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Title:
METHOD FOR IMPROVING THE OPERATION OF A CUSTODY TRANSFER SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/089854
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for improving the operation of a custody transfer system (CTS), said method comprising: - transmitting physical measured variables detected by the field devices (FG) and further data relating to the field devices (FG) to the programmable electronics unit (PE); - aggregating the physical measured variables and the further data using the programmable electronics unit (PE); - transmitting the aggregated physical measured variables and the further data to an evaluation unit (AE, AE'); - analysing the transmitted aggregated physical measured variables and the further data with regard to at least one of the following criteria: security, process quality, and safety; - determining a status (ST, ST') using the evaluation unit (AE, AE') as a result of the analysis with regard to at least one of the following criteria: security, process quality, and safety; - transmitting the status (ST, ST') to the reaction unit (RE); - creating a measure (MA, MA') on the basis of the status (ST, ST') using the reaction unit (RE); - transmitting the measure (MA, MA') to at least one of the field devices (FG) and/or to the programmable computing unit; and - performing the measure (MA, MA') using the component (FG, PE) to which the measure (MA, MA') was transmitted. The invention also relates to a custody transfer system.

Inventors:
SPRENGER JOHANNES (DE)
REYES-VAILLANT OSMEL (CH)
BÜTTNER KARL (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/076261
Publication Date:
May 05, 2022
Filing Date:
September 23, 2021
Export Citation:
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Assignee:
FLOWTEC AG (CH)
International Classes:
G05B23/02
Domestic Patent References:
WO2018052675A12018-03-22
Foreign References:
US20180107230A12018-04-19
EP1250571A12002-10-23
IT201800004181A12019-10-03
Attorney, Agent or Firm:
ANDRES, Angelika (DE)
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Claims:
Patentansprüche Verfahren zum Verbessern des Betriebs eines Custody-Transfer-Systems (CTS), wobei das Custody-Transfer-System (CTS) ein oder mehrere Feldgeräte (FG), eine programmierbare Elektronikeinheit (PE), eine Auswerteeinheit (AE, AE‘) und eine Reaktionseinheit (RE) aufweist, wobei zumindest die Feldgeräte (FG), die programmierbare Elektronikeinheit (PE) und die Auswerteeinheit (AE, AE‘) manipulationssicher miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

Übermitteln von durch die Feldgeräte (FG) erfassten physikalische Messgrößen und weiteren Daten bezüglich der Feldgeräte (FG) an die programmierbare Elektronikeinheit (PE);

Aggregieren der physikalischen Messgrößen und der weiteren Daten durch die programmierbare Elektronikeinheit (PE);

Übermitteln der aggregierten physikalischen Messgrößen und der weiteren Daten an eine Auswerteeinheit (AE, AE‘);

Analysieren der übermittelten aggregierten physikalischen Messgrößen und der weiteren Daten hinsichtlich zumindest einer der Kriterien Security, Prozessqualität und Safety; Ermitteln eines Status (ST, ST’) als Ergebnis der Analyse hinsichtlich zumindest eines der Kriterien Security, Prozessqualität und Safety durch die Auswerteeinheit (AE, AE‘); Übermitteln des Status (ST, ST’) an die Reaktionseinheit (RE);

Erstellen einer Maßnahme (MA, MA‘) auf Basis des Status (ST, ST’) durch die Reaktionseinheit (RE);

Übermitteln der Maßnahme (MA, MA‘) an zumindest eines der Feldgeräte (FG) und/oder an die programmierbare Recheneinheit; und

Durchführen der Maßnahme (MA, MA‘) durch diejenige Komponente (FG, PE), an welche die Maßnahme (MA, MA‘) übermittelt wurde. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als Maßnahme (MA, MA‘) eine Rekalibrierung oder eine Parametrierung derjenigen Komponente (FG, PE), an welche die Maßnahme (MA, MA‘) übermittelt wurde, vorgenommen wird. Verfahren nach Anspruch 2, wobei im Falle, dass eine Parametrierung als Maßnahme (MA, MA‘) vorgenommen wird, ein Parametersatz für die entsprechende Komponente von der Auswerteeinheit (AE, AE‘) erstellt wird. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als Maßnahme (MA, MA‘) ein Herunterfahren derjenigen Komponente (FG, PE), an welche die Maßnahme (MA, MA‘) übermittelt wurde, vorgenommen wird.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die weiteren Daten bezüglich des Feldgeräts (FG) interne Sensordaten oder Diagnosedaten des Feldgeräts (FG), insbesondere Heartbeat-Daten, sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die internen Sensordaten den Zustand des Sensors widergeben und zumindest eine der folgenden Informationen enthalten:

