DE10048360A1

DE10048360A1 - Integrierte, fortschrittliche Steuerblöcke in Prozeßsteuersystemen

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Publication number: DE10048360A1
Application number: DE10048360A
Authority: DE
Inventors: Terrence L Blevins; Wilhelm K Wojsznis; Dirk Thiele; Vasiliki Tzovla
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2020-09-30
Also published as: JP5190161B2; GB2355545B; US6445963B1; GB0024094D0; JP2012164341A; JP5833088B2; DE10048360B4; HK1061578A1; JP2001216003A; GB2355545A; JP2014059900A

Abstract

Ein fortschrittlicher Steuerblock, der Mehrfacheingabe-/Mehrfachausgabesteuerungen, wie etwa modellvorhersagende Steuerungen, in einem Prozeßsteuersystem umsetzt, ist durch Erzeugung eines ursprünglichen Steuerblocks mit einer wählbaren Steuerlogik und gewünschten Steuereingängen und Steuerausgängen gebildet, der mit den Prozeßausgängen und Prozeßeingängen in einer Prozeßsteuerroutine in Kommunikationsverbindung steht. Ein Wellenformgenerator im Steuerblock regt systematisch jeden der Prozeßeingänge über den Steuerblockausgang mit Anregungswellenformen an, die zur Entwicklung eines Prozeßmodells gestaltet sind. Zur gleichen Zeit sammelt eine Datensammelroutine Daten, die das Ansprechen jedes der Prozeßausgänge auf die an jeden der Prozeßeingänge angelegten Wellenformen darstellen. Nachdem ausreichend Daten gesammelt wurden, erzeugt eine Prozeßmodellierungsroutine ein Prozeßmodell aus den gesammelten Daten, und eine Routine zur Erzeugung von Steuerlogikparametern erzeugt Steuerlogikparameter für die Steuerlogik aus dem Prozeßmodell. Die Steuerlogikparameter und das Prozeßmodell werden dann auf den Steuerblock geladen, um die Bildung des fortschrittlichen Steuerblocks zu vervollständigen. Danach wird der fortschrittliche Steuerblock verwendet, um eine fortschrittliche Prozeßsteuerung in der Prozeßsteuerroutine zu leisten. Genauso wird das Prozeßmodell dazu verwendet, den Prozeß zu simulieren oder virtuelle Prozeßausgangssignale zu erzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Prozeßsteuersy steme und insbesondere die Verwendung von fortschrittlichen Steuerblöcken, wie etwa modellvorhersagenden und neuronalen Netzwerk-Steuerblöcken, in Prozeßsteuersystemen.

Prozeßsteuersysteme, wie verteilte oder skalierbare Prozeß steuersysteme, die beispielsweise in chemischen Prozessen, in Erdölverarbeitungsprozessen oder anderen Prozessen verwendet werden, enthalten allgemein eine oder mehrere Prozeßsteuer einrichtungen, die miteinander und mit wenigstens einer Kost- oder Bedienungsworkstation und mit einer oder mehreren Anla geneinrichtungen über analoge, digitale oder kombiniert ana log-digitale Busverbindungen in Kommunikationsverbindung ste hen. Die Anlageneinrichtungen, die beispielsweise Ventile, Ventilpositioniereinrichtungen, Schalter, Sensoren (wie zum Beispiel Temperatur-, Druck- und Durchflußmengensensoren) sein können, führen Steuerfunktionen im Prozeß aus, wie zum Beispiel Öffnen oder Schließen von Ventilen und das Messen von Prozeßparametern. Die Prozeßsteuereinrichtung empfängt Signale, die die Größen des Prozeßablaufes anzeigen, die von den Anlageneinrichtungen stammen, oder andere Informationen der Anlageneinrichtungen darstellen, verwendet diese Informa tionen zur Umsetzung eines Steuerprogramms und empfängt Steu ersignale, die über die Busverbindungen zu den Anlagenein richtungen geleitet werden, um den Betriebsablauf des Prozes ses zu steuern bzw. zu regeln. Die Informationen von den An lageneinrichtungen und der Steuereinrichtung sind üblicher weise einer oder mehreren Anwendungen, die von der Bedie nungsworkstation ausgeführt werden, zugänglich, um es dem Be diener zu ermöglichen, jede gewünschte Funktion in Bezug auf den Prozeß auszuführen, so z. B. die Überwachung des Ist- Zustandes des Prozesses, Modifizierung des Prozeßablaufes, etc.

