Dienste der PLT - TU · PDF fileFak. Elektrotechnik & Informationstechnik Institut für Automatisierungstechnik Professur für Prozessleittechnik Dienste der PLT VL PLT1 Professur

Fak. Elektrotechnik & Informationstechnik ◦ Institut für Automatisierungstechnik ◦ Professur für Prozessleittechnik

Dienste der PLTDienste der PLT

VL PLT1Professur für Prozessleittechnik

Leiten (DIN 19222V)Leiten (DIN 19222V)

Gesamtheit aller Maßnahmen, die einen im Maßnahmen, die einen im Sinne festgelegter Zieleerwünschten Ablauf eines Prozesses bewirken. oDie Maßnahmen werden vorwiegend unter Mitwirkung des Menschen Mitwirkung des Menschen aufgrund der aus dem Prozess oder auch aus der Umgebung erhaltenen g gDaten mit Hilfe der Leiteinrichtung getroffen

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 2

Aufgaben im klassischen Ebenenmodell

•BetriebP d kti• Produktion

•Prozessleitebene•FeldebeneFeldebene

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 3

A t ti i idAutomatisierungspyramide

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 4

FunktionsintegrationFunktionsintegration

• Integration höherer IV-Funktionen der Prozessführung – Advanced Control (APC), Messwertvalidierung (DR),

Qualitätsmanagement (QM), Labor (LMS), Logistik (SD), Asset Management (AM), ...

– Verlagerung in die Prozessleittechnik– Vernetzung mit der Prozessleitebene

ERPERP

BetriebQM LMS SD

PLT

ProduktionProzess

Feld

APC DR AM

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 5

DiensteDienste

• „Orts“feste Dienste– Messdatenerfassung– Basisautomatisierung

• Vorverarbeiten, Steuern, Regeln, Überwachen, , g ,

• Verteilte Dienste in der Prozessleittechnik– Basisautomatisierung (Cloud-Computing)?

M ld d D t hi i– Meldungs- und Datenarchivierung– Inbetriebsetzung & Parametrierung– Advanced Process Monitoring & Control– Visualisierung– …

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 6


Meldungen und AlarmeMeldungen und Alarme

PLT ÜberwachungseinrichtungenPLT Überwachungseinrichtungen

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR 8

Operator vs. Emergency Shutdown SystemOperator vs. Emergency Shutdown System

ZielN

Störung

Norm

Operator

EEMUA 191ESDAbschaltung

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 9

Operator-PLS-InteraktionOperator PLS Interaktion

NA 102

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 10

NA 102

Generische Architektur eines M ld tMeldesystems

PR

OPE

Generieren Speichern Selektieren Visualisieren

ROZE

ERAT

SS

TOR

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 11

DefinitionDefinition

• Meldungen– informieren den Anlagenfahrer unmittelbar über

meldepflichtige Zustände aus dem Prozess– dienen der Prozessführung und dem Anweisen von

Gegenmaßnahmen

• UmfeldUmfeld– Was? Zustände, Grenzwertverletzungen– Woher? Prozess, Prozessleitsystem

W hi ? A l f h P j kt t A hi– Wohin? Anlagenfahrer, Projektant, Archiv– Warum? Aufmerksamkeit, Reaktion, Diagnose,

Archivierung

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 12

Überwachen von ProzessgrößenÜberwachen von Prozessgrößen

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 13

Lebenszyklus einer MeldungLebenszyklus einer Meldung

• Zustandsübergänge erzeugen Kam-Meldung, Ging-M ld b Q itti M ldMeldung bzw. Quittierungs-Meldung

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 14

Angaben einer MeldungAngaben einer Meldung

• Was? Meldetext: Beschreibung desld fli hti Z t dmeldepflichtigen Zustandes

• Wo? Meldeort: Anlagenkennzeichen• Wann? Zeitstempel: Entstehungszeitpunkt• Wann? Zeitstempel: Entstehungszeitpunkt• Wie wichtig? Priorität: Niedrig, Mittel, Hoch

Bei Zustandsanzeigen• Zustand: gekommen / gegangen,

unquittiert / quittiertunquittiert / quittiert

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 15

Normen und RichtlinienNormen und Richtlinien

• VDI/VDE 3699 - Blatt 5P füh it Bild hi M ldProzessführung mit Bildschirmen – Meldungen

