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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Ausnahmezuständen eines Messsystems und ein entsprechendes Messsystem zur Ausführung des Verfahrens.
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Messsysteme in der Prozessautomatisierung bieten typischerweise eine Selbstdiagnosefunktionalität, die Ausnahmezustände wie der Ausfall von Teilkomponenten, Überschreitung bestimmter Grenzwerte, etc. erkennt und meldet. Hierzu wird oft eine Liste aller aktiven Ausnahmezustände des Systems als numerische Codes mit textueller Beschreibung angezeigt. Üblicherweise wird jedem Code auch eine Kategorie nach der Namur-Empfehlung NE107 zugeordnet. Ist das System an einen Feldbus angeschlossen, wird die gleiche Information auch in der spezifischen Codierung digital an eine Leitwarte übermittelt. Besteht das Messsystem aus verschiedenen Komponenten, wird bei einigen Geräten zusätzlich noch eine Information zu den Codes hinzugefügt, bei welcher Komponente der Ausnahmezustand erkannt wurde.
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An den Ausgängen des Systems (Stromausgänge, Relais, Feldbusse-Gerätevariablen, etc.) wird ein spezieller Status aus der Liste der aktiven Zustandscodes ermittelt und an den Ausgabewert angehängt (Feldbusse) bzw. der Ausgabewert auf einen bestimmten Wert gesetzt (Fehlerstrom). Für Feldbusse besteht dieser Status typischerweise aus eine Einordung in „good“, „uncertain“ oder „bad“. Er enthält allerdings keine Informationen über die Ursache oder Quelle dieser Einordnung. Für die Ermittlung dieses Status aus der Zustandscodeliste gibt es kein einheitliches Verfahren. Daher kommt es gerade bei komplexeren Messystemen leicht zu ungewolltem oder unerwartetem Verhalten, wenn Ausnahmezustände auftreten.
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Ein mögliches Verfahren ist, mit der Liste aller aktiven Zustandscodes über eine Tabelle, die pro Ausgang den aus dem Zustandscode resultierenden Ausgangsstatus enthält, eine Liste von resultierenden Ausgangstatus zu ermitteln. Diese Liste wird mittels einer Priorisierung, üblicherweise so, dass sich der schlechteste Ausgangsstatus durchsetzt, zu einem Ausgangsstatus aggregiert, der zusammen mit dem Ausgangswert am Ausgang ausgegeben wird.
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Dieses Verfahren liefert einen Zusammenhang zwischen Ausnahmezustand und Status, kann aber schon beim Hinzufügen nur einer Zwischenverarbeitungskomponente zwischen Quelle und Ausgang nicht mehr feststellen, ob der Messwert ursprünglich von der Quelle mit dem Ausnahmezustand oder einer anderen Quelle kommt.
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Ein anderes bekanntes Verfahren ist es, den Ausgangsstatus bereits am Ausgang der Quelle zu ermitteln und durch die Kette der Komponenten der Signalverarbeitung bis zum Ausgang zu propagieren, wobei jede Komponente der Signalverarbeitung den Ausgangsstatus modifiziert, üblicherweise so, dass der Ausgangsstatus stets gleichbleibt oder sich verschlechtert, aber nie verbessert. Bei Feldbus-Ausgängen erfolgt in der Regel noch eine Umkodierung auf die vom jeweiligen Feldbusstandard geforderte Kodierung des Ausgangsstatus.
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Das zweitgenannte Verfahren hat den Vorteil, dass auch bei längeren Verarbeitungsketten der Messwerte die Information erhalten bleibt, welche Messwerte betroffen sind und welche nicht. Dafür geht die Information, welcher Ausnahmezustand den Ausgangsstatus bedingt hat, komplett verloren.
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Eine Kombination aus beiden Verfahren kann einige der Nachteile teilweise abschwächen, macht das Geräteverhalten aber noch schwerer nachvollziehbar.
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Je komplexer das Messsystem (z.B. ein Transmitter mit mehreren angeschlossenen Sensoren) ist bzw. je mehr Komponenten das Messsystem hat, umso schwieriger ist es, die Folgen eines bestimmten Ausnahmezustands oder gar mehrerer gleichzeitiger Ausnahmezustände nachzuvollziehen. Das System kann komplizierte Messwertverarbeitungsketten haben, die beim herkömmlichen Verfahren einer Zustandscodeliste nicht korrekt berücksichtigt werden können. So werden zum Beispiel die Messwerte von mehreren Sensoren in einem Redundanz-Modul mathematisch verarbeitet, anschließend der Ergebniswert an einen Grenzwertgeber weitergeleitet, der dann ein Binärsignal erzeugt, das wiederum über ein Relais und auf einen digitalen Feldbus (z.B. PROFIBUS) ausgegeben wird. Tritt irgendwo in dieser Messwertverarbeitungskette ein Ausnahmezustand auf, kann dieser die Ausgabewerte ein oder mehrerer von dort ausgehender Teile der Verarbeitungskette direkt oder indirekt beeinflussen.
