Üblicherweise werden erforderliche Instandhaltungsmaßnahmen ereignisgesteuert oder zeitgetriggert durchgeführt. Bei er- eignisgesteuerten Instandhaltungsmaßnahmen wird eine Prozess- komponente ausgetauscht oder repariert, wenn diese ausgefal- len ist. Demgegenüber werden bei zeitgetriggerten Instandhal- tungsmaßnahmen in regelmäßigen Zeitabständen Wartungsmaßnah- men durchgeführt, wodurch ein Ausfall der Prozessanlage ver- hindert werden soll.

Die präventive Instandhaltung ist insbesondere bei sehr kom- plexen Anlagen von herausragender Bedeutung. Der Ausfall bei- spielsweise einer Produktionsanlage kann sehr hohe Kosten hervorrufen. Daher werden komplexe Anlagen häufig durch Sen- soren überwacht, und die Messwerte dafür verwendet, um In- standhaltungsbedarf zu erkennen. Typischerweise werden hierzu Messwerte von Anlagenkomponenten erfasst und während des Pro- zesses mitgeschrieben. Aus den Veränderungen der Messwerte lassen sich Tendenzen erkennen, die unter Umständen Instand- haltungsmaßnahmen erfordern. So kann beispielsweise der Druck in einer Anlage im Laufe der Zeit ansteigen, was beispiels- weise auf eine Verstopfung einer Rohrleitung hinweist. Dar- über hinaus können Vibrationen Rückschlüsse auf einen Lager- verschleiß geben oder das Messen des Phasenwinkeldreiecks in einem Antrieb auf einen ungünstigen Schlupf hinweisen. Nicht bei jeder Anlage lassen sich jedoch die einzelnen Komponenten ständig auf Verschleiß und dergleichen überwachen. So kann eine Überwachung beispielsweise bei sehr hohen Prozesstempe- raturen, sehr kompakter Anlagenbauweise oder zu hoher Komple- xität von Einzelkomponenten unwirtschaftlich sein.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Möglichkeiten zur Erkennung von Instandhaltungsbedarf von Anlagen und Systemen zu verbessern bzw. zu erweitern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Instandhaltung eines Systems durch Ausführen eines Real- prozesses in dem System, Ausführen eines Simulationsprozesses zeitlich parallel zu dem Realprozess, wobei der Simulations- prozess zumindest einen Teil des Realprozesses simuliert, Vergleichen des Simulationsprozesses mit dem Realprozess oder dem Teil davon unter Gewinnen eines Vergleichsergebnisses und Ableiten von Instandhaltungsmaßnahmen aus dem Vergleichser- gebnis.

Ferner wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch eine Vor- richtung zur Instandhaltung eines Systems, auf dem ein Real- prozess mit einem oder mehreren Realprozessschritten ablauf- bar ist, mit einer Simulationseinrichtung zum Simulieren zu- mindest eines Teils des Realprozesses durch einen Simulati- onsprozess, wobei der Simulationsprozess zeitlich parallel zu dem Realprozess ausführbar ist, einer Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Simulationsprozesses mit dem Realprozess unter Gewinnen eines Vergleichsergebnisses und einer Steuer- einrichtung zum Veranlassen einer Instandhaltungsmaßnahme auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses.

In vorteilhafter Weise kann mit der Erfindung damit eine pro- duktionsgetriebene Instandhaltung ermöglicht werden, wobei die Simulation des Prozesses parallel zum realen Prozess ab- läuft. Dabei kann der Simulationsprozess beispielsweise mit zugehörigen Produktionsparametern versorgt werden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Unteransprüchen.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen : FIG1 ein Datenflussdiagramm eines realen Prozesses und eines erfindungsgemäßen parallel laufenden Simula- tionsprozesses ; FIG 2 ein Signalflussdiagramm zum Alarmieren und Vorhersa- gen von Instandhaltungsbedarf ; und FIG 3 ein Signalflussplan zur Durchführung von Instandhal- tungsmaßnahmen.

Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen be- vorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

FIG 1 zeigt einen schematischen Signalflussplan einer Steue- rung eines realen Prozesses in der linken Hälfte des Bildes und eines parallellaufenden Simulationsprozesses in der rech- ten Hälfte des Bildes. Zur Steuerung des realen Prozesses dient als Ausgangspunkt die Auftragssteuerung bzw. ein soge- nannter Scheduler. Mit den Auftragsdaten wird eine Rezept- steuerung (batch flexible) angesteuert. Aus einer Datenbank, der Rezeptverwaltung, bezieht die Rezeptsteuerung das bzw. die gewünschten Rezepte. Diese Ansteuerung ist sowohl für Stapelverarbeitungsprozesse (batch) als auch für kontinuier- liche Prozesse geeignet.

Die eigentliche Anlagensteuerung bzw. Automatisierung erfolgt in dem mit"Sequenz Logik"bezeichneten Block in FIG l. Ein eigener Baustein zwischen der Rezeptsteuerung und der Sequenz Logik sorgt für die Koordination der Befehle hinsichtlich der Semantik.

Die Sequenz Logik steht mit mehreren Funktionsblöcken FB in Verbindung, die für die Automatisierung der einzelnen Schrit- te zuständig sind. Die Sequenz Logik und die Funktionsblöcke

tauschen dann über eine Eingabe/Ausgabe-Peripherie Befehle und Messwerte mit den Prozesskomponenten des realen Prozesses aus. Als Beispiel eines realen Prozesses könnte ein einfacher Produktionsprozess dienen, der in einer vereinfachten Anlage durchgeführt wird. Ein Behälter steht mit einem Reaktor über ein Rohr in Verbindung. In dem Reaktor befinden sich zwei Aggregate, ein Rührer und ein Heizaggregat. Der Behälter wird mit einem bestimmten Stoff gefüllt. Während des Produktions- prozesses könnte der Reaktor mit dem Stoff aus dem Behälter gefüllt werden und anschließend den eingefüllten Stoff heizen und rühren. Die entsprechenden Verfahrensschritte sind Fül- len, Heizen und Rühren. Jeder dieser einzelnen Verfahrens- schritte bzw. Grundoperationen besitzt eine eigene interne Sequenz von Befehlsschritten, die in der Sequenz Logik umge- setzt wird. Beispielsweise kann der Verfahrensschritt Füllen die Befehle umfassen : Überprüfe Zustand der Zellradschleuse, öffne Schieber, überprüfe Füllstand usw. In einem Rezept zur Herstellung einer bestimmten Substanz sind die einzelnen Ver- fahrensschritte exakt festgelegt. Ähnlich einem Kochrezept enthält das Steuerungsrezept Parameter wie Prozesszeiten, Prozesstemperaturen usw. Darüber hinaus wird eine bestimmte Abfolge der Verfahrensschritte vorgegeben.

In der Sequenz Logik werden die einzelnen Verfahrensschritte zur Abfolge gebracht und der jeweilige Anfang und das Ende zeitlich festgelegt. Unter Vorgabe der Sequenz Logik überneh- men Funktionsbausteine die Einzelsteuerung von Anlagenkompo- nenten.

In der rechten Seite des Bildes von FIG 1 ist ein entspre- chender Simulationsprozess dargestellt. Wie das reale Pro- zesssystem besteht das Simulationssystem aus einem Koordina- tionsbaustein mit nachfolgender Sequenz Logik und Equipment- Funktionsbausteinen. Die Eingabe/Ausgabe-Peripherie des rea- len Prozesses wird durch eine logische Peripherie simuliert.

Der reale Prozess selbst muss zum einen in seinen Komponenten als auch in dem Verfahrensablauf selbst simuliert werden. Die

Komponenten werden in einer sogenannten Equipmentsimulation simuliert und die Verfahrenssimulation findet durch geeignete Zusammenschaltung der Equipmentsimulationsbausteine statt.

