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VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung ist eine teilweise Fortsetzung der am 4. Mai 2005 eingereichten
internationalen Patentanmeldung Nr.
PCT/US2005/015556 mit dem Titel "Integration of Process
Modules and Expert Systems in Process Plants" [Integration von Prozessmodulen und
Expertensystemen in Prozessanlagen], die sich ihrerseits auf die
am 4. Mai 2004 eingereichte U.S. Provisional Application mit der
Serien-Nr. 60/567,980 mit dem Titel "Graphical User Interface for Representing,
Monitoring, and Interacting with Process Control Systems" [Grafische Benutzerschnittstelle
für Darstellung, Überwachung
und Interaktion mit Prozesssteuerungssystemen] bezieht, wobei deren
sämtliche
Offenlegungen hiermit ausdrücklich
durch Verweis in ihrer Gesamtheit zum Bestandteil dieses Dokuments
gemacht werden. Diese Anmeldung bezieht sich weiterhin auf die am
21. Juli 2003 eingereichte
U.
S. Patent Application mit der Seriennummer 10/625,481 mit
dem Titel "Integration
of Graphic Display Elements, Process Modules and Control Modules
in Process Plants" [Integration
von grafischen Anzeigeelementen, Prozessmodulen und Steuerungsmodulen
in Prozessanlagen], die am 5. August 2004 als
U.S. Publication Nr. 2004/0153804 veröffentlicht
wurde und die ihrerseits eine teilweise Fortsetzung der am 22. Oktober
2002 eingereichten
U.S. Patent
Application mit der Serien-Nr. 10/278,469 mit dem Titel "Smart Process Modules
and Objects in Process Plants" [Intelligente
Prozessmodule and Objekte in Prozessanlagen], die am 22. April 2004
als
U.S. Publication Nr.
2004/0075689 veröffentlicht
wurde, wobei deren sämtliche
Offenlegungen hiermit ausdrücklich
durch Verweis in ihrer Gesamtheit zum Bestandteil dieses Dokuments
gemacht werden. Diese Anmeldung bezieht sich weiterhin auf die am
18. Februar 2003 eingereichte
US Patent
Application mit der Seriennummer 10/368,151 mit dem Titel "Module Class Objects
in a Process Plant Configuration System" [Modulklassenobjekte in einem Prozessanlagenkonfigurierungssystem],
die am 7. Oktober 2004 als
U.S.
Publication Nr. 2004/0199925 veröffentlicht wurde, wobei deren
gesamte Offenlegung hiermit ausdrücklich durch Verweis in ihrer
Gesamtheit zum Bestandteil dieses Dokuments gemacht wird. Diese Anmeldung
bezieht sich auch auf die folgenden internationalen (PCT) Anmeldungen,
die am selben Datum wie die vorerwähnte internationale (PCT) Anmeldung
eingereicht wurden und die diese Anmeldung hiermit ausdrücklich durch
Verweis in ihrer Gesamtheit zum Bestandteil dieser Anmeldung macht: "Associated Graphic Displays
in a Process Environment" [Assoziierte
Grafikanzeigen in einer Prozessumgebung] (
PCT/US2005/015943 , Anwaltsaktenzeichen
06005/41111); "User
Configurable Alarms and Alarm Trending for Process Control Systems" [Benutzerkonfigurierbare
Alarme und Alarmtrenddarstellung für Prozesssteuerungssysteme]
(
PCT/US2005/015537 ,
Anwaltsaktenzeichen 06005/41112); "A Process Plant User Interface System
Having Customized Process Graphic Display Lagers in an Integrated
Environment" [Prozessanlagen-Benutzerschnittstellensystem
mit anwendungsspezifisch angepassten Prozessgrafikanzeigeschichten
in einer integrierten Umgebung] (
PCT/US2005/015392 ,
Anwaltsaktenzeichen 06005/41114); "Scripted Graphics in a Process Environment" Geskriptete Grafiken
in einer Prozessumgebung] (
PCT/US2005/015942 ,
Anwaltsaktenzeichen 06005/41115); "Graphics Integration into a Process
Configuration and Control Environment" [Grafikintegration in eine Prozesskonfigurierungs-
und Steuerungsumgebung] (
PCT/US2005/015588 ,
Anwaltsaktenzeichen 06005/41116); "Graphic Element with Multiple Visualizations
in a Process Environment" [Grafisches
Element mit multiplen Visualisierungen in einer Prozessumgebung]
(
PCT/US2005/015390 ,
Anwaltsaktenzeichen 06005/41117); "System for Configuring Graphic Display
Elements and Process Modules in Process Plants" [System zum Konfigurieren von grafischen
Anzeigeelementen und Prozessmodulen in Prozessanlagen] (
PCT/US2005/015391 , Anwaltsaktenzeichen
06005/41118); "Graphic
Display Configuration Framework for Unified Process Control System
Interface" [Grafischer
Anzeigekonfigurierungsrahmen für
eine vereinheitlichte Prozesssteuerungssystemschnitt stelle] (
PCT/US2005/015393 , Anwaltsaktenzeichen 06005/41124); "Markup Language-Based, Dynamic Process
Graphics in a Process Plant User Interface" [Markup-Languagebasierte, dynamische
Prozessgrafik in einer Prozessanlagenbenutzerschnittstelle] (
PCT/US2005/015941 , Anwaltsaktenzeichen
06005/41127); "Methods
and Apparatus for Modifying Process Control Data" [Verfahren und Vorrichtung zum Modifizieren
von Prozesssteuerungsdaten] (
PCT/US2005/015596 ,
Anwaltsaktenzeichen 06005/591622 und 20040/59-11622); "Methods and Apparatus for
Accessing Process Control Data" [Verfahren
und Vorrichtung für
den Zugriff auf Prozesssteuerungsdaten] (
PCT/US2005/015585 , Anwaltsaktenzeichen
06005/591623 und 20040/59-11623); "Integrated Graphical Runtime Interface
for Process Control Systems" [Integrierte
grafische Laufzeit-Schnittstelle für Prozesssteuerungssysteme]
(
PCT/US2005/015439 ,
Anwaltsaktenzeichen 06005/591628 und 20040/59-11628); "Service-Oriented
Architecture for Process Control Systems" [Serviceorientierte Architektur für Prozesssteuerungssysteme] (
PCT/US2005/015394 ; Anwaltsaktenzeichen
06005/591629 und 20040/59-11629).
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TECHNISCHER EINSATZBEREICH
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Prozessanlagen
und spezifischer auf eine intelligente Steuerungs- und Simulationsumgebung,
die eine Integration von Benutzerbetrachtung, Simulation und Steuerung
auf Systemebene der Prozessanlagen-Steuerungsarchitektur ermöglicht.
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BESCHREIBUNG DER ENTSPRECHENDEN
TECHNIK
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Verteilte
Prozesssteuerungssysteme, wie sie in der Chemieindustrie, in Petroleum-
oder anderen Prozessen eingesetzt werden, weisen typischerweise
eine oder mehrere Prozesssteuerungen auf, die über analoge, digitale oder
kombinierte analoge/digitale Busse kommunikativ mit einem oder mehreren
Feldgeräten verbunden
sind. Die Feldgeräte,
bei denen es sich beispielsweise um Ventile, Ventilsteller, Schalter
und Geber (beispielsweise Temperatur-, Druck-, Füllstands- und Strömungsgeschwindigkeitssensoren)
handeln kann sind innerhalb der Prozessumgebung angeordnet und erfüllen Prozessfunktionen
wie beispielsweise Öffnen oder
Schließen
von Ventilen, Messung von Prozessparametern etc. Intelligente Feldgeräte wie beispielsweise die
Feldgeräte,
die dem bestens bekannten Feldbusprotokoll entsprechen, können auch
Steuerungsberechnungen, Alarmierungsfunktionen und andere Funktionen
ausführen,
die allgemein innerhalb der Steuerung implementiert werden. Die
Prozesssteuerungen, die ebenfalls typischerweise innerhalb der Anlagenumgebung angeordnet
sind, empfangen Signale, die von den Feldgeräten durchgeführte Prozessmessungen
und/oder andere Informationen im Zusammenhang mit den Feldgeräten repräsentieren,
und führen
eine Steuerungsanwendung aus, die beispielsweise verschiedene Steuerungsmodule
ausführt,
die Prozess steuerungsentscheidungen treffen, auf den empfangenen
Informationen basierende Steuerungssignale erzeugen und sich mit
den in den Feldgeräten
wie beispielsweise HART- und Feldbus-Feldgeräten ausgeführten Steuerungsmodulen oder
Steuerungsblöcken
koordinieren. Die Steuerungsmodule in der Steuerung senden die Steuerungssignale über die
Kommunikationsleitungen an die Feldgeräte, um dadurch den Betrieb
des Prozesses zu steuern.
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Die
Informationen von den Feldgeräten
und von der Steuerung werden in der Regel über eine Datenautobahn einem
oder mehreren anderen Hardware-Geräten wie beispielsweise Bedienrechnern,
Personal Computern, Daten-Historienspeichern, Berichts-Generatoren,
zentralen Datenbanken etc. zur Verfügung gestellt, die sich typischerweise
in Steuerräumen
oder an anderen Orten befinden, die von der raueren Anlagenumgebung
abgesetzt sind. Diese Hardware-Geräte führen auch Anwendungen aus,
die es beispielsweise einem Bediener ermöglichen, Funktionen in Bezug
auf den Prozess auszuführen,
beispielsweise Einstellungen der Prozesssteuerungsroutine zu verändern, den
Betrieb der Steuerungsmodule innerhalb der Steuerung oder der Feldgeräte zu verändern, den
aktuellen Zustand des Prozesses zu betrachten, von Feldgeräten und
Steuerungen erzeugte Alarme zu betrachten, den Betrieb des Prozesses
zum Zwecke der Personalschulung oder des Testens der Prozesssteuerungssoftware
zu simulieren, eine Konfigurationsdatenbank zu führen und zu aktualisieren etc.
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So
beinhaltet beispielsweise das von Emerson Process Management vertriebene
DeltaVTm-Steuerungssystem multiple Anwendungen,
die in verschiedenen Geräten
gespeichert und von diesen ausgeführt werden, die sich an unterschiedlichen
Orten innerhalb einer Prozessanlage befinden. Eine Konfigurationsanwendung,
die in einem oder mehreren Bedienrechnern enthalten ist, ermöglicht es
den Anwendern, Prozesssteuerungsmodule zu erzeugen oder zu verändern und
diese Prozesssteuerungsmodule über
eine Datenautobahn in dedizierte verteilte Steuerungen herunterzuladen.
Diese Steuerungsmodule bestehen typischerweise aus kommunikativ
miteinander verbundenen Funktionsblöcken, die Objekte in einem
objektorientierten Programmierungsprotokoll sind und die innerhalb
des Steuerungsschemas Funktionen auf der Grundlage von Eingaben
in die Funktionsblöcke
ausführen
und Ausgaben zu anderen Funktionsblöcken innerhalb des Steuerungsschemas
bereitstellen. Die Konfigurationsanwendung kann es einem Entwickler
auch ermöglichen,
Bedienerschnittstellen zu erzeugen oder zu verändern, die von einer Ansichtsanwendung
verwendet werden, um einem Bediener Daten anzuzeigen und den Bediener
in die Lage zu versetzen, Einstellungen wie beispielsweise Sollwerte
innerhalb der Prozess steuerungsroutine zu verändern. Jede dedizierte Steuerung
und in einigen Fällen
jedes der Feldgeräte
dient der Speicherung und Ausführung
einer Steuerungsanwendung, die die ihr zugewiesenen und in sie heruntergeladenen
Steuerungsmodule ausführt,
um eine reale Prozesssteuerungsfunktionalität zu implementieren. Die Ansichtsanwendungen,
die auf einem oder mehreren Bedienrechnern ausgeführt werden
können,
empfangen von der Steuerungsanwendung Daten über die Datenautobahn und zeigen
diese Daten Entwicklern von Prozesssteuerungssystemen, Bedienern
oder Anwendern über
die Bedienerschnittstellen an und können eine beliebige Anzahl
unterschiedlicher Sichten wie beispielsweise eine Bedienersicht,
eine Ingenieursicht, eine Technikersicht etc. bereitstellen. Eine
Daten-Historienanwendung ist typischerweise in einem Daten-Historienspeichergerät gespeichert
und wird von diesem ausgeführt,
das einen Teil oder sämtliche
der Daten sammelt, die über
die Datenautobahn bereitgestellt werden, während eine Konfigurationsdatenbankanwendung
in einem weiteren Computer ausgeführt werden kann, der mit der
Datenautobahn verbunden ist, um die aktuelle Konfiguration der Prozesssteuerungsroutine
und die ihr zugehörigen
Daten zu speichern. Alternativ kann sich die Konfigurationsdatenbank
im selben Bedienrechner wie die Konfigurationsanwendung befinden.
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Wie
oben erwähnt,
werden Bedieneranzeigeanwendungen typischerweise systemweit auf
einem oder mehreren der Bedienrechner implementiert und bieten dem
Bediener oder dem Wartungspersonal vorkonfigurierte Anzeigen hinsichtlich
des Betriebszustands des Steuerungssystems oder der Geräte innerhalb
der Anlage. Diese Anzeigen liegen typischerweise in Form von Alarmierungsanzeigen
vor, die Alarme empfangen, die von Steuerungen oder Geräten innerhalb
der Prozessanlage erzeugt werden, die Anzeigen steuern, die den
Betriebszustand der Steuerungen und anderer Geräte innerhalb der Prozessanlage
angeben, oder die Wartungsanzeigen steuern, die den Betriebszustand
der Geräte
innerhalb der Prozessanlage anzeigen, etc. Diese Anzeigen sind allgemein
vorkonfiguriert, um auf bekannte Arten Informationen oder Daten
anzuzeigen, die von den Prozesssteuerungsmodulen oder den Geräten innerhalb
der Prozessanlage empfangen werden. In einigen bekannten Systemen
werden Anzeigen durch die Verwendung von Objekten erzeugt, bei denen
eine Grafik einem physischen oder logischen Element zugeordnet und
kommunikativ mit dem physischen oder logischen Element verbunden
ist, um Daten über
das physische oder logische Element zu empfangen. Das Objekt kann
die Grafik auf dem Anzeigebildschirm auf der Grundlage der empfangenen
Daten verändern,
beispielsweise um anzuzeigen, dass ein Tank halb gefüllt ist,
um die von einem Strömungssensor
gemessene Strömung
zu veranschaulichen etc. Während
die für
die Anzeigen benötigten
Informationen von den Geräten oder
der Konfigurationsdatenbank innerhalb der Prozessanlage übermittelt
werden, werden diese Informationen nur verwendet, um dem Benutzer
eine diese Informationen enthaltende Anzeige bereitzustellen. Folglich müssen bei
der Konfiguration des Steuerungssystems der Prozessanlage sämtliche
Informationen und Programmierungen, die zum Erzeugen von Alarmen,
zum Erkennen von Problemen innerhalb der Anlage etc. dienen, innerhalb
der verschiedenen, der Anlage zugeordneten Geräte wie beispielsweise Steuerungen
und Feldgeräte
erzeugt und konfiguriert werden. Erst dann werden diese Informationen
zur Anzeige während
des Betriebs des Prozesses an die Bedieneranzeige gesendet.
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Während Fehlererkennung
und andere Programmierungen nützlich
für die
Erkennung von Bedingungen, Fehlern, Alarmen etc. sind, die den auf
den verschiedenen Steuerungen laufenden Steuerungskreisen und Problemen
innerhalb der einzelnen Geräte
zugeordnet sind, ist es schwierig, das Prozesssteuerungssystem zu
programmieren, Bedingungen oder Fehler auf Systemebene zu erkennen,
die durch die Analyse von Daten aus verschiedenen, möglicherweise
verstreut angeordneten Geräten
innerhalb der Prozessanlage erkannt werden müssen. Weiterhin wurden Bedieneranzeigen
typischerweise nicht eingesetzt, um Bedienern oder Wartungspersonal
derartige Zustandsinformationen auf Systemebene anzuzeigen oder
zu präsentieren, und
es ist auf jeden Fall schwierig, Objekte innerhalb von Bedieneranzeigen
mit diesen wechselnden Informationsquellen oder Daten für die verschiedenen
Elemente innerhalb der Anzeige zu animieren. Diese Tatsache trifft
insbesondere auf die Animation und Modellierung von Materialströmen wie
beispielsweise dem Strom von Fluid in Rohren, der Bewegung von Rohstoffen
auf Förderbändern etc.
zu, die typischerweise durch eine einfache Linie angezeigt werden,
die zwischen zwei Geräten
auf dem Display verbunden ist. Darüber hinaus gibt es derzeit
keine organisierte Art der Erkennung bestimmter Bedingungen innerhalb
einer Anlage wie beispielsweise Flussbedingungen und Massenbilanzen,
während
sich Materialien durch eine Anlage bewegen, geschweige denn ein
leicht zu implementierendes System für die Durchführung dieser
Funktionen auf Grundlage der Systemebene.
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Gleichermaßen kann
es schwierig sein, eine Simulation der Prozessanlage oder eines
Teils der Prozessanlage einzurichten oder zu erzeugen, da die Simulationsaktivitäten typischerweise
getrennt von den Anzeige- und Steuerungsaktivitäten ausgeführt werden, die in der Online-Umgebung
der Prozessanlage ausgeführt
werden. Weiterhin noch ist es, wenn eine Simulation der Anlage erzeugt
wird, schwierig, wenn nicht unmöglich,
diese Simulation mit den Bedieneranzeigen oder mit den Steuerungsmodulen
zu integrieren, die innerhalb der Anlage implementiert werden.
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Expertensysteme
können
in Prozessanlagen verwendet werden, um die Erkennung von Problemen und/oder
die Korrektur von Problemen in der Prozessanlage zu unterstützen. Beispielsweise
beschreibt das
U.S Patent Nr.
6,633,782 ein Diagnosesystem zur Verwendung in einem Prozesssteuerungssystem,
das Daten, die sich auf den Beitrieb des Prozesssteuerungssystems
beziehen, sammelt und in einer Datenbank speichert und eine Expertenmaschine
verwendet, um Regeln für
die Analyse der Informationen in der Datenbank verwendet, um Lösungen für Probleme
im Prozesssteuerungssystem zu bestimmen. Die Datenbank kann verschiedene
Typen von Informationen speichern, die für die Bestimmung einer Quelle
eines im Prozesssteuerungssystem entdeckten Problems und/oder von
Schritten entweder zur weiteren Analyse oder zur Korrektur der erkannten
Probleme relevant sind. Beispielsweise können die Informationen in der
Datenbank Daten enthalten, die sich spezifisch auf das erkannte
Problem und auf ein Feldgerät,
einen Funktionsblock oder einen Steuerungskreis, in dem das erkannte
Problem existiert, beziehen. Die Datenbank kann weiterhin auch Ereignis-
und Alarmda ten wie beispielsweise Mitteilungen planmäßiger Wartungsarbeiten
und Änderungen
von Betriebsparametern speichern, die für die Identifizierung der Quelle
des Problems und/oder die Identifizierung der geeigneten Analyse-
und Abhilfemaßnahmen
relevant sein können.
Wenn ein Problem erkannt wird, kann die Expertenmaschine die Regeln
für die
Analyse auf die relevanten Daten in der Datenbank, auf von einem
Diagnose-Tool erhaltene Informationen, auf ein Ereignisjournal oder
auf einen Historienspeicher anwenden.
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Es
kann schwierig sein, ein Expertensystem einzurichten oder zu erzeugen,
um die Prozessanlage oder einen Teil der Prozessanlage zu analysieren,
da das Expertensystem typischerweise gesondert von den in der Online-Umgebung
der Prozessanlage ausgeführten
Anzeige- und Steuerungsaktivitäten
eingerichtet und konfiguriert werden muss. Wenn weiterhin ein Expertensystem
eingerichtet und konfiguriert wird, um einen Teil der Prozessanlage
zu überwachen,
ist es schwierig, wenn nicht unmöglich,
dieses Expertensystem mit den innerhalb der Anlage implementierten
Bedieneranzeigen zu integrieren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Entsprechend
einem Aspekt der Offenlegung ist ein System nützlich für die Überwachung des Betriebs eines
Prozesses in einer Prozessanlage, die ein Prozesssteuerungssystem
zur Steuerung des Prozesses in Verbindung mit den Betrieb des Prozesses
repräsentierenden
Prozessmessungen besitzt. Das System weist ein Prozesssimulationsmodul
auf, um eine Mehrzahl physischer Geräte innerhalb der Prozessanlage
zu modellieren, um Modelldaten zu erzeugen, die eine simulierte
Darstellung des Betriebs des Prozesses repräsentieren, sowie ein Analysemodul,
um eine multivariate statistische Analyse des Betriebs des Prozesses
auf der Grundlage der Modelldaten und der Prozessmessungen zu implementieren,
eines oder mehrere computerlesbare Medien zur Speicherung jeweiliger
Konfigurationen des Prozesssimulationsmoduls und des Analysemoduls
sowie eine oder mehrere computerausführbare Ausführungsmaschinen für die Implementierung
der jeweiligen Konfigurationen des Prozesssimulationsmoduls und
des Analysemoduls, um die Online-Überwachung des Prozesses auf
der Grundlage von Kommunikationen mit dem Prozesssteuerungssystem
während des
Betriebs des Prozesses.
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In
einigen Fällen
weist die Konfiguration des Analysemoduls ein Principal-Component-Analyse- (PCA-)
Tool auf, um Ausgangsdaten zu erzeugen, die für Differenzen zwischen den
Modelldaten und den Prozessmessungen repräsentativ sind. Alternativ oder
zusätzlich
weist die Konfiguration des Analysemoduls ein Partial-Least-Squares- (PLS-) Analyse-Tool
auf, um Ausgangsdaten zu erzeugen, die für Differenzen zwischen den
Modelldaten und den Prozessmessungen repräsentativ sind. In einigen Fällen können mithin
das Principal-Component-Analyse- (PCA-) Tool und das Partial-Least-Squares- (PLS-) Analyse-Tool
in Kombination verwendet werden, um Ausgangsdaten zu erzeugen, die
für Differenzen
zwischen den Modelldaten und den Prozessmessungen repräsentativ
sind.
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Die
Konfiguration des Analysemoduls kann weiterhin ein Experten-Analyse-Tool aufweisen, das
eine in dem einen oder den mehreren computerlesbaren Medien gespeicherte
Regel aufweist und konfiguriert ist, auf Ausgabedaten aus der multivariaten
statistischen Analyse angewandt zu werden. Alternativ oder zusätzlich weist
die Konfiguration des Analysemoduls ein Diskriminanzanalyse-Tool
auf, das in dem einen oder den mehreren computerlesbaren Medien
gespeicherte Kriterien aufweist und konfiguriert ist, auf Ausgabedaten
aus der multivariaten statistischen Analyse angewandt zu werden.
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In
einigen Fällen
beinhalten die Modelldaten Prozessparameterdaten, die für einen
zukünftigen
Betriebszustand des Prozesses auf der Grundlage der Prozessmessungen
repräsentativ
sind, dergestalt, dass die Implementierung der multivariaten statistischen
Analyse die Prozessparameterdaten verwendet, um den zukünftigen
Betriebszustand des Prozesses auszuwerten. Alternativ oder zusätzlich beinhalten
die Modelldaten einen nicht gemessenen Prozessparameter, der für den Betrieb
des Prozesses repräsentativ
und aus den Prozessmessungen abgeleitet ist, dergestalt, dass die
Konfiguration des Analysemoduls angepasst ist, den nicht gemessenen
Prozessparameter zu analysieren.
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In
einigen Ausführungen
weist das System weiterhin eine in dem einen oder den mehreren computerlesbaren
Medien gespeicherte Prozessgrafik auf, angepasst zur Verwendung
durch die eine oder die mehreren Ausführungsmaschinen bei der Erzeugung
einer Benutzerschnittstelle mit einer grafischen Anzeige der Mehrzahl
der vom Prozess simulationsmodul modellierten physischen Geräte. Die
Grafikanzeige ist konfiguriert, eine Mehrzahl von Anzeigeelementen
zur Verfügung
zu stellen, die aktuelle Betriebsbedingungen der Mehrzahl der jeweiligen
physischen Geräte
entsprechend der multivariaten statistischen Analyse repräsentieren. Jedes
Anzeigeelement der Mehrzahl von Anzeigeelementen kann einzeln auswählbar sein,
um das Analysemodul zu konfigurieren.
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Die
Elemente des Prozesssteuerungssystems können ein Prozesssteuerungsmodul
aufweisen, das seinerseits eine Mehrzahl von Prozesssteuerungsroutinen
aufweist, die in dem einen oder den mehreren computerlesbaren Medien
gespeichert sind, und das konfiguriert ist, während des Betriebs des Prozesses
die Übertragung
der Prozessmessungen an das Prozesssimulationsmodul und das Analysemodul
zu unterstützen.
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In
Fällen,
in denen die Konfiguration des Analyse-Tools ein Principal-Component-Analyse-
(PCA-) Tool aufweist, kann das Tool eine Mehrzahl von Modelldatensätzen aufweisen,
wobei jeder Modelldatensatz einer Störeingabe entspricht, die dem
Prozesssimulationsmodul zur Verfügung
gestellt wird, um eine jeweilige abnormale Betriebssituation zu
simulieren.
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Die
Implementierung des Prozesssimulationsmoduls und des Analysemoduls
können
innerhalb einer Online-Umgebung des Prozesssteuerungssystems integriert
werden. Das System kann dann ein in dem einen oder den mehreren
computerlesbaren Medien gespeichertes grafisches Anzeigemodul aufweisen,
angepasst für
die Implementierung durch die eine oder die mehreren Ausführungsmaschinen
zur Erzeugung einer Abbildung der Mehrzahl der physischen Geräte mit Informationen,
die für
einen Fehlerzustand repräsentativ
sind, der von der multivariaten statistischen Darstellung erkannt
wurde, wobei die Abbildung über
eine Benutzerschnittstelle zur Verfügung gestellt wird, die mit
einer Bedienerschnittstelle der Online-Umgebung des Prozesssteuerungssystems
integriert ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Offenlegung ist eine Methode nützlich für die Online-Überwachung des
Betriebs eines Prozesses in Verbindung mit für den Betrieb des Prozesses
repräsentativen
Prozessmessungen. Das Verfahren weist die Schritte des Simulierens
des Betriebs des Prozesses auf, um Modelldaten zu erzeugen, die
für eine simulierte
Darstellung des Betriebs des Prozesses repräsentativ sind und auf den Prozessmessungen
basieren, sowie des Implementierens einer multivariaten statistischen
Analyse des Betriebs des Prozesses auf der Grundlage der Modelldaten
und der Prozessmessungen sowie des Auswertens von Ausgabedaten von
der multivariaten statistischen Analyse während des Betriebs des Prozesses,
um die Online-Überwachung
des Prozesses zu ermöglichen.
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In
einigen Fällen
weist die multivariate statistische Analyse eine Principal-Component-Analyse
(PCA) von für
den Betrieb des Prozesses repräsentativen
Daten auf. Alternativ oder zusätzlich
weist die multivariate statistische Analyse eine Partial-Least-Squares- (PLS-) Analyse
von für
den Betrieb des Prozesses repräsentativen
Daten auf.
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In
einigen Ausführungen
beinhaltet der Auswertungsschritt den Schritt des Feststellens mittels
Klassifikationsanalyse der Ausgabedaten, ob eine Fehlerbedingung
im Betrieb des Prozesses existiert. Die Klassifikationsanalyse kann
auf einer oder mehreren Expertenregeln basieren. Alternativ oder
zusätzlich
beinhaltet die Klassifikationsanalyse eine Diskriminanzanalyse der
Ausgabedaten.
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Das
Verfahren kann weiterhin die Schritte des Anzeigens einer grafischen
Anzeige des Prozesses und des Anzeigens von für die Fehlerbedingung repräsentativen
Daten durch Modifizieren eines Teils der grafischen Anzeige, die
einem Teil des an der Fehlerbedingung beteiligten Prozesses zugeordnet
ist, aufweisen.
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Entsprechend
einem weiteren Aspekt der Offenlegung ist ein Verfahren nützlich für die Online-Überwachung
des Betriebs eines Prozesses in einer Prozessanlage, die ein Prozesssteuerungssystem
zur Steuerung des Prozesses in Verbindung mit den Betrieb des Prozesses
repräsentierenden
Prozessmessungen besitzt. Das Verfahren weist die Schritte des Ausführens einer
Steuerungsroutine über
das Prozesssteuerungssystem auf, um einen auf den Prozessmessungen
basierenden Prozessparameter zu erzeugen, der Implementierung einer
multivariaten statistischen Analyse des Betriebs des Prozesses,
um statistische Daten auf der Grundlage des Prozessparameters und
der Prozessmessungen zu erzeugen, des Auswertens der statistischen
Daten aus der multivariaten statistischen Analyse während des
Betriebs des Prozesses zur Bestimmung, ob eine Fehlerbedingung existiert,
sowie des Erzeugens einer Benutzerschnittstellenanzeige einer Prozessgrafik,
um die Online-Überwachung
des Prozesses durch Darstellung der Fehlerbedingungsbestimmung in
Verbindung mit einer Mehrzahl physischer Geräte innerhalb der Prozessanlage
zu ermöglichen.
