本发明涉及一种用于技术设备的分布的过程控制的控制系统和用于对技术设备进行控制的方法。
背景技术：
通常，进行过程控制的多个设备完成简单的自动化和控制技术上的任务。这些任务对于调节参量在秒的范围内经常对时间要求不严格。在此作为实例的是污水处理设备中的水处理，另外的实例是用于各种管道系统(气、油、水)的管道管理、食品工业的半成品的干燥(食用油干燥、谷物干燥)或者玻璃的制造、单晶体的拖拽或一般的浮选。通常这些设备也由多个主要也是空间分开的、较小的自动化单元组成，这随后导致的是，各个过程任务也分布地进行。这样的较小的自动化单元由于其受限的计算能力在以前不能形成复杂的调节结构或控制和/或模拟策略，如其在更高的级别的自动化装置中能够实现的那样。这样的能够需要巨大的计算容量的复杂的控制策略能够例如是所谓的模型预测式的控制(模型预测控制，MPC)，就如其优选地在方法工艺的过程中使用的那样。经常也存在有设置模拟模型的愿望，以便能够在此基础上对过程进行优化。因此，经常在设备的上级的控制和监视系统中对这样的计算密集的方法工艺的过程或模拟模型进行自动化。此外期望的是，跟随分布的设备理念，在现场并且因此接近过程地执行这样的方法工艺的过程又或者模拟策略，即使接近过程的自动化单元由于其受限的计算容量而不允许这样。这样的接近过程的解决方法的优点很明显，因为其降低了总体复杂性并且使得系统更抗干扰。因此，现在首先采用并联的现场解决方案，以便对现存的系统在其自动化 功能方面进行扩展。这样的解决方案的很大的缺点在于首先由于附加的硬件和必要的服务而产生的代价。因为这样的解决方案必须在现场维护。这样的维护通常已经从其参数的适配中得出，例如基于过程行为中的改变，就如其例如已经能够从控制机构(阀、滑阀)或管道的改变中通过改变其在时间运行中的特征曲线、例如通过对动态行为的堆积又或者通常的移动而得出的那样。
技术实现要素：
因此，本发明的目的在于提出一种装置和方法，其能够低成本地并尽可能无干扰地实现过程设备的功能上的扩展和改善。
该目的通过具有权利要求1所述的特征的系统实现。由此，用于对过程进行控制的系统在设备侧具有至少一个自动化单元。设备侧的意思是，自动化单元是原始的自动化系统的组成部分并且通常接近过程地布置。自动化单元执行多个第一过程参量计算。对此，自动化单元借助于传感器和执行机构接入到过程中并且通过其过程参量计算来影响该过程。自动化单元借助于第一数据连接与用于对过程进行控制和/或监视的监视系统连接。该系统还具有至少一个设备外部的计算单元，其经由分布的通信机构接通至少一个自动化单元，即能够与该自动化单元交换数据。作为设备外部的计算单元应当设置的是，其在空间上和/或在功能上位于原始的自动化系统之外。这样的设备外部的计算单元能够例如位于外部的服务提供商处。数据交换经由第二数据连接实现。属于分布的通信机构的例如有通信标准OPC(OPC DA，OPC UA)或者TCP/IP(Profinet)，这允许将独立的计算单元连接到分布的系统上。设备外部的计算单元执行多个第二过程参量计算。这些计算经由自动化单元对过程起作用(prozesswirksam)。也就是说，自动化单元基于在设备外部的计算单元中执行的计算来对过程进行控制。在设备外部的计算单元中执行的计算远比那些能够在设备侧的自动化单元中执行的计算要更加复杂并且更加计算密集。因此，外部的计算单元承担扩展的控制技术上的功能，就如其例如由MPC调节器已知的那样。此 外，条件监视系统、模拟系统或历史系统也能够在该计算单元中执行附加的评估，并且为此目的也调用通过调节处理的信号。利用前述的系统、即基于前述系统的结果，例如当在可能的情况下在历史数据的基础上确定了与额定行为的偏差的时候，能够重新非常有利地适配调节参数。另一方面，这些参数能够经由设备侧的自动化单元对过程起作用。通过从远处设置这样的参数，允许在设备处的现场没有服务团队。借助于设备的前述的模拟模型，能够进行过程的预先策略和/或优化。其在成功的测试之后能够随后在线地在设备外部的计算单元上接入。