In der Vergangenheit wurden herkömmliche Anlageneinrichtungen verwendet, um analoge (beispielsweise 4-20 Milliampere) Si gnale zu und von der Prozeßsteuereinrichtung über eine analo ge Busverbindung oder analoge Kanäle zu leiten. Diese 4-20 Milliamperesignale waren in ihrer Art derart begrenzt, daß sie die von der Einrichtung gemachten Messungen anzeigten oder Steuersignale waren, die von der Steuereinrichtung er zeugt wurden, um den Betrieb der Einrichtung zu steuern. Je doch wurden ungefähr in der letzten Dekade intelligente Anla geneinrichtungen mit einem Mikroprozessor und einem Speicher in der Prozeßsteuerungsindustrie vorherrschend. Zusätzlich zur Ausführung einer Primärfunktion im Prozeß speichern die intelligenten Anlageneinrichtungen zu der Einrichtung gehö rende Daten, kommunizieren mit der Steuereinrichtung und/oder anderen Einrichtungen in einem digitalen oder kombinierten digitalen und analogen Format und führen weitere Aufgaben aus, wie beispielsweise Selbstkalibrierung, Identifikation, Diagnose und dergleichen. Eine Anzahl standardisierter und offener intelligenter Einrichtungskommunikationsprotokolle, wie zum Beispiel das HART®-, PROFIBUS®-, WORLDFIP®-, Device- Net®- und CAN-Protokoll, wurden entwickelt, um es intelligen ten Anlageneinrichtungen, die von verschiedenen Herstellern erzeugt wurden, zu ermöglichen, im gleichen Prozeßsteuernetz miteinander verwendet zu werden.

Desweiteren gab es in der Prozeßsteuerungsindustrie die Ten denz, die Prozeßsteuerfunktionen zu dezentralisieren. Zum Beispiel verwendet das voll digitalisierte Zweileitungs-Bus verbindungsprotokoll, das von der Fieldbus Foundation propa giert wurde und als FOUNDATION^TM Fieldbus bekannt ist (nach folgend "Fieldbus" genannt), Protokoll-Funktionsblöcke, die in unterschiedlichen Anlageneinrichtungen angeordnet sind, um Steueraufgaben auszuführen, die vorher in einer zentralisier ten Steuereinrichtung ausgeführt wurden. Im Besonderen ist jede Fieldbus-Anlageneinrichtung in der Lage, einen oder meh rere Funktionsblöcke einzubeziehen und anzusteuern, von denen jeder Eingangssignale von anderen Funktionsblöcken empfängt und/oder Ausgangssignale liefert (sei es in der gleichen Ein richtung oder in anderen Einrichtungen). Jeder Funktionsblock führt Prozeßsteuerbefehle, wie zum Beispiel Messung oder Er fassung eines Prozeßparameters, Steuerung einer Einrichtung oder Durchführung eines Steuerbefehls, wie zum Beispiel Um setzung einer proportional derivativ integralen Steuerroutine (PID), aus. Die verschiedenen Funktionsblöcke in einem Pro zeßsteuersystem sind derart ausgelegt, daß sie miteinander kommunizieren (z. B. über eine Busverbindung), um eine oder mehrere Prozeßsteuerschleifen bzw. Regelkreise zu bilden, de ren individuelle Operationen über den ganzen Prozeß verteilt und somit dezentralisiert sind.

Prozeßsteuereinrichtungen sind typischerweise dazu program miert, verschiedene Algorithmen, Subroutinen oder Steuer schleifen (die alle Steuerroutinen sind) für jede einer An zahl von verschiedenen Schleifen, die zu dem Prozeß definiert oder in ihm enthalten sind, wie zum Beispiel Durchfluß-Steu erschleifen, Temperatur-Steuerschleifen, Druck-Steuerschlei fen etc. auszuführen. Im allgemeinen enthält jede derartige Steuerschleife einen oder mehrere Eingangssignalblöcke, wie zum Beispiel einen analogen Eingabefunktionsblock (AI), einen Einzelausgabesteuerblock, wie zum Beispiel einen proportional integral derivativen Steuerfunktionsblock (PID), oder einen Fuzzy-Logik-Steuerfunktionsblock, und einen Einzelausgabe block, wie zum Beispiel einen analogen Ausgabefunktionsblock (AO). Diese Steuerschleifen führen typischerweise Einzelein gabe-/Einzelausgabesteuerfunktionen aus, da der Steuerblock ein einzelnes Ausgangssignal erzeugt, um ein einzelnes Pro zeßeingangssignal zu steuern, wie zum Beispiel eine Ventilpo sition oder dergleichen. Jedoch ist in bestimmten Fällen die Verwendung einer Anzahl von unabhängig arbeitenden Einzelein gabe-/Einzelausgabesteuerschleifen nicht sehr effektiv, da die zu steuernden Prozeßgrößen von mehr als einem einzelnen Prozeßeingangssignal beeinflußt sind und jedes Prozeßein gangssignal den Zustand vieler Prozeßausgangssignale tatsäch lich beeinflußt. Als Beispiel hierfür kann ein Prozeß gewählt werden, bei dem ein Tank über zwei Einläufe gefüllt und über einen einzelnen Auslauf geleert wird, wobei die Zu- und Ab läufe von verschiedenen Ventilen gesteuert werden und wobei die Temperatur, der Druck und der Durchsatz im Tank gesteuert werden, um die gewünschten Werte zu erreichen. Wie oben be schrieben kann die Steuerung des Durchsatzes, der Temperatur und des Drucks im Tank mit einer getrennten Durchsatzsteuer schleife, einer getrennten Temperatursteuerschleife und einer getrennten Drucksteuerschleife ausgeführt werden. Jedoch kann bei dieser Anordnung die Bedienung der Temperatursteuer schleife mit dem Ändern der Einstellung eines der Einlaßven tile zur Steuerung der Temperatur im Tank verursachen, daß der Druck im Tank ansteigt, was zum Beispiel die Drucksteuer schleife veranlaßt, das Auslaßventil zu öffnen und den Druck zu erniedrigen. Dies kann die Durchsatzsteuerschleife dazu veranlassen, eines der Einlaßventile zu schließen und dadurch die Temperatur zu beeinflussen und zu verursachen, daß die Temperatursteuerschleife eine weitere Maßnahme vornimmt. Wie aus diesem Beispiel ersichtlich, verursachen die Einzeleinga be-/Einzelausgabesteuerschleifen, daß die Prozeßausgangssi gnale (in diesem Fall Durchsatz, Temperatur und Druck) schwanken, ohne jemals einen Gleichgewichtszustand zu errei chen, was unerwünscht ist.

