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Fak. Elektrotechnik & Informationstechnik ◦ Institut für Automatisierungstechnik ◦ Professur für Prozessleittechnik
Dienste der PLTDienste der PLT
VL PLT1Professur für Prozessleittechnik
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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
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Aufgaben im klassischen Ebenenmodell
•BetriebP d kti• Produktion
•Prozessleitebene•FeldebeneFeldebene
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A t ti i idAutomatisierungspyramide
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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
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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– …
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Meldungen und AlarmeMeldungen und Alarme
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PLT ÜberwachungseinrichtungenPLT Überwachungseinrichtungen
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Operator vs. Emergency Shutdown SystemOperator vs. Emergency Shutdown System
ZielN
Störung
Norm
Operator
EEMUA 191ESDAbschaltung
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Operator-PLS-InteraktionOperator PLS Interaktion
NA 102
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NA 102
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Generische Architektur eines M ld tMeldesystems
PR
OPE
Generieren Speichern Selektieren Visualisieren
ROZE
ERAT
SS
TOR
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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
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Überwachen von ProzessgrößenÜberwachen von Prozessgrößen
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Lebenszyklus einer MeldungLebenszyklus einer Meldung
• Zustandsübergänge erzeugen Kam-Meldung, Ging-M ld b Q itti M ldMeldung bzw. Quittierungs-Meldung
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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
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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
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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
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Grenzwerte analoger GrößenGrenzwerte analoger Größen
Absoluter Grenzwert
Gleitender Grenzwert• Instationärer Betrieb• Instationärer Betrieb• Toleranzband (Stützpunkte, Approximation)
Änderungsgeschwindigkeit• Ggf. Bereichsabhängig
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Bereichsbänder analoger GrößenBereichsbänder analoger Größen
• Gutbereich
• Meist drei Fehlbereiche
• Außerbetrieb-nahmebänder
• Messbereich
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Nach VDI 3699-5
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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
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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
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AlarmflutAlarmflut
• Computergestützte ÜberwachungssystemeÜberwachungssysteme
• Hohe Alarmrate• Ignorierte Alarmeg• Anlagenfahrer
überfordert
→ Zielgerichtetes Unterstützen nötigg
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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
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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
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Nach Kurz, 2008
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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.
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Fak. Elektrotechnik & Informationstechnik ◦ Institut für Automatisierungstechnik ◦ Professur für Prozessleittechnik
Melde- und DatenarchiveMelde und Datenarchive
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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
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AnforderungenAnforderungen
Anforderungen an das Archivieren von Prozessdaten• Vollständig• Einheitlich• Strukturiert• Strukturiert
Mit dem Ziel• Vergleichbarkeit• Strukturiertes Betrachten nach vorgegebenen
M k lMerkmalen
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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
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MotivationMotivation
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
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MotivationMotivation
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
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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
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MethodenMethoden
Auslöser der Archivierung von Daten• Zeitgesteuert• Ereignisgesteuert
Informationsinhalt• Prozessdaten• Berechnungen (abgeleitete Kriterien)
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DatenkompressionDatenkompression
Motiviation• Unterschiedliche Relevanz der Daten• Reduzieren des Speicherplatzes → Kosten• Handhabung großer Datenraten• Handhabung großer Datenraten
Kompri-mierungs-
grad
SpeicherplatzDatenübertragung Datenverlust
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DatenkompressionDatenkompression
Auswirkungen auf Daten• Datenverlust• Veränderte statistische Eigenschaften
(Mittelwert und Varianz)(Mittelwert und Varianz)→ Mittelwerte aus originalen Daten gewinnen
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DatenkompressionDatenkompression
Anwendungsbeispiele• Langzeitspeicher in Pharmaindustrie• Fernsteuerung von Ölplattformen mit
Satellitenverbindung vom FestlandSatellitenverbindung vom Festland
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DatenkompressionDatenkompression
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
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DatenkompressionDatenkompression
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
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DatenkompressionDatenkompression
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
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DatenkompressionDatenkompression
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
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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
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DatenkompressionDatenkompression
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
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DatenkompressionDatenkompression
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
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DatenkompressionDatenkompression
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
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DatenkompressionDatenkompression
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
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DatenkompressionDatenkompression
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
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DatenkompressionDatenkompression
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
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DatenkompressionDatenkompression
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
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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
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DatenkompressionDatenkompression
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
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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
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DatenkompressionDatenkompression
Kompressionsfaktor• Verhältnis original zu komprimierte Datenrate
Originale DatenrateOriginale DatenrateKomprimierte Datenrate
• Kompressionsfaktor Eins → Keine Kompression
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 52
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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
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DekompressionDekompression
• Interpolation der Daten– Verlust der Genauigkeit
• Gewinnen des historischen Verlaufs von Prozessgrößen
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 54
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DekompressionDekompression
• Zeitverlauf (li), Spektrum (re), Kompressionsfaktor 10
6.7.10 PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 55Quelle: Thornhill (2003)
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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
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Fak. Elektrotechnik & Informationstechnik ◦ Institut für Automatisierungstechnik ◦ Professur für Prozessleittechnik
Geräteintegration und I b t i b hInbetriebnahme
VL Prozessrechen- und –leittechnikProfessur für ProzessleittechnikTechnische Universität Dresden
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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
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Informationsbedarfe zu Feldbusgeräten in hi d Phverschiedenen Phasen
PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 59
(FDT Group 2006)
6.7.10
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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KlassenmodellKlassenmodell
• CommDTMKommunikationskanäle–Kommunikationskanäle
–Gateways
•DeviceDTM–Feldgeräteabstraktion
PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 676.7.10
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FDT InterfacesFDT Interfaces
PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 686.7.10
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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
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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
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Kommunikation in komplexen B t ktBusstrukturen
PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 716.7.10
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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
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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
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FDT = Windows = Chaos ?!FDT Windows Chaos ?!
• FDT Style Guide
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FDT = Windows = Chaos ?!FDT Windows Chaos ?!
•Zertifizierungsprozess und Werkzeug•Unabhängige Prüflabors•Gültigkeit Zertifikat: 3 Jahre
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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
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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
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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.
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Enhanced User Interface – Temperature Example
G BDevice DD File Group BoxesDialogs
PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 79Parameter Organization Window
6.7.10
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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
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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
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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)
MENUS & METHODS(Enhanced UI)
FILE(P i t t D t )
PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 82
(Device Data) (Persistent Data)
6.7.10
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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)
MENUS & METHODS(Enhanced UI)
FILE/LIST
PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 83
( )(Device Data) (Persistent Data)
6.7.10
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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
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Beispiel Simatic PDM V6.0Beispiel Simatic PDM V6.0
PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 856.7.10
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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
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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
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PLT1 (c) 2006-2010, UR Folie 886.7.10