Mindestens eine Oszillationsfrequenz;

Mindestens eine Sensordämpfung;

Ein Index für Gasblasen in der physikalischen Substanz, insbesondere Mikroblasen- und Inhomogenitätserkennung;

Ein Kalibrierfaktor;

Ein Sensor-Belagsindex, insbesondere für Belagsbildung und Verstopfung;

Eine Sensortemperatur;

Ein Sensor-Integritätsindex, insbesondere für Korrosion und Abrieb.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die internen Sensordaten Daten bezüglich des verfahrenstechnischen Prozesses betreffen und Informationen bezüglich zumindest einem der folgenden enthalten:

Ein mittlerer Inhomogenitätsindex, insbesondere für freies mitgeführtes Gas und Nassgas;

Ein mittlerer Schwebeblasenindex, insbesondere für suspendierte Mikroblasen;

Ein Maß für die Kavitation, beispielsweise ein mittlerer Kaviationsindex.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (AE, AE‘) für die Schritte des Analysierens und des Ermittelns des Status (ST, ST’) einen Kl- Algorithmus (Kl), insbesondere basierend auf Deep Learning und/oder einem neuronalen Netzwerk, verwendet.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (AE, AE‘), die Reaktionseinheit (RE) und die Feldgeräte (FG) einen Regelkreis (RK) bilden, indem die Maßnahme (MA, MA‘) eine Konfigurations-ZParameteränderung bei zumindest einem der Feldgeräte (FG) bewirkt, das Feldgerät (FG) neue Daten auf Grundlage der Konfigurations- /Parameteränderung erzeugt, die Auswerteeinheit (AE, AE‘) diese hinsichtlich einem der Kriterien Security, Prozessqualität und Safety analysiert und einen Status (ST, ST’) entsprechend einer Optimierung des jeweiligen Kriteriums erstellt, wobei diese Schritte iterativ so oft wiederholt werden, bis der Status (ST, ST’) einer vorbestimmten Qualitätsstufe entspricht.

10. Custody-Transfer-System (CTS), umfassend: 14

Ein oder mehrere Feldgeräte (FG) mit jeweils mindestens einer Sensoreinheit (SE1 , SE) zur Erfassung einer physikalischen Messgröße eines verfahrenstechnischen Prozesses; Eine programmierbare Elektronikeinheit (PE), wobei die Feldgeräte (FG) dazu ausgestaltet sind, die erfassten physikalischen Messgrößen und weitere Daten, insbesondere Statusdaten und/oder Daten bzgl. der Performance, an die programmierbare Elektronikeinheit (PE) zu übermitteln, die wobei die programmierbare Elektronikeinheit (PE) dazu ausgestaltet ist, die von den Feldgeräten (FG) übermittelten physikalischen Messgrößen und die weiteren Daten zu aggregieren;

Eine Auswerteeinheit (AE, AE‘), wobei die programmierbare Elektronikeinheit (PE) dazu ausgestaltet ist, die aggregierten physikalischen Messgrößen und weiteren Daten an die Auswerteeinheit (AE, AE‘) zu übermitteln, wobei die Auswerteeinheit (AE, AE‘) dazu ausgestaltet ist, auf Basis der übermittelten aggregierten physikalischen Messgrößen und weiteren Daten einen Status (ST, ST’) zu berechnen;

Eine Reaktionseinheit (RE), wobei die Auswerteeinheit (AE) dazu ausgestaltet ist, den berechneten Status (ST, ST’) an die Reaktionseinheit (RE) zu übermitteln und wobei die Reaktionseinheit (RE) dazu ausgestaltet ist, den übermittelten Status (ST, ST’) zu analysieren und, eine Maßnahme (MA, MA‘) als Reaktion auf den übermittelten Status (ST, ST’) zu erstellen und die Maßnahme (MA, MA‘) an zumindest eines der Feldgeräte (FG) und/oder an die Auswerteeinheit (AE, AE‘) zu übermitteln; und

Ein Kommunikationsnetzwerk mit einem manipulationssicheren Protokoll, welches zumindest die Vielzahl der Feldgeräte (FG) mit der programmierbaren Elektronikeinheit (PE) verbindet, so dass die physikalischen Messgrößen und die weiteren Daten über das OPC UA-basierte Kommunikationsnetzwerk übermittelt werden.