Modellvorhersagende Steuerungen oder andere Arten von fort schrittlichen Steuerungen wurden in der Vergangenheit verwen det, um derartige Vorgänge zu steuern. Im allgemeinen ist ei ne modellvorhersagende Steuerung eine Mehrfacheingabe-/Mehr fachausgabesteuerstrategie, bei der die Auswirkung der Ände rung von jeweils einer Anzahl von Prozeßeingangssignalen auf jeweils eine Anzahl von Prozeßausgangssignalen gemessen wird und diese gemessenen Reaktionen verwendet werden, um ein Mo dell des Prozesses zu erzeugen. Das Modell des Prozesses wird mathematisch invertiert und als Mehrfacheingabe-/Mehr fachausgabesteuereinrichtung verwendet, um die Prozeßaus gangssignale auf der Grundlage der Änderungen der Prozeßein gangssignale zu steuern. In einigen Fällen umfaßt das Prozeß modell eine Prozeßausgangssignalreaktionskurve für jedes Pro zeßeingangssignal und diese Kurven können auf der Grundlage einer Reihe von beispielsweise pseudo-zufälligen Schrittände rungen erzeugt werden, die für jedes der Prozeßeingangssigna le erzeugt werden. Diese Reaktionskurven können in bekannter Weise dazu verwendet werden, den Prozeß zu modellieren. Die modellvorhersagende Steuerung ist im Stand der Technik be kannt und daher werden ihre Eigenheiten hier nicht beschrie ben. Die modellvorhersagende Steuerung ist allgemein in Qin, S. Joe und Thomas A. Badgwell, "An Overview of Industrial Mo del Predictive Control Technology", AIChE Conference, 1996, beschrieben.

In der Vergangenheit erforderte die Schaffung einer modell vorhersagenden Steuerung und die Einbindung dieser Steuerung in einem Prozeßsteuernetz eine erhebliche Zeitdauer und An strengungen und konnte extrem teuer sein. Normalerweise wurde zur Schaffung einer modellvorhersagenden Steuerung für einen bestimmten Prozeß ein Prozeßexperte, typischerweise ein ex terner Berater, beschäftigt, der zu der Anlage kam und sie oder die Prozeßbedienung überwachte. Nach der Auswahl der ge eigneten Prozeßeingangs- und Ausgangssignale für die modell vorhersagende Steuerung saß der Experte im Kontrollraum und wies den Bediener an, eine Reihe von gestuften Eingangssig nalwellenformen an jeden der ausgewählten Prozeßeingänge zu leiten und die Auswirkungen jedes dieser Eingangssignale auf jedes der ausgewählten Prozeßausgangssignale zu messen. Nach Sammlung all dieser Prozeßdaten übermittelte der Experte im allgemeinen die gesammelten Daten an ein nicht angeschlosse nes System. Dort führte der Experte eine erste Routine durch, um die gesammelten Daten durchzusehen, um schlechte Daten auszusondern, wie beispielsweise Daten, die gesammelt wurden, als der Prozeß nicht normal ablief, beendet wurde oder bei welchen ein anderer Fehler vorhanden war, der verhinderte, daß die gesammelten Daten den normalen Ablauf des Prozesses darstellen. Das nicht angeschlossene System führte dann eine zweite Routine durch, die die kontrollierten Daten verwende te, um ein Modell des Prozesses zu erzeugen. Danach wurde das Modell des Prozesses invertiert oder in anderer bekannter Weise bearbeitet, um eine modellvorhersagende Steuereinrich tung für den Prozeß zu erhalten. Nachdem die modellvorhersa gende Steuereinrichtung erzeugt war, mußte sie in das Prozeß steuersystem eingefügt werden, was im allgemeinen bedeutete, daß ein Prozeßingenieur das Steuerprogramm bereits in das Steuersystem zu programmieren hatte, um jedes der bestimmten Steuereingangs- sowie -ausgangssignale der modellvorhersagen den Steuereinrichtung zuzuführen, so daß die modellvorhersa gende Steuereinrichtung jedes der Steuerausgangssignale sowie Steuereingangssignale an den geeigneten Ort im Steuersystem leiten konnte, um die Steuerung durchzuführen. Obwohl einige Händler die gleichen Bezeichnungen für die modellvorhersagen den Steuereingangs- und -ausgangssignale wie in der Prozeß steuerroutine oder im Prozeßsteuersystem verwendeten, war es in einigen Fällen notwendig, die Eingangs- und Ausgangssigna le der modellvorhersagenden Steuerung an die Prozeßeingänge und -ausgänge gemäß der Definiton im Prozeßsteuersystem anzu passen. Auf jeden Fall konnte der Schritt des Einbeziehens einer modellvorhersagenden Steuerung in ein Prozeßsteuersy stem eine erhebliche Programmierarbeit erfordern.

