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WO2024188761A1 - Feldgerätesystem, verfahren zum überwachen eines feldgeräts einer prozesstechnischen anlage und prozesstechnische anlage - Google Patents

Feldgerätesystem, verfahren zum überwachen eines feldgeräts einer prozesstechnischen anlage und prozesstechnische anlage Download PDF

Info

Publication number
WO2024188761A1
WO2024188761A1 PCT/EP2024/055869 EP2024055869W WO2024188761A1 WO 2024188761 A1 WO2024188761 A1 WO 2024188761A1 EP 2024055869 W EP2024055869 W EP 2024055869W WO 2024188761 A1 WO2024188761 A1 WO 2024188761A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
field device
evaluation unit
image
sound data
data
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/055869
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Leonard YOUSIF
Melanie Dürr
David Wagner-Stürz
Original Assignee
Samson Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samson Aktiengesellschaft filed Critical Samson Aktiengesellschaft
Publication of WO2024188761A1 publication Critical patent/WO2024188761A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/25—Pc structure of the system
    • G05B2219/25428—Field device

Definitions

  • the invention relates to a control valve for adjusting a process fluid flow of a process plant, such as a chemical plant, for example a refinery, a power plant, for example a nuclear power plant, a food processing plant, or the like, an attachment for a control valve, a field device system and a method for reducing downtimes of a control valve
  • HART The HART protocol, the FOUNDATION Fieldbus protocol, the PROFIBUS protocol and a number of other digital communication technologies are also commonly used to transmit data in process engineering systems. HART has been part of the field bus standard IEC 61158 since 2007.
  • a high-frequency oscillation for example ⁇ 0.5 mA
  • an analog signal for example a 4..20 mA signal.
  • HART allows the transmission of process and diagnostic information as well as control signals between control valves and a higher-level control unit, for example a central control room.
  • the maximum current consumption of the devices is 350 mA, with up to 400 mA permitted, resulting in a maximum power consumption per device of 14.5 W.
  • Free wires and/or signal-carrying wires of the Ethernet cable can be used to transmit the power.
  • PoE enables the rapid transmission of large amounts of data.
  • the power density of PoE technology does not permit its use in potentially explosive areas.
  • the use of PoE technology requires a much higher investment than analog 4..20 mA communication. Enormous investments are also required for retrofitting existing process engineering systems with PoE technology, which in many cases is uneconomical.
  • a control valve that is supplied with power via an Ethernet connection (Power over Ethernet) and an associated commissioning procedure are described in DE 10 2006 036 770 Ai.
  • APL Advanced Physical Layer
  • Zone o describes an area in which an explosive gas-air mixture is present permanently or for long periods of time.
  • Zone 1 describes an area in which flammable or conductive dust particles are present, as well as areas in which an explosive gas-air mixture can be present for a short time under normal operating conditions.
  • APL technology should also make it possible to design field devices to be intrinsically safe.
  • twisted pair wires twisted-care wiring in accordance with 10BASE-T1L
  • data transmission rates 10 Mb/s up to 100 Mb/s and more can be achieved.
  • Process engineering systems with APL technology can be equipped with a so-called trunk data and power transmission line, in particular with a length of up to 1000 m, from a central control unit to an APL field switch.
  • the so-called trunk lines (main line) should be designed to transmit power of up to 54 W.
  • Several field devices can be connected to the so-called APL field switch with so-called spur data and power transmission lines, in particular with a length of up to 200 m (spur line).
  • the spur lines are designed to provide a power of usually a maximum of 500 mW.
  • An IEC 61158 Type A fieldbus cable with twisted pairs and an electrically shielding jacket (also known as a shield) is usually used as the data and power transmission line.
  • electrically shielded cables must be used to connect the APL field switch to each individual field device. Up to five field devices can be connected to a spur line. Several APL field switches, for example a maximum of 5 to a maximum of 10, can be connected to a trunk line.
  • APL technology is compatible with the operation of field devices in potentially explosive areas. A low power density can be provided for this purpose in order to prevent the electrical and/or thermal energy present in a field device from reaching an ignition threshold even under abnormal operating conditions.
  • the APL field switches and field devices are designed to be ignition-proof (explosion-proof) in accordance with protection class "Ex d".
  • APL technology allows the transmission of large data volumes and is characterized by compatibility with existing two-wire communication systems.
  • many users of APL technology also complain about the high investment costs for upgrading or converting an entire system.
  • WO 2022/043103 Ai proposes positioning an APL field switch together with a positioner connected to it in a common housing with explosion protection, which is designed separately and at a distance from a control valve whose actuator is controlled via the positioner.
  • the inventors of the present invention have identified that the use of network-capable control valves, particularly in conjunction with APL technology, will result in new functionalities and security measures, particularly against unauthorized access to the control valves via the network, being created at ever shorter intervals, which will result in an increase in the frequency of updates on the one hand and the risk of failure due to the higher complexity on the other. Both the failure and the updating of field devices are currently associated with downtimes of the control valve and, in the worst case, the process plant, which results in high costs.
  • WO 2021/122062 Ai discloses a system for optical communication in a process engineering plant, in which several distributed cameras generate image data and transmit it to a central signal processing device for evaluation and further diagnosis.
  • the system has proven itself in principle, but it has been found that the data evaluation with the data transmission technology used can be overloaded due to the amount of image data generated.
  • Another problem is the central data collection and processing. In the event of overloads, this can lead to an impairment of the process engineering plant.
  • a field device system for adjusting a process fluid flow of a process plant, such as a chemical plant, a power plant, a food processing plant or the like.
  • the field device system comprises several field devices.
  • a field device is a control device of a measuring device or an actuator.
  • a field device can be, for example, a control valve for adjusting a branch of the process fluid flow.
  • a field device is a control valve or a pump.
  • the control valve can be actuated pneumatically, electrically or hydraulically.
  • the field device can be operated with auxiliary energy, such as pneumatic Auxiliary energy, whereby in particular a preferably pneumatic drive can be operated via a position controller, in particular an electropneumatic one.
  • the field device system and in particular the field device can be an unmounted field device or a field device integrated into the system, which is able to operate the fluids that occur during processing in large systems under explosion protection.
  • field devices are intended to influence the process fluid flow of the process engineering system, in particular to control and/or regulate it.
  • the field device system comprises at least one optical and/or acoustic sensor.
  • the sensor can be, for example, a camera and/or a microphone.
  • the sensor is designed to capture image and/or sound data.
  • the image and/or sound data is image and/or sound data that can be assigned to at least one field device.
  • the sensor can also be, for example, an optical microphone according to EP 3 351 838 Ai, the relevant content of which is mentioned here for the sake of completeness.
  • the sensor can be designed to sense structure-borne sound or to carry out structure-borne sound measurements.
  • a plurality of optical and/or acoustic sensors can be used to exploit synergies between sensors along the system or on a field device, which enable better diagnosis of the field device or a part of the system.
  • the field device system comprises a communication network which is configured to connect the at least one sensor to an evaluation unit for receiving and processing the image and/or sound data from the sensor for signal transmission by means of Ethernet-APL.
  • An essential aspect of the present invention is to be able to use the image and/or sound data that are recorded at, by means of and to the field devices of the process engineering system to diagnose the process engineering system and/or the field devices.
  • the at least one sensor can be part of a field device or can be arranged close to such a field device so that it can record the image and/or sound data that can be assigned to the field device.
  • the image and/or sound data is evaluated via the evaluation unit, which is designed separately from the sensors, can be part of the respective field device or part of a separate evaluation unit or diagnostic device that is arranged in the area of the field device or can at least be connected to it.
  • Ethernet-APL Via data transmission using Ethernet-APL, it is possible to receive high-quality and extensive image and/or sound data from field devices, for example with high frame rates, high resolution, in particular potentially in real time, and above all with a time stamp. Extract sound and image recordings for possible evaluation, error identification or diagnostic purposes and evaluate them in the appropriate resolution. This enables a much better and more comprehensive diagnosis. Other measurement signals can also be used for evaluation and diagnosis.
  • the field device system further comprises the evaluation unit for receiving and processing the image and/or sound data from the at least one sensor, in particular from all sensors.
  • the evaluation unit can be connected to the at least one sensor via the communication network using Ethernet-APL.
  • the evaluation unit is also connected to the field devices via the communication network using Ethernet-APL.
  • the evaluation unit can be connected to a higher-level process controller using Ethernet-APL or other communication connections, such as a bus connection, for example via HART, PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus or the like.
  • a field device system for adjusting a process fluid flow or process plant, such as a chemical plant, a power plant, a food processing plant or the like.
  • the field device system comprises several field devices.
  • a field device is a control device of a measuring device, an actuator, or a device of a safety circuit, which is operated independently and autonomously from the control valve, but is particularly dedicated to the same process.
  • a field device can be, for example, a control valve for setting a path, a channel or a branch of the process fluid flow.
  • a field device is a control valve or a pump.
  • the control valve can be actuated pneumatically, electrically or hydraulically.
  • the field device can be operated with auxiliary energy, such as pneumatic auxiliary energy, whereby in particular a preferably pneumatic drive can be actuated via a particularly electropneumatic positioner.
  • the field device system and in particular the field device can be an unmounted field device or a field device integrated into the system, which is able to operate the fluids that occur during processing in large plants under explosion protection.
  • field devices are designed to influence the process fluid flow of the process plant, in particular to control and/or regulate it.
  • the field device system according to the invention comprises at least one optical and/or acoustic sensor for capturing image and/or sound data associated with the field devices.
  • the sensor can be, for example, a camera and/or a microphone.
  • the sensor is designed to capture image and/or sound data.
  • the sensor can also be, for example, an optical microphone according to EP 3 351 838 Ai, the relevant content of which is mentioned here for the sake of completeness.
  • the field device system also includes an evaluation unit for receiving and processing the image and/or sound data from the at least one sensor, in particular from all sensors.
  • the evaluation unit can be designed for signal transmission by means of a higher-level process control using Ethernet-APL or other communication connections, such as a bus connection, for example via HART, PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus or the like.
  • the field device system has a communication network that connects the at least one sensor to the evaluation unit for signal transmission.
  • the evaluation unit can be connected to the at least one sensor via the communication network using Ethernet-APL.
  • the evaluation unit is connected to the field devices via the communication network, also via Ethernet-APL.
  • the evaluation unit is designed and/or configured to process the captured image and/or sound data in a decentralized and field device-specific manner.
  • central processing that takes all data into account in a global process control of the process engineering system can be dispensed with. It is therefore not necessary to transmit all data generated by the sensors to the global process control, which relieves the burden on the latter.
  • the data transfer, the data communication effort and the requirements for the data transfer volume and/or quality can be reduced.
  • the evaluation unit is in particular configured to process the data generated by the sensors in relation to the field devices individually in relation to a field device, in particular to evaluate, predict, diagnose or the like, and/or to combine groups of field devices into so-called process nodes in order to be able to make statements about the process node.
  • a process node can be defined by the fact that it occupies a certain area or section corresponding to a certain function within the process engineering system.
  • the sensor and the evaluation unit, and optionally the multiple field devices each have at least one Ethernet interface, in particular an Ethernet-APL interface, for transmitting the image and/or sound data.
  • Ethernet interfaces By equipping the components with Ethernet interfaces, it is possible to use Ethernet technology, in particular Ethernet-APL technology, in a simple manner. This also makes it possible to upgrade or change the data communication rate.
  • the evaluation unit is set up to detect, in particular to diagnose, an operating state, in particular cavitation, leakage, an optical state and/or a value that can be assigned to an actuating movement of the field devices, such as a valve member and/or an actuating rod of the field devices, such as a distance, a speed, or an acceleration, of at least one, in particular each, of the several field devices.
  • the image and sound data recorded by the at least one sensor can be used to determine the occurrence of cavitation or a leak, for example due to cavitation impacts or other acoustic signals, whereby the functionality of the corresponding field device and/or the field device assigned to the respective process node can also be deduced in order to carry out a diagnosis.
  • the generated image data can record, for example, the movement of the valve element, an actuating rod, a distance covered by the valve element/actuating rod during a movement and variables that can be derived from this, such as speed or acceleration, and to carry out an optical status assessment. It has been found that optical data from the field devices themselves can be used to make diagnoses about the respective field device or the corresponding process node to which the field device is assigned.
  • the at least one sensor or another sensor is set up to record field device-independent data, such as an environmental parameter, such as brightness or weather data, operating data such as pressure, volume flow, flow rate or the like and/or a parameter relating to the environment of the field device.
  • the parameters can be process-related changes in an environment of the field device or an emergency situation, such as fire, flooding or the like.
  • the evaluation unit is set up to combine the received image and/or sound data and the field device-independent data. Such events, which can be recognized by pattern recognition or image evaluation, can then be used to diagnose the field devices or to interpret other parameters and/or other field devices.
  • the evaluation unit is set up to detect various process-related changes in the environment of the field device, such as the switching of another field device in the vicinity or an optical and/or acoustic signal to report emergencies or maintenance.
