DE102005058801A1

DE102005058801A1 - System und Verfahren zur automatischen Erstellung und Konfiguration von Software-Werkzeugen zur Anlagenüberwachung

Info

Publication number: DE102005058801A1
Application number: DE102005058801A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr.-Ing. Horch; Alexander Prof. Dr.-Ing. Fay; Rainer Dr.-Ing. Drath; Till Dipl.-Ing. Schmidberger
Original assignee: ABB Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2007-06-28

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein entsprechendes System zur - mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung - automatischen Erstellung und Konfiguration von Software-Werkzeugen zur Anlagenüberwachung, welche in einem Plant Asset Management System Zustandsinformationen über Anlagenkomponenten liefern. Dabei werden Anlageninformationen, insbesondere die physikalische Topologie einer technischen Anlage, die zugehörige physikalische oder funktionale Leittechniktopologie, sowie Informationen über Anlagenkomponenten und ihre Zusammenhänge und Eigenschaften betreffend, in elektronisch lesbarer und semantisch interpretierbarer Form bereitgestellt. Es liegen Software-Komponenten (Asset Monitor Objekte), welche jeweils die Überwachungsfunktionalität für einen bestimmten Anlagenkomponenten-Typ beinhalten, als instantiierbare Klassen vor, und es sind Regeln definiert und gespeichert, die Zusammenhänge zwischen bestimmten Anlagenkomponenten-Typen und den dazu passenden Software-Komponenten (Asset Monitor Objekten) beinhalten. Auf dieser Basis werden automatisiert die Anlageninformationen systematisch nach solchen Anlagenkomponenten durchsucht, für die es eine Regel gibt, die für diesen Anlagenkomponenten-Typ eine Software-Komponente (Asset Monitor Objekt) referenzieren, für jede so gefundene Anlagenkomponente wird aus der durch die Regel festgelegte Software-Komponente (Asset Monitor Objekt) eine Instanz erzeugt und jeweils entsprechend der in der Regel festgelegten ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur automatischen Erstellung und Konfiguration von Software-Werkzeugen zur Anlagenüberwachung in einem Plant Asset Management System. Ein solches Anlagenüberwachungssystem arbeitet als Diagnosesystem, welches im Betrieb einer technischen Anlage die Anlage und ihre einzelnen Komponenten überwacht und Zustands- und Diagnoseinformationen über den Zustand dieser Anlage bereitstellt.
Der Wert von zeitnahen Informationen über den Zustand einer technischen Anlage und über den Zustand der einzelnen Anlagekomponenten ist in den letzten Jahren zunehmend als besonders bedeutend für den wirtschaftlichen Betrieb einer Anlage erkannt worden. Die Zustandsinformationen über Anlagenkomponenten erlauben beispielsweise Anlagenkomponenten kurz vor dem absehbaren Ende ihrer Lebensdauer zu reparieren oder auszutauschen und damit ungeplante Anlagenstillstände und Produktionsausfälle zu vermeiden. Unter dem Stichwort „Plant Asset Management" sind dazu zahlreiche Betrachtungen veröffentlicht und Software-Werkzeuge entwickelt worden, welche Diagnose-Informationen über Anlagenkomponenten liefern.

Plant Asset Management Systeme sind Software-Systeme, in denen üblicherweise einzelne Software-Komponenten jeweils die Diagnose-Informationen bezüglich einer Anlagenkomponente (z.B. eines Messgeräts, eines Ventils oder eines Wärmetauschers) dem Bediener und/oder dem Wartungspersonal zur Verfügung stellen. Ein Plant Asset Management System kann Teil eines Prozessleitsystems oder aber auch ein eigenständiges Software-Werkzeug sein. In beiden Fällen ist es bisher erforderlich, für jede Anlagenkomponente, für die Asset Management durchgeführt werden soll, jeweils einzeln eine entsprechende Software-Komponente auszuwählen, zu instanziieren und entsprechend der zu überwachenden Anlagenkomponente zu parametrieren. Für feldbusfähige Feldgeräte ist dies heutzutage ein durch das Geräteengineering gelöstes Problem. Nach dem Stand der Technik werden die Überwachungsfunktionen eines Feldgerätes dem Asset Management System automatisch zur Verfügung gestellt, sobald das Gerät in Betrieb genommen wurde. Eine andere Situation stellt sich jedoch für komplexere Komponenten wie z.B. Wärmetauscher dar, da diese eine komplexe Instrumentierung beinhalten. Die Erstellung, Konfiguration und Inbetriebnahme von Überwachungsfunktionen für derartige häufig auftretende und komplexere Anlagenkomponenten, und sei es nur die Kombination weniger Feldgeräte, ist eine aufwändige und komplexe Arbeit.