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Die
multivariate statistische Analyse kann eine Principal-Component-Analyse
(PCA) von für
den Betrieb des Prozesses repräsentativen
Daten aufweisen. Eine derartige Principal-Component-Analyse (PCA) kann
eine Mehr-Wege-PCA auf der Grundlage von für den historischen Betrieb
des Prozesses repräsentativen Prozessdaten
aufweisen. Alternativ oder zusätzlich
weist die multivariate statistische Analyse eine Partial-Least-Squares- (PLS-) Analyse
von für
den Betrieb des Prozesses repräsentativen
Daten auf. Eine derartige Partial-Least-Squares- (PLS-) Analyse
kann eine Mehr-Wege-PLS-Analyse auf der Grundlage von für den historischen
Betrieb des Prozesses repräsentativen
Prozessdaten aufweisen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm eines verteilten Prozesssteuerungsnetzwerks, das
sich innerhalb einer Prozessanlage befindet und einen Bedienrechner
aufweist, der eine Anzeigeroutine implementiert, die intelligente
Prozessobjekte verwendet, um Prozessmodule und Grafikanzeigen zu
erzeugen, um den Betrieb der Prozessanlage zu simulieren;
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2 ist
ein logisches Blockdiagramm eines Satzes von Anwendungen und anderen
Einheiten einschließlich
intelligenter Prozessobjekte und Prozessmodule, die in dem Bedienrechner
aus 1 gespeichert sind, der verwendet werden kann,
um eine erweiterte Funktionalität
in einer Prozessanlage zu implementieren;
-
3 ist
eine vereinfachte Darstellung eines von einem Konfigurationsingenieur
verwendeten Konfigurierungsbildschirms, um eine Prozessgrafikanzeige
oder ein Prozessmodul mittels in einer Objektbibliothek gespeicherter
intelligenter Prozessobjekte zu erzeugen;
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4 ist
eine detaillierte Darstellung einer beispielhaften Prozessgrafikanzeige
einschließlich
der Anzeige von Strömen
und Verbindungselementen innerhalb der Prozessanlage, die durch
Verbinden der grafischen Anzeigeelemente einer Anzahl intelligenter
Prozessobjekte erzeugt wurden;
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5 ist
eine Darstellung eines Satzes minimierter Prozessgrafikanzeigen
einschließlich
der Prozessgrafikanzeige aus 4, die
zu einer größeren grafischen
Anzeige für
die Anlage miteinander verbunden sind;
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6 ist
eine Darstellung eines der Prozessgrafikanzeige aus 4 zugeordneten
Prozessmoduls und zeigt auch die Verbindung einer hochgenauen Simulationsroutine
mit diesem;
-
7A und 7B sind
logische Blockdiagramme, die die Kommunikationsverbindungen zwischen einer
Grafikanzeige, einem Prozessmodul und einem Steuerungsmodul, wie
innerhalb einer Prozessanlage integriert, veranschaulichen;
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8 ist
eine vereinfachte Darstellung eines Beispiels eines Prozessmodels,
dessen Blöcke
mit Funktionsblöcken
innerhalb eines Steuerungsmoduls verbunden sind, um erweiterte Steuerungs-
und Simulationsfähigkeiten
zur Verfügung
zu stellen;
-
9 ist
ein logisches Blockdiagramm einer Art, auf die intelligente Prozessobjekte
verwendende Prozessmodule in einem bestehenden Prozesssteuerungsnetzwerk
erzeugt und innerhalb eines bestehenden Prozesssteuerungsnetzwerks
implementiert werden können;
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10 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften
Systems, in dem ein Prozessmodul mit einem ein Expertenmodul aufweisendes
Analysemodul integriert ist;
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11 ist eine beispielhafte Anzeige, die von einer
Analyse- oder Expertenmodulkonfigurierungsanwendung verwendet werden
kann, um das Konfigurieren eines Analysemoduls oder Expertenmoduls
davon zu erleichtern;
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12 ist eine beispielhafte Anzeige, die zur Definition
einer Fakten-Vorlage verwendet werden kann;
-
13 ist eine beispielhafte Anzeige, die zur Definition
einer Regel-Vorlage verwendet werden kann;
-
14 ist ein Teil einer beispielhafte Anzeige, die
verwendet werden kann, um von einem bestimmten Knoten in einer Prozessanlage
auszuführende
Analysemodule (oder Expertenmodule davon) zuzuordnen;
-
15 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften
Systems, in dem ein Prozessmodul und ein Steuerungsmodul mit einem
Analysemodul integriert sind; und
-
16 ist eine beispielhafte Benutzerschnittstellenanzeige,
die gemäß einer
Ausführung
erzeugt wurde und jeweilige Anzeigeelemente aufweist, die Anzeigen
für die
Gesundheit von Geräten
auf der Grundlage von Feststellungen zur Verfügung stellt, die von dem in 15 dargestellten Analysemodul vorgenommen wurden.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGEN
-
1 veranschaulicht
im Detail eine beispielhafte Prozessanlage 10, in der intelligente
Prozessobjekte verwendet werden, um grafische Prozessanzeigen und
Prozessmodule zu bilden, die beide mit Steuerungsmodulen integriert
werden können,
um eine erweiterte Steuerung und Simulation innerhalb der Anlagenumgebung
zu realisieren. Insbesondere verwendet die Prozessanlage 10 ein
verteiltes Prozesssteuerungssystem, das eine oder mehrere Steuerungen 12 aufweist,
von denen jede mit einem oder mehreren Feldgeräten 14 und 16 über Eingabe-/Ausgabe-
(E/A-) Geräte
oder Karten 18 verbunden ist, die beispielsweise Feldbus-Schnittstellen,
Profibus-Schnittstellen, HART-Schnittstellen, Standard-4-20-mA-Schnittstellen
etc. sein können.
Die Steuerungen 12 sind weiterhin mit einem oder mehreren
Host- oder Bedienrechnern 20 und 22 über eine
Datenautobahn 24 verbunden, die beispielsweise eine Ethernet-Verbindung
sein kann. Eine Datenbank 28 kann mit der Datenautobahn 24 verbunden
werden und arbeitet als Daten-Historienspeicher, der Parameter-,
Status- und andere Daten sammelt und speichert, die den Steue rungen
und Feldgeräten
innerhalb der Anlage 10 zugeordnet sind, und/oder als Konfigurationsdatenbank,
die die aktuelle Konfiguration des Prozesssteuerungssystems innerhalb
der Anlage 10 speichert, wie sie in die Steuerungen 12 und
die Feldgeräte 14 und 16 heruntergeladen
und in den Steuerungen 12 und den Feldgeräten 14 und 16 gespeichert
sind. Während
sich die Steuerungen 12, die E/A-Karten 18 sowie
die Feldgeräte 14 und 16 typischerweise
innerhalb der bisweilen rauen Anlagenumgebung befinden und über diese
gesamte Anlagenumgebung verteilt sind, befinden sich die Bedienrechner 20 und 22 sowie
die Datenbank 28 in der Regel in Steuerräumen oder
weniger rauen Umgebungen, die für
Steuerungs- oder Wartungspersonal leicht zugänglich sind.
-
Wie
bekannt, dient jede der Steuerungen 12, bei der es sich
beispielsweise um die von Emerson Process Management vertriebene
DeltaVTM-Steuerung handeln kann, der Speicherung
und Ausführung
einer Steuerungsanwendung, die eine Steuerungsstrategie unter Verwendung
jeder beliebigen Zahl unterschiedlicher, unabhängig ausgeführter Steuerungsmodule oder
-Blöcke 29 implementiert.
Jedes der Steuerungsmodule 29 kann aus allgemein so genannten
Funktionsblöcken
bestehen, wobei jeder Funktionsblock ein Teil oder eine Subroutine
einer umfassenden Steuerungsroutine ist und (über als Verbindungen bezeichnete
Kommunikationswege) in Verbindung mit anderen Funktionsblöcken arbeitet,
um Prozesssteuerungskreise innerhalb der Prozessanlage 10 zu
implementieren. Wie bestens bekannt ist, führen Funktionsblöcke, die
Objekte in einem objektorientierten Programmierungsprotokoll sein
können,
typischerweise eine der folgenden Funktionen aus: eine Eingabefunktion,
die beispielsweise mit einem Geber, einem Sensor oder einem anderen
Gerät zur
Messung eines Prozessparameters verbunden ist, eine Steuerungsfunktion,
die beispielsweise mit einer Steuerungsroutine verbunden ist, die
eine PID-, Fuzzy-Logik-
oder eine andere Steuerung ausführt,
oder eine Ausgabefunktion, die den Betrieb eines Geräts wie beispielsweise
eines Ventils steuert, um eine physikalische Funktion innerhalb
der Prozessanlage 10 auszuführen. Selbstverständlich existieren
hybride und andere Arten komplexer Funktionsblöcke wie beispielsweise modellprädiktive
Steuerungen (MPCs), Optimierer etc. Während das Feldbus-Protokoll
und das DeltaV-Systemprotokoll Steuerungsmodule und Funktionsblöcke verwenden,
die in einem objektorientierten Programmierungsprotokoll entwickelt
und implementiert sind, könnten
die Steuerungsmodule mittels jedes gewünschten Steuerungsprogrammierungsschemas
wie beispielsweise Ablaufsprache, Leiterlogik etc. entwickelt werden
und sind nicht darauf beschränkt,
mittels der Funktionsblock- oder einer anderen spezifischen Programmiertechnik
entwickelt und implementiert zu werden.
-
In
der in 1 dargestellten Anlage 10 können die
mit den Steuerungen 12 verbundenen Feldgeräte 14 und 16 Standard
4-20-mA-Geräte,
intelligente Feldgeräte
wie beispielsweise HART-, Profibus- oder FOUNDATIONTM-Fieldbus-Feldgeräte sein,
die einen Prozessor und einen Speicher aufweisen, oder sie können jeder
andere gewünschte
Typ von Gerät
sein. Einige dieser Geräte
wie beispielsweise Fieldbus-Feldgeräte (in 1 mit Referenznummer 16 bezeichnet)
können
Module oder Untermodule wie beispielsweise Funktionsblöcke speichern
und ausführen,
die der in den Steuerungen 12 implementierten Steuerungsstrategie
zugeordnet sind. Die Funktionsblöcke 30,
die in 1 als in zwei verschiedenen der Fieldbus-Feldgeräte 16 enthalten
dargestellt sind, können
in Verbindung mit der Ausführung
der Steuerungsmodule 29 innerhalb der Steuerungen 12 ausgeführt werden,
um eine Prozesssteuerung zu implementieren, wie bestens bekannt
ist. Selbstverständlich
können
die Feldgeräte 14 und 16 jeder
andere Typ von Gerät
wie beispielsweise Sensoren, Ventile, Geber, Steller etc. sein und
die E/A-Geräte 18 können jeder
andere Typ von E/A-Gerät
sein, der jedem gewünschten
Kommunikations- oder Steuerungsprotokoll wie beispielsweise HART,
Fieldbus, Profibus etc. entspricht.
-
In
der Prozessanlage 10 in 1 weist
der Bedienrechner 20 eine Suite von Bedienerschnittstellenanwendungen
und anderen Datenstrukturen 32 auf, auf die von jedem berechtigten
Benutzer zugegriffen werden kann (hierin gelegentlich als Konfigurationsingenieur
und gelegentlich als Bediener bezeichnet, obwohl auch andere Typen
von Benutzern existieren können),
um innerhalb der Prozessanlage 10 verbundene Geräte, Einheiten
etc. zu betrachten und insoweit Funktionalität zur Verfügung zu stellen. Die Suite
von Bedienerschnittstellenanwendungen 32 wird in einem
Speicher 34 des Bedienrechners 20 gespeichert
und jede der Anwendungen 32 oder Einheiten innerhalb der
Suite von Anwendungen ist angepasst, auf einem dem Bedienrechnern 20 zugeordneten
Prozessor 36 ausgeführt
zu werden. Während
die gesamte Suite von Anwendungen 32 in der Darstellung
im Bedienrechner 20 gespeichert ist, könnten einige dieser Anwendungen
oder andere Einheiten in anderen Bedienrechnern oder Computergeräten gespeichert
und ausgeführt
werden, die sich innerhalb der Anlage 10 befinden oder
dieser zugeordnet sind. Darüber
hinaus kann die Suite von Anwendungen Anzeigeausgaben zu einem dem Bedienrechner 20 zugeordneten
Anzeigebildschirm 37 oder zu jedem anderen gewünschten
Anzeigebildschirm oder Anzeigegerät einschließlich Handheld-Geräten, Laptops,
anderen Bedienrechnern, Druckern etc. bereitstellen. Gleichermaßen können die
Anwendungen innerhalb der Suite von Anwendungen 32 aufgeteilt
und auf zwei oder mehr Computern oder Maschinen ausgeführt werden
und konfiguriert sein, in Verbindung miteinander zu arbeiten.
-
Allgemein
gesagt, bietet oder ermöglicht
die Suite von Anwendungen 32 die Erzeugung und Verwendung
von vier verschiedenen Typen logischer Einheiten, deren Implementierung
oder Betrieb miteinander integriert sein kann, um erweiterte Steuerungs-,
Simulations-, Analyse- und Anzeigefunktionen innerhalb der Prozessanlage 10 zur
Verfügung
zu stellen. Spezifischer kann die Suite von Anwendungen 32 verwendet
werden, um Prozessgrafikanzeigen 35 (die allgemein eine
sich auf einen Teil der Prozessanlage beziehende Bedieneranzeige
zur Verfügung
stellen können),
Prozessmodule 39 (die allgemein eine Simulation eines Teils
einer Prozessanlage zur Verfügung
stellen), Prozesssteuerungsmodule wie beispielsweise die Steuerungsmodule 29 (die
allgemein eine Online-Steuerung
des Prozesses zur Verfügung
stellen oder durchführen)
und Analysemodule (die allgemein beispielsweise eine oder mehrere
der folgenden Analysen zur Verfügung
stellen: statistische Analyse, Expertenanalyse und eine andere regelbasierte
Analyse sowie Diskriminanzanalyse) zu erzeugen und zu implementieren
Die Prozess steuerungsmodule 29 sind allgemein in der Technik
gut bekannt und können
jeden Typ von Steuerungsmodul wie beispielsweise Funktionsblocksteuerungsmodule
etc. aufweisen. Die Prozessgrafikanzeigeelemente 35, die
nachstehend detaillierter beschrieben werden, sind allgemein Elemente,
die von Bediener-, Ingenieur- oder anderen Anzeigen verwendet werden,
um einem Benutzer wie beispielsweise einem Bediener Informationen über den
Betrieb, die Konfiguration oder die Einrichtung der Prozessanlage
und der darin enthaltenen Elemente zur Verfügung zu stellen. Die Prozessmodule 39 sind
allgemein eng mit den Prozessgrafikanzeigeelementen 35 verbunden
und können
verwendet werden, um Simulationen des Betriebs der Prozessanlage
oder einiger der darin enthaltenen verschiedenen Elemente, die auf die
in den Prozessgrafikanzeigen 35 dargestellte Weise verbunden
sind, durchzuführen.
Die Prozessgrafikanzeigen 35 und die Prozessmodule 39 sind
gemäß der Darstellung
in den Bedienrechnern 20 und 22 gespeichert und
werden von diesen ausgeführt,
obwohl die Prozessgrafikanzeigen 35 und die Prozessmodule 39 in jeden
anderen Computer heruntergeladen und in jedem anderen Computer wie
beispielsweise Laptops, Handheld-Geräten etc. ausgeführt werden
könnten,
der der Prozessanlage 10 zugeordnet ist.
-
2 veranschaulicht
einige der Anwendungen und Datenstrukturen oder anderen Einheiten
innerhalb der Suite von Anwendungen 32 des Bedienrechners 20.
Weitere Anwendungen und Datenstrukturen werden nachstehend in Verbindung
mit Techniken zur Überwachung
des Betriebs eines arbeitenden Prozesses beschrieben. Allgemein
gesagt, kann jede der hierin beschriebenen Anwendungen oder Datenstrukturen
oder anderen Einheiten auf verteilte oder andere Weise in einem
oder mehreren computerlesbaren Medien gespeichert werden. Als Ergebnis
ist die Praxis des beschriebenen Systems, der beschriebenen Methode
oder der beschriebenen Technik nicht auf ein spezifisches Datenspeicherungsarrangement
beschränkt.
Insbesondere weist die Suite von Anwendungen 32 Steuerungsmodul-,
Prozessmodul-, Analysemodul- und Grafikanzeigekonfigurationsanwendungen 38 auf,
die von einem Konfigurationsingenieur verwendet werden, um Steuerungsmodule,
Prozessmodule (auch als Prozessflussmodule oder Prozesssimulationsmodule
bezeichnet), Analysemodule und die zugehörigen Grafikanzeigen zu erzeugen.
Während
die Steuerungsmodul-Konfigurierungsanwendung 38 jede Standard-
oder bekannte Steuerungsmodul-Konfigurierungsanwendung sein kann, können die
Prozessmodul-, Analysemodul- und Grafikanzeige-Konfigurierungsanwendungen
unter Verwendung einer oder mehrerer intelligenter Prozessobjekte,
deren Natur nachstehend detaillierter Beschrieben wird, Prozessmodule,
Analysemodule and Grafikanzeigen erzeugen. Während weiterhin die Prozessmodul-, Analysemodul-
und Prozessgrafik-Konfigurierungsanwendungen 38 getrennt
dargestellt sind, könnte
eine Konfigurierungsanwendung beide dieser Elementtypen erzeugen.
-
Eine
Bibliothek 40 von intelligenten Prozessobjekten 42 weist
beispielhafte oder als Vorlagen dienende intelligente Prozessobjekte 42 auf,
auf die die Konfigurierungsanwendung 38 zugreifen und die
von der Konfigurierungsanwendung 38 kopiert und verwendet
werden können,
um Prozessmodule 39, Analysemodule 41 und Grafikanzeigen 35 zu
erzeugen. Die Bibliothek 40 kann einem oder mehreren der
vorerwähnten
computerlesbaren Medien entsprechen, die für die Speicherung von Daten,
Anweisungen oder anderen den offengelegten Techniken zugeordneten
Einheiten verwendet werden. Wie dargestellt, kann die Konfigurierungsanwendung 38 verwendet
werden, um ein oder mehrere Prozessmodule 39 zu erzeugen,
von denen jedes aus einem oder mehreren intelligenten Prozessobjekten 42 besteht
oder aus diesen erzeugt wurde, und sie kann einen oder mehrere Prozessfluss-
oder Simulationsalgorithmen 45 aufweisen, die in einem
Prozessmodulspeicher 46 gespeichert werden. Zusätzlich kann
die Konfigurierungsanwendung 38 verwendet werden, um eine oder
mehrere Grafikanzeigen 35 zu erzeugen, von denen jede aus
einem oder mehreren intelligenten Prozessobjekten 42 besteht
oder aus diesen erzeugt wurde, und sie kann jede Anzahl miteinander
verbundener Anzeigeelemente aufweisen. Eine der Grafikanzeigen 35b ist
in 2 in Explosionsdarstellung veranschaulicht und
weist eine Darstellung eines Satzes von Prozesselementen wie beispielsweise
Ventile, Tanks, Sensoren und Durchflussgeber auf, die über Verbindungselemente
wie beispielsweise Röhren,
Kanäle,
Stromkabel, Fördereinrichtungen
etc. verbunden sind. Die Konfigurierungsanwendung 38 kann
auch verwendet werden, um ein oder mehrere Analysemodule 41 zu
erzeugen, von denen jedes eines oder mehrere intelligente Prozessobjekte 42 und
weiterhin andere Module oder Komponenten zur Implementierung verschiedener
Typen von Analysen einschließlich
beispielsweise statistischer, Experten- (oder anderer regelbasierter),
Diskriminanz- und andere Klassifikationsanalysen und aller Operationen,
Techniken, Routinen und Prozeduren davon aufweisen kann. Die Begriffe "Klassifikationsanalyse", "Klassifikations-Tool" und alle Ableitungen
davon werden in diesem Dokument im breiten Sinn verwendet, um eine
Vielzahl verschiedener Typen von Analysen und Bestimmungen zu beinhalten
einschließlich
beispielsweise Experten- und Diskriminanzanalysen, die Bestimmungen,
Entscheidungen, Analysen und andere Prozeduren enthalten können, die
Prozessdaten und alle statistischen, Beobachtungs- oder sonstigen
Ableitungen davon enthalten (beispielsweise MSPC, PCA und PLS entsprechend
der nachstehenden Beschreibung) und die Prozeduren enthalten können, nicht
jedoch müssen,
die auf der Grundlage eines Satzes von Eingabevariablen oder Prädiktoren
einen Satz von Beobachtungen in vordefinierte Klassen einteilen.
-
Eine
Ausführungsmaschine 48 betätigt oder
implementiert jede/jedes der Grafikanzeigen 35, der Prozessmodule 39 und
der Analysemodule 41 während
der Laufzeit, um eine oder mehrere Prozessanzeigen für einen
Bediener entsprechend der Definition durch die Grafikanzeigen 35 zu
erzeugen, um eine den Prozessmodulen 39 zugeordnete Simulationsfunktionalität zu implementieren
und um eine den Analysemodulen 41 zugeordnete Analysefunktionalität zu implementieren.
Die Ausführungsmaschine 48 kann
eine von mehreren Ausführungsmaschinen
darstellen, die entweder auf diskrete oder integrierte Weise arbeiten,
um die Anwendungen, Tools und anderen Aspekte der Offenlegung zu
implementieren. Zur besseren Darstellung ist die Ausführungsmaschine 48 jedoch
als einzelne Einheit abgebildet. Die Ausführungsmaschine 48 kann
eine Regeldatenbank 50 sein, die die in den Prozessmodulen 39 und/oder
Analysemodulen 41 zu implementierende Logik als Ganzes
sowie die intelligenten Prozessobjekte innerhalb dieser Module im
Besonderen definiert. Die Ausführungsmaschine 48 kann
auch eine Verbindungsmatrix 52 verwenden, die die Verbindungen
zwischen den Prozesselementen innerhalb der Anlage 10 sowie
innerhalb der Prozessmodule 39 und der Analysemodule 41 definiert,
um die Funktionalität
für die
Prozessmodule 39 und die Analysemodule 41 zu implementieren.
-
2 ist
eine detailliertere Darstellung eines der intelligenten Prozessobjekte 42e.
Während
das intelligente Prozessobjekt 42e in der Darstellung als
eines der als Vorlage dienenden intelligenten Prozessobjekte dargestellt
ist, ist ersichtlich, dass andere intelligente Prozessobjekte allgemein
dieselben oder ähnliche
Elemente, Merkmale, Parameter etc. aufweisen, die in Bezug auf das
intelligente Prozessobjekt 42e beschrieben werden, und
dass die Spezifika oder Werte dieser Elemente, Merkmale und Parameter
je nach Natur und Verwendung des betreffenden intelligenten Prozessobjekts
von intelligentem Prozessobjekt zu intelligentem Prozessobjekt verändert werden
können.
Darüber
hinaus kann das intelligente Prozessobjekt 42e ein Objekt
innerhalb einer objektorientierten Programmierumgebung sein und
mithin dieser zugeordnete Datenspeicher, Eingaben und Ausgaben aufweisen
kann. Alternativ kann das intelligente Prozessobjekt 42e von
jedem anderen gewünschten
Programmierparadigma oder -Protokoll erzeugt und innerhalb dieser
implementiert werden.
-
Wie
ersichtlich, ist das intelligente Prozessobjekt 42e vor
seiner Instantisierung ein Objekt, das einem bestimmten Typ von
Einheit wie beispielsweise einer physikalischen oder einer logischen
Einheit innerhalb der Prozessanlage 10 in 1 zugeordnet
ist. Nach dem Kopieren und Instantisieren kann das intelligente
Prozessobjekt 42e jedoch an eine bestimmte Einheit innerhalb
der Prozessanlage gebunden werden. Auf jeden Fall weist das intelligente
Prozessobjekt 42e einen Datenspeicher 53 auf,
der verwendet wird, um Daten zu speichern, die von der logischen
Einheit, der das intelligente Prozessobjekt 42e zugeordnet
ist, empfangen wurden oder sich auf diese beziehen. Der Datenspeicher 53 weist
allgemein einen Datenspeicher 53a auf, der allgemeine oder
permanente Informationen über
die Einheit, der das intelligente Prozessobjekt 42e zugeordnet
ist, speichert wie beispielsweise Hersteller, Revision, Name, Typ
etc. Ein Datenspeicher 53b kann variable oder veränderliche
Daten wie beispielsweise Parameterdaten, Statusdaten, Eingabe- und
Ausgabedaten, Kosten- oder andere Daten über die Einheit, der das intelligente
Prozessobjekt 42e zugeordnet ist, speichern einschließlich Daten,
die sich auf die Einheit beziehen, wie sie in der Vergangenheit
existiert hat oder wie sie jetzt innerhalb der Prozessanlage 10 existiert.
Selbstverständlich
kann das intelligente Prozessobjekt 42e konfiguriert oder
programmiert werden, diese Daten (beispielsweise Kostendaten) auf
periodischer oder nicht-periodischer Basis aus der Einheit selbst über jede
gewünschte
Kommunikationsverbindung, vom Historienspeicher 28 über den
Ethernet-Bus 24 oder auf jede andere gewünschte Weise
zu empfangen. Ein Datenspeicher 53c kann eine grafische
Darstellung der Einheit, auf die sich das intelligente Prozessobjekt 42e bezieht
und die für
die aktuelle Anzeige für
den Bediener über
eine Bedienerschnittstelle wie beispielsweise den dem Bedienrechner 20 in 1 zugeordneten
Bildschirm 37 verwendet wird, speichern. Selbstverständlich kann
die grafische Darstellung Platzhalter (durch Unterstriche innerhalb
des Datenspeichers 53c markiert) für Informationen über die
Einheit aufweisen wie beispielsweise durch die im Datenspeicher 53b gespeicherten
Parameter- oder andere variable Daten über die Einheit definierte
Informationen. Diese Parameterdaten können in den grafischen Platzhaltern
angezeigt werden, wenn die grafische Darstellung dem Bediener auf
einem Anzeigegerät 37 als
Teil einer der grafischen Anzeigen 35 präsentiert
wird. Die grafische Darstellung (und das intelligente Prozessobjekt 42e)
kann auch vordefinierte Verbindungspunkte (im Datenspeicher 53c durch
ein "X" markiert) aufweisen,
die einen Bediener oder Konfigurierungsingenieur in die Lage versetzen,
stromaufwärts oder
stromabwärts
gelegene Komponenten dem Prozesselement anzufügen, wie in der grafischen
Darstellung gezeigt. Selbstverständlich
versetzen diese Anschlusspunkte auch das intelligente Prozessobjekt 42e in
die Lage, sich der Elemente bewusst zu sein, die mit dem intelligenten
Prozessobjekt in der innerhalb eines Prozessmoduls konfigurierten
Weise verbunden sind, und sie können
einen Typ von Verbindungselement angeben, der verwendet werden muss,
wie beispielsweise ein Rohr, ein Kanal etc., einen dem betreffenden
Element zugeordneten Strom etc.
-
Das
intelligente Prozessobjekt 42e kann weiterhin eine oder
mehrere Eingaben 54 und Ausgaben 56 aufweisen,
um die Kommunikation mit anderen intelligenten Prozessobjekten innerhalb
oder außerhalb
eines Prozessmoduls, indem das intelligente Prozessobjekt 42 verwendet
wird, zu ermöglichen.
Die Verbindungen der Eingaben 54 und Ausgaben 56 mit
anderen intelligenten Prozessobjekten können von einem Konfigurierungsingenieur
während
des Konfigurierens eines Prozessmoduls konfiguriert werden, indem
einfach andere intelligente Prozessobjekte mit diesen Eingaben und
Ausgaben verbunden werden oder indem bestimmte Kommunikationen spezifiziert
werden, die zwischen intelligenten Prozessobjekten stattfinden sollen.
Einige dieser Eingaben und Ausgaben können als mit den intelligenten
Prozessobjekten verbunden definiert werden, die an den vordefinierten
Verbindungspunkten für
die intelligenten Prozessobjekte entsprechend der obigen Diskussion
verbunden sind. Diese Eingaben 54 und Ausgaben 56 können auch
durch einen Satz von Regeln innerhalb der Regeldatenbank 50 und
die die Verbindungen zwischen verschiedenen Geräten oder Einheiten innerhalb
der Anlage 10 definierende Verbindungsmatrix 52 bestimmt
oder definiert werden. Die Eingaben 54 und Ausgaben 56,
die Datenspeicher oder diesen zugeordnete Puffer aufweisen, werden,
allgemein gesagt, verwendet, um Kommunikationen von Daten von anderen
intelligenten Prozessobjekten mit dem intelligenten Prozessobjekt 42e zur
Verfügung
zu stellen oder um Kommunikationen von Daten, die innerhalb des
intelligenten Prozessobjekts 42e gespeichert oder von diesem
erzeugt werden, mit anderen intelligenten Prozessobjekten zur Verfügung zu
stellen. Diese Eingaben und Ausgaben können auch verwendet werden,
um Kommunikationen zwischen dem intelligenten Prozessobjekt 42e und
anderen Objekten innerhalb des Prozesssteuerungssystems wie beispielsweise
Steuerungsmodulen innerhalb der Steuerungen 12, Feldgeräte 14, 16 etc. zur
Verfügung
zu stellen.
-
Wie
in 2 veranschaulicht, weist das intelligente Prozessobjekt 42e auch
einen Methodenspeicher 58 auf, der für die Speicherung von null,
einer oder mehreren Methoden 60 (veranschaulicht als Methoden 60a, 60b und 60c in 2)
verwendet wird, die Algorithmen sein können, die von dem intelligenten
Prozessobjekt 42e während
der Ausführung
oder Implementierung eines Prozessmoduls, in dem das intelligente Prozessobjekt 42e verwendet
wird, zu implementieren sind. Allgemein verwenden die im Methodenspeicher 58 gespeicherten
Methoden 60 die innerhalb der Datenspeicheranteile 53a und 53b gespeicherten
Daten und die von anderen intelligenten Prozessobjekten erhaltenen
Daten oder sogar Daten, die über
die Eingaben 54 und die Ausgaben 56 aus anderen
Quellen wie beispielsweise der Konfigurationsdatenbank oder dem
Historienspeicher 58 erhalten wurden, um Informationen über die
Prozessanlage 10 oder eine Einheit innerhalb der Anlage 10 zu
bestimmen. Beispielsweise können
die Methoden 60 schwache oder schlechte Betriebsbedingungen
in Verbindung mit der von dem intelligenten Prozessobjekt 42e definierten
Einheit und dieser oder anderen Einheiten innerhalb der Prozessanlage 10 zugeordnete
Fehler etc. bestimmen. Die Methoden 60 können auf
der Grundlage des Typs oder der Klasse des intelligenten Prozessobjekts
zur Verfügung
vorkonfiguriert oder zur Verfügung
gestellt werden und sie werden allgemein jedes Mal ausgeführt, wenn
das intelligente Prozessobjekt 42e innerhalb der Ausführungsmaschine 48 während der
Laufzeit ausgeführt
wird. Einige beispielhafte Methoden 60, die innerhalb eines
intelligenten Prozessobjekts wie beispielsweise dem intelligenten
Prozessobjekt 42e zur Verfügung gestellt werden können, sind
unter anderem die Erkennung von Leckagen, Totband, Totzeit, Bewegung,
Variabilität,
Bedingungsüberwachung,
Berechnung von Kosten oder anderen der Einheit zugeordneten Bedingungen.
-
Die
Methoden 60 können
auch zur Verfügung
gestellt werden, um die Simulation des Betriebs der dem intelligenten
Prozessobjekt zugeordneten Prozesseinheit mit dem durch diese Prozesseinheit
strömenden
Material zu unterstützen.
Die Methoden 60 können
mithin zur Verfügung
gestellt werden, um Massenbilanzen, Energiebilanzen, Durchflüsse, Temperaturen,
Zusammensetzungen, Dampfzustände
und andere Parameter auf Systemebene oder Stromebene zu berechnen,
die dem Material in der Anlage 10 zugeordnet sind, um den Betrieb
des Elements zu simulieren, um erwartete Ausgaben auf der Grundlage
zur Verfügung
gestellter Eingaben zu berechnen etc. Selbstverständlich gibt
es zahlreiche Methoden, die in einem intelligenten Prozessobjekt 42e gespeichert
und von diesem ausgeführt
werden können,
und es gibt zahlreiche andere Methoden, die verwendet werden können, wobei
derartige Methoden allgemein vom Typ der repräsentierten Einheit, der Art,
auf die diese Einheit in einer Prozessanlage angeschlossen und verwendet
wird, sowie anderen Faktoren bestimmt werden. Es ist wichtig darauf
hinzuweisen, dass das intelligente Prozessobjekt 42e zwar
Methoden speichern und ausführen
kann, die Bedingungen, Fehler etc. auf Systemebene erkennen, dass
diese Methoden jedoch auch verwendet werden können, um andere Informationen über Geräte, logische
Elemente wie beispielsweise Prozesssteuerungsmodule und -kreise
und andere nicht der Systemebene zugehörige Einheiten zu bestimmen.
