WO2021089461A1 - System zur ressourcenverwaltung in einer anlage der automatisierungstechnik - Google Patents

System zur ressourcenverwaltung in einer anlage der automatisierungstechnik Download PDF

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WO2021089461A1
WO2021089461A1 PCT/EP2020/080642 EP2020080642W WO2021089461A1 WO 2021089461 A1 WO2021089461 A1 WO 2021089461A1 EP 2020080642 W EP2020080642 W EP 2020080642W WO 2021089461 A1 WO2021089461 A1 WO 2021089461A1
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logic
edge device
field device
server platform
application component
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PCT/EP2020/080642
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Werner Thoren
Eric Birgel
Harald SCHÄUBLE
Nikolai Fink
Aurelia Erhardt
Holger Eberhard
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Endress+Hauser SE+Co. KG
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    • Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Definitions

  • the invention relates to a system for resource management in an automation system.
  • Field devices that are used in industrial systems of automation technology are already known from the prior art. Field devices are often used in process automation as well as in production automation. In principle, all devices that are used close to the process and that supply or process process-relevant information are referred to as field devices.
  • Field devices are used to record and / or influence process variables.
  • Sensor units are used to record process variables. These are used, for example, for pressure and temperature measurement, conductivity measurement, flow measurement, pH measurement, level measurement, etc. and record the corresponding process variables pressure, temperature, conductivity, pH value, level, flow, etc.
  • Actuator systems are used to influence process variables. These are, for example, pumps or valves that can influence the flow of a liquid in a pipe or the fill level in a container.
  • field devices also include remote I / Os, radio adapters or, in general, devices that are arranged on the field level.
  • Field devices as they are known today, usually have transmitter electronics in addition to sensors and / or actuators. This serves the purpose of processing the measured signals from the sensors or control signals from the actuators and converting them into a measured value or additional information derived therefrom (e.g. an envelope curve) or a manipulated variable.
  • the field device has parameters which set the field device to the respective application.
  • Field devices available nowadays sometimes have a large number of parameters, so that parameterization is a complex and error-prone process (due to incorrectly set parameter values), which also involves a high level of testing effort.
  • Replacing a field device is complex, since the replacement device must have the same parameterization as the field device to be replaced. This can also lead to a loss of information if not all parameter values are set correctly.
  • the software of the transmitter electronics is essentially static and is only rarely renewed through updates. These updates are often used to fix bugs.
  • the range of functions made possible by the software remains essentially identical and is not expandable.
  • field devices are limited in their resources, so that often only small memory and power resources are available. Even if an update of the software could add further functions, as described, for example, in patent application DE 102012 112 842, their functional complexity would be low due to the limited memory and power resources of the field device.
  • the field devices are not upwardly compatible.
  • the functional scope of the software transmitter electronics can be increased here, for example through improved measurement and evaluation algorithms, since more resources are available.
  • this version of the software is not compatible with the older field devices, as these have fewer memory and performance resources.
  • the invention is based on the object of presenting a system which makes it possible to simplify the adaptability of the field devices to processes and to ensure that future measurement and evaluation algorithms can be used with the existing field devices in the field.
  • a system for resource management in an automation technology system comprising:
  • a server platform with a container part, a management part and an execution unit having a plurality of logic / application components, a logic / application component containing algorithms or instructions for the execution of functions, and a logic / application component having a minimum Computing resource or memory resource is required to be executable on a device, and the execution unit has a defined computing resource or memory resource provides and is designed to instantiate or execute at least one logic / application component;
  • At least one field device which is integrated in a field level of the system in a first communication network, with at least one sensor unit and / or an actuator unit and an execution unit, the sensor unit being designed to detect a physical or chemical measured variable of a process engineering process, the actuator unit is designed to influence a physical or chemical measured variable of a procedural process, wherein the field device is designed to output the measured variable detected by the sensor unit and / or a manipulated variable of the actuator unit as raw data, and the execution unit provides a defined computing resource or memory resource and is designed to instantiate or execute at least one logic / application component;
  • An edge device which is connected to the first communication network and which is directly or indirectly in communication with the server platform by means of a second communication network, with a communication unit and an execution unit, the communication unit being designed to transmit data between the edge device, the field device and the Exchange server platform, wherein the execution unit provides a defined computing resource or memory resource and is designed to instantiate or execute at least one logic / application component, and wherein the management part of the server platform is designed, after the selection of an operator, one of the logic / Allocate the application component to the field device, the edge device or the server platform according to the required minimum computing resource or memory resource and load it onto this or these and instruct them to insta the logic / application component notwithstanding.
  • the sizes of the provided computing resources or storage resources, the field device, the edge device and the server platform differ from one another, the field device having the smallest size of the provided computing resources or storage resources and wherein the server platform has the largest size of the provided computing resources or memory resources.
  • the operator is given a selection option via the instantiating component.
  • the management part is designed in the event that a logic / application component is to be instantiated on the field device or on the edge device, although the field device or the edge device does not can provide the required minimum computing resource or memory resource, distribute the logic / application component to the execution units of the field device and the edge device, or several field devices, or several edge devices, and cause them to be instantiated together.
  • the management part is designed to manage license information of the operator and to instantiate at least part of the logic / application components only for a certain time according to the license information on the corresponding execution unit.
  • the management part is designed to automatically assign corresponding logic / application components to the new edge device or field device when an edge device and / or field device is replaced or added, in particular analogous to the edge device or field device to be replaced or in accordance with an operator profile.
  • the first communication network is an Ethernet-based communication network or a fieldbus network of automation technology, or is based on the HART protocol, the first communication network being wireless or wired.
  • the edge device is in communication with the server platform by means of the Internet as a second communication network.
