用于监测工业工厂的产品加工设备的系统和方法与流程

本发明涉及一种用于监测工业工厂的产品加工设备的系统和方法。

背景技术：

1、工业工厂(如化学生产工厂)是安全高度敏感的生产环境。例如，化学工厂通常包括用于生产化学产品的多种资产。这种工厂中分布有许多传感器以用于监测或控制目的并用于收集数据。因此，工业生产会产生大量的数据。因此，应用云计算和大数据分析方面的新技术是非常有意义的。然而，与其他制造业不同，过程工业受制于非常高的安全标准。出于这个原因，计算基础设施通常是分隔开的，并且对监测和控制系统的访问有严格限制。因此，等待时间和可用性方面的考虑无法使当前嵌入式控制系统简单地迁移到例如云计算系统或数据分析系统。因此，弥合高度专有的工业制造系统与云技术之间的差距是一项挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于监测工业工厂设备、特别是工业生产(或产品加工)工厂(例如，化学产品加工或化学生产工厂)的产品加工设备的系统和方法，以便能够与云应用程序进行更好且更稳健的通信。

2、根据本发明的一方面，提供了一种用于监测工业工厂的产品加工设备的系统。该系统包括第一层，该第一层具有被配置为检测该工业工厂的设备参数的多个传感器。该系统还包括第二层，该第二层被配置为基于来自该第一层的数据来实施过程控制系统。该系统还包括位于该第二或第三层中的至少一个物联网iot边缘单元，该至少一个物联网iot边缘单元用于接收来自该第一或第二层的数据并分析所接收的数据。此外，提供了物联网iot集线器，该物联网iot集线器远程地控制、管理和/或监测iot边缘装置。

3、根据本发明的实施例，该系统还包括耦合到该第一处理层和/或第二处理层的接口，该接口被配置为接收来自该第一层和/或第二层的数据并对所接收的数据进行预处理。该接口包括iot边缘单元或者被实施为iot边缘单元。该接口包括分析器，该分析器被配置为向来自该多个传感器的数据中添加元数据。该接口被配置为分析输入数据并将处理后的数据输出到数据接收器，如中央数据接收器。该接口被配置为仅允许与该(中央)数据接收器进行单向数据通信。特别地，输入数据可以是接收自第一层和/或第二层的数据或经预处理的接收数据。包括在该接口中或实施该接口的iot边缘单元可以是该系统中的至少一个iot边缘单元中的至少一个。

4、数据接收器可以被实施为中央数据接收器，如基于云的数据接收器，例如，云服务器或基于云的服务。

5、根据本发明的另一实施例，该接口包括被配置为分析输入数据并添加元数据的分析器、数据缓冲器、被配置为基于该缓冲器中的数据来确定至少一个关键性能指标kpi的关键性能指标kpi计算器、以及被配置为从输入数据中选择要转发到该数据接收器的数据的上传选择器。

6、kpi计算器允许确定可以转发到数据接收器的关键性能指标。因此，可以大大减少需要转发到数据接收器的数据量，而不会丢失数据中的太多信息。这还将大大减少接口与数据接收器之间的可以被实施为云服务的流量的量。根据本发明的另一方面，该元数据包括时间信息、特别地是时间戳或时移信息和/或关于已经检测到该数据的相应传感器的信息。

7、如果元数据包含时间信息，则在用于监测工业工厂设备的系统中还可以比较来自不同工业工厂设备或来自工业工厂设备中或用于工业工厂设备的不同传感器的数据。利用传感器相关的元数据(例如，传感器id、传感器类型)，即使不同种类的传感器分布在不同工业工厂或工业工厂的不同子分区上，也可以对这些不同种类的传感器进行分析。可以将元数据与例如数据接收器中的元数据和原始数据进行比较。根据本发明的另一方面，该第二层包括状态监测系统和/或机器保护系统。该接口被配置为分析来自该内容监测系统和/或该机器保护系统的数据并向输出数据中添加元数据，以处理该数据从而在需要时减少数据量，并将处理后的数据输出到该数据接收器。特别地，输出数据可以是由状态监测系统和/或机器保护系统输出的数据。特别地，处理后的数据可以是可选地为其提供元数据(如果由分析指示的话)的输出数据。

8、根据本发明的一方面，提供了一种监测所提及的工业工厂设备的方法。在第一层中，多个传感器检测工业工厂的设备参数。在第二层中，基于来自第一层的数据来实施过程控制系统。该系统还包括位于该第二或第三层中的至少一个物联网iot边缘单元，该至少一个物联网iot边缘单元用于接收来自该第一或第二层的数据并分析所接收的数据。此外，提供了物联网iot集线器，该物联网iot集线器远程地控制、管理和/或监测iot边缘装置。