Seit einiger Zeit ist die Verwendung elektronischer Anlageninformationen zur Vereinfachung des Engineering und anderer Funktionalitäten innerhalb eines Prozessleitsystems bekannt und wird bereits praktisch eingesetzt.

Bekannte anlageninformationsbasierte Engineering- und Diagnoseverfahren sind beispielsweise in

– Till Schmidberger und Alexander Fay, Rainer Drath, "Automatisiertes Engineering von Prozessleitsystem-Funktionen", in atp – Automatisierungstechnische Praxis, 2/2005, pp. 45-51. ISSN 0178-2320,
– Rainer Drath, Murat Fedai, "CAEX – ein neutrales Datenaustauschformat für Anlagendaten – Teil 1", in atp – Automatisierungstechnische Praxis, 2/2004, pp. 52-56,
– Rainer Drath, Murat Fedai, "CAEX – ein neutrales Datenaustauschformat für Anlagendaten – Teil 2", in atp – Automatisierungstechnische Praxis, 3/2004, pp. 20-27,
– DE 103 08 725 A1 : " System und Verfahren zum Verwalten und zum Austausch von Daten eines technischen Projektes, einer technischen Anlage sowie einzelner Anlagenkomponenten", und
– EP 0 893 746 B1 : "Prozessdiagnosesystem und -Verfahren" beschrieben.

Ausgehend von der Erkenntnis, dass Betriebs- und Wartungspersonal von großen Anlagen durch eine erhebliche Zahl von eingehenden Hinweisen, Warnungen, Meldungen und Alarmen oft überfordert ist, existieren gegenwärtig verschiedene Ansätze, diese Informationen zu aggregieren, zu verdichten, und sie in geeigneter, zusammengefasster Form dem Betriebs- und Wartungspersonal zur Verfügung zu stellen.

In Bezug auf Alarme, d.h. auf Information über Prozesszustände, welche den Betrieb der Anlage beeinträchtigen oder gefährden können, sind Ansätze bekannt, diese Alarme entsprechend kausaler Zusammenhänge zusammenzufassen und statt mehrerer, kausal abhängiger Alarme nur einen aussagekräftigen Alarm dem Betriebs-Personal anzuzeigen. Diese kausalen Beziehungen müssen vorab im System manuell einprogrammiert werden oder können aber auch automatisch aus einer Topologieinformation übernommen werden.

In Bezug auf Diagnose-Information sind Ansätze bekannt, bei dem eingehende Diagnoseinformation von hierarchisch niedrigeren, kleineren Anlagenkomponenten auf der jeweils nächsthöheren Hierarchieebene gebündelt wird, so dass das Wartungspersonal zunächst nur die Diagnoseinformation auf der obersten Hierarchieebene in übersichtlicher Form erhält. Bei dem in DE 103 43 963 A1 : " Bereitstellung von Diagnoseinformation" und M. Bregulla, D. Großmann: "Automatische Generierung systemweiter Diagnoseinformation auf der Basis von Layout-Informationen"), atp Automatisierungstechnische Praxis Heft 6/2005, S. 48ff beschriebenen Ansatz wird die Diagnoseinformation automatisch hierarchisch entsprechend der elektronisch vorliegenden Anlagentopologie (siehe beispielsweise Bild 3 des letztgenannten atp-Beitrags) gebündelt.

Das bekannte Engineering von Asset Management Systemen, d. h. die manuelle Auswahl, Instanziierung und Parametrierung von Software-Komponenten für ein Asset Management System ist allerdings aufwändig und damit insbesondere dann kostspielig, wenn sehr viele Komponenten überwacht werden sollen. Dies hat zur Folge, dass bisher nur für ausgewählte, als besonders kritisch erachtete „Assets" eine Überwachung im Asset Management System erstellt wird. Somit sind die die Möglichkeiten der Asset Management Systeme nicht im möglichen Umfang nutzbar und es werden möglicherweise für den Betrieb der Anlage wichtige Anlagenzustände übersehen.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren anzugeben, mit denen der Engineering-Aufwand für das Auswählen, Instanziieren und Parametrieren von Software-Komponenten eines Asset Management Systems signifikant reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System zur automatischen Erstellung und Konfiguration von Software-Werkzeugen zur Anlagenüberwachung in einem Plant Asset Management System gelöst, das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Ein entsprechendes Verfahren und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben.