Falls gewünscht,
können
die Methoden 60 in jeder gewünschten Programmiersprache
wie beispielsweise C, C++, C# etc. programmiert oder zur Verfügung gestellt
werden, oder sie können
auf anwendbare Regeln innerhalb der Regeldatenbank 50 bezogen
sein oder diese definieren, die für das intelligente Prozessobjekt 42e während der
Ausführung
ausgeführt
werden sollten.
-
Falls
gewünscht,
kann jedes intelligente Prozessobjekt eine Bibliothek anwendbarer
Algorithmen oder Methoden aufweisen, die verwendet werden können, um
das Simulationsverhalten des intelligenten Prozessobjekts zu simulieren,
wenn dieses innerhalb eines Prozessmoduls verbunden wird. Eine derartige
Bibliothek ist in einem Pulldown-Menü 61 für das intelligente
Prozessobjekt 42e aus 2 veranschaulicht
und ein ähnliches
Menü kann
jedem anderen intelligenten Prozessobjekt zugeordnet werden. Der
Konfigurierungsingenieur kann das Simulationsverhalten eines intelligenten
Prozessobjekts definieren, wenn dieses intelligente Prozessobjekt
in ein Prozessmodul 39 eingebracht wird, indem er beispielsweise über das
Pulldown-Menü 61 einen
Simulationsalgorithmus aus der Bibliothek von Simulationsalgorithmen
(als Methode 1, Methode 2 etc. bezeichnet) auswählt. Auf diese Weise kann der
Konfigurierungsingenieur verschiedene Simulationsverhalten für ein intelligentes
Prozessobjekt je nach Typ oder Natur des Prozesses, für den das
intelligente Prozessobjekt zur Modellierung verwendet wird, definieren.
-
Falls
gewünscht,
kann der Konfigurierungsingenieur statt dessen einen proprietären oder
einen anderen vom Anwender bereitgestellten Algorithmus zur Verfügung stellen,
um das Simulationsverhalten des durch den intelligenten Prozessblock
definierten Prozesselements zu definieren. Ein derartiger benutzerdefinierter Algorithmus
(im Pulldown-Menü 61 als
der Eintrag "benutzerdefiniert" veranschaulicht)
kann einem intelligenten Prozessobjekt zur Verfügung gesellt und in diesem
gespeichert werden, wenn das intelligente Prozessobjekt innerhalb
eines Prozessmoduls 39 angeordnet oder verwendet wird.
Diese Funktionalität
ermöglicht
eine anwendungsspezifische Anpassung des Simulationsverhaltens durch
den Anwender, um auf diese Weise eine bessere oder genauere Simulation
zur Verfügung
zu stellen. Wenn gewünscht
können,
wie später
detaillierter beschrieben wird, die intelligenten Prozessobjekt 42e oder
jedes Prozessmodul 39 einen vom Bediener zu betätigenden
Schalter (wie beispielsweise einen elektronischen Schalter oder
einen Merker) aufweisen, der die Verwendung der Simulationsalgorithmen
innerhalb der intelligenten Prozessobjekte sperrt und der statt
dessen veranlasst, dass das Verhalten des Prozessmoduls durch ein
hochgenaues Simulationspaket oder -programm wie beispielsweise ein
von HYSYS bereitgestelltes Simulationspaket oder -programm bestimmt
wird. In diesem Fall erhält
das intelligente Prozessobjekt oder das Prozessmodul simulierte
Parameter von der hochgenauen Simulation im Gegensatz zur Verwendung
der Simulationsalgorithmen innerhalb der intelligenten Prozessobjekte
selbst.
-
Während der
Ausführung
oder Implementierung einer grafischen Anzeige 35 oder eines
Prozessmoduls 39 durch die Ausführungsmaschine 48 implementiert
die Maschine 48 die Kommunikationen, die durch die Eingaben 54 und
Ausgaben 56 zu jedem der intelligenten Prozessobjekte in
der grafischen Anzeige 35 oder im Prozessmodul 39 definiert
sind, und kann die Methoden 60 für jedes dieser Objekte implementieren, um
die von den Methoden 60 zur Verfügung gestellte Funktionalität auszuführen. Wie
vorstehend festgestellt, kann die Funktionalität der Methoden 60 in
Programmierung innerhalb des intelligenten Prozessobjekts angeordnet
oder durch einen Satz von Regeln innerhalb der Regeldatenbank 50 definiert
sein, die die Maschine 48 auf der Grundlage des Typs, der
Klasse, der Kennzeichnung, des Tag-Namens etc. eines intelligenten
Prozessobjekts ausführt,
um die von diesen Regeln definierte Funktionalität zu implementieren.
-
Man
erkennt, dass eine Instanz des intelligenten Prozessobjekts 42e einen
Tag oder eindeutigen Namen innerhalb des Kontextes des Prozessmoduls
hat, dem das intelligente Prozessobjekt 42e zugeordnet
ist, und dass dieser Tag oder eindeutige Name verwendet werden kann,
um Kommunikationen zum und vom intelligenten Prozessobjekt 42e zur
Verfügung
zu stellen und dass dieser Tag oder eindeutige Name von der Ausführungsmaschine 48 während der
Laufzeit referenziert werden kann. Prozessmodul-Tags sollten innerhalb
der Steuerungssystemkonfiguration einmalig sein. Durch diese Tagging- Konvention können Elemente
innerhalb der Prozessmodule 39 von Elementen innerhalb
anderer der Prozessgrafikanzeigen 35, Prozessmodule 39,
Analysemodule 41 und sogar der Steuerungsmodule 29 referenziert
werden. Weiterhin können
die Parameter des intelligenten Prozessobjekts 42e einfache
Parameter wie beispielsweise einfache Werte, strukturierte Parameter
oder intelligente Parameter sein, die die erwarteten Einheiten und
diesen zugeordnete Attribute kennen. Intelligente Parameter können von
der Prozessregelmaschine oder Ausführungsmaschine 48 interpretiert
und verwendet werden, um zu gewährleisten,
dass sämtliche
Signale in denselben Einheiten gesendet oder korrekt konvertiert
werden. Intelligente Regeln können
auch verwendet werden, um Gruppen von Alarmen für die intelligenten Prozessobjekte
(oder Prozessmodule) ein- und auszuschalten, um eine intelligente
Alarmstrategie und/oder eine Schnittstelle für den Bediener zu erzeugen.
Weiterhin können
intelligente Prozessobjektklassen Ausrüstungs- und Modulklassen innerhalb
der Prozesssteuerungsstrategie der Anlage 10 zugeordnet
werden, um eine bekannte Verbindung zwischen einem intelligenten
Prozessobjekt und den Prozessvariablen zur Verfügung zu stellen, die es interpretieren
oder auf die es zugreifen muss.
-
Intelligente
Prozessobjekte können,
wenn sie in Prozessgrafikanzeigen oder Prozessmodulen verwendet
werden, auch ein Betriebsarten-, Status- und Alarmverhalten aufweisen,
sodass diese intelligenten Objekte während der Laufzeit in verschiedene
Betriebsarten wie beispielsweise die Aus-, Anlauf- und Normalbetriebsart
versetzt werden können,
sie können
einem dem Objekt zugeordneten Status auf der Grundlage seines aktuellen
Betriebsstatus zur Verfügung
stellen und sie können
Alarme auf der Grundlage erkannter Bedingungen wie beispielsweise
einen außerhalb
eines Bereichs liegenden Parameter, begrenzte, hohe Variabilität etc. zur
Verfügung
stellen. Intelligente Prozessobjekte können weiterhin eine Klassen-/Unterklassenhierarchie aufweisen,
die sie in die Lage versetzt, in Klassenbibliotheken kategorisiert
zu werden, gemeinsam in einer zusammengesetzten Struktur gesammelt
zu werden etc. Weiterhin können
intelligente Prozessobjekte Informationen von anderen Elementen
wie beispielsweise Steuerungsmodulen und anderen Objekten verwenden, um
das intelligente Prozessobjekt in die Lage zu versetzen zu erkennen,
wann die ihm zugeordnete Prozesseinheit beschäftigt oder beispielsweise von
einem Chargensteuerungsprozess innerhalb der Anlage 10 in
Anspruch genommen ist.
-
Intelligente
Prozessobjekte können
jeder gewünschten
Prozesseinheit wie beispielsweise physischen Geräten wie beispielsweise Pumpen,
Tanks, Ventilen etc. oder logischen Einheiten wie beispielsweise
Prozessbereichen, Messungen oder Stellgliedern, Steuerungsstrategien
etc. zugeordnet werden. In einigen Fällen können intelligente Prozessobjekte
Verbindern wie beispielsweise Röhren,
Kanälen,
Verdrahtung, Fördereinrichtungen
oder allen anderen Geräten
oder Einheiten zugeordnet werden, die Material, Elektrizität, Gas etc.
von einem Punkt innerhalb des Prozesses zu einem anderen Punkt bewegen.
Intelligente Prozessobjekte, die Verbindungen zugeordnet sind und
hierin gelegentlich als intelligente Verbindungen oder Verbindungselemente
bezeichnet werden, sind ebenfalls getagt (auch wenn das tatsächliche
Gerät oder
die tatsächliche
Verbindung selbst nicht notwendigerweise getagt oder in der Lage
ist, mit der Prozessanlage 10 zu kommunizieren) und werden
allgemein verwendet, um einen Materialfluss zwischen anderen Elementen
im Prozess darzustellen.
-
Intelligente
Verbindungen weisen typischerweise Eigenschaften oder Parameter
auf, die definieren, wie verschiedene Materialien oder Phänomene (wie
beispielsweise Elektrizität)
durch die Verbindung strömen (beispielsweise
Dampf, Elektrizität,
Wasser, Abwasser etc.). Diese Parameter können den Typ und die Natur der
Strömung
(wie beispielsweise die allgemeine Geschwindigkeit, Reibungskoeffizienten,
Art der Strömung wie
beispielsweise turbulent oder nicht turbulent, elektromagnetisch
etc.) durch die Verbindung und die mögliche Richtung oder Richtungen
der Strömung
durch die Verbindung angeben. Intelligente Verbindungen können Programmierung
oder Methoden aufweisen, die gewährleisten,
dass die Einheiten des Quell- und Zielobjekts, mit dem die intelligente
Verbindung verbunden ist, zueinander passen und falls dies nicht
der Fall ist, können
sie eine Konvertierung durchführen.
Die Methoden der intelligenten Verbindung können auch die Strömung durch
die Verbindung mittels eines Modells oder eines Algorithmus modellieren,
um die Geschwindigkeit oder Natur der Strömung durch die tatsächlichen
Verbindungen, die Länge
und Größe der physischen
Verbindungen, die Transportverzögerung
etc. zu schätzen.
Die gespeicherten Parameter für
das intelligente Prozessobjekt (wie beispielsweise Reibungsparameter)
können
in diesen Methoden verwendet werden. Im Wesentlichen versetzen die
intelligenten Verbindungen oder Verbindungselemente mithin intelligente
Prozessobjekte in die Lage, sich der anderen stromaufwärts und
stromabwärts
gelegenen Objekte oder Einheiten bewusst zu sein. Selbstverständlich können intelligente
Verbindungen beispielsweise die Verbindungen zwischen anderen Objekten,
den Typ eines Fluids wie beispielsweise Flüssigkeit, Gas, Elektrizität etc. innerhalb
des Systems, die stromaufwärts
und stromabwärts
gelegene Seite der Einheit für
dieses intelligente Prozessobjekt, die Richtung eines Material-,
Fluid-, Elektrizitätsstroms
etc. auf jede gewünschte
oder sachdienliche Art definieren. In einer Ausführung kann die Matrix 52 vor
der Ausführung
der Prozessflussmodule erzeugt werden und für die intelligenten Verbindungen
die Verbindungen zwischen den verschiedenen Geräten innerhalb der Anlage und
mithin die Verbindungen zwischen den verschiedenen intelligenten
Prozessobjekten definieren. So kann die Ausführungsmaschine 48 in
der Tat die Matrix 52 verwenden, um die stromaufwärts und
stromabwärts
gelegenen Einheiten festzustellen und dadurch die Kommunikationen
zwischen den intelligenten Prozessobjekten und den den intelligenten
Prozessobjekten zugeordneten Methoden definieren. Weiterhin können einer
oder mehrere Regelsätze
zur Verfügung
gestellt werden, um von den intelligenten Prozessobjekten verwendet
zu werden, um miteinander zu interagieren und um voneinander Daten
zu erhalten, die für
die Methoden innerhalb der intelligenten Prozessobjekte erforderlich
sind, und um die Auswirkung von intelligenten Objekten, die Ausgabeverbindungen
zugeordnet sind, aufzulösen.
-
Falls
gewünscht,
kann das intelligente Prozessobjekt 42e auch "Hot Links" wie beispielsweise
URLs zu Schlüsseldokumentation
aufweisen, die für
den Typ des Objekts gelten kann oder die für die Instanz (je nach Kritikalität und Anwendung)
des Geräts,
auf den sich das intelligente Prozessobjekt 42e bezieht,
spezifisch ist. Die Dokumentation kann vom Verkäufer geliefert sowie anwenderspezifisch
sein. Einige Beispiele für Dokumentation
sind Konfigurations-, Hochlauf- und Herunterfahrprozeduren, Betriebs- und Wartungsdokumentation.
Falls gewünscht,
kann ein Bediener das in einer Bedieneranzeige angezeigte Objekt
anklicken, um die instanzenspezifische (falls vorhanden) und generische
Dokumentation für
das Objekt oder zugeordnete Gerät
aufzurufen. Der Bediener kann auch in der Lage sein, Dokumentation
unabhängig
von der Systemsoftware wie beispielsweise Wartungsanforderungen,
Aufzeichnungen betrieblicher Probleme etc. hinzuzufügen/zu löschen/zu
verändern.
Darüber
hinaus können
diese "Hot Links" vom Benutzer konfigurierbar
oder änderbar
sein, um die Möglichkeit
zu bieten, Wissens-Links
zu Objekten in der/einer Bedienerschnittstelle hinzuzufügen, eine
schnelle Navigation zu geeigneten, dem Objekt zugeordneten Informationen
zur Verfügung
zu stellen und die Möglichkeit
zu bieten, für
den Kunden spezifische Arbeitsanweisungen zu dem spezifischen Objekttyp
oder sogar zu der spezifischen Instanz des Objekts hinzuzufügen.
-
Während die
Prozessmodule und Prozessgrafiken vorstehend als gemeinsam durch
die Verbindung verschiedener intelligenter Prozessobjekte erzeugt
beschrieben werden, können
sie separat erzeugt werden. Beispielsweise kann eine Prozessgrafik
mittels intelligenter Prozessobjekte erzeugt werden und nach Fertigstellung
kann ein Prozessmodul für
diese Grafik auf der Grundlage grafischer Elemente und ihrer Verbindungen
in der Grafikanzeige erzeugt werden. Alternativ kann das Prozessmodul
zuerst unter Verwendung intelligenter Prozessobjekte erzeugt werden
und sobald es erzeugt ist, kann eine Grafikanzeige für dieses
Prozessmodul automatisch von der Konfigurierungsanwendung 38 mittels
der grafischen Anzeigeelemente in den zur Erzeugung des Prozessmoduls
verwendeten intelligenten Prozessobjekten erzeugt werden. Weiterhin
können ein
Prozessmodul und eine Grafikanzeige separat erzeugt werden und die
einzelnen Elemente innerhalb dieser beiden Einheiten können manuell
durch wechselseitiges Referenzieren (beispielsweise unter Verwendung der
Tag-Eigenschaften der Elemente innerhalb der Grafikanzeige und des
Prozessmoduls) miteinander verbunden werden. Durch diesen Mechanismus
kann ein intelligentes Prozessobjekt von multiplen Anzeigen referenziert
werden. Auf jeden Fall können,
sobald sie erzeugt sind, eine Prozessgrafikanzeige und ein zugeordnetes
Prozessmodul unabhängig
oder separat ausgeführt
werden, obwohl sie typischerweise, wie gewünscht oder erforderlich, Parameter
und Informationen hin und zurück
kommunizieren.
-
Um
umfassender zu sein, werden nachstehend bestimmte mögliche Eigenschaften
und Beispiele intelligenter Prozessobjekte, die bei der Erzeugung
oder zur Erzeugung von Grafikanzeigen und Prozessmodulen verwendet
werden können,
detaillierter beschrieben. Anschließend kann eine Art und Weise,
auf die unter Verwendung der beschriebenen Elemente und Eigenschaften
Prozessgrafikanzeigen und Prozessmodule erzeugt werden, mit Steuerungsmodulen
integriert werden, um erweiterte Steuerungs- und Simulationsfähigkeiten,
die beschrieben werden, zur Verfügung
zu stellen. Es ist selbstverständlich
ersichtlich, dass die intelligenten Prozessobjektelemente und -eigenschaften
nicht auf die hierin diskutierten Elemente und Eigenschaften beschränkt sind
und dass andere Eigenschaften und Elemente verwendet werden können, um
Prozessgrafikanzeigen und/oder Prozessmodule zu erzeugen, falls
dies gewünscht
ist.
-
Allgemein
gesagt, kann in der Konfigurierungsanwendung ein Satz vordefinierter
grafischer Elemente zur Verfügung
gestellt werden, um einen Anwender in die Lage zu versetzen Bediener-
oder Grafikanzeigen zu konstruieren, die die Prozessanlage repräsentieren.
Diese Grafikelemente sind angelegt, mit dem Steuerungssystem verbundene
Online-Messungen und Stellglieder dynamisch anzuzeigen. Darüber hinaus
können nicht
gemessene Parameter, die den Betrieb des Prozesses repräsentieren,
mittels Online-Prozesssimulation berechnet
werden, die in den Prozessmodulen zur Verfügung gestellt werden, und sie
können
als integraler Bestandteil der zugeordneten Grafikanzeigen dargestellt
werden.
-
Zusätzlich kann
in einer für
Projektierungs- oder Schulungssimulationszwecke verwendeten Offline-Umgebung
die von den Prozessmodulen zur Verfügung gestellte Prozesssimulation
anstelle der Prozessmesswerte in den Grafikelementen und in den
zugeordneten Steuerungsmodulen verwendet werden. Diese Werte, die
von den zugeordneten Prozessmodulen berechnet werden, können auf
der Stellung oder dem Status des Stellglieds sowie auf manuellen
Störwerten
basieren, die in der Prozessgrafik veranschaulicht sind. Auf diese
Weise können
die Grafikanzeigen und Steuerungsmodule sowohl in einer Online-
oder Steuerungssituation als auch in Offline- oder Simulationssituationen
verwendet werden. Während
weiterhin der statische Anteil der Grafikelemente in vielen Fällen ähnlich den
in bekannten Grafikbibliotheken enthaltenen dreidimensionalen Komponenten
erscheint, werden weitere einzigartige Merkmale oder Eigenschaften
dieser Grafikelemente, der mit diesen Elementen angezeigten Informationen
und ihrer Verbindungen zu den Steuerungssystem-E/A- und Prozesssimulationsmodulen
nachstehend in Bezug auf eine Anzahl möglicher Typen und Beispielen
von grafischen Elementen beschrieben.
-
Allgemein
gesagt, gehören
die grafischen Elemente und Simulationsalgorithmen in dem einem
intelligenten Prozessobjekt zugeordneten Prozessmodul einem einer
Anzahl verschiedener Typen von Prozesselementen einschließlich Stromelementen,
Prozessanbindungselementen, Stellgliedelementen, Verarbeitungselementen,
Messele menten und Geschätzte-Eigenschaften-Elemente
an. Stromelemente definieren allgemein einen Strom von Material
in der Prozessanlage und können
in der Grafikanzeige eingesetzt werden, um Zusammensetzung, Dichte,
Fluss, Temperatur, Druck, Gewicht und/oder alle anderen den Materialstrom
definierenden Parameter anzuzeigen. Stromelemente können am
Eingang des Prozessmoduls definiert und Elementen innerhalb des
Prozessmoduls zur Verfügung
gestellt werden, um auf diese Weise die Modellierung des Materialflusses
durch das Prozessmodul und dessen Anzeige in der Grafikanzeige zu
ermöglichen.
Gleichermaßen
können
Stromelemente am Ausgang oder Ende des Prozessmoduls dargestellt
werden, um in der Grafikanzeige den Materialausgang des in der Grafikanzeige
dargestellten Teils der Prozessanlage anzuzeigen. Stromelemente
können
auch verwendet werden, um zu definieren, wie verschiedene Grafikanzeigen
(und die zugehörigen
Prozessmodule) miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann der
Ausgangsstrom in einem Prozessmodul der Eingangsstrom in einem anderen
Prozessmodul sein und die Werte liefern, die am Eingangsstrom des
anderen Prozessmoduls verwendet werden. Ströme können die folgenden vier Teile
enthalten: Name (beispielsweise pH-Strom), Richtung (beispielsweise
Strömungseingang),
Messung (beispielsweise Strömung,
Druck, Temperatur) und Zusammensetzung (beispielsweise Stickstoff,
Ammoniak etc.). Ströme könnten, falls
gewünscht,
jedoch andere Teile oder Parameter aufweisen.
-
Prozessverbindungselemente
definieren die Art und Weise, auf die Materialien in der Anlage
wie beispielsweise feste Materialien, Flüssigkeiten und Dampf sowie
Gase von einem Gerät
zu anderen übergeben oder
getragen werden. Um den Materialfluss durch den Prozess eindeutig
zu veranschaulichen, können
drei verschiedene Typen von Prozessverbindungen einschließlich Rohren,
Kanälen
und Fördereinrichtungen
verwendet werden. Selbstverständlich
können
auch andere Verbindungselemente wie beispielsweise Elektrokabel
für den
Energiefluss in elektrochemischen Prozessen etc. verwendet werden.
Rohre werden allgemein verwendet, um den Fluss von Flüssigkeit
und Hochdruck-Dampf oder Gas innerhalb der Anlage zu veranschaulichen
(und zu simulieren). Kanäle
werden allgemein verwendet, um den Fluss von Niederdruckgas innerhalb der
Anlage zu veranschaulichen (und zu simulieren). Fördereinrichtungen
werden allgemein verwendet, um die Bewegung festen Materials zwischen
Verarbeitungseinheiten zu veranschaulichen (und zu simulieren).
Als Ergebnis definiert jedes Prozessverbindungselement den Typ der Verbindung
wie beispielsweise eine Rohrverbindung, eine Kanalverbindung oder
eine Fördereinrichtungsverbindung,
die verwendet wird, um Material am Eingang oder Ausgang eines Geräts zur Verfügung zu
stellen.
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Falls
gewünscht,
werden die Eigenschaften des durch eine Verbindung transportierten
Materials vom stromaufwärts
gelegenen Eingang bestimmt. Diese Information sowie eine Verbindungsstatusvariable,
die definiert, ob die Verbindung hergestellt ist, können als
Eigenschaften des Verbindungselements in der Grafikanzeige zur Verfügung gestellt
werden. Ein Verbindungselement kann an einem Verarbeitungselementausgang, einem
Stellgliedelementausgang oder einem Stromelementausgang beginnen.
Auf ähnliche
Weise kann ein Verbindungselement an einem Verarbeitungselementeingang,
einem Betätigungselementeingang
oder einem Stromeingang enden.
-
Die
Eigenschaften eines Verbindungselements können automatisch angezeigt
werden, wenn der Cursor über
dem Verbindungselement in der Grafikanzeige positioniert wird. Weiterhin
können
die einem Verbindungselement zugeordneten Eigenschaften für eine permanente
Anzeige ausgelegt werden, indem ein Messungs- oder Geschätzte-Eigenschaften-Element
(nachstehend definiert) auf dem Verbindungselement angeordnet wird.
Falls gewünscht,
kann ein Verbindungselement erzeugt werden, indem die linke Maustaste über einem
Elementausgang (wie beispielsweise einem Stromausgang, einem Verarbeitungselementausgang
oder einem Betätigungselementausgang)
gedrückt
gehalten wird und der Cursor, während
eine Maustaste gedrückt gehalten
wird, über
einem Elementeingang positioniert wird. Damit die Verbindung erfolgreich
hergestellt wird, müssen
Eingangs- und Ausgangstyp
(Rohr, Kanal oder Fördereinrichtung)
des stromaufwärts
und stromabwärts
gelegenen Elements übereinstimmen.
Die Verbindung nimmt automatisch den Typ des stromaufwärts gelegenen
Elements an.
-
Falls
gewünscht,
können
in der Prozessgrafikanzeige Rohrelemente als Rohrverbindung, Kanalelemente
(beispielsweise Luft oder Gas) als Kanal und Förderanlagenelemente als Förderbänder dargestellt
werden. Rohr-, Kanal- und Förderanlagenelementverbindungen
können
automatisch zwischen Verarbeitungselementen angeordnet werden und
Pfeile können
außerhalb
der Darstellung dieser Elemente angezeigt werden, um die Strömungsrichtung
anzugeben. Wenn der stromaufwärts
gelegene Ausgang zwei Verbindungen gemeinsam ist, kann im Rohr,
Kanal oder in der Fördereinrichtung
ein "T"-Element vorgesehen
werden. Gleichermaßen
können "T"-Elemente verwendet werden, um multiple
Ausgänge
zu verbinden. Die Farbe oder eine andere grafische Eigenschaft eines
Förderanlagenelements
kann sich ändern,
um dessen Status wie beispielsweise laufend/angehalten, strömend/nicht
strömend,
verstopft etc. anzugeben. Allgemein gesagt, wird der Materialstrom
entlang einer Fördereinrichtung
durch den mit der Fördereinrichtung
verbundenen Motor bestimmt. Mithin kann ein Motorantriebsstellglied
(d.h. ein nachstehend detaillierter beschriebenes Stellgliedelement)
mit der Fördereinrichtung
verbunden werden. Zusätzlich
können
(nachstehend beschriebene) Messungselemente mit Rohr-, Kanal- und
Fördereinrichtungselementen
verbunden werden, um die Realisierung von den Rohr-, Kanal- und
Fördereinrichtungselementen
zugeordneten Messungen zu ermöglichen
wie beispielsweise die Geschwindigkeit der Fördereinrichtung oder der Fluss
von Material in einem Rohr oder Kanal, die Eigenschaften des Materials
auf oder in der Fördereinrichtung,
dem Rohr oder Kanal wie beispielsweise Feuchtigkeit oder Gewicht.
Darüber
hinaus kann ein dargestelltes Eigenschaften-Element hinzugefügt werden,
um nicht gemessene Eigenschaften des Materials auf oder in dem Rohr,
Kanal oder der Fördereinrichtung
wie beispielsweise die Zusammensetzung des Materials anzuzeigen.
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Falls
gewünscht,
kann jedes der Rohr-, Kanal- und Fördereinrichtungs-Verbindungselemente
grafisch und dynamisch eine verloren gegangene Verbindung (beispielsweise
durch eine Farbänderung)
wiedergeben und anzeigen, dass eine ausgewählte Eigenschaft (Druck, Temperatur,
Länge etc.)
außerhalb
konfigurierter Grenzen liegt (beispielsweise durch eine Farbänderung).
Darüber
hinaus können
vom zugeordneten Prozessmodule berechnete Parameter in der Grafik
dargestellt werden. Beispielsweise können von der stromaufwärts gelegenen
Verbindung zur Verfügung
gestellte Eigenschaften, der Zustand eines schlechten oder guten
Verbindungsstatus, die Grenzen eines oder mehrerer ausgewählter Parameter
des Verbindungselements etc. in der Grafikanzeige dargestellt werden,
um dem Bediener Informationen über
das Verbindungselement oder dem vom Verbindungselement übertragenen
Strom zur Verfügung
zu stellen.
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Allgemein
gesagt, sind Stellgliedelemente Elemente, die eine Stellgliedfunktion
der einen oder andern Art in Bezug auf den Strom ausführen und
die zwischen verschiedenen Verbindungselementen oder zwischen einem
Verarbeitungselement und einem Verbindungselement angeordnet sein
können.
Beispiele von Stellgliedelementen sind unter anderem ein Regelventil
(mit Stellglied), ein Ein-Aus-Ventil (mit Stellglied), eine Pumpe (mit
Motor), ein Druckgebläse
(mit Motor), ein Saugzuggebläse
(mit Motor), ein Eduktor (mit Ein-Aus-Ventil), ein Register (mit
Antrieb), eine Aufgabeeinrichtung (mit drehzahlgeregeltem Antrieb),
ein Fördermotorantrieb (der
an ein Förderelement
angebaut sein kann) etc.
-
Die
grafische Darstellung der Ventilelemente kann eine dynamische Wiedergabe
der impliziten Ventilposition (beispielsweise durch Animation),
eines Ventilausfalls (beispielsweise durch eine Farbänderung),
der vollständig
geöffneten/geschlossenen
Stellung eines Ventils (beispielsweise durch eine Farbänderung),
sowie von AA, DO, DC, Sollwert, PV, AUS [OUT], Betriebsart etc.
(beispielsweise durch eine numerische Zeichenfolge oder eine andere
Bezeichnung) des das Ventil steuernden, zugeordneten Steuerungsblocks
aufweisen. Die den (im Prozessmodul verwendeten) Ventilelementen
zugeordnete Simulation kann Simulationsalgorithmen aufweisen, die
dem Ventilstellglied zugeordnete Parameter wie beispielsweise Ablassdruck,
Massenfluss, Flüssigkeitstemperatur,
Flüssigkeitszusammensetzung,
Einlassdruck und Auslassdruck berechnen. Diese simulierten oder
berechneten Parameter können,
falls gewünscht,
in der Prozessgrafik dargestellt werden. Der Anwender oder Konfigurierungsingenieur
muss jedoch in der Regel den Verweis auf einen AA-, DO- oder DC-Block
innerhalb eines dem Ventil zugeordneten Steuerungsmoduls sowie den
Ventiltyp (beispielsweise linear, Schnellöffnungsventil, gleichprozentig,
Ventilbemessung etc.) sowie die Hubzeit von offen bis geschlossen
konfigurieren. Selbstverständlich
können
die für
die Simulation der Wirkung des Betriebs des Ventils auf das durch
das Ventil fließende
Material zur Verfügung
stehenden Algorithmen vom Typ des Ventils und den Bemessungsinformationen
abhängig
sein.
