CN106468910A - 用于控制、监控和调节的系统和运行这种系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制、监控和调节在工业设施中的过程的系统以及运行这种系统的方法，其中设有闭合反馈回路，包括：能自动化配置的中央数据检测装置用于检测在客户端由工业设施产生的在现场的运行参数，从现场至中央数据评估单元的通信连接用于传递数据；在中央数据评估单元中至少一个集中的数据收集单元和/或至少一个统计上的数据评估模块；在中央数据评估单元中的至少一个发生模块，用于产生尤其用于设施优化/过程拓展和/或优化必要维护工作的结果；在中央数据评估单元中的至少一个设定模块，用于通过基于结果对运行参数的自动化匹配来设定新的目标参数；从中央数据评估装置返回到现场的第二通信连接，用于发送和工业设施的设定。

Description

用于控制、监控和调节的系统和运行这种系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制、监控和调节在工业设施中的过程的系统，包括根据本发明的闭合的反馈回路。此外，本发明还涉及一种运行这种系统的方法。

背景技术

对于用于产生或者加工物品或者能量的工业设施来说历来都产生对管理系统的要求，该管理系统实现了对在设施中执行的过程的优化的并且在此尤其是成本低廉的引导。通过常规的调节技术的装置至今为止都不理想地实现该要求。尤其是在带来大量的调节技术问题的生产过程中，然而总是导致必要的调节技术成本的巨大上升，但没有令人满意的能实现的结果。

在顾客方面的设施中整日生产性运行的设备常常被非常不优化地设定。因此，几乎不能实现对可用性、生产率和资源效率的优化。可用性可以被提升，通过避免因为例如材料磨损造成的停机时间来实现。这例如可以由此实现，即设备仅仅在已知的理想条件中运行(例如每日的运行小时数、最大转数、理想的温度)。

通过在时间上对必要的维护工作、例如磨损部件的更换进行计划，能提升生产率，在该时间中机器或者设施无论如何都要停机。这基本上在运行结束、在周末和在夜间进行。在此基本上知道的是，什么时候必须要对机器进行维护，基于实际的运行小时数和运行类型。根据固定的维护间隔的经典维护常常典型地在技术上必要地进行。因此生产商处于安全的一方。

通过优化工作流程，使用较少的材料，使用较少的能量，能提升资源效率。后者可以例如这样地实现，即将关于能量成本的详细认识，机器的运行时间和机器每天预计的运行时间进行组合，从而将能量消耗分配到每天并避免昂贵的负载峰值。

来自现场的机器历史数据和当前(测量)数据可以统计上给出在上述场景中的发展和将来的结果的重大相关的指示，例如机器的、牵拉轴等等的轴承变热的数据可以在已知负载的情况下指明将来的故障或者帮助优化维护间隔。在顾客方面，也即是在事件的地点越早或者越近地存在作为信息的这种指示，那么就能够越好地提前动作地，也就是在故障或者损害情况之前进行处理。为此，允许来自另外的设施的广泛的数据库与类似的配置，用于优化的反馈相关联，验证机器配置的具体变化方面的已知的认识，其被动地影响上述的质量。

这样的机制在当今以手动的或者部分自动的优化过程运行。然而不存在设施的、也就是机器基于关于多个设备的自动数据分析的全自动参数化。

至今为止，如果从整体上看，存在的设施都以手动的方法进行优化。为此例如可以马上给出分析，由该分析产生建议信息。措施被采纳和实施。该过程是费时的，多数情况下基于经验性的知识并且在最好的情况下也仅仅部分地考虑到另外的设备的分析。在此，现有技术是手动地检测设施运行时、故障时间、材料消耗和能量消耗的统计结果。该分析尽管基于统计数据，然而也总是手动的。