Mit der Erfindung wird also ein System bzw. Verfahren vorgeschlagen, mit dem – ausgehend von elektronischen Anlageninformationen oder Anlagendaten, und mit „Asset Monitor Objekten" bezeichneten Software-Komponenten, sowie definierten Regeln – automatisiert die Anlageninformationen nach solchen Anlagenkomponenten durchsucht wird, für die es eine der definierten Regeln gibt, welche für den jeweiligen Anlagenkomponenten-Typ ein Asset Monitor Objekt referenziert. Für jede der so automatisiert gefundenen Anlagenkomponenten wird eine Instanz erzeugt und geeignet parametriert.

Mit dem erfindungsgemäßen System bzw. Verfahren wird der vorgenannte manuelle Engineering-Aufwand wesentlich reduziert. Die erfindungsgemäße Lösung des Problems unterscheidet sich signifikant von den Ansätzen in oben genannten Dokumenten, bei denen lediglich bereits vorhandene Diagnoseinformationen gebündelt bzw. zusammengefasst werden. Mittels der vorliegenden Erfindung werden dagegen noch nicht existierende Diagnoseinformationen erst erzeugt auf der Basis von Prozessinformationen, wie beispielsweise Messwerten.

Das System bzw. Verfahren setzt voraus, dass die Informationen über eine technische Anlage, insbesondere Komponenten und ihre physikalischen Zusammenhänge und Eigenschaften, dies umfasst beispielsweise die physikalische Anlagentopologie, die physikalische Leittechniktopologie oder die funktionale Leittechniktopologie, in elektronischer Form verfügbar ist. Beispielsweise in Form von Daten, die aus einem objekt-orientierten Anlagen- oder Leittechnikplanungs-(CAD)-Werkzeug exportiert sind. Diese Daten können beispielsweise in einem objektorientierten, hierarchischen Format vorliegen wie das in den oben genannten Referenzen erwähnte Dateiformat CAEX.

Weitere Möglichkeiten, die Informationen über eine technische Anlage zu erhalten, sind der automatisierte Export dieser Information aus einem vorhandenen Prozessleitsystem. Es liegt somit eine breite Basis vor, aufgrund derer die benötigten Informationen sowohl für bestehende als auch für neu errichtete Industrieanlagen in standardisierter Form beschaffbar sind.

In ähnlicher Weise können standardisiert und automatisch Teile des Leitsystemengineering übernommen werden. Weiterhin können mit dem erfindungsgemäßem Verfahren auch Überwachungsfunktionen in einem Plant Asset Management System automatisch erzeugt werden.

