FI108678B - Kenttälaitteiden hallintajärjestelmä - Google Patents

Description

108678

Kenttälaitteiden hallintajärjestelmä

Keksintö kohdistuu kenttälaitteiden hallintaan teollisuusprosessijär-jestelmissä ja vastaavissa järjestelmissä.

5 Teollisuusprosessien kenttälaitteilla tarkoitetaan yleensä prosessiin suoraan liitettyjä säätölaitteita, ohjauslaitteita, antureita, mittauslähettimiä, jne. Eräs tyypillinen kenttälaite on säätöventtiili sekä siihen liitetty venttiilinohjain, kuten Neles Controls Oy:n venttiilinohjain ND800. Ns. älykkäät kenttälaitteet on varustettu ohjauslogiikalla tai -ohjelmistolla, joka mahdollistaa kenttälaitteen 10 paikallisen ohjauksen esimerkiksi sopivalla säätöalgoritmilla, tila-ja mittaustietojen keräämisen ja/tai kommunikoinnin kenttälaitteiden hallintajärjestelmän kanssa jonkin kenttäkommunikointiprotokollan, kuten HART (Highway Addressable Remote Transducer) protokollan, mukaisesti. Lisäksi älykkäät kenttälaitteet sisältävät jo nykyisin sen verran diagnostiikkaa, että kenttälaite osaa ker-15 toa vikaantumisestaan. Tätä tietoa voidaan hyödyntää kunnossapidon kohdentamisessa, mikä pienentää kunnossapidon kustannuksia turhien laitetestaus-ten vähentyessä. Lisäksi laitoksen (tehtaan) käyttöaste kasvaa ennakoimattomien seisokkien vähentymisen myötä.

Tyypilliset kenttälaitteiden hallintajärjestelmät (field management 20 systems) ovat graafisella käyttöliittymillä varustettuja PC-ohjelmia, jotka sisäl-tävät seuraavia ominaisuuksia: kenttälaitteen konfigurointi; konfigurointitieto-kanta; kenttälaitteen kunnonvalvonta perustuen kenttälaitteen antamiin status- I · · tietoihin; ja kenttälaitteen statustietokanta. Esimerkkeinä kaupallisista kenttä-laitteiden hallintaohjelmistoista ovat: Field Manager, jota valmistaa Fisher-25 Rosemount Inc; Documint, jota valmistaa Honeywell Inc; Cornerstone, jota valmistaa Applied Technologies Inc; Smartvision, jota valmistaa Elsag-Bailey.

Kunnonvalvontatoiminto on tyypillisesti automaattinen ja käyttäjän ·;··: konfiguroitavissa. Kunnonvalvonnassa ohjelmisto skannaa käyttäjän haluamat .···. kenttälaitteet ja tallettaa käyttäjän haluamat statustiedot statustietokantaan ai- ·* 30 kaleiman kera. Statustietokantaa voi selata graafisen käyttöliittymän avulla, jo- **·*·: ka voi sijaita missä tahansa laitoksessa. Kenttälaitteesta saadaan tällä tavalla universaali statustieto, joka on hyvin rajoittunut esim. kuntatiedon osalta. Tyy-pillisesti kenttälaitteen kuntoa kuvaavat statustietoalkiot ovat: kunnossa ja ei-. · ·. kunnossa. Tämä ei useinkaan riitä ennakoivaan kunnossapitoon.

35 Laitoksen operaattorit käyttävät ns. valvomosovelluksia ajaessaan laitosta varsinaisilla prosessinohjausautomaatiojärjestelmillä. Koska operaatto- 2 ! 108578 t ri seuraa päivittäin prosessia, hän voisi ajoissa käynnistää tiettyyn kenttälait-teeseen kohdistuvan huoltotoimenpiteen, mikäli hän saisi informaatiota ko. kenttälaitteen kunnosta. Ongelmana on kenttälaitteen vikaantumistiedon saaminen laitoksen operaattorille tai huoltohenkilölle, sillä automaatiojärjestelmät 5 eivät tue digitaalisia kenttäkommunikointiprotokollia, kuten HART. Eräs syy tähän on se, että niitä pidetään lähinnä kenttälaitteen konfigurointiprotokollina tai protokolla tukee huonosti laitteen toimintatilatiedon välittämistä. Kenttälaitteen diagnostiikka on selkeästi sellainen alue, joka kuuluu kenttälaitetoimittajalle eikä varsinaisen automaatiojärjestelmän toimittajalle. Nykyiset valvomosovelluk-10 set näyttävät vain prosessin operointiin tarvittavan datan ja operaattorin on tarkistettava erillisestä kenttälaitteiden hallintaohjelmistosta ko. prosessiin liittyvien kenttälaitteiden tila. Erillisen kenttälaitteiden hallintaohjelmiston käyttö valvomossa on operaattorin näkökulmasta ongelmallista, sillä ohjelmiston näyttämien kenttälaitteiden ja seurattavan prosessin välinen yhteys puuttuu. 15 Tämä johtaa siihen, että operaattori seuraa ensisijaisesti prosessia ja reagoi kenttälaitteen kuntoon vasta kun se aiheuttaa häiriöitä prosessissa.

