CN114514483A

CN114514483A - 过程测量值的面向事件的传输

Info

Publication number: CN114514483A
Application number: CN202080066728.8A
Authority: CN
Inventors: 格奥尔格·克卢格; 本杰明·卢茨
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2040-09-16
Also published as: EP4018277B1; CN114514483B; WO2021058345A1; EP4018277A1; US20220342406A1; EP3798777A1; EP4018277C0

Abstract

本发明涉及用于将过程测量值从过程设备的控制系统的至少一个测量装置面向事件地传输到过程设备的控制系统(3)的操作员站服务器(4)的方法，其包括：a)借助于过程设备的控制系统(3)的自动化装置(9)接收过程测量值；b)通过过程设备的控制系统(3)的自动化装置(9)自动使过程测量值的测量范围敏感化或脱敏化，其中，在敏感化或脱敏化期间，根据传输率低于过程测量值从测量装置到自动化装置(9)的最小传输率或者超出过程测量值从测量装置到自动化装置(9)的最大传输率，借助于启发法通过自动化装置(9)自动在敏感化期间缩小并且在脱敏化期间扩大测量范围；c)将过程测量值面向事件地传输至过程设备的控制系统(3)的操作员站服务器(4)，事件代表过程测量值的预定的改变。

Description

过程测量值的面向事件的传输

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的特征的、用于将过程测量值从过程设备的控制系统的至少一个测量装置面向事件地传输到过程设备的控制系统的操作员站服务器的方法。本发明还涉及根据权利要求2的自动化装置。此外，本发明涉及根据权利要求3的过程设备的控制系统。

背景技术

过程自动化中的过程数据通常是相对“迟缓的”。相应地，自动化装置与操作员站服务器(用于操作和监视、归档等)之间的过程数据的传输通常以事件驱控，而不是以时间(周期)驱控。在此的目的是减小传输量，因为尤其在工艺技术设备中积累大量过程数据(以下称为“过程测量值”)。

在以事件驱控的传输中使用过程测量值的“疏化”。这意味着，仅

-在足够大的变化的情况下，

-在超时上限到期(限定最小传输率)之后，并且

-在足够大的积累变化的情况下，传输过程测量值。

为了在信号变化(例如由于剧烈的噪声、传感器故障等)剧烈时限制以事件驱控的传输期间的过程测量值的量，通常还限定超时下限(最大传输率)。该目的在于在超时上限和超时下限之间疏化过程测量值，从而

-对于过程数据的过程曲线(趋势)的再现总还存在充足的支持位置，

-不丢失重要的事件(例如过程值改变起的时间点)

-尽可能少地传递/不传递多余的过程数据。

为面向事件的传输创建了不同的但有一些缺点的方法。主要缺点在于，必须为每个过程测量值进行面向对象的传输的专门配置。设计者必须几乎针对每个测量位置了解准确的测量范围、工艺技术过程的待预期的改变动态等，以便能够实现能接受的传输性能。这导致巨大和重复的开销。

已创建的需要较少配置的方法、例如用于减少工艺技术的归档数据(Boxcar、SLIM、Swinging Door模式)的方法在传输时仅能被限制性应用，因为在这些方法中在弃用公差范围的情况下不传输当前值，但传输过去的值。在该情况下操作人员随后在操作和监视时利用(旧的)值工作。

发明内容

本发明的目的在于给出一种方法和相关的自动化装置，该方法和装置显著简化了从测量装置到技术设备的控制系统的面向对象的传输的配置。

上述目的通过具有权利要求1的特征的、用于将过程测量值从过程设备的控制系统的至少一个测量装置面向事件地传输到过程设备的控制系统的操作员站服务器的方法实现。

根据本发明的方法包括以下步骤：

a)借助于自动化装置接收过程测量值；

b)通过自动化装置自动使过程测量值的测量范围敏感化或脱敏化；

c)将过程测量值面向事件地传输至操作员站服务器。

过程设备例如能够是化学、制药、石化设备或源自餐饮业的设备。

该过程设备分别具有用于控制和调节运行过程的控制系统或至少一个由计算机支持的模块。控制系统在当前背景下被理解为由计算机支持的技术系统，技术系统包括用于显示、操作和控制技术系统的功能，例如是制造或生产设备。该控制系统在当前情况下包括用于测定测量值以及各种执行机构的传感器。此外，控制系统包括面向过程的构件，其用于驱控执行机构或传感器。此外，控制系统具有用于过程设备的可视化和工程化的手段。附加地，控制系统的概念还能被理解为用于复杂的调节的计算单元和用于数据存储和处理的系统。