11. Custody-Transfer-System (CTS) nach Anspruch 10, wobei die programmierbare Elektronikeinheit (PE) und die Auswerteeinheit (AE, AE‘) und/oder die Auswerteeinheit (AE, AE‘) und die Vielzahl der Feldgeräte (FG) mittels des Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind.

12. Custody-Transfer-System (CTS) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , wobei das Kommunikationsnetzwerk OPC UA-basiert ist.

13. Custody-Transfer-System (CTS) nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Auswerteeinheit (AE, AE‘) dazu ausgestaltet ist, einen Kl-Algorithmus zum Berechnen des Status (ST, ST’) auszuführen.

14. Custody-Transfer-System (CTS) nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die programmierbare Elektronikeinheit (PE) als Flow Computer ausgebildet ist. 15

15. Custody-Transfer-System (CTS) nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Auswerteeinheit (AE, AE‘) auf einem cloudbasieren Server (CS) implementiert ist.

Description:
Verfahren zum Verbessern des Betriebs eines Custody-Transfer-Systems

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbessern des Betriebs eines Custody-Transfer-Systems, sowie ein besagtes Custody-Transfer-System.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Automatisierungskomponenten bekannt geworden, die in industriellen Anlagen zum Einsatz kommen. Beispielsweise werden Feldgeräte als Automatisierungskomponenten eingesetzt, welche in der Prozessautomatisierungstechnik ebenso wie in der Fertigungsautomatisierungstechnik zum Einsatz kommen. Als Feldgeräte werden im Prinzip alle Geräte bezeichnet, die prozessnah eingesetzt werden und die prozessrelevante Informationen liefern oder verarbeiten. So werden Feldgeräte zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessgrößen verwendet. Zur Erfassung von Prozessgrößen dienen Messgeräte, bzw. Sensoren. Diese werden beispielsweise zur Druck- und Temperaturmessung, Leitfähigkeitsmessung, Durchflussmessung, pH-Messung, Füllstandmessung, etc. verwendet und erfassen die entsprechenden Prozessvariablen Druck, Temperatur, Leitfähigkeit, pH-Wert, Füllstand, Durchfluss etc. Zur Beeinflussung von Prozessgrößen werden Aktoren verwendet. Diese sind beispielsweise Pumpen oder Ventile, die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohr oder den Füllstand in einem Behälter beeinflussen können. Neben den zuvor genannten Feldgeräten werden unter Automatisierungskomponenten auch Gateways, Edge Devices, Remote I/Os, Funkadapter bzw. allgemein Geräte verstanden, die auf der Feldebene angeordnet sind.

Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Endress+Hauser-Gruppe produziert und vertrieben.

In modernen Industrieanlagen sind Feldgeräte in der Regel über Kommunikationsnetzwerke wie beispielsweise Feldbusse (Profibus®, Foundation® Fieldbus, HART®, etc.) mit übergeordneten Einheiten verbunden. Normalerweise handelt es sich bei den übergeordneten Einheiten um Leitsysteme bzw. Steuereinheiten, wie beispielsweise eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder einen PLC (Programmable Logic Controller). Die übergeordneten Einheiten dienen unter anderem zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte. Die von den Feldgeräten, insbesondere von Sensoren, erfassten Messwerte werden über das jeweilige Bussystem an eine (oder gegebenenfalls mehrere) übergeordnete Einheit(en) übermittelt. Daneben ist auch eine Datenübertragung von der übergeordneten Einheit über das Bussystem an die Feldgeräte erforderlich, insbesondere zur Konfiguration und Parametrierung von Feldgeräten sowie zur Ansteuerung von Aktoren.

Custody-Transfer-Anlagen, (zu Deutsch „eichpflichtiger Verkehr“; auch als fiskalische Messsysteme“ bezeichnet), werden unter anderem in der Öl- und Gas-Industrie eingesetzt und für Transaktionen und dem Transport von physikalischen Substanzen zwischen zwei Betreibern - Lieferant und Empfänger - verwendet. Eine solche Custody-Transfer-Anlage beinhaltet eine oder mehrere Automatisierungskomponenten, welche zur Erfassung der Menge einer transportierten physikalischen Substanz, sowie zur Datenspeicherung der Transaktionen eingesetzt werden. In einem Custody-Transfer-System sind eine Vielzahl von Feldgeräten mit jeweils einer oder mehrern Sensoreinheiten vorhanden. Die Feldgeräte erfassen die physikalischen Messgrößen der physikalischen Substanzen, bspw. deren Temperatur, deren Druck, deren Massenfluss und/oder deren Dichte. Die Feldgeräte führen die Messgrößen einer weiteren Komponente des Custody- Transfer-Systems zu, dem sogenannten Flow Computer. Dieser berechnet auf Basis der Messgrößen spezifische Informationen, wie beispielsweise das übertragene Volumen.

