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Die Erfindung betrifft ein System zur Überprüfung der Installation von leittechnischen Komponenten einer technischen Anlage und ein entsprechendes Verfahren.
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Zur Steuerung und Regelung von Industrieanlagen müssen große Mengen von Eingabesignalen von einer Vielzahl von Sensoren zur weiteren Verarbeitung in die Komponenten der Leittechnik eingelesen werden. Entsprechend müssen große Mengen von Ausgabesignalen von der Leittechnik an eine Vielzahl von Stellgliedern (Aktoren) ausgegeben werden. Die Sensoren und Aktoren werden hierbei als Geräte der Feldebene, die Feldgeräte bezeichnet.
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Im Rahmen der Montage eines Leitsystems werden die Feldgeräte wie z.B. Signalwandler, Umformer, Messgeber oder Antriebe mit den sich in Leittechnik-Schränken befindlichen Baugruppen elektrisch verbunden. Hierzu werden – wie in der einzigen Figur dargestellt – die unterschiedlichen Arten von Feldgeräten FD (Analogsensoren (4–20mA), Binärsensoren, oder auch Thermoelemente) über verschiedene Kabel (z.B. Stichkabel SCB oder Stammkabel MCB), Unterverteiler JB und Rangierverteiler MC letztlich mit dem oder den Leittechnik-Schränken IOC verbunden. In einem Leittechnik-Schrank IOC befinden sich Baugruppen (so genannte Ein- und Ausgabebaugruppen), in welchen die elektrischen Eingangssignale für das übergeordnete Leitsystem LS empfangen bzw. von wo aus die elektrischen Ausgangssignale zur Feldebene gesendet werden. Wie in der Figur dargestellt, sind häufig zwischen einem Feldgerät FD und einem Leittechnik-Schrank IOC noch Unterverteiler JB oder sog. Rangierverteiler MC geschaltet. In den Unterverteilern werden die Signale mehrerer Feldgeräte zusammengefasst, so dass nur wenige, dicke Stammkabel MCB über die lange Strecke zwischen Unterverteiler JB und Rangierverteiler MC verlegt werden müssen. Die Rangierverteiler ermöglichen den Einsatz von Standard-Leittechnik-Schränken IOC, die unabhängig von den Randbedingungen der speziellen Anlage immer gleich aufgebaut und damit kostengünstig hergestellt werden können. Es wird dann im Rangierverteiler dafür gesorgt, dass ein bestimmter Kontakt eines Feldgerätes letztlich mit dem korrekten Stift der Baugruppe elektrisch verbunden ist.
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Wie auch immer die Kabelwege genau aufgebaut sind, im Rahmen der leittechnischen Inbetriebnahme, d.h. vor dem Anfahren der technischen Anlage, müssen Loop Checks durchgeführt werden. Im Rahmen der Loop Checks muss für jedes Ein- und Ausgabesignal (Loop) nachgewiesen werden, dass
- – die elektrische Verbindung zwischen dem Feldgerät und der Leittechnikbaugruppe an keiner Stelle unterbrochen ist,
- – jeder Kontakt des Feldgerätes tatsächlich mit dem richtigen Stift oder Klemmkontakt der richtigen Baugruppe verbunden ist und
- – die Parametrierung korrekt ist, so dass zum Beispiel bei einem 4/20 mA-Analoggeber, der einen Messbereich von 20-150 bar hat, auch wirklich in der Leittechnik ein Digitalwert von 150 bar erfasst wird, wenn der Geber 20 mA liefert.
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Der Begriff des Loop-Checks kann daher auch als Überprüfung der Verkabelung bezeichnet werden oder als Überprüfung der Installation der Leittechnik einer technischen Anlage, wobei hier – wie in der Figur dargestellt – zu der Leittechnik LS alle Komponenten oberhalb der Feldebene mit den Feldgeräten FD verstanden werden und unter dem Begriff der Installation stets die Elektroinstallation innerhalb einer technischen Anlage gemeint ist.