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Hierbei in jedem Fall genau den gewünschten Ausgangsstatus an allen Ausgängen zu erreichen und die Ursache des Ausgangsstatus für den Bediener nachvollziehbar darzustellen, ist in der Vergangenheit nicht gelungen. Dem Bediener wurde zum einen die Liste der aktiven Ausnahmezustände angezeigt, zum anderen für jeden Ausgangswert der Status geliefert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eindeutige Korrelation zwischen Ausnahmezuständen und Ausgangsstatus herzustellen. In anderen Worten soll auch bei langen, komplexen Verarbeitungsketten der richtige Ausgangsstatus ermittelt werden. Weiter soll es möglich sein, an den Ausgängen für den Bediener genau darzustellen, welche Ausnahmezustände zu dem Status geführt haben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Behandlung von Ausnahmezuständen eines Messsystems, das Verfahren umfassend die Schritte: Erfassen zumindest eines gemessenen Werts, insbesondere durch zumindest einen Sensor, wobei der gemessene Wert ein von einer Messgröße abgeleiteter Wert darstellt; Digitalisieren des gemessenen Werts; Erstellen einer Datenstruktur, wobei die Datenstruktur als Element zumindest den gemessenen Wert umfasst, insbesondere umfasst die Datenstruktur den gemessenen Wert und die Einheit der entsprechenden Messgröße; und Hinzufügen zumindest einer Fehlercodeliste umfassend zumindest einen Fehlercode zur Datenstruktur, wenn das Messsystem oder der gemessene Wert einen Ausnahmezustand aufweist, wobei der Fehlercode spezifisch für den Ausnahmezustand des Messsystems oder den gemessenen Wert ist.
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Die Erfindung beschreibt ein Verfahren für Messsysteme zur Behandlung und Anzeige von Ausnahmezuständen. Ziel hierbei ist, einen passenden Status an jedem Ausgang zu ermitteln und nachvollziehbar zu machen, welche Ausnahmezustände für diesen Status verantwortlich sind. Dies wird gelöst durch eine Liste von Zustandscodes, die zusammen mit den gemessenen Werten die gesamte Verarbeitungskette von der Quelle bis zum Ausgang durchlaufen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei einem Ausnahmezustand um einen Fehler, Ausfall, Ausfall von Einzelkomponenten, Überschreitung von Grenzwerten, ungenügende Spannungsversorgung oder Stromversorgung oder Energieversorgung, Störung einer Kommunikation, Erkennung von ungültigen Daten oder ungültige gemessene Werte, Warnungen vor einem erwarteten Ausfall, Kennzeichnung eines bestimmten Betriebsmodus und/oder Fehlen von Betriebsmitteln etc. handelt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Datenstruktur zusätzlich Attribute des Messsystems, insbesondere auch des Sensors, wie Messbereich, Zustand, Zeitstempel der Erfassung des gemessenen Wert etc. umfasst.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Fehlercode einen alphanumerischen Fehlercode, eine Fehlerklassifizierung, insbesondere nach Namur NE107, einen untergeordneten Fehlercode und/oder Informationen über den Ort des Auftretens des Fehlercodes umfasst.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der gemessene Wert mittels eines Sensors erfasst wird und durch den Sensor mehr als ein gemessenen Wert bestimmt wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass für jeden gemessenen Wert eine separate Datenstruktur erstellt wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass ein Fehlercode nur in die Datenstruktur eingetragen wird, wenn dessen entsprechender Ausnahmezustand zumindest ein Element der Datenstruktur beeinflusst, betrifft oder beeinträchtigt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass ein Fehlercode in alle Datenstrukturen eingetragen wird, die je zumindest ein Element enthalten, das durch den entsprechenden Ausnahmezustand beeinflusst oder beeinträchtigt wird oder in sonstiger Art und Weise diesen betrifft. Der Einfluss kann sich auch auf den Fehlercode beziehen. Der Fehlercode wird als Element der Fehlercodeliste einer Datenstruktur eingetragen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Verfahren weiter die folgenden Schritte umfasst: Weiterleiten der Datenstruktur an zumindest eine Verarbeitungseinheit; und Hinzufügen zumindest eines weiteren Fehlercodes zur Fehlercodeliste, wenn die Verarbeitungseinheit einen Ausnahmezustand aufweist, wobei dieser Fehlercode spezifisch für den Ausnahmezustand der Verarbeitungseinheit ist.