Älykkäissä kenttälaitteissa olevan diagnostiikan merkitys tulee edelleen kasvamaan kenttäväyläympäristössä. Tällöin erityisen tärkeää on se, että kenttälaitteiden hallintakonsepti samoin kuin sen tarjoamat tulostukset ovat riit-20 tävän selkeitä ja yksinkertaisia asiakkaille. Nykyiset menetelmät eivät ole riittä-.·. vän yksinkertaisia ja jalostuneita tähän. Oletettavaa on, että kenttälaitteissa ole- .···’. va kaksisuuntainen kommunikointi tulee aikaansaamaan informaatiotulvan kun- nonvalvontaohjelmistoissa sekä automaatiojärjestelmissä. Näin ollen ne enem-mänkin lisäävät työmäärää kuin vähentävät sitä. Pyrittäessä yksinkertaiseen ja

< > I I I

25 helppokäyttöiseen diagnostiikkakonseptiin tulisi toisaalta hyödyntää mahdollisimman pitkälle valvomoissa jo olevia työkaluja. Valvomoon ei haluta uusien sovellusohjelmien käyttöliittymiä, koska ne vaativat koulutusta ja ylläpitoa sekä lisäävät prosessin ajon ja valvonnan kompleksisuutta. Itseasiassa käyttäjä-;··: ystävällinen diagnostiikkajärjestelmä ei saisi näkyä asiakkaalle ollenkaan erilli- ! ·" ‘: 30 sellä omalla käyttöliittymällä varustettuna ohjelmistona.

Keksinnön tavoitteena on asiakkaan kannalta luotettava, yksinker-täinen ja helppokäyttöinen kenttälaitteiden kunnonvalvonta.

Tämä saavutetaan järjestelmällä kenttälaitteiden kunnon valvomi-:' ·.. seksi teollisuusprosesseissa, joista kukin käsittää paikallisen kunnonvalvonta- :‘: 35 järjestelmän. Järjestelmälle on keksinnön mukaisesti tunnusomaista, että mai nittujen teollisuusprosessien paikalliset kunnonvalvontajärjestelmät on järjes- ! 3 100678 tetty verkoksi ja kommunikoimaan toistensa ja/tai keskitetyn kunnonvalvon-tayksikön kanssa ja välittämään kenttälaitteiden kunnonvalvontaan liittyvää tietoa verkkotasoista oppimista ja hyödyntämistä varten; ja ainakin yksi paikallinen kunnonvalvontajärjestelmä on järjestetty itsenäisesti säätämään paikallisia 5 kunnonvalvontaparametreja sekä paikallisesti kerätyn että muilta paikallisilta kunnonvalvontajärjestelmiltä vastaanotettujen tietojen perusteella.

Keksinnön kohteena on myös kunnonvalvontajärjestelmä, joka valvoo kenttälaitteita teollisuusprosessissa. Kunnonvalvontajärjestelmä on järjestetty keksinnön mukaisesti 10 kommunikoimaan muiden, maantieteellisesti erillään olevien laitos ten teollisuusprosessien vastaavien kunnonvalvontajärjestelmien kanssa kenttälaitteiden kunnonvalvontaan liittyvien tietojen lähettämiseksi ja vastaanottamiseksi, sekä itseoppivasti säätämään kenttälaitetyyppien kunnonvalvontapara-15 metrejä sekä paikallisesti kerättyjen tietojen että muilta kunnonvalvontajärjestelmiltä vastaanotettujen tietojen perusteella.

Keksinnön perusajatuksena on verkottaa yksittäisten, maantieteellisesti erillään olevien laitosten teollisuusprosessien kunnonvalvontajärjestelmät siten, että ne voivat kommunikoida keskenään tai keskitetyn kunnonvalvon-20 tayksikön kanssa ja välittää tietoa eri kenttälaitetyyppien kunnossapitopara-.·. metreistä. Näin saadaan yhdessä teollisuusprosessissa saadut tai havaitut ko- kemukset siirrettyä myös muihin vastaavien laitosten teollisuusprosesseihin ja sovelluksiin. Tätä globaalisti kerättyä kumulatiivista tietoa hyödyntämällä kye- • · ·:. tään yksittäisten paikallisten valvontajärjestelmien diagnostiikkaa parantamaan ' / 25 ja täsmentämään oleellisesti nopeammin verrattuna siihen, että paikallinen ’'·* kunnonvalvontajärjestelmä olisi itsenäinen ja diagnostiikkaa muutettaisiin vain ! Il : paikallisten kokemusten perusteella.

Keksinnön eräässä suoritusmuodossa paikalliset järjestelmät kom-·;*·· munikoivat suoraan keskenään. Tällöin kukin paikallinen kunnonvalvonta- •"': 30 järjestelmä on edullisesti järjestetty itsenäisesti säätämään paikallisia kunnon- .· . valvontaparametreja muilta paikallisilta kunnonvalvontajärjestelmiltä vastaan-

• · I

*· '; otettujen tietojen perusteella.

' ‘ Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa paikalliset järjestelmät kommunikoivat keskitetyn kunnossapitoyksikön kanssa tai kautta. Keskitetty 35 yksikkö tai siihen liittyvä henkilökunta analysoivat vastaanotettuja tietoja ja, mikäli jokin uusi tieto havaitaan merkittäväksi, välittää tiedon tai sen perusteel- 108678 4 la muodostetun ohjauskäskyn kaikille muille paikallisille järjestelmille. Keskitetty yksikkö voi myös analysoida kerättyä tietoa erilaisin tilastollisin ja matemaattisin menetelmin ja muodostaa säätötietoja, jotka välitetään kaikille järjestelmille verkossa. Esimerkiksi kenttälaitevalmistajan on mahdollista tarkkailla kaikkia 5 kenttälaitteitaan eri puolilla maailmaa ja säätää niiden suorituskyky ja huolto-väli optimaalisiksi. Tämä merkitsee pienempää määrää turhia huoltokäyntejä liian lyhyiden huoltovälien takia ja toisaalta pienempää määrää tuotan-toseisokkeja tehtaissa liian pitkien huoltovälien takia.

