用于監(jiān)測和/或診斷工業(yè)工廠生產線操作的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于監(jiān)測和/或診斷工業(yè)工廠生產線操作的系統(tǒng)和方法，其中生產線的操作由自動化系統(tǒng)控制并且其中生產線的至少第一和第二操作狀態(tài)取決于到生產線的至少一個控制輸入信號。
【背景技術】
[0002]文獻EP 2 293 164 Al公開用于監(jiān)測分布式主系統(tǒng)(例如電力系統(tǒng)、供水或氣系統(tǒng)或遠程通信系統(tǒng))的過程控制和監(jiān)測系統(tǒng)。該過程控制和監(jiān)測系統(tǒng)設置在分布式計算資源(叫作云資源)中。過程控制和監(jiān)測系統(tǒng)經由網絡連接接收主系統(tǒng)的傳感器信號并且也經由網絡連接將它提供給用戶。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目標是改進生產系統(tǒng)的監(jiān)管和維護，該生產系統(tǒng)包括生產線和控制該生產線的自動化系統(tǒng)。
[0004]該目標由獨立權利要求的特征解決。有利實施例是從屬權利要求的對象。
[0005]根據本發(fā)明的方面，用于監(jiān)測和/或診斷工業(yè)工廠的生產線的操作的系統(tǒng)包括安裝在工業(yè)工廠外部的遠程數據處理服務器，其經由第一數據通信網絡連接到生產線和/或自動化系統(tǒng)并且其包含到在遠程數據處理服務器中實現的監(jiān)測和/或診斷模塊或到第一或第二數據通信網絡(214)的輸出接口，其中該遠程數據處理服務器設置成
-通過第一數據通信網絡接收反映至少一個控制輸入信號的數字輸入信號，和反映第二操作狀態(tài)的數字輸出信號，
-通過將數字輸入和數字輸出信號輸入將生產線和自動化系統(tǒng)的時間相關操作行為模型化的數字觀察器模型并且通過處理該數字觀察器模型來確定至少第一和第二模型化狀態(tài)，至少第一和第二模型化狀態(tài)分別對應于至少第一和第二操作狀態(tài)，以及
-將至少第一和第二模型化狀態(tài)轉發(fā)到輸出接口。
[0006]根據本發(fā)明的另一個方面，用于監(jiān)測和/或診斷生產線操作的方法包括由遠程數據處理服務器執(zhí)行的方法步驟。
[0007]要監(jiān)測和/或診斷的生產線可示范性地包括機器人、操縱器、驅動器和/或泵(其例如通過傳送機和/或管道而互連)作為致動器。致動器是現實工廠的部分，其例如從罐接收原材料并且基于由自動化系統(tǒng)控制的生產線所實現的生產過程而將它們轉換成產品，其中生產過程基于預定條件例如由操作者限定。致動器由自動化系統(tǒng)提供有至少一個控制輸入信號，其促使致動器執(zhí)行影響生產線行為并且由此影響執(zhí)行生產過程的方式的合成控制動作。在下面，生產線和自動化系統(tǒng)的組合也叫作生產系統(tǒng)。
[0008]反映或包含關于至少一個控制輸入信號的信息的數字輸入信號優(yōu)選地具有這樣的值，其對應于相關控制輸入信號的幅度。數字輸入信號可在當前將至少一個控制輸入信號應用于生產線時反映它，其優(yōu)選地用于在線監(jiān)測和診斷。為了在線監(jiān)測和診斷，歷史控制輸入信號可發(fā)送到遠程數據處理服務器。
[0009]提供的系統(tǒng)和方法基于使工業(yè)工廠中需要的用于提供需要的監(jiān)測和/或診斷信號和信息的技術設備的數量減少的想法。