Obwohl nach dem Stand der Technik allgemein bekannt, ist da her das Erzeugen eines Prozeßmodells aus den gesammelten Da ten, das Erzeugen einer modellvorhersagenden Steuerung und das Einbeziehen dieser Steuerung in einen Prozeß langwierig und erfordert im allgemeinen das Hinzuziehen eines Experten und kann sehr teuer sein. Tatsächlich kann es mehrere Monate dauern und hunderttausende Dollar kosten, eine einzelne mo dellvorhersagende Steuerung für einen Prozeß zu erzeugen. Zum Nachteil des Prozeßbedieners können Änderungen im Prozeß, wie etwa die durch Alterung der Prozeßeinrichtungen verursachten, dafür verantwortlich sein, daß die vorhandene modellvorhersa gende Steuerung obsolet wird oder nicht mehr an den Prozeß angepaßt ist, was bedeutet, daß der gesamte Vorgang wieder holt werden muß, um eine neue modellvorhersagende Steuerung zu erzeugen.

Da ferner die modellvorhersagende Steuerung typischerweise von einem nicht angeschlossenen System erzeugt wurde, war diese Steuerung im allgemeinen nicht in der gleichen Weise wie Einzelschleifen- oder andere Steuerroutinen, die von dem Steuersystem ausgeführt werden, in das Prozeßsteuersystem in tegriert und erforderte daher das Erstellen von speziellen grafischen Darstellungen, damit der Anwender oder Bediener den Zustand und Betrieb der modellvorhersagenden Steuerung betrachten konnte. Daher war es schwierig, modellvorhersagen de Steuerungen in Prozeßsteuersysteme, wie zum Beispiel das von Fisher-Rosemount Systems Inc. vertriebene DeltaV^TM- Steuersystem, einzubeziehen, die eine Prozeßsteuerungsanzei geeinrichtung haben, die in den Betriebsablauf der Steuer blöcke oder Steuerschleifen in der Steuereinrichtung inte griert ist. Tatsächlich liefert das DeltaV^TM-System verschie dene Ansichten, wie für einen Ingenieur, einen Bediener oder dergleichen, die den Betrieb des Prozesses einem Anwender darstellen. Einmal installiert, werden diese Ansichten durch den Betriebsablauf der Funktionsblöcke, die beispielsweise in der Prozeßsteuerung ausgeführt werden, automatisch auf den neuesten Stand gebracht. Um jedoch eine Ansicht oder eine an dere Informationsbildschirmdarstellung für eine modellvorher sagende Steuerung hinzuzufügen, die von einem anderen nicht angeschlossenen System entworfen wurde, war es notwendig, spezielle grafische Anzeigen zu erzeugen, und zwar üblicher weise in einem anderen Format als dem von dem DeltaV^TM-System verwendeten.

Während diese Probleme für modellvorhersagende Steuerungen bestehen, bestehen die gleichen oder ähnliche Probleme in der Entwicklung und beim Gebrauch anderer fortschrittlicher Mehr facheingabe-/Mehrfachausgabesteuerblöcke oder -systeme, wie etwa modellbildende Systeme oder Steuersysteme mit neuronalen Netzwerken oder Fuzzy-Logik-Steuerungen mit mehreren Varia blen, Echtzeitoptimierungssysteme und dergleichen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Prozeßsteuersystem mit fortschrittlichen Steuerblöcken zu schaffen, bei dem die nach dem Stand der Technik auftretenden Probleme vermieden werden.

Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Patentansprüchen. Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, wobei auch andere Kombinationen von Merkmalen als die beanspruchten möglich sind.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung setzt ein fortschrittlicher Steuerblock Mehrfacheingabe-/Mehrfachausgabesteuerfunktionen, wie zum Beispiel modellvorhersagende Steuerung, Modellbildung oder Steuerung in einem neuronalen Netzwerk, und dergleichen, in einem Prozeßsteuersystem in einer Weise um, bei der die Integration in die implementierten Steuerblöcke unter Verwen dung eines Steuerparadigmas, wie zum Beispiel eines Fieldbus- Paradigmas, erfolgt. Der fortschrittliche Steuerblock kann durch Erstellen eines Steuerblocks begonnen werden, der die gewünschten Eingänge und Ausgänge hat, die mit den jeweiligen Prozeßeingängen und -ausgängen verbunden werden um einen Pro zeß zu steuern. Der Steuerblock kann so ausgelegt sein, daß er bestimmungsgemäß schließlich beispielsweise eine vollstän dige modellvorhersagende Steuereinrichtung beinhaltet, hat jedoch anfangs eine Datensammelroutine und einen Wellenform generator, die ihm zugeordnet sind. Wenn gewünscht, kann der Steuerblock eine Steuerlogik haben, die nicht abgestimmt ist oder anderweitig nicht entwickelt ist, da dieser Logik Ab stimmparameter, Matrix-Koeffizienten oder andere Steuerpara meter fehlen, die zur Implementierung erforderlich sind. Der Steuerblock ist in dem Prozeßsteuersystem angeordnet, wobei die definierten Ein- und Ausgänge in dem Steuersystem in der Weise in Kommunikationsverbindung verbunden sind, wie die Ein- und Ausgänge verbunden wären, wenn der fortschrittliche Steuerblock verwendet würde, um den Prozeß zu steuern. Wäh rend eines Testlaufs regt der Steuerblock systematisch jeden der Prozeßeingänge über die Ausgangssignale des Steuerblocks unter Verwendung von Wellenformen an, die vom Wellenformgene rator erzeugt werden, der speziell für die Verwendung bei der Entwicklung eines Prozeßmodells gestaltet ist. Dann koordi niert der Steuerblock über die Steuerblockeingänge die Samm lung der Daten, die die Reaktion jedes der Prozeßausgangs signale auf jede der erzeugten Wellenformen, die an jeden der Prozeßeingänge geleitet wurden, darstellen. Diese Daten kön nen zum Beispiel zur Speicherung an einen Archivdatenspeicher geleitet werden.

Nachdem ausreichend Daten gesammelt wurden, wird ein Ablauf zur Prozeßmodellierung durchgeführt, bei dem ein Prozeßmodell beispielsweise unter Verwendung einer Routine zur Bildung ei nes Prozeßmodells für eine modellvorhersagende Steuereinrich tung aus den gesammelten Daten gebildet wird. Danach wird ei ne Routine zur Bestimmung der Logikparameter der fortschritt lichen Steuerblöcke, zum Bilden und Entwickeln der von der Steuerlogik benötigten Parameter angewendet, um den Prozeß zu steuern. Die Steuerlogikparameter und, wenn benötigt, das Prozeßmodell werden dann in den Steuerblock heruntergeladen, um das Erstellen des fortschrittlichen Steuerblocks zu ver vollständigen, so daß der fortschrittliche Steuerblock, mit den Parametern der fortschrittlichen Steuerlogik und dem Pro zeßmodell darin, zur Steuerung des Prozesses verwendet werden kann.

Der fortschrittliche Steuerblock kann im gleichen Format wie oder den gleichen Programmierparadigmen wie andere Steuer blöcke in dem Prozeßsteuersystem entsprechend entworfen wer den und kann daher die gleichen grafischen Abbildungen unter stützen, die auch von anderen Blöcken (oder Elementen) in dem Prozeßsteuerprogramm unterstützt werden. Daher kann der fort schrittliche Steuerblock eine oder mehrere grafische Abbil dungen haben, die einem oder mehreren Nutzern angezeigt wer den, und er kann während des Betriebs des fortschrittlichen Steuerblocks Daten an diese Abbildungen leiten.