Kommunikointi perustuu edullisesti jo olemassa oleviin yleisiin melo netelmiin, kuten sähköposti, DDE, HTML, lyhytsanoma, Internet.

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuvio 1 esittää paikallista kenttälaitteiden kunnonvalvontajärjestelmän liitettynä tehtaan prosessiautomaatiojärjestelmään, 15 Kuvio 2 esittää keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukaisen kenttäagentin osakomponentit, ja

Kuvio 3 havainnollistaa keksinnön mukaista paikallisten kunnonvalvontajärjestelmien eli kenttäagenttien verkostoa, ja

Kuviot 4A ja 4B ovat graafisia kuvaajia, jotka havainnollistavat suori-20 tuskykyindeksin ja huoltotarveindeksin arvojen vaihtelua ajan funktiona.

Esillä olevaa keksintöä voidaan soveltaa kaikissa teollisuusprosessi!, seissa tai vastaavissa, joissa on älykkäitä kenttälaitteita. Älykkäillä kenttälaitteilla tarkoitetaan tässä mitä tahansa prosessiin tai automatisoituun järjestelmään tai sen ohjaukseen liittyvää laitetta, jota halutaan valvoa ja joka kykenee tuotta-25 maan laitteen kuntoa suoraan tai epäsuorasti kuvaavaa tietoa, ns. kuntotietoa. '.v Tyypillinen tällainen älykäs kenttälaite on venttiiliohjaimella varustettu säätövent- V*: tiili.

Kuviossa 1 on esitetty periaatteellinen lohkokaavio prosessiautomaa-·;··: tiojärjestelmästä sekä siihen liitetystä keksinnön mukaisesta kenttälaitteiden ·"; 30 kunnonvalvontajärjestelmästä. Automaatiojärjestelmä muodostuu valvomo- . ohjelmista ja tietokannoista 11 sekä prosessinohjausohjelmista ja l/O-osasta 12.

’* Ohjaus- ja l/O-osa 12 on kytketty HART-standardin mukaisten väylien kautta älykkäille kenttälaitteille, jotka muodostuvat säätöventtiileistä 14, 15 ja 16 sekä venttiiliohjaimista 14A, 15A ja 16A. Venttiilinohjain voi olla esimerkiksi Neles 35 Controls Oyn ND 800. HART (Highway Addressable Remote Transdurer) perustuu digitaalisen datan lähettämiseen yhdessä perinteisen 4-20 mA analogisen A r\ O * n o I U oo/o 5 signaalin kanssa. HART mahdollistaa 2-suuntaisen kommunikoinnin, jonka avulla voidaan ohjata älykkäitä kenttälaitteitä ja lukea niistä tietoa. HART-protokolla seuraa OSI:n (Open System Interconnection) protokollapinon referenssimallia, jonka on kehittänyt International Organization for Standardization (ISO). Kerrok-5 sissa 7 (sovelluskerroksessa) siirretään HART-käskyjä. HART-käskykanta sisältää kaikkien kenttälaitteiden ymmärtämiä yleiskäskyjä sekä laitespesifisiä käskyjä, jotka tuottavat toimintoja, jotka on rajoitettu yksittäiseen laitteeseen (laite-tyyppiin). HART-protokolla mahdollistaa sekä pisteestä-pisteeseen konfiguraation (point-to-point), jossa kunkin kenttälaitteen ja master-yksikön välillä on oma 10 väylä (lankapari), tai multidrop-konfiguraation, jossa samaan kenttäväylään (lan-kapariin) on kytketty jopa 15 kenttälaitetta. HART-protokolla on kuvattu tarkemmin esimerkiksi julkaisussa HART Field Communication Protocol: An Inter-duction for Users and Manufacturers, HART Communication Foundation, 1995. HART-protokolla on muodostunut myöskin teollisuusstandardiksi. On kuitenkin 15 ymmärrettävä, että esillä olevan keksinnön kannalta kenttäkommunikointiraja-pinnan, eli kenttäväylän ja sen käyttämän protokollan tyyppi tai toteutus ei ole merkityksellinen.

Kenttälaitteiden kuntoa tarkkaillaan keksinnön mukaisella kenttälaitteiden kunnonvalvontajärjestelmällä 10, joka kerää tietoa kenttälaitteilta. Tätä 20 varten kenttälaitteet 14, 15 ja 16 on kukin kytketty omalla kenttäväylällään ta-.·. vanomaiseen HART-multiplekseriin 9, joka puolestaan on kytketty RS-485- väylän 8 kautta PC-tietokoneeseen 6, jossa on käyttöjärjestelmänä esimerkiksi *” Windows 95/98 tai Windows NT. Työasema 6 on lisäksi liitetty tehtaan paikallis-

Ml ····', verkkoon LAN (jonka kautta se voi kommunikoida esimerkiksi valvomo- ’ ' 25 ohjelmistojen kanssa.

Työasema 6 sisältää kenttälaitteiden kunnonvalvontaohjelmiston, • *» ·’ jonka tarkoituksena on kerätä tietoa älykkäiltä kenttälaitteilta 14-16. Tämä tie donkeruu on täysin automaattista eikä siinä tarvita ihmisiä. Kerätystä tiedosta ·:·: voidaan analysoida laitteen kunto, ja kunnosta kertova viesti voidaan lähettää ·'*·; 30 toiseen järjestelmään kuten tehtaan automaatiojärjestelmän muihin osiin, esi- . · , merkiksi valvomosovelluksen näytölle.