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Die Durchführung der Loop Checks für eine komplette Anlage ist mit einem sehr großen Aufwand verbunden. Für ein großes Dampfkraftwerk sind z.B. 3.000 Analogeingangssignale, 10.000 Binäreingangssignale und 2.000 Stellsignale zu testen.
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Ein Loop Check z.B. für 4/20 mA-Analoggeber wird heute üblicherweise auf die folgende Art und Weise durchgeführt:
- – Eine Person im Feld (Person P) begibt sich zum Feldgerät FD, für das der Test durchzuführen ist. Durch Drücken von Knöpfen am Feldgerät, kann dieses dazu veranlasst werden, unabhängig vom tatsächlichen Wert der Messgröße ein bestimmtes Stromsignal, z.B. 20 mA, vorzugeben. Bei manchen (z.B. älteren) Geräten existieren derartige Knöpfe nicht. Person P muss dann das Stichkabel vom Feldgerät FD entfernen und an einen Stromgeber anschließen, mit dessen Hilfe dann das gewünschte Signal vorgegeben werden kann.
- – Person P teilt anschließend über eine Kommunikationsverbindung (Walkie Talkie, Telefon) einer Person LT, die z.B. in der Warte vor einem Bedienbildschirm HMI des Leitsystems LS sitzt, mit, an welchem Feldgerät (welches Kennzeichen) welches Testsignal vorgegeben wurde.
- – Person LT überprüft, ob im Leitsystem ein Signal mit dem korrekten Wert ankommt.
- – Falls ja, kann noch ein weiterer Test z.B. mit einem 4 mA-Signal vorgenommen werden.
- – Falls alle Tests erfolgreich sind, kann dokumentiert werden, dass die Prüfung dieses Loops abgeschlossen ist.
- – Falls kein Signal oder falsche Werte im Leitsystem ankommen, muss die Fehlerursache ermittelt und der Fehler behoben werden. Danach ist der Loop erneut zu prüfen.
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Im Falle von Binärgebern erfolgt die Prüfung auf vergleichbare Art und Weise. Person P sorgt dann für eine Betätigung des Gebers vor Ort. Im Falle eines Schließers kann dies z.B. auch durch Brücken der Kontakte erfolgen.
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In einem Leittechnik-Modernisierungsprojekt, bei dem die Feldgeräte, die Unterverteiler und die Stichkabel nicht ausgetauscht werden, genügt es, die Loop Checks nur zwischen den Leittechnikschränken IOC und den Unterverteilern JB durchzuführen. Die Vorgabe der Testsignale erfolgt dann an den Kontakten der Unterverteiler.
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Zum Test der Loops für Antriebe gibt Person LT vom Leittechnik-Bedienbildschirm HMI aus einem Befehl (z.B. Ein/Aus) vor. Person P befindet sich an der Schaltanlage SG und überprüft, ob das entsprechende Relais reagiert. Der Antrieb selbst befindet sich zu diesem Zeitpunkt in Teststellung, d.h. ein wirkliches Schalten der Antriebe während der Loop Checks erfolgt nicht.
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Zur Durchführung der Loop Checks werden also grundsätzlich zwei Personen benötigt. Aus diesem Grunde ist der Kostenaufwand zur Durchführung der Loop Checks besonders hoch.
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Eine Verbesserung der Situation ist möglich im Falle von HART-Messumformern (HART = „Highway Addressable Remote Transducer“). Hier wird dem normalen 4/20 mA Signal ein zusätzliches Signal aufmoduliert. Über dieses zusätzliche Signal können zwischen dem Leitsystem und dem Feldgerät Informationen übertragen werden. Zum Beispiel kann das HART-Signal dazu verwendet werden, um den im Geber eingestellten Messbereich von der Leittechnik aus abzufragen oder zu ändern.