[0010]這通過提供數字觀察器模型來實現，該數字觀察器模型使生產線和自動化系統(tǒng)的時間相關行為模型化(即，它由生產線模型和自動化系統(tǒng)模型組成)，并且可以在已知控制輸入信號和現實操作狀態(tài)中的至少一個時用于計算生產線模型和自動化系統(tǒng)模型的操作狀態(tài)。與當前安裝的基于工廠的監(jiān)測和診斷系統(tǒng)相比較，因為現在計算而不是測量許多操作狀態(tài)，需要的傳感器信號以及因此要安裝的傳感器單元的數量大大減少。此外，通過用數字觀察器模型生成內部操作狀態(tài)(其無法通過測量獲得)來確定它們，這現在可變得可能。
[0011]另外，數字觀察器模型的處理在安裝在工業(yè)工廠外部的遠程數據處理服務器中實現。因此，在工業(yè)工廠中直接需要以用于監(jiān)測和/或診斷目的的數據處理容量的量也減少。
[0012]數字觀察器模型的確定模型化狀態(tài)在一個技術方案中被轉發(fā)到在遠程數據處理服務器中實現的監(jiān)測和/或診斷模塊。監(jiān)測和/或診斷模塊然后可處理模型化狀態(tài)，就好像它們是現實生產系統(tǒng)的測量一樣，并且然后可經由例如Web頁面將成果和結果展現給工業(yè)工廠的操作者。這意指工業(yè)工廠除一些傳感器信號外僅需要提供對遠程數據處理服務器上運行的一個軟件應用的訪問，用于使監(jiān)測和診斷結果可視化。對該軟件應用的訪問也容易從移動通信設備實現，使得不僅坐在控制室中的操作者而且在現場工作的服務人員也可以同時使用數字觀察器模型用于監(jiān)測和/或診斷目的。
[0013]在備選技術方案中，監(jiān)測和/或診斷功能性的部分在工業(yè)工廠側上實現。在該情況下，遠程數據處理服務器設置成在將用于監(jiān)測和/或診斷目的的至少第一和第二模型化狀態(tài)轉發(fā)到輸出接口之前預先處理它們。
[0014]提供的系統(tǒng)和方法可另外用于促進生產線的高效控制。因此，數字觀察器模型可為了模擬生產線或其部分的幾何、運動和/或行為條件而充當現實工廠對象中的示范性生產系統(tǒng)或控制部件或設備。數字觀察器模型可包括生產線的設備、過程和信號的模型、在自動化系統(tǒng)中執(zhí)行的控制功能的副本或簡化模型并且還包括生產線與自動化系統(tǒng)之間的交互的模型。數字觀察器模型從而代表現實工廠的時間相關行為的仿效。
[0015]然而，現實工廠的模擬(S卩，數字觀察器模型的處理)需要適合的模擬器、仿真器和刺激器，其計算數字觀察器模型的內部時間相關狀態(tài)，而沒有存在的現實工廠的對應現實部件的測量。模擬因此不僅可以用于僅僅基于控制輸入信號和一些傳感器信號確定生產系統(tǒng)的當前操作狀態(tài)，而且還預測現實工廠的未來時間相關行為。另外，數字觀察器模型可用于基于數字觀察器模型的結果來優(yōu)化生產過程，來驗證生產線的元件或自動化系統(tǒng)的控制功能的功能性或性能、訓練工業(yè)工廠的操作者、調度生產線的生產等。根據需要的模型化狀態(tài)的質量和精度，數字觀察器模型可在不同的抽象級模型化。與提供的系統(tǒng)和方法一致，認識到生產系統(tǒng)的行為通過計算作為離散時間相關信號的模型化狀態(tài)來預測，由此假設生產系統(tǒng)的操作狀態(tài)的現實時間相關行為和模型化狀態(tài)的時間相關行為是相同的。
[0016]因為這通常在生產過程的整個運行時間期間無法被確保，建議數字輸入信號和數字輸出信號每個包含時間戳，其分別指示取至少一個控制輸入信號和第二操作狀態(tài)的時間點，并且其中遠程數據處理服務器設置成使數字觀察器模型的處理與數字輸入和輸出信號的時間戳時間同步。
[0017]然而，在現實工廠操作(例如服務和維護)期間的改變未反饋給數字觀察器模型，使得操作與模型化狀態(tài)之間的差異可穩(wěn)定增加，并且不再反映現實。