’· Kuvio 2 on periaatteellinen lohkokaavio, joka havainnollistaa keksin- ' : nön ensisijaisen suoritusmuodon mukaisen kenttälaitteiden kunnonvalvontajär- • ‘ ·,. jestelmän tai -ohjelmiston osakomponentteja.

.*·. 35 Laitemodulit ovat itsenäisiä ohjelmakomponentteja, jotka käyttävät kenttäväylää haluamallaan tavalla. Laiteagentti on edullisesti laitetyyppikohtai- i 108678 6 nen (ei siis laitekohtainen). Esimerkiksi kaksi erilaista säätöventtiiliä tai eri valmistajien säätöventtiilit voivat edustaa erilaisia laitetyyppejä. Myös kaksi samanlaista kenttälaitetta, joilla on erilainen käyttötarkoitus tai joissa halutaan seurata erilaisia asioita, voivat kuulua eri laitetyyppeihin. Yleisesti eri laitetyyppeihin voi-5 daan luokitella kenttälaitteet, jotka vaativat keskenään erilaiset sovellukset (lai-teagentit) tiedon keräämiseen, analysointiin ja tilatietojen tuottamiseen. Laite-moduli sisältää kaikki tarvittavat tiedot ja käskykannat tietyntyyppisten kenttälait-teiden tila- ja diagnostiikkatietojen lukemiseen, analysointiin ja/tai käsittelemiseen sekä laitteen tilatietojen muodostamiseen. Laitemoduli 22 voi lisäksi tallen-10 taa kerättyä raakadataa sekä siitä muodostettuja laitteen kuntotietoja laitetieto-kantaan 24 myöhempää käyttöä varten. Tällöin kenttälaitteen tarkempi diagnosointi voidaan tehdä raakadatan perusteella laitekohtaisella ohjelmistolla, kuten Valve-Managerilla ND800-venttiilinohjaimen tapauksessa. Laitemoduleilla22 on yksinkertainen rajapinta ohjelmistoytimeen 25, jonka kautta laitemoduli 22 voi 15 lähettää ytimelle 25 dataa sekä tiedon kunkin kenttälaitteen statuksesta tai kunnosta. On myös mahdollista, että älykäs kenttälaite itse analysoi kenttälaitteen kuntoa, jolloin kenttäväylän kautta vastaanotettu raakadata on jo jossain määrin jalostettua. Tällöin laitemoduli 22 voi käsitellä tietoa lisää, esimerkiksi prosessi-automaatiojärjestelmästä saamiensa tietojen perusteella, tai välittää tiedot sel-20 laisenaan ytimelle 25.

Ohjelmiston ydin 25 sisältää ajastimen sekä laitemodulien ja ja kent- i tälaitteiden hallinnan. Ajastimen tehtävänä on antaa kullekin laitemodulille 22 vuorollaan lupa käyttää HART-kenttäväylää. Vuorojen tärkeysjärjestystä, eli prio- ...: riteettitasoa voidaan muuttaa, jolloin tiettyä kenttälaitetta varten annetaan 25 enemmän tiedonhakuvuoroja kuin toista kenttälaitetta varten. Kenttälaitekohtai- : V: siä tärkeystasoja voi olla esimerkiksi neljä: kenttälaitteelta ei haeta tietoa, kenttä- laitteelta haetaan tietoa normaalisti, kenttälaitteelta haetaan tietoa kaksi kertaa normaalia useammin ja kenttälaitteelta haetaan tietoa neljä kertaa normaalia ....: useammin. Lisäksi ajastin saattaa sopivin väliajoin, esimerkiksi kerran tunnissa, . · · ·. 30 päivässä, viikossa, kuukaudessa tai vuodessa, antaa laitemodulille 22 luvan ke- * rätä kenttälaitteilta ajastettua tietoa, joka ei ole kiireellistä, mutta hyödyllistä esi- » » :‘ : merkiksi ennakoivaa kunnossapitoa varten.

': Laiteagenttien kunnonvalvontaa varten ydin 25 sisältää tiedot järjes telmässä olevista laitemoduleista 22. Kenttälaitteiden hallintaa varten ydin 25 si-’ 35 sältää tiedot kenttälaitteista, jotka ovat kunkin laitemodulin 22 valvonnassa.

108678 7 !

Ydin 25 välittää dataa ja statustietoja eteenpäin analysointilohkolle 23 ja statustarkistuslohkolle 21 ja voi vastaanottaa analysointilohkolta 23 adaptoin-tikäskyjä esimerkiksi tietyn laitteen tärkeystason muuttamiseksi.

Statuksentarkistuslohko 21 edullisesti tallentaa statustiedot, jotka lai-5 temodulit 22 lähettävät ytimen 25 kautta statustarkistuslohkolle, lohkon 21 ytimen sisäiseen kenttälaitekohtaiseen tietokantaan. Toisin sanoen lohkossa 21 tallennetaan erikseen kunkin kenttälaitteen statustiedot. Kun tarkistuslohko 21 vastaanottaa laitemodulilta tiettyä kenttälaitetta koskevan statustiedon, se vertaa tätä statustietoa edelliseen statukseen, joka on tallennettuna kyseisen kenttälait-10 teen tietokannassa tarkistuslohkossa 21. Mikäli status on muuttunut, ts. laitteen kunnossa on tapahtunut muutos, tarkistuslohko 21 lähettää muuttuneen status-tiedon eteenpäin avoimen kommunikaatiorajapinnan kautta, jolloin muutos laitteen kunnossa näkyy esimerkiksi valvomosovelluksen käyttöliittymällä. Tällaista välitystapaa kutsutaan poikkeusperusteiseksi, koska ainoastaan kenttälaitteen 15 tilamuutokset ilmoitetaan eteenpäin. Tarkistuslohko 21 siirtää statusviestit yhteen tai useampaan raportointimoduliin 26, 27 ja 28.