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Liegen HART-fähige Messgeber vor, können die Loop Checks automatisiert durchgeführt werden (Zero-Person Loop Checks). Das Leitsystem arbeitet dann eine Liste aller Messgeber ab. Jeder Geber wird über das HART-Signal vom Leitsystem angesprochen. Falls eine funktionierende Kommunikation aufgebaut werden kann, ist damit nachgewiesen, dass eine korrekte Kabelverbindung zwischen dem Feldgerät und dem Leittechnik-Schrank besteht. Der erfolgreiche Test kann automatisch dokumentiert werden. Im Fehlerfalle muss dem Anwender angezeigt werden, dass er die Fehlerursache zu suchen hat.
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Wenn in einer Anlage jedoch keine HART-Messumformer vorhanden sind, muss auf den 2-Personen Loop-Check zurückgegriffen werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren anzugeben, mittels welchem eine vereinfachte und effizientere Überprüfung der Installation von leittechnischen Komponenten beim Loop-Check von analogen und binären Messgebern durchführbar ist. Insbesondere soll der Aufwand der herkömmlichen Zwei-Personen-Loop-Checks mittels der Erfindung reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein System und ein Verfahren zur Überprüfung der Installation von leittechnischen Komponenten mit den in den unabhängigen Ansprüchen 1 bzw. 5 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, dass ein Rechen- und Kommunikationsmittel mit einem Leitrechner oder Server des Leitsystems verbunden wird, welches derart ausgelegt ist, dass nach Auswahl und Identifizierung eines Feldgeräts Testsignale am Feldgerät simuliert, und Testinformationen zwischen dem Rechen- und Kommunikationsmittel und dem Server ausgetauscht werden, wobei automatisch eine Überprüfung der Testinformationen gegen Archivwerte des Leitsystems erfolgt. Unter Testinformationen sind hier Signalpegel, Zeiten wie Test-Anfangszeit und/oder Test-Endzeit und/oder Ausgangswerte des Feldgeräts zu verstehen. Das erfindungsgemäße System übernimmt somit alle Aufgaben der zweiten Person im Leitstand, welche für die herkömmlichen Loop-Checks notwendig war. Eine einzelne Person im Feld zusammen mit einem herkömmlichen Kommunikationsmittel, mittels welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, reicht aus, um eine fehlerfreie Überprüfung der Installation der leittechnischen Komponenten durchzuführen.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird daher vorteilhaft eine deutliche Verbesserung der Loop-Checks erreicht, welche insbesondere immer dann angewendet werden kann, wenn „Zero-Person Loop Checks“ nicht möglich sind, wie z.B. bei Leittechnik-Modernisierungsprojekten, wo in vielen Fällen ältere Messgeber vorliegen, die nicht HART-fähig sind. Ferner handelt es sich bei den HART-fähigen Messgebern um Analoggeber. Die Loop Checks von Binärgebern können somit nicht wie bei den HART-fähigen analogen Messgebern automatisiert werden. Bei dieser Art von Messgebern ist es besonders von Vorteil, das erfindungsgemäße, ebenfalls automatisierte Loop-Check-System und Verfahren anzuwenden.
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In einer Ausführungsvariante erfolgt bei Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Rechen- und Kommunikationsmittel und dem Leitsystem eine Zwischenspeicherung der Werte und Informationen zu jedem Feldgerät auf dem Rechen- und Kommunikationsmittel, wobei nach Wiederherstellung der Verbindung ein Vergleich und eine Synchronisierung der zwischengespeicherten Werte und Signale zwischen dem Kommunikationsmittel und dem Server des Leitsystems erfolgt. Die Besonderheit dieser Ausführungsvariante liegt darin, dass das erfindungsgemäße System auch dann eingesetzt werden kann, wenn zeitweise keine Verbindung zwischen dem Leitsystem und dem Rechen- und Kommunikationsmittel hergestellt werden kann, was in Kraftwerksanlagen häufig der Fall ist. Die zuverlässige Überprüfung der Installation ist somit gewährleistet und es wird zusätzlich eine Zeitersparnis erreicht, da die Person, welche den Loop-Check durchführt, kontinuierlich weiterarbeiten kann und nicht von der Qualität oder dem Vorhandensein der Verbindung abhängig ist.