发明内容

因此，本发明的第一个目的是提供一种用于设施的全自动参数化的系统。第二个目的在于用于运行这种系统的方法。

相关于装置的目的通过用于控制、监控和调节工业设施中的过程的系统实现，其中设置有闭合的反馈回路，包括：

-能自动化配置的中央数据检测装置，用于检测在客户端由工业设施产生的在现场的运行参数，

-从现场至中央数据评估单元的第一通信连接，用于传递数据；

-在中央数据评估单元中至少一个集中的数据收集单元，尤其是大数据收集单元和/或至少一个统计上的数据评估模块；

-在中央数据评估单元中的至少一个发生模块，用于产生尤其用于设施优化/过程拓展和/或优化必要维护工作的结果；

-在中央数据评估单元中的至少一个设定模块，用于通过基于结果对运行参数的自动化匹配来设定新的目标参数；

-从中央数据评估装置返回到现场的第二通信连接，用于发送目标参数并通过目标参数设定工业设施。

相关于方法的目的通过一种运行用于控制、监控和调节工业设施中的过程的系统的方法实现，该系统具有闭合的反馈回路，该方法具有以下步骤：

-通过在客户端由工业设施产生的在现场的运行参数的能自动化配置的中央数据检测装置检测数据，

-通过用于传递数据的第一通信连接从现场连接至中央数据评估单元；

-在中央数据评估单元中通过至少一个集中的数据收集单元、尤其是大数据收集单元和/或至少一个统计上的数据评估模块收集和评估数据；

-通过在中央数据评估单元中的至少一个发生工具产生尤其用于设施优化/过程拓展和/或优化必要维护工作的结果；

-通过中央数据评估单元中的至少一个设定模块，通过基于结果对运行参数的自动化匹配来设定新的目标参数；

-通过从中央数据评估装置返回到现场的第二通信连接发送目标参数，并且根据目标参数设定工业设施。

在此，现场意味着实时的现场。也就是说，中央单元在此处于设施运行商的运行场地(前置的)上。然而，该中央单元也可以安装在设施运行商的运行场地之外(例如以云为基础的系统)。

已知的是，总是有多个设备能够通过其传感器系统提供数据，这些数据然后被收集到大的数据库中并且能够通过算法自动地加以分析。在该领域中存在广泛的大数据分析平台的市场。但是所有的这样平台和产品仅仅基本上将分析结果以消息的形式部分交互地展示在PC上或者部分以文档的形式展示。由人做出决定，对分析结果进行处理并且直接带入到生产中的自动的过程还没有建立和存在。机器和设施的变化还总是手动地执行。

现在这通过本发明避免。根据本发明的系统和运行该系统的方法包含闭合的反馈回路。借此实现了由大数据分析获得的认知被用于对现场中的已经安装的设备和系统的优化，而不必马上更换设备或者必须进行长时间的手动过程。

各个设备/系统的优化自动地以尽可能少的手动干预并且基于对多个系统的广泛统计上的基础来实现。当第一和/或第二通信连接暂时不能用时马上实施完成的优化，因为其持续地在现场中实施。

通过根据本发明的系统和根据本发明的方法对这样的机器配置的自动化避免了在设施中的工程、精细调节、测试和运行的巨大成本。事情的核心是快速和没有错误地在将决定带入到现场，始终保持更新，并且避免用于进行该实施的费时的手动工作。自动化具有不同的商业上重要的效果。这一方面节省了用于改变的工程，较早地利用优化并且持续优化地保持资源使用和效率的可能性。另一方面，维护时间窗口和故障时间被优化并且避免了在后续调节时的人为错误。

需要注意的是，第二通信连接和第一通信连接可以设计成为单一连接，其在两个方向上起作用。

在从属权利要求中列举了另外的有利措施，其能够任意彼此组合，以实现另外的优点。

优选的是，数据检测装置包括数据预压缩装置。在此，数据检测装置、数据预压缩装置和数据过滤器能够通过数据收集代理装置实现。由此，数据的接下来的分析能够被分开。这因此可以至少部分地作为预处理在现场进行以及在接下来的数据评估单元中执行。

优选的是，第一通信连接在顾客方面、尤其是在顾客方面马上或者通过互联网来设置。这例如可以是远程服务平台或者通过GSM/UMTS/LTE移动无线连接实现。其他的技术也是可以的。

在优选的设计方案中，设定模块包括决定工具，通过决定工具能够产生关于自动地或者手动地产生维护工作的任务的第一决定或者关于自动地或者手动地产生被改变的目标参数的第二决定，并且其中决定工具的下游布置有维护工具和配置工具，其中第一决定能够被提供给维护工具并且第二决定能够被提供给配置工具。优选的是，为此设置有用于自动化地或者手动地产生被改变的目标参数的设施模型。在此，设施模型包括关于设施配置的知识。