  • the evaluation unit can also be set up to use such detection to control, diagnose and/or for a safety circuit of the respective field device. For example, this can also be done directly via electronics in the field device.
  • high-resolution image and/or sound data can be recorded and then continuously transmitted, for example to a higher-level process control system.
  • a high data rate can also be analyzed in conjunction with the field device and/or the evaluation unit.
  • High resolution also makes it possible to record vibrations from components such as a drive, a line or a structure. This can then also be used to detect internal processes such as the movement of a valve element, cavitation in the valve, a leak or an operating state of a field device such as a pump or the like and use them for diagnosis.
  • the evaluation unit can be set up to record warning states or critical states, such as in the NAMUR collective status, in good time, to report them if necessary and, in particular, to initiate countermeasures or a safety operating state, such as a safety-related shutdown.
  • the evaluation unit can also be set up to use additional measurement signals or measurement data from the field device, the sensor or other sensors within the process plant to evaluate the image and/or sound data. It is advantageous if the data has a high temporal resolution in order to enable a correlation of events and/or activities in the existing data sets.
  • the evaluation unit can also be set up to isolate several different acoustic tracks from the sound data, which can then be assigned to existing sources in/on the field device or in its vicinity using reference data and/or a comparison with the image data.
  • the evaluation unit In principle, it is possible to use the evaluation unit to combine findings obtained from the image and/or sound data with all other known measurement parameters on typical field devices, in particular control valves and/or position controllers, in order to carry out a comprehensive diagnosis and/or a situation-generated control of the of the respective field device.
  • the evaluation of the field devices directly on the field device and/or by means of the evaluation unit enables a system-independent integration of such a diagnosis into the field device operation.
  • a faster and more direct control of the field device can be carried out depending on the transmitted diagnosis or the directly recorded and evaluated measurement data, especially since no data communication transfer and processing via the global process control is necessary.
  • the evaluation unit is a separate component from the sensor and is structurally coupled to one of the field devices. It is also possible to use the evaluation unit flexibly and/or to upgrade an existing system of a process engineering plant that has several dimensions.
  • the field device system further comprises a process controller that controls the multiple field devices and is connected to the evaluation unit by means of the communication network, in particular via Ethernet-APL.
  • the evaluation unit can also be connected to the higher-level process controller via a bus connection, for example via HART, Profibus, FOUNDATION Fieldbus or the like.
  • the evaluation unit is set up to communicate with the sensor and the multiple field devices independently of the process control, to transmit data and/or evaluate data and, in particular, to control at least one of the multiple field devices based on the received data, in particular the field device-specific diagnosis.
  • the evaluation unit it is possible for the evaluation unit to initiate control interventions for at least one of the field devices independently, i.e. without a control command from the higher-level process control, in particular to control it based on the diagnoses and evaluations derived from the generated and received data.
  • increased data transfer and global process control are avoided, which means that it is not subjected to additional computing power.
  • the field device system further comprises a safety network for the safety-related switching on and/or off of field devices, in particular of switching on and/or off valves.
  • the safety network comprises an actuator of a field device, the sensor and a safety controller, wherein the safety controller is connected to the field devices via the evaluation unit, in particular by means of Ethernet-APL.
  • the field devices and/or the sensors are also connected to the evaluation unit via an Ethernet-APL connection, for example by means of a cable. It is also conceivable that the field devices and/or sensors are connected to the evaluation unit exclusively or additionally via another bus connection, for example via HART, PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus or the like.
  • the field devices can be directly connected to one another, in particular by means of Ethernet-APL.
  • the at least one sensor can be designed as part of a field device or separately.
  • the sensors and/or the field devices can be supplied with power in whole or in part via Ethernet APL connections.
  • the power supply can also be provided separately via the evaluation unit.
  • the other connection can be designed separately.
  • the field device system further comprises a trigger device assigned to the sensor and/or the evaluation unit for triggering a particularly continuous acquisition of data.
  • the reading can in particular take place depending on at least one recorded parameter.
  • at least one parameter-related trigger threshold can be stored in the trigger device and/or the evaluation unit, and if this threshold is exceeded or deviates, in particular above a certain tolerance value, the triggering of the acquisition of data can be initiated.
  • the trigger device can in particular be equipped with a controller and a memory, which preferably operate an algorithm that uses one or more conditions, for example by means of a case distinction, condition matrix or the like, for "triggering". It is also conceivable that a NAMUR collective status or NAMUR messages can lead to a trigger.
  • the evaluation unit is set up to evaluate the received data simultaneously in a time-resolved manner.
  • different image and/or sound patterns in the data can be assigned.
  • the opening of a valve based on a control signal, a pressure signal, an air supply line or a position controller can be assigned to a movement pattern in image and/or sound data and/or a sound track in the sound data.
  • a reference pattern can be created for the respective process or the movement pattern can be compared with a previously recorded reference pattern.
  • the evaluation unit can all be done in the evaluation unit, for example, which can also have a memory to store such data.
  • the image and/or sound data provides a wide range of data quality in order to enable the most comprehensive and precise diagnosis possible of the field devices or a process node to which the field device is assigned.
  • algorithms for real-time data acquisition and image and/or sound processing to be stored in the evaluation unit in order to compare limit and/or reference patterns with current states and, if necessary, to initiate measures. For example, this can also be done with a computing unit that is superior to the evaluation unit and is linked to the evaluation unit in terms of signal transmission.
  • an alarm or similar is issued if a predetermined limit is exceeded or not reached, or that the field device or a component of the field device is directly controlled via the evaluation unit itself.
  • a safety function can be triggered when required.
  • the evaluation unit is able to directly trigger a reaction to unusual or unwanted events that cannot be detected using the parameters usually recorded in a field device, such as a valve, for example in the event of a fire or low brightness on the device, an unknown signal pattern, an unauthorized person on the field device, an abnormality in the field device, etc.
  • the evaluation unit can be able to transmit an output signal to a user or a higher-level computer system, such as a higher-level control system or a safety circuit, the process plant and/or directly control the field device.
  • a higher-level computer system such as a higher-level control system or a safety circuit
  • the evaluation unit is set up to be SIL-certified and/or embedded in the safety circuit. This enables online monitoring of components of the process plant to support safety control.
  • a SIL-compatible evaluation unit can provide data and documentation for the legally binding documentation required by Functional Safety Management, which must be provided by the operator, and can monitor the processes with regard to Increase system availability and system reliability with regard to SIL.
  • the evaluation unit has no active integration into the safety circuit, but only uses the diagnostic data to evaluate e.g. friction detection, external analyses, histograms, annual repeat tests PST or even FST and their evaluation.
  • the evaluation unit, the sensor and/or a computing unit connected upstream of the evaluation unit are set up to pre-evaluate and/or pre-filter the received data.
  • specific frequency ranges are filtered out analogue or digitally, so that only image sections of a detection area in which a change in the image is detected are transmitted or selected for transmission, so that the quality or resolution of the data is reduced depending on changes or limit values.
  • a rough pattern recognition already takes place in the data.
  • the reduced or pre-filtered or pre-evaluated data can then be passed on to the process control. In this respect, the amount of data transmitted can be significantly reduced.
  • the process control already receives initial analyses and evaluations in order to initiate specific measures on this basis.
  • the evaluation unit is set up to carry out an additional control of an operator based on the acquisition of image and/or sound data, in particular to authenticate an operator in an operating area assigned to a field device.
  • Various control functions of the system can be carried out based on such detection. For example, it is possible for such functions to be controlled purely by detecting an authorized person on the device or in the operating area of the device or additionally via a signal or a recognized gesture of the operator.
  • An example of such a control function is a blocking of larger setpoint changes or general external operation of the respective device in order to protect the operator or not to disturb him during his work.
  • the at least one field device is designed such that it can be used in potentially explosive areas of zone o or i. This is achieved in particular by using low currents in the field device system, using electrical insulation for current-carrying components and/or designing the individual components, in particular the multiple field devices, to be pressure-tight.
  • the field device system comprises a plurality of optical and/or acoustic sensors, such as one or more cameras and/or one or more microphones, for capturing image and/or sound data, in particular image and/or sound data that can be assigned to a field device or a system area of the process engineering system.
  • the evaluation unit is designed and/or configured to process the captured image and/or sound data of the plurality of sensors, wherein the evaluation unit is further configured to use image and/or sound data of the respective sensor for a field device-related evaluation depending on a type of one of the sensors, a position of the respective sensor and/or a value range of a parameter captured via the respective sensor.
  • a method for monitoring a field device of a process plant such as a chemical plant, a power plant, a food processing plant or the like.
  • a field device is a control device, a measuring device or an actuator.
  • a field device can be, for example, a control valve for adjusting a branch of the process fluid flow.
  • a field device is a control valve or a pump.
  • the control valve can be actuated pneumatically, electrically or hydraulically.
  • the field device can be operated with auxiliary energy, such as pneumatic auxiliary energy, whereby in particular a preferably pneumatic drive can be actuated via a position controller, in particular an electropneumatic one.
  • the field device system and in particular the field device can be an unmounted field device or a field device integrated into the system, which is able to operate the fluids that occur during processing in large systems under explosion protection.
  • field devices are intended to influence the process fluid flow of the process engineering system, in particular to control and/or regulate it.
  • At least one optical and/or acoustic sensor can be provided.
  • the sensor can be a camera and/or a microphone, for example.
  • the sensor can be set up to capture image and/or sound data.
  • the image and/or sound data are image and/or sound data that can be assigned to at least one field device.
  • the sensor can also be an optical microphone according to EP 3 351 838 Ai, the relevant content of which is cited herein for the sake of completeness.
  • a signal transmission can take place by means of a communication network which is set up to connect the at least one sensor to an evaluation unit for receiving and processing the image and/or sound data from the sensor by means of Ethernet-APL.
  • image and/or sound data in particular image and/or sound data attributable to at least one field device, are recorded from several field devices, such as a control valve and/or a pump, in particular by means of an optical and/or acoustic sensor, such as a camera and/or a microphone, and the image and/or sound data are transmitted by means of Ethernet-APL.
  • An essential aspect of the present invention is to be able to use the image and/or sound data recorded at, by means of and to the field devices of the process engineering system to diagnose the process engineering system and/or the field devices.
  • the at least one sensor can be part of a field device or can be arranged close to such a field device so that it can record the image and/or sound data attributable to the field device.
  • the evaluation of the image and/or sound data is carried out by the evaluation unit, which is designed separately from the sensors, can be part of the respective field device or part of a separate evaluation unit or diagnostic device that is located in the area of the field device or can at least be connected to it.
  • Data transmission via Ethernet-APL makes it possible to extract high-quality and extensive image and/or sound data from field devices and evaluate them in the appropriate resolution. This enables a much better and more comprehensive diagnosis.
  • Other measurement signals can also be used for evaluation and diagnosis.
  • a method for monitoring a field device of a process plant such as a chemical plant, a power plant, a food processing plant or the like.
  • a field device is a control device, a measuring device or an actuator.
  • a field device can be, for example, a control valve for adjusting a branch of the process fluid flow.
  • a field device is a control valve or a pump.
  • the control valve can be actuated pneumatically, electrically or hydraulically.
  • the field device can be operated with auxiliary energy, such as pneumatic auxiliary energy, in particular a preferably pneumatic drive can be operated via an electropneumatic positioner in particular.
  • the field device system and in particular the field device can be an unmounted field device or a field device integrated into the system, which is able to operate the fluids that occur during processing in large plants under explosion protection.
  • field devices are intended to influence the process fluid flow of the process engineering system, in particular to control and/or regulate it.
  • At least one optical and/or acoustic sensor can be provided.
  • the sensor can be a camera and/or a microphone, for example.
  • the sensor can be set up to capture image and/or sound data.
  • the image and/or sound data is image and/or sound data that can be assigned to at least one field device.
  • the sensor can also be an optical microphone according to EP 3 351 838 Ai, for example, the relevant content of which is mentioned here for the sake of completeness.
  • a signal transmission can take place by means of a communication network which is set up to connect the at least one sensor to an evaluation unit for receiving and processing the image and/or sound data from the sensor by means of Ethernet-APL.
  • image and/or sound data in particular from image and/or sound data that can be assigned to at least one field device, are recorded by several field devices, such as a control valve and/or a pump, in particular by means of an optical and/or acoustic sensor, such as a camera and/or a microphone, and processed decentrally for each field device.
  • the decentralized processing of the data means that central processing that takes all data into account in a global process control of the process engineering system can be dispensed with. It is therefore not necessary to transmit all data generated by the sensors to the global process control, which relieves the burden on the global process control.
  • the data transfer, the data communication effort and the requirements for the data transfer volume and/or quality can be reduced.
  • the data generated by the sensors in relation to the field devices can be processed individually for a field device, in particular for evaluation, prognosis, diagnosis or the like, and/or combined into groups of field devices to form so-called process nodes in order to be able to make statements about the process node.
  • a process node can be defined by the fact that it occupies a specific area or section corresponding to a specific function within the process plant.