Desweiteren kann das Prozeßmodell, das durch den Prozeßmodel lierungsvorgang erzeugt wurde, dazu verwendet werden, den Ab lauf des Prozesses zu simulieren und/oder den Dialog des Pro zesses mit dem fortschrittlichen Steuerblock zu simulieren. In einem Fall kann ein Prozeßsimulationsblock aus dem be stimmten Prozeßmodell gebildet und in Kommunikationsverbin dung mit dem erzeugten fortschrittlichen Steuerblock gebracht werden, um den Betrieb des fortschrittlichen Steuerblocks zu testen, bevor der fortschrittliche Steuerblock verwendet wird, um einen tatsächlichen Prozeß zu steuern. In einem an deren Fall kann ein Prozeßsimulationsblock, der unter Verwen dung einer geänderten Version des bestimmten Prozeßmodells erzeugt wurde, dazu verwendet werden, die Alterung oder ande re Änderungen innerhalb des Prozesses wiederzugeben. Dieser Simulationsblock kann in Kommunikationsverbindung mit dem fortschrittlichen Steuerblock gebracht werden, um den Betrieb des fortschrittlichen Steuerblocks bei der Anwesenheit von Änderungen im Prozeß zu simulieren, um damit die Leistung des fortschrittlichen Steuerblocks in der Anwesenheit von Abwei chungen vom Prozeßmodell zu bestimmen. In einem weiteren Fall kann ein Simulationsblock, der aus dem Prozeßmodell entwic kelt ist, in Verbindung mit dem Prozeß betrieben und dazu verwendet werden, virtuelle Prozeßausgangssignale zu erzeu gen, die als Eingangssignale für den fortschrittlichen Steu erblock verwendet werden, wenn zum Beispiel ein Sensor ver sagt, der die Messwerte eines tatsächlichen Prozeßausgangs signals erfaßt. Die simulierten Prozeßausgangssignale können auch mit den tatsächlichen Prozeßausgangssignalen verglichen werden, um den Grad der Abweichung zwischen dem Prozeß und dem Prozeßmodell, das zur Erzeugung des fortschrittlichen Steuerblocks verwendet wurde, zu bestimmen, das heißt die Ab weichung zwischen Prozeß und Prozeßmodell.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm/schematisches Diagramm eines Prozeßsteuersystems, in dem ein fortschrittlicher Steuerblock erzeugt und verwendet werden kann;

Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb und die Erzeu gung eines fortschrittlichen Steuerblocks im Prozeßsteuersy stem von Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm eines modellvorhersagenden Steuerblocks, der zur Steuerung eines Prozesses in eine Pro zeßsteuerroutine eingebunden ist;

Fig. 4A und 4B sind Blockdiagramme eines modellvorhersa genden Steuerfunktionsblocks, der zur Koordinierung einer be stehenden Steuerstrategie mit Funktionsblöcken in einer Pro zeßsteuerroutine verbunden ist;

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines modellvorhersagenden Steuerfunktionsblocks, der zur Koordinierung von Einzel schleifen-Steuerroutinen mit Funktionsblöcken in einer Pro zeßsteuerroutineverbunden ist;

Fig. 6 zeigt ein Beispiel für eine Bildschirmanzeige, die von einem prozeßmodellierenden Tool zur Entwicklung eines fortschrittlichen Steuerblocks erzeugt wird;

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm/schematisches Diagramm eines Teils des Prozeßsteuersystems aus Fig. 1, wobei die mit ei nem fortschrittlichen Steuerblock verbundenen grafischen An sichten verdeutlicht sind;

Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm eines modellvorhersagenden Steuerblocks, der mit einem Prozeßsimulationsblock verbunden ist;

Fig. 9 zeigt ein Beispiel für eine Bildschirmanzeige, die von einem prozeßmodellierenden Tool erzeugt wird, das zur Entwicklung eines fortschrittlichen Steuerblocks oder zur Entwicklung eines Prozeßsimulationsblocks verwendet wird;

Fig. 10 ist eine beispielhafte Bildschirmanzeige, die von einem prozeßmodellierenden Tool erzeugt wird, das zur Ent wicklung eines fortschrittlichen Steuerblocks oder zur Ent wicklung eines Prozeßsimulationsblocks verwendet wird; und

Fig. 11 zeigt ein Blockdiagramm eines modellvorhersagenden Steuerblocks, der sowohl mit einem Prozeßblock als auch einem Prozeßsimulationsblock verbunden ist, der den Betrieb des Prozesses simuliert, um virtuelle Prozeßausgangssignale zu erzeugen.

Fig. 1 zeigt ein Prozeßsteuersystem 10, das eine Prozeßsteu ereinrichtung 11 enthält, die mit einem Archivspeicher 12 und mit einer oder mehreren Host-Workstations oder Computern 13 (die jede Art von Personal Computer, Workstation etc. sein können) verbunden ist, von welchen jeder einen Anzeigebild schirm 14 hat. Die Steuereinrichtung 11 ist ferner mit Anla geneinrichtungen 15 bis 22 über Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Karten 26 und 28 verbunden. Der Archivspeicher 12 kann jede ge wünschte Art von Datensammeleinheit sein mit jeder gewünsch ten Art eines Speichers oder jeder gewünschten oder bekannten Software, Hardware oder Firmware zur Speicherung von Daten, und er kann, wie in Fig. 1 dargestellt, getrennt oder als Teil einer der Workstations 13 vorhanden sein. Die Steuerein richtung 11, die zum Beispiel die von Fisher-Rosemount Sy stems Inc. vertriebene DeltaV^TM-Steuereinrichtung sein kann, steht beispielsweise über eine Ethernet-Verbindung oder jedes andere gewünschte Kommunikationsnetzwerk in Kommunikations verbindung mit den Hostcomputern 13 und dem Archivspeicher 12. Die Steuereinrichtung 11 steht auch in Kommunikationsver bindung mit den Anlageneinrichtungen 15 bis 22 unter Verwen dung jeder gewünschten Hardware und Software, die beispiels weise den standardisierten 4-20 Milliampere-Einrichtungen oder einem beliebigen intelligenten Verbindungsprotokoll, wie z. B. dem Fieldbus-Protokoll, dem HART-Protokoll etc. zugehö rig ist.

