DE102007041917A1

DE102007041917A1 - Prozessanlagenüberwachung auf der Grundlage von multivariater statistischer Analyse und Online-Prozesssimulation

Info

Publication number: DE102007041917A1
Application number: DE102007041917A
Authority: DE
Inventors: Terrence L. Round Rock Blevins; Mark J. Round Rock Nixon; Gregory K. Austin McMillan
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2008-05-21
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: US20070005266A1; US7729789B2; GB2441640B; CN101140458A; JP2008065821A; DE102007041917B4; US20100222899A1; HK1112073A1; GB0717106D0; JP5173324B2; GB2441640A; US8135481B2

Abstract

Offengelegt werden Systeme und Verfahren für eine Online-Überwachung des Betriebs eines Prozesses in Verbindung mit für den Betrieb des Prozesses repräsentativen Prozessmessungen. In einigen Fällen wird der Betrieb des Prozesses simuliert, um Modelldaten zu erzeugen, die für eine simulierte Darstellung des Betriebs des Prozesses repräsentativ sind und auf den Prozessmessungen basieren. Eine multivariate statistische Analyse des Betriebs des Prozesses wird auf der Grundlage der Modelldaten und der Prozessmessungen implementiert. Die Ausgabedaten der multivariaten statistischen Analyse können sodann während des Betriebs des Prozesses ausgewertet werden, um die Online-Überwachung des Prozesses beispielsweise unter Beteiligung einer Fehlererkennung über eine Klassifikationsanalyse der Ausgabedaten zu ermöglichen.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
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).
TECHNISCHER EINSATZBEREICH
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.
BESCHREIBUNG DER ENTSPRECHENDEN TECHNIK
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.
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.
So beinhaltet beispielsweise das von Emerson Process Management vertriebene DeltaV^Tm-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.
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.
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.
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.
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.
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.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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;
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;
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;
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;
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;
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;
10 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems, in dem ein Prozessmodul mit einem ein Expertenmodul aufweisendes Analysemodul integriert ist;
11 ist eine beispielhafte Anzeige, die von einer Analyse- oder Expertenmodulkonfigurierungsanwendung verwendet werden kann, um das Konfigurieren eines Analysemoduls oder Expertenmoduls davon zu erleichtern;
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.
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 DeltaV^TM-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 FOUNDATION^TM-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.
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.
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.
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.
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.