Analysointilohko 23 analysoi kenttälaitteiden kuntoa ytimeltä vastaanotetun datan perusteella sekä hyödyntäen tietokantaan 29 tallennettua tie-tämystietoa. Keksinnön ensisijaisessa suoritusmuodossa valvottavat kenttälait-20 teet ovat säätöventtiilejä ja analysointilohko 23 määrittää kerätyn datan perus-. , teella kaksi säätöventtiiliin toimintaa ja kuntoa kuvaavaa indeksiä: säätösuoritus- 6 - kykyindeksin ja huoltotarveindeksin.

; Säätösuorituskykyindeksi on avain arvioitaessa säätöventtiilin toimin- taa koko teollisuusprosessin säätösuorituskyvyn kannalta. Sillä pyritään arvioi- ' ' 25 maan venttiilin vaikutus prosessin säätöhajontaan (process variability). Säätö- .: suorituskykyindeksi voi sisältää myös sovelluspohjaista tietoa, kuten onko pro- : : sessi nopea vai hidas. Nopeassa prosessissa tärkeätä on mm. se, että säätö- venttiili seuraa nopeasti ohjaussignaalia. Vastaavasti hitaassa prosessissa tärkeätä on säätöventtiilin pieni staattinen säätövirhe.

• ; 30 Huoltotarveindeksi puolestaan kertoo säätöventtiilien huoltotarpeen.

» * * . , Huoltotarve voi aiheutua joko mekaanisista tekijöistä, kuten kulumisesta, tai itse » » * säätösuorituskyvyn huonoudesta. Huoltotarveindeksin käyttöön yhdistetty säätöventtiilin laajempi diagnostiikka pyrkii paikallistamaan myös säätöventtiilissä olevan huoltotarpeen aiheuttajan eli huollon kohteen.

35 Analysointilohko 23 ratkaisee säätösuorituskykyindeksin ja huoltotar veindeksin käyttäen apuna asiantuntijajärjestelmää, jonka sisääntuloina ovat in- 8 1 ρ o : 7 q I \j O o / o dekseihin vaikuttavat osatekijät. Näitä osatekijöitä ovat kenttälaitteilta kerättävä data sekä sovelluspohjainen ja laite/laitetyyppikohtainen tietämys (asiantuntija-tieto), joka saadaan tietämystietokannasta 29. Tämä tietämys on kenttäagentin itsensä oppimaa ja keräämää tietämystä ja, keksinnön perusajatuksen mukai-5 sesti, muiden kenttäagenttien muissa teollisuusprosesseissa keräämää kokemusta ja tietoa säätöventtiilien suorituskyvystä ja huoltotarpeesta.

Säätöventtiilin ohjain pystyy keräämään suuren määrän erilaista dataa koskien venttiilin säätösuorituskykyä. Suurin osa kerätystä datasta on luonnollisesti on-line tyyppistä. Tärkeimpiä säätösuorituskykyyn vaikuttavia paramet- 10 reja, joita voidaan jo nykyisin kerätä, ovat staattinen virhe, staattisen virheen muutosnopeus, dynaaminen virhe, dynaamisen virheen muutosnopeus, avau-tumakertymä, kuorma, ja kuorman muutosnopeus. Vastaavasti esimerkkejä huoltotarveindeksiin vaikuttavista osatekijöistä ovat säätösuorituskyky, venttiilin matkamittari, toimilaitteen matkamittari, venttiilin suunnanvaihtojen luku-15 määrä, toimilaitteen suunnanvaihtojen lukumäärä, venttiilin tiivisteen vuoto, venttiilin emissio, venttiilin seinämän paksuus, kavitointiaste, kuorma, ja kuor-! man muutosnopeus.

Piirrettäessä säätösuorituskykyindeksi ja huoltotarveindeksi graafisesti pystytään käyttäjälle antamaan selkeä kuva venttiilin toiminnasta ja kun-20 nosta. Analysointilohko 23 on mahdollista jopa ohjelmoida ennustamaan kuinka indeksit kehittyvät ajan funktiona. Kuviossa 4A on esimerkki suorituskykyindek-;;; sin kehityksestä ajan funktiona. P1 on minimi hyväksyttävä taso, eli kynnystaso, jonka alittaminen aiheuttaa hälytyksen ja huoltotoimenpiteen. Kuviossa 4B on * * * esimerkki huoltotarveindeksin kehityksestä ajan funktiona. M1 on huoltotarpeen : : 25 maksimitaso eli kynnystaso, jonka ylittäminen aiheuttaa hälytyksen ja huoltotoi- v.: menpiteen.

