泵系统的制作方法

泵系统
1.本技术提供了一种具有至少一个泵的泵系统，所述泵特别是真空泵或压缩机。
2.被构建为真空泵或压缩机的泵是电机驱动的装置，以便将气态介质从泵的入口输送到出口。其中，在公共泵系统中，多于一个泵一起作用，以便为任何种类的应用提供真空或压缩流体。因此，期望的是为一个泵系统内的几个泵提供公共控制，以便更高效地操作。
3.此外，期望的是从泵系统中的泵中的每个收集数据，以便客户不仅对一个特定的泵系统中的每个泵的泵状况有总体了解(overview)，而且对整个泵群(pump fleet)(即，所有使用的泵，甚至在世界上不同的位置处)中的每个泵的泵状况有总体了解，或者由制造商收集数据，以便规划服务间隔或监控质量或产品或诸如此类。因此，更多的泵能够被连接到计算机网络，特别是互联网，以彼此共享数据或者例如在云服务中或者在泵的客户或制造商的服务器处收集数据。然而，由于经由互联网对泵的可访问性，因此出现了安全风险，并且泵可能易受来自外部的操纵或数据的损坏，比如处理关于由泵系统递送的具体任务的数据。
4.因此，本发明的目的是提供具有增加的操作的安全性和可靠性的泵系统。
5.根据本发明的泵系统包括至少一个泵，该泵可以被构建为真空泵或压缩机。特别地，泵系统可以包括多于一个真空泵或压缩机，以便针对具体应用提供真空或压缩流体。此外，泵系统包括连接到至少一个泵的控制器。优选地，控制器被连接到泵系统的泵中的每个，以向泵系统的泵提供公共控制。其中，控制器包括：直接连接到至少一个泵的第一处理单元，用于向至少一个泵提供低级服务；以及连接到第一处理单元的第二处理单元，用于向泵系统提供高级服务。其中，优选地，仅使用一个提供低级服务的第一处理单元作为泵系统中的泵中的每个的共同的公共第一处理单元。替代地，对于泵系统中的泵中的每个，使用单独的第一处理单元单独地向泵系统的泵中的每个提供低级服务。在任何情况下，如果在控制器中使用多于一个第一处理单元，则控制器仅包括连接到第一处理单元中的每个的一个第二处理单元。因此，根据本发明，第一处理单元提供低级服务，并且与第一处理单元分离，在控制器中使用第二处理单元，向泵系统提供高级服务。因此，对于低级服务和高级服务的具体任务，预见到可以针对低级服务和高级服务的计算需求定制(tailor)的第一处理单元和第二处理单元。此外，根据本发明，第二处理单元是可连接到外部网络(例如互联网)的。因此，通过第二处理单元，可以经由外部网络例如与云服务器或中央数据处理系统交换数据。然而，在外部网络和第一处理单元之间没有直接连接。因此，没有使能实现对向至少一个泵提供低级服务的第一处理单元的直接访问。由此增强了安全性。此外，通过第一处理单元和第二处理单元，一定的冗余被引入到泵系统中，从而增加了泵系统的操作的可靠性。
6.优选地，第二处理单元不直接连接到至少一个泵。换句话说，第一处理单元仅经由第一处理单元与至少一个泵连接。同样，第一处理单元不可直接连接到外部网络，或者换句话说，只可经由第二处理单元连接到外部网络。因此，确保了经由第一处理单元和第二处理单元在至少一个泵和外部网络之间的分离。
7.优选地，第一处理单元被配置成通过与至少一个泵交换控制信号来提供低级服务。因此，低级服务涉及泵的控制功能，这对于操作泵而言是至关重要的。其中，控制信号根
据具体的应用来确定，并且可以包含诸如操作电流、运行速度之类的参数，或者可以涉及泵系统中的阀位置信号。
8.优选地，第一处理单元被配置为确定性处理单元，其提供90ms和110ms之间、并且优选地99ms和101ms之间、并且最优选100ms的响应。因为第一处理单元被配置成执行低级服务以便控制泵系统中的泵，所以控制信号的快速交换和连接到泵系统的应用内的变化的反应以可靠和确定的方式是必要的。向至少一个泵提供适当的控制信号时的延迟将导致应用的不适当的功能，或者甚至破坏泵系统或应用，并且进一步导致产品中的故障。
9.优选地，第二处理单元被配置成提供高级服务，诸如与云服务器或中央数据处理单元的数据交换、用于控制泵系统的用户接口(优选地构建为web访问接口)、在门控访问方面对第一处理单元的控制的安全访问、在例如通过人工智能进行的泵系统状况预测方面对泵系统的操作的复杂优化计算(即模式识别)、第一处理单元以及第二处理单元的更新处理以及诸如此类中的一个或多个。因此，作为高级服务，可访问性、可用性和更复杂的任务由第二处理单元执行。此外，通过第二处理单元，提供了对泵系统的安全访问。
