EP1563351A2 - Verfahren zur diagnose von feldgeräten der prozessautomatisierungstechnik - Google Patents

Verfahren zur diagnose von feldgeräten der prozessautomatisierungstechnik

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EP1563351A2
EP1563351A2 EP03789026A EP03789026A EP1563351A2 EP 1563351 A2 EP1563351 A2 EP 1563351A2 EP 03789026 A EP03789026 A EP 03789026A EP 03789026 A EP03789026 A EP 03789026A EP 1563351 A2 EP1563351 A2 EP 1563351A2
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EP
European Patent Office
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software agent
field device
field devices
field
independently
Prior art date
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Application number
EP03789026A
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English (en)
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Inventor
Eugenio Ferreira Da Silva Neto
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Endress and Hauser Process Solutions AG
Original Assignee
Endress and Hauser Process Solutions AG
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Publication date
Application filed by Endress and Hauser Process Solutions AG filed Critical Endress and Hauser Process Solutions AG
Publication of EP1563351A2 publication Critical patent/EP1563351A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/4184—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM] characterised by fault tolerance, reliability of production system
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/31—From computer integrated manufacturing till monitoring
    • G05B2219/31161—Java programcode or simular active agents, programs, applets
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/31—From computer integrated manufacturing till monitoring
    • G05B2219/31211—Communicate diagnostic data from intelligent field device controller to central
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a method for diagnosing field devices of process automation technology according to the preamble of claim 1.
  • Field devices for flow, level, pressure, temperature determination etc. are generally known. They are used to record the corresponding process variables mass, volume, flow, level, pressure, temperature, etc.
  • These field devices each provide measured values that are a measure of the process variable recorded.
  • the measured values are forwarded to a control unit (programmable logic controller PLC, control room or control system).
  • PLC programmable logic controller
  • control room or control system As a rule, the process is controlled from the control unit, where the measured values of the different field devices are evaluated and control signals for actuators are generated based on the evaluation, which thereby influence the process flow (e.g. via valves).
  • the signal transmission between the field devices and the control unit takes place according to the well-known standards for data transmission (HART®, Profibus®, Foundation Fieldbus® or CAN Bus® etc.).
  • intelligent field devices In addition to the pure measured values, intelligent field devices also provide diagnostic information and maintenance information.
  • Program code is stored and this after a request by the Control system is running. This program code is only suitable for this or identical field devices.
  • the program code To change the diagnostic functions, the program code must be rewritten and then transferred to the memory of the relevant field device at great expense.
  • the program code stored in the field device is therefore static and works according to special, defined rules.
  • the object of the invention is to provide a method for diagnosing field devices of process automation technology, which is not only suitable for a specific type of field device and which is very flexible, inexpensive and easy to carry out.
  • the essential idea of the invention is to use a software agent for diagnosing field devices of process automation technology, which is suitable for different field devices and independently monitors the corresponding field device in order, for. B. Find malfunctions.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a network of process automation technology
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the hardware of a field device.
  • 1 shows a network of process automation technology in more detail.
  • Several workstations workstations WS1, WS2) and several gateways G1, G2 are connected to a data bus D1.
  • the gateway G1 is connected to a fieldbus segment SM1.
  • the fieldbus segment SM1 essentially consists of several field devices F1, F2, F3, F4, F5.
  • the gateway G2 is connected to a fieldbus segment SM2, which essentially consists of the field devices F5, F6, F7 and F8.
  • the gateway also has several I / O modules.
  • the field devices F can be configured and parameterized from the workstations WS1, WS2. Appropriate operating tools are installed on the workstations WS1 and WS2.
  • the data bus D1 in the control level E1 works according to the Ethernet standard (eg high-speed ethemet standard HSE).
  • the fieldbuses at the field level (fieldbus segments SM1,
  • a sensor transducer S is connected to a microprocessor MP via an analog-digital converter AD.
  • the microprocessor MP is connected to the fieldbus FB via a fieldbus interface FS.
