderen industriellen Prozessen gesammelt wird, und dem Wissen der Leistungsfähigkeit und des Wartungserfordernisses der Steuerungsventile zusammen.
Die Ventilsteuerungseinrichtung ist in der Lage, eine große Menge unterschiedlicher Daten zu sammeln, die die Steuerungsleistung des Ventils betreffen. Die Mehrheit der gesammelten Daten ist natürlich von einem Online-Typ. Die wichtigsten Parameter, die die Steuerungsleistung beeinflussen und derzeit bereits gesammelt werden können, sind: ein statischer Fehler, eine Änderungsrate des statischen Fehlers, ein dynamischer Fehler, eine Änderungsrate des dynamischen Fehlers, eine Öffnungsanhäufung, eine Last und eine Änderungsrate der Last. Dementsprechend sind Beispiele von Komponenten, die den Wartungserfordernisindex beeinflussen: eine Steuerungsleistung, ein Wegstreckenmesser des Ventils, ein Wegstreckenmesser einer Betätigungseinrichtung, eine Anzahl von Ventilumkehrungen, eine Anzahl von Betätigungseinrichtungsumkehrungen, eine Ventildichtungsundichtigkeit, eine Ventilausgabe, eine Ventilwanddicke, ein Kavitationspegel, eine Last und eine Änderungsrate der Last.
Durch graphisches Aufzeichnen des Steuerungsleistungsindex und des Wartungserfordernisindex ist es möglich, dem Benutzer ein klares Bild des Betriebs und des Betriebszustands des Ventils zu geben. Es ist sogar möglich, den Analyseblock 21 zu programmieren, um vorauszusagen, wie sich die Indizes als Funktion der Zeit entwickeln. In 4A ist ein Beispiel der Entwicklung des Leistungsindex als Funktion der Zeit gezeigt. P1 ist der minimal annehmbare Pegel, d.h. der Schwellenwertpegel, unterhalb dessen ein Alarm und ein Wartungsschritt veranlasst werden. In 4B ist ein Beispiel der Entwicklung des Wartungserfordernisindex als Funktion der Zeit gezeigt. M1 ist der maximale Pegel des Wartungserfordernisses, d.h. der Schwellenwertpegel, oberhalb dessen ein Alarm und ein Wartungsschritt veranlasst werden.
Der Analyseblock 21 (wie der gesamte Feldagent) ist eine unabhängige Komponente, die keine von außen kommenden Impulse benötigt, um zu arbeiten. Nach der Inbetriebnahme überwacht er regelmäßig vollständig unabhängig den Betriebszustand aller Feldgeräte, wie beispielsweise von Kontrollventilen, die mit dem Feldbus verbunden sind. Der Analyseblock 21 und der gesamte Feldagent sind ebenso in der Lage, an sich ändernde Umstände angepasst zu werden. Ein Beispiel von sich ändernden Umständen ist eine abnehmende Leistung eines vorbestimmten Steuerungsventils. Ein Lernblock 20 ändert dann die Anpassung einer Analyseeinrichtung in der Wissensdatenbank, der Analyseblock 21 gibt dem Kern 25 ein neues Steuerungssignal "Anpassung", wobei als Ergebnis hiervon der Kern 25 das Steuerungsventil einer näheren Überwachung unterzieht, indem beispielsweise eine zugehörige Prioritätsstufe erhöht wird, so dass ein Alarm bezüglich einer Fehlfunktion rechtzeitig ausgegeben werden kann.
Der Analyseblock 21 gibt ebenso Analyseergebnisse an Berichtmodule aus, um weiter berichtet zu werden.