10.优选地，第一处理单元被配置成在第二处理单元发生故障的情况下重启第二处理单元。因此，第一处理单元充当对第二处理单元的看门狗。因为所有至关重要的或强制性(mandatory)的过程都由第一处理单元执行，所以第二处理单元的故障和随后由第一处理单元启动的第二处理单元的重启不会中断泵系统的操作。因此，冗余被引入到泵系统中，从而增加了泵系统的操作的可靠性。
11.优选地，第二处理单元被配置成在第一处理单元发生故障的情况下重启第一处理单元。因此，第二处理单元充当对第一处理单元的看门狗。由此，实现了在第一处理单元的系统故障之后的快速恢复。因此，冗余被引入到泵系统中，从而增加了泵系统的操作的可靠性。
12.优选地，至少一个泵包括传感器，其中传感器被直接连接到第一处理单元，以将传感器数据传输到第一处理单元。特别地，如果传感器数据对于操作具体的泵或泵系统而言是至关重要的，则该数据可以由第一处理单元直接处理。在第二处理单元发生故障时，该传感器数据仍然可用于第一处理单元，从而确保泵系统的可靠操作。特别地，因为第一处理单元被构建为确定性处理单元，所以确保了传感器数据的快速接收，从而能够在短时间内处理未来量的传感器数据。特别地，为了简化结构，所有传感器都被直接连接到第一处理单元。
13.优选地，至少一个泵包括传感器，其中传感器被直接连接到第二处理单元，以将传感器数据传输到第二处理单元。该传感器数据可以用于监控泵系统的操作，或者可以经由外部网络与中央数据处理单元交换，并被存储以供制造商或客户监控。如果该传感器数据对于操作泵系统的至少一个泵是必要的，并且传感器数据从第二处理单元被传递(handed over)到第一处理单元，或者可以由第二处理单元根据智能控制进一步评估，并且作为指令从第二处理单元被传递到第一处理单元。特别地，为了简化结构，所有传感器都被直接连接到第二处理单元。
14.优选地，控制器包括布置在第一处理单元和至少一个泵之间的现场总线单元(fieldbus unit)。因此，如果泵系统中的传感器都被直接连接到第一处理单元，则现场总线单元被布置在第一处理单元和至少一个泵之间，以提供与泵和传感器的现场总线通信。
因此，第二处理单元和现场总线单元之间没有直接通信是可能的。替代地，如果传感器被直接连接到第二处理单元，则现场总线单元被布置在第二处理单元和传感器之间。
15.在下文中，参考附图更详细地描述本发明。
16.其被示出为：
17.图1是根据本发明的泵系统的示例性结构。
18.在本发明的实施例中，泵系统包括可以被构建为真空泵或压缩机的泵12。在本实施例的示例中，泵系统包括三个真空泵12。然而，泵的数量不受限制，并且可以适于要由泵系统执行的具体任务。所有的泵12都被连接到公共控制器14。控制器包括第一处理单元16和第二处理单元18。其中，第一处理单元16被直接连接到泵12，其中在泵12和第一处理单元之间可以布置现场总线单元20，以便处理和提供泵12和第一处理单元16之间的现场总线通信。其中，可以针对泵12中的每个单独提供一个现场总线单元20，或者可以针对泵系统中的所有泵12提供公共现场总线单元20。
19.其中，第一处理单元16被配置成向泵12提供低级服务，包括但不限于通过在第一处理单元和泵12之间交换控制信号或者通过控制阀的致动器或诸如此类来控制泵12的操作。其中，第一处理单元负责所有关键的低级对话(talk)，所述对话对于操作泵系统来说是强制性的。
20.第二处理单元18向泵系统提供高级服务。其中，处理单元是可连接到外部网络23(例如互联网)的，以便促进与客户或制造商的云服务器或中央数据处理单元的数据交换。其中，由第二处理单元18提供的高级服务例如是与云服务器24的数据交换，以便由泵12的客户或制造商监控泵系统的泵12中的每个的操作，以用于监控操作的质量或诸如此类。此外，通过第二处理单元18，可以提供接口，特别是作为web接口，以用于泵系统的外部控制或泵系统的操作和状况的更方便的可视化。此外，第二处理单元可以针对外部数据访问提供外部用户之间的安全访问和证书处理。因此，使能用户的访问验证以便控制泵系统的操作。此外，通过第二处理单元18，可以通过从来自制造商的更新服务器26接收更新并将该更新安装在第一处理单元上，或者通过从更新服务器26接收更新并将该更新安装在第二处理单元上，来提供更新处理以更新第一处理单元16。其中，该更新可以替代地从安装在第二处理器单元上的第三方应用的提供商提供。此外，通过提供第二处理单元18，可以基于从泵系统收集的传感器数据执行复杂的分析算法和模式识别，以便优化泵系统的操作。