Aus einer Bibliothek mit RB-Klassen (Reaktionsbausteine) kann die logische Peripherie und die Equipmentsimulation durch ei- nen Semantikmanager automatisch generiert werden.

Equipment-Stammdaten, Stoff-Stammdaten, Rohrleitungs-Stammda- ten etc. fließen in die Verfahrenssimulation ein. Equipment- Stammdaten sind beispielsweise der Durchmesser von Behältern, Leistungsmerkmale von Ventilen, Pumpen usw. Stoff-Stammdaten sind Mengen, Körnung usw. des verwendeten Stoffes. Schließ- lich geben die Rohrleitungs-Stammdaten Abmessungen und sons- tige relevante Größen der verwendeten Rohrleitungen wieder.

Sämtliche Stammdaten können in Bibliotheken hinterlegt wer- den.

Erfindungsgemäß wird nun der reale Prozess mit dem Simula- tionsprozess synchronisiert. Dadurch findet ein Parallellauf beider Prozesse statt, so dass ein unmittelbarer Vergleich der Prozessergebnisse ermöglicht wird. Dabei muss nicht der gesamte reale Prozess simuliert werden, sondern es kann bei- spielsweise ein besonders kritischer Prozessschritt, der bei- spielsweise eine ständige Überwachung erfordert, simuliert werden.

Die Verfahrenssimulation wird günstiger Weise von der Auf- tragssteuerung des realen Prozesses mitgesteuert. Es kann aber für die Simulation auch eine separate Steuerung vorgese- hen werden. Darüber hinaus bezieht die Verfahrenssimulation die Rezepte vorzugsweise aus der Rezeptverwaltung des realen Prozesses. Diese unmittelbare Angliederung an den realen Pro- zess ist mit eine Voraussetzung für ein automatisches Engi- neering der Simulation. Jedenfalls ist sie hierfür ausge- sprochen hilfreich.

Durch die Simulation lassen sich die gesamte Anlage und/oder wesentliche Anlagenteile als virtuelle Anlage nachbilden.

Durch das gezielte Nachbilden von Anlagenteilen und das ver- gleichen der jeweiligen virtuellen und realen Verfahrens- schritte lässt sich Instandhaltungsbedarf je nach Größe der Simulationskomponente entsprechend gut lokalisieren. So kön- nen beispielsweise kritische Anlagenteile in feinere Verfah- rensschritte unterteilt werden, so dass der Instandhaltungs- bedarf besser lokalisiert werden kann. Bei unkritischen Anla- genteilen können mehrere Komponenten sowohl beim Vermessen des realen Prozesses als auch bei der Simulation zusammenge- fasst werden. Stellt sich nun aufgrund des Vergleichs der Re- sultate von Verfahrensschritten im realen und virtuellen Pro- zess eine feste Abweichung oder eine zeitlich zunehmende Ab- weichung heraus, so können entsprechende Instandhaltungsmaß- nahmen eingeleitet werden.

Erfindungsgemäß wird das verfahrenstechnische Verhalten einer Anlage untersucht, um Instandhaltungsbedarf frühzeitig erken- nen zu können. Es wird also beispielsweise nicht die Vibra- tion einer Pumpe gemessen, um Rückschlüsse auf einen Lager- verschleiß ziehen zu können, sondern es wird der Durchfluss gemessen und mit einem simulierten Idealdurchfluss vergli- chen, um die Alterung der Pumpe erkennen zu können.

In einer Weiterentwicklung könnte auch das Verhalten des in der Anlage befindlichen und verarbeiteten Stoffes simuliert werden. Aus dem simulierten und realen chemischen Umformungs- prozess könnten Rückschlüsse auf die Anlage gezogen werden.