  • the edge device is connected to an additional device via an, in particular wireless, data connection, and the additional device can be connected to the server platform by means of an internet connection and is configured, the communication connection between the edge device and the server platform to establish.
  • the edge device is only in communication with the server platform at those times when a logic / application component is assigned to the edge device and / or the field device and the communication connection after the assignment or initiating the instantiation is terminated.
  • the edge device, or the field device, corresponding execution units are assigned several versions of the same logic / application component and only that logic / application component can be instantiated which is released by the management part of the server platform is.
  • the server platform is cloud-based.
  • a logic / application component executes one of the following logics or applications:
  • Communication components in particular network-specific communication components
  • the raw data of several field devices can be processed together in order to obtain values of process variables, for example, which are not recorded by any of the individual field devices can.
  • a large number of combinations of primary process variables are known under the heading “Sensor Fusion” in order to be able to calculate secondary process variables.
  • Fig. 1 a system according to the invention is shown.
  • the field device FG1 is a level measuring device which measures the level of a measuring medium in a container by means of a radar-based sensor unit SE.
  • the field device FG2 is an actuator whose actuator unit AE is a valve by means of which the inflow into the container is regulated.
  • the field devices FG1, FG2 are connected to an edge device ED by means of a first communication network KN1, for example a field bus of automation technology (Profibus PA, Foundation Fieldbus, etc.) or based on HART, for example HART multidrop.
  • the first communication network can be wired or wireless, for example with a corresponding wireless field standard.
  • edge devices can be provided, which can be in communication with further field devices (shown in dashed lines in FIG. 1).
  • the edge devices can also have a communication link with one another and exchange data.
  • Both the field devices FG1, FG2 and the edge device ED include so-called execution units AEFGI, AE F G2, AEED. These execution units AE FG I, AE FG2, AE ED are electronic units with software containers into which logic / application components KO can be loaded.
  • the logic / application components KO contain and allow the execution of functionalities which expand the basic functionalities of the field devices FG1, FG2 or the edge device ED.
  • the field devices FG1, FG2 and the edge device ED each provide defined computing resources or storage resources.
  • the computing resources are provided, for example, by microprocessors and / or ASICs.
  • the memory resources are provided, for example, by volatile and / or non-volatile (work) memory modules.
  • edge devices ED typically, higher computing resources or memory resources can be made available in edge devices ED than in field devices FG1, FG2.
  • specific minimum requirements are required of the computing resources or memory resources. If these cannot be provided by the field device FG1, FG2 or by the edge device ED, the logic / application components KO cannot be executed.
  • the edge device is connected to a server platform SP, which is designed in accordance with cloud computing technology, by means of a second communication network KN2, in particular the Internet.
  • the server platform SP comprises several parts: On the one hand, the server platform SP comprises a container part CA in which a large number of the above-described logic / application components KO are stored.
  • the server platform SP further comprises a management part MA which manages the distribution of the logic / application components KO to the various field devices FG1, FG2 and edge devices ED in the system A.
  • the server platform contains its own execution unit AE ED for executing the logic / application components KO on the server platform SP.
  • the server platform SP can provide computing resources or storage resources as the field devices FG1, FG2 and the edge device ED.
  • logic / application components KO can be selected which are to be used where in the measurement technology of system A.
  • the management application MA then initiates the transmission of the logic / application components KO to the respective measurement components FG1, FG2, ED, provided that their computing resources or memory resources are sufficient and initiates the instantiation of the transmitted logic / application components KO in the corresponding execution unit AE Sp , AE FG I, AE FG 2 , AE ed .
  • the part of the system shown in FIG. 1 is set up or put into operation for the first time.
  • the field devices FG1, FG2 and the Edge Device Edge Device are delivered and installed in plant A as intended and connected to one another.
  • the field devices FG1, FG2 are delivered with a first version of a special logic / application component KO, which enables extended diagnostic functionalities by being implemented in the respective execution unit AE FG I, AE FG 2.
  • diagnostic functionalities which are, for example, in field devices from the applicant with the name "Heartbeat" are implemented, enable verification of the hardware components of the field devices FG1, FG2.
  • the manufacturer of the field devices FG 1, FG2 provides a new version of the logic / application component KO. This is loaded by the manufacturer into the container part CA of the service platform.
  • the operator in this case the system operator, is offered the update of the logic / application component KO.
  • the management part MA checks the feasibility of the new logic / application component KO in the execution units AEFGI, AEFG2. However, the latest version of the logic / application component KO estimates too high resources which the field devices FG1, FG2 cannot provide. However, the Edge Device ED has these required resources.
  • the management part MA therefore causes the new version of the logic / application component KO to be loaded onto the edge device ED.
  • the execution unit A E D can then carry out the diagnostic functionalities by accessing the hardware components of the field devices FG1, FG2 via the first communication network.
  • the manufacturer of the field devices FG1, FG2 provides another new version of the logic / application component KO. This is loaded by the manufacturer into the container part CA of the service platform.
  • the operator in this case the system operator, is offered the update of the logic / application component KO.
  • the management part MA checks the feasibility of the further new logic / application component KO in the execution units AEFGI, AE F G2, AEED.
  • the latest version of the logic / application component KO estimates too high resources which neither the field devices FG1, FG2 nor the edge device ED can muster.
  • the service platform SP itself has these required resources.
  • the management part MA therefore causes the loading of the new version of the logic / application component KO into the execution unit AE Sp of the service platform SP. This can then carry out the diagnostic functionalities by accessing the hardware components of the field devices FG1, FG2 via the first and the second communication network KN1, KN2.
  • the second application also relates to the initial start-up of the two field devices FG1, FG2.
  • both field devices FG1, FG2 are of the same type, but should take on different measurement tasks after commissioning.
  • the field devices FG1, FG2 are connected to the edge device ED via the first communication network KN1.