Die Anlageneinrichtungen 15 bis 22 können jede Art von Ein richtungen sein, wie zum Beispiel Sensoren, Ventile, Übertra gungsmittel, Stelleinrichtungen etc., während die I/O-Karten 26 und 28 jede Art von I/O-Einrichtungen sein können, die zu den gewünschten Kommunikations- oder Steuerprotokollen pas sen. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind die Anlageneinrichtungen 15 bis 18 Standard-4-20 Milliampere- Einrichtungen, die über analoge Kanäle mit der I/O-Karte 26 kommunizieren, während die Anlageneinrichtungen 19 bis 22 in telligente Einrichtungen sind, wie zum Beispiel Fieldbus- Anlageneinrichtungen, die über digitale Busverbindungen mit der I/O-Karte 28 unter Verwendung von Fieldbus-Protokollver bindungen kommunizieren. Allgemein ausgedrückt ist das Field bus-Protokoll ein volldigitales, serielles, Zwei-Wege-Kom munikationsprotokoll, das eine standardisierte physische Schnittstelle für eine Zweidrahtschleife oder Busverbindung, die mit den Anlageneinrichtungen verbunden ist, zur Verfügung stellt. Das Fieldbus-Protokoll bildet tatsächlich ein lokales Netzwerk für die Anlageneinrichtungen in einem Prozeß, das es diesen Anlageneinrichtungen ermöglicht, Prozeßsteuerfunktio nen (unter Verwendung von Funktionsblöcken, die entsprechend dem Fieldbus-Protokoll definiert sind) an über die Prozeßan lage verteilten Orten auszuführen, und vor und nach der Aus führung der Prozeßsteuerfunktionen miteinander zu kommunizie ren, um eine generelle Steuerstrategie umzusetzen. Es ist klar, daß, obwohl das Fieldbus-Protokoll ein relativ neues volldigitales Verbindungsprotokoll ist, das zur Verwendung in Prozeßsteuernetzwerken entwickelt wurde, dieses Protokoll im Stand der Technik bekannt ist und in zahlreichen Artikeln, Broschüren und Beschreibungen ausführlich beschrieben ist, die unter anderem von der Fieldbus Foundation, einer gemein nützigen Organisation mit Sitz in Austin, Texas, veröffent licht, verteilt und zugänglich gemacht wurden. Daher wird das Fieldbus Kommunikationsprotokoll hier nicht im Detail be schrieben. Natürlich können die Anlageneinrichtungen 15 bis 22 auch jedem anderen gewünschten Standard oder Protokoll entsprechen, einschließlich jeglicher Standards oder Proto kolle, die in Zukunft entwickelt werden.

Die Steuereinrichtung 11 implementiert ein oder mehrere Pro zeßsteuerroutinen, die darin gespeicherte oder in anderer Weise damit verbundene Steuerschleifen bzw. Regelkreise ent halten, und kommuniziert zur Steuerung bzw. Regelung eines Prozesses in jeder gewünschten Weise mit den Einrichtungen 15 bis 22, dem Hostcomputer 13 und dem Archivspeicher 12. Es soll festgehalten werden, daß jede Steuerroutine oder jedes Steuerelement, das hier beschrieben wird, Teile haben kann, die von unterschiedlichen Steuereinrichtungen oder anderen Einrichtungen umgesetzt oder ausgeführt werden, wenn es ge wünscht ist. Daher können die im Prozeßsteuersystem 10 umzu setzenden Steuerroutinen oder -elemente, die hier beschrieben sind, jede Form, einschließlich Software, Firmware, Hardware etc. annehmen. Für die Zwecke dieser Erfindung kann ein Pro zeßsteuerelement jeder Teil oder Abschnitt eines Prozeßsteu ersystems sein, einschließlich zum Beispiel einer Routine, eines Blocks oder eines Moduls, die auf jedem computerlesba ren Medium gespeichert sind. Steuerroutinen, die ein Modul oder irgendein Teil eines Steuervorgangs sein können, wie zum Beispiel eine Subroutine, Teile einer Subroutine (wie Zeilen des Codes) etc., können in jedem gewünschten Softwareformat umgesetzt werden, wie beispielsweise unter Verwendung von Leiterlogik, sequentieller Funktionsdiagramme, Funktions blockdiagramme oder jeder anderen Programmiersprache oder Entwurfsparadigmen. Dementsprechend können die Steuerroutinen auf zum Beispiel einem oder mehreren EPROMs, EEPROMs, anwen dungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs) oder be liebigen anderen Hardware- oder Firmware-Elementen fest co diert sein. Desweiteren können die Steuerroutinen unter Ver wendung beliebiger Entwurfstools gebildet sein, einschließ lich grafischer Entwurfstools oder jeder anderen Art von Software/Hardware/Firmware-Programmier- oder -gestaltungs tools. Daher kann die Steuereinrichtung 11 so konfiguriert sein, daß sie eine Steuerstrategie oder eine Steuerroutine in jeder gewünschten Weise umsetzt.