“操作员站服务器”在当前被理解为如下的服务器，其在中央将操作和监视系统的数据以及通常检测过程设备的过程控制系统的警报和测量值归档检测并且提供给使用者。操作员站服务器通常建立到过程设备的自动化系统的通信连接并且将数据传递给所谓的客户端，该客户端用于操作和监视过程设备的各个功能元件的运行。

操作员站服务器能够具有客户端功能，以便访问其它操作员站的数据(归档、消息、标签、变量)。由此能使操作员站服务器上的过程设备的运行的图像与其它操作员站服务器的变量组合(服务器与服务器通信)。操作员站服务器能够没有限制地涉及西门子公司的工业工作站服务器SIMATIC PCS 7。

测量装置是一个或多个模拟或二进制信号的生成器或者接收器。这种装置的实例是测量转换器、二进制传感器或具有位置调节器的调节阀。

根据本发明的方法能够显著简化或者实现面向事件的传输的配置，因为通过自动的自我敏感化(和/或自我脱敏化)能够实现过程测量值的高度的疏化，其中能够在传输后实现过程曲线的再现并且不丢失重要事件。

根据传输率低于过程测量值从测量装置到自动化装置的最小传输率或者超出过程测量值从测量装置到自动化装置的最大传输率，借助于启发法通过自动化装置自动在敏感化或脱敏化期间缩小或者扩大测量范围。

由此，面向事件的传输的配置能够减少到确定最小/最大传输率，能够取消测量范围和阈值的配置。最小/最大传输率也在创建的方法中通常是固定的大小，仅取决于测量装置的类别(例如在压力和转速是选择比温度和流量更高的最大传输率)。

启发法例如能够用在平分测量值之间的间距和测量范围的上边界和下边界中。

此外，该目的通过一种自动化装置实现，其设计用于实施前述方法。自动化被理解为借助于技术手段自主(自动化)地检测和影响物理参量。在此，机器、设备或其它装置通常能够自主地工作。在此，自动化装置用于实现自动化并且例如能够是可编程逻辑控制器，其代表用于下级的可编程逻辑控制器的上级的控制功能。

此外，该目的通过一种过程技术设备的控制系统实现，该控制系统包括设计用于如前述那样实施方法的自动化装置。

附图说明

结合下述联系附图详细阐述的实施例的说明，本发明的上述特性、特征和优点以及实现的方式和方法变得明白易懂。

附图示出：

图1示出根据现有技术处理的过程测量值的流程；

图2示出根据现有技术处理的过程测量值的另外的流程；

图3示出根据本发明的方法的原理图；

图4示出根据本发明的方法处理的过程测量值的流程；并且

图5示出控制系统的部分的示意图。

具体实施方式

图1示出了具有任意单位的XY图表中的过程测量值的示例性的过程曲线。过程测量值在自动化装置中被周期性地处理。应当在传输至控制系统的操作员站服务器之前疏化过程测量值的量，以便不必传输每个单独的过程测量值。

根据现有技术应用面向事件的传输的方法，其采用固定配置的测量范围、最小传输率和最大传输率、以及用于迟滞的阈值。在根据图1的过程曲线中以叉标记过程测量值，其通过用于从自动化装置到操作员站服务器的传输的已知方法选出。可以看出，利用具有强烈疏化的配置的测量范围实现良好的减少。然而，过程测量值的过程曲线的再现是不准确的，因为在重要事件(阶跃和“曲折”)期间不传输过程测量值。

与图1相比，针对过程测量值的相同的过程器曲线，在图2中选择具有较少疏化的测量范围，从而使再现是准确的，因为在重要事件(阶跃和“曲折”)期间也传输过程测量值。然而，在从自动化装置传输过程测量值到操作员站服务器时反而仅实现较小的减少，尤其在具有较小变化的范围中明显传输了多于需要的过程测量值。

关键在于从最新的传输起的过程测量值变化的累积期间的测量范围：

-如果测量范围选择得太小，那么累积就太快并且相应也传输太多的过程测量值，这对能实现的传输率造成负面影响；

-如果测量范围选择得太大，那么累积就太慢并且相应传输少的过程测量值，这对过程测量值的再现造成负面影响。

为了优化配置(测量范围、最小/最大传输率、阈值)，过程设备的规划者必须以测量位置对测量位置或者测量装置对测量装置的方式设置合适的参数。此外，过程设备必须在为此配置的参数中运行。因此，例如是传感器的调试、传感器的故障或其它干扰的例外情况不能被优化传输并且由过程设备的操作员处理。

图3阐明了自动敏感化和脱敏化测量范围的原理。在此存在与图1和图2相同的过程测量过程曲线。为传输选出的过程测量值以叉进行标记。测量范围是(在图中上部)第一曲线1和(在图中下部)第二曲线2之间的相应的间距。