这就是说，决定工具在读取结果之后产生用于目标设施的决定。由该分析的结果，为具体的设施，设施部分或者单一机器必须导出该决定。这基于这样的规则实现，该规则说明，决定工具可以自动地做出哪些决定并且哪些需要设施运行商的手动操作。该保护是必要的，从而也许能对大规模的干预进行控制。该决定同样允许关于设施配置的详细知识-在此也必须已经存在完全的设施模型，也称为机器模型。

基本上对两个决定类型进行区分：

用于产生维护工作任务的决定，其被提供给维护工具，以及用于产生和执行被改变的机器配置的第二决定，其被提供给配置工具。

优选的是，维护工具包括至少一个第一维护子工具，在维护子工具中能够产生维护任务，以及包括连接在第一维护子工具下游的第二维护子工具，在第二维护子工具中能够对维护任务进行规划和委托。为此，在第一维护工具中至另外的系统的接口是必要的，从而例如在商品经济系统中设定相应的职位，对订购和票进行管理等等。在第二维护工具中又使用了至另外的系统的接口，从而委托维护任务。为此，关于目标设施的运行时间的详细知识是必要的，从而以最小的故障时间实现优化的应用规划。

在一个优选的设计方案中，配置工具包括至少一个用于在工业设施中设置的设施机器的生成规则。此外，配置工具优选地包括至少一个第一配置子工具，通过该第一配置子工具能够在使用生成规则的情况下产生目标参数，也就是目标配置。此外，在优选的设计方案中，配置工具包括第二配置子工具，其中，第二配置子工具具有提前定义的确认规则，并且其中通过确认规则能够使目标参数，也就是目标配置有效。也即是说，基于已经存在的设施配置现在生成为每个目标设施特定的目标配置。该步骤在技术上是要求很高的，因为对于每个目标设施都必须可能是自动化的工程。这要求关于相应的生成规则的知识，例如精确的格式和配置的数据模型，匹配每个目标设施或者在目标设施中待控制的目标设备。为了对于货物或者人员避免不符的或者危险的机器配置组合，必须使生成的结果有效。该步骤要求详细的确认规则，其提前被确定。在该点，通过模型和模拟带来证明，即例如确保了设施安全性。在此，相应的设施运行商的标准和指南扮演着一个角色。

在另外的优选实施例中，配置工具具有配置连接，由此目标参数、也就是目标配置能够加载到相应的目标设施中。这例如也可以是第二通信连接。在接管了新的目标参数或者目标配置之后，目标设施或者目标设施的相应的设备以一种形式确认进程，即能够可靠的检验，计划过的变化被成功地实施并且在过程中未被改变。如果一切都正常，那么新的配置就返回到设施模型中。

优选的是，通过操作连接能够发送通过目标设施接管目标参数、也就是目标配置的确认。该确认例如可以通过智能手机发送给操作者、中央数据评估单元或者发送给上级的管理系统等等。

附图说明

本发明的其他特征，特性和优点由接下来参考附图的描述获得。图中示意性地示出：

图1：根据本发明的系统，

图2：根据本发明的决定工具。

具体实施方式

尽管本发明在细节上通过优选的实施例进一步说明和描述，然而本发明并不收到公开的实例限制。其变体方案可以由本领域技术人员推导出来，而不会脱离其通过权利要求限定的本发明的保护范围。

在所谓的大数据附件的情况中，在尽可能多的客户/位置中的和关于尽可能多的使用情况的数据被集合。在总数据库上，接下来寻找相互关系并且产生相应的决定和优化信息。来自该信息的认识进入到未来的产品中或者能够作为服务传递给特定的客户。在现有技术中安装在现场中的机器/设施在最佳的情况中手动地后续调节。