Die heutigen Custody-Transfer-Systeme basieren auf älteren Kommunikationsprotokollen wie 4-20 mA, HART und Modbus. Diese Protokolle haben nur einen geringen Durchsatz. Ein sicherer digitaler Transport von Daten ist mit diesen Protokollen nicht manipulationssicher möglich. Der Manipulationsschutz wird in vielen Anwendungen mit elektrischen, mechanischen und softwaretechnischen Mitteln, beispielsweise mechanischen Versiegelungen erreicht.

Nach der Inbetriebnahme ist eine Anpassung der Komponenten eines Custody-Transfer-Systems nicht vorgesehen. Bei eventuell auftretenden Fehlfunktionen von einer oder mehrerer der Komponenten muss externes Fachpersonal hinzugezogen werden. Eine vorausschauende Wartung des Systems ist nicht vorhergesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Betrieb eines Custody-Transfer-System aufrecht zu erhalten und gleichzeitig jederzeit den Manipulationsschutz zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Verbessern des Betriebs eines Custody-Transfer- Systems gelöst, wobei das Custody-Transfer-System eine Vielzahl von Feldgeräten, eine programmierbare Elektronikeinheit, eine Auswerteeinheit und eine Reaktionseineit aufweist, wobei zumindest die Feldgeräte, die programmierbare Elektronikeinheit und die Auswerteeinheit manipulationssicher miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

Übermitteln von durch die Feldgeräte erfassten physikalische Messgrößen und weiteren Daten bezüglich Feldgeräte an eine programmierbare Elektronikeinheit;

Aggregieren der physikalischen Messgrößen und der weiteren Daten durch die programmierbare Elektronikeinheit;

Übermitteln der aggregierten physikalischen Messgrößen und der weiteren Daten an die Auswerteeinheit; Analysieren der übermittelten aggregierten physikalischen Messgrößen und der weiteren Daten hinsichtlich zumindest einer der Kriterien Security, Prozessqualität und Safety; Ermitteln eines Status als Ergebnis der Analyse hinsichtlich zumindest eines der Kriterien Security, Prozessqualität und Safety durch die Auswerteeinheit;

Übermitteln des Status an die Reaktionseinheit;

Erstellen einer Maßnahme auf Basis des Status durch die Reaktionseinheit;

Übermitteln der Maßnahme an zumindest eines der Feldgeräte und/oder an die programmierbare Recheneinheit; und

Durchführen der Maßnahme durch diejenige Komponente, an welche die Maßnahme übermittelt wurde.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, im laufenden Betrieb Fehlerzustände zu erkennen und/oder vorherzusehen und adäquat mittels Maßnahmen korrektiv auf diese zu reagieren. Dadurch wird der Betrieb des Custody-Transfer-Systems verbessert und kann jederzeit aufrechterhalten werden. Ebenso kann der Betrieb eines Custody-Transfer-Systems durch solche Maßnahmen auch optimiert werden. Im idealen Fall ist das System komplett selbstregulierend und benötigt während des Betriebs keine Eingaben durch einen Benutzer.

Hierfür sammelt und aggregiert die programmierbare Einheit laufend die von den Feldgeräten erzeugten Daten. Die Feldgeräte übermitteln diese Daten selbstständig an die programmierbare Einheit, bzw. übermitteln diese auf Anfrage der übergeordneten Einheit. Die aggregierten Daten werden anschließend von einer Analyseeinheit auf zumindest eines der Kriterien Security, Prozessqualität und Safety untersucht.

Der Begriff „Security“ bezieht sich auf die Datensicherheit des Custody-Transfer-Systems, beispielsweise darauf, ob Manipulationsversuche an den Feldgeräten vorliegen.