• DIN 19235Messen, Steuern, Regeln - Meldung von , , g gBetriebszuständen

• NAMUR Arbeitsblatt NA 102AlarmmanagementAlarmmanagement

• EEMUA Publication No. 191Alarm Systems - A Guide to Design, Management andProcurement

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 16

Überwachen von ProzessgrößenÜberwachen von Prozessgrößen

• Signalorientierte Überwachung– Analyse einer einzelnen Prozessgröße für sich– Erkennen einer Abweichungen vom

bestimmungsgemäßen Betrieb

• Informationsorientierte Überwachung (PLT 2)A l h P öß– Analyse mehrerer Prozessgrößen

– Nutzen von Wissen über Beziehungen zwischen diesen Prozessgrößen

– Früherkennung von Fehlern

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 17

Grenzwerte analoger GrößenGrenzwerte analoger Größen

Absoluter Grenzwert

Gleitender Grenzwert• Instationärer Betrieb• Instationärer Betrieb• Toleranzband (Stützpunkte, Approximation)

Änderungsgeschwindigkeit• Ggf. Bereichsabhängig

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 18

Bereichsbänder analoger GrößenBereichsbänder analoger Größen

• Gutbereich

• Meist drei Fehlbereiche

• Außerbetrieb-nahmebänder

• Messbereich

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 19

Nach VDI 3699-5

VorverarbeitungVorverarbeitung

• Unterdrücken– Generieren unter Bedingung (Anfahren...) verhindern

• Filterung– Signalglättung Tiefpassfilter QuantisierungSignalglättung, Tiefpassfilter, Quantisierung

• Totband– (Wertbezogen) Verzögertes Auslösen einer Meldung

• Hysterese– Totbänder sowohl beim Verletzen einer Grenze als auch

beim Zurückkehren

• Zeitverzögerung– Melden erst ab definierter Zeitdauer

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 20

Grenzwerte digitaler GrößenGrenzwerte digitaler Größen

• Zeitbezogene bzw. betriebsartenbezogene Üb h d hÜberwachung durch

– Zulässigkeitstabellen (Signale dürfen gleichzeitig bestimmten Level haben)

B t i b t Si l A Si l B Si l C Si l DBetriebsart Signal A Signal B Signal C Signal DA x x xB x x xB x x xC x x

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 21

AlarmflutAlarmflut

• Computergestützte ÜberwachungssystemeÜberwachungssysteme

• Hohe Alarmrate• Ignorierte Alarmeg• Anlagenfahrer

überfordert

→ Zielgerichtetes Unterstützen nötigg

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 22

Empfohlene AlarmratenEmpfohlene Alarmraten

Kriterium RichtwertDurchschnittliche Alarmrate im stationären Betrieb < 1 in 10 minDurchschnittliche Alarmrate im stationären Betrieb < 1 in 10 minAlarme innerhalb 10 Minuten nach Anfahren < 10Durchschnittliche Anzahl stehender Alarme < 10Durchschnittliche Anzahl unterdrückter Alarme < 30

Nach EEMUA 191

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 23

PrioritätsvergabePrioritätsvergabe

Einflussfaktoren• Auswirkung auf den Prozess, Produktqualität• Auswirkung auf Mensch, Natur, Unternehmen• Verbleibende Reaktionszeit• Verbleibende ReaktionszeitPrioritätsmatrix

Auswirkung/Reaktionszeit

Stillstand Qualitäts-verlust

Produktions-verzögerung

< 5 min hoch mittel niedrigg

5 – 20 min mittel niedrig niedrig

> 20 min niedrig niedrig niedrig

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 24

Nach Kurz, 2008

LiteraturLiteratur

• Hollifield, B. R.; Habibi, E.: Alarm Management: Seven Effective Methods forOptimum Performance. Instrumentation, Systems and Automation Society, Optimum Performance. Instrumentation, Systems and Automation Society, 2007.

• Lauber, R.; Göhner, P.: Prozessautomatisierung 2. Springer, Berlin. 1999.• Kurz, H.: Alarmmanagement - Ziele, Erfahrungen, Nutzen. In: atp Band

50(2) S 86 90 200850(2), S. 86-90. 2008.• Lippmann, D.; Urbas, L.: Dynamisierung von Alarmsystemen. In Proceedings

of Automation 2009, S. 81-84. Düsseldorf: VDI-Verlag.• Stanton, N.: Alarm initiated activities. Human factors in alarm design. Taylor

Francis, Inc., Bristol, PA, USA, 1995. 93–117.• Neupert, D.: Datenreduktion in der Mensch-Prozeß-Kommunikation. In: atp

Band 39(4), S. 42-48. 1997.• Wickens Ch D ; Andre A D : Proximity compatibility and information• Wickens, Ch. D.; Andre, A. D.: Proximity compatibility and information

display: effects of color, space, and objectness on information integration. Human factors 32(1). S. 61-77. 1990.