这现在通过本发明避免。图1示意性地示出了用于控制、监控和调节工业设施中的过程的系统。其包括根据本发明的反馈回路11。在此，该反馈回路11包括能自动化配置的中央数据检测装置/数据预压缩装置/数据过滤器1，用于检测在客户端由工业设施产生的在现场的运行参数。这可以通过分散的数据收集代理装置实现。数据的分析因此可以被分开并且因此也能够部分第作为预处理在现场中进行。

这些数据通过第一连接2，其由现场至中央数据评估单元3。在此，现场意味着，即中央单元处于设施运行商的运行场地(前置的)上。然而，该中央单元也可以安装在设施运行商的运行场地之外(例如以云为基础的系统)。在此，中央数据评估单元3包括至少一个集中的大数据收集单元4和数据的统计上的数据评估模块5。第一通信连接2可以通过GSM/UMTS/LTE移动通信连接和对此另外建立的技术实现。在集中的大数据收集单元4中和统计上的数据评估模块5中执行对预测的优化和扩展。在中央数据评估单元3中还设置有用于产生用于设施优化/过程拓展/和/或优化必要维护工作的结果7的发生模块6。在类似于一种用于产生用于设施优化或者用于必要维护工作的推荐的系统。此外，中央数据评估单元3包括至少一个设定模块8，用于通过基于之前的结果7自动地匹配运行参数设定新的目标参数9。这相应于基于之前的结果7对运行参数或者数据检测装置/数据预压缩装置/数据过滤器1的自动匹配。这在图2中进一步描述。此外存在从中央数据评估装置3返回到现场的第二通信连接10，以发送目标参数并通过目标参数9对工业设施设定。

因此，整个系统包含作为优化回路的闭合的反馈回路11。借此可能的是，使用由大数据分析中获得认识和结果7，以对已经在现场中安装的设备和系统进行优化，而不必更换现场的设备或者必须执行长时间的手动过程。各个设备/系统的优化自动地、以尽可能少的手动干预和基于认识和广泛的统计评估的结果7来实现。，当第一2和/或第二通信连接10暂时不能用时马上实施完成的优化，因为其持续地在现场中实施。

上述的反馈回路11可以作为纯软件组件实现。

重要的步骤，即设定模块8由新的目标参数9通过基于该结果7对运行参数的自动化匹配，通过该结果能够产生封闭的调节回路，在此应该在图2中进一步地描述。

在该过程链中的每个步骤是技术特征(组件)，其联系到问题的解决方案来展示：

由该分析的结果7必须为具体的设施、设施部分或者单一机器导出决定。为此，设定模块8必须现在做出用于目标设施的决定。

设定模块8首先读出结果7(图1)，19。设定模块8为此包括决定工具20。在决定工具20中或者做出关于自动地或者手动地产生维护工作的任务的第一决定22或者关于自动地或者手动地产生被改变的目标参数9(图1)的第二决定23。这基于这样的规则实现，该规则说明，决定工具可以自动地做出哪些决定并且哪些需要设施运行商的手动操作。该保护是必要的，从而也许能对大规模的干预进行控制。该决定22，23同样允许关于设施配置的状态的详细知识-在此也必须已经存在完全的设施模型21，也称为机器模型。该设施模型被提供给决定工具20。

基本上对两个决定类型进行区分：

-用于产生维护工作任务(例如更换磨损部件)，

-产生和执行被改变的目标参数9。

在决定工具20的下游连接有维护工具24和配置工具25，其中，为维护工具24提供第一决定22和为配置工具25提供第二决定23：

维护工具24在此包括第一维护子工具26，其现在被提供第一决定22。在第一维护子工具26中现在能够产生维护任务。在此，至另外的系统的一些接口是必要的，从而例如在商品经济系统中设定相应的职位，对订购和票进行管理等等。

在第一维护子工具26的下游连接有第二维护子工具27，在其中现在对产生的维护任务进行规划和委托。在此又使用了至另外的系统的接口，从而对该维护任务进行委托。为此，关于目标设施的运行时间的详细知识是必要的，从而以最小的故障时间实现理想的应用规划。同样手动执行的工作的接下来的执行28/实施然后通过人员实现(服务工程师)。在执行了工作之后实现了服务工程师的确认。也就是说，在执行28之后实现了实施的确认29在系统中的反馈。

