Virtuelle Sensoren mit Prozesswissen
Virtuelle Sensoren — auch Soft-Sensoren genannt — kombinieren Systemwissen mit vorhandenen Messungen und liefern zuverlässige Schätzungen für schwer messbare Größen.
Was sind virtuelle Sensoren?
Ein virtueller Sensor — auch Soft-Sensor — nutzt ein mathematisches Prozessmodell mit vorhandenen Messdaten, um eine Schätzung der gesuchten Größe zu berechnen. Er benötigt keine zusätzliche Hardware und läuft als Software auf dem vorhandenen Leitsystem.
Lösungen für industrielle Messaufgaben
Messung zu teuer
Analysatoren kosten 50.000–500.000 € — nur periodische Proben.
Ein virtueller Sensor liefert kontinuierliche Schätzungen zwischen Proben.
Instrumentierung nicht installierbar
Durchflussmesser, Wärmelasten oder Drehmomentwerte nicht installierbar.
Der virtuelle Sensor berechnet die Größe aus vorhandenen Messungen.
Keine direkte Messung möglich
Schmelzindex, Zellkonzentration oder Katalysatoraktivität nicht messbar.
Der virtuelle Sensor schließt auf diese Größen aus messbaren Proxys.
Sensorausfall und Redundanz
Kritische Messungen fallen aus. Einzelausfallpunkte sind nicht tolerierbar.
Der virtuelle Sensor fusioniert redundante Messungen zu einer fehlertoleranten Schätzung.
Messgenauigkeit
Zwei Instrumente mit komplementären Genauigkeitsprofilen.
Der virtuelle Sensor fusioniert beide Signale zu einer schnellen, präzisen, driftfreien Schätzung.
Technologie
Messungen
Der Sensorbedarf wird fallweise bestimmt. In den meisten Fällen ist die vorhandene Instrumentierung ausreichend.
Modelle
Modelle kodieren das Systemwissen des virtuellen Sensors — von einfachen Korrelationen bis zu vollständigen thermodynamischen Modellen.
Schätzalgorithmen
Von linearen Beobachtern bis zu nichtlinearen Algorithmen (EKF, UKF, Moving-Horizon-Schätzung).
Gemessene Ergebnisse
- LHC-Kryokreislauf (CERN): 5 Zustände aus 3 Drucksensoren in Echtzeit geschätzt — nichtlineare MHE bei 1 Hz.
- Virtueller Durchflussmesser: kontinuierliche Schätzung ohne physisches Messgerät.
- Sensorfusion-Variometer (SSDV12): Druck + IMU + GPS-Fusion mit überlegener Genauigkeit.
- Analysatorlücken: kontinuierliche Qualitätsschätzung zwischen 2-stündigen Proben.
Virtueller Sensor / Soft-Sensor vs. Physikalisches Instrument
Direkter Vergleich für Beschaffungs- und Machbarkeitsentscheidungen.
| Merkmal | Physikalisches Instrument | Virtueller Sensor / Soft-Sensor |
|---|---|---|
| Anschaffungskosten | 50.000–500.000 € | Nur Software auf vorhandenem DCS |
| Installation | Wochen bis Monate | Tage bis Wochen (Modellintegration) |
| Wartung | Kalibrierungsabschaltungen, Verschmutzung | Modellaktualisierung, kein Prozessausfall |
| Abdeckung | Ein Messpunkt pro Gerät | Jede vom Modell erreichbare Variable |
| Datenrate | Periodisch oder Einzelpunkt | Kontinuierlich, synchron mit Regelzyklus |
| Ausfallmodus | Harter Ausfall | Schrittweiser Abbau — Modell-Rückfall |
Produkte
Advanced Virtual Flow Meter
Softwarebasierte Durchflussberechnung an Ventilpositionen ohne physisches Messgerät.
Mehr erfahrenDigital Variometer SSDV12
Hochpräziser Steig-/Sinkratensensor durch Sensorfusion aus Druck-, Trägheits- und GPS-Messungen.
Mehr erfahrenReferenzen
- Non-linear Moving Horizon State Estimation and Control for the Superfluid Helium Cryogenic Circuit at the Large Hadron Collider — IFAC, 2015.
Ausgewählte Publikationen
Peer-reviewed Forschung zu virtuellen Sensor- und Soft-Sensor-Methoden.
Häufig gestellte Fragen
Was ist ein virtueller Sensor?
Ein virtueller Sensor (auch Soft-Sensor genannt) berechnet Schätzungen schwer messbarer Prozessgrößen mithilfe eines mathematischen Modells und vorhandener Instrumentierung. Keine neue Hardware erforderlich.
Ist ein virtueller Sensor so zuverlässig wie ein physikalisches Instrument?
Für gut modellierte Prozesse mit guter Instrumentierung kann ein virtueller Sensor die Genauigkeit von Analysatoren erreichen oder übertreffen — und liefert kontinuierliche Daten statt periodischer Proben. Die CERN-LHC-Anwendung schätzte 5 thermodynamische Zustände aus 3 Drucksensoren.
Welche Hardware benötige ich?
Keine zusätzliche Hardware. Virtuelle Sensoren laufen als Software auf Ihrem vorhandenen Leitsystem, SPS oder Edge-Computer mit bereits vorhandenen Signalen.
Wie lange dauert die Implementierung?
Typischerweise 4–12 Wochen vom Projektstart bis zur Inbetriebnahme, abhängig von Modellkomplexität und Datenverfügbarkeit. Ein 30-minütiges Gespräch reicht zur Beurteilung.
Messaufgabe besprechen
Jedes virtuelle-Sensor-Projekt beginnt mit dem Verständnis Ihres Prozesses. Ein 30-minütiges Gespräch reicht für eine Machbarkeitsbewertung.
Über uns
Virtual-Sensor ist eine spezialisierte Ingenieursdienstleistung unter der Leitung von Dr. Rafał Noga — APC/MPC-Berater mit Erfahrung in virtuellen Sensoren und Zustandsschätzung seit 2007.