Obwohl ein Feldagent unabhängig arbeitet, soweit Benutzer betroffen sind, hält er jedoch erfindungsgemäß Verbindungen zu anderen Feldagenten direkt und/oder über eine zentralisierte Einheit, die als ein Feldagentserver 30 bekannt ist, aufrecht, wie es in 3 gezeigt ist. Dies ist in 2 durch ein Lernmodul 20 angegeben. Wenn der Analyseblock 21 neue Informationen (beispielsweise einen plötzlichen Fehler eines Steuerungsventils eines vorbestimmten Typs unter bestimmten Umständen) findet, die für den Betrieb der anderen Feldagenten ebenso von Bedeutung sein könnten, gibt er die Informationen an den Lernblock 20. Der Lernblock 20 sendet die Informationen mittels eines geeigneten Kommunikationsverfahrens, wie beispielsweise elektronische Post, DDE, HTML, eine Kurznachricht, ein Intranet, das Internet, zu dem Feldagentenserver 30. Zu diesem Zweck kann das Lernmodul 20 Berichtmodule 26 bis 28 verwenden. Der Feldagentenserver 30 liefert (multicastet bzw. mehrfachversendet) die Informationen durch ein geeignetes Kommunikationsverfahren, wie beispielsweise elektronische Post, DDE, HTML, eine Kurznachricht, ein Intranet, das Internet, an die relevanten Feldagenten 6 oder an das gesamte (beispielsweise weltweite) Netzwerk von Feldagenten 6. Bevor die Informationen weitergeleitet werden, verifiziert der Feldagentenserver vorzugsweise, dass die Nachricht von einem autorisierten lokalen System empfangen worden ist. Dies kann beispielsweise auf einer verschlüsselten elektronischen Signatur beruhen. Der Feldagentenserver kann ebenso die Informationen analysieren, um die relevanten Feldagenten zu finden, die die spezifischen Informationen möglicherweise verwenden. Der Feldagentenserver unterhält zumindest eine Liste von Adressen der Feldagenten und vorzugsweise ebenso Konfigurationsdaten der lokalen Systeme, um das Sortieren der Nachrichten, bevor sie weitergeleitet werden, zu ermöglichen. Der Feldagentenserver kann ebenso mit einer Wissensdatenbank 31 für eine zentralisierte Sammlung und Analyse der Leistungs- und Wartungsdaten versehen sein.
Der Lernblock jedes adressierten Feldagenten 6 empfängt die Informationen, wobei der Feldagent 6 vorzugsweise nach einer Verifizierung, dass die Nachricht von dem Feldagentenserver 30 stammt und dadurch wahrscheinlich zuverlässige Informationen beinhaltet, die Informationen zu der Wissensdatenbank 29 für eine unabhängige Analyse und ein Lernen überträgt. Sie sind somit automatisch in den Daten beinhaltet, die durch den Analyseblock 21 verwendet werden. Wenn beispielsweise der Analyseblock 21 eine Information über eine abnehmende Leistung eines Ventils eines vorbestimmten Typs unter bestimmten Umständen in der Wissensdatenbank 29 erfasst, kann er die Prioritätsstufe von Steuerungsventilen dieses Typs, d.h. die Ausleserate in dem Kern 25 ändern. Die Informationen können ebenso ein neuer Schwellenwertpegel P1 oder M1 sein, wobei in diesem Fall die Alarmgrenzen eines Feldagenten auf der Grundlage von Informationen gesteuert werden, die von woanders empfangen werden. Für Fernsteuerungszwecke kann es für den Feldagentenserver 30 möglich sein, eine spezifische Anweisung zu senden, in deren Folge der Feldagent 6 einen zugehörigen Betrieb auf eine gewünschte Weise ändert.