如果通过决定工具20做出第二决定23，那么其被提供给第一配置子工具31。其包含至少一个用于在工业设施中设置的设施机器的生成规则30。这就是说，在第一配置工具31中通过目标参数9(图1)生成设施配置。基于已经存在的设施配置，现在为每个目标设施生成特定的目标参数9(图1)或者目标配置。该步骤在技术上是要求很高的，因为对于每个目标设施都必须可能是自动工程。这要求关于相应的生成规则的知识30，例如精确的格式和配置的数据模型，匹配目标设施也就是整个设施的组件。

该目标参数9(图1)或者目标配置被提供给第二配置工具32，其中，第二配置工具32具有提前定义的确认规则，并且其中通过该确认规则能够使目标数据9(图1)生效。因此在此使设定的目标配置生效。为了对于货物或者人员避免不符的或者危险的机器配置组合，必须使生成的结果生效。该步骤要求详细的确认规则，其之前被确定。在该点，通过模型和模拟带来证明，即例如确保了设施安全性。在此，相应的设施运行商的标准和指南扮演着一个角色。

现在，该目标配置必须被加载到目标设施上。为此，以网络基础设施为先决条件，即实现了关于与目标设施的可靠的和受保护的通讯的配置连接33。但是在此提出的系统必须能够适应机器特定的协议和数据交换格式。

接下来，通过目标设施或者目标设施的设备实现了确认34，该目标设施或者其设备现在具有新的目标参数9(图1)。通过确认连接，目标数据9(图1)的接管的确认34通过目标设施发送。也就是说，在新的配置被接管后，目标设施这样地确认，即能够可靠的检验，计划过的变化被成功地实施并且在过程中未被改变。如果一切都正常，那么新的配置就返回到设施模型中。借此，设施处于新的状态。

通过本发明实现了，即使用由大数据分析中获得认识和结果，以对已经在现场中安装的设备和系统进行优化，而不必更换现场的设备或者必须执行长时间的手动过程。

Claims (18)

1.一种用于控制、监控和调节在工业设施中的过程的系统，

其特征在于，设置有闭合的反馈回路，包括：

能自动化配置的中央数据检测装置(1)，用于检测在客户端由所述工业设施产生的在现场的运行参数，

从现场至中央数据评估单元(3)的第一通信连接(2)，用于传递数据；

在所述中央数据评估单元(3)中至少一个集中的数据收集单元，尤其是大数据收集单元(4)和/或至少一个统计上的数据评估模块(5)；

在所述中央数据评估单元(3)中的至少一个发生模块(6)，用于产生尤其用于设施优化/过程拓展和/或优化必要维护工作的结果(7)；

在所述中央数据评估单元(3)中的至少一个设定模块(8)，用于通过基于所述结果(7)对所述运行参数的自动化匹配来设定新的目标参数(9)；

从所述中央数据评估装置(3)返回到现场的第二通信连接(10)，用于发送所述目标参数并通过所述目标参数(9)设定所述工业设施。

2.根据权利要求1所述的用于控制、监控和调节过程的系统，其特征在于，所述数据检测装置(1)包括数据预压缩装置。

3.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制、监控和调节过程的系统，其特征在于，所述数据检测装置(1)包括数据过滤器。

4.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制、监控和调节过程的系统，其特征在于，所述第一通信连接(2)在顾客方面，尤其是在顾客方面马上或者通过互联网来设置。

5.根据前述权利要求中任一项所述的用于控制、监控和调节过程的系统，其特征在于，所述设定模块(8)包括决定工具(20)，通过所述决定工具能够产生关于自动地或者手动地产生维护工作的任务的第一决定(22)或者关于自动地或者手动地产生被改变的目标参数(9)的第二决定(23)，并且其中所述决定工具(20)的下游布置有维护工具(24)和配置工具(25)，其中所述第一决定(22)能够被提供给所述维护工具(24)并且所述第二决定(23)能够被提供给所述配置工具(25)。

6.根据权利要求5所述的用于控制、监控和调节过程的系统，其特征在于，设置有用于自动化地或者手动地产生被改变的所述目标参数(9)的设施模型(21)。

7.根据权利要求5或6所述的用于控制、监控和调节过程的系统，其特征在于，所述维护工具(24)包括：至少一个第一维护子工具(26)，在所述第一维护子工具中能够产生维护任务；以及连接在所述第一维护子工具(26)下游的第二维护子工具(26)，在所述第二维护子工具中能够对所述维护任务进行规划和委托。