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 25


Melde- und DatenarchiveMelde und Datenarchive

Melde- und DatenarchiveMelde und Datenarchive

• Langzeitspeicherung von Meldungen und Daten• Effiziente vedichtete Ablage von kontinuierlich

anfallenden Massendaten• Effiziente Abfrage und Rekonstruktion

Analyse &Daten-Archiv

yKompressionerfassung

Abfrage &Rekonstruktion

Berichte &Langzeit-Analysen

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 27

AnforderungenAnforderungen

Anforderungen an das Archivieren von Prozessdaten• Vollständig• Einheitlich• Strukturiert• Strukturiert

Mit dem Ziel• Vergleichbarkeit• Strukturiertes Betrachten nach vorgegebenen

M k lMerkmalen

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 28

MotivationMotivation

Rechtliche Gründe• Protokollierung von Grenzwerten und Ereignissen

(Störfälle)• Nachweis für Zertifikate• Nachweis für Zertifikate• Nachweis für Auflagen (Emission)• Chargenverfolgung

• Produktsicherheitsgesetz fordert lückenlose Dokumentation der Produktionsschritte und Dokumentation der Produktionsschritte und Einsatzmaterialien

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 29


Prozessbezogene Gründe• Statistische Auswertung

– Produktionsmengen

• Statistische Langzeitauswertung• Statistische Langzeitauswertung– Prozessoptimierung, Batch– Performance-Kenngrößen (KPI)– Kostenreduzierung

• Zeitlicher Ablauf von Störauswirkungen und -ausbreitungausbreitung

• Vergleich von Produktionsdaten• Qualitätssicherung

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 30


Prozessbezogenen Gründe (Teil 2)• Stillstand vermeiden

→ Gewinn festigen und steigern→ Kosten und Nutzen für Störfallvermeidung abwägeng g

Sicherheitsgerichtete Gründe• Optimierung der Meldeparameter

– Grenzwerte, Reaktionszeit

• Kontrolle der Sicherheitsverriegelung und NOT-AUSPerformancegründePerformancegründe• Leistungsfähigkeit der Prozessdatenbank erhalten• Datensicherung• Reduzieren von Papier6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 31

Charakteristik von ProzessdatenarchivenCharakteristik von Prozessdatenarchiven

• Vielzahl an Datenquellen (Mess- und Stellwerten)• > 100.000 / Anlage

• Über weite Bereiche stationäre Daten• Über weite Bereiche stationäre Daten• Sprunghafte Änderungen von Daten

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 32

MethodenMethoden

Auslöser der Archivierung von Daten• Zeitgesteuert• Ereignisgesteuert

Informationsinhalt• Prozessdaten• Berechnungen (abgeleitete Kriterien)

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 33

DatenkompressionDatenkompression

Motiviation• Unterschiedliche Relevanz der Daten• Reduzieren des Speicherplatzes → Kosten• Handhabung großer Datenraten• Handhabung großer Datenraten

Kompri-mierungs-

grad

SpeicherplatzDatenübertragung Datenverlust

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 34


Auswirkungen auf Daten• Datenverlust• Veränderte statistische Eigenschaften

(Mittelwert und Varianz)(Mittelwert und Varianz)→ Mittelwerte aus originalen Daten gewinnen

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 35


Anwendungsbeispiele• Langzeitspeicher in Pharmaindustrie• Fernsteuerung von Ölplattformen mit

Satellitenverbindung vom FestlandSatellitenverbindung vom Festland

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 36


Direkte Methoden• Archivieren in Echtzeit• Regeln entscheiden über Archivierung einzelner Messwert• Rekonstruieren durch Verbinden der Datenpunktep

Abbildende Methoden• Archivieren nicht in Echtzeit• Archivieren nicht in Echtzeit• Transformation benötigt historische Daten

→ Einbeziehen des Verlaufes• Abbilden von originalen Daten in einen anderen Bereich