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass anhand vordefinierter Regeln eine effektive Fehlercodeliste erstellt wird, wobei die effektive Fehlercodeliste einen oder mehrere weitere Fehlercodes umfasst und ein oder mehrere bereits in der Fehlercodeliste stehende Fehlercodes gestrichen werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Verarbeitungseinheit mehrere Eingänge für mehrere Datenstrukturen umfasst.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Verarbeitungseinheit ein oder mehrere Elemente der Datenstruktur verarbeitet, wandelt oder verrechnet, insbesondere ist die Verarbeitungseinheit als Redundanzmodul, Temperaturkompensationsmodul, Regler, Grenzwertgeber etc. ausgestaltet. Im Allgemeinen handelt es sich bei der Verarbeitungseinheit um jede Art von Modul, das einen oder mehrere Messwerte mathematisch verrechnet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Verfahren weiter die folgenden Schritte umfasst: Weiterleiten der Datenstruktur an zumindest eine Ausgabeeinheit; und Ausgeben zumindest eines Elements der Datenstruktur, insbesondere die Fehlercodeliste oder einen oder mehrerer Fehlercodes der Fehlerliste. Die Ausgabeeinheit kann auch Verarbeitungseinheit sein.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass vor dem Ausgeben des zumindest einen Elements der Datenstruktur anhand vordefinierter Regeln die Fehlercodeliste verarbeitet und gegebenenfalls gewandelt wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das Ausgeben zumindest eines Elements das Ausgeben auf einem Display, Webserver, das Weiterleiten an einen Feldbus, Gerätetreiber (DD, DTM) oder an eine Stromschleife umfasst.
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Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Messsystem zur Ausführung eines wie oben beschriebenen Verfahrens.
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In einer Ausgestaltung umfasst das Messsystem zumindest einen Sensor.
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Dies wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert.
- 1-3 zeigen je ein Messystem zur Ausführung des beanspruchten Verfahrens.
- 4a/b eine Datenstruktur mit seinen Elementen bzw. eine Fehlercodeliste.
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In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein Messsystem 100, siehe 1, besteht im Beispiel aus folgenden Komponenten, die als Software- oder Hardware-Komponenten ausgestaltet sind: Eine Menge von Sensoren S1 .. Sn, die über physikalische oder chemischen Messverfahren mindestens je einen gemessenen Wert, meist als Spannungswert, erzeugen. Der gemessene Wert ist ein von einer Messgröße abgeleiteter Wert darstellt. So ist etwa die Messgröße der pH-Wert, Leitfähigkeit, Trübung, Sauerstoffgehalt etc. Somit wird über einen Sensor eine gemessener Wert erfasst. Alternativ oder zusätzlich kann ein gemessener Wert über eine Schnittstelle, beispielsweise über einen Feldbus, am Messsystem 100 ankommen bzw. der gemessene Wert wird dann vom Messsystem 100 über die Schnittstelle erfasst.
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So kann mit dem Bezugszeichen „S2 “ beispielsweise eine solche Schnittstelle gemeint sein.
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Zu jedem Sensor gibt es eine Digitalisierungseinheit D1 .. Dn , die den gemessenen Wert in digitale Daten PVS1 .. PVSn umwandelt. Im Sinne dieser Anmeldung werden diese digitalen Daten PVS1 .. PVSn als Datenstruktur bezeichnet. Eine Datenstruktur umfasst zumindest den gemessenen Wert. In einer Ausgestaltung umfasst die Datenstruktur mehrere Elemente, also zumindest den gemessenen (numerischen) Wert und dessen physikalische Einheit. Weiter Elemente sind beispielsweise Attribute, die auch Diagnoseinformationen einschließen, und auch Attribute des Sensors oder des Messsystems, wie Messbereich, Zustand, Zeitstempel der Erfassung des gemessenen Wert etc.