  • the Edge Device ED recognizes the type of field device FG1, FG2.
  • the Edge Device ED then registers both devices in the service platform SP and reports its device type or device ID.
  • the management part MA of the service platform SP loads a logic / application component KO for each of the field devices FG, FG2 onto the edge device ED.
  • the logic / application components KO in the execution unit AEED, a basic evaluation of the raw data transmitted from the field devices FG1, FG2 to the edge device ED is made possible.
  • the operator selects the respective measurement task for each of the field devices FG on the service platform.
  • the measurement task is already preselected or is automatically recognized and selected by the service platform SP, for example on the basis of environmental data from the respective field devices FG1, FG2.
  • the measurement task is already stored in the devices from production and is read out by the Edge Device ED and transmitted to the service platform SP.
  • the management part MA of the service platform SP loads specific logic / application components KO onto the edge device in accordance with the selected measurement task.
  • the field devices FG1, FG2 now transmit raw data relating to recorded measurement values to the edge device ED.
  • the raw data are processed or evaluated and transmitted to the service platform SP.
  • AESP AEFGI
  • AEFG2 AEED execution unit
  • AK actuator unit CA container portion ED edge device

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Ressourcenverwaltung in einer Anlage (A) der Automatisierungstechnik, wobei in der Anlage (A) mindestens ein Feldgerät (FG1, FG2) eingebunden ist, welches zum Erfassen und/oder Beeinflussen von Prozessvariablen ausgestaltet ist. Das Feldgerät (FG1, FG2) ist mit einem Edge Device (ED) in Kommunikationsverbindung und liefert Rohdaten des aktuellen Messwertes der Prozessvariablen, bzw. der Stellgröße. Das Edge Device (ED) selbst steht mit einer Serviceplattform (SP) über ein zweites Kommunikationsnetzwerk (KN2) in Verbindung. In einem Containeranteil (CA) der Serviceplattform (SP) sind mehrere Logik- /Applikationskomponenten (KO) vorgehalten, die die Ausführung spezifischer Mess- und Diagnosefunktionalitäten der Feldgeräte (FG1, FG2) ermöglichen. Abhängig von den in den Feldgeräten (FG1, FG2), dem Edge Device (ED) und der Serviceplattform (SP) zur Verfügung stehenden Rechenressourcen, bzw. -Speicherressourcen können die Logik- /Applikationskomponenten (KO) auf die jeweiligen Geräte (FG1, FG2, ED, SP) geladen werden und von den entsprechenden Ausführungseinheiten (AESP, AEFG1, AEFG2) der Geräte (FG1, FG2, ED, SP) ausgeführt werden.

Description

System zur Ressourcenverwaltung in einer Anlage der Automatisierungstechnik
Die Erfindung betrifft ein System zur Ressourcenverwaltung in einer Anlage der Automatisierungstechnik.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Feldgeräte bekannt geworden, die in industriellen Anlagen der Automatisierungstechnik zum Einsatz kommen. In der Prozessautomatisierung ebenso wie in der Fertigungsautomatisierung werden vielfach Feldgeräte eingesetzt. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Sensoreinheiten. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, pH-Messung, Füllstandmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktorsysteme verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Messgeräten und Aktoren werden unter Feldgeräten auch Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.
Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.
Feldgeräte, wie sie heute bekannt sind, weisen neben den Sensoren und/oder Aktoren üblicherweise eine Messumformerelektronik auf. Diese dient dem Zweck, erhobene Messsignale der Sensoren, bzw. Stellsignale der Aktoren, aufzubereiten und in einen Messwert, bzw. davon abgeleitete Zusatzinformation (bspw. eine Hüllkurve), bzw. eine Stellgröße, umzurechnen. Hierfür weist das Feldgerät Parameter auf, welche das Feldgerät auf die jeweilige Applikation einstellen. Heutzutage erhältliche Feldgeräte weisen mitunter eine große Zahl von Parametern auf, so dass die Parametrierung ein komplexer und fehleranfälliger (aufgrund falsch eingestellter Parameterwerte) Prozess ist, welcher außerdem einen hohen Testaufwand mit sich zieht. Ein Austausch eines Feldgeräts ist aufwendig, da das Austauschgerät dieselbe Parametrierung wie das auszutauschende Feldgerät erhalten muss. Dies kann außerdem zu einem Informationsverlust führen, falls nicht alle Parameterwerte korrekt eingestellt werden.
Die Software der Messumformerelektronik ist im Wesentlichen statisch gehalten und wird nur selten durch Updates erneuert. Diese Updates dienen häufig zum Beheben von Fehlern. Der durch die Software ermöglichte Funktionsumfang bleibt im Wesentlichen jedoch identisch und ist nicht erweiterbar. Des Weiteren sind Feldgeräte in ihren Ressourcen begrenzt, so dass häufig nur geringe Speicher- und Leistungsressourcen vorhanden sind. Selbst wenn ein Update der Software weitere Funktionen hinzufügen könnte, wie beispielsweise in der Patentanmeldung DE 102012 112 842 beschrieben, wäre deren Funktionskomplexität aufgrund der begrenzten Speicher- und Leistungsressourcen des Feldgeräts gering.
Außerdem sind die Feldgeräte nicht aufwärtskompatibel. Kommt beispielsweise eine neue Feldgerätegeneration auf den Markt, so besitzt diese häufig erhöhte Speicher- und Leistungsressourcen. Der Funktionsumfang der Software Messumformerelektronik kann hier erhöht sein, beispielsweise durch verbesserte Mess- und Auswertealgorithmen, da mehr Ressourcen zur Verfügung stehen. Diese Version der Software ist aber nicht mit den älteren Feldgeräten kompatibel, da diese geringere Speicher- und Leistungsressourcen aufweisen.
Aus der DE 102011 006 989 A1 und aus der DE 102013 103212 A1 ist es bekannt geworden, dass Feldgeräte lediglich Rohdaten, also beispielsweise Messsignale und/oder Stellsignale, die nur in einem Grundumfang von Mess- und Auswertealgorithmen bearbeitet werden, über ein Kommunikationsnetzwerk ausgeben. Die Berechnung der Messwerte, bzw. der Stellgrößen findet dann in einer vom Feldgerät verschiedenen Netzwerkkomponente, zum Beispiel in einer Cloud, statt. Hier tritt jedoch das Problem auf, dass die Messwerte, bzw. Stellgrößen, nicht in Echtzeit zur Verfügung stehen können, was für zeitkritische Applikationen nicht geeignet ist. Die Updateproblematik der Software der Messumformerelektronik wird hierdurch jedoch nicht gelöst.
Ausgehend von dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System vorzustellen, welches es erlaubt, der Adaptierbarkeit der Feldgeräte an Prozesse zu vereinfachen und sicherzustellen, dass zukünftige Mess- und Auswertealgorithmen mit den vorhandenen Feldgeräten im Feld genutzt werden können.
Die Aufgabe wird durch ein System zur Ressourcenverwaltung in einer Anlage der Automatisierungstechnik gelöst, umfassend:
Eine Serverplattform mit einem Containeranteil, einem Managementanteil und einer Ausführungseinheit, wobei der Containeranteil eine Vielzahl von Logik-/Applikationskomponenten aufweist, wobei eine Logik-/Applikationskomponente Algorithmen, bzw. Anweisungen zur Ausführung von Funktionen enthält und wobei eine Logik-/Applikationskomponente eine Mindest- Rechenressource, bzw. -Speicherressource, benötigt, um auf einem Gerät ausführbar zu sein, und wobei die Ausführungseinheit eine definierte Rechenressource, bzw. -Speicherressource bereitstellt und ausgestaltet ist, zumindest eine Logik-/Applikationskomponente zu instanziieren, bzw. auszuführen;
Zumindest ein Feldgerät, welches in einer Feldebene der Anlage in einem ersten Kommunikationsnetzwerk eingebunden ist, mit zumindest einer Sensoreinheit und/oder einer Aktoreinheit und einer Ausführungseinheit, wobei die Sensoreinheit ausgestaltet ist, eine physikalische oder chemische Messgröße eines verfahrenstechnischen Prozesses zu erfassen, wobei die Aktoreinheit ausgestaltet ist, eine physikalische oder chemische Messgröße eines verfahrenstechnischen Prozesses zu beeinflussen, wobei das Feldgerät ausgestaltet ist, die von der Sensoreinheit erfasste Messgröße und/oder eine Stellgröße der Aktoreinheit als Rohdaten auszugeben, und wobei die Ausführungseinheit eine definierten Rechenressource, bzw. -Speicherressource bereitstellt und ausgestaltet ist, zumindest eine Logik-/Applikationskomponente zu instanziieren, bzw. auszuführen;
Ein Edge Device, welches mit dem ersten Kommunikationsnetzwerk verbunden ist und welches mittels eines zweiten Kommunikationsnetzwerks direkt oder indirekt mit der Serverplattform in Kommunikationsverbindung steht, mit einer Kommunikationseinheit und einer Ausführungseinheit, wobei die Kommunikationseinheit ausgestaltet ist, Daten zwischen dem Edge Device, dem Feldgerät und der Serverplattform auszutauschen, wobei die Ausführungseinheit eine definierte Rechenressource, bzw. -Speicherressource bereitstellt und ausgestaltet ist, zumindest eine Logik-/Applikationskomponente zu instanziieren, bzw. auszuführen, und wobei der Managementanteil der Serverplattform ausgestaltet ist, nach Auswahl eines Bedieners eine der Logik-/Applikationskomponente entsprechend der benötigten Mindest- Rechenressource, bzw. -Speicherressource dem Feldgerät, dem Edge Device oder der Serverplattform zuzuweisen und auf dieses, bzw. diese, zu laden und diese anzuweisen, zu die Logik-/Applikationskomponente zu instanziieren.