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 37


Extrapolierte DatenS l Ab i h i h lb G → Solange Abweichungen innerhalb von Grenzen,

dann wird nicht der aktuelle sondern der extrapolierte Wert gespeichert

Relevante Punkte für Archivalgorithmusü kbli k d B t d D t fü K i→ rückblickende Bewertung der Daten für Kompression

• Zuletzt archivierter Punkt Ph

• Vorheriger Punkt P• Vorheriger Punkt Pv

• Aktueller Punkt Pa

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 38


Trend recording• Zyklisches Speichern von Prozessdaten mit Zeitstempel• Tritt keine Grenzwertverletzung auf, werden ältere Daten

wieder gelöscht• Bei Grenzwertverletzung bleiben Daten erhalten

→ Störursache kann ermittelt werden

• Alternative: Statt alle zurückliegenden Daten löschen, Daten in größerem Abstand beibehalten

→ wechselnde Aufzeichnungsintervalle

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 39


Konstantwerterkennungf• Datenpunkt liefert kontinuierlich den gleichen Wert

→ Speichern von Wert und Dauer→ Redundanzbeseitigungg g

• Verlustfrei, analog „Run Length Encoding“ in BildernWENN P PWENN Pa == Pv

DANN t++

SONSTSONSTspeichere ( Pa, t ), t=1

Pv=Pa

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 40

Datenkompression

WertkompressionWertkompression• Punkt ab einer definierten Wertabweichung vom

letzten archivierten Punkt speichern→ Totband• Speicherbelastung bei signifikanter Änderung

WENN Diff. aktueller Punkt, archivierter Punkt zu groß DANNWENN vorheriger nach archiviertem PunktDANN speichere (Wert archivierter Punkt / Zeit

vorheriger Punkt) undvorheriger Punkt) undspeichere aktuellen Punkt

SONST speichere aktuellen Punkt

6.7.10 Folie 41 PLT1 (c) 2006-2010, UR


Boxcar• Werte ab einer definierten Abweichung vom letzten

archivierten Wert speichern→ TotbandWENN aktueller von archiviertem Punkt abweichtWENN aktueller von archiviertem Punkt abweichtDANN

WENN vorheriger nach archiviertem PunktDANN speichere vorherigen Punkt

SONST speichere aktuellen Punkt

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 42


BoxcarWENN kt ll WENN aktueller von

archiviertem Punkt abweicht

DANNWENN vorheriger nach

archiviertem Punktarchiviertem PunktDANN speichere

vorherigen PunktSONST speichere SONST speichere

aktuellen PunktBildquelle: Watson, Liakopoulos, Brzakovic, & Georgakis (1998)

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 43


Backslope• Aus den letzten beiden archivierten Punkte wird ein

Vorhersageband für den aktuellen Punkt linear extrapoliertp

WENN aktueller von vorhergesagtem Punkt abweichtDANNWENN vorheriger nach archiviertem PunktDANN speichere vorherigen PunktDANN speichere vorherigen PunktSONST speichere aktuellen Punkt

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 44


BackslopeWENN kt ll WENN aktueller von

vorhergesagtem Punkt abweicht

DANNWENN vorheriger nach

archiviertem Punktarchiviertem PunktDANN speichere vorherigen

PunktSONST speichere aktuellen

Punkt Bildquelle: Watson, Liakopoulos, Brzakovic, & Georgakis (1998)

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 45


Straight-Line-Interpolative-Method 1(Fä h th d )(Fächermethode)

• Jeder Punkt erhält Toleranzband• Punkt außerhalb des Fächers• Punkt außerhalb des Fächers→ archivieren

WENN aktueller Punkt innerhalb Fächer des archivierten Punktes

DANN Fächer anpassen (nur einengen)DANN Fächer anpassen (nur einengen)SONST speichere Schnittpunkt Toleranzgerade mit

Toleranzband vorheriger Punkt

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 46


SLIM Beispiel • P1, P2±d definieren ein Toleranzband mit den Grenzen U1,L1

• P3±d liegt innerhalb U1,L1 P3±d engt das Toleranzband mit U1' und L1' ein

• Lediglich P4+d liegt innerhalb U1',L1' – obere Grenze U1'' wird durch P4+d definiertwird durch P4+d definiert

• P5 liegt außerhalb des Bandes. Aufgenommen wird der Pseudopunkt P4' der Pseudopunkt P4 auf der Grenze L1'

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 47


Straight-Line-Interpolative-Method 2• Wie SLIM 1, anstatt Schnittpunkt wird exakter

vorheriger Wert gespeichert

Straight-Line-Interpolative-Method 3• Wie SLIM 1, aktueller Punkt muss außerhalb des

Fächers sein (anstatt Toleranzband)

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 48

Datenkompression

Swinging DoorSwinging Door• Ähnlich zu Backslope, Grenzen werden jedoch bei

jeder Messung durch Ph und Pa neu bestimmt, die Tür s h ingt dabei n a fschwingt dabei nur auf.