这样的系统的优点是显而易见的。这能够低成本地实现以新的自动化算法和方式扩展现存的设备，并且因此优化与其相关的能量消耗、质量、工作寿命等，因为其不需要在现场的附加的硬件以及由此的硬件的高成本的安装和护理。除此之外，能够在一个地点实现分布的自动化部件的分布的维护和护理。在此，能够安全地设置连续的运行。能够实现的是在模拟的基础上优化调节，该模拟得出设备的寿命并且因此同样进行优化。
已经证明有利的是，在模拟模型中形成的模拟任务能够在另外的、设备外部的计算单元中运行。为了该目的，至少一个另外的、设备外部的计算单元与第一设备外部的计算单元连接。因此能够实现的是，给用于设备的运行的模拟模型在远处提供分别来自设备和过程的数据。模拟模型能够以该方式适配和优化，并且几乎自我学习地继续表达关于过程的知识。另一方面，优化的模拟模型能够随后改善预先的调节设计并且因此改善设备的总体的控制。以该方式存在有模拟的影子设备，其例如另一方面能够用于设备控制的迁移方案(硬件的更新)，又或者本身用于设备中的计划的过程改变。其也能够例如是虚拟调试的基础。
根据另外的观点，能够在外部的计算单元上保存模拟模型，其跟随不同的优化策略。因此，能够在优化策略中例如优化生产的产量，另外的优化涉及能量或材料资源的最节省的处理。另外，能够将产品的质量和品质 放在前面(例如在食用油干燥时的乙烷含量或者净化的污水的硝酸盐含量)。
根据另外的观点，单个或多个模拟模型的各种优化策略对外部的影响因素动态地做出反应。这样的影响因素能够例如是关于当天的原材料和能源的价格、人员的可用性和其成本又或者线上交易数据或天气数据，其集成到调节设计中。对此，外部的计算单元获得到服务提供商的接口，其提供这样的数据。在另外的情况中，这样的数据能从设备使用者的另外的系统中(例如采购系统)自我调用。非常有利地，操作者随后能够在各个优化策略之间切换，以便因此使调节设计适配当前的框架条件。在各个优化策略之间的切换也能够是在中心并且自动地实现。
设备外部的计算单元的第二过程参量计算与设备侧的自动化单元叠加。以该方式保障的是，高级的和更智能的调节结构或优化策略总是有效的。
仅在第二数据连接发生故障时，执行设备侧的自动化单元的过程参量计算，以便以该方式确保设备在故障的情况下能够继续运行。第二数据连接的故障也应当理解为设备外部的计算单元内部的故障，其在结果中不提供或提供有差错的数据给自动化单元。
当给设备侧的自动化单元分配服务代理并且服务代理给设备外部的计算单元供应设备侧的自动化单元的过程数据的时候，能够有利地经由服务代理设置的是，将哪些过程数据在哪些时间段内发送给外部的计算单元。服务代理在该联系中应当理解为能与数据源连接并且收集数据的子系统。通常，代理作为软件产品在设备侧的自动化系统中运行。在此，服务代理能够经过最不同的实时为接口-例如SIMATIC NET OPC、OPC DA、OPC UA、Modbus或SNMP-收集数据，或者通过访问确定的、存储自动化系统的文件、例如*.csv或*.xml文件来调用数据。经由接口，操作者能够通过所谓的脚本(Scripts)主要以分开的工具确定的是，其想要得到在哪些时 间发送的哪些数据并且应当在自动化装置中进行数据的哪种预处理。过程日期(测量点)在此以理想的方式除了测量点值(模拟的或数字的)之外也包括时间戳和质量码。在此，采样率设计为可变的，例如在秒和天之间。当必须限制要发送的数据量和/或要评估复杂的触发条件时，随后对数据通过代理在此之前发送给设备外部的计算单元的相应的预处理进行特别地设置。