Beispiele für Feldgeräte, welche im erfindungsgemäßen System verwendet werden, sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung beschrieben worden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass sich die Größen der bereitgestellten Rechenressourcen, bzw. -Speicherressourcen, des Feldgeräts, des Edge Devices und der Serverplattform voneinander unterscheiden, wobei das Feldgerät die geringste Größe der bereitgestellten Rechenressourcen, bzw. -Speicherressourcen aufweist und wobei die Serverplattform die größte Größe der bereitgestellten Rechenressourcen, bzw. - Speicherressourcen aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass im Falle, dass die Logik-/Applikationskomponenten außer auf der Serverplattform auch auf dem Edge Device und/oder auf dem Feldgerät instanziierbar sind, dem Bediener eine Auswahlmöglichkeit über die instanziierende Komponente gegeben wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass der Managementanteil ausgestaltet ist, im Falle, dass eine Logik-/Applikationskomponente auf dem Feldgerät, bzw. auf dem Edge Device instanziiert werden soll, obwohl das Feldgerät, bzw. das Edge Device nicht die benötigte Mindest-Rechenressource, bzw. -Speicherressource bereitstellen kann, die Logik-/Applikationskomponente auf die Ausführungseinheiten des Feldgeräts und des Edge Devices, bzw. mehrerer Feldgeräte, bzw. mehrerer Edge Devices, zu verteilen und zu veranlassen, diese gemeinsam zu instanziieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass der Managementanteil ausgestaltet ist, Lizenzinformationen des Bedieners zu verwalten und zumindest einen Teil der Logik-/Applikationskomponenten nur für eine bestimmte Zeit entsprechend der Lizenzinformationen auf der entsprechenden Ausführungseinheit zu instanziieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass der Managementanteil ausgestaltet ist, entsprechende Logik-/Applikationskomponenten automatisch bei einem Austausch, bzw. dem Neu-Hinzufügen, eines Edge Devices und/oder Feldgeräts dem neuen Edge Device bzw. Feldgerät, zuzuweisen, insbesondere analog des auszutauschenden Edge Devices bzw. Feldgeräts oder entsprechend eines Bedienerprofils.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das erste Kommunikationsnetzwerk ein Ethernet-basiertes Kommunikationsnetzwerk oder ein Feldbusnetzwerk der Automatisierungstechnik ist, oder auf dem HART-Protokoll beruht, wobei das erste Kommunikationsnetzwerk drahtlos oder drahtgebunden ausgestaltet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das Edge Device mittels Internet als zweites Kommunikationsnetzwerk mit der Serverplattform in Kommunikationsverbindung steht. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das Edge Device über eine, insbesondere drahtlose, Datenverbindung mit einem Zusatzgerät verbunden ist und wobei das Zusatzgerät mittels Internetverbindung mit der Serverplattform verbindbar ist und ausgestaltet ist, die Kommunikationsverbindung zwischen dem Edge Device und der Serverplattform zu etablieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass das Edge Device mit der Serverplattform nur zu denjenigen Zeiten in Kommunikationsverbindung steht, wenn dem Edge Device und/oder dem Feldgerät eine Logik-/Applikationskomponente zugeordnet wird und wobei die Kommunikationsverbindung nach dem Zuordnen, bzw. dem Veranlassen des Instanziierens, beendet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass dem Edge Device, bzw. dem Feldgerät, entsprechende Ausführungseinheiten mehrere Versionen derselben Logik-/Applikationskomponente zugeordnet werden und wobei nur diejenige Logik- /Applikationskomponente instanziiert werden kann, welche von dem Managementanteil der Serverplattform freigegeben ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass die Serverplattform cloudbasiert ausgestaltet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass eine Logik-/Applikationskomponente eine der folgenden Logiken, bzw. Applikationen ausführt:
Verarbeiten von Rohdaten des Feldgeräts, insbesondere Berechnen und/oder Auswerten von Hüllkurven;
Verarbeiten von Rohdaten des Feldgeräts gemeinsam mit Rohdaten zumindest eines weiteren Feldgeräts;
Loggen von Rohdaten des Feldgeräts;
Diagnosefunktionalitäten;
Kommunikationskomponenten, insbesondere netzwerkspezifische Kommunikationskomponenten;
Parametrierungen des entsprechenden Geräts, dessen Ausführungseinheit die Logik- /Applikationskomponente instanziiert, bzw. ausführt.
Die Rohdaten mehrerer Feldgeräte können gemeinsam verarbeitet werden, um beispielsweise Werte Prozessvariablen zu erhalten, welche von keinem der einzelnen Feldgeräte erfasst werden können. Unter dem Stichwort „Sensor Fusion“ sind eine Vielzahl von Kombinationen primärer Prozessvariablen bekannt, um sekundäre Prozessvariablen berechnen zu können.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 : einen schematischen Überblick über das erfindungsgemäße System.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes System gezeigt. In einer Anlage A der Automatisierungstechnik sind eine Vielzahl an Feldgeräten FG1 , FG2 eingebunden. Im konkreten Fall handelt es sich bei dem Feldgerät FG1 um ein Füllstandmessgerät, welches den Füllstand eines Messmediums in einem Behälter mittels einer radarbasierten Sensoreinheit SE misst. Bei dem Feldgerät FG2 handelt es sich um einen Aktor, dessen Aktoreinheit AE ein Ventil ist, mittels welchem der Zulauf in den Behälter geregelt wird. Die Feldgeräte FG1 , FG2 sind mittels eines ersten Kommunikationsnetzwerks KN1 , beispielsweise eines Feldbusses der Automatisierungstechnik (Profibus PA, Foundation Fieldbus, etc.) oder basierend auf HART, bspw. HART-Multidrop, mit einem Edge Device ED verbunden. Das erste Kommunikationsnetzwerk kann hierbei drahtgebunden oder drahtlos ausgestaltet sein, bspw. mit einem entsprechenden drahtlosen Feldbsstandard.
In der Anlage A können weitere Edge Devices vorgesehen sein, welche mit weiteren Feldgeräten in Kommunikationsverbindung stehen können (in Fig. 1 gestrichelt dargestellt). Die Edge Devices können des Weiteren auch untereinander in Kommunikationsverbindung stehen und Daten austauschen.
Sowohl die Feldgeräte FG1 , FG2, als auch das Edge Device ED umfassen sogenannte Ausführungseinheiten AEFGI , AEFG2, AEED Diese Ausführungseinheiten AEFGI , AEFG2, AEEDSind Elektronikeinheiten mit Softwarecontainern, in welche Logik-/Applikationskomponenten KO geladen werden können. Die Logik-/Applikationskomponenten KO enthalten und erlauben das Ausführen von Funktionalitäten, welche die Grundfunktionalitäten der Feldgeräte FG1 , FG2, bzw. des Edge Devices ED erweitern. Die Feldgeräte FG1 , FG2 und das Edge Device ED stellen jeweils definierte Rechenressourcen, bzw. Speicherressourcen bereit. Die Rechenressourcen werden beispielsweise durch Mikroprozessoren und/oder ASICs bereitgestellt. Die Speicherressourcen werden beispielsweise durch flüchtige und/oder nichtflüchtige (Arbeits)-Speicherbausteine bereitgestellt. Typischerweise können in Edge Devices ED höhere Rechenressourcen, bzw. Speicherressourcen als in Feldgeräten FG1 , FG2 bereitgestellt werden. Zur Ausführung der Logik-/Applikationskomponenten KO in den vorgesehenen Ausführungseinheiten AEFGI , AEFG2, AEED werden spezifische Mindestanforderungen an die Rechenressourcen, bzw. Speicherressourcen verlangt. Können diese von dem Feldgerät FG1, FG2, bzw. von dem Edge Device ED nicht bereitgestellt werden, so können die Logik- /Applikationskomponenten KO nicht ausgeführt werden.
