[发明专利]上级机器平台上的虚拟传感器

说明书

本发明涉及一种用于在工业设施的自动化系统中提供虚拟传感器的方法。在自动化系统的处理装置中接收物理传感器的测量值，该测量值对应于工业设施的物理参数。在处理装置中提供通过模拟模型生成的数据集，其中，该数据集建立在物理传感器的可能测量值与虚拟传感器的所属的输出值之间的明确的关系。基于数据集和接收到的测量值，确定虚拟传感器的哪个输出值属于接收到的测量值(20)，并且随后将该值显示在工业设施的显示装置上。

技术领域

本发明涉及一种自动化系统中的虚拟传感器的方法，并且尤其涉及一种在工业设施的上级机器平台上提供虚拟传感器的方法，该虚拟传感器为了对物理传感器进行补充而在设施上运行。

还提供了一种相应的自动化系统和计算机程序。

背景技术

为了能够监视和控制工业设施中的机器生产，需要处理机器组件上的大量测量值，并将这些测量值提供给机器平台上的操作员、即工业设施上级的硬件计算机系统和软件计算机系统上的操作员。

相应地，在传统方法中，能够经由单个机器组件上的物理传感器检测测量数据。在此，物理传感器能够安装到机器组件上，以便例如经由控制设备检测测量数据。这些测量数据能够在人机端口(HMI)或平台上被提供，平台例如是上级的机器平台(如边缘计算系统)。例如，为了测量马达上的温度，能够相应地将合适的温度传感器放置在马达上热连接良好的测量点处。

已经由文献US 2018/300124 A1、US 2016/098501 A1，Peter J Maloney等人的：“用于生产引擎控制和诊断的气动和热状态估计器”(SAE技术论文系列-电子引擎控制1998)，TOP PHILIP等人的：“将功能模型单元集成到动态电力系统仿真工具中”(2016年IEEE电力与能源社会大会(PESGM)，IEEE，2016年7月17日)，SHEIKHOLESLAMI RAZI等人的：“渐进式拉丁超立方采样：环境模型的基于鲁棒采样的分析的有效方法”(环境建模与软件，爱思唯尔，阿姆斯特丹，荷兰，第93卷，2017年3月23日)公开了虚拟传感器的一些方面。

从出版物US 2018/300124 A1已经使用一种机器学习方法，该方法从物理传感器的测量被学习出。US 2016/098501 A1公开了与物理传感器直接链接的模拟的使用。TOPPHILIP等人的出版物涉及“功能模型单元”。Peter J Maloney等人的出版物涉及用于确定气体状态的模型。SHEIKHOLESLAMI RAZI等人的出版物涉及一般模拟。

然而，取决于待测量的参量的类型和位置，这能够需要复杂的传感器和测量装置。此外，能够发生无法得出测量值的情况，因为测量技术会影响实际过程/程序。例如，当测量喷嘴内的流体速度时，流量能够受到测量设备的决定性的影响。

此外，在测量过程中大多数只能检测单个局部值，而不是整个域。测量位置的每一个微小变化都会导致测量结构的变化，这能需要进行复杂的重新调整、修改和重新校准。此外，较旧的机器和设施大多数只能以高昂的成本配备附加的测量技术。

另一方面，在机器开发、过程开发或产品开发期间，已经创建详细的数字模拟模型并将其与现实进行比较。使用这些数字原型，能够在没有复杂传感器结构的情况下确定几乎所有在模拟期间考虑的物理参量。测量位置或测量结构的变体方案既简单又成本低，并且在测量时不影响实际过程/程序。

传统的模拟模型通常需要长达数小时到数天的长时间计算。即使对传统模拟模型进行最小的参数更改，也会因此导致必须等待很长时间才能获得新结果。

然而，模拟模型的一个问题是，模拟模型的应用需要很长的计算时间，大多数只有专家才能访问，并且经常必须在特定的专家软件中进行开发。

随着数字化程度的提高，除了物理传感器之外，还开发了虚拟传感器或所谓的软传感器，它们代表了提供工业设施的测量数据的另一种可能性。