-
Die
grafische Darstellung von Pumpenelementen können eine dynamische Wiedergabe
des Motorstatus (beispielsweise durch eine Farbänderung), der Betriebsart und
des Sollwertes des zugeordneten DO- oder DC-Funktionsblocks (beispielsweise durch
Zeichenfolgen), der Motordrehzahl (im Falle der Verwendung eines drehzahlgeregelten
Antriebs), des AA-Sollwerts, von PV, der AUS- [OUT-] Betriebsart
(im Falle der Verwendung eines drehzahlgeregelten Antriebs) und
anderer gewünschter
Parameter aufweisen. Gleichermaßen kann
die (in dem Prozessmodul verwendete) Prozesssimulation für dieses
Element Parameter wie beispielsweise Ablassdruck, Flüssigkeitszusammensetzung,
Flüssigkeitstemperatur
und Massenfluss bestimmen oder berechnen, wobei diese Parameter
in der Grafikanzeige dargestellt werden können. Der Anwender kann eine auf
dem Pumpentyp basierende Pumpenkurve definieren müssen. Der
Anwender kann jedoch für
die Definition des Betriebs der Pumpe den Verweis auf den dem Motor-Start-/Stopp
zugeordneten DO- oder DC-Block, den Verweis auf den zugeordneten
AA-Funktionsblock für
einen drehzahlgeregelten Antrieb (falls verwendet) und die Pumpenkurve
(beispielsweise Druck-/Durchfluss-Kurve) konfigurieren.
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Die
grafische Darstellung eines Druckgebläse- oder eines Saugzuggebläse-Stellgliedelements
kann eine Darstellung aufweisen, die den Motorstatus, die Betriebsart
und den Sollwert eines DO- oder DC-Funktionsblocks, die Motordrehzahl
(im Falle der Verwendung eines drehzahlgeregelten Antriebs), den
AA-Sollwert, PV, AUS [OUT], die Betriebsart des DO- oder DC-Funktionsblocks
(im Falle der Verwendung eines drehzahlgeregelten Antriebs) und
andere gewünschte
Parameter dynamisch wiedergibt, von denen beliebige in der Grafikanzeige
dargestellt werden können.
Das (in einem Prozessmodul verwendete) Prozesssimulationselement
für dieses
Element Parameter wie beispielsweise Ablassdruck, Gaszusammensetzung,
Gastemperatur und Gasmassenfluss bestimmen oder berechnen, wobei
diese Parameter in der Grafikanzeige dargestellt werden können. Der
Anwender kann den Verweis auf den zugeordneten DC-Block für Motor-Start-/Stopp,
den Verweis auf einen AA-Block für
einen drehzahlgeregelten Antrieb (sofern verwendet) und die Lüfterkurve (Druck-/Durchfluss-Kurve)
zur Definition des simulierten Betriebs des Lüfters konfigurieren.
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In
einigen Fällen
kann ein bestimmter Typ von Stellglied nur mit einem spezifischen
Typ einer Verbindung wie beispielsweise einem Rohr, einem Kanal
oder einer Fördereinrichtung
verwendet werden. Die nachstehende Tabelle definiert einige beispielhafte
Verbindungseinschränkungen
für typische
Stellgliedelemente.
| Rohr | Kanal | Fördereinrichtung |
Regelventil | X | | |
Ein-Aus-Ventil | X | | |
Pumpe | X | | |
Eduktor | X | | |
Druckgebläse | | X | |
Saugzuggebläse | | X | |
Registerantrieb | | X | |
Aufgabeeinrichtung | X | | X |
Motorantrieb | | | X |
-
Verarbeitungselemente
sind unter anderem Anlagenausrüstungen,
die Materialien oder Ströme
in der Anlage auf die eine oder andere Weise verarbeiten. Allgemein
gesagt, erfolgen sämtliche
Eingaben und Ausgaben zu und von Verarbeitungselementen durch Verbindungselemente.
Standard-Verarbeitungselemente sind beispielsweise Tanks (horizontal
und vertikal), Heizungen, statische Mischer, Reaktoren, Mischer,
Lufterwärmer
und alle anderen Elemente, die den einen oder andern Typ einer einfachen
oder Standard-Verarbeitungsaktivität ausführen. Für Standard-Verarbeitungselemente
kann der Anwender die Anzahl von Eingängen und Ausgängen für das Element
zusammen mit den physikalischen Eigenschaften der Ausrüstung wie
beispielsweise Größe, Volumen
etc. angeben. Der Simulationsalgorithmus und die statische Darstellung
dieser Standard-Verarbeitungselemente
können
so eingestellt werden, dass sie vom Anwender nicht geändert, jedoch
zum Zeitpunkt des Konfigurierens auf die vorstehend beschriebene
Weise ausgewählt
werden können. Selbstverständlich können, falls
gewünscht,
andere, typischerweise komplexere Anlagenausrüstungen (wie beispielsweise
Destillationssäulen,
Verdampfer, Separatoren, Kessel etc.) als anwendungsspezifisch angepasste
Verarbeitungselemente implementiert werden. Die statische Darstellung,
die Anzahl der Ein- und Ausgänge
sowie der Simulationsalgorithmus dieser anwendungsspezifisch angepassten
Verarbeitungselemente können
modifiziert werden, um die Benutzerschnittstellenanforderungen zu
erfüllen.
Sobald ein anwendungsspezifisch angepasstes Verarbeitungselement
definiert wurde, kann dieses als zusammengesetztes Element oder
als Vorlage gespeichert werden, die wiederverwendet oder als Ausgangspunkt
bei der Erzeugung anderer Verarbeitungselemente verwendet werden
kann.
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Das
Tank-Standardverarbeitungselement (entweder vertikal oder horizontal)
kann auf der Grundlage der Rohrverbindungen zum Tank konfiguriert
werden und das Tankelement kann den Füllstand im Tank (beispielsweise
mittels dynamischer Animation) und den Füllstand bei 100 % oder bei
leerem Tank (beispielsweise durch eine Farbänderung) wiedergeben. Die Prozessmodulsimulation
für den
Tank kann Parameter wie beispielsweise die Auslasstemperatur, die
Auslasszusammensetzung, die Flüssigkeitstemperatur
und den simulierten Füllstand
des Tanks berechnen und über
die grafische Anzeige darstellen. Um den Tank in das System einzubinden,
kann der Anwender oder Konfigurierungsingenieur jedoch die Anzahl
der Ein- und Ausgangsverbindungen, die vollständigen Verbindungen an den
Tank, die Eigenschaften des Tanks wie beispielsweise Größe (beispielsweise
Durchmesser und Höhe)
etc. konfigurieren müssen.
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Das
Heizungs-Verarbeitungselement kann eine dynamische Berechnung und
Wiedergabe des Wärmeübergangskoeffizienten
(beispielsweise durch eine Farbänderung),
die Auslass-Produkttemperatur, die Einlass-Produkttemperatur, den
Auslassdruck (unter Annahme eines festen Abfalls) etc. über die
grafische Anzeige beinhalten. Ein Anwender oder Konfigurierungsingenieur
kann die kompletten Verbindungen zur Heizung, zur Heizungsoberfläche und
den Wärmeübergangskoeffizienten
im sauberen Zustand konfigurieren müssen.
-
Selbstverständlich können andere
Verarbeitungselemente wie beispielsweise ein statischer Mischer, Neutralisator,
Fermenter, Kessel, ein Reaktor, ein Mischer, ein Lufterwärmer, ein
Wärmetauscher
etc. Anzeige- und Simulationsfähigkeiten
aufweisen, die auf diese Typen von Geräten zugeschnitten sind. Nicht-Standard Verarbeitungselemente
wie beispielsweise Destillationssäulen können grafisch mittels eines
anwendungsspezifisch angepassten Verarbeitungselements, bei dem
die dem Gefäß zugeordnete
Simulation benutzerdefiniert sein kann, wenn sie nicht in einer
Standardauswahl enthalten ist, dargestellt werden. Die Verarbeitung
in diesen Elementen kann als Schrittantwortmodell beschrieben oder
definiert werden, das jeden Eingang zu jedem Ausgang des Gefäßes in Verbindung
setzt. Eingaben können
Gas- und/oder Flüssigkeitsströme sein.
Optional kann der Anwender die Gleichungen definieren, die die Beziehungen
zwischen den Eingängen
und Ausgängen
des Verarbeitungselements beschreiben, und diese Gleichungen können unter
Verwendung dieses Elements im Prozessmodul gespeichert werden, um
eine Simulation durchzuführen.
Falls gewünscht,
können
einige einfache statische Grafikdarstellungen zur Verfügung gestellt
werden, um den Anwender zu unterstützen, rasch die einem anwendungsspezifisch
angepassten Verarbeitungselemente zugeordnete statische Grafik zu erzeugen.
Wenn diese einfachen Grafiken verwendet werden, braucht der Anwender
möglicherweise
lediglich die gewünschte
Anzahl von Ein- und Ausgangsverbindungen und den Typ der von den
anwendungsspezifisch angepassten Verarbeitungselement unterstützten Verbindung
(beispielsweise Rohr, Kanal oder Fördereinrichtung) zu spezifizieren.
Als Reaktion wird die Grafikposition angezeigt und kann unmittelbar
bei der Erzeugung der Bedienergrafik verwendet werden. Falls gewünscht, können die
einem jeden Eingang und Ausgang des Prozesselements gegebenenfalls
zugeordnete Verstärkungswerte
und die Dynamik spezifiziert werden, wenn sich der Anwender dafür entscheidet,
den Simulationsalgorithmus als Stufenantworten zu spezifizieren.
Wenn der Anwender einen anwendungsspezifisch angepassten Algorithmus
wählt,
kann dem Anwender ein Ausdruckseditor für die Definition des Simulationsalgorithmus
zur Verfügung
gestellt werden. Auf der Grundlage der ausgewählten Methode können die
Eigenschaften für
die Ausgänge
des anwendungsspezifisch angepassten Verarbeitungselements auf andere
Weise berechnet werden. Darüber
hinaus kann der Anwender einen oder mehrere der Algorithmen referenzieren,
die in einer separaten Softwaregruppe definiert wurden.
-
Zusätzlich können mehrere
vordefinierte Komposita oder Vorlagen zum Erzeugen anwendungsspezifisch
angepasster Verarbeitungselemente zur Verfügung gestellt werden. Diese
Vorlagen können
beispielsweise eine Kesselvorlage aufweisen, die einen anwendungsspezifisch
angepassten Algorithmus aufweist, der das Ausgangsgas O2, das Ausgangsgas
CO, den erzeugten Dampf, den Füllstand
im Dampfkessel und den Kesselzug berechnet. Eine derartige Vorlage
kann auf der Zufuhr eines einzelnen Brennstoffs basieren. Durch
Modifizieren der Vorlage ist es jedoch möglich, Kessel mit multiplen
Brennstoffen zu simulieren. Andere vordefinierte Vorlagen können eine
spezialisierte Behälter-Zyklonabscheidervorlage
aufweisen, die in Verbindung mit dem anwendungsspezifisch angepassten
Sprühtrockner-Verarbeitungselement
verwendet werden und die ein Stufenantwortmodell zum Modellieren
des Betriebs des Abscheiders aufweisen kann. Gleichermaßen können eine
Säulenvorlage,
ein Sprühtrockner
und ein Verdampferkörper
ein Stufenantwortmodell verwenden, um die erwartete Prozessantwort
zu definieren. In einem Verdampfer können die Konzentration des
Auslassstroms und die Dampffreisetzung auf der Grundlage der Energiezufuhr
und der Konzentration des Zufuhrstroms berechnet werden. Multiple
Verdampferelemente können
miteinander sowie mit Wärmetauscher-
und Eduktorelementen verbunden werden, um einen Mehrfacheffekt-Verdampfer
zu erzeugen. Gleichermaßen
kann ein spezialisiertes, anwendungsspezifisch angepasstes Kesselkaminvorlagenelement
zusammen mit dem Kesselverarbeitungselement verwendet werden. In
diesem Fall können
die Eigenschaften des Einlasses ohne Modifikationen, falls gewünscht, durch
den Kamin geleitet werden, oder um im Kamin durchgeführte Emissionsminderungen
zu repräsentieren.
-
Andere
Typen von Elementen, die zum Erzeugen von Grafikanzeigen und Prozessmodulen
verwendet werden können,
sind beispielsweise Messungselemente und Eigenschaften-Elemente.
Messungselemente umfassen Geberelemente, die in der Grafikanzeige
verwendet werden können,
um auf den einem physischen Geber zugeordneten Messwert zuzugreifen,
sowie Schalterelemente. Allgemein kann das Geberelement einen schlechten
oder ungewissen Status, die Betriebsart des zugeordneten AE-Funktionsblocks
im Steuerungsmodul, den einem aktuellen Geber (Sensor) zugeordneten
Messwert und Einheiten etc. oder andere dem aktuellen Geber zugeordnete
Daten dynamisch wiedergeben. In der Offline-Betriebsart (oder Simulationsbetriebsart)
kann das Geberelement verwendet werden, um statt auf den dem AE-
oder PCI-Block zugeordneten Wert auf den vom Prozessmodul zur Verfügung gestellten
Simulationswert zuzugreifen und diesen anzuzeigen oder es kann verwendet
werden, um dem zugeordneten AE-Block im Steuerungsmodul einen Messwert
als den in der simulierten Steuerungsroutine zu verwendenden Messwert
zur Verfügung
zu stellen. Das Geberelement kann einem Verbindungselement oder
einem Verarbeitungselement hinzugefügt werden und wenn ein derartiges
Geberelement der Anzeige hinzugefügt wird, muss der Anwender
allgemein den zugeordneten AE-, PCI- oder DI-Block in dem die Messung
zur Verfügung
stellenden Steuerungsschema identifizieren. In der Online-Betriebsart
kann der Wert der Messung neben diesem Messungselement angezeigt
werden. In der Offline-Betriebsart (oder Simulationsbetriebsart)
kann der simulierte Wert der Messung (wie von dem entsprechenden
Prozessmodul entwickelt) automatisch angezeigt werden. Im Online-Betrieb
kann sich der Anwender im Falle eines Ausfalls der Messung dafür entscheiden,
die Steuerung und die Anzeige auf den simulierten Wert umzuschalten.
-
Ein
Schalterelement kann einen schlechten oder ungewissen Status, die
Betriebsart des zugeordneten DI (beispielsweise manuell oder OS)
und den diskreten Wert eines Schalters (ein, aus etc.) dynamisch
wiedergeben. In einer Offline-Betriebsart kann der Anwender das
Schalter-Anzeigeelement verwenden, um auf die Schalterparameter
in der Grafikanzeige und im Steuerungsmodul zuzugreifen und diese
zu ändern,
indem er einen Simulationswert oder einen manuellen Wert und Status
auswählt
und den Wert und Status des Schalters manuell eingibt. Ein Anwender
muss jedoch das Schalterelement allgemein konfigurieren, indem er
eine Referenz zu einem zugeordneten DI-Block im Steuerungsschema,
eine Referenz zu einer Elementeigenschaft, die den Schalter auslöst, und
die einer Statusänderung
des Schalters zugeordnete Grenze und das einer Statusänderung
des Schalters zugeordnete Totband zur Verfügung stellt.
-
Ein
Geschätzte-Eigenschaften-Element
zeigt allgemein eine geschätzte
Eigenschaft des Systems, wie von dem Prozessmodul bestimmt, und
kann einem Verbindungs- oder
Verarbeitungselement hinzugefügt werden,
um jede Eigenschaft dieses Elements anzuzeigen. Wenn dieses Element
auf einem Verbindungselement oder auf einem Ausrüstungsteil platziert wird,
kann der Anwender die Eigenschaften, die angezeigt werden, browsen
und auswählen.
Simulierte Eigenschaften, die durch eine physische Messung nicht
zur Verfügung
stehen, können
somit durch Verwendung des Geschätzte-Eigenschaften-Elements
dargestellt werden. Ein derartiges Geschätzte-Eigenschaften-Element kann eine
gute/schlechte Verbindung, den/die geschätzte(n) Wert(e) der Eigenschaft
sowie eine Eigenschaft, die außerhalb
einer zugeordneten Grenze oder Änderung
liegt, dynamisch wiedergeben. Ein Anwender muss allgemein die anzuzeigende(n)
Eigenschaft(en) und die Grenzen und Farbänderungen für das Element, wenn die Eigenschaft
außerhalb
der Grenzen liegt, konfigurieren.
-
Wie
ersichtlich können
durch Anfügen
von Geberelementen und Geschätzte-Eigenschaften-Elementen
zu Verarbeitungselementen, Stellgliedelementen und Verbindungselementen
die den Eingängen
und Ausgängen
dieser Prozesselemente zugeordneten Eigenschaften während des
Online-Betriebs oder der Offline-Simulation referenziert werden.
Diese Eigenschaften können
auch in der Grafikanzeige sichtbar gemacht werden.
-
Allgemein
gesagt, kann ein Bediener die Konfigurierungsanwendung 38 ablaufen
lassen oder ausführen,
um ein oder mehrere Prozessmodule 39 oder Grafikanzeigen
für die
Implementierung während
des Betriebs des Prozesses 10 oder für die Implementierung in einer
Simulationsanwendung zu erzeugen. In einer Ausführung präsentiert die Konfigurierungsanwendung 38 dem
Konfigurierungsingenieur eine Konfigurierungsanzeige beispielsweise
in der in 3 veranschaulichten Form. Wie
in 3 dargestellt, weist eine Konfigurierungsanzeige 64 einen
Bibliotheks- oder Vorlagenbereich 65 und einen Konfigurierungsbereich 66.
Der Vorlagenbereich 65 weist eine Darstellung von Sätzen von
Vorlagen für
intelligente Prozessobjekte 67 auf, die die intelligenten
Prozessobjekte 42 aus 2 aufweisen
können
und die jedes der vorstehend beschriebenen Verbindungs-, Messungs-,
Strom-, Verarbeitungs- und Geschätzte-Eigenschaften-Elemente
sein können. Falls
gewünscht,
können
auch nicht-intelligente Elemente 68 vorgesehen werden,
die lediglich eine grafische Definition aufweisen. Im Wesentlichen
sind die Vorlagen 67 und 68 generische Objekte,
die in den Konfigurierungsbereich 66 gezogen und dort abgelegt
werden können,
um eine Instanz eines intelligenten Prozessobjekts innerhalb eines
Prozessmoduls oder einer Grafikanzeige (oder innerhalb beider) zu
erzeugen. Eine teilweise vervollständigte Prozessgrafikanzeige 35c ist
in der Darstellung dargestellt als ein Ventil, zwei Tanks, zwei
Pumpen, einen Durchflussgeber und zwei Sensoren aufweisend, die
miteinander durch Strompfadverbinder verbunden sind, die intelligente
Verbindungen oder Verbindungselemente entsprechend der obigen Beschreibung
sein können
und einen Strömungsausgang
zur Verfügung
stellen. Man erkennt, dass die Grafikanzeige 35c sowohl
aus intelligenten Prozessobjekten als auch aus nicht-intelligenten
Elementen bestehen kann.
-
Beim
Erzeugen einer Grafikanzeige wie beispielsweise der Grafikanzeige 35c (oder
einem Prozessmodul) kann der Konfigurierungsingenieur die im Schablonenbereich 65 dargestellten
intelligenten Prozessobjekte 67 und Elemente 68 auswählen und
in den Konfigurierungsbereich 66 ziehen und dort an jeder
gewünschten
Stelle ablegen. Allgemein wird der Konfigurierungsingenieur ein
oder mehrere Intelligente-Geräte-Prozessobjekte 67a oder
nicht-intelligente Elemente 68, die Geräte darstellen, auswählen und
in den Konfigurierungsbereich 66 ziehen. Der Konfigurierungsingenieur
wird sodann die Intelligente-Geräte-Prozessobjekte
innerhalb des Konfigurierungsbereichs 66 mit intelligenten
Verbindungs-Prozessobjekten 67b verbinden und er kann Eingangs-
und Ausgangsströme 67c in
der Anzeige platzieren. Darüber
hinaus können
nicht-intelligente Elemente der Anzeige hinzugefügt werden. Der Konfigurierungsingenieur
kann die Eigenschaften eines jeden der intelligenten Prozessobjekte
während
dieses Prozesses mittels Pop-up-Eigenschaften-Menüs etc. ändern und
er kann insbesondere die diesen intelligenten Objekten zugeordneten
Methoden, Parameter, Tags, Namen, Hot Links, Betriebsarten, Klasse,
Eingaben und Ausgaben etc. ändern.
Wenn der Prozess- oder Konfigurierungsingenieur ein Prozessmodul
mit jedem der gewünschten
Elemente erzeugt hat, das typischerweise eine Prozesskonfiguration,
einen Bereich etc. repräsentiert,
kann der Konfigurierungsingenieur dem Modul zugeordnete Regeln oder
andere Funktionalitäten
definieren. Derartige Regeln können
Ausführungsregeln wie
beispielsweise diejenigen sein, die der Ausführung von Methoden auf Systemebene
zugeordnet sind wie beispielsweise Massenbilanz- und Strömungsberechnungen.
Der Prozessingenieur oder Bediener kann sich weiterhin dafür entscheiden,
Trends und Frontplatten hinzuzufügen,
die nützlich
wären,
wenn die Prozessanzeige online ist. Nach dem Erzeugen der Grafikanzeige 35c kann
der Konfigurierungsingenieur die Anzeige in einem Speicher speichern
und zu dem Zeitpunkt oder später
diese Anzeige instantisieren und dergestalt in die Ausführungsmaschine 48 herunterladen,
dass die Ausführungsmaschine 48 eine
Grafikanzeige zur Verfügung stellen
kann. Selbstverständlich
könnte
der Konfigurierungsingenieur ein Prozessmodul auf dieselbe oder
eine ähnliche
Weise erzeugen, obwohl für
Prozessmodule andere grafische Darstellungen verwendet werden können als
für Prozessgrafikanzeigeelemente.
Darüber
hinaus kann sich der Bediener dafür entscheiden, Detailebenen
einzuschalten, während
er die Anlage fährt.
Eine der Detailebenen würde
beispielsweise die Zusammensetzung an jeder Verbindung zeigen.
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Wie
vorstehend bemerkt, kann die Prozessgrafik oder das Prozessmodul
mit einem spezifischen Tag versehen werden. Beispielsweise können intelligente
Prozessobjektelemente innerhalb einer Grafikanzeige oder eines Prozessmoduls
mit einem Tag einschließlich
eines Alias versehen sein, der während
der Laufzeit beispielsweise von der Ausführungsmaschine
48 auf
der Grundlage anderer Faktoren wie beispielsweise einem innerhalb
des Prozess steuerungssystems ausgewählten Ausrüstungsteils oder einer Route
ausgefüllt oder
ausgewählt
werden kann. Die Verwendung von Alias-Namen und indirekter Referenzierung
in Prozesssteuerungssystemen wird im Detail im
U.S. Patent Nr. 6,385,496 diskutiert,
das dem Inhaber der vorliegenden Erfindung erteilt wurde und das
hiermit ausdrücklich
durch Verweis zum Gegenstand dieses Dokuments gemacht wird. Alle
dieser Techniken können
verwendet werden, um Alias-Namen in Tags für die hierin beschriebenen
intelligenten Prozessobjekte zur Verfügung zu stellen und aufzulösen. Durch
die Verwendung von Alias-Namen und dergleichen kann dasselbe Prozessmodul
verschiedene Sichten für
Sätze von
Ausrüstungen etc.
aufweisen oder verwendet werden, um diese zu unterstützen.
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Die
Anzeige 64 in 3 veranschaulicht Reiter (Sicht
1, Sicht 2 und Sicht 3) für
verschiedene Sichten eines Prozessmoduls oder eine Grafikanzeige.
Diese Reiter können
verwendet werden, um mittels einiger derselben darin enthaltenen
intelligenten Prozessobjekte auf verschiedene Sichten für verschiedene
dem Prozess zugeordnete Anwender zuzugreifen und verschiedene Sichten
für verschiedene
dem Prozess zugeordnete Anwender zu erzeugen.
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Allgemein
gesagt, speichert die Konfigurierungsanwendung 38, wenn
der Konfigurierungsingenieur ein Prozessmodul oder eine Grafikanzeige
erzeugt, automatisch die intelligenten Prozessobjekte zusammen mit
den Verbindungen zwischen diesen in einer Datenbank. Die Datenbank
kann einem oder mehreren computerlesbaren Medien entsprechen, die
nicht nur zur Speicherung von Konfigurationsinformationen, sondern auch
von allen anderen Daten verwendet werden, die der Ausführung oder
Implementierung der hierin beschriebenen Anwendungen zugeordnet
sind. Zur leichteren Beschreibung werden diese computerlesbaren Medien
hierin als eine einzelne Datenbank bezeichnet, wobei es sich versteht,
dass die Datenbank jede Form oder Struktur haben kann. Diese Datenbank
kann sodann verwendet werden, um andere Prozessmodule und Grafikanzeigen
zu erzeugen, die beispielsweise verschiedene Sichten unter Verwendung
eines oder mehrerer der intelligenten Prozessobjekte zur Verfügung stellen
können.
Beim Erzeugen der zweiten Sicht als solcher kann der Konfigurierungsingenieur
einfach das intelligente Prozessobjekt, wie es bereits erzeugt und
innerhalb der Datenbank gespeichert ist, sowie alle damit gespeicherten
Methoden etc. referenzieren, um das intelligente Prozessobjekt in
der zweiten Sicht zu platzieren. Auf diese Weise kann die Datenbank
populiert werden, während
die Prozesssteuerungsmodule und Grafikanzeigen erzeugt werden, und
die Datenbank kann jederzeit verwendet werden, um andere Sichten,
Module und Grafikanzeigen unter Verwendung intelligenter Prozessobjekte,
die bereits innerhalb der Prozessflussdatenbank existieren, zu erzeugen
und auszuführen.
Mittels einer derartigen Datenbank kann jedes intelligente Prozessobjekt
innerhalb der Datenbank Prozessmodule unterstützen oder in Prozessmodulen
verwendet werden und in multiplen Grafikanzeigen referenziert werden. Wie
ersichtlich, können
die Prozessmodule aufgebaut werden, indem Anzeigen für diese
Module errichtet werden und anschließend Flussalgorithmen spezifiziert
werden, die in Prozessmodulen zu verwenden oder diesen zuzuordnen
sind. Selbstverständlich
können
einzelne Prozessmodule auf verschiedene Computer verteilt und von
verschiedenen Computern ausgeführt
werden und Prozessmodule können
miteinander kommunikativ verbunden werden, um entweder in denselben
oder in verschiedenen Computern in Verbindung miteinander zu arbeiten.
Während
dies erfolgt, werden Eingabe- und Ausgabeströme extern referenziert, um
Prozessmodule zusammenzubinden.
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Wie
oben festgestellt, kann der Konfigurierungsingenieur als Teil des
Erzeugens des Prozessmoduls oder der Grafikanzeige den Simulationsalgorithmus
des Prozessmoduls hinzufügen
oder zur Verfügung
stellen. Diese Simulationsalgorithmen können vorkonfiguriert werden,
bestimmte Prozesseigenschaften oder Eigenschaften auf Systemebene
wie beispielsweise Massenbilanzberechnungen, Strömungsberechnungen, Wirkungsgradberechnungen,
wirtschaftliche Berechnungen etc. im Hinblick auf den vom Prozessmodul
dargestellten oder modellierten Prozess zu berechnen oder zu bestimmen.
Als ein Ergebnis können
die Prozessmodule selbst Betriebsarten-, Status- und Alarmverhalten
aufweisen, Bedienrechnern zugeordnet oder als Teil der Anzeige-Downloads
heruntergeladen werden. Falls gewünscht, können die Simulationsalgorithmen
von der Ausführungsmaschine 48 ausgeführt werden,
um Massen- oder Wärmebilanz-,
Strömungsverlauf-,
Strömungswirkungsgrad-,
Strömungsoptimierungs-,
wirtschaftliche Berechnungen in Bezug auf die Prozesssimulation
oder andere gewünschte
Berechnungen mittels der in den intelligenten Prozessobjekten des
Prozessmoduls zur Verfügung
gestellten Daten durchzuführen.
Weiterhin können
diese Simulationsalgorithmen auf Parameter aus der Steuerungsstrategie
zugreifen, d.h. auf die den Steuerungen, Feldgeräten etc. zugeordneten und in
diese heruntergeladenen Steuerungsmodule, und sie können im
entgegengesetzten Fall diesen Steuerungsmodulen Daten oder Informationen
zur Verfügung
stellen.
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Es
ist ersichtlich, dass die Ausführungsmaschine 48 erforderlich
ist, um die Ausführung
der Prozessalgorithmen über
eine Amalgamierung sämtlicher
auf sämtlichen
Anzeigen konfigurierten Prozessobjekte und Links zu ermöglichen.
Die Simulationsalgorithmen (innerhalb der Prozessmodule) werden
daher allgemein ungeachtet dessen ausgeführt, ob irgendeine zugeordnete
Grafikanzeige geladen ist, d.h. ob sie aufgerufen ist und einem
Anwender Informationen anzeigt. Selbstverständlich können die Simulationsalgorithmen über den gesamten
Prozess 10 oder über
definierte Teilmengen des Prozesses hinweg quergeprüft werden.
Es ist ersichtlich, dass während
der Ausführung
eines bestimmten Prozessmoduls die Ausführungsmaschine 48 einem Bediener
eine Anzeige auf einer Bedienerschnittstelle zur Verfügung stellen
kann, die die miteinander verbundenen Objekte oder Einheiten innerhalb
des Prozessmoduls auf der Grundlage der diesem Prozessmodul zugeordneten
Grafikanzeige darstellt. Die Parameter, Grafiken etc. der Anzeige
werden von der Konfiguration und Verbindung der intelligenten Elemente innerhalb
des Prozessmoduls bestimmt. Darüber
hinaus können auf
dieser Anzeige oder anderen Anzeigen zur Verfügung zu stellende Alarme und
andere Informationen mit den Methoden innerhalb der intelligenten
Prozessobjekte und den einem bestimmten Prozessmodul zugeordneten
Simulationsalgorithmen definiert und erzeugt werden. Falls gewünscht, kann
die Ausführungsmaschine 48 eine
Anzeige für
einen Prozessmodul für
mehr als eine Bedienerschnittstelle zur Verfügung stellen oder konfiguriert
oder eingestellt werden, keine Anzeige zur Verfügung zustellen, obwohl die
Ausführungsmaschine 48 weiterhin
das Prozessflussmodul ausführt
und dadurch die diesem zugeordneten Methoden, Alarmverhalten, Strömungsalgorithmen
etc. ausführt.