Das Edge Device ist mittels eines zweiten Kommunikationsnetzwerks KN2, insbesondere des Internets, mit einer Serverplattform SP, welche gemäß der Cloud Computing-Technologie ausgestaltet ist, verbunden. Die Serverplattform SP umfasst mehrere Anteile: Zum einen umfasst die Serverplattform SP einen Containeranteil CA, in welchem eine Vielzahl der obig beschriebenen Logik-/Applikationskomponenten KO gespeichert sind. Weiter umfasst die Serverplattform SP einen Managementanteil MA, welcher die Verteilung der Logik-/Applikationskomponenten KO an die verschiedenen Feldgeräte FG1, FG2 und Edge Devices ED in der Anlage A verwaltet. Zum anderen enthält die Serverplattform eine eigene Ausführungseinheit AEEDZum Ausführen der Logik- /Applikationskomponenten KO auf der Serverplattform SP. Die Serverplattform SP kann Rechenressourcen, bzw. Speicherressourcen als die Feldgeräte FG1 , FG2 und das Edge Device ED bereitstellen.
Seitens eines Bedieners können Logik-/Applikationskomponenten KO ausgewählt werden, welche in der Messtechnik der Anlage A wo verwendet werden sollen. Die Managementapplikation MA veranlasst anschließend das Übermitteln der Logik-/Applikationskomponenten KO an die jeweilige Messkomponente FG1, FG2, ED, sofern deren Rechenressourcen, bzw. Speicherressourcen ausreichen und veranlasst die Instanziierung der übermittelten Logik-/Applikationskomponenten KO in der entsprechenden Ausführungseinheit AESp, AEFGI, AEFG2,AEed.
Im Folgenden sind zwei Anwendungsbeispiele beschrieben, welche mittels des erfindungsgemäßen Systems realisierbar sind:
Im ersten Ausführungsbeispiel wird der in Fig. 1 abgebildete Anlagenteil erstmals aufgebaut, bzw. in Betrieb genommen. Die Feldgeräte FG1, FG2 und das Edge Device Edge Device werden ausgeliefert und bestimmungsgemäß in der Anlage A eingebaut und miteinander verbunden.
Die Feldgeräte FG1 , FG2 werden mit einer ersten Version einer speziellen Logik- /Applikationskomponente KO ausgeliefert, welche durch Ausführung in der jeweiligen Ausführungseinheit AEFGI , AEFG2 erweiterte Diagnosefunktionalitäten ermöglicht. Diese Diagnosefunktionalitäten, welche beispielsweise in Feldgeräten der Anmelderin mit dem Namen „Heartbeat“ implementiert sind, ermöglichen eine Verifikation der Hardwarekomponenten der Feldgeräte FG1 , FG2.
Nach einiger Betriebszeit wird vom Hersteller der Feldgeräte FG 1 , FG2 eine neue Version der Logik- /Applikationskomponente KO bereitgestellt. Diese wird vom Hersteller in den Containeranteil CA der Serviceplattform geladen. Dem Bediener, in diesem Fall der Anlagenbetreiber, wird das Update der Logik-/Applikationskomponente KO angeboten. Nach einer Auswahl der Logik- /Applikationskomponente KO prüft der Managementanteil MA die Ausführbarkeit der neuen Logik- /Applikationskomponente KO in den Ausführungseinheiten AEFGI , AEFG2. Die neueste Version der Logik-/Applikationskomponente KO veranschlagt jedoch zu hohe Ressourcen, welche die Feldgeräte FG1, FG2 nicht aufbringen können. Das Edge Device ED verfügt jedoch über diese benötigten Ressourcen. Der Managementanteil MA veranlasst daher das Laden der neuen Version der Logik-/Applikationskomponente KO auf das Edge Device ED. Die Ausführungseinheit AED kann anschließend die Diagnosefunktionalitäten durch Zugriff auf die Hardwarekomponenten der Feldgeräte FG1 , FG2 über das erste Kommunikationsnetzwerk durchführen.
Nach einiger weitere Betriebszeit wird vom Hersteller der Feldgeräte FG1 , FG2 eine weitere neue Version der Logik-/Applikationskomponente KO bereitgestellt. Diese wird vom Hersteller in den Containeranteil CA der Serviceplattform geladen. Dem Bediener, in diesem Fall der Anlagenbetreiber, wird das Update der Logik-/Applikationskomponente KO angeboten. Nach einer Auswahl der Logik-/Applikationskomponente KO prüft der Managementanteil MA die Ausführbarkeit der weiteren neuen Logik-/Applikationskomponente KO in den Ausführungseinheiten AEFGI , AEFG2, AEED. Die neueste Version der Logik-/Applikationskomponente KO veranschlagt jedoch zu hohe Ressourcen, welche weder die Feldgeräte FG1 , FG2, noch das Edge Device ED aufbringen können. Das Serviceplattform SP selbst verfügt jedoch über diese benötigten Ressourcen. Der Managementanteil MA veranlasst daher das Laden der neuen Version der Logik- /Applikationskomponente KO in die Ausführungseinheit AESp der Serviceplattform SP. Diese kann anschließend die Diagnosefunktionalitäten durch Zugriff auf die Hardwarekomponenten der Feldgeräte FG1 , FG2 über das erste und das zweite Kommunikationsnetzwerk KN1 , KN2 durchführen.