• Sobald der Schnittpunkt der Grenzen U und L vor P1 liegt wird der vorherige Wertg g

• Beispiel: – P1 ist der letzte gespeicherte Wert Pa– (Pa±d P2) definieren U und L– (Pa±d, P2) definieren U und L– P3 öffnet Grenze L– P4 öffnet Grenze U

P5 keine Änderung– P5, keine Änderung– P6 öffnet U „zu weit“, P5 wird

aufgezeichnet

6.7.10 Folie 49 PLT1 (c) 2006-2010, UR


Wavelet-Spektral-Transformation• Verfahren aus Audiokompression• Abbildung in den Frequenzbereich• Aufteilung des Signals in spektrale Komponenten• Aufteilung des Signals in spektrale Komponenten

→ getrennte Codierung• Ziel:

unkorrelierte Komponenten quantisieren und codieren

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 50

Datenkompression

Leistungsvergleich Quelle: James (1995LeistungsvergleichKompression Sinus Sinus + Rauschen

rc Eint Eext rc Eint Eext

Unkomprimiert 1 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00Boxcar 1,27 1,37 1,21 1,32 2,35 2,57Backslope 8,9 0,85 1,40 6,2 2,41 2,63Wertkompression 1,2 1,49 1,49 1,28 1,50 1,50SLIM1 35 1 50 NA 16 7 1 50 NASLIM1 35 1,50 NA 16,7 1,50 NASLIM2 22,1 1,17 NA 5,3 1,32 NASLIM3 25,3 1,47 NA 9,8 1,50 NASLIM3 25,3 1,47 NA 9,8 1,50 NASwinging Door 17,8 1,48 NA 10,1 1,50 NA

rc - Kompressionsrate, Eint - Rekonstruktionsfehler bei Interpolation, Eint - bei Extrapolation

6.7.10 Folie 51 PLT1 (c) 2006-2010, UR


Kompressionsfaktor• Verhältnis original zu komprimierte Datenrate

Originale DatenrateOriginale DatenrateKomprimierte Datenrate

• Kompressionsfaktor Eins → Keine Kompression

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 52

Auslegung von DatenbankenAuslegung von Datenbanken

• Anzahl der archivierten Datenpunkte• Rate der archivierten Daten• Archivierungszeitraum

→ Volumen und Geschwindigkeit relevant→ Auswahl der Datenbankarchitektur

Architektur Datenrate(1000 Datenpunkte, Sampling 5s)( p , p g )

unkomprimiert 1 GB / Monat

komprimiert 150 MB / Monat

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 53

DekompressionDekompression

• Interpolation der Daten– Verlust der Genauigkeit

• Gewinnen des historischen Verlaufs von Prozessgrößen

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 54

DekompressionDekompression

• Zeitverlauf (li), Spektrum (re), Kompressionsfaktor 10

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 55Quelle: Thornhill (2003)

LiteraturLiteratur

• Hiller, H.; Finger, A.: Vorlesungsskript Elektronische Medien -Digitaler Rundfunk TU DresdenDigitaler Rundfunk. TU Dresden.

• James, P. A.: Data Compression for Process Historians. 1995.• Kletti, J.: MES Manufacturing Execution System – Moderne

Informationstechnologie zur Prozessfähigkeit der Wertschöpfung Informationstechnologie zur Prozessfähigkeit der Wertschöpfung. Springer Verlag, Berlin. 2006.

• Siemens AG: SIMANTIC IT Historian. 2005.• Thornhill, N.F. et. al.: The impact of compression on data-Thornhill, N.F. et. al.: The impact of compression on data

driven process analyses. Journal of Process Control 14 (2004) p. 389 - 398.

• VDE: Systematische Stördatenerfassung und -auswertung –Technische Empfehlung. 2009

• VDI 5600 Blatt 1: Fertigungsmanagementsysteme –Manufacturing Execution Systems (MES). 2007.