In dem vorstehend beschriebenen Beispiel steuert der Feldagentenserver 30 die Informationen und die Kommunikation, die durch die Feldagenten 6 gesendet wird. Alternativ hierzu können die Feldagenten miteinander direkt kommunizieren. In dem vorstehend beschriebenen Beispiel gibt, wenn der Analyseblock 21 eine neue Information (beispielsweise einen plötzlichen Fehler eines Steuerungsventils eines vorbestimmten Typs unter bestimmten Umständen) findet, die für den Betrieb anderer Feldagenten ebenso von Bedeutung sein könnte, die Information an den Lernblock 30. Der Lernblock 20 lokalisiert die Information in der Wissensdatenbank des Agenten und überträgt die Information durch ein geeignetes Kommunikationsverfahren, wie beispielsweise elektronische Post, DDE, HTML, eine Kurznachricht, ein Intranet, das Internet, zu dem gesamten (beispielsweise weltweiten) Netzwerk der Feldagenten 6. Der Lernblock jedes Feldagenten 6 empfängt die Information und überträgt sie zu der Wissensdatenbank 29, wie es vorstehend beschrieben ist. Dieser Ansatz erfordert jedoch, dass die Adressen aller Feldgeräte bei jedem Feldagenten gespeichert sind, was in der Praxis eher schwierig zu bewerkstelligen ist. Ebenso können Sicherheitsschwierigkeiten auftreten, da der Feldagent in der Lage sein sollte zu verifizieren, dass die empfangenen Informationen wirklich von einer zuverlässigen Quelle kommen.
Unter Bezugnahme nochmals auf 2 ist ein Berichtmodul eine Programmkomponente, deren Aufgabe es ist, eine Statusnachricht in ein Format zu ändern, das von einem anderen System verstanden wird. Das andere System kann beispielsweise eine Datenbank, ein Steuerungsraum eines Automatisierungssystems oder ein Wartungsberichtsystem sein. Berichtmodule 26 bis 28 stellen eine offene Kommunikationsschnittstelle mit dem anderen System bereit. Eine offene Kommunikationsschnittstelle bezeichnet beispielsweise, dass das Kommunikationsverfahren, durch das die Daten der Feldgeräte zu dem anderen System übertragen werden, unabhängig von dem Typ des Feldgeräts und der Beschaffenheit der Feldkommunikationsschnittstelle ist. Ein Berichtmodul kann beispielsweise ein elektronisches Mailprogramm 27 sein, das die Statusdaten des Feldgeräts als einen E-Mail-Bericht an das andere System sendet. Ein Berichtmodul kann ebenso beispielsweise ein WWW(World Wide Web)-Server 26 sein, der einen HTML-Bericht aus den Wartungsdaten der Feldgeräte erzeugt, wobei der Bericht als eine WWW-Seite angeboten wird. Das andere System kann dann die WWW-Seite mit einem herkömmlichen Browser über ein Intranet oder das Internet lesen. Ein Berichtmodul kann ebenso einen HTML-Bericht oder einen anderen textbasierenden Bericht erzeugen, der zu dem anderen System gesendet wird. Ein Berichtmodul kann ebenso den erzeugten (beispielsweise textbasierten) Bericht in der Datenbank speichern, von wo er gelesen werden kann. Ein Berichtmodul kann ebenso ein DDE-Server 28 sein, der mit dem Steuerungsraum oder anderen Systemen beispielsweise über ein lokales Netzwerk LAN kommuniziert. Die Berichtmodule 26, 27 und 28 sind vorzugsweise Windows-Programme, möglicherweise kommerzielle Programme. Zwischen den Blöcken 21 und 23 und den Berichtmodulen 26 bis 28 ist dann vorzugsweise eine Schnittstelle entsprechend dem Distributed Component Object Model (DCOM) bzw. Verteilte-Komponente-Objekt-Modell vorhanden, wobei über diese Schnittstelle eine Ereignisnachricht, die über den Betriebszustand des Feldgeräts informiert, zu den Berichtmodulen 26 bis 28 übertragen werden kann.