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Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe vorteilhaft durch ein Verfahren zur Überprüfung der Installation einer technischen Anlage mit einem Leitsystem gelöst, wobei zunächst eine Kommunikationsverbindung zwischen einem Rechen-und Kommunikationsmittel und dem Archiv des Leitsystems hergestellt wird. Anschließend wird beim Rechen- und Kommunikationsmittel ein Feldgerät aus einer Liste ausgewählt, wobei alle notwendigen Informationen zur Parametrierung und Betrieb des Feldgeräts mit der Liste verknüpft sind. In einem nächsten Schritt wird für das ausgewählte Feldgerät ein Testsignal auf dem Feldgerät simuliert und die entsprechende Testinformation in das Rechen- und Kommunikationsmittel eingegeben. Die am Feldgerät ausgelösten Werte werden dann gegen Archivwerte des Leitsystems geprüft. Abschließend wird das Resultat der Prüfung des elektrischen Signalflusses auf dem Rechen- und Kommunikationsmittel angezeigt.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Im Folgenden wird die Erfindung als Ausführungsbeispiel anhand einer Figur näher beschrieben und erläutert.
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Die Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels für ein System S zur Überprüfung der Installation von leittechnischen Komponenten einer technischen Anlage. Das Leitsystem LS umfasst in diesem Ausführungsbeispiel auch leittechnische Komponenten wie Verteilerkästen JB, Rangierschränke MC und Leittechnik-Schränke IOC, welche die Ein- und Ausgabebaugruppen beinhalten. Ferner umfasst das Leitsystem LS auf höheren Ebenen zumindest einen Server AS, zumindest ein Bussystem (hier nicht dargestellt) und zumindest eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle HMI wie beispielsweise ein Client-Rechner mit Bildschirm und/oder sonstigen Anzeigevorrichtungen. Neben dem Leitsystem LS umfasst das erfindungsgemäße System S ferner ein leicht tragbares oder leicht transportier-bares Rechen- und Kommunikationsmittel D, welches mit einem Miniaturcomputer ausgestattet ist und ferner Mittel zur Spracheingabe wie beispielsweise ein Mikrofon, Mittel zur Sprachausgabe wie beispielsweise ein Lautsprecher, Mittel zur Bildaufnahme wie beispielsweise eine Kamera und Mittel zur Bildausgabe wie beispielsweise ein Display umfasst. Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Mittel oder Gerät D über eine Funk-Schnittstelle verfügt, damit eine drahtlose Kommunikation mit dem Leitsystem ermöglicht wird. Ausführungsbeispiele hierfür sind jegliche Handheld-Geräte wie ein Tablet-Computer, ein Notebook oder ein Smartphone, mit welchen Funk-Verbindungen oder sonstige mobile Datenübertragungsmodi (Mobilfunkstandards) leicht eingerichtet werden können. Das Kommunikationsmittel D kann direkt mit einer Einrichtung zur drahtlosen Kommunikation, beispielsweise einer Funk-Sende-Empfangsvorrichtung des Leitsystems gekoppelt sein. Wenn notwendig können auch mehrere Kommunikationsmittel D zum Einsatz kommen. Zusätzlich können ferner auch Mittel zur Signalverstärkung und -weiterleitung und -verarbeitung von dem erfindungsgemäßen System S umfasst sein, um eine zuverlässige Drahtlos-Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten sicherzustellen.
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Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Ein-Personen-Loop-Checks muss zunächst die Kommunikationsverbindung zwischen dem Rechen- und Kommunikationsmittel D und dem Leitsystem LS hergestellt werden. Eine Person P, wobei es sich hierbei in der Regel um einen Techniker handeln wird, wird anschließend auf dem mobilen Rechen- und Kommunikationsmittel D eine Software-Applikation starten, mittels welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Alternativ ist es ebenso möglich auf die Bedien- und Beobachtungs-Funktionalität des Leitsystems mit seinen Benutzeroberflächen zuzugreifen.