Der Begriff „Safety“ bezieht sich auf die Unfallvermeidung im Custody-Transfer-System. Hierbei werden die Feldgeräte und die sonstigen Systemkomponenten wie Rohrleitungen, Ventile, etc. auf die momentane mechanische Qualität überprüft. Beispielsweise werden Ablagerungen in den Rohrleitungen, abrasive Prozesse, etc. detektiert.

Der Begriff „Prozessqualität“ bezieht sich auf die Qualität der das Custody-Transfer-System durchströmenden physikalischen Substanz, bspw. ob Luftblasen in der physikalischen Substanz vorliegen Wird hierbei ein unsicherer Zustand hinsichtlich eines dieser drei Kriterien detektiert, so erstellt die Reaktionseinheit eine angemessene Maßnahme, um den detektierten Zustand des Custody- Transfer-Systems zu verbessern und idealerweise aufzuheben.

Feldgeräte, welche im Zusammenhang mit der Erfindung genannt werden, sind bereits im einleitenden Teil der Beschreibung beispielhaft aufgeführt und können als Messgeräte und/oder als Aktoren ausgestaltet sein.

Gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als Maßnahme eine Rekalibrierung oder eine Parametrierung derjenigen Komponente, an welche die Maßnahme übermittelt wurde, vorgenommen wird. Beispielsweise kann der Messmodus eines Feldgeräts in Teilen oder in geändert werden oder veränderte Stellwerte an als Aktoren ausgestaltete Feldgeräte übermittelt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im Falle, dass eine Parametrierung als Maßnahme vorgenommen wird, ein Parametersatz für die entsprechende Komponente von der Auswerteeinheit erstellt wird. Hierfür befinden sich eine Vielzahl von Lookup-Tabellen für die verschiedenen Feldgeräte und/oder eine Vielzahl von Ursachen-Fehler-Tabellen auf der Auswerteeinheit. Alternativ kann die passende Maßnahme anhand Historienwerte, welche auch Erfahrungen fremder Custody-Transfer-System einschließen oder anhand eines Kl-Algorithmus bestimmt werden.

Gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als Maßnahme ein Herunterfahren derjenigen Komponente, an welche die Maßnahme übermittelt wurde, vorgenommen wird. Insbesondere, wenn ein Manipulationsverdacht oder ein Hardwaresicherheitsproblem vorliegt, kann durch das Herunterfahren weitere Gefahr verhindert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die weiteren Daten bezüglich des Feldgeräts interne Sensordaten oder Diagnosedaten des Feldgeräts, insbesondere Heartbeat-Daten, sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die internen Sensordaten den Zustand des Sensors widergeben und Informationen bezüglich zumindest einem der folgenden enthalten:

Mindestens eine Oszillationsfrequenz;

Mindestens eine Sensordämpfung; Ein Index für Gasblasen im Messtoff, insbesondere Mikroblasen- und Inhomogenitätserkennung;

Ein Kalibrierfaktor;

Ein Sensor-Belagsindex, insbesondere für Belagsbildung und Verstopfung;

Eine Sensortemperatur;

Ein Sensor-Integritätsindex, insbesondere für Korrosion und Abrieb.

Diese Begriffe sind für den Fachmann wohlbekannt. Definitionen der Begriffe sind in den einschlägigen Lehrbüchern aufgeführt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die internen Sensordaten Daten bezüglich des verfahrenstechnischen Prozesses betreffen und Informationen bezüglich zumindest einem der folgenden enthalten:

Ein mittlerer Inhomogenitätsindex, insbesondere für freies mitgeführtes Gas und Nassgas;

Ein mittlerer Schwebeblasenindex, insbesondere für suspendierte Mikroblasen;

Ein mittlerer Kaviationsindex;

Kavitation.

Diese Begriffe sind für den Fachmann wohlbekannt. Definitionen der Begriffe sind in den einschlägigen Lehrbüchern aufgeführt. Der Begriff „Kavitation“ beispielsweise bezeichnet eine Hohlraumbildung in der strömenden physikalischen Substanz.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit für die Schritte des Analysierens und des Ermittelns des Status einen Kl- Algorithmus, insbesondere basierend auf Deep Learning und/oder einem neuronalen Netzwerk, verwendet. Vorab wird der Algorithmus mit Trainingsdaten eingelernt, die eine Kausalität zwischen bestimmten Daten der Feldgeräte und einem Status aufweisen.