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Falls
gewünscht,
kann ein Prozessmodul automatisch aus einer Grafikanzeige erzeugt
werden (oder umgekehrt) und die dem Prozessmodul zur Verfügung stehende
Funktionalität
wird durch die Prozessgrafikelemente bestimmt. Es sollte klar sein,
dass das Prozessmodul vorzugsweise konstruiert sein sollte, die
Prozessgrafikanzeige abzubilden. Als Ergebnis hat der Anwender,
wenn er eine Prozessgrafikanzeige konfiguriert, die Möglichkeit,
zusätzliche
Informationen für
das Prozessmodul wie beispielsweise Massen- oder Energieflüsse hinzuzufügen. Diese
Flüsse
werden im Prozessmodul verwendet, um von den Simulations-Funktionsblöcken benötigte Ausgangsbedingungen
aufzustellen.
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Da
weiterhin Prozessmodule faktisch in einem Computer ablaufende Softwaremodule
sind, ist es ihnen auch möglich,
Steuerungsmodule zu referenzieren und von Steuerungsmodulen referenziert
zu werden, um den Steuerungsmodulen zugeordnete Parameter, Steuerungsstrategien,
Anzeigen etc. zu verwenden. Auch ist es durch Verwendung dieser
Fähigkeit
möglich,
dass ein Prozessmodul unabhängig
von der Prozessgrafikanzeige erzeugt werden kann.
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Allgemein
gesagt, werden Prozessmodule aus Verarbeitungselementen, Strömen und
den ihnen zugeordneten Verbindungen hergestellt. Da eine Eins-zu-eins-Entsprechung zwischen
den Prozessgrafikelementen und den Simulationselementen (in den
Prozessmodulen) besteht, ist es einem Anwender möglich, eine Grafikanzeige zu
konstruieren und automatisch aus dieser Anzeige das entsprechende
Prozessmodul zu erzeugen. Selbstverständlich kann der Anwender, falls
gewünscht,
das Prozessmodul erzeugen und sodann unter Verwendung der Grafik
innerhalb der intelligenten Prozessobjekte automatisch die Grafikanzeige
aus diesem Modul erzeugen. Um jedoch die automatische Erzeugung
eines Prozessmoduls zu ermöglichen,
kann es für
den Anwender erforderlich sein, die Eigenschaften des Stellglieds,
der Verbindung oder des Verarbeitungselements, die den Messungselementen
und den Geschätzte-Eigenschaften-Elementen
zugeordnet sind, zu identifizieren. Weiterhin kann es erforderlich
sein, dass ein Anwender eine Prozesssimulation erzeugt, bevor er
die Prozessgrafik erzeugt oder in einigen Fällen bevor die Steuerungsmodule
konstruiert werden. Nach der Konstruktion der Simulation ist es
möglich,
die Verweise auf die E/A-Blöcke
im Steuerungsmodul auszufüllen.
Auch ist es möglich,
wenn die zugeordnete Grafikanzeige erzeugt wird, zum existierenden
Prozessmodul zu browsen, um die Eigenschaftsreferenzen einzustellen.
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In
einigen Fällen
enthält
die Prozessgrafik nicht notwendigerweise sämtliche für den Aufbau der Prozesssimulation
erforderlich Details. Es ist daher wünschenswert, einen Editor zur
Verfügung
zu stellen, um den Anwender in die Lage zu versetzen, die Simulations-
oder Prozessmodule zu editieren, die automatisch aus einer Prozessgrafik
erzeugt wurden. Da weiterhin multiple Prozessgrafiken erforderlich
sein können,
um dasselbe Ausrüstungsteil
darzustellen, kann es beim Aufbau einer Prozessgrafik erforderlich
sein, dass ein Element in der Lage ist, ein existierendes Prozessmodul
zu referenzieren.
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Allgemein
gesagt, weist die den Verarbeitungselementen entsprechende Simulation
eine gemeinsame Struktur auf. Falls gewünscht, werden die Blockeingabeverbindungen
und die Parameter für
die Simulation im Prozessmodul gespeichert, sodass kein Verweis
auf ein Steuerungsmodul benötigt
wird. Darüber
hinaus kann die Anzahl der von der Simulation unterstützten Ein-
und Ausgabeverbindungen als erweiterbar definiert werden; Ergebnisse
aus der Ausführung
der Simulation können
in den Simulationsausgabeverbindungen oder als Parameter der Simulation
reflektiert werden und der Simulationsalgorithmus kann als Stufenantwort
definiert oder vom Anwender eingegeben werden. Wenn der Simulationsalgorithmus
vom Anwender eingegeben wird, kann der Anwender für jede Ausgabe
unabhängig
eine Dynamik vorgeben.
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Weiterhin
kann ein gemeinsamer Satz von Parametern für Eingabe- und Ausgabeverbindungen
unterstützt
werden. Die Eingabe- und Ausgabeverbindungen zugeordneten Parameter
können
zwischen Blöcken als
ein Array-Parameter oder als eine Struktur kommuniziert werden und
Parameter aufweisen wie beispielsweise einen Verbindungsstatus (beispielsweise
gut, schlecht, eingeschränkt
etc.), einen Masseflussparameter, einen Druckparameter, einen Temperaturparameter,
einen Spezifische-Wärme-Parameter, einen
Dichteparameter oder jeden andern gewünschten Parameter. In einigen
Fällen
können
andere Parameter wie beispielsweise die Zusammensetzung eines Stroms
zur Verfügung
gestellt und im Simulationsalgorithmus verwendet werden. Um diese
Anforderung zu unterstützen,
können
ein Standard- und ein erweitertes Stromelement zur Verfügung gestellt
werden. Als Teil der erweiterten Stromelementkonfiguration kann
der Anwender einen Satz vordefinierter Gruppen von Daten zur Definition
des Stromelements auswählen.
Diese erweiterten Verbindungen sind lediglich für die Verbindung eines diese
Informationen verwendenden Blocks zulässig. Allgemein können die
erweiterten Parameter einen Gruppennamen und eine Anzahl spezifischer
Elemente aufweisen. Beispielsweise kann ein Brennstoffzufuhrstrom
zu einem Kesselverarbeitungselement die Komponenten des Brennstoffs
einschließlich
eines Brennstoffsatzes, des Gehalts an Kohlenstoff, Wasserstoff,
Schwefel, Sauerstoff, Feuchtigkeit und Stickstoff im Brennstoff
(sämtlich
in Gewichts-Prozent, falls gewünscht)
aufweisen. Als weiteres Beispiel kann ein Turbogenerator Verarbeitungselement
einen Dampfstrom verwenden und die Verbindungen zu der zugeordneten
Simulationen können
einen erweiterten Parametersatz verwenden, der einen Dampfsatz,
die (tatsächliche)
in die Stufe eintretende Dampfenthalpie, die (tatsächliche)
die Stufe verlassende Dampfenthalpie, die Dampfenthalpie (im Falle
isentropischer Ausdehnung) etc. aufweist.
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Der
erweiterte Gruppensatz kann auch verwendet werden, wenn Simulationselemente
innerhalb eines Prozessmoduls als Schnittstelle zu hochgenauen Simulationspaketen
verwendet werden. In diesem Fall kann die Zusammensetzung einiger
Ströme
in der Prozessgrafik sichtbar gemacht werden. Weiterhin kann, falls
gewünscht,
ein interaktiver Editor zur Verfügung
gestellt werden, um die Erzeugung oder Modifizierung der in einer
Grafikanzeige angezeigten Werte sowie zugeordneter Frontplatten
und Detailanzeigen für
in den Grafikanzeigen darzustellenden Steuerungsmodulen zu erleichtern.
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4 veranschaulicht
eine beispielhafte Grafikanzeige 100, die mittels der oben
beschriebenen Elemente und Konfigurierungsanwendungen erzeugt werden
kann. Insbesondere zeigt die Grafikanzeige 100 einen Teil
einer Prozessanlage, die aus Wasser, Säure und einer Base Weisessig
erzeugt. Wie in 4 veranschaulicht, weist die
Prozessgrafikanzeige 100 vier Stromelemente 102 als
Eingaben für
diese auf, die die Ströme
der Basenzuführung,
der Säurezuführung, der
Wasserzuführung
sowie Kühlwasser
definieren. Der Basenzuführungsstrom 102 wird
durch ein Rohrverbindungselement 104 einem Stellgliedelement
in Form eines Ventils 106 zugeführt. Der Ausgang des Ventils 106 ist über ein
Rohrverbindungselement 104 mit einem ersten Eingang eines
Mischers 108 verbunden. Auf ähnliche Weise ist die Säurezuführung 102 mit
einem Geberelement 110 und sodann einem weiteren Ventil 112 verbunden,
das mit dem Mischer 108 verbunden ist. Die Säurezuführung 102 und
der Geber 110, der Geber 110 und das Ventil 112 sowie
das Ventil 112 und der Mischer 108 sind über Rohrverbindungselemente 114 verbunden.
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Wie
leicht ersichtlich, ist ein Ausgang des Mischers 108 über Rohre
und zwei Geber 124 und 126 mit einem Wärmetauscher 122 verbunden.
Der Kühlwasserstrom 102 wird
dem Wärmetauscher 122 über ein
Ventil 128 zugeführt
und verlässt
den Wärmetauscher über ein
Ventil 130, um ein Wasserrücklaufstromelement 131 zu
erzeugen. Gleichermaßen
wird der Ausgang des Wärmetauschers 122 über ein
Geberelement 132 und ein Ventil 134 geleitet,
um ein Essigsäure-Ausgabestromelement 136 zur
Verfügung
zu stellen. Auch wenn sie nicht jedes Mal eigens genannt sind, sind
die Elemente in der Grafikanzeige in allen Fällen über Rohrverbindungselemente
miteinander verbunden.
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Es
ist ersichtlich, dass Anzeigeboxen 140, die als Eigenschaften
der Anzeigeelemente selbst erzeugt werden oder die separate Elemente
in Form von Geber- und
Geschätzte-Eigenschaften-Elemente
oder Elemente sein können,
die Blöcke
in Steuerungsmodulen referenzieren, in der Grafikanzeige 100 veranschaulicht sind,
um Parameter wie beispielsweise den verschiedenen Elementen zugeordnete
Prozessvariablen- (PV-) Werte, Sollwert- (SP-) Werte, AUS-Werte
etc. anzeigen oder darzustellen. Wenn der Anwender einen Cursor über einige
der Elemente bewegt, kann die Anzeige 100 weiterhin andere
Werte darstellen, die den referenzierten Elementen zugeordnet sind.
So kann beispielsweise das Platzieren des Cursors über einem
der Stromelemente (wie beispielsweise dem Essigsäurestromausgang 136)
dazu führen,
dass die Grafik die Zusammensetzung, den Druck, die Temperatur,
Dichte, Strömungsgeschwindigkeit
etc. des Säurestroms
an diesem Punkt im Prozess angibt. Selbstverständlich können die in der Grafikanzeige 100 angezeigten
Werte und Parameter aus einem aktuellen referenzierten Geber innerhalb
des Prozesssteuerungssystems (beispielsweise von einem AE-Block
im Steuerungssystem) oder von einem die Funktionalität des Elements
simulierenden Prozessmodulsimulationselement geliefert werden. Die
Grafikanzeige 100 in 4 kann
einem Anwender während
des Betriebs des Prozesses, der Weißessig herstellt, zur Verfügung gestellt
werden oder um eine Simulation dieses Prozesses zu implementieren,
die beispielsweise für
die Durchführung
von Konstruktions- oder Bedienerschulungsaktivitäten verwendet werden soll.
-
5 veranschaulicht
eine Art und Weise, auf die verschiedene Grafikanzeigen (und gleichermaßen, auf
die verschiedene Prozessmodule) miteinander verbunden werden können, um
Anzeigen (oder Prozessmodule) auf einer höheren Ebene zu bilden, die
mehr von der Prozessanlage veranschaulichen (oder simulieren). In
der Anzeige 150 in 5 ist
die Prozessgrafik 100 in eine Box kollabiert, die einen
Namen oder ein Etikett sowie einen Satz von als Verbindungspunkte
dargestellten Stromeingängen
und – ausgängen aufweist. Falls
gewünscht,
kann der Anwender die Prozessgrafik 100 in 5 in
die in 4 dargestellte Prozessgrafik expandieren
indem er beispielsweise diese Grafik auswählt und doppelklickt. Zusätzlich werden
andere kollabierte Grafikanzeigen 152 und 154 als über die
Eingabestromelemente 156 und 158 mit der Basenzuführung, der
Säurezuführung und
der Wasserzuführung
sowie mit der Kühlwasserzuführung verbunden
dargestellt. Der Stromausgang 136 der Prozessgrafikanzeige 100 ist
mit einem Stromeingang 160 eines Vorratstanks 162 für Weißessig verbunden.
Auf ähnliche
Weise sind die Stromausgänge
der Prozessgrafikanzeigen 152 und 154 mit Stromeingängen der
Vorratstanks 163 und 164 für Malzessig bzw. Beizessig
verbunden. Wie ersichtlich, sind die Prozessgrafiken 152 und 154 konfiguriert,
Grafiken für
Teile der Prozessanlage zur Verfügung
zu stellen, die Malzessig bzw. Beizessig herstellen, sowie diese
Abschnitte der Prozessanlage betreffende Daten- und Grafiksichten,
die durch Expandieren dieser Anzeigen betrachtet werden können.
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5 veranschaulicht
jedoch, dass verschiedene grafische Abschnitte der Prozessanlage über Verbindungen
zwischen Stromelementen miteinander verbunden werden können. Insbesondere
können
die Stromelemente in eine Anzeige integriert werden, um die einem
Verbindungselement zugeordneten Ausgangseigenschaften zu definieren.
Darüber
hinaus können
Stromelemente auch als Verbindungspunkte zwischen Anzeigen verwendet
werden. Für
derartige außerhalb
des Blatts befindliche Verbindungen zwischen Anzeigen kann der Anwender
den Strom anklicken, um unmittelbare die die referenzierte Verbindung
enthaltende Anzeige aufzurufen. Allgemein gesagt, wird somit die
Masse/Zusammensetzung des Stromelements in der Regel verwendet,
um die Ausgangseigenschaften einer Prozesseingabe zu definieren,
d.h. die Zusammensetzung etc. des zugeführten Ausgangsmaterials, oder
um eine Verbindung zu einer Stromverbindung auf einer anderen Anzeige
zu definieren. Verbindungen können
am Eingang oder Ausgang des Masse-/Zusammensetzungs-Stromelements
hergestellt werden. Für
Stromelemente kann der Anwender allgemein den Namen des Stroms (der
innerhalb des Systems einzigartig sein sollte), die Eigenschaften
des Stroms (sofern kein Referenzeingang oder keine Eingangsverbindung
besteht), die Massefraktion der verschiedenen Komponenten des Stroms
(wenn der Strom aus mehr als einer Komponente zusammengesetzt ist),
der Druck des Massestroms, die Temperatur, die spezifische Wärme, die
Dichte, der erforderliche Verbindungstyp (Rohr, Kanal, Fördereinrichtung)
und der referenzierte Eingangsstrom (falls für den Zugriff auf einen Strom
in einer anderen Anzeige verwendet) konfigurieren. Gleichermaßen kann
ein Energiestromelement verwendet werden, um die einer Prozesseingabe
zugeordnete Anfangsenergie wie beispielsweise den Übergang
in BTU/STUNDE etc. zu definieren oder um eine Verbindung zu den
Energieeigenschaften einer Stromverbindung in einer anderen Anzeige
zu definieren.
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Während 5 die
Verwendung von Strömen
für die
Verbindung verschiedener kollabierter Grafikanzeigen miteinander
veranschaulicht, könnte
dasselbe Verfahren verwendet werden, um verschiedene Prozessmodule
miteinander zu verbinden (und deren Verbindung miteinander zu veranschaulichen).
Insbesondere können
Prozessmodule kollabiert werden, um einen Namen zu veranschaulichen
und Stromelementeingänge
und Ausgänge
dieser kollabierten Prozessmodule könnten mittels Darstellungen
von Kommunikationsverbindungen oder Verbindungen zwischen den Stromausgängen und
den Stromeingängen
verschiedener Prozessmodule kommunikativ an andere Prozessmodule
angebunden oder mit diesen verbunden werden.
-
6 veranschaulicht
ein Prozessmodul 100a, das der Grafikanzeige 100 in 4 entspricht.
Wie ersichtlich, weist das Prozessmodul 100a Blöcke auf,
die Simulationen intelligenter Objekte für jedes der in der Grafikanzeige 4 dargestellten
physischen Elemente repräsentieren.
Zum besseren Verständnis
ist jeder einem Element in 4 entsprechende
Simulationsblock in 6 mit derselben Referenznummer
mit einem hinzugefügten "a" bezeichnet. Der Mischersimulationsblock 108a in 6 ist
mithin eine dem in 4 dargestellten Mischer 108 entsprechende
Simulation. Gleichermaßen
entsprechen die Ventilsimulationsblöcke 106a, 112a und 118a den
in 4 dargestellten Ventilen 106, 112 und 118 und
sind mit diesen kommunikativ verbunden.
-
Das
Prozessmodul 100a in 6 weist
mithin für
jedes in der Grafikanzeige 100 dargestellte Element ein
Prozesssimulationselement auf (das als Funktionsblock dargestellt
werden kann, der einem intelligenten Prozessobjekt zugeordnet ist
oder von diesem spezifiziert wird) und diese Simulationsblöcke werden
auf die in der Grafikanzeige 100 spezifizierte Art und
Weise und mittels der dort spezifizierten Verbindungselemente miteinander
verbunden. Falls gewünscht,
kann das Prozessmodul 100a nach der Erzeugung der Grafikanzeige 100 oder
sogar während
der Erzeugung der Grafikanzeige 100 automatisch erzeugt
werden.
-
Wie
vorstehend angegeben, weist jedes der Prozesssimulationselemente
im Prozessmodul 100 eine Simulationsfunktionalität (beispielsweise
einen Algorithmus, Regeln, Transferfunktion etc.) auf, die auf dem Verhalten
des in dem Prozess verwendeten mechanischen Geräts und der Natur des Materialstroms/der
Materialströme,
der/die an den Eingängen
dieser Simulationselemente zur Verfügung gestellt wird/werden,
basiert. Diese Simulationen werden in 6 durch
die SIM-Blöcke
innerhalb eines jeden der Verarbeitungs-, Stellglied- und Geberelemente
veranschaulicht. Die Dynamik der Geräte und die Auswirkungen auf
die Ströme können somit
innerhalb des Prozessmoduls 100a modelliert oder simuliert
werden. Einige mögliche
Eigenschaften, die für
Stellglied- und Verarbeitungselementen zugeordnete Simulationsblöcke zur
Verfügung
stehen werden, können
die Auslasstemperatur (auf der Grundlage von Einlasstemperatur,
Strömen
und Wärmekapazität), Auslassströme (auf
der Grundlage von Einlass-Masseströmen und Akkumulierung innerhalb
des Elements), Auslassdruck (auf der Grundlage eines angenommenen
Druckabfalls in der Einheit oder des Drucks auf der stromabwärts gelegenen
Seite) und Auslasszusammensetzung (auf der Grundlage perfekter Mischung und
der Einlasszusammensetzung) sein. Wenn anwendungsspezifisch angepasste
Berechnungen implementiert werden, kann die den Auslasseigenschaften
zugeordnete eingebaute Dynamik beispielsweise auf der Grundlage
einer Antwort erster Ordnung plus Totzeit auf Veränderungen
in den Prozesseingaben hinzugefügt werden.
Der Anwender kann, falls gewünscht,
die jeder berechneten Eigenschaft zugehörige Totzeit und Nacheilung
angeben. Für
Prozessmessungselemente wie beispielsweise Geber und Schalter und
Verbindungselemente kann angenommen werden, dass keine Dynamik in
die referenzierte Eigenschaft eingeführt wird. Übergänge und andere Eigenschaften
können
jedoch, falls gewünscht,
modelliert werden. In vielen Fällen
können jedoch
die Eigenschaften aus der stromaufwärts gelegenen Verbindung unmittelbar
in der stromabwärts
gelegenen Verbindung reflektiert werden.
-
Mittels
des Prozessmoduls 100a kann der Betrieb des in der Prozessgrafik 100 dargestellten
Teils der Anlage simuliert werden. Diese Simulation ist mit der
Anzeige 100 integriert, da Werte aus den Simulationselementen
innerhalb des Prozessmoduls 100a automatisch an die Grafik
der Grafikanzeige 100 kommuniziert und in dieser angezeigt
und im Steuerungsmodul verwendet werden. Gleichermaßen kann
der Ausbilder die Anzeige verwenden, um Eigenschaften in der vom
Prozessmodul 100a durchgeführten Simulation herbeizuführen oder
zu verändern.
-
Falls
gewünscht,
kann eine hochgenaue Simulation, wie sie beispielsweise von HYSYS,
CAPE etc. zur Verfügung
gestellt wird, den Simulationseigenschaften hinzugefügt werden,
indem E/A-Referenzen für Messungs-
und Stellgliedelemente definiert und sodann diese Referenzen verwendet
werden, um automatisch die Schnittstellentabelle des verteilten
Steuerungssystems zu erzeugen, die aktuell beispielsweise in HYSYS verwendet
wird, um E/A in einer Simulation durchzuführen. Standard-Verarbeitungselementvorlagen
können für jede HYSYS-Komponente
(oder jede Komponente einer anderen hochgenauen Simulation) definiert
werden, die für
den Aufbau einer hochgenauen Prozesssimulation verwendet werden
kann. Eine derartige hochgenaue Simulation 165 ist in 6 als kommunikativ
mit dem Prozessmodul 100a verbunden veranschaulicht. In
diesem Fall kann sich der Anwender entscheiden, die in jedem der
Simulationselemente im Prozessmodul 100a zur Verfügung gestellte
Simulation zu sperren und statt ihrer die von der hochgenauen Simulation 165 zur
Verfügung
gestellten Parameter zu verwenden. Der Anwender kann die Verwendung
der hochgenauen Simulation 165 spezifizieren, indem er
einen Schalter 166 aktiviert (der ein innerhalb des Prozessmoduls 100a gesetzter
elektronischer Schalter, ein Merker etc. sein kann).
-
Allgemein
gesagt, arbeiten, wenn der Schalter 166 so gestellt ist,
dass die hochgenaue Simulation 165 verwendet wird, die
zugehörigen
Simulationsfunktionsblöcke
im Prozessmodul 100a als Schattenblöcke, d.h. ihr Simulationsalgorithmus
(SIM-Block) wird nicht ausgeführt
und die Blockparameter werden statt dessen von der hochgenauen Simulation 165 gelesen
und geschrieben. Dennoch kommunizieren die Blöcke im Prozessmodul 100a noch
dieselben Parameter und anderen Informationen an das Prozessgrafik-
und Steuerungsmodul und empfangen Informationen von der Prozessgrafik 100 (letztlich
zur Verwendung in der hochgenauen Simulation 165) und vom
Steuerungsmodul 29.
-
Wie
ersichtlich, stellt die Verwendung des Prozessmoduls auf diese Weise
eine leichte und bequeme Art und Weise dar, um ein hochgenaues Simulationspaket
(Softwareprodukt) innerhalb einer Prozessanlage auf eine Art und
Weise zu verbinden, die eine Betrachtung und Nutzung durch einen
Bediener, Ingenieur etc. ermöglicht
(d.h. unter Verwendung der dem Prozessmodul 100a zugeordneten
Prozessgrafikanzeige 100). Insbesondere können die
Stromparameter der Prozessmodule mit in der hochgenauen Simulation
modellierten Strömen
verbunden oder diesen zugeordnet werden und die Pfade innerhalb
des Prozessmoduls können automatisch
strukturiert oder den Pfaden innerhalb der hochgenauen Simulation
zugeordnet werden. In der Tat werden die Prozessmodule in diesem
Fall als Variablen oder Datenplatzhalter verwendet, die eine bequeme
Art und Weise bieten, Daten innerhalb des hochgenauen Simulationspakets
auf die Steuerungsmodule und Grafikanzeigen abzubilden, die in der
Prozessanlagensteuerungs- und Simulationsumgebung verwendet werden.
-
Weiterhin
reduzieren oder eliminieren die Prozessmodule und zugeordneten Grafikanzeigen
die Notwendigkeit, eine separate Anzeige für die hochgenaue Simulation
zur Verfügung
zu stellen, die derzeit typischerweise vom Anbieter der hochgenauen
Simulation zu hohen Kosten für
den Anwender produziert wird. Da die Prozessmodule bereits mit Grafikanzeigen
verbunden sind, können
die Grafikanzeigen, wenn die Prozessmodule mit einem hochgenauen
Simulationspaket verbunden werden, verwendet werden, um dem Anwender vom
hochgenauen Simulationspaket berechnete Informationen zur Verfügung zu
stellen und den Anwender oder Bediener in die Lage zu versetzen,
Eingaben in das hochgenaue Simulationspaket zu manipulieren. Da die
Prozessmodule kommunikativ mit den Steuerungsmodulen verbunden sind,
können
die vom hochgenauen Simulationspaket erzeugten Parameter oder Daten
weiterhin in den Steuerungsmodulen für die Durchführung von
Online-Steuerungsaktivitäten
verwendet werden. Durch derartige Verwendung der Prozessmodule kann ein
hochgenaues Simulationspaket zusätzlich
zur Integration mit Steuerungsmodulen parallel zu Steuerungsmodulen
ausgeführt
werden.
-
Wie
aus der obigen Diskussion ersichtlich, können die Prozessmodule und
Grafikanzeigen auf integrierte Weise erzeugt und ausgeführt werden,
um eine Bedienersicht eines Abschnitts der Prozessanlage 10 zusammen
mit einem Prozessmodul zur Verfügung
zu stellen, das den Betrieb der von der Grafikanzeige dargestellten
Prozessanlage simuliert. Vorteilhafterweise können das Prozessmodul und die
Grafikanzeige zusätzlich
mit einem oder mehreren Steuerungsmodulen integriert (beispielsweise
kommunikativ mit diesen verbunden) werden, die Steuerungsaktivitäten in Bezug
auf diesen Abschnitt oder Teil der Prozessanlage ausführen. Die
in 1 veranschaulichten Steuerungsmodule 29 können mithin
kommunikativ mit einem oder mehreren der in 1 veranschaulichten
Prozessmodule 39 und Grafikanzeigen 35 integriert
werden. Selbstverständlich
können
die Steuerungsmodule 29, die Prozessmodule 39 und
die Grafikanzeigen 35 in beliebigen anderen Computern oder
Geräten
innerhalb der Anlage 10 als den in 1 dargestellten
Computern oder Geräten
implementiert werden, wie dies in jedem Einzelfall gewünscht oder
erforderlich ist.
-
7A und 7B veranschaulichen
die Integration eines Steuerungsmoduls 29, eines Prozessmoduls 39 und
einer Grafikanzeige 35 in detaillierterer Form. Insbesondere
weist die Grafikanzeige 35 ein mit einem Eingang eines
Recyclingtanks 182 verbundenes Ventil 180 auf
sowie eine Pumpe 184 zusammen mit einem Ventil 186,
die mit einem Ausgang des Recyclingtanks 182 in Reihe geschaltet
sind. Die Elemente 180-186 sind über (nicht
etikettierte) Rohrverbindungselemente miteinander verbunden und
an den Eingängen und
Ausgängen
der Grafikanzeige 35 sind Stromelemente vorgesehen, um
die Ströme
von Materialien an diesen Punkten zu definieren.
-
Als
Ergebnis der Konfiguration der Grafikanzeige 35 weist das
Prozessmodul 39, das zur selben Zeit wie die Grafikanzeige 35 erzeugt
werden kann, Prozesssimulationselemente in Form eines Ventilelements 180a,
eines Tankelements 182a, eines Pumpenelements 184a und
eines Ventilelements 186a auf, die den in der Grafikanzeige 35 dargestellten
physischen Elementen entsprechen. Das Steuerungsmodul 29,
das mindestens einige der der Grafikanzeige 35 zugeordneten
(oder darin dargestellten) physischen Elemente steuert, weist einen
Satz miteinander verbundener Funktionsblöcke auf, die eine Steuerung
innerhalb oder in Verbindung mit den Elementen ausführen, die
von der Grafikanzeige 35 und vom Prozessmodul 39 dargestellt
sind. In diesem Beispiel weist das Steuerungsmodul 29 zwei
Steuerungskreise 190 und 192 auf. Der erste Steuerungskreis 190 weist
einen Analogeingabe- (AE-) Funktionsblock auf, der Stromeingabeinformationen über den
Strom von Fluid in den Tank 182 empfängt, einen Proportional-Integral-Differential-
(PID-) Steuerungsfunktionsblock, der eine PID-Steuerung ausführt, sowie
einen Analogausgabe- (AA) Funktionsblock, der das Ventil 180 betätigt, um
den gewünschten
Strom von Material in den Tank 182 zu bewirken Auf ähnliche
Weise weist der Steuerungskreis 192 einen AE-Funktionsblock
auf, der Tankfüllstandsinformationen,
wie von einem Füllstandssensor
innerhalb des Tanks 182 gemessen, einen PID-Steuerungsblock sowie
einen AA-Funktionsblock zur Verfügung
stellt, der ein Steuerungssignal von dem PID-Steuerungsblock empfängt, um
das Ventil 186 zu betätigen,
um eine Steuerung des Füllstands
von Fluid innerhalb des Tanks 182 zu bewirken. Das Steuerungsmodul 29 weist
auch einen diskreten Eingabe- (DI-) Funktionsblock auf, der beispielsweise
den Ein-/Aus-Status oder Betrieb der Pumpe angibt und der, falls
gewünscht,
von den Steuerungskreisen 190 und 192 verwendet
werden kann, um Steuerungsaktivitäten in Bezug auf den Tank 182 auszuführen.
-
Wie
ersichtlich, können
beliebige der Elemente innerhalb jedes beliebigen der Grafikanzeige 35,
des Prozessmoduls 39 und des Steuerungsmoduls 29 mit
anderen dieser Elemente (über
zugeordnete Kommunikations-Tags) kommunizieren, um zwischen diesen
verschiedenen Einheiten Informationen hin und zurück zu liefern,
um, wie detaillierter erklärt
werden wird, auf diese Weise eine bessere oder erweiterte Steuerung,
Simulation oder Bedieneranzeigen zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise
kann, wie in 7B veranschaulicht, der PID-Steuerungsblock
des Kreises 190 konfiguriert werden, der Grafikanzeige 35 Informationen
zur Verfügung
zu stellen, um den aktuellen, vom PID-Steuerungselement verwendeten Flusssollwert
anzuzeigen, oder er kann den im Steuerungsmodul 29 zu verwendenden
Sollwert aus der Grafikanzeige lesen, wie dies durch die Pfeillinien
zwischen diesen Elementen angezeigt ist. Auf ähnliche Weise kann das Tankelement 182a des
Prozessmoduls 39 eine Simulationsausgabe zum AE-Funktionsblock
des Steuerungskreises 192 des Prozesssteuerungsmoduls zur
Verfügung
stellen, die den simulierten Füllstand
des Tanks, wie vom Simulationsalgorithmus innerhalb des Elements 182a bestimmt,
angibt. Dieser simulierte Tankfüllstand
kann in der Grafikanzeige 29 auch als zusätzliche
Informationen zur Betrachtung durch den Bediener dargestellt werden.