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Es wird vorausgesetzt, dass sich auf dem mobilen Rechenmittel D eine Liste aller Feldgeräte der technischen Anlage befindet, wobei sämtliche Informationen über jedes Feldgerät FD ebenfalls auf dem Gerät D abgespeichert und jederzeit abrufbar sind. Der Begriff der Informationen eines Feldgeräts umfasst hier beispielsweise Bezeichnungen und/oder Identifizierungskennzeichen des Feldgeräts (so genannte tags), Parameter, Einstellungen und Produktbeschreibungen. Die Person wird demnach in einem ersten Schritt ein Feldgerät aus der Liste anhand seines eindeutigen Identifizierungsmerkmals auswählen, um die korrekten Einstellungen und Verschaltungen zu überprüfen. Der Techniker wird eine Sichtprüfung durchführen, indem er die auf seinem Rechen- und Kommunikationsmittel angezeigten Einstellungen des Feldgerätes gegen Anzeigen auf dem Feldgerät vergleicht und bei Bedarf korrigiert.
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Handelt es sich um analoge und binäre Signalgeber, veranlasst der Techniker in einem nächsten Schritt, dass Testsignale zwischen dem Feldgerät FD und dem Server des Leitsystems AS, auf welchem sich das Archiv befindet, ausgetauscht werden, wobei in einer Ausführungsvariante das Rechen- und Kommunikationsmittel mittels einer Software-Applikation automatisch überprüfen kann, ob die elektrische Verbindung zwischen dem Feldgerät und dem Leitsystem vorhanden und korrekt ist und ob eingestellte Parameterwerte stimmen.
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Hierzu ist zu bemerken, dass die Software-Applikation auf dem Gerät D derart ausgelegt ist, dass das Gerät ebenso wie ein Bildschirm in der Leitwarte der technischen Anlage als eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle des Leitsystems fungiert. Die Applikation kann dabei derart ausgestaltet sein, dass entweder auf Sichten des Leitsystems, wie Faceplates oder Funktionspläne zugegriffen werden kann oder dass eine eigene Sicht realisiert ist, welche nur für den Überprüfungsprozess gestaltet ist, und keine Vorkenntnisse der Bedienung der technischen Anlage benötigt. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn auf dem Gerät neben der speziellen Loop-Check-Software-Applikation alle Bedienoberflächen des Leitsystems verfügbar sind. Der Anwender, welcher auch mit der Bedienung des Leitsystems vertraut ist, kann im Falle einer falschen Parametrierung eines Feldgeräts sofort Anpassungen in der Leittechnik-Bediensoftware tätigen. Beispielsweise können Funktionsbausteine einer graphischen Engineering-Software instantan verändert werden. Alarme und andere Meldungen können in diesem Fall ebenso sofort angepasst werden.
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Für die eigentliche Überprüfung der Ein- und Ausgangsverbindungen werden zwei Fälle unterschieden:
- a) Verbindung zwischen Gerät D und Leitsystem LS funktioniert:
Der Anwender simuliert am Feldgerät FD ein Testsignal (z.B. durch Drücken eines Knopfes am Feldgerät) und gibt gleichzeitig z.B. durch Drücken eines Soft-Buttons auf dem tragbaren Rechen- und Kommunikationsmittel D Informationen über das Testsignal (z.B. Signalpegel, Test-Anfangszeit, Test-Endzeit) ein. Für einen als Feldgerät ausgewählten analogen Signalgeber könnte dies zum Beispiel ein Stromsignal von 4 mA sein. Zusätzlich werden alle Werte, welche das Feldgerät an das Leitsystem innerhalb der Testzeitspanne abgibt, im Archiv des Leitsystems gespeichert. In dem vorliegenden Beispiel weist das Feldgerät einen Messbereich von 20 bis 150 bar auf. Im Archiv wird nach Beginn der Simulation des Testsignals von 4 mA ein digitaler Wert von 20 bar für den Identifier des Feldgeräts vermerkt. Anschließend findet ein Vergleich der auf dem Gerät D gespeicherten Werte gegen die Archivwerte statt. Die Signalüberprüfung ist erfolgreich, wenn alle der folgenden Bedingungen erfüllt sind:
– Eine Änderung des Testsignals bewirkt eine Änderung der Archivwerte.