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Die Datenstruktur wird je nach Systemkonfiguration an ein oder mehrere Verarbeitungseinheiten V1 .. Vm geleitet, die einen oder mehrere Datenstrukturen in andere Datenstrukturen umwandeln. Insbesondere werden ein oder mehrere Elemente der Datenstruktur umgewandelt. Die Kette der Prozesswertverarbeitung aus den Digitalisierungs- und Verarbeitungseinheiten endet jeweils an einer Ausgabeeinheit A1 .. Ax , die die Datenstruktur entsprechend umgewandelt über eine Schnittstelle I1 .. Iy (z.B. Display, Stromschleife, Feldbus) an den Bediener oder eine Leitwarte ausgibt.
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Tritt nun ein Ausnahmezustand auf, also beispielsweise ein Fehler, Ausfall, Ausfall von Einzelkomponenten, Überschreitung von Grenzwerten, ungenügende Spannungsversorgung oder Stromversorgung oder Energieversorgung, Störung einer Kommunikation, Erkennung von ungültigen Daten oder ungültige gemessene Werte, Warnungen vor einem erwarteten Ausfall, Kennzeichnung eines bestimmten Betriebsmodus und/oder Fehlen von Betriebsmitteln, so passiert das Folgende:
- Allen Ausnahmezuständen, die das Messsystem erkennen kann, wird zunächst ein eindeutiger alphanumerischer Code zugeordnet (hier als „Code1“, „Code2“, usw. bezeichnet). Siehe dazu die 2. Zudem wird zu jedem Fehlercode festgelegt, wie ein damit behafteter Wert behandelt werden soll. Diese Verhaltensregeln können für jede Systemkomponente des Messsystems 100 unterschiedlich definiert sein.
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Wird nun ein Ausnahmezustand beispielsweise „Code1“ oder „Code2“ (usw.; im Allgemeinen ist der Fehlercode ein alphanumerischer Wert) an einer der Digitalisierungseinheiten D1 .. Dn oder Verarbeitungseinheiten V1 .. Vm erkannt, so trägt diese den Code in eine Fehlercodeliste ein, die ein Element in der Datenstruktur darstellt. Siehe dazu die 4a. Es sind auch mehrere Fehlercodelisten möglich. Jeder Fehlercodeliste enthält einen oder mehrere Fehlercodes, siehe dazu die 4b. Bei einer Verarbeitungseinheit wird jeweils die Fehlercodeliste der empfangenen Datenstruktur um die erkannten Ausnahmezustände bzw. dessen entsprechende Fehlercodes erweitert oder, vor allem bei Verarbeitungseinheiten mit mehreren Eingängen, aus der/den eingehende(n) Fehlercodeliste(n) über vordefinierte Verhaltensregeln eine effektive Fehlercodeliste ermittelt, die um die Fehlercodes der Verarbeitungseinheit erweitert und bei den Ausgangsprozesswerten eingetragen wird. So kann in einem ersten Fall eine Menge von n Fehlercodes hinzugefügt werden. In einem weiteren Fall werden n Fehlercodes hinzugefügt, aber auch eine Anzahl von m Fehlercode entfernt.
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Es wird generell so verfahren, dass ein Fehlercode nur in die Datenstruktur eingetragen wird, das durch den Ausnahmezustand beeinträchtigt sind (siehe Beispiel unten). Wird ein Ausnahmezustand erkannt, der die Funktion des gesamten Messsystems 100 beeinträchtigt (z.B. eine ungenügende Spannung der Stromversorgung), wird der entsprechende Zustandscode an alle Datenstrukturen des Systems 100 gehängt.
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An jeder Ausgabeeinheit A1 .. Ax kann nun zum einen der schnittstellenspezifische Status oder Ersatzwert aus der Liste der Codes der eingehenden Datenstruktur ermittelt werden und zum anderen die Liste der diesen Status oder Ersatzwert bedingenden Codes ausgegeben werden. Diese Fehlercodeliste oder einzelne Fehlercodes wird dem Bediener über die GUI-Schnittstellen (z.B. Display, Webserver) und Gerätetreiber (z.B. DD, DTM) angezeigt. Die Anzeige kann bei Bedarf beschränkt werden, z.B. auf den Fehlercode, dessen Reaktion den Ausgangsstatus tatsächlich maßgeblich bestimmt.
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3 zeigt zwei Sensoren SpH1/SpH2 , die jeweils einen pH-Wert und einen Temperaturwert liefern, die über die entsprechenden Digitalisierungseinheiten DpH1/DpH2 als Prozesswerte PVPH1&PVT1 sowie PVpH2&PVT2 an jeweils ein Temperatorkompensationsmodul VTC1/VTC2 geliefert werden.