-
Falls
gewünscht,
kann der AA-Block des Steuerungskreises 192 dem Ventil 186 der
Grafikanzeige 35 Informationen zur Verfügung stellen und Informationen
von diesem empfangen. Zusätzlich
kann der AA-Funktionsblock des Kreises 192 konfiguriert
werden, seine Steuerungsausgabe dem Ventilelement 186a des
Prozessmoduls 39 zur Verfügung zu stellen. In diesem
Fall kann das Ventilelement 186a einen vorhergesagten Wert
für die
Ventilstellung mit einer tatsächlichen,
im Steuerungskreis 192 gemessenen Ventilposition vergleichen
um festzustellen, ob eine Fehlfunktion der einen oder anderen Art
in dem physischen Element vorliegen kann. Im Fall einer Differenz über einen
bestimmten Betrag hinaus kann das Prozessmodul 39 Software
aufweisen, die einen Alarm oder eine Warnung in der Grafikanzeige 35 erzeugt,
die auf ein potenzielles Problem innerhalb der Prozessanlage wie
beispielsweise einen fehlerhaften Sensor etc. hinweist. Wie ebenfalls
in 7B veranschaulicht, kann das Ventilelement 186a der
Grafikanzeige 35 eine dem Bediener anzuzeigende oder zur
Verfügung
zu stellende simulierte Messung oder einen Parameter zur Verfügung stellen.
Eine derartige simulierte Messung oder ein Parameter kann einen
simulierten oder vorhergesagten Fluss vom Ventil 186 oder
jeden anderen, dem Ventil 186 zugeordneten simulierten
Parameter angeben. Selbstverständlich
können alle
anderen gewünschten
Informationen oder Daten einschließlich gemessener Ist-Daten,
simulierter Daten oder grafischer Daten Elementen in der Grafikanzeige 35,
dem Prozessmodul 39 und dem Steuerungsmodul 29 zur
Verfügung
gestellt werden, um eine bessere oder erweiterte Steuerung, Simulation
oder Anzeige zur Verfügung
zu stellen.
-
Allgemein
gesagt, gibt es zahlreiche Vorteile, die sich ergeben können, wenn
ein Prozessmodul mit einem Steuerungsmodul und, wenn gewünscht, zusätzlich mit
einer Grafikanzeige integriert wird. In einem Fall kann, wie oben
erwähnt,
die vom Prozessmodul ausgeführte
Simulation eine simulierte oder prognostizierte Messung, einen Parameter
oder einen anderen Prozesswert mit einem gemessenen oder berechneten,
vom Steuerungsmodul zur Verfügung
gestellten Parameter vergleichen, um potenzielle Probleme innerhalb
des Systems zu erkennen. Beispielsweise kann eine große Differenz
zwischen dem vom Prozessmodul 39 berechneten und innerhalb
des Prozesses selbst gemessenen Flusses aus dem Ventil ein Grund
sein, um einen Alarm zu erzeugen, der darauf hinweist, dass ein
Geräteproblem
der einen oder anderen Art existiert. Im entgegengesetzten Fall
kann das Steuerungsmodul 29 einen simulierten Parameter
verwenden, um eine erweiterte Steuerung in einer Situation zur Verfügung zu
stellen, in der das Steuerungsmodul 29 um einen fehlerhaften
Sensor oder ein anderes Element weiß, das nicht mehr aktiv ist
oder dem Steuerungsmodul nicht mehr zur Verfügung steht. In diesem Fall
kann das Steuerungsmodul 29 automatisch einen gemessenen
Wert oder Parameter (von dem bekannt sein kann, dass er fehlerhaft
ist, einen schlechten Status hat etc.) durch eine simulierte, vom
Prozessmodul entwickelte Ausgabe ersetzen, ohne dass ein Bediener
involviert zu sein braucht und ohne dass der Prozess abgeschaltet
werden muss. Darüber
hinaus kann die Anzeige sowohl simulierter als auch tatsächlicher
Steuerungsdaten in demselben Anzeige den Bediener oder Anwender
darin unterstützen,
Probleme innerhalb der Anlage zu entdecken, was in einer Simulationsbetriebsart
nützlich
ist, was für
die Durchführung
besserer Konstruktionsaktivitäten
nützlich
ist etc.
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8 ist
ein detaillierteres Diagramm einer Art und Weise, auf die ein Steuerungsmodul 200 kommunikativ
mit einem Prozessmodel 202 (und mithin mit jeder dem Prozessmodul 202 zugeordneten
Grafikanzeige) integriert werden kann. Das Steuerungsmodul 200 in 8 weist
drei AE-Funktionsblöcke 204, 205 und 206 auf, deren
Ausgänge
mit einem Steuerungsfunktionsblock 207 verbunden sind,
der beispielsweise ein Steuerungsblock mit multiplen Eingaben/multiplen
Ausgaben wie beispielsweise ein modellprädiktiver Steuerungs- (MPC-)
Funktionsblock sein kann. Drei Steuerungsausgaben vom Steuerungsblock 207 werden
Steuerungseingängen
von drei AA-Funktionsblöcken 208, 209 und 210 übergeben,
die beispielsweise Ventile innerhalb eines Prozesses steuern können, die
einem Mischer verschiedene Fluids zum Mischen übergeben.
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Das
Prozessmodul 202 ist dem Teil des Prozesses zugeordnet,
der den Mischer und die Ventile aufweist, die vom Steuerungsmodul 200 gesteuert
werden. Insbesondere weist das Prozessmodul 202 Ventile (Stellgliedelemente) 211, 212 und 213 auf,
die den Fluss der drei Ströme
(durch Pfeile auf der linken Seite des Prozessmoduls 202 dargestellt)
in ein Mischerelement 214 simulieren. Ein Ventilelement 215 simuliert
den Fluss von Fluid aus dem Mischerelement 214, um einen
Ausgangsstrom auf der rechten Seite des Prozessmoduls 202 zu
definieren, und ein Geberelement 217 kann die gemessene
Zusammensetzung des das Mischerelement 214 verlassenden
Fluids angeben (oder simulieren). Man erkennt, dass die Verbindungselemente
im Interesse der Deutlichkeit als einfache Linien im Prozessmodul 202 dargestellt
sind.
-
In
diesem Fall können
die AA-Funktionsblöcke 208-210 den
Betrieb der durch die Ventile 211-213 (im Prozessmodul 202)
dargestellten Ventile in der Prozessanlage steuern, während die
Steuerungseingaben in die AE-Funktionsblöcke 204-206 durch
einen Zusammensetzungssensor, einen Strömungssensor oder einen anderen
Sensor in der Prozessanlage zur Verfügung gestellt werden können, der
durch den Geber 217 (im Prozessmodul 202) dargestellt
ist.
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Wie
ersichtlich, können
logische Elemente innerhalb des Prozessmoduls 202 und des
Steuerungsmoduls kommunikativ miteinander verbunden werden, um Informationen
vom Prozessmodul 202 dem Steuerungsmodul 200 und
umgekehrt auf jede gewünschte
oder nützliche
Art und Weise zur Verfügung
zu stellen. In einem Beispiel kann eine Kommunikationsverbindung
(durch die gepunktete Linie 218 dargestellt) zwischen dem
Ausgang des Geberelements 217 des Prozessmoduls 202 (das
die simulierte Messung der Materialzusammensetzung im Mischer 214 darstellt)
und einer simulierten Eingabe SIM_IN des AE-Blocks 216 im
Prozesssteuerungsmodul 200 konfiguriert werden. Auf diese
Weise wird die simulierte Messung des Füllstandes des Fluids im Mischer 214 dem
AE-Block 206 zur Verfügung
gestellt und der AE-Block 206 kann diese simulierte Eingabe
verwenden, wenn beispielsweise das Signal am Steuerungseingang (IN)
dieses Blocks einen schlechten Status hat oder bekanntermaßen aus
welchem Grund auch immer fehlerhaft ist. Auf diese Weise kann der
AE-Block 206 noch einen angenäherten Wert der dem AE-Block 206 zugeordneten
Messung liefern, wenn die tatsächliche
physische Messung nicht gültig
oder nicht verfügbar
ist, sodass das Steuerungsmodul 200 in die Lage versetzt
wird, in Anwesenheit eines fehlerhaften Sensors weiterhin zu funktionieren
und Steuerung bereit zu stellen. Eine derartige Verbindung kann
auch das Steuerungsmodul 200 in der Lage versetzen, in
einer simulierten Betriebsart zu laufen, bei der gültige simulierte
Daten (wie vom Simulationsprozessmodul 202 zur Verfügung gestellt)
während
einer Offline-Bedienerschulung oder zum Testen des Steuerungsmoduls 200 verwendet
werden.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann eine Kommunikationsverbindung (durch die gepunktete Linie 219 dargestellt)
zwischen dem Ausgang des AA-Blocks 208 im Prozesssteuerungsmodul 200 und
einem Eingang des Ventilelements 211 konfiguriert werden,
das das reale Ventil modelliert, das vom AA-Block 208 in
der Prozessanlage gesteuert wird. Hier kann das Ventilelement 211 Daten
verwenden, die vom realen Ventil erhalten oder an das reale Ventil
gesendet wurden um festzustellen, ob die simulierten Daten (d.h.
die vom SIM-Block des Ventilelements 211 berechneten Messungen
und Parameter) korrekt sind oder mit den in der realen Steuerungsroutine 200 verwendeten
Daten übereinstimmen.
Wenn eine signifikante Differenz besteht, kann das Prozessmodul 202 einen
Alarm oder eine Warnung erzeugen, die auf ein potenzielles Problem
hinweist, oder es kann die realen Daten verwenden, um eine bessere
oder genauere Simulation innerhalb des Prozessmoduls 202 zur
Verfügung
zu stellen. Beispielsweise kann das Ventilelement 211 die
realen Steuerungsdaten im SIM-Block für die Stellung des Ventilelements 211 verwenden,
um die tatsächliche
Ventilstellung in der Simulation widerzuspiegeln. Selbstverständlich können andere
Verbindungen zwischen den Elementen im Prozessmodul 202 und
dem Steuerungsmodul 200 vorgenommen werden, um einen Datenfluss
in jeder Richtung zwischen diesen beiden Modulen zur Verfügung zu
stellen, um eine erweiterte Steuerung und/oder Simulation durchzuführen. Weiterhin
können
beliebige der Daten vom Prozessmodul 202 oder vom Steuerungsmodul 200 dem
Bediener automatisch über
eine dem Prozessmodul 202 zugeordnete Grafikanzeige zur
Verfügung
gestellt werden.
-
Falls
gewünscht,
können
die Prozessmodule Redundanzfunktionen innerhalb eines Prozesssteuerungsnetzwerks
oder einer Prozessanlage zur Verfügung stellen und simulieren.
Insbesondere können
die Prozessmodule den Betrieb realer redundanter Elemente wie beispielsweise
redundanter Geräte,
redundanter Steuerungsblöcke
etc. simulieren, die innerhalb der Prozessanlage vorhanden sind,
und sie können
in der Lage sein, den Betrieb realer redundanter Elemente (einschließlich beispielsweise
des Zeitpunkts, wann die redundanten Backup-Elemente übernehmen
sollten) zu erkennen oder zu simulieren. Zusätzlich kann, falls gewünscht, ein
Prozessmodul mit seinen Simulationsfähigkeiten als eines eines redundanten
Paars von Elementen innerhalb einer Prozessanlage verwendet werden.
In diesem Fall kann das Prozessmodul (oder jeder Teil davon) als
Backup-Gerät
arbeiten und im Fall eines Ausfalls oder eines erkannten Problems
in Verbindung mit dem primären
(und realen physischen) Gerät
Backup- oder redundante Daten (Signale, Berechnungen etc.) zur Verfügung stellen.
In diesem Fall kann das als das redundante Element arbeitende Prozessmodul
kommunikativ auf jede bekannte Weise mit den (Steuerungs- oder Erfassungs-/Messoperationen
ausführenden)
Steuerungsmodulen verbunden werden, um die redundanten Fähigkeiten
zur Verfügung
zu stellen. Diese Verwendung von Prozessmodulen als redundante Elemente
innerhalb der Prozessanlage ist besonders nützlich, wenn die Prozessmodule
auf die oben beschriebene Art und Weise mit einem oder mehreren
hochgenauen Simulationspaketen verbunden sind.
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Es
ist ersichtlich, dass die Funktionalität der hierin beschriebenen
intelligenten Prozessobjekte, der Grafikanzeigeelemente und der
Prozessmodule in dem Bedienrechner 20 arbeiten können und
nicht in die Steuerungen, Feldgeräte etc. innerhalb der Anlage 10 heruntergeladen
und innerhalb dieser konfiguriert werden müssen, wodurch diese Funktionalität leichter
zu implementieren, zu betrachten, zu ändern etc. ist. Weiterhin ermöglicht es
diese Funktionalität,
Bestimmungen auf Systemebene leichter auszuführen als innerhalb der Prozessgeräte, Steuerungen
etc., da die sich auf die Geräte
auf Systemebene beziehenden Informationen typischerweise den Bedienrechnern 20 allgemein
und der Ausführungsmaschine 48 im
Besonderen zur Verfügung
stehen, während
die Gesamtheit dieser Informationen typischerweise nicht jeder Steuerung
und jedem Feldgerät
innerhalb der Prozessanlage zur Verfügung gestellt werden. Wenn
dies jedoch von Vorteil ist, kann ein Teil der den Prozessmodulen
zugeordneten Logik wie beispielsweise Primitive in die Geräte, Ausrüstung und
Steuerungen innerhalb der Prozessanlage eingebettet werden. Die
Verwendung intelligenter Prozessobjekte zur Erzeugung von integrierten
Prozesssteuerungsmodulen und Grafikanzeigen versetzt die Ausführungsmaschine 48 beispielsweise
in die Lage, automatisch Lecks zu erkennen und intelligente Alarme
mit einem minimalem Umfang von Konfigurierungsaktivitäten des
Anwenders zu erzeugen, Fluss- und Massenbilanzen innerhalb der Anlage 10 zu
berechnen und zu verfolgen, Verluste innerhalb der Anlage 10 zu
verfolgen und eine Diagnose auf höherer Ebene für die Anlage 10 zur
Verfügung
zu stellen und den Betrieb der Anlage während Engineering-, Konstruktions-
und Bedienerschulungstätigkeiten
zu simulieren.
-
9 zeigt
eine mögliche
Art der Integration der Ausführungsmaschine 48 und
der davon innerhalb einer eine verteilte Steuerungsstrategie aufweisenden
Prozessanlage verwendeten Prozessmodule und Grafikanzeigen. Wie
in 9 veranschaulicht, werden die Anzeigeklassendefinitionen 220,
die von dem Prozessmodulen erzeugt oder diesen zugeordnet sind und
einem Bediener während
der Ausführung
durch die Ausführungsmaschine 48 Anzeigen
zur Verfügung
stellen, der Steuerungskonfigurationsdatenbank und den Engineering-Tools 222 zur
Verfügung
gestellt, die diese Anzeigeklassendefinitionen auf jede gewünschte Weise
innerhalb der Dokumentation der Steuerungsstrategie verwenden und
organisieren können.
Der/die der Konfigurationsdatenbank und den Engineering-Tools 222 zugeordnete(n)
Datenspeicher kann/können
eine Anzahl computerlesbarer Medien aufweisen oder involvieren,
von denen jeder Teil ebenfalls verwendet werden kann, um andere
dem offengelegten System zugeordnete Daten oder Einheiten zu speichern.
Prozessalgorithmen 224 können vor der Laufzeit mit diesen
Anzeigeklassendefinitionen verbunden werden und sodann können die Anzeigeklassendefinitionen
und daran gebundenen Flussalgorithmen instantisiert und der Grafikanzeige-/Prozessmodul-Laufzeitumgebung 226 zur
Verfügung
gestellt werden (die in Form einer oder mehrerer Ausführungsmaschinen 48 in
einem oder mehreren Bedienrechnern implementiert werden kann). Die
Grafikanzeige-/Prozessmodul-Laufzeitumge bung 126 verwendet
einen Download-Script-Parser 228, um den Code während der
Ausführung
zu parsen (d.h. um eine Just-in-time-Objektcode-Konvertierung durchzuführen) und
verwendet eine regelbasierte Ausführungsmaschine 230,
um Flussalgorithmen oder andere für die Anzeigeklassen vorgesehene
oder an diese gebundene regelbasierte Prozeduren auszuführen. Während dieses
Prozesses kann die Grafikanzeige-/Prozessmodul-Laufzeitumgebung 226 mit
der Steuerungsmodul-Laufzeitumgebung 232 kommunizieren,
die in dem Prozess zugeordneten Steuerungen und Feldgeräten ausgeführt werden kann,
um der Steuerungsmodul-Laufzeitumgebung 232 Daten oder
Informationen zur Verfügung
zu stellen oder um auf Daten oder andere Informationen aus der Steuerungsmodul-Laufzeitumgebung 232 zuzugreifen. Selbstverständlich kann
die Grafikanzeige-/Prozessmodul-Laufzeitumgebung 226 mit
der Steuerungsmodul-Laufzeitumgebung 232 mittels jedes
gewünschten
oder vorkonfigurierten Kommunikationsnetzwerks wie beispielsweise
dem Ethernet-Bus 24 in 1 kommunizieren.
Weiterhin können
ebenso andere Methoden der Integration der hierin beschriebenen
Grafikanzeigen, Prozessmodule und Steuerungsmodule in ein Standard-Prozesssteuerungssystem
oder eine Prozessanlage verwendet werden.
-
Wie
aus der obigen Diskussion ersichtlich, können die Prozessmodule und
Grafikanzeigen auf integrierte Weise erzeugt und ausgeführt werden,
um eine Bedienersicht eines Abschnitts der Prozessanlage 10 zusammen
mit einem Prozessmodul zur Verfügung
zu stellen, das den Betrieb der von der Grafikanzeige dargestellten
Prozessanlage simuliert. Wie vorstehend beschrieben, können das
Prozessmodul und die Grafikanzeige zusätzlich mit einem oder mehreren
Steuerungsmodulen integriert werden, die Steuerungsaktivitäten in Bezug
auf diesen Abschnitt oder Teil der Prozessanlage ausführen. Die
in 1 veranschaulichten Steuerungsmodule 29 können mithin
kommunikativ mit einem oder mehreren der in 1 veranschaulichten
Prozessmodule 39 und Grafikanzeigen 35 integriert
werden. Selbstverständlich
können
die Steuerungsmodule 29, die Prozessmodule 39 und
die Grafikanzeigen 35 in beliebigen anderen Computern oder
Geräten
innerhalb der Anlage 10 als den in 1 dargestellten
Computern oder Geräten
implementiert werden, wie dies in jedem Einzelfall gewünscht oder
erforderlich ist.
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Während jedes
Prozessmodul eine analytische Funktionalität (wie vorstehend beschrieben)
aufweisen kann, können
die Prozessmodule, Grafikanzeigen und Steuerungsmodule ebenfalls
mit einer Datenanalysefunktionalität integriert werden, um die
Online-Überwachung
eines laufenden Prozesses zu automatisieren und zu unterstützen. Beispielsweise
können
ein für
die Modellierung eines Teils einer Prozessanlage bestimmtes Prozessmodul
und jede Anzahl von damit integrierten (beispielsweise damit operativ
und kommunikativ gekoppelten) Grafikanzeigen und Steuerungsmodulen
mit einem oder mehreren Datenanalysemodulen oder Systemen integriert
werden, um den Betrieb dieses Teils der Prozessanlage zu überwachen.
Wie nachstehend beschrieben, können
die Datenanalysemodule oder -systeme sowohl eine statistische Analyse-
und Klassifikations- (beispielsweise Diskriminanz-, Experten oder
andere regelbasierte) Analyse (oder eine andere Logik) zur Verfügung stellen
oder implementieren, um die Erkennung, Vorhersage und/oder Bewältigung
abnormaler Situationen in Bezug auf einen spezifischen Abschnitt
oder Teil der Prozessanlage zu unterstützen. Zu diesem Zweck kann
die statistische und Klassifikationsanalyse beispielsweise mittels
statistischer, Klassifizierungs- und anderer Tools implementiert
werden, die ihrerseits vom Prozessmodul zur Verfügung gestellte Simulationsmodelldaten
sowie tatsächliche
Prozessmessungsdaten verwenden können,
die von einem den physischen Einheiten (beispielsweise den Feldgeräten) zugeordneten
Steuerungsmodul in der dem Prozessmodul zugeordneten Prozessanlage
zur Verfügung
gestellt oder übertragen
werden können.
Die Modelldaten können sodann
mit den Prozessmessungsdaten verglichen werden, um beispielsweise
von den statistischen Analyse-Tools zu verarbeitende Fehlerdaten
zu erzeugen, die ihrerseits Ausgabedaten erzeugen, die für eine Analyse
durch die Klassifizierungs-Tools geeignet sind, die dem Zweck dienen,
eine abnormale Situation zu erkennen oder vorherzusagen. Wenn die
Datenmuster oder andere Bedingungen erkannt werden, die auf eine
spezifische abnormale Situation hinweisen, können die Klassifikations-Tools
sodann beispielsweise einen dem erkannten Zustand oder der erkannten
Situation entsprechenden Bedieneralarm ausführen oder auf sonstige Weise
dessen Implementierung herbeiführen
oder auf sonstige Weise eine Benutzerschnittstellenanzeige modifizieren,
um eine Anzeige der erkannten abnormalen Situation zur Verfügung zu
stellen. Aufgrund der integrierten Natur der Prozessmodule, Analysemodule,
Grafikanzeigen und der Steuerungsmodule kann/können die an der Bereitstellung
der Warnung (oder anderen Anzeige) beteiligte(n) Benutzerschnittstellenanzeige(n) denselben
Bediener- oder anderen Benutzerschnittstellen entsprechen, die bei
der Überwachung
des Prozesssteuerungssystems verwendet werden. Als Ergebnis kann
die Laufzeitumgebung 226 neben der Darstellung aller resultierender
Warnungen, Alarme etc. auch die Implementierung analytischer Funktionalität aufweisen
und beinhalten. Alternativ oder zusätzlich kann die hierin beschriebene
analytische Funktionalität
in einer von der Laufzeitumgebung 226 getrennten Umgebung
implementiert und über
diese präsentiert
werden. Auf jeden Fall kann die integrierte Natur der Prozessmodule
und der Analysemodule auch die Implementierung analytischer Funktionalität innerhalb
der vorstehend in Verbindung mit den Prozessmodulen beschriebenen
intelligenten Prozessobjekte beinhalten.
-
10 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften
Systems 300 entsprechend einer Ausführung, in der ein Prozessmodul 304 mit
einem Analysemodul 308 integriert ist, das ein oder mehrere
Einheiten aufweist, die statistische und/oder Klassifikationsfunktionalität aufweisen,
wie beispielsweise ein Expertenmodul 310. Der Prozessmodulteil 304 weist
einen Ventilblock 312, einen Tankblock 314, einen
Pumpenblock 316 und einen Ventilblock 318 auf.
Ein Ausgang des Ventilblocks 312 ist mit einem Eingang
des Tankblocks 314 verbunden und ein Eingang des Pumpenblocks 316 ist
mit einem Ausgang des Tankblocks 314 verbunden. Ein Ausgang
des Pumpenblocks 316 ist mit einem Eingang des Ventilblocks 318 verbunden.
Ein Eingang des Ventilblocks 312 und ein Ausgang des Ventilblocks 318 sind
mit Stromelementen (nicht etikettiert) verbunden. Der Ventilblock 312,
der Tankblock 314, der Pumpenblock 316 und der
Ventilblock 318 sind über
Rohrelemente (nicht etikettiert) in Reihe geschaltet.
-
Das
Analysemodul 308 kann ein Experten- oder Diskriminanzanalyse-Tool
oder -System (oder eine andere Klassifikationsfunktionalität) zur Verfügung stellen,
um die Erkennung und/oder Bewältigung
abnormaler Situationen in Verbindung mit mindestens einigen der
den Blöcken
im Prozessmodul 304 zugeordneten physischen Elemente zu
unterstützen,
indem mindestens Prozess- und/oder Simulationsdaten aus den Blöcken im
Prozessmodul 304 verwendet werden. Mit anderen Worten kann
die Experten-, Diskriminanz- oder andere Klassifikationsanalyse
dazu beitragen, aktuelle abnormale Situationen in einer Prozessanlage
durch Verwendung von zumindest Daten aus dem Prozessmodul 304 zu
erkennen, zu verhindern und/oder zu beherrschen. Darüber hinaus
kann die Experten-, Diskriminanz- oder andere Klassifikationsanalyse dazu
beitragen, abnormale Situationen zu erkennen und/oder zu beherrschen,
die zumindest einigen der den Blöcken
im Prozessmodul 304 zugeordneten physischen Elemente zugeordnet
sind oder von diesen mittels Simulation angezeigt werden oder diesen
auf sonstige Weise zugeordnet sind. Auf diese Weise kann die Experten-,
Diskriminanz- oder andere Klassifikationsanalyse beispielsweise
dazu beitragen, abnormale Situationen in der Prozessanlage zu erkennen
und/oder zu beherrschen. Dies kann beispielsweise beim Konfigurieren
und/oder Konstruieren von Steuerungssystemen, Sicherheitssystemen,
Alarmierungssystemen etc. und/oder bei der Schulung von Bedienern
hilfreich sein. Die Verwendung der Simlationsfunktionalität des Prozessmoduls 304 kann
weiterhin die Erkennung, Prävention
und/oder Beherrschung abnormaler Situation unterstützen, die durch
nicht direkt in der Prozessanlage gemessene Parameter angezeigt
werden. Beispielsweise kann die Simulationsfunktionalität des Prozessmoduls 304 auf
der Grundlage des Satzes der vom arbeitenden Prozess erhaltenen
Prozessmessungen Modelldaten erzeugen, die für einen nicht messbaren Prozessparameter
repräsentativ
sind. Der nicht messbare Prozessparameter kann in der Tat für einen
zukünftigen
Betriebszustand des Prozesses repräsentativ sein. Auf diese Weise
kann das Analysesystem 308 in der Lage sein, abnormale Situationen
auf der Grundlage des vom Prozessmodul 304 zur Verfügung gestellten
Simulationsmodells vorherzusagen.
-
In
der in 10 dargestellten beispielhaften
Ausführung
weist das Analysemodul 308 einen Regelsatz 324 und
eine die Regeln anwendende Expertenmaschine 326 auf. Die
Regeln 324 können
beispielsweise Heuristik oder "Faustregeln" darstellen, die
in verschiedenen Situationen auszuführende Aktionen bestimmen. Typischerweise
kann eine Regel einen "Wenn"-Anteil aufweisen,
der einen bestimmten Satz von Tatsachen definiert, aufgrund derer
die Regel anwendbar ist. Weiterhin kann die Regel einen "Dann"-Anteil aufweisen, der
Aktionen definiert, die auszuführen
sind, wenn der "Wenn"-Anteil der Regel
erfüllt
ist. Oftmals können
die Regeln 324 konfiguriert werden, dem Prozessmodul zugeordnete
abnormale Situationen zu erkennen. In derartigen Implementierungen
können
die auszuführenden
Aktionen mit einer Benachrichtigung von Personal, dass eine abnormale
Situation eingetreten ist oder eintritt, verbunden sein. Sodann
können
die Regeln 324 auszuführende
Aktionen angeben wie beispielsweise das Erzeugen einer Warnung oder
eines Alarms, die Anzeige einer Nachricht auf einem Bedienerbildschirm,
das Versenden einer E-Mail, das Versenden eines Rufs an einen Pager,
das Versenden einer Textbotschaft an ein tragbares Kommunikationsgerät etc. Gleichermaßen können die
Regeln 324 auszuführende
Aktionen wie beispielsweise ein Filtern von Warnungen oder Alarmen
angeben. Beispielsweise kann ein zugrundeliegendes Problem dazu
führen,
dass eine große
Anzahl von Warnungen oder Alarmen für zugeordnete Ausrüstungen,
Messungen, Parameter etc. erzeugt wird. Das Analysemodul 308 könnte zur
Unterstützung
der Filterung dieser resultierenden Warnungen und Alarme verwendet
werden, damit diese das zugrundeliegende Problem nicht verdecken.
Die auszuführenden
Aktionen können
auch mit einem Korrigieren der abnormalen Situation und/oder einem
Eingrenzen ihrer Wirkungen verbunden sein. Die Regeln 324 können weiterhin
auszuführende
Aktionen angeben wie beispielsweise das Überschreiben eines Steuerungssignalwerts,
das Überschreiben
eines Sollwerts, das Ändern
einer Ausrüstungseinstellung,
das Abschalten von Ausrüstung
etc.
-
Die
Expertenmaschine 326 kann die Regeln 324 auswerten,
die auf dem Prozessmodul 304 zugeordnete Daten angewendet
werden. Beispielsweise kann die Expertenmaschine 326 Modelldaten
analysieren, die vom Prozessmodul 304 erzeugt oder erhalten
wurden. Beispielweise können
beliebige der Elemente innerhalb des Prozessmoduls 304 (über zugeordnete
Kommunikations-Tags) mit dem Analysemodul 308 kommunizieren,
um dem Analysemodul 308 Informationen zur Verfügung zu
stellen, um dadurch eine bessere oder erweiterte Steuerung, Simulation
und/oder Prävention
abnormaler Situationen zur Verfügung
zu stellen. Beispielsweise kann der Tankblock 314 konfiguriert
werden, der Expertenmaschine 326 Prozessvariablen (beispielsweise
eine Tankfüllstandsmessung,
eine Eingangsstrommessung etc.), Alarme, Parameter etc. zur Verfügung zu stellen.
Alternativ kann das Analysemodul 308 konfiguriert werden,
Informationen vom Tankblock 314 zu erhalten, oder auf sonstige
Weise dadurch zur Verfügung
gestellte Daten erhalten. Gleichermaßen können die Ventilblöcke 312 und 318 konfiguriert
werden, der Expertenmaschine 326 Prozessvariablendaten
(beispielsweise eine Ventilstellung, einen Steuerungssignalwert
etc.), Alarme, Parameter etc, zur Verfügung zu stellen, oder das Expertenmodul
kann konfiguriert werden, Informationen von den Ventilblöcken 312 und 318 zu
erhalten.
-
Zusätzlich kann
die Expertenmaschine 326 andere dem Prozessmodul 304 zugeordnete
Daten wie beispielsweise vergangene Alarme und Warnungen, Bedienerhandlungen,
Sollwertänderungen,
Betriebsarten etc. (die beispielsweise in einer Ereignischronik
oder einem Datenhistorienspeicher gespeichert sind), die Prozessblöcken im
Prozessmodul 304 zugeordnet sind, historische Werte von
Prozessvariablen, Parametern etc. (die beispielsweise in einem Datenhistorienspeicher
gespeichert sind), zukünftige
Werte von Prozessvariablen, Parametern etc. (auf der Grundlage von
Modellen wie beispielsweise Sprungantwortmodellen, First-Principles-Modellen
etc.) analysieren. Weiterhin kann die Expertenmaschine 326 optional
andere Typen von Daten wie beispielsweise anderen Prozessmodulen
zugeordnete Daten, nicht im Prozessmodul 304 dargestellten Ausrüstungen
zugeordnete Daten etc. analysieren.