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 56


Geräteintegration und I b t i b hInbetriebnahme

VL Prozessrechen- und –leittechnikProfessur für ProzessleittechnikTechnische Universität Dresden

Konfiguration von Busteilnehmerng

• Konfiguration und Inbetriebnahme– Abstrakte Gerätebeschreibung (Parameter, IO, FUP)– Werte für Geräteadressen und -parameter– BustopologieBustopologie– Parametrierung und Kalibrierung

• Betriebd f– Parametrierung und Konfiguration

– (Re)kalibrierung– Diagnose für Asset Management (Betriebsdaten-g g (

auswertung) und Fehlersuche

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 58

(FDT Group 2006)

6.7.10

Informationsbedarfe zu Feldbusgeräten in hi d Phverschiedenen Phasen

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 59

(FDT Group 2006)

6.7.10

ProblemstellungProblemstellung

• Unterschiedliche Geräte und Gerätetypen• Unterschiedliche Hersteller• Unterschiedliche Feldbussysteme • Unterschiedliche Leitsysteme• Unterschiedliche Leitsysteme

Unzahl an Werkzeugeng Mehrfache Datenhaltung Datenkonvertierung zwischen verschiedene

A dAnwendungen Konsistenzprobleme Versionierung

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 60

Versionierung

6.7.10

Anforderungen an IntegrationsansätzeAnforderungen an Integrationsansätze

• Endkunden– Freie Kombinierbarkeit von Feldgeräten, Feldbussen,

Leitsystemen verschiedener Hersteller– Zentraler Zugriff auf alle Daten der Feldgeräte in allen

Lebenszyklen aus einer beschränkten Anzahl von Werkzeugen mit gemeinsamen Bedienkonzepten

– Verfügbarkeit Offline/Online g /– Zentrale Datenhaltung

• Hersteller von Feldgeräten und LeitsystemenMi i i d fl d S ft D t d – Minimierung der zu pflegenden Software, Daten und Schnittstellen

– Verfügbarkeit von Entwicklungswerkzeugen und T t i

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 61

Testszenarien

6.7.10

IntegrationsansätzeIntegrationsansätze

• FDT (Field Device Tool)S h itt t ll D i T M (DTM) – = Schnittstelle um Device Type Manager (DTM)

genannte Bedienprogamme in Engineeringsystem einzubinden.– + Alle Freiheiten hinsichtlich Funktionsumfang

E Bi d di Mi ft Wi d Pl ttf d di – - Enge Bindung an die Microsoft-Windows-Plattform und die damit einhergehende Abhängigkeit.

• EDDL (Extended Device Description Language)I t ti t S h t tb i t – = Interpretierte Sprache zur textbasierten

Beschreibungen von Geräten– + Keine Bindung an Kommunikationsmodell

Eingeschränkter Funktionsumfang?– - Eingeschränkter Funktionsumfang?

• Integration: FDD UA (FDT+EDDL+OPC UA) – Zusammenführung der Technologien auf der Basis von OPC UA

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 626.7.10

Field Device Tool (FDT) Field Device Tool (FDT)

• Ansatz wie Druckertreiber in Windows• Schnittstellenspezifikation für pSoftwarekomponenten •FDT Frame Application

–Containeranwendung für die Aufnahme von DTMsAufnahme von DTMs–Z.B.: PACTware, FieldCare

•Device Type Manager (DTM)–Kapselung von Daten, Regeln und Prozeduren–Kommunikation mit dem Gerät und anderen DTMs

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 636.7.10

Kurze Historie von FDTKurze Historie von FDT

• 1998: Spezifikation durch ZVEI• 1999: Spezifikation von PNO aufgenommen• 2001: Style Guide V1.2

– für die Benutzerschnittstellen von DTMs– für die Benutzerschnittstellen von DTMs

• 2004: Test und Zertifizierungswerkzeuge• 2005: Style Guide V1.2.1

– Zertifizierungsprozess,– Akkreditierung unabhängiger Testlabors

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 646.7.10

Technische GrundlagenTechnische Grundlagen

• Integration von Softwarekomponenten in die FDT Frame Application Application

– Component Object Model (COM, Microsoft)• Binärer Standard• Programmiersprachenunabhängig• Programmiersprachenunabhängig• Objektorientiert• Interprozesskommunikation, Objekterzeugung

• Einbettung von Bedienoberflächen• Einbettung von Bedienoberflächen– ActiveX (Microsoft)

• Erweiterung der COM-Technologie

• Austausch von Daten zwischen den Objekten• Austausch von Daten zwischen den Objekten– XML (Extensible Markup Language)