Es kann vorgesehen sein, auch die Reaktionseinheit mit einem solchen Kl-Algorithmus zu versehen, um auf Basis der ermittelten Zustände eine passende Maßnahme vorschlagen zu können.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit, die Reaktionseinheit und die Feldgeräte einen Regelkreis bilden, indem die Maßnahme eine Konfigurations-ZParameteränderung bei zumindest einem der Feldgeräte bewirkt, das Feldgerät neue Daten auf Grundlage der Konfigurations-ZParameteränderung erzeugt, die Auswerteeinheit diese hinsichtlich einem der Kriterien Security, Prozessqualität und Safety analysiert und einen Status entsprechend einer Optimierung des jeweiligen Kriteriums erstellt, wobei diese Schritte iterativ so oft wiederholt werden, bis der Status einer vorbestimmten Qualitätsstufe entspricht. Auf diese Art und Weise können beispielsweise optimale Parameter für die Feldgeräte gefunden werden. Auch kann der auf der Auswerteeinheit (und ggf. auf der Reaktionseinheit) ausgeführte Kl-Algorithmus weiter eingelernt werden.

Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Custody-Transfer-System gelöst, wobei das Custody- Transfer-System zumindest die folgenden Komponenten umfasst:

Ein Vielzahl von Feldgeräten mit jeweils mindestens einer Sensoreinheit zur Erfassung einer physikalischen Messgröße eines verfahrenstechnischen Prozesses;

Eine programmierbare Elektronikeinheit, wobei die Feldgeräte dazu ausgestaltet sind, die erfassten physikalischen Messgrößen und weitere Daten, insbesondere Statusdaten und/oder Daten bzgl. der Performance, an die programmierbare Elektronikeinheit zu übermitteln, die wobei die programmierbare Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, die von den Feldgeräten übermittelten physikalischen Messgrößen und die weiteren Daten zu aggregieren;

Eine Auswerteeinheit, wobei die programmierbare Elektronikeinheit dazu ausgestaltet ist, die aggregierten physikalischen Messgrößen und weiteren Daten an die Auswerteeinheit zu übermitteln, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgestaltet ist, auf Basis der übermittelten aggregierten physikalischen Messgrößen und weiteren Daten einen Status zu berechnen;

Eine Reaktionseinheit, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgestaltet ist, den berechneten Status an die Auswerteeinheit zu übermitteln und wobei die Reaktionseinheit dazu ausgestaltet ist, den übermittelten Status zu analysieren und, eine Maßnahme als Reaktion auf den übermittelten Status zu erstellen und die Maßnahme an zumindest eines der Feldgeräte und/oder an die Auswerteeinheit zu übermitteln; und

Ein Kommunikationsnetzwerk mit einem manipulationssicheren Protokoll, welches zumindest die Vielzahl der Feldgeräte mit der programmierbaren Elektronikeinheit verbindet, so dass die physikalischen Messgrößen und die weiteren Daten über das OPC UA-basierte Kommunikationsnetzwerk übermittelt werden.

Zusätzlich zu den genannten Komponenten weist ein Custody-Transfer-System noch mechanische Komponenten wie Rohrleitungen, Behälter und Schläuche auf.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Custody-Transfer-Systems ist vorgesehen, dass die programmierbare Elektronikeinheit und die Auswerteeinheit und/oder die Auswerteeinheit und die Vielzahl der Feldgeräte mittels des Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Custody-Transfer-Systems ist vorgesehen, dass das Kommunikationsnetzwerk OPC UA-basiert ist. Das Verwenden des OPC-UA- Standards garantiert eine manipulationsfreie und unanfechtbare Übertragung aller zwischen den obig beschriebenen Komponenten ausgetauschten Daten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Custody-Transfer-Systems ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit dazu ausgestaltet ist, einen Kl-Algorithmus zum Berechnen des Status auszuführen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Custody-Transfer-Systems ist vorgesehen, dass die programmierbare Elektronikeinheit als Flow Computer ausgebildet ist. Hierfür kann ein standardmäßiger Flow Computer verwendet werden, welchem eine neue Firmware oder eine neue Steuersoftware aufgespielt wird, damit dieser die entsprechenden Funktionalitäten des Sammelns, Aggregierens und Weiterleitens der Daten ausführen kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Custody-Transfer-Systems ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit auf einem cloudbasieren Server implementiert ist. Alternativ ist die Auswerteeinheit als lokales Gerät ausgestaltet und innerhalb des Gehäuses des Custody- Transfer-Systems angebracht.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 : ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Custody-Transfer-Systems.