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Das Messsystem 100 umfasst ein Redundanzmodul, dass die Prozesswerte PVpH1TC und PVpH2TC von den Temperatorkompensationsmodulen VTC1/VTC2 empfängt und den „besseren“ davon als Prozesswert PVpHR an zwei Ausgabeeinheiten AD und AF liefert.
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Das Messsystem 100 umfasst eine Ausgabeeinheit AD , die den Prozesswert als Text auf einem Display IDisplay ausgibt.
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Das Messsystem 100 umfasst eine Ausgabeeinheit AF , die den Prozesswert als kodierte Digitaldaten auf einer Feldbusschnittstelle IFieldbus ausgibt.
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An der Digitalisierungseinheit DpH1 wurde ein Ausnahmezustand „123 Temperaturfühler defekt“ erkannt. An der Digitalisierungseinheit DpH2 wurde ein Ausnahmezustand „234 Ungültige Kalibrierdaten“ erkannt.
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Zudem wird der Prozesswert PVT1 direkt an die Ausgabe Ausgabeeinheit AD geleitet, die diesen Prozesswert als zusätzlichen Text auf einem Display IDisplay ausgibt.
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Die Digitalisierungseinheit DpH1 trägt den Code 123 in die Fehlercodeliste von der Datenstruktur PVT1 ein, nicht aber an PVpH1 , da dieser Prozesswert nicht vom Ausnahmezustand betroffen ist.
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Die Digitalisierungseinheit DpH2 trägt den Code 234 bei beiden Prozesswerten PVpH2 und PVT2 ein.
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Das Temperaturkompensationsmodul VTC1 wertet die Fehlercodelisten der beiden Eingangsprozesswerte aus. Diese bedingen, dass PVT1 als „bad“ und PVpH1 als „good“ eingestuft werden. Nach einer vorgegebenen Regel des Temperatorkompensationsmoduls bedeutet der Status „bad“ am Temperaturwert, dass ein Ausnahme „345 Unzuverlässige Temperaturkompensation“ vorliegt. Daher erhält der temperaturkompensierte Ausgangsprozesswert PVpHTC1 eine Fehlercodeliste, die den Code 345 (und nur diesen) enthält.
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Das Temperatorkompensationsmodul VTC2 wertet die Fehlercodelisten der beiden Eingangsprozesswerte aus. Diese bedingen, dass PVpH1 und PVT1 beide als „bad“ eingestuft werden. Nach einer vorgegebenen Regel des Temperatorkompensationsmoduls, dass der Ausgangswert nicht besser eingestuft werden darf als der eingehende pH-Wert, wird daher an den temperaturkompensierten Ausgangsprozesswert PVpHTC2 eine Fehlercodeliste gehängt, die den Code 234 enthält, d.h. die Liste des eingehenden pH-Werts weitergegeben.
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Das Redundanzmodul VR wertet die Fehlercodelisten der beiden Eingangsprozesswerte PVpHTC1 und PVpHTC2 aus. Diese bedingen, dass PVpHTC1 als „besserer“ Wert eingestuft wird und (inkl. der Fehlercodeliste mit Code 345) als PVpHR weitergegeben wird.
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Die Ausgabeeinheit AD wertet den Code 345 von PVpHR aus und ermittelt, dass dieser Code den Prozesswert als „uncertain“ einstuft. Sie gibt nach einer vorgegebenen Regel für diesen Fall einen Text mit dem Wert, der Einheit und einem Warnsymbol „(!)“ für „uncertain“ auf dem Display IDisplay aus.
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Die Ausgabeeinheit AF wertet den Code 345 von PVpHR aus und ermittelt ebenfalls, dass dieser den Prozesswert als „uncertain“ einstuft. Sie gibt daher digitale Daten in der Codierung des angebundenen Feldbusses IFieldbus aus, die den Wert, die Einheit und einen Statusmarker für „uncertain“ enthält.
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Die Ausgabeeinheit AD wertet den Code 123 von PVT1 aus und ermittelt, dass dieser den Prozesswert als „bad“ einstuft. Sie gibt nach einer vorgegebenen Regel für diesen Fall einen Text mit jeweils drei Strichen („---„) statt dem Wert und der Einheit auf dem Display IDisplay aus.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Messsystem
- Ax
- Ausgabeeinheit
- Dx
- Digitalisierungseinheit
- Ix
- Schnittstelle
- P
- Datenstruktur
- Sx
- Sensor
- Vx
- Verarbeitungseinheit
- x
- 1..n