Die Blöcke 21 und 23 übertragen die zu berichtenden Daten zu einem Berichtmodul beispielsweise als ein textbasierter Bericht oder eine Datei, den/die das Berichtmodul beispielsweise als den Inhalt einer E-Mail-Nachricht oder einer Kurznachricht (beispielsweise GSM) einfügt, wobei es diese Nachricht zu einer vorbestimmten Adresse oder mehreren Adressen sendet. Dementsprechend kann das Berichtmodul den Inhalt der HTML-/WWW-Seite auf der Grundlage der empfangenen textbasierten Daten ändern. Internet und Intranet sind TCP/IP-Netzwerke, die an sich bekannt sind, wobei die bedeutsamste Anwendung hiervon das WWW ist, die aber ebenso andere Datenkommunikationsdienste anbieten, die für den Zweck der vorliegenden Erfindung anwendbar sind. Diese sind alle allgemein bekannten Datenübertragungstechnologien, wobei ausführliche Informationen und kommerzielle Anwendungen hiervon verfügbar sind, weshalb es nicht erforderlich ist, sie hier weiter zu beschreiben. Im Großen und Ganzen ist die Grundidee des offenen Kommunikationsschnittstellenkonzepts gemäß der vorliegenden Erfindung, dass eine beliebige allgemeine Datenübertragungstechnologie, die durch ein anderes System unterstützt wird, als eine offene Schnittstelle angewendet werden kann.
Es ist ersichtlich, dass bei weiterer Entwicklung der Technik die Grundidee der Erfindung auf vielerlei Weise innerhalb des Bereichs der beigefügten Patentansprüche implementiert werden kann.

Claims

Wartungsmanagementsystem (6) für ein Management von Feldgeräten (14, 15, 16) in einem industriellen Prozess, dadurch gekennzeichnet, dass das Wartungsmanagementsystem eingerichtet ist, mit Wartungsmanagementsystemen (6) industrieller Prozesse anderer Fabriken zu kommunizieren (20), die geografisch getrennt voneinander sind, damit Informationen gesendet und empfangen werden, die das Wartungsmanagement der Feldgeräte (14, 15, 16) betreffen, und Wartungsparameter der Feldgeräte (14, 15, 16) unabhängig in einer selbstlernenden Weise auf der Grundlage sowohl von lokal gesammelten Daten als auch von Daten einzustellen (20, 21), die von anderen Wartungsmanagementsystemen empfangen werden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wartungsmanagementsystem (6) aufweist: eine Wissensdatenbank (29), in der anwendungsspezifisches und/oder gerätespezifisches und/oder gerätetypspezifisches Wissen gespeichert ist, eine Analyseeinrichtung (20, 21) zur Analyse eines Betriebszustands der Feldgeräte auf der Grundlage von Messdaten von dem jeweiligen industriellen Prozess und von Wissensdaten von der Wissensdatenbank (29) sowie zur Änderung der Wartungsparameter in dem Wartungsmanagementsystem, wenn es gemäß Analyseergebnissen erforderlich ist, und eine Einrichtung (20) zur Modifikation von Inhalten der Wissensdatenbank entsprechend sowohl lokal gesammelter Wartungsverlaufsdaten als auch von anderen Wartungsmanagementsystemen (6) empfangener Wartungsverlaufsdaten.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartungsparameter Daten umfassen, die eine Steuerungsleistung der Feldgeräte und/oder das Erfordernis einer Wartung der Feldgeräte (14, 15, 16) darstellen.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartungsparameter eine Wartungswarngrenze und/oder eine Leistungswarngrenze des Feldgeräts (14, 15, 16) umfassen.
System nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartungsparameter eine Wartungsprioritätsstufe des Feldgeräts umfassen.
System nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wissensdaten Daten umfassen, die Steuerungsleistungsverlaufsdaten eines Feldgeräts und/oder eines Feldgerätetyps und/oder einer Prozesssteuerungsanwendung darstellen.
System nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wissensdaten Daten umfassen, die Wartungserfordernisverlaufsdaten eines Feldgeräts und/oder eines Feldgerätetyps und/oder einer Prozesssteuerungsanwendung darstellen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wartungsmanagementsystem (6) eingerichtet ist, das Wartungsmanagement an die Änderungen, die das Managementsystem in den Eigenschaften der Feldgeräte erfasst hat, unabhängig anzupassen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation auf einem oder mehreren der nachstehenden Kommunikationsverfahren beruht: elektronische Post, dynamischer Datenaustausch, Hypertext-Markup-Sprache, Kurznachricht, Internet.