• Sprache und Regeln zur Darstellung hierarchischer Daten• Schemata definieren Strukturen• Schemata definieren Strukturen

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 65

FDT kurzgefasstFDT kurzgefasst

• FDT definiert COM-Schnittstellen zur Einbettung von DTM-Objekten in FDT Frame Applications Über diese Objekten in FDT Frame Applications. Über diese Schnittstellen erhält die Frame Application Zugriff auf Daten und Funktionen des Geräts.FDT t t di A ti X T h l i Ei b tt • FDT nutzt die ActiveX-Technologie zur Einbettung von komplexen Bedienkomponenten für einzelne DTMs in FDT Frame ApplicationsFDT d fi i t XML S h t D fi iti d F t d • FDT definiert XML-Schemata zur Definition des Formats des Nachrichtenaustausches zwischen einzelnen DTMs

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 666.7.10

KlassenmodellKlassenmodell

• CommDTMKommunikationskanäle–Kommunikationskanäle

–Gateways

•DeviceDTM–Feldgeräteabstraktion

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 676.7.10

FDT InterfacesFDT Interfaces

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 686.7.10

Ausgewählte Schnittstellen des DTM-I t fInterfaces

IDtmActiveXInformatio Kommunikation mit ActiveX-ControlIDtmActiveXInformation

Kommunikation mit ActiveX Control

IDtmApplication Kommunikation mit einer eigenen Anwendung

IDtmParameter Zugriff auf Geräteparameter

IFdtEvents Koordination von Zugriffen

IDtmOnlineParameter Download von Parametersätzen

IFdtChannelActiveXInf Einstellungen eines KanalsIFdtChannelActiveXInformation

Einstellungen eines Kanals

IFdtChannel Parametrierung eines Kanals

IP i tSt I it Ab i h i d P j ktd t b kIPersistStreamInitIPersistPropertyBag

Abspeicherung in der Projektdatenbank

IDtmDocumentation Online-Dokumentation

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 69

IDtmDiagnosis Abgleich von Projektierter Konfiguration

6.7.10

KommunikationsschnittstellenKommunikationsschnittstellen

•Prozesskanalschnittstellen–Zugriff auf die Zugriff auf die feldbusspezifischen Kommunikations-parameter

•Kommunikations-kanalschnittstellen

–Hinzufügen von neuen Geräten, Scannen der T l i P t k llTopologie, Protokoll-verhandlung, Scannen der Buskonfiguration

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 706.7.10

Kommunikation in komplexen B t ktBusstrukturen

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 716.7.10

Beispiel - Service Werkzeug Beispiel Service Werkzeug

• Konfiguration und Parametrierung von Geräten im Feld– Scannen der Bustopologie: IFdtChannelScan,

IDtmScanEvents– Konfiguration von Gerät abfragen: IDtmOnlineParameter– Konfiguration des Geräts über ActiveX-Komponente des

Herstellers: IDtmActiveXInformation– Ausdruck der Dokumentation: IDtmDocumentation

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 726.7.10

Beispiel EngineeringBeispiel Engineering

• Inbetriebsetzung mit Planungsdaten aus dem EngineeringsystemEngineeringsystem

– Abgleich der Topologie: IFdtChannelScan, IDtmScanEvents

– Vorkonfiguration über ActiveX-Komponente des Herstellers: IDtmActiveXInformation

– Abgleich Konfigurationsdaten: IDtmDiagnosis– Dokumentation manueller Änderungen:

IDtmAuditTrailEvents

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 736.7.10

FDT = Windows = Chaos ?!FDT Windows Chaos ?!

• FDT Style Guide

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 746.7.10

FDT = Windows = Chaos ?!FDT Windows Chaos ?!

•Zertifizierungsprozess und Werkzeug•Unabhängige Prüflabors•Gültigkeit Zertifikat: 3 Jahre

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 756.7.10

EDDL (Electronic Device Description L )Language)

• IEC 61804 - Function Blocks (FB) for Process Controlf– Part 1: Overview of system aspects

– Part 2: Specification of FB concept and Electronic Device Description Language (EDDL)

• Covers DDL used in the FOUNDATION™ fieldbus, HART® and Profibus DP/PA communication protocols

• Used to support about 1000 different devices

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 766.7.10

DD Cooperation Project (2002…)DD Cooperation Project (2002…)

• Super Set Specification of Device Description Languages (EDDL)(EDDL)

IEC 61804-2

FF DDL EDD HCF DDL

COMMUNICATION FOUNDATIONHART

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 776.7.10

Existing DD Capability - Temperature Exampleg p y p p

Device DD File

Device data is described by VARIABLE, RECORD and ,ARRAY constructs in the DD file.