9、根据本发明的实施例，在被实施为iot边缘单元的接口中，接收来自第一层和/或第二层的数据并对所接收的数据进行预处理。在该接口中的分析器中，向来自该多个传感器的数据中添加元数据。在接口中分析输入数据，并将处理后的数据输出到数据接收器。该接口被配置为仅允许与该数据接收器进行单向数据通信。

10、在本发明的一方面，提供了一种用于监测所提及的工业工厂设备的系统。该系统包括第一层，该第一层具有测量工业工厂的部件参数的多个传感器。该系统还包括与该工业工厂的过程控制系统相关的第二层。提取来自工业工厂中的传感器的数据，并向其提供元数据，如时间信息(时间戳)和/或关于传感器的信息(如名称、类型、id)。如果需要，对数据以及可选地元数据进行预处理以减少数据量。然后，将数据转发至云服务，在该云服务中，可以对数据进行分析或进一步处理。换言之，来自工业工厂内的现有数据被重新用于分析目的。根据本发明的一方面，提供了一种在自动化架构的第一层和第二层之外预处理或准备用于后续处理的数据的方式。特别地，可以使来自工厂内的各种传感器的数据协调一致(关于时间代码或时间信息和其他元数据)并在(中央)位置处收集这些数据以用于进一步更深入的分析。

11、根据本发明的一方面，该工业工厂可以包括用于控制该工业工厂的元件操作的控制系统。该工业工厂包括用于监测该工业工厂的设备的多个传感器。该工业工厂还可以包括状态监测系统cms、机器保护系统mps和/或过程信息管理系统pims。监测系统可以使用或共享工业工厂的控制系统的硬件。然而，应当注意的是，监测系统只能接收来自控制系统的数据(如来自传感器、状态监测系统、机器保护系统和/或过程信息管理系统的数据)。根据本发明的一方面的监测系统不能够且不被允许向控制系统的传感器或其他系统发送数据。此外，监测系统不能且不被允许影响控制系统的操作。根据本发明的一方面的监测系统仅使用来自传感器、状态监测系统cms、机器保护系统mps和过程信息管理系统pims的数据用于监测目的。因此，相应的数据首先用于工业工厂的控制，然后还可以重新用于监测目的。

12、尽管监测系统可以与控制系统共享硬件，但是监测系统的操作不会与工业工厂的控制系统进行交互或对工业工厂的控制系统产生影响。

13、根据本发明的一方面，提供了一种工业工厂，该工业工厂包括至少一个工业工厂设备、控制系统，该控制系统具有第一层和第二层，该第一层具有被配置为检测该工业工厂设备的参数的多个传感器，该第二层被配置为基于来自该第一层的数据来实施过程控制系统。该工厂还包括如上所述的用于监测产品加工设备的系统。

14、本发明还涉及一种通过监测系统来监测工业工厂中的产品加工设备的方法。该监测系统具有第一层、第二层和第三层，该第一层具有用于检测该设备的参数的多个传感器，该第二层基于来自该第一层的数据来实施过程控制系统，该第三层实施操作控制系统，该方法包括以下步骤：接收来自第一层和/或第二层的数据，并且在第二层和/或第三层中的至少一个物联网iot边缘单元中分析所接收的数据。在物联网iot集线器中或通过该物联网iot集线器，远程地控制、管理和/或监测该至少一个物联网iot边缘单元。

15、根据本发明的一方面，一种用于监测产品加工设备的计算机程序，该程序包括用于当该程序在控制该系统的计算机上运行时使该系统执行如上所述的方法的代码装置。

16、根据本发明的实施例，由传感器监测的设备可以是旋转机器，如马达、离心机，或者该设备可以是往复泵、压缩机等。该设备还可以是分馏塔或精馏塔、化学反应器和/或实验室装置。该设备还可以是过程工厂、火炬烟筒、燃烧室、填充装置、包装装置或烘干机。

17、工业工厂的控制系统可以被实施为自动化金字塔或根据namur金字塔的金字塔。

18、接口可以被实施为边缘单元(例如，布置在系统的边缘处以减少与云中的数据接收器的数据流量)或者可以共享边缘单元的硬件资源。

19、例如由iot边缘单元执行的边缘计算涉及布置在数据源附近的分布式计算能力。因此，不是将计算能力完全布置在云中，而是可以在工业工厂内或其附近提供多个iot边缘单元。这是有利的，因为其减小了通向云所需的带宽并且还可以减小处理的等待时间。

20、应当理解的是，上述各方面、具体地是根据权利要求1所述的用于监测产品加工设备的系统、根据权利要求9所述的方法和根据权利要求10所述的计算机程序具有特别是如从属权利要求中定义的相似和/或相同的优选实施例。

21、应当理解的是，本发明的优选实施例或方面也可以是从属权利要求或上述实施例或方面与相应独立权利要求的任意组合。

22、本发明的这些和其他方面将参考下文描述的实施例变得显而易见并且得以阐明。