21.其中，第一处理单元16被构建为确定性处理单元，该确定性处理单元以在90ms和110ms之间并且优选地在99ms和101ms之间的响应时间提供可靠和确定性的数据的处理，以便能够快速反应并且可靠地控制泵系统的泵12。相反，与由第二处理单元18执行的任务的复杂性相比，由第一处理单元16执行的任务的复杂性是相对低的。因此，对第一处理单元16的要求是快速和高效地处理对操作该泵系统中的泵12至关重要的较不复杂的数据。相反，第二处理单元18的任务不是时间关键的，而是具有增加的复杂性。通过将不同的任务分离到第一处理单元16和第二处理单元18中，提供能够以可靠和确定的方式几乎实时地处理对任务的复杂性的高要求的处理单元不是必要的。通过本发明的技术方案，由第一处理单元执行具有低复杂性的时间关键和至关重要的任务，而由第二处理单元执行其他任务，由此降低对第一处理单元和第二处理单元中的每个的总体需求。
22.此外，由于在控制器14内具有两个处理单元，可靠性由于给定的冗余而增强。在这
点上，第一处理单元16充当对第二处理单元18的功能的看门狗。在第二处理单元18发生故障的情况下，第一处理单元16被配置成启动第二处理单元18的重启。类似地，第二处理单元18充当对第一处理单元16的正确操作的看门狗，并且在发生故障的情况下可以启动第一处理单元16的重启。由此，在第二处理单元18发生故障的情况下，泵系统中的泵12的操作可能不被中断，因为为了操作泵系统的所有至关重要的过程都由第一处理单元16执行。在第二处理单元18重启之后，由第二处理单元18提供的高级服务再次可访问。
23.特别地，来自第三方的应用可以被安装在第二处理单元18上。然而，对于控制器14的制造商来说，不可能确保这些第三方应用的完全可靠性。因此，通过将第三方应用与至关重要的过程分离，以便由第一处理单元16操作泵系统，增强了控制器的可靠性。在安装在第二处理单元18上的第三方应用发生故障时，可以由第一处理单元16确保泵系统的操作。同时，由更新服务器26提供的第二处理单元18上的第三方应用的更新可以被安装在第二处理单元18上，而不中断泵系统的操作。
24.特别地，第二处理单元具有针对高级服务的容器化(containerization)而运行的对接引擎(docker engine)。其中，容器之间的所有通信都通过介质代理(medium broker)发生，该介质代理充当可能由mqtts协议提供的发布/订阅元素服务器。
25.此外，泵12中的一个或多个可以包括传感器28。如图中所描绘的，传感器28被直接连接到第一处理单元16。现场总线单元被定位在传感器28和第一处理单元16之间，以便使能第一处理单元16和传感器28之间的现场总线通信。特别地，泵系统的所有传感器可以被直接连接到第一处理单元16。因为第一处理单元16被构建为确定性处理单元，所以使能实现所采集的传感器数据的快速和可靠的处理。其中，现场总线可以经由已知的现场总线(诸如canopen、modbus、ethercat、profinet、ethernet/ip、opc ua或诸如此类)之一提供通信。
26.因此，通过本发明，为了适当操作泵系统的某些任务被分离并由具体的处理单元执行。其中，第一处理单元16被提供用于低级服务，即直接控制泵系统中的泵和处理来自传感器28的传感器数据。此外，由第二处理单元18提供更高级服务，使能实现针对泵的客户或制造商的进一步的服务，诸如经由外部网络的数据交换、更新处理和其他安全特征。其中，在提供更高级服务的第二处理单元和泵系统中的泵12之间没有直接通信。仅经由第一处理单元使能实现通信。因此，第二处理单元充当用于从外部访问以控制泵系统中的泵12的安全门。同时，由于泵系统的控制器14中的两个处理单元，操作的可靠性由于冗余而增强。