  • the microprocessor MP is connected to two memories, a RAM and an EEPROM memory and a display control unit AB.
  • Control programs that determine the functionality of the field device are stored in the EEPROM memory of the field device.
  • Control programs is a software agent.
  • Software agents are well known, they work autonomously, i.e. they act independently within certain limits, they work proactively and actively pursue one or more goals.
  • the software agent monitors different data in the field device and automatically searches for malfunctions. If it detects a malfunction, it reports this to the control system.
  • the software agent is also able to remedy malfunctions in the field device independently.
  • field devices from different manufacturers can be used on a specific fieldbus. Certain functions and associated parameters are combined in a function block. Examples of function blocks are analog input, digital output, PID controller etc.
  • the software agent independently creates links to the function blocks in the field device or accesses the links between the function blocks.
  • the software agent can restore broken connections (links) that are necessary between the function blocks for data exchange, e.g. B. if a field device has been replaced by another.
  • a major advantage of such a software agent is that it can be used for different field devices.
  • the software agent can also monitor and analyze correlated data from different field devices and generate a corresponding avoidance in the event of an error.
  • the software agent recognizes e.g. B. whether a field device needs to be recalibrated in the near future because certain deviations from setpoints have occurred.
  • the software agent can also analyze the traffic on the data bus and, if necessary, identify malfunctions.
  • the software agent is not only suitable for performing diagnostic functions, but is also suitable for predictive maintenance.
  • the software agent can also serve as a filter for information and thus perform asset management functions.
  • a large amount of information is generated in the field device, e.g. Manufacturing settings, calibration and maintenance data, day and serial no. Device and version identification, location, application and process data, manufacturer, customer and factory profile, order code, last maintenance, material information, performance index etc.
  • the software agent collects this information and stores it in the field device or in another Component of the network. This information is therefore available regardless of the system. No specific tools are required to query them.
  • the software agent can also carry out configuration or parameterization tasks.
  • the essential idea of the invention is to install a software agent in a field device or in another unit connected to the data bus, which software agent independently performs various functions.

Abstract

Bei einem Verfahren zur Diagnose von Feldgeräten wird ein Software-Agent eingesetzt, der selbständig nach Fehlfunktionen sucht.

Description

Verfahren zur Diagnose von Feldgeräten der Prozessautomatisierungstechnik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose von Feldgeräten der Prozessautomatisierungstechnik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der Prozessautomatisierungstechnik werden häufig Feldgeräte zur Steuerung von Prozessabläufen eingesetzt.
Feldgeräte zur Durchfluss- Füllstands- Druck- Temperaturbestimmung etc. sind allgemein bekannt. Sie dienen zur Erfassung der entsprechenden Prozessvariablen Massen, Volumen, Durchfluss, Füllstand, Druck, Temperatur, etc.
Diese Feldgeräte liefern jeweils Messwerte, die ein Maß für die erfasste Prozessvariable sind. Die Messwerte werden an eine Steuereinheit (speicherprogrammierbare Steuerung SPS, Warte oder Leitsystem) weitergeleitet. In der Regel erfolgt die Prozesssteuerung von der Steuereinheit aus, wo die Messwerte der unterschiedlichen Feldgeräte ausgewertet und aufgrund der Auswertung Steuersignale für Aktoren erzeugt werden, die dadurch den Prozessablauf beeinflussen (z.B. über Ventile).
Die Signalübertragung zwischen den Feldgeräten und der Steuereinheit erfolgt nach den bekannten Standards für die Datenübertragung (HART®, Profibus®, Foundation Fieldbus® oder CAN Bus® etc.). Neben den reinen Messwerten liefern intelligente Feldgeräte auch Diagnoseinformationen und Wartungsinformationen.