Analysointilohko 23 (samoin kuin koko kenttäagentti) on itsenäinen komponentti, joka ei tarvitse toimiakseen herätteitä ulkomaailmasta. Käyttöön-: · oton jälkeen se seuraa säännöllisesti täysin itsenäisesti kaikkien kenttäväylään . 30 kytkettyjen kenttälaitteiden, kuten säätöventtiilien kuntoa. Analysointilohko 21 ja ' · ( koko kenttäagentti kykenee myös sopeutumaan muuttuviin olosuhteisiin. Muut- '· ·' tuvia olosuhteita on esimerkiksi tietyn säätöventtiilin suorituskyvyn heikkenemi- ’ : nen. Tällöin oppimislohko 22 muuttaa tietämystietokannassa olevaa analysaat- ; ' , torin adaptiota, analysointilohko 21 antaa ytimelle 25 uuden ohjaussignaalin 35 adaptation, jonka seurauksena ydin 25 asettaa kyseisen säätöventtiilin tarkem- I 9 1 ΠP '70 I u O \j ! o paan seurantaan, esimerkiksi nostamalla sen tärkeystasoa, niin hälytys toimintahäiriöstä voidaan antaa ajoissa.

Myös analysointilohko 21 antaa analysointituloksia raportointimodu-leille raportoitavaksi eteenpäin.

5 Vaikka kenttäagentti toimii itsenäisesti käyttäjien näkökulmasta, yllä pitää se kuitenkin keksinnön mukaisesti yhteyksiä muihin kenttäagentteihin ja/tai keskitettyyn yksikköön, ns. kenttäagenttipalvelimeen 30, kuten kuviossa 3. Tätä kuvaa kuviossa 2 oppimismoduli 20. Kun analysointilohko 23 löytää uuden tiedon (esim. tietyn tyyppisen säätöventtiilin nopea vikaantuminen tietyissä olosuh-10 teissä), jolla saattaisi olla merkitystä muidenkin kenttäagenttien toimintaan, se antaa tiedon oppimislohkolle 20. Oppimislohko 20 lähettää tiedon sopivalla kommunikointimenetelmällä, kuten sähköposti, DDE, HTML, lyhytsanoma, Intranet, Internet, kenttäagenttipalvelimelle 30. Oppimislohko 20 voi käyttää tähän tarkoitukseen raportointimoduleja 26-28. Kenttäagenttipalvelin 30 analysoi 15 uuden tiedon käyttäen omaa tietämystietokantaansa 31. Mikäli kenttäagenttipalvelin 30 toteaa kyseessä olevan merkittävää uutta tietoa, se välittää tiedon sopivalla kommunikointimenetelmällä, kuten sähköposti, DDE, HTML, lyhytsanoma, Intranet, Internet, koko (esim. maailmanlaajuiselle) kenttäagenttien 6 verkolle. Kunkin kenttäagentin 6 oppimislohko vastaanottaa tiedon ja siirtää 20 sen tietämystietokantaan 29. Näin se tulee automaattisesti mukaan analysoin-tilohkon 23 käyttämiin tietoihin. Jos analysointilohko 23 esimerkiksi havaitsee • » · ;;; tietämystietokannassa 29 tiedon tietyn tyyppisen venttiilin suorituskyvyn heik- ’•‘l’ kenemisestä tietyissä olosuhteissa, se saattaa muuttaa tämän tyyppisten sää- *··' töventtiilien tärkeystasoa eli lukutiheyttä ytimessä 25. Tieto voi myös olla uusi "·25 kynnystaso P1 tai M1, jolloin kenttäagentin hälytysrajat säätyvät muualta saa-• * ,:, ·’ dun tiedon perusteella. Vaihtoehtoisesti on mahdollista, että kenttäagenttipal- : : velin 30 lähettää erityisen käskyn, jonka seurauksena kenttäagentti 6 muuttaa toimintaansa halutulla tavalla.

| Edellä kuvatussa esimerkissä kenttäagenttipalvelin 30 kontrolloi .···, 30 kenttäagenttien 6 lähettämää tietoa ja kommunikointia. Vaihtoehtoisesti kertyy täagentit voivat kommunikoida keskenään suoraan tai kenttäagenttipalvelimen *'· 30 kautta siten, että ne itsenäisesti analysoivat vastaanotettua tietoa. Tällöin ‘ : yllä kuvatussa tilanteessa, kun analysointilohko 23 löytää uuden tiedon (esim.

; ’. tietyn tyyppisen säätöventtiilin nopea vikaantuminen tietyissä olosuhteissa), jolla 35 saattaisi olla merkitystä muidenkin kenttäagenttien toimintaan, se antaa tiedon oppimislohkolle 20. Oppimislohko 20 sijoittaa tiedon agentin omaan tietämystie- 10C578 ί 10 tokantaan ja välittää tiedon sopivalla kommunikointimenetelmällä, kuten sähköposti, DDE, HTML, lyhytsanoma, Intranet, Internet, koko (esim. maailmanlaajuiselle) kenttäagenttien 6 verkolle. Kunkin kenttäagentin 6 oppimislohko vastaanottaa tiedon ja siirtää sen tietämystietokantaan 29, kuten edellä kuvat-5 tiin.