-
Die
Expertenmaschine 326 kann ein CLIPS-Expertensystem-Tool
und/oder beispielsweise jedes andere geeignete Standard- oder anwendungsspezifisch
angepasste Expertensystem-Tool aufweisen. Der technisch Versierte
erkennt mithin, dass ein CLIPS-Expertensystem-Tool
nicht erforderlich ist. Obwohl in 10 die
Expertenmaschine 326 als Komponente des Analysemoduls 308 dargestellt
ist, könnte
die Expertenmaschine 326 vom Analysemodul 308 getrennt
sein. Beispielsweise könnte
eine Expertenmaschine die Regeln einer Mehrzahl von den jeweiligen
Prozessmodulen zugeordneten Expertenmodulen anwenden. Wie in 2 dargestellt,
kann die Ausführungsmaschine 48 alternativ
eine oder mehrere Expertenmaschinen 326 aufweisen.
-
Weiterhin
ist das Analysemodul 308 in 10 zwar
als getrennt vom Prozessmodul 304 dargestellt, jedoch könnte das
Analysemodul 308 innerhalb des Prozessmoduls 304 integriert
sein. Als lediglich ein Beispiel könnten die Regeln 324 Teil
des Prozessmoduls 304 und die Expertenmaschine 326 könnte vom
Prozessmodul 304 getrennt sein. Allgemeiner können die
Konfiguration der Expertenmaschine 326 und die für die Regeln 324 repräsentativen
Daten auf jede gewünschte
Weise oder in jeder gewünschten
Datenstruktur in einem oder mehreren computerlesbaren Medien wie
beispielsweise der Konfigurationsdatenbank und Engineering-Tools 222 (9),
einem Prozess-Historienspeicher etc. gespeichert werden.
-
In
alternativen Ausführungen
weist das Analysemodul 308 einen oder mehrere andere Typen
von Klassifikationsfunktionalität,
Tools, Elementen etc. auf. Die vorstehende Beschreibung der Implementierung und
Integration der Expertenmaschine 326 und der Expertenregeln 324 ist
nicht auf Ausführungen
unter Beteiligung von Experten, Expertensystemen, Expertenregeln
oder Expertenmaschinen beschränkt.
-
Weitere
Details hinsichtlich der Integration und Interaktion von Prozess-
und Analysemodulen werden nunmehr offengelegt. Wie vorstehend beschrieben,
kann ein Prozessmodul eine Mehrzahl miteinander verbundener Prozessobjekte
aufweisen, die zusammen dazu beitragen, eine Prozesseinheit, eine
logische Einheit, eine Einheit etc. in der Prozessanlage zu repräsentieren.
Wie ebenfalls vorstehend beschrieben, weisen intelligente Prozessobjekte
Eingänge
und Ausgänge
auf, um Daten zwischen intelligenten Prozessobjekten, nicht-intelligenten
Prozessobjekten, Steuerungsmodulen, Prozessgrafiken etc. zu kommunizieren,
die von intelligenten Prozessobjekten, nicht-intelligenten Prozessobjekten,
Steuerungsmodulen, Prozessgrafiken etc. erzeugt, innerhalb dieser
gespeichert werden etc. Ein Prozessmodul kann mithin ein einzelnes
Objekt zur Verfügung
stellen, in dem eine Vielzahl von Daten aus einer Anzahl von Geräten zur
Verfügung
steht, die einer physischen oder logischen Einheit der Prozessanlage
zugeordnet sind. Da das Prozessmodul 304 mit dem Analysemodul 308 im
System 300 integriert ist, kann das Expertensystem zudem
leichter konfiguriert und integriert werden als in früheren Expertensystemen.
Beispielsweise könnte
das Prozessmodul 304 dem Analysemodul 308 einige
oder sämtliche
seiner Modelldaten automatisch zur Verfügung stellen. Bei früheren ein
Expertensystem verwendenden Prozesssystemen musste dem gegenüber ein
Bediener die dem Expertensystem zur Verfügung zu stellenden Daten manuell
ermitteln und konfigurieren, was zeitaufwendig sein konnte. Da ebenso
ein Prozessmodul wie beispielsweise das Prozessmodul 304 eine
zugeordnete Prozessgrafik aufweisen kann, kann es das Konfigurieren
des Expertenmoduls erleichtern, wenn dieses Konfigurieren unter
Verweis auf die Prozessgrafik durchgeführt werden kann. Da weiterhin
das Prozessmodul 304 Modellierungs- und/oder Simulationsfähigkeiten
zur Verfügung
stellen kann, kann das Analysemodul 308 auf bequeme Weise Zugriff
auf Daten haben, die vom Prozessmodul 304 mittels dieser
Fähigkeiten
erzeugt werden. Weiterhin können
Prozessmodulklassen mit zugeordneten Expertenregeln oder anderen
Analyse-Tools erzeugt werden. Beispielsweise könnten für eine Prozessmodulklasse Default-Regeln
oder Fehler kriterien konfiguriert werden. Wenn eine Instanz der
Prozessmodulklasse erzeugt wird, kann diese mithin mit dem die Default-Regeln
oder Fehlerkriterien aufweisenden integrierten Analysemodul versehen
werden. Ein Anwender könnte
sodann, falls gewünscht,
die Default-Regeln ändern
oder er könnte
die Default-Regeln beispielsweise für die Prozessmodulinstanz verwenden.
Diese und andere Konfigurierungsfähigkeiten können über eine oder mehrere Konfigurierungsanwendungen
wie beispielsweise die Konfigurierungsanwendungen 38 (2)
zur Verfügung
gestellt werden.
-
Das
Prozessmodul 304 und/oder Prozessobjekte innerhalb des
Prozessmoduls 304 können
zusätzliche
Parameter aufweisen, um die Integration mit dem Analysemodul 308 zu
unterstützen.
Beispielsweise können
ein oder mehrere Prozessobjekte einen Parameter aufweisen oder existierende
Parameter können
modifiziert werden, um anzuzeigen, dass ein Fehler (beispielsweise
ein Fehler in einer Messung) vorliegt. Beispielsweise kann das Analysemodul 308 feststellen,
dass ein Sensor fehlerhaft ist, und es kann sodann das Prozessmodul 304 modifizieren,
um anzuzeigen, dass die dem Sensor zugeordnete Messung fehlerhaft
sein kann. Diese Daten könnten
von anderen Prozessblöcken,
Steuerungsmodulen etc. verwendet werden. Gleichermaßen könnten diese
Daten in einer Prozessgrafik des Prozessmoduls dargestellt werden,
um einem Bediener erkannte Fehler anzuzeigen. Allgemein können vom
Analysemodul 308 erzeugte Ausgaben, interne Status, Regelauswertungen
etc. des Analysemoduls 308 als Parameter des Prozessmoduls 304 und/oder
von Prozessobjekten des Prozessmoduls dargestellt werden. Diese
dargestellten Parameter können
somit von der Prozessgrafik des Prozessmoduls, anderen Modulen etc.
referenziert werden.
-
Zusätzlich können ein
oder mehrere Prozessobjekte einen Parameter aufweisen oder existierende
Parameter können
modifiziert werden, um ein Filtern von Warnungen und/oder Alarmen
zu ermöglichen.
Gleichermaßen
kann das Prozessmodul 304 einen Parameter aufweisen oder
existierende Parameter können
modifiziert werden, um ein Filtern von Warnungen und/oder Alarmen
zu ermöglichen.
Beispielsweise kann das Analysemodul 308 ein dem Prozessmodul 304 zugeordnetes
zugrundeliegendes Problem erkennen und das Prozessmodul 304 modifizieren,
um Alarme zu filtern, die als Ergebnis des zugrundeliegenden Problems
erzeugt werden können,
das zugrundeliegende Problem jedoch nicht explizit angeben. Wie
vorstehend diskutiert, kann diese Alarmfilterung dazu beitragen
zu verhindern, dass das zugrundeliegende Problem verdeckt wird.
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Wie
in 1 und 10 dargestellt,
könnten
die Expertenregeln 324 (neben anderen Elementen und Aspekten
des Analysemoduls 308) in der Konfigurationsdatenbank 28 gespeichert
werden. Auf diese Weise könnten
die Regeln 324 Tags und/oder Aliase verwenden, um Elemente
des Prozessmoduls 304, des Prozesses oder anderer Prozessmodule
wie beispielsweise Eigenschaften, Parameter, Betriebsarten, Status
etc. zu referenzieren. Zusätzlich
könnte,
falls das Prozessmodul 304 beispielsweise durch einen Konfigurierungsingenieur
verändert,
aktualisiert, umbenannt etc. wurde, das Analysemodul 308 nach
wie vor Informationen aus dem Prozessmodul 304 mittels
der Tags und/oder Aliase referenzieren. Gleichermaßen könnte, falls
beispielsweise ein vom Analysemodul 308 referenzierter
Parameter von einem Konfigurierungsingenieur gelöscht wurde, die Konfigurierungssoftware
den Konfigurierungsingenieur warnen, dass der Parameter vom Analysemodul 308 referenziert
wurde. Allgemein kann somit die Integration des Analysemoduls 308 mit
dem Prozessmodul 304 und/oder die Speicherung von Expertenregeln 324 in
der Konfigurationsdatenbank 28 dazu beitragen, die Expertenregeln 324 bei Änderungen
von Konfigurationen der Prozessanlage auf dem aktuellen Stand zu halten.
Darüber
hinaus verwenden viele Konfigurationsdatenbanken Versionskontrolltechniken
zum Nachverfolgen von Versionen von Konfigurationen. Versionen der
Regeln 324 könnten
somit nachverfolgt werden, wenn sie in der Konfigurationsdatenbank 28 gespeichert
sind.
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Wie
in 9 und 10 dargestellt,
können
den Prozessmodulen zugeordnete Analysemodule zur Verfügung gestellt
werden, um die Konfigurationsdatenbank und Engineering-Tools 222 zu
steuern, die die Analysemodule auf jede gewünschte Weise innerhalb der
Dokumentation der Steuerungsstrategie verwenden können. Die
Expertenregeln 324 können
vor der Laufzeit Anzeigeklassendefinitionen zugeordnet werden und sodann
können
die Anzeigeklassendefinitionen und daran gebundenen Expertenregeln
instantisiert und der Grafikanzeige-/Prozessmodul-Laufzeitumgebung 226 zur
Verfügung
gestellt werden (die in Form einer oder mehrerer Ausführungsmaschinen 48 in
einem oder mehreren Bedienrechnern implementiert werden kann). Die
Expertenregeln können
von einer beispielsweise von der Grafikanzeige-/Prozessmodul-Laufzeitumgebung 226 oder
der regelbasierten Ausführungsmaschine 230 implementierten
Expertenmaschine angewendet werden. In einer derartigen Implementierung
können
die Analysemodule 308 Zugang zu einem breiten Spektrum
von Echtzeitdaten (und optional ebenfalls auch zu Nicht-Echtzeitdaten)
haben. Wenn beispielsweise ein Betriebssystem wie beispielsweise
die Vista-Version des Betriebssystems Microsoft® Windows® (Codename "Longhorn") verwendet wird,
kann das Analysemodul 308 Zugang zu von verschiedenen Datenquellen über Dienste
zur Verfügung
gestellten Echtzeitdaten und Nicht-Echtzeitdaten haben.
-
Weiterhin
können
andere Module Zugang zu Echtzeitwerten von Status, Parametern, Eigenschaften, Ausgaben
etc. der Analysemodule 308 haben. Beispielsweise können auf
Bedienrechnern angezeigte Prozessgrafiken auf der Grundlage von
Daten von einem oder mehreren Analysemodulen 308 modifiziert
werden. Wenn in nur einem Beispiel ein Analysemodul 308 feststellt,
dass ein Sensor defekt ist, könnte
eine auf einem Bedienrechner angezeigte Prozessgrafik modifiziert
werden, um auf den defekten Sensor hinzuweisen. Beispielsweise könnte eine
Farbe einer Darstellung des Sensors geändert werden, die Darstellung
des Sensors könnte
blinkend dargestellt werden, ein Fenster könnte neben der Darstellung
des Sensors angezeigt werden und darauf hinweisen, dass der Sensor
defekt sein kann, etc. Zusätzlich
könnte
das Analysemodul 308 Warnungen und Alarme erzeugen und
beispielsweise Warnungen und Alarme anderer Module filtern. Wenn
weiterhin ein Betriebssystem wie beispielsweise die Version des
Betriebssystems Microsoft® Windows® mit
dem Codenamen "Longhorn" verwendet wird,
kann das Analysemodul 308 anderen Modulen Daten über Dienste zur
Verfügung
stellen.
-
Weiterhin
könnte
ein Bediener ein oder mehrere Analysemodule während der Laufzeit prüfen und/oder modifizieren.
Beispielsweise könnte
ein Bediener eine Prozessgrafik während der Laufzeit modifizieren,
um zusätzliche
Parameter, Status, Betriebsarten etc. des Analysemoduls 308 zu
betrachten. Gleichermaßen könnte ein
Bediener die Regeln 324 während der Laufzeit modifizieren
oder ansonsten die Analysekriterien und Klassifizierungslogik modifizieren.
Ein Bediener könnte
beispielsweise zusätzliche
Regeln hinzufügen,
Regeln modifizieren, Regeln löschen,
Regeln sperren und/oder freigeben etc.
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Allgemein
kann eine Benutzerschnittstelle zum Konfigurieren eines Analysemoduls
wie beispielsweise des Analysemoduls 308 einen Satz vordefinierter
Regeln oder Kriterien aufweisen, die von einem Bediener verwendet
werden können.
Vordefinierte Regeln können
beispielsweise vordefinierte Fakten-Vorlagen und entsprechende Aktions-Vorlagen
aufweisen, die als Reaktion auf die Fakten auszuführende Aktionen
repräsentieren.
Beispielsweise können
Fakten-Vorlagen und Aktions-Vorlagen für eine bestimmte Prozessanlageneinheit
oder eine Einheit wie beispielsweise eine Heizungseinheit vorgesehen
werden. Wenn der Anwender beschließt, eine bestimmte Fakten-Vorlage
und eine bestimmte Aktions-Vorlage für ein Heizungsprozessmodul
zu verwenden, kann eine Analysemodulkonfigurierungsanwendung automatisch
eine Regel oder ein Kriterium erzeugen, das/die der Fakten-Vorlage
und der Aktions-Vorlage entspricht. Weiterhin kann die Regel oder das
Kriterium automatisch an die korrekten Prozessobjekte im Prozessmodul
gebunden werden. Darüber
hinaus kann es einem Anwender gestattet werden, die vordefinierten
Regeln zu modifizieren und/oder neue Regeln zu erzeugen. Beispielsweise
kann es einem Bediener gestattet werden, der Prozessanlage zugeordnete Fakten
zu browsen und auszuwählen.
Weiterhin kann es einem Anwender gestattet werden, neue Regeln zu erzeugen,
die für
eine Auswertung durch das CLIPS-Expertensystem-Tool oder ein anderes
geeignetes Klassifizierungs-Tool welcher Art auch immer geeignet
sind.
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Weiterhin
kann es die Benutzerschnittstelle einem Benutzer gestatten, den
Betrieb des Analysemoduls 308 während des Betriebs zu beobachten.
Beispielsweise können
von den Regeln 324 spezifizierte Fakten dem Benutzer während der
Ausführung
des Expertenmoduls angezeigt werden. Weiterhin kann der Anwender
in der Lage sein, diese Fakten zu modifizieren und/oder zu spezifizieren,
um den Betrieb des Analysemoduls 308 als Reaktion auf diese
Fakten zu beobachten. Weiterhin kann es die Benutzerschnittstelle
dem Benutzer gestatten, innerhalb der Regeln Stopppunkte einzufügen, sodass
beispielsweise der Status des Analysemoduls 308 an den
Stopppunkten beobachtet werden kann.
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11 ist eine beispielhafte Anzeige 340,
die von einer Analysemodulkonfigurierungsanwendung verwendet werden
kann, um das Konfigurieren einer Expertenkomponente eines Analysemoduls
zu erleichtern. Die Anzeige 340 weist einen Bibliotheksteil 344,
einen Instanzenteil 348 und einen Informationsteil 352 auf. Der
Bibliotheksteil 344 kann Anzeigen von Vorlagen aufweisen,
die zum Erzeugen von Instanzen von Regeln oder anderen Klassifikationskriterien
verwendet werden können.
Die Vorlagen können
beispielsweise Fakten-Vorlagen und Aktions-Vorlagen aufweisen. Beispielsweise
können
die Fakten-Vorlagen verwendet werden, um einen "Wenn"-Teil
einer Regel zu erzeugen, und die Aktions-Vorlagen können verwendet
werden, um einen "Dann"-Teil der Regel zu
erzeugen. Um eine Instanz eines Faktums oder eine Instanz einer
Aktion zu erzeugen, könnte
ein Anwender beispielsweise eine Fakten- oder Instanzen-Vorlage
aus dem Teil 344 ziehen und im Teil 348 ablegen.
-
Wenn
ein Anwender ein bestimmtes Faktum, eine bestimmte Fakten-Vorlage,
Aktion oder eine Aktions-Vorlage im Teil 344 oder im Teil 348 auswählt, können zusätzliche
Informationen hinsichtlich des ausgewählten Faktums, der ausgewählten Fakten-Vorlage,
Aktion oder Aktionsvorlage im Informationsteil 352 angezeigt
werden. Der Informationsteil kann es dem Anwender gestatten, die
angezeigten Informationen zu modifizieren. Ein Benutzer kann mithin
das ausgewählte
Faktum, die ausgewählte
Fakten-Vorlage,
Aktion oder Aktions-Vorlage modifizieren.
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12 ist eine beispielhafte Anzeige 360,
die zur Definition einer Fakten-Vorlage
verwendet werden kann; Die Anzeige 360 kann einen Benutzerschnittstellenmechanismus 362 (beispielsweise
eine Textbox oder dergleichen) aufweisen, um einen Namen für die Fakten-Vorlage
zu erzeugen), und einen Benutzerschnittstellenmechanismus 364 (beispielsweise
eine Textbox, ein Pulldown-Menü,
eine Schaltfläche
zum Aufrufen eines anzuzeigenden Pop-up-Fensters etc.) aufweisen,
um einen der Fakten-Vorlage
zugeordneten logischen Bereich in der Prozessanlage auszuwählen. Die
Anzeige 360 kann weiterhin einen Benutzerschnittstellenmechanismus 366 (beispielsweise
eine Textbox, ein Pulldown-Menü,
eine Schaltfläche
zum Aufrufen eines anzuzeigenden Pop-up-Fensters etc.) aufweisen, um es einem
Benutzer beispielsweise zu gestatten, ein bestimmtes Prozessmodul
oder eine Prozessmodulklasse, dem/der die Fakten-Vorlage zuzuordnen
ist. Gleichermaßen kann
es die Anzeige 360 einem Benutzer gestatten, einen bestimmten
Prozessblock über
einen Benutzerschnittstellenmechanismus 368 auszuwählen und
einen bestimmten Parameter des Prozessblocks über einen Benutzerschnittstellenmechanismus 370 auszuwählen.
-
13 ist eine beispielhafte Anzeige 380,
die zum Definieren einer Regelvorlage (oder eines anderen Klassifizierungskriteriums)
verwendet werden kann. Die Anzeige 380 kann einen Benutzerschnittstellenmechanismus 382 (beispielsweise
eine Textbox oder dergleichen) aufweisen, um einen Namen für die Regel-Vorlage
zu erzeugen), und einen Benutzerschnittstellenmechanismus 384 (beispielsweise
eine Textbox, ein Pulldown-Menü,
eine Schaltfläche
zum Aufrufen eines anzuzeigenden Pop-up-Fensters etc.) aufweisen, um einen der
Regel-Vorlage zugeordneten logischen Bereich in der Prozessanlage
auszuwählen.
Die Anzeige 380 kann weiterhin einen Teil 386 aufweisen,
um es einem Benutzer zu gestatten, einen "Wenn"-Teil
der Regel-Vorlage zu definieren. Gleichermaßen kann die Anzeige 380 kann
einen Teil 388 aufweisen, um es einem Benutzer zu gestatten,
einen "Dann"-Teil der Regel-Vorlage
zu definieren. Ein Benutzer könnte
die "Wenn"- und "Dann"-Anteile mittels
einer Syntax, wie sie beispielsweise in CLIPS oder in jedem anderen
geeigneten Expertensystem verwendet wird, definieren. Die Schaltflächen 390 können zur
Verfügung
gestellt werden, um den Benutzer darin zu unterstützen, die
Regel-Vorlage schneller zu erzeugen.
-
Ein
Analysemodul kann einem bestimmten Knoten (beispielsweise einem
Bedienrechner, einer Steuerung etc.) innerhalb der Prozessanlage
zur Ausführung
zugeordnet werden. Der Knoten, auf dem das Analysemodul ausgeführt wird,
kann mithin derselbe Knoten wie der, auf dem das Analysemodul konfiguriert
wurde, oder ein anderer Knoten als der, auf dem das Analysemodul
konfiguriert wurde, sein. In einer Implementierung ist das Analysemodul
demselben Knoten wie das Prozessmodul, dem es zugeordnet ist, zugewiesen.
Alternativ können
das Analysemodul und das Prozessmodul verschiedenen Knoten zugewiesen
werden. In lediglich einem Beispiel könnte ein Analysemodul einem
Knoten unter Verwendung grafischer Techniken zugewiesen werden. 14 ist ein Teil einer beispielhaften Anzeige 400,
die verwendet werden kann, um auszuführende Analysemodule einem
bestimmten Knoten (beispielsweise einem Bedienrechner, einer Steuerung
etc.) in der Prozessanlage 10 zuzuweisen. Die Anzeige weist
einen Explorer-Teil 404 und einen Informationsteil 408 auf. Der
Explorer-Teil 404 weist eine Baumstruktur 412 auf,
die Ordner 416 und 418 aufweisen kann, die Bedienrechnern
in der Prozessanlage 10 entsprechen. Der Ordner 418 weist
einen Analysemodulordner 420 auf. Ein Analysemodul kann
den dem Ordner 418 entsprechenden Knoten zugewiesen werden,
indem eine dem Analysemodul entsprechende Position auf den Ordner 420 oder
optional auf den Ordner 418 gezogen wird. Optional könnte ein
Analysemodul einem Knoten zugewiesen werden, indem gleichermaßen eine
dem Analysemodul entsprechende Prozessmodulposition auf den gewünschten
Knotenordner gezogen wird.
-
Wie
vorstehend beschrieben, können
Daten aus einem Prozessmodul einem mit dem Prozessmodul integrierten
Analyse-Tool zur Verfügung
gestellt werden. Der technisch Versierte erkennt, dass Daten aus
dem Prozessmodul verarbeitet, analysiert etc. werden könnten, bevor
sie einem Analyse-Tool oder einer anderen logischen Analyseeinheit
zur Verfügung
gestellt werden. 15 ist beispielsweise ein Blockdiagramm
eines beispielhaften Systems 500, indem ein Prozessmodul 502 mit
einem Analysemodul 504 integriert ist. Das Analysemodul 504 kann
ein statistisches Analyse-Tool oder Modul 506, ein Experten-Tool
oder Modul 508 sowie ein Diskriminanzanalyse-Tool oder
Modul 509 aufweisen. Das statistische Analyse-Tool 506 wird
nachstehend detaillierter diskutiert. Die Experten- und Diskriminanzanalyse-Tools 508 und 509 können jeweils
Maschinen und Kriteriensätze
aufweisen, die denen vorstehend unter Bezugnahme auf 10 diskutierten ähnlich sind. Alternativ oder
zusätzlich
können
die Experten- und Diskriminanzanalyse-Tools 508 und 509 von
einer oder mehreren generischen Ausführungsmaschinen implementiert
werden. Auf jeden Fall können
die Experten- und Diskriminanzanalyse-Tools 508 und 509 Konfigurationsdaten
zur Analyse aufweisen oder auf diese zugreifen, die ihrerseits einen
Satz von Regeln oder andere Klassifizierungskriterien aufweisen
oder definieren können.
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Das
statistische Analyse-Tool 506 kann auch durch eine dedizierte
Ausführungsmaschine
oder eine generische Ausführungsmaschine
implementiert werden. Auf jeden Fall kann das statistische Analyse-Tool 506 auch
während
der statistischen Analyse verwendete Konfigurationsdaten aufweisen
oder auf diese zugreifen.
-
Allgemein
können
die in Verbindung mit dem System 300 in 10 beschriebenen und dargestellten Charakteristika,
Aspekte und anderen Details auch für das Analysemodul 504 gelten,
wobei es unerheblich ist, ob das Analysemodul 504 Expertenfunktionalität aufweist.
Die Art und Weise, auf die das Analysemodul 504 oder das
statistische Analyse-Tool 506 konfiguriert, gespeichert,
implementiert, mit dem Rest des Systems 500 integriert
ist etc., kann mithin der Konfiguration, Funktionalität etc. des
Analysemoduls 308 in 10 ähnlich sein
oder diesen folgen, auch wenn das Analysemodul 504 beispielsweise
lediglich das statistische Analyse-Tool 506 aufweist. Darüber hinaus
kann das gesamte Analysemodul 504 oder jeder Teil oder
jede Komponente davon als Teil des Prozessmoduls 502 konfiguriert
werden, sodass beispielsweise eine Implementierung von Prozessobjekten
innerhalb des Prozessmoduls 502 die statistische und/der
Expertenanalyse in jedem gewünschten
Umfang umfasst oder aufweist.
-
Das
Prozessmodul 502 kann die Gesamtheit der vorstehend in
Verbindung mit dem Prozessmodul 39 (7B)
beschriebenen Funktionalität
aufweisen und darüber
hinaus mit einem dem Steuerungsmodul 29 (7A) ähnlichen
Steuerungsmodul 510 integriert werden. Während der
Ausführung
können
das Prozessmodul 502 und das Steuerungsmodul 510 Kommunikationen,
wie in 7B gezeigt, implementieren.
Auf diese Weise empfängt
das Prozessmodul 502 Messungen von der Prozessanlage, was
eine Verarbeitung durch das Prozesssteuerungsmodul 510 (oder
allgemeiner das Prozesssteuerungssystem) als Zwischenschritt beinhalten
kann, jedoch nicht muss. Das Prozessmodul 502 empfängt die
Prozessmessungen während
des Betriebs des Prozesses dergestalt, dass dessen Simulationsmodellfunktionalität auf den
jüngsten,
für den
arbeitenden Prozess repräsentativen
Daten basiert und von diesen aktualisiert wird. Die Kommunikationen
zwischen dem Prozessmodul 502 und dem Prozesssteuerungsmodul 510 sind
in 15 schematisch als bidirektionale Pfeile gezeigt,
wobei es sich versteht, dass die Pfeile Kommunikationen, Austausch
von Daten etc. zwischen spezifischen Elementen oder Objekten der
Module, wie in 7B dargestellt, repräsentieren
können.
-
Das
statistische Analysesystem 506 kann multivariate statistische
Prozesssteuerungstechniken (MSPC-Techniken) verwenden, um die Erkennung,
Isolierung, Prognose oder Verhinderung abnormaler Situationen wie
beispielsweise Prozess- und Messungsfehler zu erleichtern. Um den
Anforderungen in der Prozessindustrie gerecht zu werden, wurden
zwei in MSPC eingesetzte statistische Projektionstechniken entwickelt,
nämlich:
Principal-Component-Analyse (PCA) und Partial-Least-Squares- (PLS-)
Analyse. Das statistische Analyse-Tool 506 kann PCA und/oder
PLS verwenden oder es könnte
eine oder mehrere andere Techniken verwenden. Weiterhin sind zwei üblicherweise
in Verbindung mit MSPC in der Fehleranalyse verwendete Statistiken
das Quadrat des Vorhersage fehlers Q (ein Maß für die Modellfehlanpassung)
und Hotellings T2 (ein Maß der
Abweichung innerhalb des PCA-Modells). Das statistische Analysesystem 506 kann
mithin optional Techniken verwenden, die das Quadrat des Vorhersagefehlers
Q und/oder Hotellings T2 verwenden. Alternativ oder zusätzlich kann
das statistische Analyse-Tool 506 andere Techniken zur
Auswertung oder Verarbeitung der Ergebnisse der statistischen Verarbeitung
unterstützen
wie beispielsweise über
die Erzeugung von Benutzerschnittstellenanzeigen zur direkten Auswertung
durch einen Bediener oder anderen Anwender. Derartige Schnittstellenanzeigen
können
eine nicht-automatisierte Analyse unterstützen, indem sie bei den in
der statistischen Verarbeitung erzeugten Daten grafische Darstellungen
der statistischen Analyse jeder geeigneten Form aufweisen oder beinhalten.
In der in 15 gezeigten beispielhaften
Ausführung
weisen die Anzeigen einen Plot 511, ein Balkendiagramm 512 sowie
eine Tabelle 513 auf, die über eine Benutzerschnittstelle
dargestellt werden. Diese Anzeigen können auf beliebig viele Arten
mittels jeder der vorerwähnten
Anwendungen in den vorstehend beschriebenen Konfigurierungs- oder
Laufzeitumgebungen erzeugt werden. Beispielsweise können die
grafischen Darstellungen 511, 512 und 513 über eine
Benutzeranwahl eines zugeordneten oder entsprechenden Anzeigeelements
aufgerufen werden, das in einer dem/den beteiligten Prozessmodul(en) 502 zugeordneten
grafischen Anzeige dargestellt wird.
-
Ungeachtet
der spezifischen statistischen Projektionstechnik oder der Form
jeder vom Analysemodul 504 erzeugten oder erleichterten
Ausgabe kann das statistische Analyse-Tool 506 implementiert
oder verwendet werden, um eine oder mehrere statistische Darstellungen
des Betriebs des Prozesses auf der Grundlage der vom Prozessmodul 502 zur
Verfügung
gestellten simulierten Darstellung des Prozesses zu erzeugen. Spezifischer
leitet das Prozessmodul 502 für einen simulierten Betrieb
des Prozesses repräsentative
Modelldaten an das Analysemodul 504 weiter, um einen Vergleich
mit tatsächlichen
Prozessmessungsdaten zu unterstützen.
Allgemein gesagt, kann der Vergleich die Erkennung, Vorhersage etc.
von Fehlerbedingungen oder abnormalen Situationen unterstützen. Und
da das Simulationsmodell online ist, ist der Vergleich in der Lage,
einen normalen (oder erwarteten) Status des Prozesses genauer widerzuspiegeln
oder zu spezifizieren. Spezifischer kann das Prozessmodul 502,
wie auch vorstehend beschrieben, einen Satz der tatsächlichen
Prozessmessungen (beispielsweise der Prozesseingaben) in der Berechnung
der simulierten Darstellung des Betriebs des Prozesses verwenden.