Aus der US 5,970,430 ist ein Verfahren zur Diagnose von Feldgeräten der Prozessautomatisierung bekannt, bei dem im Feldgerät ein fester
Programmcode gespeichert ist und dieser nach einer Aufforderung durch das Leitsystem ausgeführt wird. Dieser Programmcode ist nur für dieses bzw. baugleiche Feldgeräte geeignet.
Für Änderungen der Diagnosefunktionen muss der Programmcode umgeschrieben werden und dieser dann aufwendig in den Speicher des betreffenden Feldgeräts übertragen werden. Der im Feldgerät abgespeicherte Programmcode ist somit statisch und arbeitet nach speziellen festgelegten Regeln.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Diagnose von Feldgeräten der Prozessautomatisierungstechnik anzugeben,, das nicht nur für einen speziellen Feldgerätetyp geeignet ist und das sehr flexibel, kostengünstig und einfach durchführbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren.
Die wesentliche Idee der Erfindung ist es, zur Diagnose von Feldgeräten der Prozessautomatisierungstechnik einen Software-Agenten einzusetzen, der für verschiedene Feldgeräte geeignet ist und selbständig das entsprechende Feldgerät überwacht um z. B. Fehlfunktionen festzustellen.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematische Darstellung eines Netzwerks der Prozessautomatisierungstechnik;
Fig. 2 schematische Darstellung der Hardware eines Feldgerätes. In Fig. 1 ist ein Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik näher dargestellt. An einem Datenbus D1 sind mehrere Workstations (Arbeitsstationen WS1 , WS2) und mehrer Gateways G1 , G2 angeschlossen. Das Gateway G1 ist mit einem Feldbussegment SM1 verbunden. Das Feldbussegment SM1 besteht im wesentlichen aus mehreren Feldgerät F1 , F2, F3, F4, F5. Das Gateway G2 ist mit einem Feldbussegment SM2 verbunden, das im wesentlichen aus dem Feldgerät F5, F6, F7 und F8 besteht. Das Gateway weist zusätzlich mehrere I/O-Module auf. Von den Workstations WS1 , WS2 aus ist die Konfigurierung und Parametrierung der Feldgeräte F möglich. Hierzu sind auf den Workstations WS1 bzw. WS2 entsprechende Bedienwerkzeuge installiert. Der Datenbus D1 in der Leitebene E1 arbeitet nach dem Ethernet-Standard (z.B. Highspeed-Ethemet-Standard HSE). Die Feldbusse in der Feldebene (Feldbussegmente SM1 , SM2) arbeiten langsamer.
In Fig. 2 ist die Hardware eines Feldgerätes näher dargestellt. Ein Sensoraufnehmer S ist über einen Analogdigitalwandler A D mit einem Mikroprozessor MP verbunden. Der Mikroprozessor MP ist über eine Feldbusschnittstelle FS mit dem Feldbus FB verbunden. Weiterhin ist der Mikroprozessor MP mit zwei Speichern, einem RAM- und einem EEPROM- Speicher sowie einer Anzeigebedieneinheit AB verbunden.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Im EEPROM-Speicher des Feldgerätes sind Steuerprogramme abgespeichert, die die Funktionalität des Feldgerätes bestimmen. Eines dieser
Steuerprogramme ist ein Software-Agent. Software-Agenten sind allgemein bekannt, sie arbeiten autonom, d.h. sie handeln in bestimmten Grenzen selbständig, sie arbeiten proaktiv und verfolgen ein oder mehrere Ziele aktiv.
Der Software-Agent überwacht unterschiedliche Daten im Feldgerät und sucht automatisch nach Fehlfunktionen. Stellt er eine Fehlfunktion fest, so meldet er dies dem Leitsystem.
Neben dem Aufdecken von Fehlfunktionen ist der Software-Agent auch in der Lage, Fehlfunktionen im Feldgerät selbständig zu beheben. Durch den Einsatz von standardisierten Funktionsblöcke ( function blocks) und Gerätebeschreibungen (device descriptions) können Feldgeräte unterschiedlicher Hersteller an einem bestimmten Feldbus eingesetzt werden. In einem Funktionsblock sind bestimmte Funktionen und zugehörige Parameter zusammengefasst. Beispiele für Funktionsblöcke sind Analog Input, Digital Output, PID-Regler etc..