Dieses besteht aus einer Vielzahl von Feldgeräten FG. Aus Übersichtsgründen ist nur ein Feldgerät FG abgebildet. Dieses Feldgerät FG besitzt ein oder mehrere Sensoreinheiten SE1 , SE2, mittels welcher das Feldgerät FG jeweils zumindest eine physikalische Messgröße hinsichtlich der physikalischen Substanz erhebt. Im vorliegenden Fall erhebt Sensoreinheit SE1 einen Massenfluss sowie eine Temperatur der physikalischen Substanz; Sensoreinheit SE2 erhebt die Dichte der physikalischen Substanz. Weitere Feldgeräte können aber auch als Aktoren ausgestaltet sein. Das Custody-Transfer-System CTS dient dem Übertragen einer physikalischen Substanz, bspw. Erdöl, zwischen zwei Einheiten und weist hierfür ferner eine Rohrleitung auf, welche von der physikalischen Substanz durchflossen wird.

Das Custody-Transfer-System CTS weist ferner eine programmierbare Elektronikeinheit PE in Form eines Flow Computer, eine auf einer cloudbasierten Serviceplattform SP ausgeführte Auswerteeinheit AE und eine Reaktionseinheit RE, beispielsweise in Form eines weiteren Flow Computers oder eines Gateways auf.

Während seines vorgesehenen Betriebs übermittelt das Feldgerät FG die mittels den Sensoreinheiten SE1 , SE2 erhobenen physikalischen Messgrößen an die programmierbare Recheneinheit PE. Die programmierbare Recheneinheit PE ist dazu ausgestaltet, die physikalischen Messgrößen aller im Custody-Transfer-System befindlichen Feldgeräte FG abzufragen und weiterzuverarbeiten, bspw. zum Erstellen einer Rechnung, in welcher die Menge und der Preis der zwischen zwei Einheiten transferierten physikalischen Substanz angegeben ist.

Erfindungsgemäß wird die programmierbare Recheneinheit PE derart konfiguriert, dass sie in der Lage ist, alle physikalischen Messgrößen aller Feldgeräte FG des Custody-Transfer-Systems, sowie weitere feldgerätebezogenen Daten, wie interne Sensordaten oder Diagnosedaten, zu sammeln und zu aggregieren. Es kann vorgesehen sein, dass die programmierbare Recheneinheit PE eigene Diagnosedaten ebenfalls hinzufügt.

Diese aggregierte Gesamtheit aller Daten wird über ein OPC UA-basiertes Kommunikationsnetzwerk, was eine manipulationsfreie Übertragung der Daten garantiert, an die Auswerteeinheit AE übermittelt. Die Auswerteeinheit wertet die Daten anschließend aus und klassifiziert sie in je einen Status ST für die Kriterien Safety, Security und Prozessqualität. Für die Analyse und das Erstellen des Status nutzt die Auswerteeinheit, ausreichend Rechenleistung vorausgesetzt, einen Kl-Algorithmus.

Anschließend werden der Status ST oder die verschiedenen Status ST der einzelnen Kriterien über ein OPC UA-basiertes Kommunikationsnetzwerk an eine Reaktionseinheit RE übermittelt. Diese erstellt eine passende Maßnahme MA, MA‘ und übermittelt diese an entsprechende Komponenten FG, PE, um den Status zu verbessern. Die Auswerteeinheit AE kann bereits konkrete Hinweise oder Vorschläge an die Reaktionseinheit RE übermitteln. Alternativ weist die Reaktionseinheit RE selbst einen Kl-Algorithmus auf, um passende Maßnahmen MA, MA‘ zu ermitteln.

Im Folgenden wird eine Reihe von Beispielen für verschiedene Kriterien und entsprechende passende Maßnahmen vorgestellt: Beispiel 1 für Kriterium Safety:

Interne Sensordaten der Sensoreinheiten SE1 , SE2, beispielsweise „HBSI („Heartbeat Sensor Integrity“)-Drift“ für Korrosion und Abrasion werden an die Auswerteeinheit AE gesendet. Diese untersucht diese Daten auf bekannte Cluster, stellt Übereinstimmungen fest und schließt daraus auf den Status ST „Bad“, da Anzeichen für eine Korrosion oder eine Beschädigung des Messrohrs vorliegen. Alternativ kann dieser Status ST aus Eventdaten bestimmt werden. Der Status wird mit einer kurzen Beschreibung an die Reaktionseinheit RE übermittelt. Diese sendet als Maßnahme MA, MA‘ Befehle an die Komponenten des Custody-Transfer-Systems, das System zur Wartung herunterzufahren.