Eine weitere Beschreibung der Erfindung und deren Vorteile erfolgt nachstehend anhand der Darstellung in 1. Dabei sind in drei Schritten 1, 2, 3 erforderliche vorbereitende Maßnahmen dargestellt, damit automatisiert in drei weiteren Schritten 4, 5, 6 Software-Werkzeuge zur Durchführung von Diagnosefunktionen erzeugt werden können.
Im Schritt 1 ist dargestellt, dass als Ausgangssituation Anlageninformationen oder Anlagendaten in elektronisch lesbarer und semantisch interpretierbarer Form dem Plant Asset Management System bereitgestellt werden.
Im Schritt 2 werden daraus Software-Komponenten übernommen, welche jeweils die Überwachungsfunktionalität für einen bestimmten Anlagenkomponenten-Typ – oder deren Kombination –, wie beispielsweise „ zwei in Reihe geschaltete Durchflussmesser", „Regelventil in Reihe mit einer Pumpe" oder "Temperaturregelkreis" beinhalten. Sie liegen dann als instanziierbare Klassen im Engineering-Werkzeug des Plant Asset Management Systems vor, die nachstehend auch „Asset Monitor Objekte" genannt werden.
Im Schritt 3 werden Regeln definiert, die Zusammenhänge zwischen bestimmten Anlagenkomponenten-Typen und den dazu passenden Asset Monitor Objekten beinhalten. Durch eine Regel wird festgelegt, welches Asset Monitor Objekt zu welchem Anlagenkomponenten-Typ passt. Weiterhin legt die Regel fest, wie – basierend auf den Eigenschaften der Anlagenkomponente (beispielsweise „Rohrdurchmesser" oder "Stellgrößenwertebereich") – dann die Instanz des Asset Monitor Objekts zu parametrisieren ist.
Nach diesen Schritten zur Einrichtung des Plant Asset Management Systems kann die automatische Erstellung und Konfiguration von Software-Werkzeugen erfolgen:
Im Schritt 4 des Verfahrens werden die elektronisch lesbare und semantisch interpretierbare Anlageninformationen rechnerbasiert und systematisch und automatisch vollständig nach solchen Anlagenkomponenten durchsucht, für die es eine Regel gibt, die für diesen Anlagenkomponenten-Typ ein Asset Monitor Objekt referenzieren.
In den Schritten 5 und 6 wird für jede so gefundene Anlagenkomponente aus dem durch die Regel festgelegten Asset Monitor Objekt eine Instanz erzeugt. Diese Instanz wird daraufhin entsprechend der in der Regel festgelegten Zusammenhänge und basierend auf den in den Anlageninformationen abgelegten Informationen parametriert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können nicht nur Asset Monitor Objekte instanziiert werden, die genau einer einzigen Anlagenkomponente zugeordnet werden können, sondern darüber hinaus Asset Monitor Objekte, die einer bestimmten Kombination von Anlagenkomponenten zugeordnet werden können.
Damit wird es möglich, Information zu bekommen und bereitzustellen, die sich aus der Betrachtung von Einzelkomponenten nicht erschließen ließe.
Als Beispiel hierzu wird ein Behälter genannt, der einen messbaren Zufluss, einen messbaren Abfluss, und einen Füllstandsmesser hat. Im Normalfall sollte die Differenz aus Zu- und Abfluss die zeitliche Änderung des Füllstands ergeben. Wird nun ein Asset Monitor eingerichtet, der die Messsignale von Zufluss, Abfluss und Füllstand entsprechend auswertet, so ergibt sich daraus die Information, ob diese Signale konsistent sind oder nicht. In letzterem Fall meldet der Asset Monitor dem Wartungspersonal, dass die Kombination von Behälter, Zuleitung, Abflussleitung, Durchflussmessern und Füllstandsmessern inkonsistent ist und ein Fehler vorliegen muss, beispielsweise ein Fehler in einem der Geräte oder ein Leck.
Dazu enthält die Regel nicht nur einen Anlagenkomponenten-Typ, sondern eine Beschreibung von mehreren Anlagenkomponenten-Typen und dem physikalischen Zusammenhang.
Im vorstehenden Beispiel wäre dies (vereinfacht dargestellt): Behälter für Flüssigkeit, Behälter hat Füllstandsmessung, Behälter hat Zufluss, Zufluss ist messbar, Behälter hat Abfluss, Abfluss ist messbar.
Die Anlageninformationen werden dann nicht nach einem Anlagenkomponenten-Typ, sondern nach der beschriebenen Kombination durchsucht. Bei erfolgreicher Suche wird das entsprechende Asset Monitor Objekt instanziiert und entsprechend der Anlagenkomponenten parametriert.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht über den Stand der Technik in erheblicher Weise hinaus und hat wesentliche Vorteile:
Gegenüber dem eingangs beschriebenen manuellen Engineering-Verfahren wird ein erheblicher Teil der manuellen Engineering-Arbeit automatisch durchgeführt. Dies reduziert die Engineering-Kosten oder erlaubt bei gleichbleibendem Engineering-Aufwand einen erheblich größeren Teil der Anlagenkomponenten in das Asset Management mit einzubeziehen, mit entsprechenden Vorteilen, insbesondere der Anlagenverfügbarkeit.
Im Unterschied zum eingangs beschriebenen Ansatz zur automatischen Aggregation von Alarm-Informationen handelt es sich beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht darum, Alarme automatisch entsprechend einer vorgegebenen Struktur zusammenzufassen, sondern darum, die Asset Monitore, die Meldungen (vergleichbar mit Alarmen) im späteren Betrieb melden, überhaupt erst zu erstellen und zu parametrieren, und zwar automatisch.
Im Unterschied zum außerdem eingangs beschriebenen Ansatz zur automatischen Aggregation von Diagnose-Informationen geht es beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht darum, Diagnose-Information, die von bereits existierenden Komponenten in einem Leitsystem (zum Beispiel von PROFINET-Komponenten) über deren bereits existierende Diagnoseschnittstellen gemeldet wird, automatisch entsprechend einer vorgegebenen hierarchischen Anlagen-Struktur zusammenzufassen, sondern darum, überhaupt erst die Software-Komponenten des Asset Management Systems – welches auch Teil eines Leitsystems sein kann – automatisch zu erzeugen. Wie in obiger Beschreibung der Erfindung dargelegt, werden basierend auf einer Anlagenbeschreibung, die Anlagen-Komponenten und deren Zusammenhänge enthält (beispielsweise dass ein Rohr in einen Behälter mündet), Asset Monitore instanziiert und parametriert, die dann in der späteren Anwendung Diagnose-Informationen liefern können. Hierarchieinformation wird zur Durchführung des Verfahrens nicht benötigt.