Der Software-Agent stellt selbständig Links zu den Funktionsblöcken im Feldgerät her bzw. greift auf die Links zwischen den Funktionsblöcken zu.
Zeigt zum Beispiel ein Funktionsblock in einem Feldgerät "out of Service" an, so kann der Software-Agent an diesem Funktionsblock eine neue Einstellung vornehmen und den Modus auf „Auto" oder „Manuell" ändern.
Weiterhin kann der Software-Agent gebrochene Verbindungen (Links), die zwischen den Funktionsblöcken zum Datenaustausch notwendig sind, wiederherstellen, z. B. wenn ein Feldgerät durch ein anderes ersetzt wurde. Ein wesentlicher Vorteil eines solchen Software-Agenten ist, dass er für unterschiedliche Feldgeräte eingesetzt werden kann. Der Software-Agent kann auch korrelierte Daten von unterschiedlichen Feldgeräten überwachen, analysieren und im Fehlerfall eine entsprechende Meidung erzeugen.
Der Software-Agent erkennt z. B., ob ein Feldgerät in nächster Zukunft neu kalibriert werden muss, weil bestimmte Abweichungen von Sollwerten aufgetreten sind. Der Software-Agent kann auch den Verkehr auf dem Datenbus analysieren und gegebenenfalls Fehlfunktionen feststellen.
Der Software-Agent ist nicht nur geeignet, Diagnosefunktionen wahrzunehmen, sondern auch für vorausschauende Wartung geeignet.
Der Software-Agent kann auch als Filter für Informationen dienen und dadurch Assetmanagementfunktionen wahrnehmen. Im Feldgerät fallen eine Vielzahl von Informationen an, wie z.B. Fabrikationseinstellungen, Kalibrier- und Wartungsdaten, Tag-und Serien-Nr. Geräte- und Versions- Identifizierung, Eisatzort, Anwendungs- und Prozessdaten, Hersteller, Kunden- und Fabrikprofil, Order-Code, letzte Wartung, Materialinformationen, Performance Index etc. Der Software-Agent sammelt diese Informationen und speichert sie im Feldgerät oder in einer anderen Komponente des Netzwerkes ab. Diese Informationen stehen somit systemunabhängig zur Verfügung. Es sind keine spezifischen Werkzeuge notwendig, um diese abzufragen.
Weiterhin kann der Software-Agent auch Konfigurierungs- bzw. Parametrisierungsaufgaben ausführen.
Die wesentliche Idee der Erfindung liegt darin, in einem Feldgerät oder in einer anderen an den Datenbus angeschlossenen Einheit einen Software- Agenten zu installieren, der verschiedene Funktionen selbständig wahrnimmt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Diagnose von Feldgeräten der
Prozessautomatisierungstechnik, mit einem Steuerprogramm, das auf einem Prozessor eines Feldgeräts ausführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerprogramm als Software-Agent ausgebildet ist, der für unterschiedliche Feldgeräte geeignet ist und der selbständig bestimmte Funktionen im Feldgeräten wahrnimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Software- Agent selbständig nach Informationen im Feldgerät sucht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Software- Agent Informationen filtert.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Software- Agent selbständig Konfigurierungs- bzw. Parametrierungsaufgaben im Feldgerät wahrnimmt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Software- Agent selbständig nach Fehlfunktionen im Feldgerät sucht.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Software-Agent Fehlfunktionen des Feldgerätes selbständig behebt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Software-Agent bei einer Fehlfunktion eine entsprechende Meldung erzeugt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Software-Agent den Datenverkehr auf einem mit dem Feldgerät verbundenen Datenbus analysiert. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Software-Agent vorausschauende Wartung ausführt.
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