So könnten beispielsweise Abweichungen im physikalischen Zu- stand eines Stoffes, z. B. Viskosität, darauf hinweisen, dass ein Kühlgerät defekt ist. Ebenso könnten beispielsweise Ab- weichungen zwischen simuliertem und gemessenem PH-Wert darauf hindeuten, dass ein Rührer defekt ist.

Ob nun für Diagnosezwecke die physikalischen Parameter des in der Anlage befindlichen Stoffes oder typische Anlagengrößen

wie der Durchsatz verwendet werden, ist zweitrangig, solange erfindungsgemäß der Simulationsprozess parallel zum realen Prozess verläuft und Einzelergebnisse von Verfahrensschritten oder Gesamtergebnisse der Gesamtverfahren verglichen werden.

Für den jeweiligen Vergleich ist es notwendig, dass der An- fang und das Ende eines jeden zu vergleichenden Verfahrens- schritts definiert und erkannt wird. Ebenso lassen sich ein- deutige Indikatoren für Instandhaltungsbedarf ermitteln. So können beispielsweise unüblich lange Füllzeiten oder auch lange Heizzeiten erkannt werden, die vom normalen Anlagenbe- trieb abweichen. Diese Abweichungen müssen nicht zum Ausfall der gesamten Anlage oder zur Produktion von Ausschuss führen, sondern bedeuten unter Umständen lediglich, dass die Anlage nicht am projektierten Optimum fährt.

Je nach Größe der Abweichungen können die entsprechenden In- standhaltungsmaßnahmen durchgeführt werden. So kann bei einer geringen Abweichung zwischen dem realen und dem simulierten Prozess lediglich eine Warnung an das Instandhaltungsteam ge- leitet werden. Bei größeren Abweichungen könnte eine Störmel- dung abgesetzt werden, die einen unmittelbaren Wartungsbedarf signalisiert.

Die Diagnoseinformationen, die man vom Parallellauf des rea- len und simulierten Prozesses erhält, kann auch zur Optimie- rung der Anlage verwendet werden. Wird beispielsweise die An- lage mit einer geänderten Rezeptur gefahren, so ändern sich die Verfahrensschritte und/oder deren Reihenfolge. Die Anla- gensteuerung bzw. der Scheduler setzt das neue Rezept in Zeitabläufe bzw. Zeitscheiben um. Bei Vielstoffanlagen bei- spielsweise sind diese Zeitscheiben in Abhängigkeit der ver- schiedenen Stoffe und Anlagenkomponenten zu koordinieren.

Ziel dabei ist, alle Anlagenteile möglichst optimal auszu- lasten. Um das Scheduling online zu verbessern, kann der Si- mulationsprozess parallel zum realen Prozess laufen. Dadurch lässt sich eine Optimierung erzielen, ohne dass die Anlage still stehen muss.

Wie bereits erwähnt, bedingt ein aussagekräftiger Vergleich zwischen realen und simulierten Prozessschritten eine genaue Synchronisation. Dabei ist auch ein exakter Ausgangspunkt festzulegen, was durch das Initialisieren erfolgt. Wie in FIG 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, kann das Ini- tialisieren des Simulationsprozesses durch die Sequenz Logik der Originalanlage online gesteuert werden. So kann bei- spielsweise gewährleistet werden, dass ein Behälter in der Originalanlage und bei der Simulation in einem bestimmten Verfahrensschritt eines bestimmten Rezepts jeweils einen de- finierten Füllstand hat.

Die einfachen Pfeile in FIG 1 bedeuten dabei signaltechnische Verknüpfungen oder Aktionsverknüpfungen und die Doppelpfeile Datenverbindungen, die beispielsweise zum Parametrieren und Engineering erforderlich sind.

FIG 2 zeigt einen schematischen Signalflussplan zur Gewinnung einer Instandhaltungsanforderung aufgrund der Diagnose, die sich aus dem Vergleich zwischen dem realen Prozess und dem parallellaufenden Simulationsprozess ergeben hat. Erläu- terungen zu den Bausteinen finden sich in der Tabelle am Ende der Beschreibung.