Th h t t i ll di lThe host typically displays the device data as a list.

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 786.7.10

Enhanced User Interface – Temperature Example

G BDevice DD File Group BoxesDialogs

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 79Parameter Organization Window

6.7.10

Enhanced User Interface – Motor Examplep

MOTORSYMMETRY Image

Static bit map Objective is to provide a

visual representation of the parameters

Enhanced MENUS and METHOD are used to build dialog boxes are used to build dialog boxes displaying motor starts, operating hours, number of overload trips, etc. MOTOR PARAMETERS

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 806.7.10

New EDDL Capabilities – Radar Gauge Example

A GRAPH is used to present the Threshold Calibration

echo WAVEFORM to enable configuration of thresholds and false echoes areas in the device.

Trigger device to build WAVEFORM data Retrieve WAVEFORM data Update the GRAPH

GRAPH

Echo Curve

Filter

WAVEFORM(Data from Device) AXIS

ARRAY(s)(D i D t )

MENUS & METHODS(Enhanced UI)

FILE/LIST(Persistent Data)

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 81

(Device Data) (Persistent Data)

6.7.10

New EDDL Capabilities – Valve Step Example

A CHART is used to present the Real-time ( i ) S (continuous) Step Response SOURCE of a valve. Blue line is a reference retrieved

Valve Step Response Diagnostics

Travel (From device)Trigger device to build

SOURCE data

Retrieve SOURCE data

Update the CHART

via FILE and ARRAY

CHARTCHART

SOURCEs(Stored Data and

Setpoint (Stored)

(Stored Data andData from Device) AXIS

ARRAY(s)


FILE(P i t t D t )

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 82

(Device Data) (Persistent Data)

6.7.10

New EDDL Capabilities - Valve Signature Example

A GRAPH is used to present the Valve Signature (Hysteresis) WAVEFORM as a measure of the air

t t k th Blue line is a reference retrieved

Valve Signature

pressure to stroke the valve open and close.

T i d i t b ild

Blue line is a reference retrievedvia FILE and ARRAYOpen Stroke

Trigger device to build

WAVEFORM data

Retrieve WAVEFORM data

Update the GRAPH

GRAPH Close Stroke

WAVEFORM(Data from Device)

AXIS

Close Stroke

ARRAY(s)


FILE/LIST

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 83

( )(Device Data) (Persistent Data)

6.7.10

New EDDL Capabilities – Best Fit Example

“

Blue line is a reference retrieved

“Best Fit” line can be drawn using new features in DD Methods.

Valve Signature

via FILE and ARRAYBest Fit

GRAPH

WAVEFORM(Data from Device)

AXIS

ARRAY(s)MENUS & METHODS(E h d GUI)

FILE(P i t t D t )

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 84

( )(Device Data)(Enhanced GUI) (Persistent Data)

6.7.10

Beispiel Simatic PDM V6.0Beispiel Simatic PDM V6.0

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 856.7.10

Vorschlag zur Integration FDT/EDDL ( ü h )(ITM, München)

•Ziel: Integration FDT/EDDL auf Basis von OPC UAauf Basis von OPC UA•Ansatz: Trennung zwischen DIM und DOM

•DOM: Device Operation Model•DIM: Device Information Model

6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 86

FDT UA (2/2)FDT UA (2/2)

• Device Information ModelD t M d l – Data Model:

• Veröffentlichte Daten für Engineering-Zwecke• Incl. Metainformation, wie Einheit, Wertebereich oder Grenzen.

– State Model: State Model: • Abbildung der Abhängigkeiten zwischen den Elementen des Data

Model und des Gerätezustands

• Device Operation Model– Advanced User Functions:

• höherwertige Benutzerunterstützungfunktionen, wie automatische Berechnung von Linearisierungstabellen aus 3D-Tankgeometrien

Graphical User Interface (GUI) – Graphical User Interface (GUI) • Schnittstelle zum Benutzer.

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 876.7.10

PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 886.7.10

Documents

Dienste der PLT - TU · PDF fileFak. Elektrotechnik & Informationstechnik Institut für Automatisierungstechnik Professur für Prozessleittechnik Dienste der PLT VL PLT1 Professur