  • a process engineering plant such as a chemical plant, a power plant, a food processing plant, comprising a field device system according to the invention according to one of the previously described aspects and/or exemplary embodiments is provided.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a process plant with an exemplary embodiment of a field device system according to the invention
  • Figure 2 is a flow chart of an exemplary embodiment of an inventive
  • Figure 3 shows a further flow chart for a further exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • Figure i shows an exemplary process plant i.
  • the process plant i can be, for example, a chemical plant, a power plant, a food processing plant, or the like.
  • the process engineering system i comprises as essential components a process control 3, a safety control 5, an evaluation unit, for example referred to as a diagnostic box 7 and a large number of field devices 9.
  • the field devices 9 can be used to adjust a process fluid flow of the process engineering system 1.
  • the field devices 9 can be actuators, for example.
  • the process engineering system 1 also has a A large number of sensors for recording measurement data.
  • the sensors can either be assigned directly to a field device 9, such as sensor 11 in Figure 1, or record data independently of the individual field devices 9, such as sensor 13 in Figure 1.
  • the process control 3 is used to control the process engineering system 1 and has, for example, an engineering system 15, a controller 17 and an asset management system 19.
  • the process control 3 is connected to the diagnostic box 7 via a line 21.
  • the line 21 can be used simultaneously to provide power or current and to transmit data. In other words, a simultaneous transmission of several signals is possible via the line 21.
  • the line 21 is an Ethernet APL line.
  • An APL power switch 23 is connected between the process control 3 and the diagnostic box 7 and is used to provide power.
  • the safety controller 5 is part of a safety circuit that includes the safety controller 5 and all devices of the process engineering system 1.
  • the safety controller 5 is able to control the devices independently of the process controller 3.
  • the safety controller 5 is also connected to the diagnostic box 7 via a line 25, which can also be an Ethernet APL line.
  • the process controller 3 and the safety controller 5 together form a higher-level unit for controlling and/or regulating the process engineering system 1.
  • the diagnostic box 7 can also be connected to a cloud (not shown in Figure 1), which can then also be part of the higher-level unit for controlling the process engineering system 1 and/or via which access to the recorded data and/or the system control 3 can be possible.
  • the field devices 9 are arranged in three clusters 27, 29, 31, each of which has a plurality of field devices 9. Data transmission is possible between the field devices 9 of a cluster 27, 29, 31; in other words, the field devices 9 of a cluster are connected to one another via a communications network.
  • data transmission between the clusters 27, 29, 31 and the diagnostic box 7 is possible.
  • the field devices 9 are connected to one another and to the diagnostic box 7 using track data lines 33, which are preferably Ethernet APL lines.
  • an APL switch 35 for merging the lines 33 is arranged between a cluster 27, 29, 31 and the diagnostic box 7.
  • the lines 33 also enable electrical shielding so that no ignitable energy is reached, but the energy is reliably contained under an ignitable Level.
  • the field device cluster 29 is arranged in Zone 1, which is indicated by the reference number 37
  • the field device cluster 31 is arranged in Zone 2, which is indicated by the reference number 39.
  • a connection between the field device clusters 27, 29, 31 and the process controller 3 and/or a connection between the field device clusters 27, 29, 31 and the safety controller 5 is also possible in each case via an additional parallel line.
  • the field device cluster 27 is connected directly to the process controller 3 via a line 41 and an APL switch 35, so that the process controller 3 is also directly connected to the field device cluster 27 in parallel to the connection via the diagnostic box 7.
  • the field device cluster 27 in Figure 1 is also directly connected to the safety controller 5 via an additional line 43, although no additional APL switch is provided; instead, the line 43 connects the safety controller 5 to the APL switch 35, which is provided between the field device cluster 27 and the diagnostic box 7.
  • the line 43 can also have an additional APL switch and that, alternatively, the line 41 can also be connected to the APL switch 35 between the field device cluster 27 and the diagnostic box 7. It is also clear that additional lines can also be provided for the other field device clusters 29, 31, which connect the respective field device cluster 29, 31 directly to the process control 3 and/or the safety control 5, which is indicated by way of example with the line 45 between the safety control 5 and the other field device clusters 29, 31.
  • the diagnostic box 7 is designed to pre-evaluate and/or pre-filter the received data and to transmit the pre-evaluated and/or pre-filtered data to the process control 3 and/or to take over further functions/measures within the process engineering system 1.
  • Figure 2 shows a flow chart of an exemplary embodiment of a monitoring method according to the invention for a field device of a process plant.
  • image and/or sound data in particular from image and/or sound data that can be assigned to at least one field device, are first recorded from several field devices, such as a control valve and/or a pump, in particular by means of an optical and/or acoustic sensor, such as a camera and/or a microphone (step 101).
  • the image and/or sound data are also transmitted by means of Ethernet-APL (step 103).
  • the data generated by the field devices/sensors themselves can be classified chronologically using the evaluation unit to which the data is transmitted. For example, the data sets are sorted according to the type of parameter recorded.
  • the measurement data is intelligently filtered and/or pre-evaluated separately, in particular in order to evaluate and/or save relevant events for individual parameters.
  • the chronologically ordered and filtered data sets can then be merged in order to be evaluated in combination. Depending on the event to be detected, different patterns or combinations of limit values to be exceeded or undercut or similar can be recognized.
  • field devices affected by a detected event or error and/or relevant for a corresponding reaction can be identified.
  • the type of event or error can be used to assign the affected measurement data or measurement positions.
  • a considered approach can be selected depending on the detected event or error or similar in order to respond accordingly.
  • a signal can be issued to a higher-level unit, such as a control unit, for example a safety controller, either to notify or to request a reaction to the corresponding detected event.
  • a control unit for example a safety controller
  • Figure 3 shows a further exemplary embodiment of a method according to the invention, in which, following step 101, the image and/or sound data are processed decentrally and individually for each field device.
  • the measurement data when recording the measurement data, it can also be noted at which measuring location within the process plant or which measuring section the measurement data was recorded. If, for example, a pattern, an exceedance or undershoot of a specified limit value or similar is detected for a parameter, values are selected and stored for all measurement parameters for a certain period of time around this event, for example on the evaluation unit or a higher-level and/or downstream or upstream processing unit. For example, it is possible that, depending on the type of measurement parameter for which the event was detected, a predetermined group of other measurement parameters are stored for such a compilation, since, for example, four values that can be detected via this measurement parameter Events are relevant as parameters for certain systems.
  • a corresponding assignment of parameters that correlate with one another and/or are to be considered together can be stored in the evaluation unit. Then values can only be selected and copied for these other measurement parameters within the respective period, which reduces the data set to be analyzed and the amount of data to be considered.
  • selected data records can be evaluated directly using the evaluation unit or transferred to a higher-level system, for example the higher-level process control or a higher-level computing unit.
  • a selection for this can be predetermined or, for example, made depending on a type of event or in particular if the event has not yet been identified (type of respective measurement parameter for which the event is detected).
  • a data record relating to a stroke difference in a control valve is evaluated directly using the evaluation unit and a data record relating to an increased flow in a pipeline is passed on to a higher-level control unit.
  • Remaining measurement data is deleted in another process step using the evaluation unit or transferred to another device, such as a server, and then deleted. Alternatively or additionally, it is conceivable that the remaining data is stored for a specific period of time.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stellventilsystem zum Einstellen einer Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, wie eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage oder dergleichen, umfassend: mehrere Feldgeräte (9), wie ein Stellventil und/oder eine Pumpe; wenigstens einen optischen und/oder akustischen Sensor (11), (13), wie eine Kamera und/oder ein Mikrofon, zum Erfassen von Bild-und/oder Tondaten, insbesondere von wenigstens einem Feldgerät zuzuordnenden Bild-und/oder Tondaten; und ein Kommunikationsnetzwerk, das dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Sensor mit einer Auswerteeinheit zum Empfangen und Verarbeiten der Bild-und/oder Tondaten zur Signalübertragung mittels Ethernet APL zu verbinden.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Stellventil zum Einstellen einer Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, wie eine Chemieanlage, beispielsweise eine Raffinerie, ein Kraftwerk, beispielsweise ein Nuklearkraftwerk, eine lebensmittelverarbeitende Anlage, oder dergleichen, ein Anbaugerät für ein Stellventil, ein Feldgerätesystem und ein Verfahren zur Reduzierung von Ausfallzeiten eines Stellventils
In prozesstechnischen Anlagen werden verschiedene Technologien zur Datenübertragung verwendet. Viele Stellventile verwenden eine kombinierte zwei-Leiter-Verbindung zur kombinierten Signal- und Leistungs-Übertragung. Auf der zwei-Leiter-Verbindung wird von einer zentralen Steuereinheit, beispielsweise einer zentralen Leitwarte einer prozesstechnischen Anlage, ein 4..20-mA-Signal an das Stellventil übertragen. Beispielsweise kann ein 4-mA-Steuersignal das Stellventil veranlassen, in eine Schließstellung zu verfahren, wohingegen ein 20-mA-Signal das Stellventil dazu veranlassen kann, in eine maximale Öffnungsstellung zu fahren. Signale in dem Bereich zwischen 4 und 20 mA können das Stellventil veranlassen, eine vorbestimmte Zwischenstellung zwischen der Schließstellung und der maximal geöffneten Stellung einzunehmen, die beispielsweise proportional zu dem Stromsignal sein kann. Ein passives Feldgerät in Form eines Sensors kann ein analoges 4..20- mA-Signal an eine zentrale Steuereinheit übermitteln, um eine Information über einen in der prozesstechnischen Anlage, beispielsweise einem Teil oder einer Komponente der prozesstechnischen Anlage oder einem Prozessfluid zu melden. Beispielsweise kann ein Stromsignal proportional zu einem bestimmten Druckbereich von einem Drucksensor an eine zentrale Steuereinheit übermittelt werden. Die Übertragung von Informationen beziehungsweise Daten mittels eines 4..2O-mÄ-Signals ist begrenzt auf sehr geringe Datenmengen.
Gebräuchlich zur Übertragung von Daten in prozesstechnischen Anlagen sind auch das HART- Protokoll, das FOUNDATION Fieldbus-Protokoll, das PROFIBUS-Protokoll und eine Reihe anderer digitaler Kommunikationstechnologien. Seit 2007 ist HART Teil der Feld-Bus-Norm IEC 61158. Zur Datenübertragung gemäß dem HART-Protokoll wird einem analogen Signal, beispielsweise einem 4..20-mA-Signal, eine hochfrequente Schwingung, beispielsweise ± 0,5 mA, überlagert. Dabei kann eine digitale 1 mit der Frequenz 1,2 kHz und eine digitale „o“ mit der Frequenz 2,2 kHz dargestellt werden. HART erlaubt die Übertragung von Prozess- und Diagnoseinformationen sowie Steuersignalen zwischen Stellventilen und einer übergeordneten Steuereinheit, beispielsweise einer zentralen Leitwarte.
In manchen prozesstechnischen Anlagen werden Daten von einer zentralen Steuereinheit an Stellventile mit einer sogenannten „Power over Ethernet“ -Technologie übertragen. Power over Ethernet (PoE) bezeichnet eine Technologie, mit der netzwerkfähige Geräte über ein 8-adriges Ethernetkabel mit Strom versorgt werden. Eine Datenübertragung mittels PoE erfolgt gemäß dem IEEE-Standard 8o2.3af (Juli 2003). Mit Power over Ethernet-Systemen sollen Stromversorgungskabel eingespart werden, um netzwerkfähige Geräte an schwer zugänglichen oder beengten Stellen mit Strom zu versorgen. Gemäß dem IEEE-Standard 8o2.3af können beteiligte Geräte in Energieversorger (Power sourcing equipment, PSE) und Verbraucher (Power devices, PD) unterteilt werden. Als Versorgungsspannung für die Verbraucher ist im Betrieb 48 V vorgesehen. Die maximale Stromaufnahme der Geräte beträgt 350 mA, wobei bis zu 400 mA erlaubt sind, daraus ergibt sich eine maximale Leistungsaufnahme pro Gerät von 14,5 W. Zur Übertragung der Leistung können freie Adern und/oder signalführende Adern des Ethernetkabels verwendet werden. PoE erlaubt die schnelle Übertragung großer Datenmengen. Die Leistungsdichte der PoE-Technologie lässt ihren Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen nicht zu. Die Verwendung der PoE- Technologie setzt einen sehr viel höheren Investitionsaufwand voraus, als analoge 4..20-mA- Kommunikation. Auch für das Nachrüsten bestehender prozesstechnischer Anlagen mit PoE- Technologie sind enorme Investitionen erforderlich, welche in vielen Fällen unwirtschaftlich sind. Ein Stellventil, das über eine Ethernet-Verbindung (Power over Ethernet) mit Leistung versorgt ist und ein zugehöriges Inbetriebnahmeverfahren ist in DE 10 2006 036 770 Ai beschrieben.