该目的还通过具有权利要求9所述的特征的方法实现。用于为了控制具有多个另外的自动化功能的过程参量而扩展至少一个设备侧的自动化单元的方法基于的是，要扩展的设备侧的自动化单元包括多个第一过程参量计算，并且借助于第一数据连接与用于对过程进行控制和/或监视的监视系统连接。在第一步骤中，在至少一个设备外部的计算单元中，在程序技术上执行用于多个第二过程参量计算的、多个通常更复杂的另外的自动化功能。特别地，复杂的自动化功能的这样的在程序技术上的执行包括模型预测式的调节设计，其能够与用于调节设计的模拟系统配合。在另外的步骤中，将设备外部的计算单元经由分布的通信机构、经由第二数据连接接通到至少一个设备侧的自动化单元上。接通在该联系中意味着，经由第二数据连接建立在设备侧的自动化装置和设备外部的计算单元之间的连接，并且经由该数据连接能够实现至少用于在前述的对象之间的必要的过程数据的数据交换。随后在另外的步骤中，与设备侧的自动化单元的过程参量计算并行地执行由设备外部的计算单元执行的过程参量计算。然而，设备侧的自动化单元的过程参量计算在如下的范围内成为无效的，在该范围内设备外部的计算单元的第二过程参量计算成为有效的并且借助于第二过程参量计算实现了设备侧的过程参量的控制，其中，过程影响经由设备侧的自动化单元实现，也就是说设备侧的自动化单元的输出端基于设备外部的计算单元中的计算而连接。
根据前述方法的另外的观点，设备侧的过程参量的控制、即过程的控制本身借助于第二过程参量计算进行监视。该监视经由监视系统实现，其 经由第一数据连接与设备侧的自动化单元连接。这样的监视能够通过第二过程参量计算与并行运行的第一过程参量计算的平衡来实现。当例如偏差超过预设的差值的时候，在该情况下能够识别出作用于过程的控制参量的错误。然而在最简单的情况下，以该方式也能够借助于过程参量的改变来自我监视第二数据连接的功能性。
在故障的情况下，例如通过外部的计算单元的失效或者第二数据连接的失效，第一过程参量计算本身代替第二过程参量计算，并且以这种方式对过程起作用。也就是说，如果到设备外部的计算单元的连接应该断开，那么现场的控制器再次承担调节的任务。对此，其应用其现有的算法。设备在该情况下虽然以较低的效率运行，但是防止了损失的情况。当外部的计算单元再次连接的时候，系统再次切换。
附图说明
本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现其的方式和方法结合附图进行详细阐述。在此在示意图中示出：
图1示出用于技术设备的分布的过程控制的系统。
具体实施方式
图1示出了用于对工业的过程1进行控制的系统100，例如在净化设备中用于水处理的过程或者用于通过管道输送液体或气体的过程。过程1经由非中心的设备侧的自动化单元2控制和调节，该自动化单元为了该目的而具有到过程的在图1中未详细示出的传感器和执行机构的、一系列的有效连接3。示例性地示出了两个自动化单元2，实际上有更多的自动化单元对过程进行控制、调节和监视。自动化单元2经由第一数据连接4与对过程1进行控制和监视的监视系统5连接。自动化单元2执行对过程起作用的监视和调节功能8。在该配置中，系统100是有效的并且能够满足 其控制、调节和监视任务。系统100通过设备外部的计算单元6进行扩展。该计算单元经由第二数据连接14与自动化单元2连接。在当前的实例中，两个自动化单元2经由第二数据连接14与设备外部的计算单元6连接。在另外的实施方式中，也能够是仅一个或任意数量的自动化单元与设备外部的计算单元连接。第二数据连接14优选地经由因特网或者有线地或者无线地实现。设备外部的计算单元6执行过程参量计算11，例如在该处运行计算密集的调节器结构7或并行的模拟，其中，在设备外部的计算单元6中执行的计算的结果经由自动化部件2通过如下方式借助于切换单元9对过程起作用，即切换单元9从特别的监视和调节功能8的第一过程参量计算10切换到设备外部的第二过程参量计算11。用于执行第二过程参量计算11的必要的输入参量12由在自动化部件2之中执行监视和调节功能8的程序来传送到数据传输模块13，其将数据发送到设备外部的计算单元6。在理想的情况下，数据传输模块13是所谓的服务代理，其尽可能自主地从程序或存储区中获取数据。