FIG 3 zeigt einen Signalflussplan, der die Weiterverarbeitung einer Instandhaltungsanforderung in einem Instandhal- tungsmanagement zeigt. Demnach werden Servicemaßnahmen ausge- führt, wenn dies aufgrund einer Informationsbeschaffung, ei- ner Material/Ressourcen-Beschaffung, einer Instandhaltungs- planung und der Instandhaltungsanforderung erforderlich ist.

Die Material/Ressourcen-Verwaltung und das Budget wirkt sich dabei auf die Instandhaltungsplanung aus. Darüber hinaus dient das Anlagenmodell zur Informationsbeschaffung.

Tabelle Komponente Funktion Aufgabe PLC Logik in TF Folgemeldungsunterdrückung Beispiel 1 : Ausfall Melde- spannung bringt (gleich- zeitig) alle Meldungen aus der von der Meldespannung gespeisten Überwachungs- schleife("Kontakte"). Beispiel 2 : Im Vor-Ort Be- trieb (von einem Repara- turschalter aus) müssen Meldungen unterdrückt wer- den. Bausteinmeldung Beispiel 1 : Rückmeldeüber- wachung (Schutzrückmel- dung, Drehzahlrückmeldung, Laufzeitmeldung) Beispiel 2 : Betriebsarten- umschaltung Prozessdatenerfassung Für übergreifende Logik erforderliche Prozesswerte bereitstellen (event- getriggert, bei Messwerten auf Änderung mit Totband) Logik zwischen TF's Technologische Überwachung einer PLT Stelle Beispiel 1 : Sollwert Sprung auf Regler muss An- stieg des Istwerts zur Folgehaben. Beispiel 2 : Stellgröße ei- nes Reglers wird größer ohne Sollwertänderung (Ventilsitz Verschleiß). Beispiel 3 : Druck-oder Durchflussmessung bei Pum- pengruppe NutzungsabhängigeWar-Schaltspiel-/Laufzeitzäh- tung ler Betriebsstunden bzw. Schaltspiele zählen, bei Überschreiten eines para- metrierten Grenzwerts IH Anforderung erzeugen Schnittkettenüberwachung Zeitüberwachung auf Wei- terschaltbedingung PDM Scannen Feldgeräte Information aus intelli- genten Feldgeräten PDM (AMS) scannt die er- reichbaren Feldgeräte und transferiert (durch Para- metrierung ausgewählte) Meldungen Lebendüberwachung von in- telligentenFeldgeräten PDM (AMS) scannt die pro- jektierten Feldgeräte und erzeugt Meldung, wenn ein projektiertes Gerät nicht erreicht werden kann. Soll/Ist Vergleich Vergleich Projektierung- Projekt as is PDM (AMS) scannt die er- reichbaren Feldgeräte und erzeugt Meldung, wenn Pro- jektierung ungleich as is (gelesenes Feldgerät nicht imProjekt). CBA CM Condition Monitoring Beispiel 1 : Schwingungs- überwachung bei Maschine Beispiel 2 : Electrical fingerprint bei Motor Beispiel 3 : HISS (Riechen, Hören, Schmecken) HMI Bedienung von Betriebs-Beispiel : Parameter"Re- art oder Rezeptparame-gelabweichung"für Feh- tern lermeldung betriebsarten- abhängig Alarme Projektierte Alarme = IH Anforderung Diag Anlagenverhalten Vergleich des aktuellen Anlagenverhalts mit der Historie Beispiel 1 : Wie lange hat es bisher gedauert, Mate- rial x in Unit y von m auf n % Füllhöhe zu bringen ? Vergleich mit aktuellem Schritt. IH Anforderung über User Aktion mit GUI-Unterschüt- zung. User erzeugt IH An- forderung Erforderlich : Archiv Anla- genverhalten oder (mindes- tens) parametrierte Ver- gleichswerte Logik zwischen TF's Technologische