Einen Ansatz zur Verknüpfung von Datenübertragung einerseits per Ethernet und andererseits mittels etablierter und weit verbreiteter Kommunikationstechnologien prozesstechnischer Anlagen realisiert die sogenannte Advanced Physical Layer (APL)-Technologie insbesondere gemäß dem Standard IEEE P8o2.3cg (2016). Im Unterschied zu der PoE-Technologie soll die APL-Technologie insbesondere dazu geeignet sein, netzwerkfähige Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen mit einzubeziehen (Zone o und 1 / Division 1). Zone o beschreibt ein Gebiet in der eine explosive Gas-Luft Mischung permanent oder für lange Zeiträume vorhanden ist. Zone 1 beschreibt ein Gebiet, in dem brennbare oder leitfähige Staubteilchen vorhanden sind, sowie Gebiete, in denen eine explosive Gas-Luft Mischung unter normalen Betriebsbedingungen kurzzeitig vorhanden sein kann. Mittels der APL- Technologie soll es auch möglich sein, Feldgeräte eigensicher auszulegen. Mittels verdrillter Doppeladern (twisted-care wiring gemäß 10BASE-T1L) sollen Datenübertragungsraten von 10 Mb/s bis zu 100 Mb/s und mehr erreicht werden. Prozesstechnische Anlagen mit APL- Technologie können von einer zentralen Steuereinheit bis zu einem APL-Field-Switch mit einer sogenannten Trunk-Daten- und Leistungs-Übertragungsleitung insbesondere mit einer Länge von bis zu 1000 m ausgestattet sein. Die sogenannten Trunk-Leitungen (Stammleitung) sollen zur Übertragung von Leistungen von bis zu 54 W ausgelegt sein. An das sogenannte APL-Field-Switch können mehrere Feldgeräte mit sogenannten Spur-Daten- und Leistungs- Übertragungsleitungen insbesondere mit einer Länge von bis zu 200 m (Stichleitung) angeschlossen sein. Die Spur-Leitungen sind zur Bereitstellung einer Leistung von üblicherweise höchstens 500 mW eingerichtet. Als Daten- und Leistungs-Übertragungsleitung wird üblicherweise ein IEC 61158 Typ A Feldbus Kabel eingesetzt, das verdrillte Doppeladern und einen elektrisch abschirmenden Mantel (auch als Schild bezeichnet) aufweist. Gemäß dem APL-Standard IEEE P8o2.3cg (2016) müssen elektrisch abschirmende Kabel zur Verbindung zwischen APL-Field-Switch und jedem einzelnen Feldgerät eingesetzt werden. An eine Spur- Leitung können bis zu fünf Feldgeräte angeschlossen sein. An eine Trunk-Leitung können mehrere, beispielsweise höchstens 5 bis zu höchstens 10 APL-Field-Switches angebunden sein. Die APL-Technologie ist kompatibel zum Betrieb von Feldgeräten in explosionsgefährdeten Bereichen. Hierzu kann eine geringe Leistungsdichte vorgesehen sein, um zu verhindern, dass die an einem Feldgerät vorhandene elektrische und/oder thermische Energie selbst unter anormalen Betriebsbedingungen oberhalb einer Zündschwelle gelangen kann. Die APL-Field- Switches und Feldgeräte sind dazu ausgelegt, gemäß der Schutzklasse „Ex d“ zündsicher (explosionssicher) zu sein.
Die APL-Technologie erlaubt die Übermittlung großer Datenvolumina und zeichnet sich durch eine Kompatibilität zu bestehenden zwei-Leiter Kommunikationssystemen aus. Allerdings beklagen viele Nutzer auch bei der APL-Technologie die durchaus hohen Investitionskosten zur Aus- oder Umrüstung einer kompletten Anlage. Zur Reduzierung der Kosten und des Bauraums der APL-Technologie schlägt WO 2022/043103 Ai vor, einen APL-Field-Switch zusammen mit einem daran angeschlossenen Stellungsregler in ein gemeinsames Gehäuse mit Explosionsschutz zu positionieren, das separat und beabstandet zu einem Stellventil ausgebildet ist, dessen Stellglied über den Stellungsregler angesteuert wird.
Mit der Lösung aus WO 2022/043103 Ai wird jedoch nicht das volle Potential der APL- Technologie ausgeschöpft. Denn die APL-Technologie ermöglicht es, über die zweiadrigen Stichleitungen Leitungen mit hoher Datenübertragungsgeschwindigkeit und mit Stromversorgung über Distanzen von bis zu 200 Metern in explosionsgefährdete Bereiche der Zone o zu legen, was es ermöglicht, die Stellventile selbst mit Recheneinheiten, wie die des Stellungsreglers und/oder eines Sensors, auszustatten. Dadurch können die Stellventile als netzwerkfähige Geräte ausgebildet werden, was die Funktionalität und Flexibilität der Stellventile erhöht und den Verkabelungsaufwand von Stellventilen mit vielen Funktionalitäten vereinfacht.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben identifiziert, dass durch den Einsatz von netzwerkfähigen Stellventilen, insbesondere in Verbindung mit der APL-Technologie, in immer kürzeren Abständen neue Funktionalitäten und Sicherheitsmaßnahmen, insbesondere gegen unautorisierte Zugriffe über das Netzwerk auf die Stellventile, entstehen werden, was eine Erhöhung der Frequenz von Aktualisierungen einerseits und des Ausfallrisikos auf Grund der höheren Komplexität andererseits mit sich bringen wird. Sowohl der Ausfall als auch die Aktualisierung von Feldgeräten geht derzeit mit Ausfallzeiten des Stellventils, und im schlimmsten Fall der prozesstechnischen Anlage einher, was hohe Kosten zur Folge hat.
Die WO 2021/122062 Ai offenbart ein System zur optischen Kommunikation in einer prozesstechnischen Anlage, bei dem mehrere verteilte Kameras Bilddaten generieren und zur Auswertung und weiteren Diagnose an eine zentrale Signalverarbeitungsvorrichtung übermitteln. Das System hat sich grundsätzlich bewährt, jedoch hat sich herausgestellt, dass die Datenauswertung bei der benutzten Datenübertragungstechnik aufgrund der Menge an generierten Bilddaten überlastet werden kann. Ein weiteres Problem dabei ist die zentrale Datensammlung und -Verarbeitung. Dies kann bei Überlastungen zu einer Beeinträchtigung der prozesstechnischen Anlage führen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere ein leistungsfähigeres und/oder weniger fehleranfälliges Feldgerätesystem bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Feldgerätesystem zum Einstellen einer Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Chemieanlage, einem Kraftwerk, einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage oder dergleichen, bereitgestellt.
Das Feldgerätesystem umfasst mehrere Feldgeräte. Beispielsweise handelt es sich bei einem Feldgerät um eine Regelungsvorrichtung einer Messvorrichtung oder einen Aktor. Ein Feldgerät kann beispielsweise eine Stellarmatur zum Einstellen eines Asts der Prozessfluidströmung sein. Beispielsweise handelt es sich bei einem Feldgerät um ein Stellventil oder eine Pumpe. Beispielsweise kann das Stellventil pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch aktuiert werden. Das Feldgerät kann mit Hilfsenergie, wie pneumatischer Hilfsenergie, betrieben werden, wobei insbesondere ein vorzugsweise pneumatischer Antrieb über einen insbesondere elektropneumatischen Stellungsregler betätigt werden kann. Das Feldgerätesystem und insbesondere das Feldgerät kann ein unbefestigtes oder ein in der Anlage integriertes Feldgerät sein, welches dazu in der Lage ist, die bei der Verarbeitung in Großanlagen auftretenden Fluide unter Explosionsschutz zu betreiben. Im Allgemeinen sind Feldgeräte dazu vorgesehen, die Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage zu beeinflussen, insbesondere zu steuern und/oder zu regeln.
Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße Feldgerätesystem wenigstens einen optischen und/oder akustischen Sensor. Der Sensor kann beispielsweise eine Kamera und/oder ein Mikrofon sein. Der Sensor ist dazu eingerichtet, Bild- und/oder Tondaten zu erfassen. Beispielsweise handelt es sich bei den Bild- und/oder Tondaten um wenigstens einem Feldgerät zuzuordnenden Bild- und/oder Tondaten. Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise auch um ein optisches Mikrofon gemäß der EP 3 351 838 Ai handeln, dessen diesbezüglicher Inhalt hierin unter Bezugnahme der Vollständigkeit genannt ist. Der Sensor kann dazu ausgebildet sein, Körperschall zu sensieren bzw. Körperschall-Messungen durchzuführen. Ferner kann eine Mehrzahl von optischen und/oder akustischen Sensoren eingesetzt werden, um Synergien zwischen Sensoren entlang der Anlage oder an einem Feldgerät auszunutzen, die eine bessere Diagnose des Feldgeräts oder eines Anlagenteils ermöglichen.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst das Feldgerätesystem ein Kommunikationsnetzwerk, das dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Sensor mit einer Auswerteeinheit zum Empfangen und Verarbeiten der Bild- und/ oder Tondaten vom Sensor zur Signalübertragung mittels Ethernet- APL zu verbinden.
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Bild- und/oder Tondaten, welche an den, mittels den und zu den Feldgeräten der prozesstechnischen Anlage erfasst werden, zur Diagnose der prozesstechnischen Anlage und/oder der Feldgeräte nutzen zu können. Der wenigstens eine Sensor kann Teil eines Feldgeräts sein oder nahe an einem solchen Feldgerät angeordnet sein, sodass er die dem Feldgeräte zuzuordnenden Bild- und/oder Tondaten erfassen kann. Die Auswertung der Bild- und/oder Tondaten erfolgt über die Auswerteeinheit, die getrennt von den Sensoren ausgebildet ist, Teil des jeweiligen Feldgeräts sein kann oder Teil einer separaten Auswerteeinheit oder Diagnoseeinrichtung, die im Bereich des Feldgeräts angeordnet ist oder jedenfalls mit diesem verbunden sein kann. Über die Datenübertragung mittels Ethernet-APL ist es möglich, hochwertige und umfangreiche Bild- und/oder Tondaten von Feldgeräten, beispielsweise mit hohen Bildraten, hoher Auflösung, insbesondere potentiell in Echtzeit, und vor allem mit Zeitstempel versehene Ton- und Bildaufzeichnungen für mögliche Auswertungen, Fehleridentifikationen oder Diagnosezwecke, zu extrahieren und in entsprechender Auflösung auszuwerten. Damit ist eine wesentlich bessere und umfangreichere Diagnose möglich. Auch können andere Messsignale zur Auswertung und Diagnose mit herangezogen werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Feldgerätesystems umfasst das Feldgerätesystem ferner die Auswerteeinheit zum Empfangen und Verarbeiten der Bild- und/ oder Tondaten von dem wenigstens einen Sensor, insbesondere von sämtlichen Sensoren. Dabei kann die Auswerteeinheit über das Kommunikationsnetzwerk mittels Ethernet-APL mit dem wenigstens einen Sensor verbunden sein. Beispielsweise ist die Auswerteeinheit mit den Feldgeräten über das Kommunikationsnetzwerk ebenfalls über Ethernet-APL verbunden. Ferner kann die Auswerteeinheit mittels einer übergeordneten Prozesssteuerung mittels Ethernet-APL oder anderen Kommunikationsverbindungen, wie beispielsweise eine Bus- Verbindung, beispielsweise über HART, PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus oder dergleichen, verbunden sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorgehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Feldgerätesystem zum Einstellen einer Prozessfluidströmung oder prozesstechnischen Anlage, wie einer Chemieanlage, einem Kraftwerk, einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage oder dergleichen, bereitgestellt.
Das Feldgerätesystem umfasst mehrere Feldgeräte. Beispielsweise handelt es sich bei einem Feldgerät um eine Regelungsvorrichtung einer Messvorrichtung, einen Aktor, oder ein Gerät eines Sicherheitskreises, welches unabhängig und autark zur Regelarmatur betrieben wird, aber sich insbesondere dem selben Prozess widmet. Ein Feldgerät kann beispielsweise eine Stellarmatur zum Einstellen eines Pfads, eines Kanals bzw. eines Asts der Prozessfluidströmung sein. Beispielsweise handelt es sich bei einem Feldgerät um ein Stellventil oder eine Pumpe. Beispielsweise kann das Stellventil pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch aktuiert werden. Das Feldgerät kann mit Hilfsenergie, wie pneumatischer Hilfsenergie, betrieben werden, wobei insbesondere ein vorzugsweise pneumatischer Antrieb über einen insbesondere elektropneumatischen Stellungsregler betätigt werden kann. Das Feldgerätesystem und insbesondere das Feldgerät kann ein unbefestigtes oder ein in der Anlage integriertes Feldgerät sein, welches dazu in der Lage ist, die bei der Verarbeitung in Großanlagen auftretenden Fluide unter Explosionsschutz zu betreiben. Im Allgemeinen sind Feldgeräte dazu vorgesehen, die Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage zu beeinflussen, insbesondere zu steuern und/oder zu regeln. Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße Feldgerätesystem wenigstens einen optischen und/oder akustischen Sensor zum Erfassen von den Feldgeräten zuzuordnenden Bild- und/ oder Tondaten. Der Sensor kann beispielsweise eine Kamera und/ oder ein Mikrofon sein. Der Sensor ist dazu eingerichtet, Bild- und/oder Tondaten zu erfassen. Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise auch um ein optisches Mikrofon gemäß der EP 3 351 838 Ai handeln, dessen diesbezüglicher Inhalt hierin unter Bezugnahme der Vollständigkeit genannt ist.