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

System zur Online-Überwachung des Betriebs eines Prozesses in einer Prozessanlage mit einem Prozesssteuerungssystem zur Steuerung des Prozesses in Verbindung mit für den Betrieb des Prozesses repräsentativen Prozessmessungen, wobei das System aufweist: ein Prozesssimulationsmodul zur Modellierung einer Mehrzahl physischer Geräte innerhalb der Prozessanlage zur Erzeugung von Modelldaten, die für eine simulierte Darstellung des Betriebs des Prozesses repräsentativ sind; ein Analysemodul zur Implementierung einer multivariaten statistischen Analyse des Betriebs des Prozesses auf der Grundlage der Modelldaten und der Prozessmessungen; ein oder mehrere computerlesbare Medien zur Speicherung jeweiliger Konfigurationen des Prozesssimulationsmoduls und des Analysemoduls sowie eine oder mehrere computerausführbare Ausführungsmaschinen zur 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 zu ermöglichen.
System nach Anspruch 1, wobei die Konfiguration des Analysemoduls ein Principal-Component-Analyse- (PCA-) Tool aufweist, um Ausgangsdaten zu erzeugen, die für Differenzen zwischen den Modelldaten und den Prozessmessungen repräsentativ sind.
System nach Anspruch 1, wobei die Konfiguration des Analysemoduls ein Partial-Least-Squares- (PLS-) Analyse-Tool aufweist, um Ausgangsdaten zu erzeugen, die für Differenzen zwischen den Modelldaten und den Prozessmessungen repräsentativ sind.
System nach Anspruch 1, wobei die Konfiguration des Analysemoduls ein Principal-Component-Analyse- (PCA-) Tool und ein Partial-Least-Squares- (PLS-) Analyse-Tool, die in Kombination eingesetzt werden, aufweist, um Ausgangsdaten zu erzeugen, die für Differenzen zwischen den Modelldaten und den Prozessmessungen repräsentativ sind.
System nach Anspruch 1, wobei die Konfiguration des Analysemoduls weiterhin ein Experten-Analyse-Tool aufweist, 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.
System nach Anspruch 1, wobei die Konfiguration des Analysemoduls weiterhin ein Diskriminanzanalyse-Tool aufweist, 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.
System nach Anspruch 1, wobei die Modelldaten Prozessparameterdaten beinhalten, 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.
System nach Anspruch 1, wobei die Modelldaten einen nicht gemessenen Prozessparameter beinhalten, der für den Betrieb des Prozesses repräsentativ und aus den Prozessmessungen abgeleitet ist, und wobei die Konfiguration des Analysemoduls angepasst ist, den nicht gemessenen Prozessparameter zu analysieren.
System nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine in dem einen oder den mehreren computerlesbaren Medien gespeicherte Prozessgrafik, angepasst für die Verwendung durch die eine oder die mehreren Ausführungsmaschinen bei der Erzeugung einer Benutzerschnittstelle mit einer grafischen Anzeige der Mehrzahl der von dem Prozesssimulationsmodul modellierten physischen Geräte, wobei die grafische Anzeige konfiguriert ist, eine Mehrzahl von Anzeigeelementen zur Verfügung zu stellen, die für aktuelle Betriebsbedingungen der Mehrzahl der jeweiligen physischen Geräte entsprechend der multivariaten statistischen Analyse repräsentativ sind.
System nach Anspruch 9, wobei jedes Anzeigeelement der Mehrzahl von Anzeigeelementen einzeln auswählbar ist, um das Analysemodul zu konfigurieren.
System nach Anspruch 1, wobei die Elemente des Prozesssteuerungssystem 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.
System nach Anspruch 1, wobei die Konfiguration des Analyse-Tools ein Principal-Component-Analyse- (PCA-) Tool aufweist, das eine Mehrzahl von Modelldatensätzen aufweist, wobei jeder Modelldatensatz einer Störeingabe entspricht, die dem Prozesssimulationsmodul zur Verfügung gestellt wird, um eine jeweilige abnormale Betriebssituation zu simulieren.
System nach Anspruch 1, wobei die Implementierung des Prozesssimulationsmoduls und des Analysemoduls innerhalb einer Online-Umgebung des Prozesssteuerungssystems integriert ist.
System nach Anspruch 13, weiterhin aufweisend ein in dem einen oder den mehreren computerlesbaren Medien gespeichertes grafisches Anzeigemodul, 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.
Verfahren zur Online-Überwachung des Betriebs eines Prozesses in Verbindung mit Prozessmessungen, die für den Betrieb des Prozesses repräsentativ sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Simulieren des Betriebs des Prozesses zum Erzeugen von Modelldaten, die für eine simulierte Darstellung des Betriebs des Prozesses repräsentativ sind und auf den Prozessmessungen basieren; Implementieren einer multivariaten statistischen Analyse des Betriebs des Prozesses auf der Grundlage der Modelldaten und der Prozessmessungen sowie Auswerten von Ausgabedaten der multivariaten statistischen Analyse während des Betriebs des Prozesses, um die Online-Überwachung des Prozesses zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die multivariate statistische Analyse eine Principal-Component-Analyse (PCA) von für den Betrieb des Prozesses repräsentativen Daten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die multivariate statistische Analyse eine Partial-Least-Squares- (PLS-) Analyse von für den Betrieb des Prozesses repräsentativen Daten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Auswertungsschritt den Schritt des Feststellens mittels Klassifikationsanalyse der Ausgabedaten beinhaltet, ob eine Fehlerbedingung im Betrieb des Prozesses existiert.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Klassifikationsanalyse auf einer oder mehreren Expertenregeln basiert.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Klassifikationsanalyse eine Diskriminanzanalyse der Ausgabedaten beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Modelldaten Prozessparameterdaten aufweisen, die für einen zukünftigen Betriebszustand des Prozesses auf der Grundlage der Prozessmessungen repräsentativ sind.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Modelldaten einen nicht gemessenen Prozessparameter aufweisen, der für den Betrieb des Prozesses repräsentativ ist.
Verfahren nach Anspruch 18, weiterhin aufweisend 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.
Verfahren zur Online-Überwachung des Betriebs eines Prozesses in einer Prozessanlage mit einem Prozesssteuerungssystem zur Steuerung des Prozesses in Verbindung mit für den Betrieb des Prozesses repräsentativen Prozessmessungen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ausführen einer Steuerungsroutine über das Prozesssteuerungssystem zum Erzeugen eines Prozessparameters auf der Grundlage der Prozessmessungen; Implementieren einer multivariaten statistischen Analyse des Betriebs des Prozesses zum Erzeugen statistischer Daten auf der Grundlage des Prozessparameters und der Prozessmessungen; Auswerten der statistischen Daten aus der multivariaten statistischen Analyse während des Betriebs des Prozesses für eine Feststellung, ob eine Fehlerbedingung existiert, und Erzeugen einer Benutzerschnittstellenanzeige einer Prozessgrafik, um die Online-Überwachung des Prozesses zu ermöglichen, indem die Fehlerbedingungsbestimmung in Verbindung mit einer Mehrzahl physischer Geräte innerhalb der Prozessanlage dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die multivariate statistische Analyse eine Principal-Component-Analyse (PCA) von für den Betrieb des Prozesses repräsentativen Daten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Principal-Component-Analyse (PCA) eine Mehr-Wege-PCA auf der Grundlage von für den historischen Betrieb des Prozesses repräsentativen Prozessdaten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die multivariate statistische Analyse eine Partial-Least-Squares- (PLS-) Analyse von für den Betrieb des Prozesses repräsentativen Daten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Partial-Least-Squares- (PLS-) Analyse eine Mehr-Wege-PLS-Analyse auf der Grundlage von für den historischen Betrieb des Prozesses repräsentativen Prozessdaten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Auswertungsschritt die Feststellung mittels Klassifikationsanalyse der statistischen Daten beinhaltet, ob die Fehlerbedingung existiert.
Verfahren nach Anspruch 24, weiterhin aufweisend den Schritt des Simulierens des Betriebs des Prozesses zum Erzeugen von für den simulierten Betrieb des Prozesses repräsentativen Modelldaten dergestalt, dass die multivariate statistische Analyse auf einem statistischen Vergleich der Modelldaten mit dem Prozessparameter und den Prozessmessungen basiert.