可以看出，测量范围在过程测量值的变化过程上改变：

部段I：测量范围动态地利用在范围中最小和最大的过程测量值扩大，这导致变化识别的脱敏化以及过程数据传输的减少。

部段II：过程测量值变化过程达到稳定的水平，该测量范围是恒定的。明显传输较少的过程测量值。

部段III：最小传输率通过源于测量范围的强烈脱敏化下降了，测量范围动态地减小。在此采用启发法，在启发法中平分当前的过程测量值和测量范围的上边界和下边界之间的间距。这在当前称为敏感化。过程测量值现在被再次快速发送并且变化识别再次更敏感。

部段IV：通过之前的敏感化直接识别和传输过程测量值的变化。通过过程测量值的变化再次匹配测量范围。

部段V：通过过程测量值的剧烈变化进一步扩大测量范围(脱敏化)，直到传输率通过过程测量值在水平上的平滑再次低于最小传输率为止。

部段VI：测量范围优化地设置到过程测量值的水平并且不再变化，进行恒定的传输。

图4以连续线示出了图1和图2所示的过程测量值的过程曲线。根据图3阐述的方法对于从自动化装置传输到操作员站服务器所选出的过程测量值以叉标记。可以看出，尤其在过程测量值的起振的水平中能够在传输时实现非常好的精简。尽管如此能够实现的是，能够在传输时专门对事件进行反应。从而例如通过传输精确地检测转折、阶跃和倾斜，从而能够在从自动化装置至操作员站服务器的传输之后非常好地实现再现。此外可以看出如何在确定的边界之中动态地匹配传输率。

图5示出了过程设备的根据本发明的控制系统3的一部分。控制系统3包括操作系统的服务器或者操作员站服务器4和相关的操作员站客户端5。操作员站服务器4和操作者系统客户端5经由终端总线6相互连接并且与控制系统3的未示出的其他构件、如工程系统服务器或过程数据存档连接。

使用者或操作员借助于操作员站客户端5通过终端总线6在操作和观察中访问操作员站服务器4。终端总线6能够在没有限制的情况下例如构造为工业以太网。

操作员站服务器4具有装置接口7，装置接口与设备总线8连接。由此，操作系统服务器2能够与控制系统3的自动化装置9通信。设备总线8能够在没有限制的情况下例如构造为工业以太网。另一方面。自动化装置9能够与任意数量的子系统(未示出)连接。

在操作员站服务器4中集成可视化服务10，经由其能够进行(可视化)数据到操作员站客户端5的传输。此外，操作员站服务器4具有过程设备的过程映射(过程图像)11。

在自动化装置9中实现所谓的EDC(事件驱动通信)的机制12，该机制能够实现将过程测量值从与自动化装置9连接的测量装置(未示出)基于事件地传输到操作员站服务器4。在过程测量值至操作员站服务器4的传输之前，在EDC的机制12的范畴中进行过程测量值的测量范围的根据本发明的敏感化和/或脱敏化。在此，在过程设备的自动化的每个周期中通过EDC的机制12分析当前的过程测量值。虽然过程测量值的“疏化”引起用于自动化装置9的较大量的计算开销，然而该计算开销被在传输过程测量值到操作员站服务器4期间节约的计算开销有利地过量补偿了。

尽管通过优选的实施例和附图在细节上详细地阐述并描述了本发明，但本发明并不局限于所公开的实例，并且能够由专业人员推导出另外的变体方案，这并不脱离本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于将过程测量值从过程设备的控制系统的至少一个测量装置面向事件地传输到所述过程设备的所述控制系统(3)的操作员站服务器(4)的方法，所述方法包括：

a)借助于所述过程设备的所述控制系统(3)的自动化装置(9)接收所述过程测量值；

b)通过所述过程设备的所述控制系统(3)的所述自动化装置(9)自动使所述过程测量值的测量范围敏感化或脱敏化，其中，在敏感化或脱敏化期间，根据所述过程测量值从所述测量装置到所述自动化装置(9)的传输率低于最小传输率或者所述过程测量值从所述测量装置到所述自动化装置(9)的传输率超出最大传输率，借助于启发法通过所述自动化装置(9)自动在敏感化期间缩小所述测量范围并且在脱敏化期间扩大所述测量范围；

c)将所述过程测量值面向事件地传输至所述过程设备的所述控制系统(3)的所述操作员站服务器(4)，其中，事件代表所述过程测量值的预定的改变。

2.一种自动化装置(9)，所述自动化装置设计用于实施根据权利要求1所述的方法。

3.一种过程设备的控制系统(3)，所述控制系统具有根据权利要求2所述的自动化装置(9)。