控制和/或分析工业过程的系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于控制和/或分析工业过程的系统和方法，并且尤其涉及一种用于对过程数据的从设备侧的自动化和计算单元到设备外部的计算单元的数据传输进行优先化的系统和方法。该系统具有设备侧的至少一个自动化或者计算单元(2，5，6，7)，其执行第一过程参数计算并且对过程(1)产生影响。此外，该系统具有设备外部的计算单元(9)，其执行多个第二过程参数计算并且其通过数据连接(15)从至少一个自动化或者计算单元(2，5，6，7)获得本地数据，并且该系统还具有至少一个数据收集单元(10)。该数据收集单元(10)对经由在至少一个自动化或者计算单元和设备外部的计算单元之间的数据连接的数据传输进行优先化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于控制和/或分析工业过程的系统和方法并且尤其涉及一种用于对过程数据的从设备侧的自动化和计算单元向设备外部的计算单元的数据传输进行优先化的系统和方法。
技术介绍
执行过程控制的多种设备通常实现简单的自动化和调节技术上的任务。这些任务通常由自动化单元执行，其安装在自动化过程现场并进而安装在自动化过程附近。这样的任务常常也由多个多数情况下也空间上分开的、小的自动化单元构成，这然后导致，各个过程任务也分散地运行。这些小的自动化单元由于其受限制的计算功率不能反映复杂的调节结构或者调节和/或模拟策略，如其能在更高级别的自动化设备中实现的那样。可能需要巨大的计算能力的这种更复杂的调节策略例如可以是所谓的模型预测控制(ModelPredictiveControl，MPC)，如其有利地在方法技术过程中所应用的一样。通常也期望建立复杂的调节，其以大量的历史数据为基础建立并且其例如在所谓的支持向量机(SVM)中使用，从而能够以其为基础执行过程的优化。因此，这样的计算耗费的方法技术过程或者数据分析模型常常在设备的上级控制和监控系统中被自动化。我们当前所处的趋势在于，在外部的计算单元中进行中央数据分析(所谓的云基础分析)。利用该外部的计算单元能够云基础地通过以下方式执行用于工业设备的过程控制，即收集设备的过程数据，以便随后将其提供给外部的计算单元以进行分析。该分析结果发送回设备以用于改善过程控制和用于过程优化。基于其大量的分析方法和多数自学习的技术，云基础的分析能够实现对过程控制的显著改善。但是，云基础的措施常常不是实时的，因为来自工业过程的传感器或者作动器的大量数据或者装置的内部形成的数据必须被传输到外部的计算单元中，从而在那里对其进行分析。之后，分析结果被发送回去以用于后续的动作，从而在设备中成为过程有效的(prozesswirksam)，这总体上意味着不可接受的时间损失。特别是当因为调节速度的原因而需要相对快速的扫描率时，闭合的调节循环尤其随着云基础的方法因为不安全的、但至少有一些确定性的通信的原因而是有问题的。这样的时间损失的重要源头在于：a)数据获取，数据预处理和数据压缩，b)数据到云中的传输，以及c)分析和结果计算本身。为了减缓在云基础的系统中的等待时间的问题，尝试通过适当的更快速的硬件实现数据收集。此外提出，对数据进行预处理，从而仅仅将降低的数据量传输到云基础的系统中。另外的措施通过以下方式涉及数据的传输，即尝试提供具有相应带宽的快速的传输通道。在分析的自身范畴中，云基础的系统配设有高端计算器，在其上随后应运行高效的算法。在此指出，高带宽和少的等待时间经常是不足的。这尤其涉及关键性的工业过程和有多个待传输的数据的情况。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，给出一种替代的装置和替代的方法，其确定性地实时地对在工业领域中的云基础的过程控制和/或分析进行支持并且系统性地降低等待时间。本专利技术的目的通过一种用于控制和/或分析工业过程的系统和方法实现。由此，用于控制工业过程的系统具有设备侧的至少一个自动化或者计算单元。工业设备能够是在工业领域中具有生产过程或者制造过程的任何设备。设备侧的意思是，自动化或者计算单元是原始自动化系统的组成部分并且通常布置在过程附近。自动化单元执行多个第一过程参数计算。对此，自动化单元借助于传感器和执行机构介入到过程中。过程输入变量是传感器和执行机构，其为了过程的控制由自动化单元的输入模块来通常循环地读取和缓存，并且因此通过自动化部件的处理器供另外的软件技术上的处理使用。自动化单元之中的具体的软件技术上的处理根据过程控制算法来实现。该处理的输出参数、即设备侧的自动化单元的过程控制算法的结果，通常经由自动化单元的输出模块同样循环地成为过程有效的。但是，设备侧的计算单元也可以是MES(制造执行系统)或者ERP系统(企业资源计划)。这样的MES系统或者ERP系统具有另外的功能范围，其中其功能同样基于不同的过程数据和过程参数计算。在该系统中存在的、应该承受另外的处理的中间数据也落入到在此使用的第一过程参数计算的定义中。在自动化单元的过程参数计算通常直接对工业过程产生作用期间(例如通过用于调节器的阈值预设)期间，MES或者ERP系统的过程参数计算间接地通过以下方式对工业过程产生作用，即MES表现为负责用于规定生产过程的期限、例如通过借助收集订单来确定生产计划，或者MES执行对源的检验和管理，从而准备进行生产或者执行具有必要的实际材料源的生产预定和/或将生产过程的进展告知另外的系统。或者对过程的作用间接地通过过程数据、运行装置对象的状态分析、材料消耗信息或者历史的或者当前的生产数据的交换来实现。该系统进一步具有至少一个设备外部的计算单元，其执行第二过程参数计算并且为此经由数据连接从设备侧的自动化或者计算单元获得本地数据。数据连接通过已知的通信机构和标准化的接口实现。