Ferner umfasst das Feldgerätesystem eine Auswerteeinheit zum Empfangen und Verarbeiten der Bild- und/oder Tondaten von dem wenigstens einen Sensor, insbesondere von sämtlichen Sensoren. Die Auswerteeinheit kann mittels einer übergeordneten Prozesssteuerung mittels Ethernet-APL oder anderen Kommunikationsverbindungen, wie beispielsweise eine Bus- Verbindung, beispielsweise über HART, PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus oder dergleichen, zur Signalübertragung ausgebildet sein.
Gemäß dem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt weist das Feldgerätesystem ein Kommunikationsnetzwerk auf, das den wenigstens einen Sensor mit der Auswerteeinheit zur Signalübertragung verbindet. Dabei kann die Auswerteeinheit über das Kommunikationsnetzwerk mittels Ethernet-APL mit dem wenigstens einen Sensor verbunden sein. Beispielsweise ist die Auswerteeinheit mit den Feldgeräten über das Kommunikationsnetzwerk ebenfalls über Ethernet-APL verbunden.
Die Auswerteeinheit ist gemäß dem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt derart ausgebildet und/oder dazu eingerichtet, die erfassten Bild- und/oder Tondaten dezentral und feldgeräteindividuell zu verarbeiten. Durch die Verarbeitung der Daten in der Auswerteeinheit kann auf eine zentrale, alle Daten berücksichtigende Verarbeitung in einer globalen Prozesssteuerung der prozesstechnischen Anlage verzichtet werden. Es ist somit nicht notwendig, sämtliche von den Sensoren generierten Daten an die globale Prozesssteuerung zu übermitteln, sodass diese entlastet ist. Dabei können der Datentransfer, der Datenkommunikationsaufwand und die Anforderungen an die Datenübertragungsmenge und/ oder -qualität reduziert werden. Die Auswerteeinheit ist insbesondere dazu eingerichtet, die von den Sensoren in Bezug auf die Feldgeräte generierten Daten individuell auf ein Feldgerät bezogen zu verarbeiten, insbesondere auszuwerten, zu prognostizieren, zu diagnostizieren oder dergleichen, und/oder Gruppen von Feldgeräten zu sogenannten Prozessknoten zusammenzufassen, um Aussagen über den Prozessknoten treffen zu können. Beispielsweise kann ein Prozessknoten dadurch definiert sein, dass er einem bestimmten Bereich bzw. Abschnitt entsprechend einer bestimmten Funktion innerhalb der prozesstechnischen Anlage innehat. In einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Feldgerätesystems weisen der Sensor und die Auswerteeinheit, und gegebenenfalls die mehreren Feldgeräte, je wenigstens eine Ethernet-Schnittstelle, insbesondere eine Ethernet-APL-Schnittstelle, zum Übertragen der Bild- und/oder Tondaten auf. Durch das Ausstatten der Komponenten mit Ethernet- Schnittstellen ist es auf einfache Art und Weise möglich, die Ethernet-Technologie, insbesondere die Ethernet-APL-Technologie, zu nutzen. Damit kann auch ein Upgrade oder ein Wechsel der Datenkommunikationsrate erfolgen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Feldgerätesystems ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, einen Betriebszustand, insbesondere Kavitation, Leckage, einen optischen Zustand und/oder einen einer Stellbewegung der Feldgeräte, wie eines Ventilglieds und/oder einer Stellstange der Feldgeräte, zuzuordnenden Wert, wie eine Strecke, eine Geschwindigkeit, oder eine Beschleunigung, wenigstens eines, insbesondere jedes, der mehreren Feldgeräte, zu detektieren, insbesondere zu diagnostizieren. Über die mittels des wenigstens einen Sensors erfassten Bild- und Tondaten, insbesondere über die Tondaten, lassen sich ein Auftreten von Kavitation oder eine Leckage, beispielsweise aufgrund von Kavitationsschlägen oder anderen akustischen Signalen, feststellen, wodurch auch die Funktionsfähigkeit des entsprechenden Feldgeräts und/oder des dem jeweiligen Prozessknoten zugeordneten Feldgeräts rückgeschlossen werden kann, um eine Diagnose durchzuführen. Des Weiteren ist es möglich, anhand der generierten Bilddaten beispielsweise ein Fahren des Ventilglieds, einer Stellstange, einer vom Ventilglied/der Stellstange zurückgelegten Strecke bei einer Bewegung sowie daraus ableitbare Größen, wie eine Geschwindigkeit oder Beschleunigung, zu erfassen sowie eine optische Zustandsbewertung vorzunehmen. Es hat sich herausgestellt, dass über optische Daten von den Feldgeräten selbst Diagnosen über das jeweilige Feldgerät bzw. über den entsprechenden Prozessknoten, dem das Feldgerät zugeordnet ist, getroffen werden können.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Feldgerätesystems ist der wenigstens eine Sensor oder ein weiterer Sensor dazu eingerichtet, feldgeräteunabhängige Daten, wie einen Umweltparameter, wie eine Helligkeit oder Wetterdaten, Betriebsdaten wie einen Druck, einen Volumenstrom, eine Durchflussmenge oder dergleichen und/oder einen die Umgebung des Feldgeräts betreffenden Parameter, zu erfassen. Beispielsweise kann es sich bei den Parametern um prozessbedingte Veränderungen in einer Umgebung des Feldgeräts oder eine Notsituation, beispielsweise Feuer, eine Überschwemmung oder dergleichen, handeln. Die Auswerteeinheit ist dabei dazu eingerichtet, die empfangenen Bild- und/oder Tondaten und die feldgeräteunabhängigen Daten zu kombinieren. Solche Ereignisse, welche durch eine Mustererkennung oder eine Bildauswertung erkannt werden können, können dann zur Diagnose der Feldgeräte bzw. zur Interpretation von anderen Parametern und/oder anderen Feldgeräten herangezogen werden. Beispielsweise kann bei einer Temperatur- und/ oder Druckerhöhung eines Feldgeräts oder des Prozessmediums ein Abgleich mit äußeren Einflüssen erfolgen, welche eine solche Änderung herbeiführen, wobei beispielsweise ein Sicherheitsvorgang, wie ein Schließen eines Ventils, verhindert werden kann, da die gemessenen Messwerte erklärbar sind, was durch die Auswerteeinheit verifiziert bzw. überprüft werden kann. Ferner ist es denkbar, dass die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, verschiedene prozessbedingte Änderungen in der Umgebung des Feldgeräts zu erkennen, wie beispielsweise ein Schalten eines weiteren Feldgeräts in der Nähe oder ein optisches und/oder akustisches Signal zur Meldung von Notfällen oder einer Wartung. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet sein, eine solche Erkennung zur Steuerung, Diagnose und/oder zu einer Sicherheitsschaltung des jeweiligen Feldgeräts heranzuziehen. Beispielsweise kann dies auch direkt über eine im Feldgerät vorhandene Elektronik erfolgen.
Zudem ist es denkbar, dass hochaufgelöste Bild- und/oder Tondaten erfasst und dann kontinuierlich übertragen werden können, beispielsweise an eine übergeordnete Prozesssteuerung. Insbesondere durch die Gewinnung von Ethernet-APL kann eine solch hohe Datenrate gegebenenfalls auch in Verbindung mit dem Feldgerät und/oder der Auswerteeinheit analysiert werden. Durch eine hohe Auflösung können auch Vibrationen von Bauteilen, wie einem Antrieb, einer Leitung oder eines Aufbaus, erfasst werden. Durch diese können dann auch interne Vorgänge, wie ein Fahren eines Ventilglieds, Kavitation im Ventil, eine Leckage oder ein Betriebszustand eines Feldgeräts wie einer Pumpe oder dergleichen, erkannt und zur Diagnose herangezogen werden. Des Weiteren kann die Auswerteeinheit dazu eingerichtet sein, Warnzustände oder kritische Zustände, wie beispielsweise im NAMUR- Sammelstatus, rechtzeitig zu erfassen, gegebenenfalls zu melden und insbesondere Gegenmaßnahmen oder einen Sicherheitsbetriebszustand einzuleiten, wie eine sicherheitsgerichtete Abschaltung. Die Auswerteeinheit kann ferner dazu eingerichtet sein, weitere Messsignale oder Messdaten vom Feldgerät, dem Sensor oder anderen Sensoren innerhalb der prozesstechnischen Anlage zur Auswertung der Bild- und/oder Tondaten heranzuziehen. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Daten zeitlich hochaufgelöst sind, um eine Korrelation von Ereignissen und/oder Tätigkeiten in den vorliegenden Datensätzen zu ermöglichen. Des Weiteren kann die Auswerteeinheit dazu eingerichtet sein, mehrere verschiedene akustische Spuren aus den Tondaten zu isolieren, die dann durch Referenzdaten und/oder einen Abgleich mit den Bilddaten bestehender Quellen im/am Feldgerät oder in dessen Nähe zuzuordnen.
Grundsätzlich ist es möglich, mittels der Auswerteeinheit Erkenntnisse, die über die Bild- und/oder Tondaten ermittelt wurden, mit allen weiteren bekannten Messparametern an typischen Feldgeräten, insbesondere Stellventilen und/oder Stellungsreglern, zu kombinieren, um eine umfangreiche Diagnose und/oder eine situationsgenerierte Ansteuerung des jeweiligen Feldgeräts zu erreichen bzw. zu verbessern. Die Auswertung der Feldgeräte direkt am Feldgerät und/oder mittels der Auswerteeinheit ermöglicht eine systemunabhängige Einbindung einer solchen Diagnose in den Feldgerätebetrieb. Zudem kann eine schnellere und direktere Steuerung des Feldgeräts in Abhängigkeit der übermittelten Diagnose bzw. der direkt erfassten und ausgewerteten Messdaten erfolgen, insbesondere da kein Datenkommunikationstransfer und eine Verarbeitung über die globale Prozesssteuerung notwendig ist.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung eines erfindungsgemäßen Feldgerätesystems ist die Auswerteeinheit eine vom Sensor separate Komponente und strukturell an eines der Feldgeräte gekoppelt. Auch ist es möglich, die Auswerteeinheit flexibel einzusetzen und/oder ein bestehendes System einer prozesstechnischen Anlage, welches mehrere Dimensionen aufweist, upzugraden.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Feldgerätesystem ferner eine die mehreren Feldgeräte ansteuernde Prozesssteuerung, die mit der Auswerteeinheit mittels des Kommunikationsnetzwerks insbesondere via Ethernet-APL verbunden ist. Die Verbindung der Auswerteeinheit zur übergeordneten Prozesssteuerung kann auch über eine Bus-Verbindung, beispielsweise über HART, Profibus, FOUNDATION Fieldbus oder dergleichen erfolgen. Durch die Verknüpfung der Prozesssteuerung mit der Auswerteeinheit können Erkenntnisse über die prozesstechnische Anlage bzw. deren Feldgeräte ausgetauscht werden und zum einen global für die Prozesssteuerung verwendet werden und zum anderen in die Auswerteeinheit für Auswertungsvorgänge und/oder eine unmittelbare Steuerung durch die Steuerungseinheit selbst rückeingespielt werden. Insofern ist eine sehr flexibel und effizient arbeitende Diagnosemöglichkeit für die prozesstechnische Anlage gegeben. In einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Feldgerätesystems ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, unabhängig von der Prozesssteuerung mit dem Sensor und den mehreren Feldgeräten zu kommunizieren, Daten zu übertragen und/oder Daten auszuwerten und insbesondere auf Basis der empfangenen Daten, insbesondere der feldgeräteindividuellen Diagnose, wenigstens eines der mehreren Feldgeräte anzusteuern. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die Auswerteeinheit eigenständig, d.h. ohne einen Stellbefehl von der übergeordneten Prozesssteuerung, Steuerungseingriffe für wenigstens eines der Feldgeräte initiiert, insbesondere auf Basis der anhand der generierten und empfangenen Daten abgeleiteten Diagnosen und Auswertungen anzusteuern. Dadurch ist das System besonders reaktionsschnell, wodurch insbesondere auch prädiktive Aktionen initiiert werden können. Des Weiteren wird ein erhöhter Datentransfer und eine globale Prozesssteuerung vermieden, wodurch diese nicht zusätzlich mit Rechenleistung beansprucht wird. In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Feldgerätesystems umfasst das Feldgerätesystem ferner ein Sicherheitsnetzwerk zum sicherheitsgerichteten Ein- und/oder Abschalten von Feldgeräten, insbesondere von Ein- und/oder Abschaltarmaturen. Das Sicherheitsnetzwerk umfasst einen Aktor eines Feldgeräts, den Sensor und eine Sicherheitssteuerung, wobei die Sicherheitssteuerung über die Auswerteeinheit mit den Feldgeräten, insbesondere mittels Ethernet-APL verbunden ist. In einer beispielhaften Ausführung sind die Feldgeräte und/oder die Sensoren ebenfalls über eine Ethernet-APL- Verbindung, beispielsweise mittels eines Kabels, mit der Auswerteeinheit verbunden. Es ist auch denkbar, dass die Feldgeräte und/oder Sensoren ausschließlich oder zusätzlich über eine andere Bus-Verbindung, beispielsweise über HART, PROFIBUS, FOUNDATION Fieldbus oder dergleichen, mit der Auswerteeinheit verbunden sind. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Feldgeräte untereinander direkt miteinander verbunden sind, insbesondere mittels Ethernet-APL. Der wenigstens eine Sensor kann als Teil eines Feldgeräts oder separat ausgebildet sein. Dabei können die Sensoren und/oder die Feldgeräte ganz oder teilweise über Ethernet-APL-Verbindungen elektrisch mit Energie versorgt werden. Beispielsweise kann die Energieversorgung auch separat über die Auswerteeinheit erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, dass lediglich eine einzige Verbindung zwischen den mehreren Feldgeräten und dem Sicherheitskreis bzw. der übergeordneten Prozesssteuerung, und zwar über die Auswerteeinheit, verläuft. Dabei kann die jeweils andere Verbindung separat ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Feldgerätesystems umfasst das Feldgerätesystemferner eine dem Sensor und/oder der Auswerteeinheit zugeordnete Trigger-Einrichtung zum Auslösen einer insbesondere kontinuierlichen Erfassung von Daten. Dabei kann insbesondere das Auslesen in Abhängigkeit von wenigstens einem erfassten Parameter erfolgen. Beispielsweise kann in der Trigger-Einrichtung und/ oder der Auswerteeinheit wenigstens eine parameterbezogene Auslöseschwelle hinterlegt sein, bei deren Überschreitung bzw. Abweichung insbesondere über einen bestimmten Toleranzwert die Auslösung der Erfassung von Daten initiiert werden kann. Die Auslöseeinrichtung kann insbesondere mit einem Controller und einem Speicher ausgestattet sein, die vorzugsweise einen Algorithmus betreiben, der einen oder mehrere Bedingungen, zum Beispiel mittels einer Fallunterscheidung, Bedingungsmatrix oder ähnlichem, zum „Triggern“ heranzieht. Denkbar ist auch, dass ein NAMUR-Sammelstatus oder NAMUR-Meldungen zu einer Auslösung führen können.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Feldgerätesystems ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, die empfangenen Daten simultan zeitaufgelöst auszuwerten. Dabei können verschiedene Bild- und/oder Tonmuster in den Daten einander zugeordnet werden. Ferner ist es möglich, zusätzlich zu den empfangenen Bild- und/oder Tondaten auch weitere Parameter, insbesondere feldgeräteunabhängige Daten, mit einzubeziehen. Beispielsweise kann ein Öffnen eines Ventils anhand eines Steuersignals, eines Drucksignals, einer Zuluftleitung oder eines Stellungsreglers einem Bewegungsmuster in Bild- und/ oder Tondaten und/oder einer Tonspur in den Tondaten zugeordnet werden. Dabei kann ein Referenzmuster für den jeweiligen Vorgang erstellt werden oder das Bewegungsmuster mit einem zuvor erfassten Referenzmuster verglichen werden. Dies kann beispielsweise alles in der Auswerteeinheit erfolgen, die auch einen Speicher aufweisen kann, um derartige Daten abzuspeichern. Mittels der Bild- und/ oder Tondaten ist ein breites Spektrum an Datenqualität vorhanden, um eine möglichst umfangreiche und präzise Diagnose der Feldgeräte oder eines Prozessknotens, dem das Feldgerät zugeordnet ist, zu ermöglichen. Ferner ist es möglich, dass in der Auswerteeinheit Algorithmen zur echtzeitfähigen Datenerfassung sowie Bild- und/oder Tonverarbeitung hinterlegt sein können, um Grenz- und/ oder Referenzmuster mit aktuellen Zuständen abzugleichen und gegebenenfalls Maßnahmen einzuleiten. Beispielsweise kann dies auch mit einer in Bezug auf die Auswerteeinheit übergeordneten Recheneinheit erfolgen, die mit der Auswerteeinheit signalübertragungsgemäß verknüpft ist.
Nach einem Kontakt mit einem Referenzwert und/oder -muster ist es denkbar, dass bei einer Über- oder Unterschreitung eines vorbestimmten Grenzwerts ein Alarm oder Ähnliches ausgegeben wird oder direkt eine Ansteuerung des Feldgeräts oder einer Komponente des Feldgeräts unmittelbar über die Auswerteeinheit selbst erfolgt. Zum Beispiel kann ein Auslöser einer Sicherheitsfunktion im Anforderungsfall erfolgen. Zudem ist es möglich, dass die Auswerteeinheit dazu in der Lage ist, bei unüblichen oder ungewollten Ereignissen direkt eine Reaktion auszulösen, die über die üblicherweise erfassten Parameter in einem Feldgerät, wie einem Ventil, nicht erkennbar sind, beispielsweise bei einem Feuer oder einer geringen Helligkeit am Gerät, einem unbekannten Signalmuster, einer unbefugten Person am Feldgerät, einer Auffälligkeit des Feldgeräts etc. Wird ein solches Ereignis bei der Auswertung und/oder der Diagnose erkannt/ermittelt, kann die Auswerteeinheit dazu in der Lage sein, ein Ausgabesignal an einen Benutzer oder ein übergeordnetes Rechensystem zu übermitteln, wie ein übergeordnetes Steuerleitsystem oder einen Sicherheits kreis, der Prozessanlage und/oder eine direkte Ansteuerung des Feldgeräts vorzunehmen.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, SIL- zertifiziert zu sein und/oder in den Sicherheitskreis eingebettet zu sein. Dadurch kann eine Online-Überwachung von Komponenten der Prozessanlage zur Unterstützung der Sicherheitssteuerung erreicht werden. Eine SIL-taugliche Auswerteeinheit kann Daten und Dokumentationen für die laut dem Functional Safety Management geforderte gerichtsfeste Dokumentation, die betreiberseitig zu erfolgen hat, liefern und die Prozesse hinsichtlich Anlagenverfiigbarkeit und Anlagenzuverlässigkeit bezüglich SIL erhöhen. Alternativ ist es denkbar, dass die Auswerteeinheit keine aktive Einbindung in den Sicherheitskreis hat, sondern lediglich die Nutzung der Diagnosedaten zur Auswertung von z.B. Reibungserkennung, Fremdanalysen, Histogrammen, jährlichen Wiederholungsprüfungen PST oder sogar FST und deren Auswertung erfolgt.
In einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Feldgerätesystems ist die Auswerteeinheit, der Sensor und/oder eine der Auswerteeinheit vorgeschaltete Recheneinheit dazu eingerichtet, die empfangenen Daten vorauszuwerten und/oder vorzufiltern. Dabei ist es beispielsweise denkbar, dass spezielle Frequenzbereiche analog oder digital ausgefiltert werden, sodass lediglich Bildausschnitte eines Erfassungsbereichs, in welchen eine Änderung im Bild erkannt wird, übertragen werden bzw. zur Übertragung selektiert werden, sodass eine Qualität bzw. Auflösung der Daten in Abhängigkeit von Änderungen bzw. Grenzwerten reduziert wird. Ferner ist es möglich, dass bereits eine grobe Mustererkennung in den Daten erfolgt. Beispielsweise können die reduzierten bzw. vorgefilterten oder vorausgewerteten Daten dann an die Prozesssteuerung übergeben werden. Insofern kann die Datenübertragungsmenge deutlich reduziert werden. Beispielsweise ist es ferner möglich, dass die Prozesssteuerung bereits erste Analysen und Auswertungen erhält, um auf dieser Basis konkrete Maßnahmen einzuleiten.
In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Feldgerätesystems ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, anhand der Erfassung von Bild- und/oder Tondaten eine Zusatzkontrolle einer Bedienperson durchzuführen, insbesondere in einem einem Feldgerät zugeordneten Bedienbereich eine Bedienperson zu authentifizieren. So kann ein unbefugter oder befugter Zugriff auf ein Gerät erkannt werden. Anhand einer solchen Erkennung können verschiedene Steuerungsfunktionen des Systems erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, dass solche Funktionen rein über eine Erkennung einer befugten Person am Gerät bzw. im Bedienbereich des Geräts oder zusätzlich über ein Signal oder eine erkannte Geste der Bedienperson gesteuert werden. Ein Beispiel für eine solche Steuerungsfunktion ist eine Sperre von größeren Sollwertänderungen bzw. einer generellen Fremdbedienung des jeweiligen Geräts, um den Bediener zu schützen bzw. ihn nicht bei seiner Tätigkeit zu stören.
Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Feldgerätesystems ist das wenigstens eine Feldgerät derart ausgebildet, dass es in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone o oder i einsetzbar ist. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass in dem Feldgerätesystem geringe Ströme angewandt werden, elektrische Isolierungen für stromdurchflossene Bauteile eingesetzt und/oder die einzelnen Komponenten, insbesondere die mehreren Feldgeräte, druckdicht ausgestaltet werden. In einer weiteren beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Feldgerätesystem eine Mehrzahl von optischen und/oder akustischen Sensoren, wie eine oder mehrere Kameras und/oder eine oder mehrere Mikrofone, zum Erfassen von Bild- und/oder Tondaten, insbesondere von einem Feldgerät oder einem Anlagenbereich der prozesstechnischen Anlage zuordenbaren Bild- und/oder Tondaten Dabei ist die Auswerteeinheit derart ausgebildet und/oder dazu eingerichtet, die erfassten Bild- und/oder Tondaten der Mehrzahl von Sensoren zu verarbeiten, wobei die Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einer Art eines der Sensoren, von einer Position des jeweiligen Sensors und/oder von einem Wertebereich eines über den jeweiligen Sensors erfassten Parameters Bild- und/oder Tondaten des jeweiligen Sensors für eine feldgerätebezogene Auswertung heranzuziehen. Dadurch können Synergien zwischen Sensoren entlang der Anlage oder an einem Feldgerät genutzt werden, die eine bessere Diagnose des Feldgeräts oder eines Anlagenteils ermöglichen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Verfahren zum Überwachen eines Feldgeräts einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Chemieanlage, einem Kraftwerk, einer Lebensmittel verarbeitenden Anlagen oder dergleichen, bereitgestellt.
Beispielsweise handelt es sich bei einem Feldgerät um eine Regelungsvorrichtung, eine Messvorrichtung oder einen Aktor. Ein Feldgerät kann beispielsweise eine Stellarmatur zum Einstellen eines Asts der Prozessfluidströmung sein. Beispielsweise handelt es sich bei einem Feldgerät um ein Stellventil oder eine Pumpe. Beispielsweise kann das Stellventil pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch aktuiert werden. Das Feldgerät kann mit Hilfsenergie, wie pneumatischer Hilfsenergie, betrieben werden, wobei insbesondere ein vorzugsweise pneumatischer Antrieb über einen insbesondere elektropneumatischen Stellungsregler betätigt werden kann. Das Feldgerätesystem und insbesondere das Feldgerät kann ein unbefestigtes oder ein in der Anlage integriertes Feldgerät sein, welches dazu in der Lage ist, die bei der Verarbeitung in Großanlagen auftretenden Fluide unter Explosionsschutz zu betreiben. Im Allgemeinen sind Feldgeräte dazu vorgesehen, die Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage zu beeinflussen, insbesondere zu steuern und/oder zu regeln.
Ferner kann wenigstens ein optischer und/oder akustischer Sensor vorgesehen sein. Der Sensor kann beispielsweise eine Kamera und/oder ein Mikrofon sein. Der Sensor kann dazu eingerichtet sein, Bild- und/oder Tondaten zu erfassen. Beispielsweise handelt es sich bei den Bild- und/oder Tondaten um wenigstens einem Feldgerät zuzuordnenden Bild- und/oder Tondaten. Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise auch um ein optisches Mikrofon gemäß der EP 3 351 838 Ai handeln, dessen diesbezüglicher Inhalt hierin unter Bezugnahme der Vollständigkeit genannt ist.
Mittels eines Kommunikationsnetzwerks, das dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Sensor mit einer Auswerteeinheit zum Empfangen und Verarbeiten der Bild- und/oder Tondaten vom Sensor mittels Ethernet-APL zu verbinden, kann eine Signalübertragung erfolgen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Bild- und/oder Tondaten, insbesondere wenigstens einem Feldgerät zuzuordnende Bild- und/oder Tondaten von mehreren Feldgeräten, wie einem Stellventil und/oder einer Pumpe, insbesondere mittels eines optischen und/oder akustischen Sensors, wie einer Kamera und/oder eines Mikrofons, erfasst und die Bild- und/oder Tondaten mittels Ethernet-APL übertragen. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Bild- und/oder Tondaten, welche an den, mittels den und zu den Feldgeräten der prozesstechnischen Anlage erfasst werden, zur Diagnose der prozesstechnischen Anlage und/oder der Feldgeräte nutzen zu können. Der wenigstens eine Sensor kann Teil eines Feldgeräts sein oder nahe an einem solchen Feldgerät angeordnet sein, sodass er die dem Feldgeräte zuzuordnenden Bild- und/oder Tondaten erfassen kann. Die Auswertung der Bild- und/oder Tondaten erfolgt über die Auswerteeinheit, die getrennt von den Sensoren ausgebildet ist, Teil des jeweiligen Feldgeräts sein kann oder Teil einer separaten Auswerteeinheit oder Diagnoseeinrichtung, die im Bereich des Feldgeräts angeordnet ist oder jedenfalls mit diesem verbunden sein kann. Über die Datenübertragung mittels Ethernet-APL ist es möglich, hochwertige und umfangreiche Bild- und/oder Tondaten von Feldgeräten zu extrahieren und in entsprechender Auflösung auszuwerten. Damit ist eine wesentlich bessere und umfangreichere Diagnose möglich. Auch können andere Messsignale zur Auswertung und Diagnose mit herangezogen werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Verfahren zum Überwachen eines Feldgeräts einer prozesstechnischen Anlage, wie einer Chemieanlage, eines Kraftwerks, einer Lebensmittel verarbeitenden Anlage oder dergleichen, bereitgestellt.
Beispielsweise handelt es sich bei einem Feldgerät um eine Regelungsvorrichtung, eine Messvorrichtung oder einen Aktor. Ein Feldgerät kann beispielsweise eine Stellarmatur zum Einstellen eines Asts der Prozessfluidströmung sein. Beispielsweise handelt es sich bei einem Feldgerät um ein Stellventil oder eine Pumpe. Beispielsweise kann das Stellventil pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch aktuiert werden. Das Feldgerät kann mit Hilfsenergie, wie pneumatischer Hilfsenergie, betrieben werden, wobei insbesondere ein vorzugsweise pneumatischer Antrieb über einen insbesondere elektropneumatischen Stellungsregler betätigt werden kann. Das Feldgerätesystem und insbesondere das Feldgerät kann ein unbefestigtes oder ein in der Anlage integriertes Feldgerät sein, welches dazu in der Lage ist, die bei der Verarbeitung in Großanlagen auftretenden Fluide unter Explosionsschutz zu betreiben. Im Allgemeinen sind Feldgeräte dazu vorgesehen, die Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage zu beeinflussen, insbesondere zu steuern und/oder zu regeln.
Ferner kann wenigstens ein optischer und/oder akustischer Sensor vorgesehen sein. Der Sensor kann beispielsweise eine Kamera und/oder ein Mikrofon sein. Der Sensor kann dazu eingerichtet sein, Bild- und/oder Tondaten zu erfassen. Beispielsweise handelt es sich bei den Bild- und/oder Tondaten um wenigstens einem Feldgerät zuzuordnenden Bild- und/oder Tondaten. Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise auch um ein optisches Mikrofon gemäß der EP 3 351 838 Ai handeln, dessen diesbezüglicher Inhalt hierin unter Bezugnahme der Vollständigkeit genannt ist.
Mittels eines Kommunikationsnetzwerks, das dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Sensor mit einer Auswerteeinheit zum Empfangen und Verarbeiten der Bild- und/oder Tondaten vom Sensor mittels Ethernet-APL zu verbinden, kann eine Signalübertragung erfolgen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Bild- und/oder Tondaten, insbesondere von wenigstens einem Feldgerät zuzuordnenden Bild- und/oder Tondaten, von mehreren Feldgeräten, wie einem Stellventil und/oder einer Pumpe, insbesondere mittels eines optischen und/oder akustischen Sensors, wie einer Kamera und/oder eines Mikrofons, erfasst und dezentral feldgeräteindividuell verarbeitet. Durch die dezentrale Verarbeitung der Daten kann auf eine zentrale, alle Daten berücksichtigende Verarbeitung in einer globalen Prozesssteuerung der prozesstechnischen Anlage verzichtet werden. Es ist somit nicht notwendig, sämtliche von den Sensoren generierten Daten an die globale Prozesssteuerung zu übermitteln, sodass diese entlastet ist. Dabei können der Datentransfer, der Datenkommunikationsaufwand und die Anforderungen an die Datenübertragungsmenge und/oder -qualität reduziert werden. Die von den Sensoren in Bezug auf die Feldgeräte generierten Daten können individuell auf ein Feldgerät bezogen verarbeitet, insbesondere zur Auswertung, Prognose, Diagnose oder dergleichen, verwendet werden und/oder zu Gruppen von Feldgeräten zu sogenannten Prozessknoten zusammengefasst werden, um Aussagen über den Prozessknoten treffen zu können. Beispielsweise kann ein Prozessknoten dadurch definiert sein, dass er einem bestimmten Bereich bzw. Abschnitt entsprechend einer bestimmten Funktion innerhalb der prozesstechnischen Anlage innehat. Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt, der mit den vorgenannten Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätesystems gemäß einem der zuvor beschriebenen Aspekte bzw. beispielhaften Ausführungen bereitgestellt.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt, der mit den vorhergehenden Aspekten kombinierbar ist, ist eine prozesstechnische Anlage, wie eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine lebensmittelverarbeitende Anlage, umfassend ein erfindungsgemäßes Feldgerätesystem nach einem der zuvor beschriebenen Aspekte und/oder beispielhaften Ausführungen bereitgestellt.
Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungen deutlich gemacht, in denen zeigen:
Figur 1 eine schematische Prinzipskizze einer prozesstechnischen Anlage mit einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Feldgerätesystems;
Figur 2 ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens; und
Figur 3 ein weiteres Ablaufdiagramm zu einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zur Vereinfachung der Lesbarkeit sind in der nachfolgenden Beschreibung bevorzugte Ausführungen für dieselben oder ähnlichen Komponenten dieselben oder ähnliche Bezugszeichen verwendet.
Figur i zeigt eine beispielhafte prozesstechnische Anlage i. Die prozesstechnische Anlage i kann beispielsweise eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage, oder dergleichen sein.
Die prozesstechnische Anlage i umfasst als wesentliche Komponenten eine Prozesssteuerung 3, eine Sicherheitssteuerung 5, eine beispielhaft als Diagnosebox 7 bezeichnete Auswerteeinheit und eine Vielzahl von Feldgeräten 9. Mit den Feldgeräten 9 kann eine Prozessfluidströmung der prozesstechnischen Anlage 1 eingestellt werden. Die Feldgeräte 9 können beispielsweise Stellgeräte sein. Die prozesstechnische Anlage 1 weist außerdem eine Vielzahl an Sensoren zum Erfassen von Messdaten auf. Die Sensoren können entweder direkt einem Feldgerät 9 zugeordnet sein, wie der Sensor 11 in Figur 1, oder von den einzelnen Feldgeräten 9 unabhängige Daten erfassen, wie der Sensor 13 in Figur 1.
Die Prozesssteuerung 3 dient zum Steuern der prozesstechnischen Anlage 1 und weist beispielsweise ein Engineering System 15, eine Steuerung 17 und ein Asset Management System 19 auf. Die Prozessteuerung 3 ist über eine Leitung 21 mit der Diagnosebox 7 verbunden. Die Leitung 21 kann dabei gleichzeitig zur Bereitstellung von Leistung bzw. Strom und zur Datenübertragung verwendet werden. Mit anderen Worten ist über die Leitung 21 eine gleichzeitige Übertragung von mehreren Signalen möglich. Insbesondere handelt es sich bei der Leitung 21 um eine Ethernet-APL-Leitung. Zwischen der Prozesssteuerung 3 und der Diagnosebox 7 ist ein APL-Powerswitch 23 zwischengeschaltet, der der Leistungsbereitstellung dient.
Die Sicherheitssteuerung 5 ist Teil eines Sicherheitskreises, der die Sicherheitssteuerung 5 und alle Geräte der prozesstechnischen Anlage 1 umfasst. Die Sicherheitssteuerung 5 ist in der Lage, die Geräte unabhängig von der Prozesssteuerung 3 zu steuern. Die Sicherheitssteuerung 5 ist ebenfalls über eine Leitung 25 mit der Diagnosebox 7 verbunden, die ebenfalls eine Ethernet-APL-Leitung sein kann. Die Prozessteuerung 3 und die Sicherheitssteuerung 5 bilden zusammen eine übergeordnete Einheit zur Steuerung und/oder Regelung der prozesstechnischen Anlage 1. Die Diagnosebox 7 kann zusätzlich mit einer Cloud verbunden sein (in Figur 1 nicht dargestellt), die dann ebenfalls ein Teil der übergeordneten Einheit zum Steuern der prozesstechnischen Anlage 1 sein kann und/oder über die ein Zugriff auf die erfassten Daten und/oder die Systemsteuerung 3 möglich sein kann.
In der Ausführung in Figur 1 sind die Feldgeräte 9 in drei Clustern 27, 29, 31 angeordnet, die jeweils mehrere Feldgeräte 9 aufweisen. Zwischen den Feldgeräten 9 eines Clusters 27, 29, 31 ist jeweils eine Datenübertragung möglich, mit anderen Worten sind die Feldgeräte 9 eines Clusters über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden. Außerdem ist in der Ausführung in Figur 1 eine Datenübertragung zwischen den Clustern 27, 29, 31 und der Diagnosebox 7 möglich. Dafür sind die Feldgeräte 9 mit Spur-Datenleitungen 33, die vorzugsweise Ethernet-APL-Leitungen sind, untereinander und mit der Diagnosebox 7 verbunden. Um die Leitungen 33 der einzelnen Feldgeräte 9 gesammelt mit der Diagnosebox 7 zu verbinden, ist zwischen einem Cluster 27, 29, 31 und der Diagnosebox 7 jeweils ein APL- Switch 35 zum Zusammenführen der Leitungen 33 angeordnet.
Die Leitungen 33 ermöglichen außerdem eine elektrische Abschirmung, so dass keine zündfähige Energie erreicht wird, sondern die Energie zuverlässig unter einem zündfähigen Level bleibt. Dadurch können die Feldgeräte 9 und die APL-Switches 35 auch in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 1 und 2 eingesetzt werden. In Figur 1 ist der Feldgerätecluster 29 in der Zone 1 angeordnet, die mit dem Bezugszeichen 37 angedeutet ist, und der Feldgerätecluster 31 in der Zone 2 angeordnet, die mit dem Bezugszeichen 39 angedeutet ist.
Eine Verbindung zwischen den Feldgeräteclustern 27, 29, 31 und der Prozesssteuerung 3 und/oder eine Verbindung zwischen den Feldgeräteclustern 27, 29, 31 und der Sicherheitssteuerung 5 ist jeweils auch über eine zusätzliche parallele Leitung möglich. In Figur 1 ist beispielhaft der Feldgerätecluster 27 über eine Leitung 41 und einen APL-Switch 35 direkt mit der Prozessteuerung 3 verbunden, so dass die Prozesssteuerung 3 parallel zu der Verbindung über die Diagnosebox 7 auch direkt mit dem Feldgerätecluster 27 verbunden ist. Auf ähnliche Weise ist der Feldgerätecluster 27 in Figur 1 über eine zusätzliche Leitung 43 auch direkt mit der Sicherheitssteuerung 5 verbunden, wobei jedoch kein zusätzlicher APL-Switch vorgesehen ist, sondern die Leitung 43 die Sicherheitssteuerung 5 mit dem APL-Switch 35 verbindet, der zwischen dem Feldgerätecluster 27 und der Diagnosebox 7 vorgesehen ist. Es sei klar, dass alternativ auch die Leitung 43 einen zusätzlichen APL-Switch aufweisen kann und dass alternativ die Leitung 41 auch mit dem APL-Switch 35 zwischen dem Feldgerätecluster 27 und der Diagnosebox 7 verbunden sein kann. Es sei außerdem klar, dass auch für die weiteren Feldgerätecluster 29, 31 zusätzliche Leitungen vorgesehen sein können, die den jeweiligen Feldgerätecluster 29, 31 direkt mit der Prozessteuerung 3 und/oder der Sicherheitssteuerung 5 verbindet, was beispielhaft mit der Leitung 45 zwischen der Sicherheitssteuerung 5 und den weiteren Feldgeräteclustern 29, 31 angedeutet ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Diagnosebox 7 dazu ausgelegt, die empfangenen Daten vorauszuwerten und/oder vorzufiltern und die vorausgewerteten und/oder vorgefilterten Daten an die Prozesssteuerung 3 zu übermitteln und/oder weitere Funktionen/Maßnahmen innerhalb der prozesstechnischen Anlage 1 zu übernehmen.
Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens eines Feldgeräts einer prozesstechnischen Anlage. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst Bild- und/oder Tondaten, insbesondere von wenigstens einem Feldgerät zuzuordnenden Bild- und/oder Tondaten, von mehreren Feldgeräten, wie einem Stellventil und/oder einer Pumpe, insbesondere mittels eines optischen und/oder akustischen Sensors, wie einer Kamera und/oder eines Mikrofons, erfasst (Schritt 101). Des Weiteren werden die Bild- und/oder Tondaten mittels Ethernet-APL übertragen (Schritt 103). Vorzugsweise kann eine zeitliche Einordnung der Daten, welche durch die Feldgeräte/Sensoren selbst über dann mittels der Auswerteeinheit, an die die Daten übertragen werden, erfolgen. Beispielsweise werden die Datensätze nach Art des erfassten Parameters sortiert. Die Messdaten werden separat intelligent gefiltert und/oder vorausgewertet, insbesondere um relevante Ereignisse für einzelne Parameter auszuwerten und/oder zu speichern. Anschließend können die zeitlich geordneten und gefilterten Datensätze zusammengeführt werden, um in Kombination ausgewertet zu werden, je nach zu erkennendem Ereignis sind verschiedene Muster bzw. Kombinationen von zu über- oder unterschreitenden Grenzwerten oder Ähnliches zu erkennen.
In einem nächsten Verfahrensschritt können bei einem erkannten Ereignis bzw. Fehler betroffene und/oder für eine entsprechende Reaktion jeweils relevante Feldgeräte identifiziert werden. Dabei kann insbesondere anhand einer Art des Ereignisses bzw. Fehlers eine Zuordnung der betroffenen Messdaten bzw. Messpositionen erfolgen. Des Weiteren kann in einem nachgelagerten Schritt in Abhängigkeit vom erkannten Ereignis bzw. Fehlers oder Ähnlichem ein überlegtes Vorgehen ausgewählt werden, um entsprechend zu reagieren. Im Anschluss oder alternativ zum vorangegangenen Prozessschritt kann ein Signal an eine übergeordnete Einheit, wie eine Steuereinheit, beispielsweise einer Sicherheitssteuerung, ausgegeben werden, entweder zur Benachrichtigung oder zur Anforderung einer Reaktion auf das entsprechende erkannte Ereignis. Des Weiteren ist es möglich, dass die jeweils bestimmten relevanten Feldgeräte direkt über die Auswerteeinheit zu einer entsprechenden Reaktion auf das erkannte Ereignis bzw. Fehler angesteuert werden.
In Figur 3 ist eine weitere beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens abgebildet, bei der im Anschluss an Schritt 101 die Bild- und/oder Tondaten dezentral und feldgeräteindividuell verarbeitet werden.
Beispielsweise kann bei der Erfassung der Messdaten ebenfalls vermerkt werden, an welchem Messort innerhalb der Prozessanlage bzw. welcher Messstrecke die Messdaten erfasst wurden. Wird beispielsweise bei einem Parameter ein Muster, eine Über- oder Unterschreitung eines vorgegebenen Grenzwerts oder Ähnliches erkannt, werden für einen bestimmten Zeitraum um dieses Ereignis für alle Messparameter Werte selektiert und abgespeichert, beispielsweise auf der Auswerteeinheit oder einer übergeordneten und/oder der Auswerteeinheit nachgeschalteten oder vorgeschalteten Recheneinheit. Beispielsweise ist es möglich, dass je nach Art des jeweiligen Messparameters, für den das Ereignis erkannt wurde, eine vorbestimmte Gruppe von anderen Messparametern für eine solche Zusammenstellung hinterlegt werden, da beispielsweise vier über diesem Messparameter zu erkennende Ereignisse jeweils für bestimmte Anlagen als Parameter relevant sind. Beispielsweise kann eine diesbezügliche Zuordnung von zueinander korrelierenden und/oder miteinander zu betrachtenden Parametern in der Auswerteeinheit hinterlegt sein. Dann können nur für diese anderen Messparameter Werte innerhalb des jeweiligen Zeitraums ausgewählt und kopiert werden, wodurch sich der zu analysierende Datensatz und die zu betrachtende Datenmenge reduzieren lässt.
In einem weiteren Verfahrensschritt können selektierte Datensätze direkt mittels der Auswerteeinheit ausgewertet oder an ein übergeordnetes System, beispielsweise die übergeordnete Prozesssteuerung oder eine übergeordnete Recheneinheit, übertragen werden. Eine Auswahl dafür kann vorbestimmt sein oder beispielsweise in Abhängigkeit von einer Art des Ereignisses oder insbesondere falls das Ereignis noch nicht identifiziert ist (Art des jeweiligen Messparameters, für den das Ereignis erkannt wird), erfolgen. Beispielsweise wird ein Datensatz zu einer Hubdifferenz bei einem Stellventil direkt mittels der Auswerteeinheit ausgewertet und ein Datensatz zu einem erhöhten Durchfluss in einer Rohrleitung an eine übergeordnete Steuereinheit weitergegeben. Restliche Messdaten werden in einem anderen Verfahrensschritt mittels der Auswerteeinheit gelöscht oder an ein anderes Gerät, wie einen Server, übertragen und dann gelöscht. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die restlichen Daten für einen bestimmten Zeitraum hinterlegt werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste
1 Prozesstechnische Anlage
3 Prozesssteuerung
5 Sicherheitssteuerung
7 Datenzentrale/Diagnosebox
9, 9a, 9b Feldgerät io System
11, 13 Sensor
12 Erfassungseinrichtung
15 Engineering System
17 Steuerung
19 Asset Management System
21, 25, 33 Leitung
23 APL-Powerswitch
27, 29, 31 Feldgeräte-Cluster
35 APL-Switch
37 Zone 1
39 Zone 2
41, 43, 45 Leitung
101 Prozessschritt Datenerfassung
103 Prozessschritt Datenübertragung
105 Prozessschritt Datenverarbeitung

Claims

Ansprüche
1. Feldgerätesystem zum Einstellen einer Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, wie eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage oder dergleichen, umfassend:
- mehrere Feldgeräte, wie ein Stellventil und/oder eine Pumpe;
- wenigstens einen optischen und/oder akustischen Sensor, wie eine Kamera und/oder ein Mikrofon, zum Erfassen von Bild- und/oder Tondaten, insbesondere von wenigstens einem Feldgerät zuzuordnenden Bild- und/oder Tondaten; und
- ein Kommunikationsnetzwerk, das dazu eingerichtet ist, den wenigstens einen Sensor mit einer Auswerteeinheit zum Empfangen und Verarbeiten der Bild- und/oder Tondaten zur Signalübertragung mittels Ethernet APL zu verbinden.
2. Feldgerätesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend die Auswerteeinheit zum Empfangen und Verarbeiten der Bild- und/oder Tondaten, wobei insbesondere die Auswerteeinheit über das Kommunikationsnetzwerk mittels Ethernet APL mit dem wenigstens einen Sensor verbunden ist.
3. Feldgerätesystem, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, zum Einstellen einer Prozessfluidströmung einer prozesstechnischen Anlage, wie eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage oder dergleichen, umfassend:
- mehrere Feldgeräte, wie ein Stellventil und/oder eine Pumpe;
- wenigstens einen optischen und/oder akustischen Sensor, wie eine Kamera und/oder ein Mikrofon, zum Erfassen von den Feldgeräten zuzuordnenden Bild- und/oder Tondaten; und
- eine Auswerteeinheit zum Empfangen und Verarbeiten der Bild- und/ oder Tondaten; und
- ein Kommunikationsnetzwerk, das den wenigstens einen Sensor mit der Auswerteeinheit zur Signalübertragung verbindet; wobei die Auswerteeinheit derart ausgebildet und/oder dazu eingerichtet ist, die erfassten Bild- und/oder Tondaten dezentral und feldgeräteindividuell zu verarbeiten.
4. Feldgerätesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Sensor und die Auswerteeinheit, und ggf. die mehreren Feldgeräte, je wenigstens eine Ethernet-
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BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP Schnittstelle, insbesondere eine Ethernet-APL Schnittstelle, zum Übertragen der Bild- und/oder Tondaten aufweisen.
5- Feldgerätesystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, einen Betriebszustand, insbesondere Kavitation, Leckage, einen optischen Zustand und/oder einen einer Stellbewegung der Feldgeräte, wie eines Ventilglieds und/oder einer Stellstange der Feldgeräte, zuzuordnenden Wert, wie eine Strecke, eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung, wenigstens eines, insbesondere jedes, der mehreren Feldgeräte zu detektieren, insbesondere zu diagnostizieren.
6. Feldgerätesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Sensor oder ein weiterer Sensor dazu eingerichtet ist, feldgeräteunabhängige Daten, wie einen Umweltparameter, Betriebsdaten wie einen Druck, einen Volumenstrom, eine Durchflussmenge oder dergleichen und/oder einen die Umgebung des Feldgeräts betreffenden Parameter, zu erfassen und wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, die empfangenen Bild- und/oder Tondaten und die feldgeräteunabhängigen Daten zu kombinieren.
7. Feldgerätesystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Auswerteeinheit eine von dem Sensor separate Komponente ist und strukturell an eines der Feldgeräte gekoppelt ist.
8. Feldgerätesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine die mehreren Feldgeräte ansteuernde Prozesssteuerung, die mit der Auswerteeinheit mittels des Kommunikationsnetzwerks insbesondere via Ethernet APL verbunden ist.
9. Feldgerätesystem nach Anspruch 8, wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, unabhängig von der Prozesssteuerung mit dem Sensor und den mehreren Feldgeräten zu kommunizieren, Daten zu übertragen und/oder Daten auszuwerten und insbesondere auf Basis der empfangenen Daten, insbesondere der feldgeräteindividuellen Diagnose, wenigstens eines der mehreren Feldgeräte anzusteuern.
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BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP
10. Feldgerätesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Sicherheitsnetzwerk zum sicherheitsgerichteten Ein- und/oder Abschalten von Feldgeräten, insbesondere von Ein- und/oder Abschaltarmaturen, umfassend einen Aktor eines Feldgeräts, den Sensor und eine Sicherheitssteuerung, wobei die Sicherheitssteuerung über die Auswerteeinheit mit den Feldgeräten insbesondere mittels Ethernet APL verbunden ist.
11. Feldgerätesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine dem Sensor und/oder der Auswerteeinheit zugeordnete Triggereinrichtung zum Auslösen einer insbesondere kontinuierlichen Erfassung von Daten, wobei insbesondere das Auslösen in Abhängigkeit von wenigstens einem erfassten Parameter erfolgt.
12. Feldgerätesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, die empfangenen Daten simultan zeitaufgelöst auszuwerten.
13. Feldgerätesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit, der Sensor oder eine der Auswerteeinheit vorgeschaltete Recheneinheit dazu eingerichtet ist, die empfangenen Daten vorauszuwerten und/oder vorzufiltern.
14. Feldgerätesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, anhand der empfangenen Bild- und/oder Tondaten eine Zugriffskontrolle einer Bedienperson durchzuführen, insbesondere in einem einem Feldgerät zugeordneten Bedienbereich eine Bedienperson zu authentifizieren.
15. Feldgerätesystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend eine Mehrzahl von optischen und/oder akustischen Sensoren, wie eine oder mehrere Kameras und/oder eine oder mehrere Mikrofone, zum Erfassen von Bild- und/oder Tondaten, insbesondere von einem Feldgerät oder einem Anlagenbereich der prozesstechnischen Anlage zuordenbaren Bild- und/oder Tondaten, wobei die Auswerteeinheit derart ausgebildet und/oder dazu eingerichtet ist, die erfassten Bild- und/oder Tondaten der Mehrzahl von Sensoren zu verarbeiten, wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einer Art eines der Sensoren, von einer Position des jeweiligen Sensors und/ oder von einem Wertebereich eines über den jeweiligen Sensors erfassten Parameters Bild- und/oder Tondaten des jeweiligen Sensors für eine feldgerätebezogene Auswertung heranzuziehen.
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BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91) ISA/EP
16. Verfahren zum Überwachen eines Feldgeräts einer prozesstechnischen Anlage, wie eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage oder dergleichen, bei dem Bild- und/oder Tondaten, insbesondere von wenigstens einem Feldgerät zuzuordnenden Bild- und/ oder Tondaten, von mehreren Feldgeräten, wie ein Stellventil und/oder eine Pumpe, insbesondere mittels eines optischen und/oder akustischen Sensors, wie einer Kamera und/oder eines Mikrofons, erfasst werden und die Bild- und/oder Tondaten mittels Ethernet APL übertragen werden.
17. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 16, zum Überwachen eines Feldgeräts einer prozesstechnischen Anlage, wie eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage oder dergleichen, bei dem Bild- und/oder Tondaten, insbesondere von wenigstens einem Feldgerät zuzuordnenden Bild- und/oder Tondaten, von mehreren Feldgeräten, wie ein Stellventil und/oder eine Pumpe, insbesondere mittels eines optischen und/oder akustischen Sensors, wie einer Kamera und/oder eines Mikrofons, erfasst werden und dezentral und feldgeräteindividuell verarbeitet werden.
18. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 16 oder 17, zum Betreiben eines Feldgerätesystems gemäß einem der Ansprüche i bis 15.
19. Prozesstechnische Anlage, wie eine Chemieanlage, ein Kraftwerk, eine Lebensmittel verarbeitende Anlage, oder dergleichen, umfassend ein Feldgerätesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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