Beispiel 2 für Kriterium Safety:

Wie im ersten Beispiel werden die HBSI-Drift Parameter untersucht. Hierbei wird noch keine konkrete Beschädigung, aber eine beginnende Abrasion des Messrohrs detektiert. Diese beginnende Abrasion rechtfertigt noch kein Herunterfahren des Custody-Transfer-Systems, sollte aber überprüft werden. Der Kl-Algorithmus kann einen ungefähren Zeitpunkt ermitteln, wann die Abrasion konkret zu einem konkret werden könnte. Als Maßnahme MA, MA‘ sendet die Reaktionseinheit RE einen Hinweis an den Bediener, dass ein Problem vorliegt, welches zum Zeitpunkt x gefährlich werden könnte. Der Bediener kann dadurch vorausschauend eine Wartung des Messrohrs planen.

Beispiel für Kriterium Prozessqualität:

Interne Sensordaten der Sensoreinheiten SE1 , SE2 wie ein Inhomogenitätsindex der physikalischen Substanz und/oder wie ein Index für Gasblasen in der physikalischen Substanz werden von der Auswerteeinheit AE, welche Kenntnis von der gewünschten Prozessqualität hat untersucht. Es wird ein Status ST „Bad“ erstellt, da sich zu viele Gasblasen in der physikalischen Substanz befinden. Als Reaktion veranlasst die Reaktionseinheit RE die Reaktionen "Verlangsamen der Pumpe" oder "Extraktionsblasen". Konkret wird durch die Reaktionseinheit RE eine Reparametrierung der Feldgeräte FG oder ein Versenden neuer Stellwerte an die Aktoren veranlasst, um die Qualität des Prozesszustands zu verbessern.

Beispiel für Kriterium Security:

Durch das Analysieren interner Sensordaten der Sensoreinheiten SE1 , SE, wie der beispielsweise des Sensor-Asymmetrie-Indexes in Kombination mit den physikalischen Messwerten, sowie Historienwerten, kann die Auswerteeinheit AE durch ein geänderte Sensorverhalten mögliche Manipulationsversuche erkennen. An entsprechenden Komponenten (beispielsweise an die programmierbare Einheit oder an einen PC des Bedieners) kann als Reaktion eine Warnmeldung "Sensorverhalten wurde verändert, bitte Sensoreinheiten überprüfen" gesendet werden. Im drastischen Fall kann von der Reaktionseinheit RE ein Herunterfahren des Custody-Transfer- System CTS veranlasst werden.

Zum allgemeinen Verbessern der Prozessqualität kann ein Regelkreis RK zwischen der programmierbaren Recheneinheit PE, der Auswerteeinheit AE und der Reaktionseinheit RE aufgebaut werden. Nachdem ein mittelmäßiger bis schlechter Status ST von der Auswerteeinheit AE für eines oder mehr der drei Kriterien detektiert wurde, veranlasst die Reaktionseinheit RE entsprechende Maßnahmen. Zur Verbesserung der Prozessqualität kann beispielsweise eine Reparametrierung von einem der Feldgeräte FG veranlasst werden. Nach erfolgter Reparametrierung untersucht die Auswerteeinheit die neuen Daten des Feldgeräts FG entsprechend den zuvor verwendeten Analysen und bestimmt einen neuen Status ST. Ist dieser noch nicht zufriedenstellend, wird der Parametersatz des Feldgeräts FG iterativ geändert, bis ein zufriedenstellender Status ST detektiert werden kann.

Die Auswerteeinheit AE kann alternativ auch vor Ort ausgestaltet sein und sich beispielsweise innerhalb des Gehäuses des Custody-Transfer-Systems CTS befinden. Je nach Rechenleistung kann diese anstatt eines Kl-Algorithmus auch Lookup-Tabellen und/oder Ursachen-Fehler-Tabellen verwenden, selbiges gilt für die Reaktionseinheit RE.

Bezugszeichenliste

AE, AE’ Auswerteeinheit

CS Cloudbasierter Server

CTS Custody-T ransfer-System

FG Feldgerät

Kl Kl-Algorithmus

MA, MA‘ Maßnahmen

PE programmierbare Elektronikeinheit

RE Reaktionseinheit

RK

SE1 , SE2 Sensoreinheiten

ST, ST Status