Der zweite Anwendungsfall betrifft ebenfalls die Erstinbetriebnahme der zwei Feldgeräte FG1, FG2. In diesem Fall sind beide Feldgeräte FG1 , FG2 typengleich, sollen aber nach der Inbetriebnahme verschiedene Messaufgaben übernehmen.
In einem ersten Schritt werden die Feldgeräte FG1 , FG2 über das erste Kommunikationsnetzwerk KN1 mit dem Edge Device ED verbunden. Das Edge Device ED erkennt den Typ der Feldgeräte FG1 , FG2. Anschließend meldet das Edge Device ED beide Geräte in der Serviceplattform SP an und meldet dessen Gerätetyp, bzw. Gerätekennung.
In einem zweiten Teil lädt der Managementanteil MA der Serviceplattform SP jeweils eine Logik- /Applikationskomponente KO für jedes der Feldgeräte FG, FG2 auf das Edge Device ED. Durch Ausführung der Logik-/Applikationskomponenten KO in der Ausführungseinheit AEED ist eine Basisauswertung der von den Feldgeräten FG1 , FG2 an das Edge Device ED übermittelten Rohdaten ermöglicht.
In einem dritten Schritt wählt der Bediener auf der Serviceplattform die jeweilige Messaufgabe für jedes der Feldgeräte FG aus. Alternativ ist die Messaufgabe bereits vorausgewählt, oder wird von der Serviceplattform SP automatisch erkannt und ausgewählt, beispielsweise anhand von Umgebungsdaten der jeweiligen Feldgeräte FG1 , FG2. Alternativ ist die Messaufgabe bereits ab Fertigung in den Geräten gespeichert und wird vom Edge Device ED ausgelesen und an die Serviceplattform SP übermittelt.
In einem vierten Schritt lädt der Managementanteil MA der Serviceplattform SP entsprechend der gewählten Messaufgabe spezifische Logik-/Applikationskomponenten KO auf das Edge Device.
Im Messbetrieb übermitteln die Feldgeräte FG1 , FG2 nun Rohdaten bezüglich erfasster Messwerte an das Edge Device ED. Entsprechend der von der Ausführungseinheit AEED ausgeführten spezifischen Logik-/Applikationskomponenten KO werden die Rohdaten verarbeitet, bzw. ausgewertet und an die Serviceplattform SP übermittelt.
Bezugszeichenliste
A Anlage der Automatisierungstechnik
AESP, AEFGI , AEFG2, AEED Ausführungseinheit AK Aktoreinheit CA Containeranteil ED Edge Device
FG1 , FG2 Feldgerät KE Kommunikationseinheit des Edge Devices KN1 erstes Kommunikationsnetzwerk KN2 zweites Kommunikationsnetzwerk KO Logik-/Applikationskomponente MA Managementanteil SE Sensoreinheit SP Serverplattform

Claims

Patentansprüche
1. System zur Ressourcenverwaltung in einer Anlage (A) der Automatisierungstechnik, umfassend: Eine Serverplattform (SP) mit einem Containeranteil (CA), einem Managementanteil (MA) und einer Ausführungseinheit (AESp), wobei der Containeranteil (CA) eine Vielzahl von Logik-/Applikationskomponenten (KO) umfasst, wobei eine Logik-/Applikationskomponente (KO) Algorithmen, bzw. Anweisungen zur Ausführung von Funktionen enthält und wobei eine Logik-/Applikationskomponente (KO) eine Mindest-Rechenressource, bzw. -Speicherressource, benötigt, um auf einem Gerät ausführbar zu sein, und wobei die Ausführungseinheit (AESp) eine definierte Rechenressource, bzw. - Speicherressource bereitstellt und ausgestaltet ist, zumindest eine Logik- /Applikationskomponente (KO) zu instanziieren, bzw. auszuführen;
Zumindest ein Feldgerät (FG1, FG2), welches in einer Feldebene der Anlage (A) in einem ersten Kommunikationsnetzwerk (KN1) eingebunden ist, mit zumindest einer Sensoreinheit (SE) und/oder einer Aktoreinheit (AK) und einer Ausführungseinheit (AEFGI , AEFG2), wobei die Sensoreinheit (SE) ausgestaltet ist, eine physikalische oder chemische
Messgröße eines verfahrenstechnischen Prozesses zu erfassen, wobei die Aktoreinheit (AK) ausgestaltet ist, eine physikalische oder chemische
Messgröße eines verfahrenstechnischen Prozesses zu beeinflussen, wobei das Feldgerät (FG1 , FG2) ausgestaltet ist, die von der Sensoreinheit (SE) erfasste
Messgröße und/oder eine Stellgröße der Aktoreinheit (AK) als Rohdaten auszugeben, und wobei die Ausführungseinheit (AEFGI , AEFG2) eine definierten Rechenressource, bzw. - Speicherressource bereitstellt und ausgestaltet ist, zumindest eine Logik- /Applikationskomponente (KO) zu instanziieren, bzw. auszuführen;
Ein Edge Device (ED), welches mit dem ersten Kommunikationsnetzwerk (KN1) verbunden ist und welches mittels eines zweiten Kommunikationsnetzwerks (KN2) direkt oder indirekt mit der Serverplattform (SP) in Kommunikationsverbindung steht, mit einer Kommunikationseinheit (KE) und einer Ausführungseinheit (AEED), wobei die Kommunikationseinheit (KE) ausgestaltet ist, Daten zwischen dem Edge Device (ED), dem Feldgerät (FG1 , FG2) und der Serverplattform (SP) auszutauschen, wobei die Ausführungseinheit (AESp) eine definierte Rechenressource, bzw. - Speicherressource bereitstellt und ausgestaltet ist, zumindest eine Logik- /Applikationskomponente (KO) zu instanziieren, bzw. auszuführen, und wobei der Managementanteil der Serverplattform (SP) ausgestaltet ist, nach Auswahl eines Bedieners eine der Logik-/Applikationskomponente (KO) entsprechend der benötigten Mindest-Rechenressource, bzw. Mindest-Speicherressource dem Feldgerät (FG1, FG2), dem Edge Device (ED) oder der Serverplattform (SP) zuzuweisen und auf dieses, bzw. diese, zu laden und diese anzuweisen, zu die Logik- /Applikationskomponente (KO) zu instanziieren.