Jälleen kuvioon 2 viitaten, raportointimoduli on ohjelmakomponentti, jonka tehtävänä on muuttaa statusviesti toisen järjestelmän ymmärtämään muotoon. Toinen järjestelmä voi olla esimerkiksi tietokanta, automaatiojärjestelmän valvomo tai huoltoraportointijärjestelmä. Raportointimodulit 26-28 aikaansaavat 10 avoimen kommunikaatiorajapinnan toisen järjestelmän kanssa. Avoin kommuni-kaatiorajapinta tarkoittaa mm. sitä, että kommunikointimenetelmä, jolla kenttä-laitteiden tiedot siirretään toiseen järjestelmään, ovat riippumattomia kenttälait-teen tyypistä ja kenttäkommunikaatiorajapinnan luonteesta. Raportointimoduli voi olla esimerkiksi sähköpostiohjelma 27, joka lähettää kenttälaitteen tilatiedon 15 sähköpostiraporttina toiselle järjestelmälle. Raportointimoduli voi myös olla esimerkiksi WWW (World Wide Web) -palvelin 26, joka muodostaa kenttälaitteiden kuntotiedoista HTML-raportin, joka taijotaan WWW-sivuna. Toinen järjestelmä voi tällöin lukea WWW-sivun kaupallisella selaimella intranetin tai internetin kautta. Raportointimoduli voi myös muodostaa HTML-raportin tai muun teksti-20 pohjaisen raportin, joka lähetetään toiselle järjestelmälle. Raportointimoduli voi myös tallentaa muodostetun (esimerkiksi tekstipohjaisen) raportin tietokantaan, ‘*:·· jossa se on luettavissa. Raportointimoduli voi olla myös DDE-palvelin 28, joka on esimerkiksi paikallisverkon LAN kautta yhteydessä valvomoon tai muihin jär-jestelmiin. Raportointimodulit 26 , 27 ja 28 ovat edullisesti Windows-ohjelmia, 25 mahdollisesti kaupallisia ohjelmia. Tällöin lohkojen 21 ja 23 ja raportointimoduli-:Y: en 26-28 välillä on edullisesti Windowsin Distributed Component Object Model ::(DCOM)-mukainen rajapinta, jonka kautta kenttälaitteen kunnon kertova tapah-tumaviesti voidaan siirtää raportointimoduleihin 26-28.

Lohkot 21 ja 23 siirtävät raportoitavan tiedon raportointimoduliin esi-... 30 merkiksi tekstipohjaisena raporttina tai tiedostona, jonka raportointimoduli sijoit- ': ‘ taa esimerkiksi sähköpostisanoman tai lyhytsanoman (esim. GSM) sisällöksi ja :· lähettää sanoman ennalta määrättyyn osoitteeseen tai useisiin osoitteisiin. Vas- *: · ’: taavasti rapotointimoduuli saattaa muuttaa HTML/ WWW-sivun sisältöä saa- Y mansa tekstipohjaisen tiedon perusteella. Internet ja Intranet ovat sinänsä tun- ‘... 35 nettuja TCP/IP-verkkoja, joiden tärkein käyttöalue on WWW, mutta jotka tarjoa- · ’ vat myös muita tietoliikennepalveluita, jotka soveltuvat esillä olevan keksinnön 11 100578 tarkoitukseen. Nämä kaikki ovat hyvin tunnettuja tiedonsiirtoteknologioita, joista on saatavilla yksityiskohtaista informaatiota ja kaupallisia sovellutuksia, joten niitä ei ole tarvetta käsitellä tässä tarkemmin. Ylipäätään esillä olevan keksinnön avoimen kommunikointirajapintakonseptin perusajatuksena on, että avoimena 5 rajapintana voidaan soveltaa mitä tahansa yleistä tiedonsiirtoteknologiaa, jota toinen järjestelmä tukee.

On ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimus-10 ten puitteissa.

• I

• · · » » f I f I · »

t I

< i »

Claims (14)

1. Järjestelmä kenttälaitteiden (14,15,16) kunnon valvomiseksi teollisuusprosesseissa, joista kukin käsittää paikallisen kunnonvalvontajärjestel- 5 män (6,10), tu n nettu siitä, että mainittujen teollisuusprosessien paikalliset kunnonvalvontajärjestelmät (6) on järjestetty verkoksi ja kommunikoimaan toistensa ja/tai keskitetyn kunnonvalvontayksikön (30) kanssa ja välittämään kenttälaitteiden kunnonvalvontaan liittyvää tietoa verkkotasoista oppimista ja hyödyntämistä varten, 10 ainakin yksi paikallinen kunnonvalvontajärjestelmä (6) on järjestetty itsenäisesti säätämään paikallisia kunnonvalvontaparametreja sekä paikallisesti kerätyn että muilta paikallisilta kunnonvalvontajärjestelmiltä vastaanotettujen tietojen perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, 15 että paikallinen kunnonvalvontajärjestelmä käsittää tietämystietokannan, joka tallentaa sovellusspesifistä ja/tai laites-pesifistä ja/tai laitetyyppispesifistä tietämystä, analysointivälineet kenttälaitteiden kunnon analysoimiseksi vastaavasta teollisesta prosessista saatavan mittausdatan ja tietämystietokannasta 20 saatavan tietämysdatan perusteella ja, kun se on analysointitulosten mukaan ;;; tarpeen, kunnonvalvontaparametrien muuttamiseksi paikallisessa kunnonval- ’ · ” ’ vontajärjestelmässä, ja välineet tietämystietokannan sisällön modifioimiseksi sekä paikalli-”·’ sesti kerätyn kunnonvalvontahistoriadatan että muista paikallisista kunnonval- 25 vontajäijestelmistä vastaanotetun kunnonvalvontahistoriadatan perusteella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että mainitut kunnonvalvontaparametrit käsittävät yhden tai useamman •... j seuraavista tiedoista: . · · ·. kenttälaitteen suorituskykyä ja/tai huoltotarvetta kuvaavia tietoja, 30 huoltohälytysrajan ja/tai suorituskykyhälytysrajan kenttälaitteelle, ja huoltoprioriteettitason kenttälaitteelle.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että tietämysdata sisältää dataa, joka edustaa kenttälaitteen ja/tai kenttälaitetyypin ja/tai prosessinohjaussovelluksen ohjaussuorituskykyhisto- 35 riadataa ja/tai huoltotarvehistoriadataa 13 108578