– Die Werte des Archivs passen zu den Pegeln des Testsignals (innerhalb eines Toleranzbereichs) und passen zum Messbereich wie er in der Liste der Messungen und Antriebe vorgegeben ist.
– Die Zeitpunkte, an denen die Werte im Archiv sich ändern, stimmen mit den Zeitpunkten, an denen das Testsignal ausgegeben wurde, überein, wobei auch hier ein Toleranzbereich berücksichtigt werden muss, da die Auslösung des Testsignals am Feldgerät und die Eingabe der Testinformation in das Kommunikationsmittel nicht exakt gleichzeitig erfolgt.
– Die Reihenfolge, in welcher Testsignale an bestimmten Feldgeräten angewendet wurden, ist die gleiche Reihenfolge wie die der zugehörigen Archiveinträge.
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Das Ergebnis der Signalüberprüfung wird auf der Anzeige des Geräts D angezeigt. Bei erfolgreicher Signalüberprüfung wird der Überprüfungsvorgang für das ausgewählte Feldgerät abgeschlossen. Falls die Signalprüfung fehlgeschlagen ist, wird das Fehlerbild am Gerät D angezeigt, so dass eine Suche nach der Fehlerursache begonnen werden kann.
- b) Verbindung zwischen Gerät D und Leitsystem LS ist unterbrochen:
In diesem Fall bleibt der Zugriff auf die Überprüfungs-Applikation auf dem Gerät weiterhin unverändert bestehen. Allerdings werden für jedes Feldgerät oder jede zu überprüfende Signalverbindung zum Leitsystem alle Testsignale und damit korrelierenden Informationen und Werte auf dem Gerät D zwischengespeichert, wobei das Resultat der Überprüfung offen bleibt und die einzelnen Vorgänge nicht abgeschlossen werden. Eine abschließende Überprüfungsinformation wird erst bei Wiederherstellung der Verbindung zwischen dem Gerät D und dem Leitsystem LS angezeigt, da nur der Vergleich zwischen den auf dem Gerät gespeicherten Informationen und Werten mit den Archivwerten den Loop-Check beenden kann. Der beschriebene Wertevergleich entspricht einer Synchronisierung Syn zwischen dem Gerät D und dem Leitrechner oder Server AS, auf welchem das Archiv implementiert ist.
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Im Falle eines Antriebs ist es vorteilhaft, wenn das Gerät D eine Benutzeroberfläche des Leitsystems zeigt. In diesem Fall können über Faceplates die Antriebe direkt angesteuert werden und Befehle übermittelt werden (Ventil öffnen/schließen) und am Schaltschrank kann die Reaktion direkt beobachtet werden.
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Durch den erfindungsgemäßen Ansatz wird eine Person (Person LT) bei Loop Checks von analogen und binären Messgebern durch eine automatische Funktion ersetzt. Insbesondere wird der erfinderische Schritt dadurch begründet, dass
- – auf einem mobilen Gerät Informationen über das Simulieren von Testsignalen (z.B. Signalwerte, Testzeitpunkte) abgespeichert werden,
- – diese Informationen automatisch mit Hilfe eines Software-Algorithmus mit den Archivwerten eines Leitsystems verglichen werden und dadurch
- – im Software-Algorithmus automatisch bestimmt wird, ob die elektrische Verbindung zwischen Feldgerät und Leitsystem vorhanden und korrekt ist und die eingestellte Parameterwerte stimmen.
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Je nachdem, wie die Applikation ausgestaltet ist, muss ein Anwender nicht im Umgang mit Leittechnik-Bedienbildschirmen geschult sein. Es sind ferner Ausführungen denkbar, bei denen die Signalauswertung ebenfalls automatisch erfolgt, sodass der Anwender selbst keine Änderungen der Signalwerte vornehmen muss. Der Grad der Unterstützung beim Loop-Check kann durch die Ausgestaltung der Applikation eingestellt werden.