2. System nach Anspruch 1 , wobei sich die Größen der bereitgestellten Rechenressourcen, bzw. - Speicherressourcen, des Feldgeräts (FG1 , FG2), des Edge Devices (ED) und der Serverplattform (SP) voneinander unterscheiden, wobei das Feldgerät (FG1 , FG2) die geringste Größe der bereitgestellten Rechenressourcen, bzw. -Speicherressourcen aufweist und wobei die Serverplattform (SP) die größte Größe der bereitgestellten Rechenressourcen, bzw. - Speicherressourcen aufweist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Falle, dass die Logik-/Applikationskomponenten (KO) außer auf der Serverplattform (SP) auch auf dem Edge Device (ED) und/oder auf dem Feldgerät (FG1 , FG2) instanziierbar sind, dem Bediener eine Auswahlmöglichkeit über die instanziierende Komponente gegeben wird.
4. System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Managementanteil ausgestaltet ist, im Falle, dass eine Logik-/Applikationskomponente (KO) auf dem Feldgerät (FG1, FG2), bzw. auf dem Edge Device (ED) instanziiert werden soll, obwohl das Feldgerät (FG1, FG2), bzw. das Edge Device (ED) nicht die benötigte Mindest-Rechenressource, bzw. - Speicherressource bereitstellen kann, die Logik-/Applikationskomponente (KO) auf die Ausführungseinheiten (AEFGI , AEFG2) des Feldgeräts (FG1 , FG2) und des Edge Devices (ED), bzw. mehrerer Feldgeräte (FG1, FG2), bzw. mehrerer Edge Devices (ED), zu verteilen und zu veranlassen, diese gemeinsam zu instanziieren.
5. System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Managementanteil ausgestaltet ist, Lizenzinformationen des Bedieners zu verwalten und zumindest einen Teil der Logik-/Applikationskomponenten (KO) nur für eine bestimmte Zeit entsprechend der Lizenzinformationen auf der entsprechenden Ausführungseinheit (AESp, AEFGI , AEFG2) zu instanziieren.
6. System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Managementanteil ausgestaltet ist, entsprechende Logik-/Applikationskomponenten (KO) automatisch bei einem Austausch, bzw. dem Neu-Hinzufügen, eines Edge Devices und/oder Feldgeräts dem neuen Edge Device bzw. Feldgerät, zuzuweisen, insbesondere analog des auszutauschenden Edge Devices bzw. Feldgeräts oder entsprechend eines Bedienerprofils.
7. System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Kommunikationsnetzwerk (KN1) ein Ethernet-basiertes Kommunikationsnetzwerk oder ein Feldbusnetzwerk der Automatisierungstechnik ist, oder auf dem HART-Protokoll beruht, wobei das erste Kommunikationsnetzwerk (KN1) drahtlos oder drahtgebunden ausgestaltet ist.
8. System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Edge Device (ED) mittels Internet als zweites Kommunikationsnetzwerk (KN2) mit der Serverplattform (SP) in Kommunikationsverbindung steht.
9. System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Edge Device (ED) über eine, insbesondere drahtlose, Datenverbindung mit einem Zusatzgerät verbunden ist und wobei das Zusatzgerät mittels Internetverbindung mit der Serverplattform (SP) verbindbar ist und ausgestaltet ist, die Kommunikationsverbindung zwischen dem Edge Device (ED) und der Serverplattform (SP) zu etablieren.
10. System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Edge Device (ED) mit der Serverplattform (SP) nur zu denjenigen Zeiten in Kommunikationsverbindung steht, wenn dem Edge Device (ED) und/oder dem Feldgerät (FG1 , FG2) eine Logik-/Applikationskomponente (KO) zugeordnet wird und wobei die Kommunikationsverbindung nach dem Zuordnen, bzw. dem Veranlassen des Instanziierens, beendet wird.
11 . System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei der entsprechenden Ausführungseinheit (AEFGI , AEFG2) des Edge Devices (ED), bzw. des Feldgeräts (FG1, FG2), mehrere Versionen derselben Logik-/Applikationskomponente (KO) zugeordnet werden und wobei nur diejenige Logik-/Applikationskomponente (KO) instanziiert werden kann, welche von dem Managementanteil der Serverplattform (SP) freigegeben ist.
12. System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Serverplattform (SP) cloudbasiert, bzw. entsprechend der Cloud Computing-Technologie, ausgestaltet ist.
13. System nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Logik- /Applikationskomponente (KO) eine der folgenden Logiken, bzw. Applikationen ausführt:
Verarbeiten von Rohdaten des Feldgeräts (FG1 , FG2), insbesondere Berechnen und/oder Auswerten von Hüllkurven; Gemeinsames Verarbeiten von Rohdaten des Feldgeräts (FG1 , FG2) und zumindest eines weiteren Feldgeräts;
Loggen von Rohdaten des Feldgeräts (FG1, FG2);
Diagnosefunktionalitäten; - Kommunikationskomponenten, insbesondere netzwerkspezifische
Kommunikationskomponenten;
Parametrierungen des entsprechenden Geräts, dessen Ausführungseinheit (AESP, AEFGI , AEFG2) die Logik-/Applikationskomponente (KO) instanziiert, bzw. ausführt.
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