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kenttälaite on venttiili (14,15,16) , ja että suorituskykyä kuvaava parametri käsittää tai siihen vaikuttaa yksi tai useampi seuraavista tekijöistä: staattinen virhe, staattisen virheen muutosnopeus, dynaaminen virhe, 5 dynaamisen virheen muutosnopeus, avautumakertymä, kuorma, kuorman muutosnopeus.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kenttälaite on venttiili (14,15,16), ja että huoltotarvetta kuvaava parametri käsittää tai siihen vaikuttaa yksi tai useampi seuraavista teki- 10 jöistä: säätösuorituskyky, venttiilin matkamittari, toimilaitteen matkamittari, venttiilin suunnanvaihtojen lukumäärä, toimilaitteen suunnanvaihtojen lukumäärä, venttiilin tiivisteen vuoto, venttiilin emissio, venttiilin seinämän paksuus, kavitointiaste, kuorma, kuorman muutosnopeus.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestelmä, 15 tunnettu siitä, että paikallinen kunnonvalvontajärjestelmä (6) kykenee itsenäisesti sopeuttamaan kunnonvalvonnan kenttälaitteiden ominaisuuksissa havaitsemiinsa muutoksiin.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kommunikointi perustuu yhteen tai useampaan seuraa- 20 vista kommunikointimenetelmistä: sähköposti, DDE, HTML, lyhytsanoma, Internet, OLE.

!" 9. Kunnonvalvontajärjestelmä (6,10), joka valvoo kenttälaitteita (14,15,16) teollisuusprosessissa, tunnettu siitä, että mainittu kunnonval- • # · • ’ · ·'. vontajärjestelmä (6,10) on järjestetty ' " 25 kommunikoimaan muiden, maantieteellisesti erillään olevien laitos- v.: ten teollisuusprosessien vastaavien kunnonvalvontajärjestelmien (6,10) kans- : sa kenttälaitteiden kunnonvalvontaan liittyvien tietojen lähettämiseksi ja vas taanottamiseksi, sekä ·;·<; itseoppivasti säätämään kenttälaitetyyppien kunnonvalvontapara- 30 metrejä sekä paikallisesti kerättyjen tietojen että muilta kunnonvalvontajärjes- . , telmiltä vastaanotettujen tietojen perusteella.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että se käsittää tietämystietokannan, joka tallentaa sovellusspesifistä ja/tai laites-35 pesifistä ja/tai laitetyyppispesifistä tietämystä, 1 Γ· Ρ · 7 Ο i Ί4 ! ϋ υ j / ο analysointivälineet kenttälaitteiden kunnon analysoimiseksi vastaavasta teollisesta prosessista saatavan mittausdatan ja tietämystietokannasta saatavan tietämysdatan perusteella ja, kun se on analysointitulosten mukaan tarpeen, kunnonvalvontaparametrien muuttamiseksi paikallisessa kunnonval-5 vontajärjestelmässä, ja välineet tietämystietokannan sisällön modifioimiseksi sekä paikallisesti kerätyn kunnonvalvontahistoriadatan että muista paikallisista kunnonvalvontajärjestelmistä vastaanotetun kunnonvalvontahistoriadatan perusteella.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen järjestelmä, tu n net-10 t u siitä, että mainitut kunnonvalvontaparametrit käsittävät yhden tai useamman seuraavista: kenttälaitteen (14,15,16) suorituskykyä ja/tai huoltotarvetta kuvaavia parametreja, huoltohälytysrajan ja/tai suorituskykyhälytysrajan kenttälaitteelle, 15 huoltoprioriteettitason kenttälaitteelle.

12. Patenttivaatimuksen 9, 10 tai 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että tietämysdata sisältää dataa, joka edustaa kenttälaitteen ja/tai kenttälaitetyypin ja/tai prosessinohjaussovelluksen ohjaussuorituskyky-historiadataa ja/tai huoltotarvehistoriadataa.

13. Jonkin patenttivaatimuksen mukainen 9-12 mukainen järjestel mä, tunnettu siitä, että paikallinen kunnonvalvontajärjestelmä (6) kykenee * ·: ·: itsenäisesti sopeuttamaan kunnonvalvonnan kenttälaitteiden ominaisuuksissa :: havaitsemiinsa muutoksiin.

14. Jonkin patenttivaatimuksista 9-13 mukainen järjestelmä, tu n -·:··: 25 n ett u siitä, että kenttälaite on venttiili (14,15,16), ja että suorituskykyä ku- ’: vaava parametri käsittää tai siihen vaikuttaa yksi tai useampi seuraavista teki- jöistä: staattinen virhe, staattisen virheen muutosnopeus, dynaaminen virhe, dynaamisen virheen muutosnopeus, avautumakertymä, kuorma, kuorman t . muutosnopeus, ja että huoltotarvetta kuvaava parametri käsittää tai siihen vai- 30 kuttaa yksi tai useampi seuraavista tekijöistä: säätösuorituskyky, venttiilin mat- * kamittari, toimilaitteen matkamittari, venttiilin suunnanvaihtojen lukumäärä, :toimilaitteen suunnanvaihtojen lukumäärä, venttiilin tiivisteen vuoto, venttiilin '· emissio, venttiilin seinämän paksuus, kavitointiaste, kuorma, kuorman muu tosnopeus. Γ 35 s ί 108078 15