Überwachung eines Anlagenteils Logik oder Regeln über- greifend über mehrere PLT- Stellen (ggf. auf mehreren PLC"s) Diagnosemeldung Meldungshäufigkeit Beispiel 1 : Bestimmte Mel- denummern von einem be- stimmten TP werden (inter- aktiv)"auf Diagnose ge- setzt"und ab dann konti- nuierlich überwacht bis eine vermutete Fehlerursa- cheerkannt/analysiert ist. Beispiel 1 : Verdacht auf erhöhte Ausfallrate eines Antriebs : Die Meldenum- mern, Schutzrückmeldung und Bimetallmeldung erzeu- gen eine Diagnosemeldung, wenn pro Schicht mehr als 5 Meldungen auftraten. Auswertung Simulation Ergebnis der Verfahrens- /Equipmentsimulation mit realen Verfahrens/Anlagen- ergebnissen vergleichen. Regeln zur Entscheidung, wann ein Vergleich zwi- schen Simulationsergebnis und Ist-Anlage gut/ schlecht ist und (bei Ver- fahrenssimulation) Zuwei- sung zu asset. Auswertung Verhalten Wert aus Archiv Anlagen- verhalten oder aus Anla- genverhalten (mit festen Werten, die bei IBS/Probe- betrieb ermittelt werden) vergleichen mit realen An- lagenergebnissen ver- gleichen. Ansonsten wie oben. Anmerkung : Auswertung Simulation ist vorteilhaft bei Vielzwe- ckanlagen, bei denen die durch die Vielfalt der Produkte/Rezepte ein aus- sagefähiges Archiv Anla- genverhalten nicht gewähr- leistet ist. Auswertung Verhalten ist vorteilhaftbei"Ein- zweck"-Anlagen und Conti- /Semiconti-Anlagen. Sim Verfahrenssimulation Technologische Überwachung vonRezeptschritten SIMIT hat Modelle der An- lagen GO's (Rühren, Hei- zen, Füllen usw.). Jedes einzelne Modell hat Para- meter (Stoff-, Unit-und Produktparameter). Die Si- mulation läuft unter BF Kontrolle (BF gibt den Schrittstart mit dem für den Schritt gültigen Para- metersatz und dem Ende- Kriterium (z. B. Endtempe- ratur 92 °C) an SIMIT. SIMIT startet Simulation und gibt nach erreichen des Ende-Kriteriums den für die GO definierten Er- gebnisparametersatz an Diag. SIMIT beherrscht (noch) keine Stoffumwandlungen, solche Operationen (z. B. "Reaktion","Synthese") müssen durch einfache em- pirische Gleichungen nach- gebildet werden, wenn meh- rere GO s in einer"Simu- lationskette"durchlaufen werden sollen. Weil dieses Verfahren un- ter der Kontrolle von BF abläuft, sind keine pro- jektspezifischen Enginee- ringarbeiten erforderlich. SIMITbraucht"nur"ver- fahrens-/projektneutrale Modelle. Equipmentverhalten Technologische Überwachung des Equipmentverhaltens SIMIT hat Modelle des (technologischen) Equip- mentverhaltens (z. B. Wi- derstands-Heizelement mit Zeitverhalten, Wärmeüber- gang, Wärmefluss im Stoff usw.). Ansonsten sinngemäß wie oben Arch Archiv Anlagenverhalten Historie des Produkt-und Stoff/materialabhängigen Zeitverhaltens von Teil- anlagen, Units, Equipments und entsprechende (feste) Parameter. Unterschiedliche Ausprä- gungen bei Prozess-und diskreter (Fertigungs-) In- dustrie : Prozessindustrie : Objekte sind Ablaufschritte z. B. Füllen, Heizen usw. und Equipments (S 88), nicht die Objekte des Anlagenmo- dells z. B. Pumpe, Regel- ventil usw. Diskrete Industrie : Ob- jekte sind die"Maschinen" des Anlagenmodells.