Claims

System zur – mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung – automatischen Erstellung und Konfiguration von Software-Werkzeugen zur Anlagenüberwachung, welche in einem Plant Asset Management System Zustandsinformationen über Anlagenkomponenten liefern, wobei – Anlageninformationen, insbesondere die physikalische Topologie einer technischen Anlage, die zugehörige physikalische oder funktionale Leittechniktopologie, sowie Informationen über Anlagenkomponenten und ihre Zusammenhänge und Eigenschaften betreffend, in elektronisch lesbarer und semantisch interpretierbarer Form bereitgestellt sind, – Software-Komponenten (Asset Monitor Objekte), welche jeweils die Überwachungsfunktionalität für einen bestimmten Anlagenkomponenten-Typ beinhalten, als instantiierbare Klassen vorliegen, und – Regeln definiert und gespeichert sind, die Zusammenhänge zwischen bestimmten Anlagenkomponenten-Typen und den dazu passenden Software-Komponenten (Asset Monitor Objekten) beinhalten, und wobei die Datenverarbeitungseinrichtung automatisiert a) die Anlageninformationen systematisch nach solchen Anlagenkomponenten durchsucht, für die es eine Regel gibt, die für diesen Anlagenkomponenten-Typ eine Software-Komponente (Asset Monitor Objekt) referenziert, b) für jede so gefundene Anlagenkomponente aus der durch die Regel festgelegten Software-Komponente (Asset Monitor Objekt) eine Instanz erzeugt, und c) die Instanz jeweils entsprechend der in der Regel festgelegten Zusammenhänge und basierend auf den in den Anlageninformationen abgelegten Informationen parametriert, und im Plant Asset Management System als Teil der Software-Werkzeuge zur Anlagenüberwachung bereitstellt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung automatisiert zusätzlich zur Instantiierung und Parametrierung der Software-Komponenten (Asset Monitor Objekte), die genau einer bestimmten Anlagenkomponente zuordenbar sind, auch solche Software-Komponenten (Asset Monitor Objekte), die einer bestimmten Kombination von Anlagenkomponenten zuordenbar sind, instantiiert und parametriert.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageninformationen in einem aus einem objektorientierten Anlagen-Leittechnikplanungs-(CAD)-Werkzeug exportierten hierarchischen objektorientierten Datenformat vorliegen.
Verfahren zur – mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung – automatischen Erstellung und Konfiguration von Software-Werkzeugen zur Anlagenüberwachung, welche in einem Plant Asset Management System Zustandsinformationen über Anlagenkomponenten liefern, wobei – Anlageninformationen, insbesondere die physikalische Topologie einer existierenden technischen Anlage, die zugehörige physikalische oder funktionale Leittechniktopologie, sowie Informationen über Anlagenkomponenten und ihre Zusammenhänge und Eigenschaften betreffend, in elektronisch lesbarer und semantisch interpretierbarer Form bereitgestellt werden, – Software-Komponenten (Asset Monitor Objekte), welche jeweils die Überwachungsfunktionalität für einen bestimmten Anlagenkomponenten-Typ beinhalten, als instantiierbare Klassen vorliegen, und – Regeln definiert und gespeichert werden, die Zusammenhänge zwischen bestimmten Anlagenkomponenten-Typen und den dazu passenden Software-Komponenten (Asset Monitor Objekten) beinhalten, und wobei automatisiert a) die Anlageninformationen systematisch nach solchen Anlagenkomponenten durchsucht werden, für die es eine Regel gibt, die für diesen Anlagenkomponenten-Typ eine Software-Komponente (Asset Monitor Objekt) referenzieren, b) für jede so gefundene Anlagenkomponente aus der durch die Regel festgelegten Software-Komponente (Asset Monitor Objekt) eine Instanz erzeugt wird, und c) die Instanz jeweils entsprechend der in der Regel festgelegten Zusammenhänge und basierend auf den in den Anlageninformationen abgelegten Informationen parametriert werden, und im Plant Asset Management System als Teil der Software-Werkzeuge zur Anlagenüberwachung bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Instantiierung und Parametrierung der Software-Komponenten (Asset Monitor Objekte), die genau einer bestimmten Anlagenkomponente zugeordnet werden, auch solche Software-Komponenten (Asset Monitor Objekte), die einer bestimmten Kombination von Anlagenkomponenten zugeordnet werden, instantiiert und parametriert werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlageninformationen als aus einem Objekt-orientierten Anlagen-Leittechnikplanungs-(CAD)-Werkzeug exportierte Daten vorliegen.