Die Verwendung dieser Daten als Eingabedaten in Verbindung mit einem
Simulationsmodell unterstützt
einen zielgerichteteren und flexibleren Vergleich als diejenigen,
die in der Vergangenheit auf der Grundlage eines durchschnittlichen
oder besten Profils über
die Zeit (beispielsweise eine "Golden Batch" [goldene Charge]),
wie sie in der Mehr-Wege-PCA oder anderen Durchschnitten früherer Messungen eingesetzt
wurde.
-
Die
Art und Weise, auf die Daten zwischen den in 15 gezeigten
Modulen strömen,
kann sich je nach dem Grad der Integration der Module ändern. In
einigen Fällen
können
sämtliche
der Prozessmessungsdaten auf ihrem Weg zum Analysemodul 504 durch
das Prozessmodul 502 hindurch laufen (oder diesem auf sonstige
Weise zur Verfügung
gestellt werden), wobei es unerheblich ist, ob diese Daten vom Simulationsmodell
des Prozessmoduls 502 verwendet werden. Dies kann beispielsweise
der Fall sein, wenn ein Teil oder die Gesamtheit der Analysefunktionalität innerhalb
des Prozessmoduls 502 implementiert ist. Derartige Daten können auch
vom Prozessmodul 502 verwendet werden, um das Simulationsmodell
zu aktualisieren oder auf sonstige Weise zu modifizieren. In anderen
Fällen
kann das Steuerungsmodul 510 die Prozessmessungs-Istdaten
dem Analysemodul 504, wie in 15 gezeigt,
direkt übergeben
(oder auf sonstige Weise zur Verfügung stellen).
-
Der
Vergleich zwischen den Modelldaten vom Simulationsmodell und den
Prozessmessungs-Istdaten kann die Erzeugung eines die Differenzen
für ein
Array von Prozessparametern oder -variablen repräsentativen Fehlersignals beinhalten
oder aufweisen. Die Differenz- oder Fehlerberechnung kann von einem
Modul 514 innerhalb des statistischen Analyse-Tools 506 durchgeführt werden.
In anderen Fällen
kann das Fehlersignal von Elementen beispielsweise im Prozessmodul 502 erzeugt
oder bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein anderes Tool
oder Modul der einen oder anderen Art innerhalb der Laufzeitumgebung
dazu bestimmt werden, das Fehlersignal zu erzeugen. Auf jeden Fall
kann das Parameter-Array auf einer Konfigurationsprozedur basieren,
die beispielsweise eine der Konfigurierungsanwendungen verwendet,
während
derer Prozessanlagengeräte
oder Parameter über
eine der Prozessgrafikanzeigen ausgewählt werden. In einigen Fällen kann
eine große
Zahl von Prozessparametern als Gruppe ausgewählt werden, wenn ein gesamter Prozessbereich über derartige
Prozeduren ausgewählt
wird.
-
Die
in der Fehlerberechnung verwendeten Referenzdaten brauchen keine
Prozessmessungs-Istdaten zu sein, die beispielsweise von einem Steuerungsmodul
zur Verfügung
gestellt werden. In einigen Fällen
können
die Referenzdaten erwartete Werte wie beispielsweise die von einem
Produktdatenblatt zur Verfügung
gestellten Werte oder andere von externen Quellen (d.h. außerhalb
des Prozesssteuerungssystems) erhaltene Werte aufweisen oder aus
diesen abgeleitet sein. Beispiele sind unter anderem Laboreinträge für auf aus
der Anlage auf periodischer oder sonstiger Grundlage entnommenen
Proben basierende Werte. In diesen und anderen Fällen können die Referenzdaten einen
oder mehrere konstante Werte dergestalt aufweisen, dass die Referenzdaten
nicht zu aktualisiert oder auf sonstige Weise gehandhabt zu werden
brauchen, um einen bestimmten betrieblichen Status widerzuspiegeln.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Referenzdaten nicht für einen
normalen Betrieb (d.h. einen gewünschten
betrieblichen Status) repräsentativ
zu sein brauchen, sondern vielmehr einen oder mehrere Referenzdatensätze beinhalten
können,
die für
eine Vielzahl verschiedener betrieblicher Status repräsentativ
sein können.
Einige dieser betrieblichen Status können wünschenswert sein, wobei dort
ein Abweichen zu einer Warnung oder einem Alarm führen kann.
Dem gegenüber
können die
anderen betrieblichen Status zugeordnete Referenzdaten für einen
spezifischen Fehlerzustand repräsentativ
sein. Auf jeden Fall können
die für
derartige betriebliche Status repräsentative Referenzdaten die
Prozessmessungs-Istdaten sein, brauchen dies jedoch nicht zu sein.
-
Bei
der typischerweise großen
Zahl beteiligter Variablen (beispielsweise Hunderte) kann das statistische
Analyse-Tool 506 bei der Verarbeitung derartiger Daten
in der Vorbereitung weiterer Analysen beispielsweise durch das Experten-Analyse-Tool 508 oder
das Diskriminanzanalyse-Tool 509 nützlich sein. Zu diesem Zweck
kann das statistische Analyse-Tool 506 konfiguriert werden,
ein MSPC-Analyse-Tool 516 (beispielsweise eine PCA- oder
PLS-Ladematrix) zu implementieren oder dessen Implementierung zu
unterstützen,
um eine Darstellung des Fehlersignals über einen kleineren, besser
handhabbaren Satz von Variablen zu erzeugen, die an bestimmten Ereignissen
beteiligt (oder diesen zugeordnet sind), die für die Erkennung oder Vorher sage
einer abnormalen Situation relevant sein können. Dieser Satz von Variablen
erzeugt eine statistische Darstellung der Differenz zwischen den
Daten des Simulationsmodells und den Istdaten und mithin eine Anzeige
der Abweichung des Prozesses vom normalen oder erwarteten Betrieb.
Die statistische Darstellung kann eine Teilmenge der Hunderte anfänglich vom
Prozessmodul 502 zur Verfügung gestellten Variablen aufweisen oder
beinhalten sowie jede Zahl von davon abgeleiteten Variablen. In
einigen Fällen
weist die Ausgabe des MSPC-Analyse-Tools 516 einen Satz
skalierbarer Werte für
jede der vom MSPC-Analyse-Tool 516 ermittelten Variablen
auf. Dieser Datensatz wird sodann dem Experten-Analyse-Tool 508 und/oder
dem Diskriminanzanalyse-Tool 509 weitergeleitet oder auf
sonstige Weise zur Verfügung
gestellt. In Principal-Component-Analyse (PCA) verwendenden Ausführungen
repräsentiert
dieser Datensatz das Fehlersignal über die Hauptkomponenten, die
erzeugt wurden, als das MSPC-Analyse-Tool 516 konfiguriert
oder erzeugt wurde. Die Verarbeitung der Vergleichs- (oder Fehler-)
Daten zu deren Hauptkomponenten (oder einer anderen statistischen
Darstellung) kann die spätere
Analyse durch das Experten-Analyse-Tool 508 (oder ein anderes
Klassifikationsanalyse-Tool)
beispielsweise über
eine Analyse des Musters des Quadrats des Vorhersagefehlers signifikant vereinfachen.
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Beispielhafte
Weisen, auf die das MSPC-Tool 516 konfiguriert oder erzeugt
werden kann, sind nachstehend beschrieben und können allgemein die von den
hierin beschriebenen Prozessgrafikmodulen zur Verfügung gestellte
Benutzerschnittstellenfunktionalität verwenden, um anfänglich das/die
Ziel(e) und/oder den Umfang der statistischen Analyse zu bestimmen.
Spezifischer kann ein bestimmter Bereich der Prozessanlage, eine
Gruppe von Anlagengeräten
oder ein anderer Teil der Prozessanlage zur Überwachung über eine oder mehrere der Prozessgrafikanzeigen
ausgewählt
werden. Zu diesem Zweck kann die Konfigurierungsumgebung eine oder
mehrere Benutzerschnittstellenzeigen einschließlich Prozessgrafikanzeigen,
Prozessmodulanzeigen etc. zur Verfügung stellen, um die Benutzerauswahl
der beim Erzeugen und Konfigurieren der PCA zu verwendenden Prozessparameter
zu unterstützen.
Die diese Auswahl unterstützende(n)
Benutzerschnittstelle(n) kann/können über eine
der Konfigurierungsanwendungen zur Verfügung gestellt werden. Der Teil
der Prozessanlage kann beispielsweise den Geräten entsprechen, die einem
spezifischen Steuerungsmodul oder Prozessmodul zugeordnet sind.
Auf jeden Fall kann, sobald der Anlagenteil ausgewählt ist,
die Konfigurierungsanwendung sodann den beteiligten oder implizierten
Satz von Prozessparametern bestimmen. Dieser Satz wird sodann zum
Konfigurieren des statistischen Analyse-Tools sowie während des
Betriebs für
Zwecke der Prozessanlagenüberwachung
verwendet.
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Wie
in 15 veranschaulicht, kann einem Benutzer eine dem
Prozessmodul 502 entsprechende grafische Anzeige 520 präsentiert
werden. Wie vorstehend beschrieben, kann der Benutzer das Analysemodul 502 unter
Bezug auf die grafische Anzeige 520 konfigurieren. Ein
Benutzer kann alternativ oder zusätzlich das Analysemodul 504 unter
Bezugnahme auf eine Anzeige des Prozessmoduls 502 konfigurieren.
Auf jeden Fall können
das Analysemodul 504, das statistische Analyse-Tool 506,
das Experten-Analyse-Tool 508 und das Diskriminanzanalyse-Tool 509 eine
oder mehrere Konfigurierungsanwendungen und entsprechende Benutzerschnittstellen
verwenden oder sich darauf verlassen, um eine Konfigurierungsumgebung
dafür zur
Verfügung zu
stellen. Die Konfigurierungsanwendung kann mit von anderen Modulen
oder Konfigurierungsanwendungen zur Verfügung gestellten Benutzerschnittstellen
und Prozessgrafiken integriert werden oder von diesen unterstützt werden.
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Der
Benutzer kann sich dafür
entscheiden, sämtliche
mit dem Prozessmodul 502 korrelierenden und simulierten
Prozessdaten zu verwenden, um automatisch in eine PCA integriert
zu werden. Alternativ kann sich der Benutzer dafür entscheiden, lediglich einen
Teil dieser Daten zu integrieren. Korrelierte Daten können automatisch
beispielsweise mittels der Prozessverbindungen im Prozessmodul 502 bestimmt
und automatisch in die Berechnungen integriert werden. Weiterhin
kann sich der Benutzer dafür
entscheiden, anderen Teilen der Prozessanlage zugehörige Daten
zu verwenden (beispielsweise Daten von anderen Prozessmodulen, Steuerungsmodulen
etc.). Weiterhin kann sich der Benutzer dafür entscheiden, bestimmte Zeiträume, während derer Daten
zu prüfen
sind, zu prüfen.
In diesem Fall könnte
dem Benutzer eine historische Aufzeichnung von Parametern angezeigt
werden und der Benutzer könnte
sodann die Option erhalten, ein Zeitfenster auszuwählen, das
bei der Erzeugung einer PCA-Darstellung
zu berücksichtigen
ist. Die PCA-Darstellung könnte
sodann mittels des ausgewählten
Daten-Zeitfensters automatisch erzeugt werden.
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Sobald
die Prozessparameter bestimmt sind, wird das MSPC-Tool 516 wie
beispielsweise eine PCA- oder PLS-Ladematrix allgemein erzeugt oder
trainiert, um zwischen Abweichungen vom Normalbetrieb des Prozesses
zu unterscheiden. Derartige Abweichungen können während des Trainingsprozesses
eingeführt werden,
indem dem Fehlerberechnungs-Tool 514 zwei Datensätze zur
Verfügung
gestellt werden, von denen jeder aus dem Simulationsmodell erzeugt
wird. Einer dieser Datensätze
ist für
den Normalbetrieb repräsentativ,
während
der andere für
den Betrieb bei Einführung
einer Störeingabe
repräsentativ
ist. Die Störeingabe kann
für einen
Fehlertyp (beispielsweise einen Messungsfehler) bezeichnend oder
repräsentativ
sein, für
dessen Erkennung das MSPC-Tool 516 konfiguriert ist. Das
Differenz- oder Fehlersignal zwischen diesen beiden Datensätzen wird
sodann dem MSPC-Tool 516 zur Verfügung gestellt, um Punktezahlen
zu erzeugen, die von der Experten- oder Diskriminanzanalysekomponente
zur Fehlererkennung verwendet werden.
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Der
Betrieb des Analysemoduls 504 wird nunmehr nach wie vor
unter Bezugnahme auf die beispielhafte Ausführung in 15 und die Funktionalität des vom Prozessmoduls 502 zur
Verfügung
gestellten Online-Simulationsmodells beschrieben. Aus den vorstehend
beschriebenen Gründen
kann das Prozessmodul 504 eines oder mehrere Objekte oder
Elemente aufweisen, die in der Lage sind, eine Anzahl verschiedener Typen
von Parametern zu berechnen (beispielsweise zu simulieren). Als
Ergebnis können
die vom Prozessmodul 502 erzeugten Modelldaten für den Betrieb
des Prozesses auf eine Vielzahl von Arten repräsentativ sein. Beispielsweise
können
die Modelldaten eine Anzeige einer Variablen oder eines Prozessparameters
aufweisen, die/der auf andere Weise nicht aus dem Satz der von den
Geräten
innerhalb der Prozessanlage durchgeführten Messungen verfügbar ist.
Insbesondere können
die innerhalb des Prozessmoduls 502 eingerichteten Simulationsberechnungen
implementiert werden, um nicht gemessene oder nicht messbare Prozessparameter
zu bestimmen, die sodann in der vom Analysemodul 504 implementierten
statistischen Analyse verwendet werden können. Beispielsweise kann das
Prozessmodul 502 Modelldaten einschließlich einer Anzeige des zukünftigen
Betriebszustands des Prozesses zur Verfügung stellen. In einem beispielhaften
Fall können
diese zukünftigen
Betriebszustände
(durch das Prozessmodul 502 oder auf sonstige Weise) aus
von einem Produktdatenblatt zur Verfügung gestellten Informationen
oder Daten abgeleitet werden. Derartige Modelldaten können sodann
vorteilhaft von den multivariaten Techniken verwendet werden, um
eine statistische Darstellung des zukünftigen Betriebszustands zu
erzeugen, die mit dem Zielwert verglichen werden können, um
eine Fehlerkomponente zur MSPC-Analyse zu erzeugen. Beispielsweise
kann das Prozessmodell eines Chargenprozesses eine Prognose des
Endes der Charge zur Verfügung
zu stellen, die sodann mit der Produktspezifikation für das Ende
der Chargenzeit verglichen werden könnte.
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Allgemeiner
können,
sobald das MSPC-/PCA-Tool 516 konfiguriert und trainiert
ist, die Punktzahlvektorausgabe oder das Muster des Quadrats des
Vorhersagefehlers analysiert werden, um beispielsweise mittels des
Experten-Tools 508 oder des Diskriminanzanalyse-Tools 509 oder
jedes anderen Klassifikationsanalyse-Tools eine abnormale Situation
wie beispielsweise einen fehlerhaften Sensor zu erkennen. Grafische
Elemente, die Ausrüstung
zugeordnet sind, die sich auf die abnormale Situation (beispielsweise
einen fehlerhaften Sensor) beziehen, können sodann automatisch auf
einem Bedienerbildschirm hervorgehoben werden. Beispielsweise könnten grafische
Elemente hervorgehoben, animiert oder auf sonstige Weise dem Benutzer
in der Prozessgrafik 520 angezeigt werden. Da das Analysemodul 504 mit
dem Prozessmodul 502 integriert ist (das seinerseits mit
der Prozessgrafik 520 integriert ist), ist eine separate
Grafikanzeige zur Anzeige von durch die statistische Analyse erkannten
Problemen mit Prozessanlagenausrüstungen
im System 500 nicht erforderlich. Selbstverständlich erkennt
der technisch Versierte, dass in anderen Implementierungen eine
separate Grafikanzeige verwendet werden kann.
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In
einigen Fällen
kann die vorstehend beschriebene Analyse und Auswertung des Prozesses
trotz der Abwesenheit eines Modells zur Unterstützung der PCA-, PLS- und anderer statistischer
Analysen fortfahren. Die Nichtverfügbarkeit eines Modells kann
auf die Komplexität
des Prozesses oder jeden anderen Grund zurückzuführen sein, der zum Mangel oder
zur sonstigen Abwesenheit eines funktionierenden Prozessmoduls führt. In
derartigen Fällen
kann ein Analysemodul konfiguriert werden, historische und andere
Offline-Datensätze
zu verwenden, die für
den früheren
Betrieb des Prozesses repräsentativ
sind. Die multivariate statistische Analyse kann sodann ohne Modelldaten
beispielsweise gemäß Mehr-Wege-PCA-,
Mehr-Wege-PLS- oder Batch-Dynamic-Principal-Component-Analyse- (BDPCA-)
Techniken fortfahren.
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16 zeigt eine beispielhafte Grafikanzeige 530,
die eine Anzeige von in einem Abschnitt der Prozessanlage vorliegenden
Fehlern oder allgemeiner der Gesundheit der darin enthaltenen Prozessanlagengeräte zur Verfügung stellt.
Die Grafikanzeige 530 ist auf einen Online-Kontext ausgerichtet,
in dem der Betrieb der Ausrüstung
sowie der Mess-, Steuer- und Regeltechnik der Prozessanlage für Wartungszwecke überwacht wird.
Wie vorstehend beschrieben, basiert diese Online-Überwachung
auf der Analyse der Prozess-Istmessungen im Vergleich zu den Modelldaten
aus dem Online-Simulationsmodell. Die Analyse führt zu Modifikationen der Grafikanzeige 530,
um Anzeigen für
Ausrüstungsmessungsfehler
zur Verfügung
zu stellen.
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Während die
Grafikanzeige 530 Informationen und Daten beispielsweise
direkt über
eine Tafel oder ein Datenfeld 532 präsentieren kann, kann das Analysemodul 504 (15) die Erzeugung oder Wiedergabe von Anzeigeelementen
unterstützen,
die für
die grafische Anzeige der Gesundheit eines oder mehrerer Geräte oder
Teilen der Prozessausrüstung
vorgesehen sind. In der in 16 gezeigten
beispielhaften Ausführung kann
eine Gesundheitsanzeige 534 in der Grafikanzeige 530 für jedes
dargestellte Geräte
als Halbkreis oder kuppelförmig,
als grafische Position mit einem schattierten oder gefärbtem Teil,
der für
das Gesundheitsniveau repräsentativ
ist, angezeigt werden. Wenn die Gesundheitsanzeige 534 vollständig schattiert
ist, hat das Analysemodul 504 festgestellt, dass das Gerät normal
zu arbeiten oder gesund zu sein scheint. Eine andere Gesundheitsanzeige 536 ist
teilweise in einem Ausmaß schattiert
oder gefüllt,
das für
die relative Gesundheit eines Ventils, dem sie zugeordnet ist, repräsentativ
ist. In diesem Fall kann der Satz der für dieses Ventil relevanten
tatsächlichen
Prozessmessungen in statistisch signifikantem Umfang von den Modelldaten
abweichen, die von dem/den dem Ventil zugeordneten Prozessmodulelement(en)
berechnet wurden. Das Analysemodul 504 kann sodann diese
Daten von dem Prozessmodul 502 empfangen und sodann diese
Daten mit den tatsächlichen
Prozessmessungen vergleichen, um zu einem relativen Gesundheitsniveau
von etwa 60 % zu kommen. Die Gesundheitsanzeige 536 wird
sodann entsprechend in einem Umfang schattiert, der für das Niveau von
60 % repräsentativ
ist.
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Die
Art und Weise, auf die die Gesundheit der Mess-, Steuer- und Regeltechnik
oder Ausrüstung
des Prozesses über
die Grafikanzeige 520 (15)
dargestellt ist, kann, wie gewünscht,
von Ausführung
zu Ausführung
variieren. In der Tat kann der mit der Konfigurierungsanwendung
zur Verfügung
gestellte Grafikeditor einem Benutzer die Möglichkeit oder Fähigkeit
geben, die Form und andere Details hinsichtlich der Art und Weise,
auf die eine Gesundheitsanzeige angezeigt wird, zu gestalten. Der
Grafikeditor kann beispielsweise verwendet werden, um ein Grafikanzeigeelement
zu konfigurieren, das ein neues Grafikelement besitzt, das eine
numerische Gesundheitsanzeige wiedergibt, die als dynamisches Feld
einer Datentafel angezeigt wird. Die Gesundheitsinformationen oder
zugehörige
Inhalte können über eine
Frontplatte oder jedes andere gewünschte grafische Element angezeigt
werden. In einigen Fällen
kann die Frontplatte eine mehrdimensionale Gesundheitsbeurteilung
statt eines einzelnen Wertes (beispielsweise 60 %) zur Verfügung stellen.
Allgemeiner kann die Wartungssicht der Prozessgrafik jede Anzahl
verschiedener Gesundheitsindikatoren über die verschiedenen überwachten
Mess-, Steuer- und Regelgeräte
sowie Ausrüstungen
aufweisen oder verwenden und ist auf keine Weise auf den in 16 gezeigten beispielhaften Typ oder Ansatz beschränkt.
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Ein
Verfahren zur Erkennung eines Sensorfehlers, das in dem Analysemodul
504 verwendet
werden kann, wird im
U.S. Patent
Nr. 5,680,409 ("Method
and apparatus for detecting and identifying faulty sensors in a
process" [Verfahren
und Vorrichtung zum Erkennen und Identifizieren fehlerhafter Sensoren
in einem Prozess]) beschrieben, das hiermit durch Verweis ausdrücklich zum
Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird. Das Analysemodul
504 kann
im
U.S. Patent Nr. 5,680,409 beschriebene
Techniken verwenden, jedoch kann es auch verschiedene andere Techniken
verwenden. Das Analysemodul
504 kann weiterhin Aspekte
der Systeme und Verfahren beinhalten oder verwenden oder in Verbindung
mit Systemen und Verfahren verwendet werden, die in den am 22. Oktober
2004 eingereichten
US. Patentanträgen Nr.
10/971,361 ("Abnormal
situation prevention in a process plant" [Verhütung abnormaler Situationen
in einer Prozessanlage]),
10/972,155 ("Data presentation
system for abnormal situation prevention in a process plant" [Datenpräsentationssystem
zur Verhütung
abnormaler Situationen in einer Prozessanlage]) sowie
10/972,224 ("Configuration system and method for
abnormal situation prevention in a process plant" [Konfigurierungssystem und -methode
zur Verhütung
abnormaler Situationen in einer Prozessanlage]) beschrieben sind,
deren Offenlegungen hiermit durch Verweis zum Bestandteil der vorliegenden
Beschreibung gemacht werden. Das Analysemodul
504 kann
alternativ oder zusätzlich
Aspekte der Methoden und Systeme aufweisen oder verwenden, die in
US. Patent No. 6,633,782 ("Diagnostic expert
and a process control system" [Diagnose-Experten- und Prozess steuerungssystem])
beschrieben sind, deren Offenlegung hiermit durch Verweis zum Bestandteil
der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.
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Selbstverständlich kann
das Analysemodul 504 verwendet werden, um zusätzlich zu
Sensorfehlern andere abnormale Situationen zu erkennen. Die Erkennung
abnormaler Situationen im Anlagenbetrieb kann es ermöglichen,
vorbeugende Maßnahmen
zu ergreifen, indem ein Bediener auf die Situation aufmerksam gemacht
wird, wenn auf diese eingegangen werden kann, bevor die Situation
zu einem Punkt fortschreitet, an dem Ausrüstung beschädigt wird, ein Notfall entsteht
etc.
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Ähnlich dem
unter Bezugnahme auf 10 beschriebenen Expertenmodul
können
die Experten- und Diskriminanzanalyse-Tools 508 und 509 mit
einem Satz von Default-Regeln oder Default-Kriterien zur Fehlererkennung
versehen werden. Beispielsweise könnten Default-Kriterien zur
Analyse von Punktzahlen oder eines Quadrats des Vorhersagefehlers
(SPE) in Verbindung mit vom statistischen Analyse-Tool 506 erzeugten Daten
zur Verfügung
gestellt werden. Alternativ oder zusätzlich könnten Kriterien definiert werden,
um einen Bereich des SPE für
eine vom statistischen Analyse-Tool 506 erzeugte Variable
zu identifizieren, wobei der Bereich beispielsweise einer bestimmten
abnormalen Situation zugeordnet ist. Dieser Bereich könnte durch
eine Ingenieursicht geschaffen werden, indem historische Daten für die vom
PCA-Tool 516 verarbeiteten Parameter betrachtet werden.
Wenn ein Ingenieur die Zeit, zu der ein abnormaler Zustand bestand,
identifiziert, kann der SPE-Wert automatisch als Bereichswert für den identifizierten
Zustand gesichert werden. Der Bereichswert kann von einem Bediener
festgestellt werden, wenn er erkennt, dass beispielsweise während des
Normalbetriebs ein abnormaler Zustand eingetreten ist. Später könnte, wenn
das Experten-Tool 508, das Diskriminanzanalyse-Tool 509 oder
ein anderes Klassifizierungs-Tool ein Muster feststellt, in dem
der SPE-Wert in den Bereich fällt,
beispielsweise eine auf den abnormalen Zustand hinweisende Warnung
oder ein Alarm erzeugt werden.
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Die
Experten- und Diskriminanzanalyse-Tools 508 und 509 können auch
verwendet werden, um eine abnormale Situation wie beispielsweise
einen Qualitätsverlust
der Prozessleistung zu erkennen. Beispielsweise kann der einer Heizung
zugeordnete Wärmeübertragungskoeffizient über die
vom Prozessmodul zur Verfügung
gestellte Simulationsfähigkeit
akkurat bestimmt werden. Eine ungeeignete Einstellung von Ausrüstungen
und/oder Verschleiß oder
Ablagerungen in Rohren und an Wärmeübertragungsoberflächen kann
beispielsweise das Verhalten von Ausrüstungen verändern und/oder zu einer Verschlechterung
der Prozessleistung führen.
Die automatische Erkennung signifikanter Prozessänderungen und/oder einer Verschlechterung der
Prozessleistung kann dazu beitragen, beispielsweise Ausrüstungsschäden und/oder
Produktionsverluste zu verhindern.
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Das
Experten-Tool 508 kann auch verwendet werden, um beispielsweise
einer abnormalen Situation zugeordnete Alarme zu analysieren und/oder
zu filtern. Beispielsweise kann eine einem Problem zugrundeliegende
Ursache mittels einer Vielzahl von Techniken einschließlich bekannter
Techniken erkannt werden. Das zugrundeliegende Problem kann dazu
führen,
dass Alarme erzeugt werden, die die zugrundeliegende Ursache nicht
direkt identifizieren. Vom Prozessmodul 502 und/oder von
Prozessobjekten innerhalb des Prozessmoduls 502 zur Verfügung gestellte
Informationen können
verwendet werden, um ein Freigeben oder Sperren einer Alarmfilterung
zu ermöglichen.
Beispielsweise können
Warnungen priorisiert werden, sodass ein Bediener weniger durch
eine Überfrachtung
von aus abnormalen Situationen resultierenden Warnungen abgelenkt
wird. Auf diese Weise kann der Bediener in der Lage sein, das zugrundeliegende
Problem rascher zu erkennen.
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Die
Experten- und Diskriminanzanalyse-Tools 508 und 509 können zusätzlich zum
Empfang von Daten vom statistischen Analyse-Tool 506 Prozess-
und/oder Simulationsdaten direkt vom Prozessmodul 502 empfangen.
Alternativ oder zusätzlich
können
die Tools 508 und 509 Daten aus anderen Quellen
wie beispielsweise anderen Prozessmodulen, Steuerungsmodulen, Alarmen,
Warnungen, Daten-Historienspeichern, Ereignischroniken etc. empfangen.
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Das
Analysemodul 504 kann konfiguriert werden, Plots statistischer
Analysedaten wie beispielsweise Zeitreihenplots und/oder Balkendiagrammplots
wichtiger Komponenten-Punktzahlen, Punktzahlenbeiträgen etc.
zu erzeugen. Da das Analysemodul 504 mit dem Prozessmodul 502 integriert
ist, können
derartige Plots und/oder Grafiken als Reaktion auf eine Anforderung
vom Benutzer über
die Grafikanzeige 520, wie oben beschrieben, angezeigt
werden.
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Obwohl
das statistische Analyse-Tool 506 und die Klassifikationsanalyse-Tools 508 und 509 in 15 als innerhalb eines einzelnen Analysemoduls 504 enthalten
dargestellt sind, erkennt der technisch Versierte, dass die Tools 506, 508 und 509 in
separaten Modulen oder Systemen implementiert werden können. Beispielsweise
kann das Experten-Tool 508 als Expertenmodul ähnlich dem
in Verbindung mit dem Analysemodul 308 in 10 dargestellten implementiert werden und das
statistische Analyse-Tool 506 kann als statistisches Analysemodul
oder -system implementiert werden. Die statistischen Analyse- und
Expertenanalyse-Tools 506 und 508 können in
jedem gewünschten
Umfang miteinander integriert werden.
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Die
hier beschriebene Software kann, wenn implementiert, in jedem computerlesbaren
Speicher wie beispielsweise auf Magnetplatte, Laser-Disk oder sonstigen
Speichermedien, im Arbeitsspeicher oder in einem Nurlesespeicher
eines Computers etc. gespeichert werden. Entsprechend kann diese
Software einem Anwender, einem Werk oder einer Bediener-Workstation
mittels jeder bekannten oder gewünschten Übergabemethode
wie beispielsweise auf einer computerlesbaren Diskette oder einem
anderen transportablen Computer-Speichermedium oder über einen
Kommunikationskanal wie beispielsweise eine Telefonleitung, das
Internet, das World Wide Web, jedes andere lokale Netzwerk oder
Weitbereichsnetz etc. übergeben
werden (wobei diese Übergabe
als identisch oder austauschbar mit der Übergabe der betreffenden Software
mittels eines transportablen Speichermediums betrachtet wird). Weiterhin
kann diese Software direkt ohne Modulation oder Verschlüsselung
oder nach Modulation und/oder Verschlüsselung mittels jeder geeigneten
Modulationsträgerwelle
und/oder jedes geeigneten Verschlüsselungsverfahrens vor Übertragung über einen
Kommunikationskanal übergeben
werden.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich zwar auf spezifische Beispiele,
die lediglich der Veranschaulichung dienen und diese Erfindung nicht
einschränken
sollen, jedoch ist es für
den technisch Versierten offenkundig, dass Änderungen, Ergänzungen
oder Streichungen an den dargestellten Ausführungen vorgenommen werden
können,
ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.