8.根据权利要求5、6或7所述的用于控制、监控和调节过程的系统，其特征在于，所述配置工具(25)包括至少一个用于在所述工业设施中设置的设施机器的生成规则(30)。

9.根据权利要求8所述的用于控制、监控和调节过程的系统，其特征在于，所述配置工具(25)包括至少一个第一配置子工具(31)，通过所述第一配置子工具能够在使用所述生成规则(30)的情况下产生所述目标参数(9)。

10.根据权利要求9所述的用于控制、监控和调节过程的系统，其特征在于，所述配置工具(25)包括第二配置子工具(32)，其中，所述第二配置子工具(32)具有提前定义的确认规则，并且其中通过所述确认规则能够使所述目标参数(9)生效。

11.根据权利要求10所述的用于控制、监控和调节过程的系统，其特征在于，所述配置工具(25)具有配置连接(33)，由此所述目标参数(9)能够加载到相应的目标设施中。

12.根据权利要求11所述的用于控制、监控和调节过程的系统，其特征在于，通过操作连接能够发送通过所述目标设施接管所述目标参数(9)的确认(34)。

13.一种运行用于控制、监控和调节在工业设施中的过程的系统的方法，其特征在于闭合的反馈回路(11)，所述方法包括以下步骤：

通过在客户端由所述工业设施产生的在现场的运行参数的能自动化配置的中央数据检测装置(3)检测数据，

通过用于传递数据的第一通信连接(2)从所述现场连接至中央数据评估单元(3)；

在所述中央数据评估单元(3)中通过至少一个集中的数据收集单元、尤其是大数据收集单元(4)和/或至少一个统计上的数据评估模块(5)收集和评估数据；

通过在所述中央数据评估单元(3)中的至少一个发生工具(7)产生尤其用于设施优化/过程拓展和/或优化必要维护工作的结果(7)；

通过所述中央数据评估单元(3)中的至少一个设定模块(8)，通过基于所述结果(7)对所述运行参数的自动化匹配来设定新的目标参数(9)；

通过从所述中央数据评估装置(3)返回到现场的第二通信连接(10)发送所述目标参数(9)，并且根据所述目标参数(9)设定所述工业设施。

14.根据权利要求13所述的运行用于控制、监控和调节过程的系统的方法，其特征在于，所述设定模块(8)包括决定工具(20)，通过所述决定工具产生关于自动地或者手动地产生维护工作的任务的第一决定(22)或者关于自动地或者手动地产生被改变的目标参数(9)的第二决定(23)，并且其中所述决定工具(20)的下游布置有维护工具(24)和配置工具(25)，其中将所述第一决定(22)提供给所述维护工具(24)并且将所述第二决定(23)提供给所述配置工具(25)。

15.根据权利要求14所述的运行用于控制、监控和调节过程的系统的方法，其特征在于，所述维护工具(24)包括至少一个第一维护子工具(26)以及连接在所述第一维护子工具(26)下游的第二维护子工具(26)，在所述第二维护子工具中对所述维护任务进行规划和委托。

16.根据权利要求14或15所述的运行用于控制、监控和调节过程的系统的方法，其特征在于，所述配置工具(25)包括至少一个第一配置子工具(31)，通过所述第一配置子工具在使用生成规则(30)的情况下产生所述目标参数(9)。

17.根据权利要求16所述的运行用于控制、监控和调节过程的系统的方法，其特征在于，所述配置工具(25)包括第二配置子工具(32)，其中，所述第二配置子工具(32)具有提前定义的确认规则，并且其中通过所述确认规则使所述目标参数(9)生效。

18.根据权利要求17所述的运行用于控制、监控和调节过程的系统的方法，其特征在于，所述配置工具(25)具有配置连接(33)，由此将所述目标参数(9)加载到相应的目标设施中，并且其中接下来通过操作连接发送通过所述目标设施接管所述目标参数(9)的确认(34)。