属于通信机构的例如有通信标准OPC(OPCDA，OPCUA)或者TCP/IP(Profinet)，这允许将独立的计算单元联接到分布的系统上。属于标准接口的有RPC，OLEDDB或者SQL。当计算单元在空间上和/或功能上位于原始的自动化系统的外部时，计算单元应被视为设备外部的。这样的设备外部的计算单元可以例如作为外部的服务提供商并且也成为云计算单元。设备外部的计算单元与设备侧的自动化或者计算单元的第一过程参数计算并行地或者附加于该第一过程参数计算地执行第二过程参数计算。通常，该第二过程参数计算是明显更复杂的并且需要与在本地的自动化或者计算单元内部的计算功率相比明显更高的计算功率。该更复杂的第二过程参数计算在此通常也以更大量的数据为基础。一旦这些数据能够由过程自身提供(例如通过附加的和至今没有使用的传感器或者作动器)，那么其同样经由设备侧的自动化单元读取和提供。这样的数据但是也可以包括历史数据或者中间数据，例如其甚至存在于设备侧的自动化或者计算单元内部。在设备外部的计算单元中执行的计算比在设备侧的自动化单元中执行的计算更加复杂和计算耗费。因此，外部的计算单元承担了扩展的调节技术上的功能，如其例如由MPC调节器所已知的那样。此外，条件监控系统(ConditionMonitoringSystem)，模拟系统或者历史系统也都可以在该计算单元内部执行附加的评估并且为此目的也对通过该调节系统处理的信号进行回访问。因为数据的、尤其是历史数据的更大数量，过程控制算法例如可以包括以所谓的支持向量机(SVM)为基础的模型预测控制(MPC)算法。该系统还具有设备侧的至少一个数据收集单元，其中，该数据收集单元对经由在至少一个自动化或者计算单元和设备外部的计算单元之间的数据连接的数据传输进行优先化。数据收集单元基于这样的认识，即取决于设备外部的计算单元的任务，本地数据不必同等优先地传输给设备外部的计算单元。一方面，在设备外部的计算单元中的不同的待解决的分析或者过程引导任务已经能够对来自设备侧的自动化或者计算单元的数据供应产生不同的要求并且然后被并行地处理，另一方面确定的任务应该能够随时地并且实时地、但是尤其是确定性地重复执行，而另外的任务能够次要地执行。在本专利技术的改进方案中，数据收集单元具有用于中间存储本地数据的数据缓存器。该数据缓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制和/或分析工业过程(1)的系统(100)，具有：设备侧的至少一个自动化或者计算单元(2，5，6，7)，所述至少一个自动化或者计算单元执行第一过程参数计算并且对所述过程(1)产生影响；设备外部的计算单元(9)，所述设备外部的计算单元执行多个第二过程参数计算并且通过数据连接(15)从所述至少一个自动化或者计算单元(2，5，6，7)获得本地数据，其特征在于，所述系统还具有设备侧的至少一个数据收集单元(10)，其中，所述数据收集单元(10)对经由在所述至少一个自动化或者计算单元(2，5，6，7)和所述设备外部的计算单元(9)之间的所述数据连接(15)的数据传输进行优先化。

【技术特征摘要】
2015.07.30 EP 15179086.21.一种用于控制和/或分析工业过程(1)的系统(100)，具有：设备侧的至少一个自动化或者计算单元(2，5，6，7)，所述至少一个自动化或者计算单元执行第一过程参数计算并且对所述过程(1)产生影响；设备外部的计算单元(9)，所述设备外部的计算单元执行多个第二过程参数计算并且通过数据连接(15)从所述至少一个自动化或者计算单元(2，5，6，7)获得本地数据，其特征在于，所述系统还具有设备侧的至少一个数据收集单元(10)，其中，所述数据收集单元(10)对经由在所述至少一个自动化或者计算单元(2，5，6，7)和所述设备外部的计算单元(9)之间的所述数据连接(15)的数据传输进行优先化。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据收集单元(10)具有用于中间存储所述本地数据的数据缓存器(24)。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述数据收集单元(10)具有用于对所述本地数据进行预处理的模块。4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述数据收集单元(10)具有优先权调度器(25)和优先权存储器(26)，其中所述优先权调度器根据对所述本地数据的传输时间的要求将所述本地数据分配给不同的所述优先权存储器。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在所述优先权存储器中的具有较低优先权的数据不被传输。6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述优先权调度器动态地生成优先权存储器。7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据收集单元具有用于通向所述设备外部的计算单元的通信连接的传输速度的监控模块(28)。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述监控模块鉴于能使用的传输速度来更新所述优先权调度器。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述优先权调度器基于所述能使用的传输速度实施将所述本地数据分配给所述优先权存储器。10.根据前述权利要求中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿米特·维尔马，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE