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    • 专利摘要:
    Eine Selbstabstimmung ist für die Verwendung in einem verteilten Prozesssteuerungsnetzwerk bestimmt, das über ein Kommunikationsnetzwerk verfügt, um die kommunikative Verbindung einer Prozesssteuerung, die eine Prozesssteuerungsroutine ausführt, mit einer oder mehreren Prozessvorrichtungen herzustellen, die in einem Regelkreis eingesetzt sind. Die Selbstabstimmung umfasst ein erstes Abstimmelement, das konfiguriert ist, um mittels eines Steuerungsobjekts in den Prozessregelkreis einzugreifen und zu veranlassen, dass dieser eine Selbstabstimmungsprozedur durchläuft, und dass ein Abstimmdaten-Stapelspeicher in einer der Prozessvorrichtungen ein dem Steuerungsobjekt zugeordnetes Abstimmsignal zusammen mit einer Zeitmarke übernimmt und speichert, wobei die letztere den Zeitpunkt angibt, zu dem die Vorrichtung auf das Abstimmsignal eingewirkt hat. Ein Messdaten-Stapelspeicher ist in der gleichen oder einer anderen Prozessvorrichtung vorgesehen und bewirkt den Erhalt und die Speicherung eines Antwort- oder Messsignals, das von der Prozessvorrichtung zusammen mit einer Zeitmarke erzeugt wurde, die den Zeitpunkt angibt, zu dem das Antwortsignal generiert oder erfasst wurde. Ein zweites Abstimmelement, das beispielsweise in einem Steuerungsgerät oder einer Workstation enthalten sein kann, enthält in periodischer Weise Daten vom Abstimmdaten-Stapelspeicher und vom Messdaten-Stapelspeicher und bestimmt einen Abstimmparameter, der für die Abstimmung des Prozessregelkreises genutzt ...
    公开号:DE102004009598A1
    申请号:DE200410009598
    申请日:2004-02-27
    公开日:2004-09-09
    发明作者:Terrence L. Round Rock Blevins；Wilhelm K. Austin Wojsznis
    申请人:Fisher Rosemount Systems Inc；
    IPC主号:G05B13-02
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung beziehtsich allgemein auf verteilte Prozesssteuerungsnetzwerke und insbesondereauf eine Einrichtung und ein Verfahren zur Selbstabstimmung vonProzesselementen, die innerhalb eines verteilten Prozesssteuerungsnetzwerkeskommunikativ miteinander verbunden sind.
    [0002] Prozesssteuerungsnetzwerke, wie siez.B. in chemischen, petrochemischen oder anderen Prozessen verwendetwerden, umfassen allgemein eine zentrale Prozesssteuerung, die kommunikativmit einer oder mehreren Feldvorrichtungen verbunden ist, beispielsweiseVentilstellungsreglern, Schaltern, Sensoren (wie z.B. Temperatur-,Druck- und Durchflusssensoren) usw. Diese Feldvorrichtungen können physikalischeSteuerungsfunktionen innerhalb des Prozesses ausführen (wiez.B. Öffnenoder Schließeneines Ventils), Messungen innerhalb des Prozesses zum Gebrauch inder Steuerung des Prozessablaufs durchführen oder jede andere gewünschte Funktionim Prozess ausführen.Prozesssteuerungen waren früher über eineoder mehrere analoge Signalleitungen oder Busse, die z.B. 4–20 mA-(Milliampere) -Signale von und zu den Feldvorrichtungen führen können, mitden Feldvorrichtungen verbunden. Im Allgemeinen erhält die ProzesssteuerungSignale, die Messungen von einer oder mehreren Feldvorrichtungenund/oder andere zu den Feldvorrichtungen gehörige Informationen repräsentieren,nutzt diese Informationen zur Implementierung einer typischen komplexenSteuerungsroutine und generiert Steuersignale, die über dieanalogen Signalbusse zu den Feldvorrichtungen geschickt werden,um den Ablauf des Prozesses zu steuern.
    [0003] Seit kurzem besteht in der Prozesssteuerungsindustriedie Tendenz, innerhalb der Prozesssteuerungsumgebung feldbasiertedigitale Kommunikation zu implementieren. Die Prozesssteuerungsindustriehat z.B. eine Anzahl von Standards entwickelt, die offene digitaleoder kombiniert digitale und analoge Übertragungsprotokolle umfassen,wie z.B. die HART®, PROFIBUS®, WORLDFIP®,Device-Net® undCAN® Protokolle.Diese digitalen Übertragungsprotokolleermöglichenes, generell mehr Feldvorrichtungen mit einen bestimmten Netzwerkzu verbinden, unterstützenmehr und schnellere Übertragungenzwischen den Feldvorrichtungen und dem Steuerungsgerät und/odergestatten es den Feldvorrichtungen, mehr und unterschiedliche Typenvon Informationen wie beispielsweise Informationen, die zum Statusund der Konfiguration der Feldvorrichtung selbst gehörten, andie Prozesssteuerungseinrichtung zu senden. Darüber hinaus ermöglichendiese digitalen Standardprotokolle die gemeinsame Nutzung von Feldvorrichtungenunterschiedlicher Hersteller im selben Prozesssteuerungsnetzwerk.
    [0004] Innerhalb der Prozesssteuerungsindustrie gibtes jetzt auch eine Tendenz, die Prozesssteuerung zu dezentralisierenund dadurch die einzelnen Prozesssteuerungseinrichtungen zu vereinfachen. DezentraleSteuerung entsteht durch im Feld installierte Prozesssteuerungsgeräte wie z.B.Ventilstellungsregler, Messwertumformer etc., die eine oder mehrereProzesssteuerungsfunktionen mit sogenannten Funktionsoder Steuerblöcken ausführen. DieFunktionsblöckekönnenDaten übereine Netzwerkstruktur zur Nutzung in anderen Prozesssteuerungseinrichtungen(oder Funktionsblöcken)austauschen, die andere Steuerungsfunktionen ausführen. ZurImplementierung dieser Steuerungsfunktionen verfügt jede Prozesssteuerungseinrichtung über einenMikroprozessor, der sowohl die Fähigkeithat, einen oder mehrere Funktionsblöcke zu implementieren, alsauch die Fähigkeit,mit anderen Prozesssteuerungseinrichtungen mittels offenen Standardübertragungsprotokollenzu kommunizieren. Auf diese Weise können Feldvorrichtungen innerhalbeines Netzwerks zur Prozesssteuerung so miteinander verbunden werden,dass sie miteinander kommunizieren und eine oder mehrere Prozesssteuerungsfunktionenauszuführen,die ohne einen Eingriff eines zentralen Steuerungsgerätes einenRegelkreis bilden. Das rein digitale Zweidraht-Netzwerkprotokoll,das jetzt von der Fieldbus Foundation verbreitet wird und als dasFOUNDATIONTM Fieldbus bekannt ist, ist ein offenesFieldbus-Übertragungsprotokoll,das Einrichtungen, die von unterschiedlichen Herstellern stammen,die Zusammenarbeit und die Kommunikation miteinander über einStandardnetzwerk gestattet, um die dezentrale Steuerung innerhalbeines Prozesses zu bewirken.
    [0005] Die Abstimmung eines Steuerblocksoder eines Regelkreises in einem herkömmlichen System ist relativeinfach, da die gesamte Abstimmroutine im zentralen Steuerungsgerät oder ineiner Feldvorrichtung gespeichert werden kann. Wenn die Abstimmungeines Regelkreises einer derartigen Steuerroutine gewünscht wird,veranlasst der separate Abstimmblock innerhalb des Steuerungsgeräts oderin der Feldvorrichtung den zugehörigenSteuerblock, wie z.B. einen Proportional-Integral (PI)- oder einen Proportional-Integral-Differential(PID)-Steuerblock, durch eine Abstimmprozedur wie eine induzierte Schwingungsprozedurvorbestimmte Charakteristiken des Prozesses oder des Regelkreiseszu bestimmen. Währenddieser Phase der dynamischen Datensammlung sammelt der Abstimmblockvon dem Regelkreis generierte Daten, die im Normalbetrieb an dieSteuerungsroutine übergebenwerden, und bestimmt aus diesen Daten eine oder mehrere Prozesscharakteristikenwie z.B. die Grenzverstärkung,die Zeitkonstante etc. des Prozesses. Nachdem die gewünschtenProzesscharakteristiken berechnet sind, wendet der Abstimmblockeinen Satz Regeln oder andere Algorithmen an und nutzt dabei dieProzesscharakteristiken zur Bestimmung neuer Abstimmparameter für den Steuerblockoder den Regelkreis. Dieser Schritt wird üblicherweise als die Regelanwendungsphaseder Abstimmprozedur bezeichnet. Anschließend übergibt die Abstimmroutinedie neuen Abstimmparameter an den Steuerblock (oder den Regelkreis),womit die Abstimmprozedur beendet ist. Da in einem zentralisiertenProzesssteuerungssystem alle Steuerungsfunktionen im Steuerungsgerät untergebrachtsind, und alle zur Abstimmung benötigten Daten während desNormalbetriebs an das Steuerungsgerät übermittelt werden, hat derAbstimmblock direkten Zugriff auf die Steuerblöcke und auf die Daten, diefür dieAbstimmung der einzelnen Steuerblöcke erforderlich sind.
    [0006] Dezentralisierte Prozesssteuerungssysteme,bei denen Steuerblöckeoder Steuerungselemente wie beispielsweise PI-Steuerungselemente, PID-Steuerungselemente,Fuzzy-Logik Steuerungselementeetc. in verteilter Art und Weise in einem Prozesssteuerungsnetzwerkangeordnet sind, sind schwieriger abzustimmen, da sich die Steuerblöcke entferntvom Steuerungsgerätoder den Feldvorrichtungen befinden, in denen typischerweise derAbstimmblock gespeichert ist. Dezentralisierte Prozesssteuerungssystemekommunizieren allgemein in regelmäßiger oder synchroner Weisemiteinander, um spezifische Steuerungsfunktionen zu implementieren,die mit der Prozesssteuerungsroutine in Zusammenhang stehen. Während derPerioden, in denen keine synchrone Kommunikation stattfindet, können andereInformation wie z.B. Alarme, Sollwertänderungen oder andere diagnostischeSignale (beispielsweise Abstimmsignale) in unregelmäßiger oder nichtsynchronerWeise ausgetauscht werden. Ein für nichtsynchroneKommunikation konfigurierter Abstimmblock ist jedoch nicht in derLage, ein deterministisches Abstimmsignal an eine Feldvorrichtungzu senden und ein deterministisches Antwortsignal von einer Feldvorrichtungzu erhalten, da das Steuerungsgerät oder die Feldvorrichtungdie asynchrone Kommunikation fürdie Implementierung der Abstimmfunktionen verwenden müssen. Insbesondere hatdas Steuerungsgerät,da das Abstimmsignal in asynchroner Weise ausgetauscht wird, keineMöglichkeitfestzustellen, wann das Abstimmsignal tatsächlich in der Feldvorrichtungeintrifft oder wann das entsprechende Antwortsignal generiert wird,so dass keine exakte Kontrolle hinsichtlich der zeitlichen Abfolgeder Abstimmprozedur gegeben ist und somit die Wahrscheinlichkeitungenauer Abstimmergebnisse größer wird.
    [0007] Bei einem im Stand der Technik bekannten Systemfür dieImplementierung der Abstimmung in einem verteilten Prozesssteuerungsnetzwerkwird das gesamte Netzwerk rekonfiguriert und für die Durchführung derAbstimmprozedur außerBetrieb genommen. In dieser Konfiguration wird die Abstimmprozedurunter Verwendung synchroner Kommunikation vorgenommen, wobei diespezifischen Steuerungsfunktionen während dessen unterbrochen werden.Bei einem anderen im Stand der Technik bekannten System für die Implementierungder Abstimmung ist die gesamte Abstimmroutine im gleichen Gerät wie derabzustimmende Steuerblock (beispielsweise der PID-Funktionsblock)abgelegt und kann sogar in die Funktionalität des Kontrollblocks selbsteinbezogen sein. Obwohl dieses System in der Lage ist, die zeitlicheAbfolge der Abstimm prozedur exakt zu steuern und Daten mit jedergewünschten Ratezu sammeln (bis zu und einschließlich der Geschwindigkeit,mit der der Steuerblock ausgeführt wird),muss die Abstimmroutine zusammen und gleichzeitig mit dem Steuerblockkompiliert werden, wodurch der Aufwand (z.B. zeitliche Steuerung,Ausführung,Speicherbedarf etc.) im Zusammenhang mit dem Einsatz des Steuerblocksim Normalbetrieb des Prozesses erhöht ist, auch wenn die Funktionalität der Selbstabstimmungsroutinewährenddes Normalbetriebs des Regelkreises nur relativ selten genutzt wird.Darüberhinaus muss eine vollständigeSelbstabstimmungsroutine in jedes der verschiedenen Geräte einbezogenwerden, das einen Steuerblock enthält, um die Selbstabstimmungeines jeden Steuerblocks zu ermöglichen,wodurch das Prozesssteuerungssystem mit unnötiger Redundanz ausgestattet wird,die wiederum höhereKosten mit sich bringt.
    [0008] Eine Selbstabstimmung ist für die Verwendungin einem verteilten Prozesssteuerungsnetzwerk bestimmt, das über einKommunikationsnetzwerk verfügt,um die kommunikative Verbindung einer Prozesssteuerung, die eineProzesssteuerungsroutine ausführt,mit einer oder mehreren Prozessvorrichtungen herzustellen, die ineinem Regelkreis eingesetzt sind. Die Selbstabstimmung umfasst einerstes Abstimmelement, das konfiguriert ist, um mittels eines Steuerungsobjektsin den Prozessregelkreis einzugreifen und zu veranlassen, dass diesereine Selbstabstimmungsprozedur durchläuft, und dass ein Abstimmdaten-Stapelspeicherin einer der Prozessvorrichtungen ein dem Steuerungsobjekt zugeordnetes Abstimmsignalzusammen mit einer Zeitmarke übernimmtund speichert, wobei die letztere den Zeitpunkt angibt, zu dem dieVorrichtung auf das Abstimmsignal eingewirkt hat. Ein Messdaten-Stapelspeicherist in der gleichen oder einer anderen Prozessvorrichtung vorgesehenund bewirkt den Erhalt und die Speicherung eines Antwort- oder Messsignals,das von der Prozessvorrichtung zusammen mit einer Zeitmarke erzeugtwurde, die den Zeitpunkt angibt, zu dem das Antwortsignal generiertoder erfasst wurde. Ein zweites Abstimmelement, das beispielsweise ineinem Steuerungsgerätoder einer Workstation enthalten sein kann, erhält in periodischer Weise Datenvom Abstimmdaten-Stapelspeicher und vom Messdaten-Stapelspeicherund bestimmt einen Abstimmparameter, der für die Abstimmung des Prozessregelkreisesgenutzt wird.
    [0009] 1 istein schematisches Blockdiagramm eines verteilten Prozesssteuerungsnetzwerkes,das ein Selbstabstimmungssystem umfasst;
    [0010] 2 istein schematisches Blockdiagramm, das den Informationsfluss in einerAusführungsform desSelbstabstimmungssystems der 1 zeigt;
    [0011] 2A istein funktionales Blockdiagramm, das eine Steuerungsroutine in einerAusführungsformdes Selbstabstimmungssystems der 1 zeigt;
    [0012] 3A-3C sindDiagramme, die Signale repräsentieren,wie sie in einer Ausführungsformdes Selbstabstimmungssystems der 1 genutztund gespeichert werden können;
    [0013] 4 istein schematisches Blockdiagramm, das den Informationsfluss in Datenregisterzeigt, die einem Selbstabstimmungssytem zugehörig sind;
    [0014] 5 istein schematisches Blockdiagramm, das eine Datensammelprozedur zeigt,die Daten sammelt und nutzt, die in einem Datenregisterpaar einesSelbstabstimmungssystems gespeichert sind; und
    [0015] 6 istein schematisches Blockdiagramm, das den Informationsfluss in einerweiteren Ausführungsformeines Selbstabstimmungssystems zeigt.
    [0016] 1 zeigtein verteiltes Steuerungsnetzwerk (DCN) 2, das eine odermehrere Benutzerschnittstelleneinrichtungen umfasst, allgemein mit Bezugszeichen 4 bezeichnet,die überein Kommunikationsnetzwerk 6 miteinander verbunden sind.Das Netzwerk 6 kann ein lokales Ethernet-Netzwerk (LAN)gemäß StandardIEEE 802.3 oder jedes andere geeignete Kommunikationsnetzwerk sein.Die Benutzerschnittstelleneinrichtungen 4 können verschiedenartigenetzwerkfähigeTerminals wie z.B. ein Touchpanel 8, ein Personalcomputer 10,ein Laptop 12 mit drahtloser Netzwerkfähigkeit und/oder ein drahtloserPersonal Digital Assistant 14 (PDA) sein, die über einendrahtlosen Router 16 verbunden sind. Der drahtlose Router 16 kanndabei IEEE 802.11x entsprechen (wobei x für ein bestimmtes drahtloses Protokollsteht, beispielsweise a, b oder g), um so die nahtlose Kommunikationzwischen dem LAN und den drahtlosen Geräten 12 und 14 herzustellen.
    [0017] Das DCN 2 umfasst des Weiterendie Steuerungsgeräte 18 und 20,die übereinen Hub 22 angeschlossen sein können, der mit dem Netzwerk 6 in Verbindungsteht, und die fähigsind, eine Prozesssteuerungsroutine in einem eigenen Speicher zuhalten und um die Prozesssteuerungsroutine auf einem Prozessor zuimplementieren (in den Steuerungsgeräten 18, 20 nichtdargestellt). Die Steuerungsgeräte 18 und 20 sindaußerdemin der Lage, mit Funktionsblöckenzu kommunizieren, die sich in einer Vielzahl von über denphysikalischen Prozess, allgemein mit Bezugszeichen 24 bezeichnet,verteilten Feldvorrichtungen befinden. Die Steuerungsgeräte 18 und 20 können, nurals Beispiel, DeltaVTM-Steuerungseinrichtungensein, die von Fisher-Rosemount Inc. Systems vertrieben werden, undkönnenso konfiguriert sein, dass sie ein beliebiges proprietäres oderoffenes Kommunikationsprotokoll wie z.B. die HART®, PROFIBUS® unddie Fieldbus-Protokolle verwenden. In dieser Konfiguration können diedrahtlosen Geräte,der PDA 14 und der Laptop 12 sowie das Touchpanel 8 undder Personalcomputer 10 genutzt werden, um mit den Steuerungsgeräten 18 und 20 zu kommunizieren,um Information überdie einzelnen Elemente des physikalische Prozesses 24 zuerhalten. Wenn es sich bei den Steuerungsgeräten 18 und 20 umDeltaVTM-Steuerungsgeräte handelt, können diesekonfiguriert werden, um grafische Darstellungen der in den Steuerungsgeräten 18 und 20 implementiertenProzesssteuerungsroutinen bereitzustellen. Wenn gewünscht, istes darüberhinaus möglich, dassein Nutzer eine Selbstabstimmungsroutine über eine der mit dem Netzwerk 6 verbundenBenutzerschnittstellen 4 initialisieren kann.
    [0018] Die Steuerungsgeräte 18 und 20 sind über beliebigeStandardtypen von Eingabe/Ausgabegeräten (I/O-Geräten) 26, 28 und 30 miteiner Vielzahl von Feldvorrichtungen innerhalb des gesamten physikalischenProzesses verbunden. In der Darstellung kommuniziert das I/O-Gerät 26 mitden Feldvorrichtungen 32-36 in einer vom HART®-Protokollgeforderten Punkt-zu-Punkt-Topographie. Alternativ ist das dargestellteI/O-Gerät 28 ineiner vom PROFIBUS®-Protokoll gefordertenRingstruktur kommunikativ mit den Feldvorrichtungen 38-46 verbunden,währenddas I/O-Gerät 30 mitFeldvorrichtungen 48-50 verbunden dargestellt ist, beidenen es sich um Fieldbus-Geräte handelnkann, die einen Bus 56 verwenden, der entsprechend einemFieldbus-Protokollkonfiguriert ist. Bei den I/O-Geräten 26, 28 und 30 kannes sich um Standardtypen von I/O-Geräten handeln, über die analogeGerätemit 4–20mA-Signalen, digitale Gerätemit digitalen Protokollsignalen oder beliebige Kombinationen solcherGeräteangeschlossen werden können.Außerdemkann es sich bei den Feldvorrichtungen 32-54 um jeden beliebigenTyp von Feldvorrichtungen handeln, einschließlich, jedoch nicht hieraufbeschränkt,optische Sensoren, Thermoelemente, Ventilstellungsregler, Servopositionierer,Ventilsteuerungen usw.
    [0019] 2 zeigtein schematisches Blockdiagramm eines Satzes von Routinen, wobeieinige von diesen Funktionsblöckesein können,die verbunden sind, um einen beispielhaften selbstabstimmenden Regelkreisim DCN 2 zur Steuerung des physikalischen Prozesses 24 der 1 zu bilden. Im Blockdiagrammder 2 enthält die Benutzerschnittstelle (UserInterface – UI) 4 eineaktive grafische Darstellung der Steuerung 58, die voneiner DeltaVTM-Anwendung generiert werdenkann, repräsentiertdurch die vom Steuerungsgerät 20 implementierteSteuerungsroutine 60. Es ist anzumerken, dass im Fall des UI 4 alsdrahtloses Gerät,wie beispielsweise der Laptop 12 oder der PDA 14,die grafische Darstellung der Steuerung 58 wahrscheinlicheine HTML- (Hypertext Markup Language) oder XML-(Extensible MarkupLanguage)-Repräsentationder Steuerungsroutine 60 ist, die mittels eines Web-Browserswie z.B. dem Microsoft Internet Explorer® oderdem Netscape Navigator® zugreifbar ist.
    [0020] Die im Steuerungsgerät 20 implementierte Steuerungsroutine 60 kanndie gesamte Kontrolle der direkt mit dem Fieldbus-Bus 56 verbundenen Feldvorrichtungen 48-54 übernehmen,oder sie kann konfiguriert sein, um die Steuerung und/oder Überwachungdes gesamten DCN 2 bereitzustellen. Im Betrieb kann dieSteuerungsroutine 60 konfiguriert sein, um eine Vielzahlvon Steuersignalen in Abhängigkeitvon den jeweiligen Feldvorrichtungen 32-54 zu generieren,mit denen kommuniziert wird, oder die in einem speziellen Regelkreisgesteuert werden.
    [0021] Um einen speziellen Regelkreis zuimplementieren, ist die Steuerungsroutine 60, wie in 2 gezeigt, kommunikativmit einem PID-Funktionsblock 62 und einem analogen Ausgangsfunktionsblock (A0) 64 verbunden,die in der Feldvorrichtung 50 ablaufen, und mit einem analogenEingangsfunktionsblock (A1) 66, der in der Feldvorrichtung 52 abläuft. Wiein 2A detaillierterdargestellt, kann die Steuerungsroutine 60 einen A1-Schattenfunktionsblock 68,einen PID-Schattenfunktionsblock 70 und einen A0-Schattenfunktionsblock 72 enthalten,von denen jeder kommunikativ mit den jeweils entsprechenden Funktionsblöcken 66, 62 und 64 inden Feldvorrichtungen 50 und 52 verbunden ist.Die Schattenfunktionsblöcke 68-70 können beispielsweisein der Weise funktionieren, wie in der US-Patentschrift 09/151,084 mitdem Titel "ShadowFunction Blocks Interface for Use in a Process Control Network" (Schattenfunktionsblöcke für den Einsatzin einem Prozesssteuerungsnetzwerk) beschrieben, deren Offenlegung hierinals Referenz einbezogen wird. In diesem speziellen Beispiel sinddie Schattenfunktionsblöcke 68-72 konfiguriert,um den Status und die Daten zu spiegeln, die den entfernt in denFeldvorrichtungen 50 und 52 ablaufenden tatsächlichenFunktionsblöcken 62-66 zugehörig sind.Die Schattenfunktionsblöcke 68-72 kommunizierenin asynchroner Weise überden Fieldbus-Bus 56, so dass die Steuerungsroutine 60 soarbeitet, als ob die tatsächlichenFunktionsblöcke 62-66 imSteuerungsgerät 20 insynchroner Weise entsprechend den Programmvorgaben des Steuerungsgeräts ablaufen,ohne überden Fieldbus-Bus 56 kommunizieren zu müssen. Darüber hinaus sind im System der 2 die tatsächlichen Funktionsblöcke 62-66 mittelssynchroner Fieldbus-Kommunikation kommunikativ miteinander verbunden,wie dies die durchgezogenen Linien in 2 verdeutlichen,um einen Regelkreis 74 zu definieren. Es versteht sichvon selbst, das dieses Beispiel ausschließlich zur Illustration einesVerfahrens zur Konfiguration des einfachen Regelkreises 74 gedachtist, und dass andere möglicheKonfigurationen die Anordnung des tatsächlichen PID-Funktionsblocks 62 imSteuerungsgerät 20 unddas Absetzen von Steuersignalen an die Feldvorrichtung 52 insynchroner oder asynchroner Weise umfassen, wobei in diesem Fallder PID-Schattenfunktionsblock 70 nicht erforderlich wäre. Selbstverständlich könnte der PID-Funktionsblock 66 ebensogut auch in anderen Feldvorrichtungen eingerichtet werden.
    [0022] Typischerweise werden während desKonfigurierungsprozesses des DCN 2 dem A1-Funktionsblock 66,dem PID-Funktionsblock 62 und dem A0-Funktionsblock 64 (möglicherweiseaufeinanderfolgend) synchrone Kommunikationsperioden innerhalb derFieldbus-Makrozyklen zugeteilt, um so einen Regelkreis 74 zudefinieren. Auf diese Weise kann der A1-Funktionsblock 66 denPID-Funktionsblock 62 mit einem Wert versorgen, der für eine aneinem Punkt innerhalb des physikalischen Prozesses 24 gemesseneProzessvariable kennzeichnend ist. Der PID-Funktionsblock 62 wiederumkann einen Steuerwert fürdas Ansteuern einer Feldvorrichtung bestimmen, beispiels weise einesVentils, das in Kommunikation mit dem A0-Funktionsblock 64 steht.Der A0-Funktionsblock 64 kann anschließend dem gesteuerten Gerät, an demdie Messung vorgenommen wurde (z.B. der Feldvorrichtung 50 und/oder 52),ein Steuersignal übermitteln,das fürden generierten Steuerwert kennzeichnend ist. Der durch diese Funktionsblöcke definierteRegelkreis 74 durchläuftdie beschriebene Sequenz abhängigvon den Prozessanforderungen und den Verstärkungscharakteristiken mehrereMale in iterativer Weise, bis die gemessene Prozessvariable gleichdem gewünschtenWert oder dem Sollwert ist.
    [0023] Die Steuerungsroutine 60 kanndie Schattenfunktionsblöcke 68-70 der 2A beinhalten, um den Statusund die Funktion der tatsächlichenFunktionsblöcke 62-66 zu überwachenund um mittels asynchroner Kommunikation über den Fieldbus-Bus 56 Eingabenan diese zu übergeben(wie in 1 dargestellt).Das Steuerungsgerät 20 kannjedoch des weiteren eine Selbstabstimmungsroutine 76 beinhalten,die kommunikativ mit der Steuerungsroutine 60 verbundenist. Es versteht sich von selbst, dass die Selbstabstimmungsroutine 76 imUI 4 ablaufen kann und einfach eine Steuerungs-Subroutine im Steuerungsgerät 20 aufruft,oder dass sie, wie in 2 gezeigt,im Steuerungsgerät 20 selbstausgeführtwird. Die Selbstabstimmungsroutine 76 stellt bei ihrerAktivierung, beispielsweise überdie Steuerungsanzeige 58 oder entsprechend einem planmäßigen Wartungszyklus,ein Abstimmsignal an das Steuerungsobjekt oder den Funktionsblock(z.B. den PID-Funktionsblock 62) bereit, der in den durchdie Funktionsblöcke 62-66 definiertenRegelkreis 74 einbezogen ist, damit der Regelkreis 74 eineAbstimmprozedur ausführt.Insbesondere veranlasst die Selbstabstimmungsroutine 76 denPID-Funktionsblock 62, ein bekanntes Steuersignal u' zu generieren, in dessenFolge beispielsweise der Regelkreis 74 induzierte Schwingungenoder eine sprunghafte Veränderungdurchläuft.Eine Ausgabe des Regelkreises 74, beispielsweise eine Ausgabe,die vom A1-Funktionsblock 66 gemessen wird oder diesemund der bekannten Eingabe (dem Steuersignal) zugeordnet ist, kannanschließendin beliebiger bekannter Weise zur Bestimmung einer oder mehrererProzesscharakteristiken des fürdie Abstimmung herangezogenen Prozesses dienen. In der beispielhaftenAusführungsformder 2 bestimmt die Selbstabstimmungsroutine 76 diedem Prozess zugehörigenProzesscharakteristiken (Grenzverstärkung, Zeitkonstante etc.)und nutzt diese Parameter zur Bestimmung oder Aktualisierung derVerstärkungswertefür denProportional-Integral-Differential (PID)-Funktionsblock 62.
    [0024] Im Betrieb weist die Selbstabstimmungsroutine 76 dieSteuerungsroutine 60, oder genauer gesagt den PID-Schattenfunktionsblock 70 an,dem Prozess kontrollierte Schwingungen oder Störungen aufzuprägen. Wieweiter oben erläutert,kommunizieren der PID-Schattenfunktionsblock 70, der inder Steuerungsroutine 60 abläuft, und die entfernte Feldvorrichtung 50 inasynchroner Weise miteinander, so dass Information von der Feldvorrichtung 50 auchder Steuerungsroutine 60 in asynchroner Weise zur Verfügung stehtund umgekehrt. Wenn daher der PID-Schattenfunktionsblock 70 dieAnweisung erhält, inkontrollierte Störungenzu gehen, wird die Anweisung in asynchroner oder unregelmäßiger Weise über dasFieldbus-Netzwerk 56 an den PID-Funktionsblock 62 übermittelt,der in der Feldvorrichtung 50 abläuft. Da die Anweisung in asynchronerWeise übermitteltwird (d.h. immer dann, wenn keine regelmäßige Kommunikation vorliegt),kann die Selbstabstimmungsroutine 76 verfolgen, wann dieAnweisung abgesetzt wurde, sie kann aber nicht feststellen, wanndie Anweisung tatsächlich über denFieldbus-Bus 56 ausgetauscht oder vom PID-Funktionsblock 62 erhaltenwurde.
    [0025] 3A zeigtdas ursprünglicheStörsignalu repräsentiertdurch ein kontinuierliches Sinussignal mit einer Periode T, wiees fürdie Selbstabstimmungsprozedur verwendet werden kann. Die digitale Repräsentationdes Störsignalsu besteht in einer Folge diskreter Schritte, die als Segmente ui bezeichnet sind (wobei der Index i diediskreten Zeitabschnitte fürjedes Segment benennt). Es ist unmittelbar klar, dass die Segmenteui des Störsignals, wie in 2 durch eine gestrichelteLinie angedeutet, durch die Steuerungsroutine 60 in asynchronerWeise an die Feldvorrichtung 50 übermittelt werden. Da die Segmenteui des Störsignals asynchron übermitteltwerden (d.h. in unregelmäßiger Weise),sind die Steuerungsroutine 60 und die Selbstabstimmungsroutine 76 selbstnicht in der Lage, genau festzustellen, wann die Segmente bei derFeldvorrichtung 50, und genauer gesagt, beim PID-Funktionsblock 62,eintreffen. Die praktische Auswirkung eines solchen Kommunikationssystemsist, dass die in 3A dargestellten Segmenteui des Störsignals in unregelmäßigen Abständen jenach Ver fügbarkeitder Systemkommunikation übermitteltwerden, woraus erhaltene Störsignalsegmentexi resultieren, wie beispielhaft in 3B dargestellt.
    [0026] Die erhaltenen Störsignalsegmente xi haben diegleiche Größe wie dieursprünglichenStörsignalsegmenteui, aber eine insgesamte Periodendauer vonT + ΔT.Die Änderungbei der Periodendauer ΔT istkennzeichnend fürdie Gesamtheit der kommunikationsbedingten Abweichungen (im vorliegenden Beispieleiner Verzögerungdurch die Kommunikation) zwischen Generierung und Übertragungdes Störsignalsu und dem Erhalt des Störsignalsx durch die Feldvorrichtung 50. Alternativ können dieerhaltenen Störsignalsegmentexi zwar die gleiche oder in etwa die gleichePeriode aufweisen, aber möglicherweisenicht mehr in exakt periodischer Weise erhalten werden und somitkein einfaches Sinussignal mehr darstellen.
    [0027] Die Feldvorrichtung 50,bei der es sich beispielsweise um einen Ventilstellungsregler handeln kann,enthältdes Weiteren einen Trendblock 78, der mit dem PID-Funktionsblock 62 und/oderdem A0-Funktionsblock 64 zusammenarbeitet. Der Trendblock 78 fungiert,wie in 2 gezeigt, imWesentlichen als ein Register oder als ein Stapelspeicher zur Erfassungund Speicherung der erhaltenen Störsignalsegmente xi.Die erhaltenen Störsignalsegmente xi – x1 sind in chronologischer Folge gespeichertdargestellt, könnenaber auch in jeder anderen abrufbaren Ordnung gespeichert werden,indem die einzelnen Segmente einfach nur mit einer Zeitmarke versehenwerden. Es versteht sich außerdemvon selbst, dass je nach der verwendeten Abstimmprozedur die erhaltenenStörsignalsegmentexi in einer Konfiguration First-in-First-out(FIFO) oder in einer Konfiguration Last-in-First-out (LIFO) gespeichertenwerden können.Wenn es sich bei dem Trendblock 78 um ein standardmäßiges Trendobjektdes Fieldbus-Protokolls handelt, kann dieses in regelmäßigen Abständen dieSignalsegmente xi speichern und es kann eineeinzelne Zeitmarke entsprechend der letzten gespeicherten Datenabfrageabspeichern. Die den übrigengespeicherten Datenabfragen zuzuordnende Zeit kann in bekannterWeise aus der Zeitmarke und der periodischen Erfassungsrate desTrendobjekts bestimmt werden. Alternativ könnte das Trendobjekt 78 eineZeitmarke fürjedes Datensignalsegment abspeichern, die angibt, wann das Datensegmenterhalten wurde. Die Datenerfassung durch das Trendobjekt 78 kannau ßerdemdurch das Abstimmsignal oder durch ein separates Signal von derSteuerungsroutine 60 oder der Selbstabstimmungsroutine 76 gestartetwerden.
    [0028] Die erhaltenen Störsignalsegmente xi können anschließend vomPID-Funktionsblock 62 genutzt werden, um ein geeignetesSteuersignal fürden A0-Funktionsblock 64 zu berechnen, das auf den erhaltenenStörsignalsegmentenxi basiert. Obwohl das Trendobjekt 78 soverbunden dargestellt ist, dass es Eingaben des PID-Funktionsblocks 62 erhält, beispielsweisedie erhaltenen Störsignalsegmentexi, könntees statt dessen die Ausgaben des PID-Funktionsblocks 62 sammelnund speichern, beispielsweise die Segmente ui' des Aussteuerungssignals,d.h. die Eingaben fürden A0-Funktionsblock 64.Wie 2 außerdem zeigt,stellt der A1-Funktionsblock 66 das Antwortsignal y inForm von in 3C dargestelltenAntwortsignalsegmenten yi bereit, um den PID-Funktionsblock 62 über synchroneFieldbus-Kommunikation zu steuern. Darüber hinaus stellt der A0-Funktionsblock 64 einRückführungssignalfür denPID-Funktionsblock 62 bereit.
    [0029] Es versteht sich von selbst, dassder A1-Funktionsblock 66 in der Feldvorrichtung 62,bei der es sich um einen Messwertumformer oder um ein beliebigesanderes Geräthandeln kann, das fähigist, das Antwortsignal y zu messen oder zu detektieren, über denFieldbus-Bus 56 kommunikativ mit der Feldvorrichtung 50 verbundenist (siehe 1) und die Antwortsignalsegmenteyi misst. Der A1-Funktionsblock 66 übermitteltdie gemessenen Daten zusätzlichan einen Trendblock 80. Es sei angemerkt, dass, obwohlder A1-Funktionsblock 66 die Antwortsignalsegmente yi in periodischer Weise auf Basis der Blockausführungsratemisst, die Antwortsignalsegmente yi dasaktuelle Steuersignal so widerspiegeln, wie es von der Feldvorrichtung 50 inasynchroner oder unregelmäßiger Weisebeeinflusst wird.
    [0030] Der Trendblock 80 (der inder gleichen Weise und/oder zur gleichen Zeit wie der Trendblock 78 initiiertwerden kann) erhältdie Antwortsignalsegmente yi vom A1-Funktionsblock 66,um diese wie in 4 gezeigtund wie weiter oben in Verbindung mit dem Trendblock 78 beschriebenzu katalogisieren und zu speichern. Selbstverständlich kennzeichnet der Trendblock 80 dieDaten ebenfalls mit einer oder mehreren Zeitmarken. Der Trendblock 80 enthält eineteilweise oder vollständigeSignalauf zeichnung der Zeitpunkte der Generierung der Antwortsignalsegmenteyi durch die Feldvorrichtung 50 inReaktion auf die Störsignalsegmentexi. Die im Trendblock 80 enthalteneSignalaufzeichnung katalogisiert und speichert die Antwortsignaley lokal (d.h. es besteht keine Notwendigkeit des asynchronen Austauschs derAntwortsignalsegmente yi mit dem Steuerungsgerät 20 odereinem anderen Gerätwährendder Ausführungder Abstimmroutine), so dass die durch das Kommunikationsverfahrenbedingte Zeitverzögerung(d.h. ΔT)entfällt.Stattdessen könnendie Trendblöcke 78 und 80,nachdem sie bestimmte Datenmengen gesammelt haben, beispielsweise16 Datensignale, diese Daten jeweils insgesamt, d.h. als einzelneNachricht, asynchron an das Steuerungsgerät 20 übermitteln.Der Datenpaketverkehr kann in jeder beliebigen Weise erfolgen, beispielsweisedurch Zusammenstellung einer abgegrenzten Datei oder durch Bereitstelleneines kontinuierlichen Datenstroms, wobei jedem Abschnitt der gesammeltenDaten eine bestimmte Position innerhalb der Datenfolge zugeordnetist, so dass die Daten von dem oder den Zielgeräten ausgelesen werden können, wenndiesen die zugeordneten Positionen bekannt sind.
    [0031] 5 zeigtdie Trendblöcke 78 und 80,die überden Fieldbus-Bus 56 und das I/O-Gerät 30 in kommunikativerVerbindung mit einem Identifizierungsalgorithmus 82 stehen.Der Identifizierungsalgorithmus 80, der in die Selbstabstimmungsroutine 76 oderdie Steuerungsroutine 60 integriert sein kann, wobei diesjedoch nicht zwingend der Fall ist, stellt ein System zur Kompensationder Auswirkung der kommunikationsbedingten Verzögerungszeit zwischen der Selbstabstimmungsroutine 76 unddem gesteuerten Gerät(im diesem Beispiel die Feldvorrichtung 50) bereit, indemer die erhaltenen Signalsegmente xi (oderui')und die entsprechenden gespeicherten Antwortsignalsegmente yi in Bezug zueinander bringt. Beispielsweisekönnendie Trendblöcke 78 und 80 jedeserhaltene Signalsegment (xi und yi) mit einer Zeitmarke verbinden, die angibt,wann durch den jeweiligen Block auf das Störsignalsegment xi zugegriffenwurde, und wann des Antwortsignalsegment yi gemessenwurde. Da die Zeitmarke angibt, oder aus dieser bestimmt werdenkann, wann jedes Signalsegment (xi und yi) lokal erhalten oder von den Feldvorrichtungen 50 und 52 generiertwurde, ist es nicht erforderlich, kontinuierlich mit der Steuerungsroutine 50 zukommunizieren, so dass die durch die asynchrone Kommunikation bedingteZeitverzögerungentfällt.Durch die Eliminierung der kommunikationsbedingten Verzögerung kannder Identifizierungsalgorithmus 80 die korrelierten Datensegmente,die auf xi und yi basieren,für einegenauere Berechnung der Prozesscharakteristiken des Regelkreiseswie z.B. Grenzverstärkung,Zeitkonstante, Antwortzeit etc. nutzen. Die berechneten Prozesscharakteristikenkönnen,wenn erforderlich, anschließendan die Selbstabstimmungsroutine 76 übermittelt werden, die beispielsweiseneue PID-Verstärkungenfür denPID-Funktionsblock 66 festlegen kann. Die Selbstabstimmungsroutine 76 übermittelt danndiese neuen Verstärkungswertein asynchroner Weise an den PID-Funktionsblock 62. Obwohlsich diese beispielhaften Ausführungsformenauf PID-Funktionsblöckebeziehen, ist klar, dass das Steuerungselement jedes geeignete Steuerungselementsein kann, beispielsweise ein PI-Funktionsblock, ein Fuzzy-Logik-Steuerungsfunktionsblock, einFunktionsblock fürein neuronales Netzwerk etc.
    [0032] 6 zeigtein schematisches Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsformmiteinander verbundener Funktionsblöcke, die einen beispielhaftenSelbstabstimmungskreis bilden, wobei der Regelkreis vollständig ineiner einzelnen Feldvorrichtung 54 implementiert ist. Indieser beispielhaften Ausführungsformenthältdas DCN 2 die UI 4, die die Steuerungsanzeige 58 einschließlich derSelbstabstimmungsroutine 76 abwickeln kann, und die kommunikativmit dem Steuerungsgerät 20 verbunden ist.Das Steuerungsgerät20 wiederum führtdie Steuerungsroutine 60 aus, die die Schattenfunktionsblöcke 68-70 beinhaltenkann, die die innerhalb des Prozesses angeordneten tatsächlichenFunktionsblöcke 62-66 repräsentieren.Die Selbstabstimmungsroutine 76 veranlasst die Steuerungsroutine 60 zurGenerierung eines Störsignalsu, das in asynchroner Weise an eine Feldvorrichtung 54 übermitteltwird, und das als das resultierende Störsignal x übernommen wird.
    [0033] Die Feldvorrichtung 54 enthält die Trendblöcke 78 und 80,den PID-Funktionsblock 62, den A0-Funktionsblock 64 undden A1-Funktionsblock 66. In dieser Konfiguration werdendie Störsignalsegmentexi (oder Steuerungsstörsignalsegmente ui') in der oben beschriebenenund in 4 dargestellten Weisevom ersten Trendblock 78 erhalten und können zur Steuerung des PID-Funktionsblockes 62 genutztwerden. Der PID-Funktionsblock 62 ist wiederum kommunikativmit dem A0-Funktionsblock 62 verbunden, der ein Rückführungssignalfür den PID-Funktionsblock 62 bereitstellt,um einen Regelkreis zu bilden. Der A1-Funktionsblock 66 inder Feldvorrichtung 54, bei der es sich um einen Messwertumformeroder um ein beliebiges anderes Gerät handeln kann, das fähig ist,das Antwortsignal y zu messen, misst das Antwortsignal yi und stellt die gemessenen Daten in Formvon Antwortsignalsegmenten yi für den Trendblock 80 undden PID-Funktionsblock 62 bereit.
    [0034] Der Trendblock 80 erhält die Antwortsignalsegmenteyi zur Katalogisierung und Speicherung undenthälteine vollständigeSignalaufzeichnung der Zeitpunkte der Generierung der Antwortsignalsegmenteyi durch den PID-Funktionsblock 62 inReaktion auf die Störsignalsegmentexi. Da die Trendblöcke 78 und 80 indie Feldvorrichtung 54 einbezogen sind, ist keine kommunikationsbedingteZeitverzögerung (ΔT) gegeben,die durch die sonst notwendige asynchrone Kommunikation zwischenzwei Gerätenverursacht wird. Die in den Trendblöcken 78 und 80 katalogisiertenund gespeicherten und, wie in 5 dargestellt,an den Identifizierungsalgorithmus 82 übermittelten Daten resultierensomit in einer exakten Beschreibung der Prozessparameter.
    [0035] Um daher allgemein Prozessparametermit der geforderten Genauigkeit zu berechnen, sammeln die Trendblöcke 78 und 80 diegewünschtenDatensegmente xi (oder ui') und yi lokal(d.h. ohne diese an das Steuerungsgerät 20 übermittelnzu müssen),wobei durch die Zuordnung von Zeitmarken zu den Daten die Nichtübereinstimmungaufgrund der durch die asynchrone Kommunikation zwischen den Geräten bedingtenZeitverzögerungbzw. Nacheilung aufgehoben wird. Die Datensegmente xi undyi (fürdas vorliegende Beispiel x3 und y3) repräsentierendas erhaltene Störsignalsegmentund das Antwortsignalsegment, die beide in den Trendblöcken 78 und 80 mit Zeitmarkengekennzeichnet werden. Durch Berechnung der Zeitdifferenz zwischendem Eingang des Störsignalsegmentsx3 und der Detektion eines Antwortsignalsegmentsy3 kann ΔTbestimmt und ignoriert oder kompensiert werden. Die resultierenden korreliertenWerte fürx3 und y3 können vonder Selbstabstimmungsroutine 76 genutzt werden, um die Prozesscharakteristikenmit größerer Genauigkeitzu berechnen. Die erhaltenen Prozesscharakteristiken können inbeliebiger bekannter Weise genutzt werden, um neue Abstimmparameter,beispielsweise neue Verstärkungenfür dieSteuerungselemente, z.B. den PID-Funktionsblock 62, zubestimmen. Diese Abstimmparameter können anschließend vonder Selbstabstimmungsroutine 76 über das Steu erungsgerät 20 anden Funktionsblock der Steuerung (z.B. den PID-Funktionsblock 62) übermitteltwerden.
    [0036] Bei der Implementierung kann jedesder hierin beschriebenen Elemente einschließlich der Funktionsblöcke etc.in Form von Software implementiert werden, die auf einem beliebigenrechnerlesbaren Speichermedium wie z.B. Magnetplatte, Laser- oder optischeDisk, oder auf einem anderen Speichermedium, in einem RAM oder einemROM eines Computers oder Prozessors etc. abgelegt wird. Ebenso kann dieSoftware an einen Nutzer, einen Betrieb, eine Bedienerworkstation,ein Steuergerät,einen Logiksolver oder an jede andere Rechnereinheit auf einer rechnerlesbarenDisk oder einem anderen transportablen Speichermedium für Computeroder übereinen Kommunikationskanal wie z.B. eine Telefonleitung, das Internet,das World Wide Web, jedes andere lokale oder Fernnetz etc. übermitteltwerden (wobei unter Übermittlungauch die Bereitstellung solcher Software auf einem transportablenSpeichermedium zu verstehen ist). Des Weiteren kann die Softwaredirekt ohne Modulation oder Verschlüsselung oder aber moduliertund/oder verschlüsseltmittels einer geeigneten Übertragungs-und/oder Verschlüsselungstechnikbereitgestellt werden, bevor sie über einen Kommunikationskanal übermitteltwird.
    [0037] Währenddie vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformenbeschrieben worden ist, die die Erfindung nur verdeutlichen undnicht einschränkensollen, wird es fürden Fachmann offensichtlich sein, daß Änderungen, Hinzufügungen oderWeglassungen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werdenkönnen, ohnevom Geist und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.
    Fig. 1 4 BenutzerschnittstelleUI 12,20 Steuerungsgerät 26,28, 30 I/O
    Fig. 2 4,20 wieoben 50,52 Feldvorrichtung 58 Steuerungsanzeige 60 Steuerungsroutine 62 PID-Funktionsblock 64 A0-Funktionsblock 66 A1-Funktionsblock 76 Selbstabstimmungsroutine 78,80 Trendblock
    Fig. 2A 68 A1-Funktionsblock(Schattenblock) 70 PID-Funktionsblock(Schattenblock) 72 A0-Funktionsblock(Schattenblock)
    Fig. 3A, 3B, 3C –
    Fig. 4 62,66, 78, 80 wieoben
    Fig. 5 76,78, 80 wieoben 82 Identifizierungsalgorithmus
    Fig. 6 4,20 wieoben 54 Feldvorrichtung 58,60, 62, 64, 66, 76, 78, 80 wieoben
    权利要求:
    Claims (42)
    [1] Selbstabstimmung für den Einsatz in einem verteiltenProzesssteuerungsnetzwerk fürdas Abstimmen eines Prozessregelkreises, der ein Steuerungsobjektaufweist, das eine erste Feldvorrichtung in einem Prozess und einMessobjekt steuert, das in einer Feldvorrichtung angeordnet ist,die eine dem Prozess zugehörigeProzessvariable misst, wobei die Selbstabstimmung umfasst: einerstes Abstimmelement, das konfiguriert ist, um ein Abstimmsignalzu generieren, das vom Steuerungsobjekt im Prozessregelkreis während einerAbstimmprozedur genutzt wird; ein erstes Datensammelobjekt,das in der ersten Feldvorrichtung angeordnet ist, und das eine Vielzahl vonSteuerdatensignalen sammelt und speichert, die während der Abstimmprozedur demSteuerungsobjekt zugehörigsind, und einen Zeitvermerk, der einem oder mehreren der Steuerdatensignalezugeordnet ist; ein zweites Datensammelobjekt, das in derselben Feldvorrichtungangeordnet ist wie das Messobjekt, das eine Vielzahl von Messdatensignalensammelt und speichert, die währendder Abstimmprozedur dem Messobjekt zugehörig sind, und einen Zeitvermerk,der einem oder mehreren der Messdatensignale zugeordnet ist; einzweites Abstimmelement, das konfiguriert ist, um die Vielzahl derSteuerdatensignale und die Vielzahl der Messdatensignale zu erhalten,und um aus der Vielzahl von Steuerdatensignalen und der Vielzahl vonMessdatensignalen einen Abstimmparameter zu bestimmen, der für die Abstimmungdes Steuerungsobjekts genutzt wird.
    [2] Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das ersteund das zweite Datensammelobjekt in derselben Feldvorrichtung angeordnetsind.
    [3] Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das ersteund das zweite Datensammelobjekt in verschiedenen Feldvorrichtungenangeordnet sind.
    [4] Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das ersteund das zweite Datensammelobjekt Trendobjekte in einem Fieldbus-Protokollsind.
    [5] Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das ersteAbstimmelement konfiguriert ist, um ein Abstimmsignal zu generieren,welches das Steuerungsobjekt veranlasst, eine Sprungeingabe oderein sinusförmigesSteuersignal zu generieren.
    [6] Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das ersteAbstimmelement in derselben Vorrichtung angeordnet ist wie das Steuerungsobjekt.
    [7] Selbstabstimmung nach Anspruch 6, bei der das ersteAbstimmelement und das Steuerungsobjekt in einem Steuerungsgerät angeordnetsind.
    [8] Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das ersteAbstimmelement in einem anderen Gerät angeordnet ist als das Steuerungsobjekt,und bei der das Steuerungsobjekt in einer Feldvorrichtung angeordnetist, die dem Prozess zugehörigist.
    [9] Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das ersteAbstimmelement das Abstimmsignal zur Ausgabe an das Steuerungsobjektgeneriert, und bei der das erste Datensammelobjekt das Abstimmsignalsammelt und speichert, das vom Steuerungsobjekt erhalten wird.
    [10] Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das ersteAbstimmelement das Abstimmsignal zur Ausgabe an das Steuerungsobjektgeneriert, welches das Steuerungsobjekt veranlasst, ein Ausgabesteuersignalzu generieren, und wobei das erste Datensammelobjekt das Ausgabesteuersignalsammelt und speichert.
    [11] Selbstabstimmung nach Anspruch 10, bei der das Steuerungsobjekteine Proportional-Integral-Differential-Regelungsroutine enthält.
    [12] Selbstabstimmung nach Anspruch 10, bei der das Steuerungsobjekteine Proportional-Integral-Regelroutine enthält.
    [13] Selbstabstimmung nach Anspruch 10, bei der das Steuerungsobjekteine Fuzzy-Logik-Regelroutineenthält.
    [14] Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das ersteDatensammelobjekt eine Vielzahl von Steuerdatensignalen gleichzeitigan das zweite Abstimmelement sendet.
    [15] Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das zweiteAbstimmelement eine Grenzverstärkung alsProzesscharakteristik festlegt und die Grenzverstärkung zurBestimmung der Abstimmparameter nutzt.
    [16] Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das zweiteAbstimmelement eine Zeitkonstante als Prozesscharakteristik festlegtund die Zeitkonstante zur Bestimmung der Abstimmparameter nutzt.
    [17] Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das ersteund das zweite Datensammelobjekt asynchron über einen Bus mit dem zweitenAbstimmelement kommunizieren.
    [18] Selbstabstimmung nach Anspruch 17, bei der es sichbei dem Bus um einen Bus mit Fieldbus-Protokoll handelt.
    [19] Prozesssteuerungssystem zur Steuerung eines Prozesses,umfassend: ein in den Prozess eingeschaltetes Steuerungsgerät zur Ausführung vonSteuerungsaktivitäteninnerhalb des Prozesses; eine Vielzahl von Feldvorrichtungen,die kommunikativ mit dem Steuerungsgerät verbunden sind, wobei jededer Feldvorrichtungen einen Prozessor und einen Speicher enthält; einenRegelkreis, der ein Steuerungsobjekt und ein Messelement umfasst, wobeidas Messelement im Speicher abgelegt und geeignet ist, um vom Prozessoreiner ersten der Feldvorrichtungen ausgeführt zu werden; eine Selbstabstimmung,die geeignet ist, den Regelkreis abzustimmen, umfassend: einerstes Abstimmelement, das konfiguriert ist, ein Abstimmsignal zugenerieren, um mittels des Steuerungsobjekts in den Regelkreis einzugreifen,damit dieser eine Abstimmprozedur durchläuft; ein erstes Datensammelobjekt,das geeignet ist, eine Vielzahl von Steuerdatensignalen zu sammelnund zu speichern, die währendder Abstimmprozedur dem Steuerungsobjekt zugehörig sind, und einen Zeitvermerk,der einem oder mehreren der Steuerdatensignale zugeordnet ist; einzweites Datensammelobjekt, das in der ersten der Feldvorrichtungenangeordnet und geeignet ist, eine Vielzahl von Messdatensignalenzu sammeln und zu speichern, die während der Abstimmprozedur demMessobjekt zugehörigsind, und einen Zeitvermerk, der einem oder mehreren der Messdatensignalezugeordnet ist; und ein zweites Abstimmelement, das konfiguriertist, um die Vielzahl der Steuerdatensignale und die Vielzahl derMessdatensignale zu erhalten, und um aus der Vielzahl von Steuerdatensignalenund der Vielzahl von Messdatensignalen einen Abstimmparameter zu bestimmen,der fürdie Abstimmung des Prozessregelkreises genutzt wird; wobeiwenigstens das erste oder das zweite Datensammelobjekt in einemanderen Gerätangeordnet ist als das erste und das zweite Abstimmelement.
    [20] Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei demdas erste und das zweite Datensammelobjekt in derselben Feldvorrichtungangeordnet sind.
    [21] Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei demdas erste und das zweite Datensammelobjekt in verschiedenen Feldvorrichtungenangeordnet sind.
    [22] Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei demdas erste und das zweite Datensammelobjekt Trendobjekte in einemFieldbus-Protokoll sind.
    [23] Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei demdas erste Abstimmelement im selben Gerät angeordnet ist wie das Steuerungsobjekt.
    [24] Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 23, bei demdas erste Abstimmelement und das Steuerungsobjekt im Steuerungsgerät angeordnet sind.
    [25] Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei demdas erste Abstimmelement in einem anderen Gerät angeordnet ist als das Steuerungsobjekt,und bei dem das Steuerungsobjekt in einer aus der Vielzahl der Feldvorrichtungenangeordnet ist.
    [26] Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei demdas erste Abstimmelement das Abstimmsignal für das Steuerungsobjekt generiertund das erste Datensammelobjekt die Abstimmsignale sammelt und speichert,wie sie vom Steuerungsobjekt erhalten werden.
    [27] Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei demdas erste Abstimmelement das Abstimmsignal generiert, welches dasSteuerungsobjekt veranlasst, ein Ausgangssteuersignal zu generieren, undbei dem das erste Datensammelobjekt das Ausgangssteuersignal sammeltund speichert.
    [28] Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei demdas erste Datensammelobjekt eine Vielzahl der Steuerdatensignaleals ein einzelnes Kommunikationspaket mittels asynchroner Kommunikationan das zweite Abstimmobjekt übermittelt.
    [29] Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei demdas erste und das zweite Datensammelobjekt in asynchroner Weise über einenBus mit dem zweiten Abstimmelement kommunizieren.
    [30] Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 29, bei demes sich bei dem Bus um einen Bus mit Fieldbus-Protokoll handelt.
    [31] Verfahren fürdie Anwendung in einem verteilten Prozesssteuerungsnetzwerk, umeinen Prozessregelkreis abzustimmen, der ein Steuerungsobjekt aufweist,das wenigstens eine Feldvorrichtung innerhalb des Prozesses steuert,und ein Messobjekt, das eine Prozessvariable des Prozesses misst,umfassend die folgenden Schritte: Anstoßen des Steuerungsobjekts,damit dieses mindestens eine Feldvorrichtung zur Implementierung einerAbstimmprozedur veranlasst; Sammeln von Steuerdatensignalen,die dem Steuerungsobjekt währendder Abstimmprozedur in der mindesten einen Feldvorrichtung zugehörig sind,und Speichern der gesammelten Steuerdatensignale in einem erstenDaten-Stapelspeicherin der mindestens einen Feldvorrichtung, und Speichern eines Zeitvermerks,der einem oder mehreren Steuerdatensignalen in dem ersten Daten-Stapelspeicherzugeordnet ist; Sammeln von Messdatensignalen, die während der Abstimmprozedurdem Messobjekt in einer Feldvorrichtung zugehörig sind, in der das Messobjektangeordnet ist, und Speichern der Messdatensignale in einem zweitenDaten-Stapelspeicherin der Feldvorrichtung, in der das Messobjekt angeordnet ist, undSpeichern eines Zeitvermerks, der einem oder mehreren der Messdatensignalezugeordnet ist; Übermittelnder Steuerdatensignale im ersten Daten-Stapelspeicher und der Messdatensignaleim zweiten Daten-Stapelspeicher an ein zweites Abstimmelement; Auswertender Vielzahl von Steuerdatensignalen und der Vielzahl von Messdatensignalen,um eine Prozesscharakteristik zu bestimmen, die zur Abstimmung desProzessregelkreises dient; Heranziehen der Prozesscharakteristik,um einen oder mehrere Abstimmparameter zu generieren; und Übermittelnder Abstimmparameter an das Steuerungsobjekt.
    [32] Verfahren nach Anspruch 31, bei dem das Sammelnder Steuerdatensignale die Nutzung eines ersten Trendobjekts ineinem Fieldbus-Protokoll einschließt, um die Steuerdatensignalezu speichern, und bei dem das Sammeln der Messdatensignale die Nutzungeines zweiten Trendobjekts in einem Fieldbus-Protokoll einschließt, um dieMessdatensignale zu speichern.
    [33] Verfahren nach Anspruch 31, bei dem das Anstoßen desSteuerungsobjekts zur Veranlassung der mindestens einen Feldvorrichtungzur Implementierung einer Abstimmprozedur das Anstoßen des Steuerungsobjektszur Generierung einer Sprungeingabe oder eines sinusförmigen Steuersignalsumfasst.
    [34] Verfahren nach Anspruch 31, bei dem das Anstoßen desSteuerungsobjekts zur Veranlassung der mindestens einen Feldvorrichtungzur Implementierung einer Abstimmprozedur das Absetzen eines Abstimmsignalsan das Steuerungsobjekt in der mindestens einen Feldvorrichtungumfasst, und bei dem das Sammeln der Steuerdatensignale das Sammeln desAbstimmsignals umfasst, wie dieses vom Steuerungsobjekt erhaltenwird.
    [35] Verfahren nach Anspruch 31, bei dem das Anstoßen desSteuerungsobjekts zur Veranlassung der mindestens einen Feldvorrichtungzur Implementierung einer Abstimmprozedur das Absetzen eines Abstimmsignalsan das Steuerungsobjekt umfasst, um das Steuerungsobjekt zu veranlassen,ein Ausgangssteuersignal zu generieren, und bei dem das Sammelnder Steuerdatensignale das Sammeln des Ausgangssteuersignals umfasst,wie dieses vom Steuerungsobjekt generiert wird.
    [36] Verfahren nach Anspruch 31, bei dem das Anstoßen desSteuerungsobjekts zur Veranlassung der mindestens einen Feldvorrichtungzur Implementierung einer Abstimmprozedur das Absetzen eines Abstimmsignalsan das Steuerungsobjekt umfasst, um das Steuerungsobjekt zu veranlassen,ein Ausgangssteuersignal zu generieren, das an ein Gerätesteuerungsobjektin mindestens einer Feldvorrichtung übermittelt wird, und bei demdas Sammeln der Steuerdatensignale das Sammeln des Ausgangssteuersignalsumfasst, wie dieses vom Gerätesteuerungsobjektin der mindestens einen Feldvorrichtung erhalten wird.
    [37] Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die Übermittlungder Steuerdatensignale im ersten Daten-Stapelspeicher und der Messdatensignaleim zweiten Daten-Stapelspeicheran das zweite Abstimmelement die Übermittlung von zwei oder mehrder Steuerdatensignale in einer ersten Datennachricht an das zweiteAbstimmobjekt und die Übermittlung vonzwei oder mehr der Messdatensignale in einer zweiten Datennachrichtan das zweite Abstimmobjekt einschließt.
    [38] Verfahren nach Anspruch 37, bei dem der Schrittder Übermittlungvon zwei oder mehr der Steuerdatensignale in der ersten Datennachrichtdie asynchrone Übermittlungder ersten Datennachricht an das zweite Abstimmelement einschließt, undbei dem die Übermittlungvon zwei oder mehr der Messdatensignale in der zweiten Datennachrichtdie asynchrone Übermittlungder zweiten Datennachricht an das zweite Abstimmelement einschließt.
    [39] Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die Auswertungder Vielzahl von Steuerdatensignalen und der Vielzahl von Messdatensignalenzur Bestimmung einer Prozesscharakteristik die Bestimmung einerGrenzverstärkungals Prozesscharakteristik umfasst.
    [40] Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die Auswertungder Vielzahl von Steuerdatensignalen und der Vielzahl von Messdatensignalenzur Bestimmung einer Prozesscharakteristik die Bestimmung einerZeitkonstante als Prozesscharakteristik umfasst.
    [41] Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die Übermittlungder Abstimmparameter an das Steuerungsobjekt die asynchrone Übermittlungder Abstimmparameter an das Steuerungsobjekt umfasst.
    [42] Verfahren nach Anspruch 41, bei dem die Übermittlungder Abstimmparameter an das Steuerungsobjekt die asynchrone Übermittlungder Abstimmparameter an das Steuerungsobjekt über einen Kommunikationsbusauf Basis des Fieldbus-Protokolls umfasst.
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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