[0018]因此，與提供的系統(tǒng)和方法一致，提出遠程數據處理服務器設置成將數字輸出信號與第二模型化狀態(tài)比較并且基于比較的結果來更改數字觀察器模型。進一步提出從明確定義的初始狀態(tài)開始數字觀察器模型的處理，其中初始狀態(tài)可例如通過同時開始生產過程和數字觀察器模型的處理或通過等待直到生產系統(tǒng)達到穩(wěn)定狀態(tài)或明確定義的狀態(tài)以及通過相應地觸發(fā)數字觀察器模型的處理來實現。
[0019]進一步建議在現實工廠中的自動化工藝已經運行時收集生產系統(tǒng)中的數據，其描述生產系統(tǒng)的特定操作狀態(tài)。該提議基于生產系統(tǒng)以及因此數字觀察器模型的初始狀態(tài)在開始模擬現實工廠的行為時是未知的這一想法，其中這可導致上文提到的模擬與現實之間的差異?；谠撓敕?，以數據收集器的形式提供到自動化系統(tǒng)的信息接口，其訪問描述生產系統(tǒng)的初始或明確定義的狀態(tài)的所有需要的信息。該數據收集器系統(tǒng)可示范性地在負責收集來自生產系統(tǒng)的不同部分的信息的不同子部件中分布。一旦已知運行的生產系統(tǒng)的某一操作狀態(tài)，它可用于更新數字觀察器模型來閉合模擬與現實之間的差距。也就是說，提供的方法提出至少不時地對于現實來跟蹤數字觀察器模型。
[0020]從跟蹤的數字觀察器模型開始，現實工廠的模擬更接近現實使得可以以更高可靠性地估計示范性故障。即使無法及時檢測故障或另一個錯誤，跟蹤的數字觀察器模型可以用于以更可靠的方式重建導致故障或錯誤的情形，因為與用于基于數字觀察器模型開始現實工廠的模擬的初始邊界條件相比，最后的操作狀態(tài)可已經包括關于導致故障或錯誤的觸發(fā)的信息。因此，現實工廠的至少部分的停工期可以減少。在該方面中，因為分析現實工廠的故障或錯誤部分的所有必需數據已經在數字觀察器模型中可用并且不必在現場采用繁瑣的方式跟蹤，提出的方法還使跟蹤導致故障或錯誤的觸發(fā)的硬件投入減少。在現場用測量儀器現場跟蹤數據的特殊服務團隊將也變得至少部分是多余的。
[0021]因為生產線和生產系統(tǒng)通常是比較復雜的，進一步建議數字觀察器模型分成至少兩個子模型，其使生產線和自動化系統(tǒng)的至少兩個對應部分的時間相關操作行為模型化。
[0022]此外，與提供的系統(tǒng)和方法一致，生產系統(tǒng)的操作狀態(tài)可包括完全描述在或直到某一時間點的生產系統(tǒng)的特性所必需的所有信息。然而，與提供的系統(tǒng)和方法一致，生產系統(tǒng)的操作狀態(tài)也可僅包括該信息的一部分，這取決于監(jiān)測和/或診斷要求。操作狀態(tài)可以例如包括傳感器或致動器的信號值、軟件狀態(tài)、關于在控制設備和通信系統(tǒng)上運行(即屬于自動化系統(tǒng))的軟件程序的內部變量或指令指針的信息。
[0023]提出的系統(tǒng)和方法使服務團隊能夠分析生產系統(tǒng)的行為或預測維護。然而，與提供的系統(tǒng)和方法一致，認識到因為服務團隊無法查看未被或無法被測量的那些信號，利用原先使用的技術，對生產系統(tǒng)的操作狀態(tài)的訪問受到限制。該查看現在由數字觀察器模型提供。這樣，服務團隊能夠基于數字觀察器模型(其中模型化狀態(tài)充分接近生產系統(tǒng)的現實操作狀態(tài))檢查關于生產系統(tǒng)的所有必需信息。
[0024]在另外的實施例中，遠程數據處理服務器在包括分布式存儲裝置的分布式處理系統(tǒng)上實現。因此，提供的方法包括在分布式處理系統(tǒng)(其包括分布式存儲裝置，叫作云)上運行數字觀察器模型的步驟，其中分布式處理系統(tǒng)經由第一網絡連接而連接到生產系統(tǒng)。與提供的系統(tǒng)和方法一致，云將是表現得像單個計算部件的計算