In einer Ausführungsform setzt die Steuereinrichtung 11 eine Steuerstrategie unter Verwendung von allgemein als Funktions blöcke bezeichneten Elementen um, wobei jeder Funktionsblock ein Teil (zum Beispiel eine Subroutine) einer Gesamtsteuer routine ist und zur Umsetzung von Prozeßsteuerschleifen im Prozeßsteuersystem 10 in Verbindung mit anderen Funktions blöcken (über Kommunikationsverbindungen genannte Verbindun gen) arbeitet. Funktionsblöcke führen typischerweise entweder eine Eingabefunktion aus, wie zum Beispiel eine, die mit ei nem Geber, einem Sensor oder einer anderen Einrichtung zur Messung eines Prozeßparameters verbunden ist, eine Steuer funktion, wie zum Beispiel die, die mit einer Steuerroutine verbunden ist, die eine PID-, Fuzzy-Logik-Steuerung oder der gleichen ausführt, oder eine Ausgabefunktion, die den Betrieb einer Einrichtung steuert, wie zum Beispiel eines Ventils, um eine physische Funktion im Prozeßsteuersytem 10 auszuführen.

Selbstverständlich existieren Hybrid- und andere Arten von Funktionsblöcken. Funktionsblöcke können in der Steuerein richtung 11 gespeichert und ausgeführt werden, was typischer weise der Fall ist, wenn diese Funktionsblöcke mit Standard 4-20 Milliampere-Einrichtungen und einigen Arten von intelli genten Anlageneinrichtungen, wie zum Beispiel HART-Einrich tungen, verwendet werden oder diesen zugehörig sind. Sie kön nen auch in den Anlageneinrichtungen selbst gespeichert und umgesetzt werden, was bei Fieldbus-Einrichtungen der Fall sein kann. Während die Beschreibung des Steuersystems hier unter Verwendung einer Funktionsblocksteuerstrategie erfolgt, können die Steuerstrategie oder die Steuerschleifen oder die Module auch unter Verwendung von anderen Normen, wie zum Bei spiel der Leiter-Logik, sequentiellen Funktionsdiagrammen etc., oder unter Verwendung jeder anderen gewünschten Pro grammiersprache oder -paradigmen entworfen und umgesetzt wer den.

Wie im vergrößerten Block 30 in Fig. 1 gezeigt, kann die Steuereinrichtung 11 eine Anzahl von Einzelschleifen-Steuer routinen enthalten, die als Routinen 32 und 34 bezeichnet sind, und kann auf Wunsch eine oder mehrere fortschrittliche Steuerschleifen umsetzen, die als Steuerschleife 36 darge stellt ist. Jede der Schleifen wird üblicherweise als ein Steuermodul bezeichnet. Die Einzelschleifen-Steuerroutinen 32 und 34 sind so dargestellt, daß sie eine Signalschleifen steuerung ausführen unter Verwendung eines Einzeleingabe- /Einzelausgabe-Fuzzy-Logik-Steuerblocks und eines Einzelein gabe-/Einzelausgabe-PID-Steuerblocks, die mit geeigneten ana logen Eingangs-(AI)- und analogen Ausgangs-(AO)-Funktions blöcken verbunden sind, die mit Prozeßsteuereinrichtungen, wie zum Beispiel Ventilen, Meßeinrichtungen, wie zum Beispiel Temperatur- und Druckgebern, oder mit jeder anderen Einrich tung im Prozeßsteuersystem 10 verbunden sein können. Die fortschrittliche Steuerschleife 36 ist so dargestellt, daß sie einen fortschrittlichen Steuerblock 38 enthält, dessen Eingänge in Kommunikationsverbindung mit zahlreichen AI- Funktionsblöcken stehen und dessen Ausgänge in Kommunikati onsverbindung mit zahlreichen AO-Funktionsblöcken stehen. Die Ein- und Ausgänge des Steuerblocks 38 können aber auch mit beliebigen gewünschten Funktionsblöcken oder Steuerelementen verbunden sein und andere Arten von Eingangssignalen erhalten und andere Arten von Steuerausgangssignalen liefern. Der fortschrittliche Steuerblock 38 kann jede Art von Mehrfach eingabe-/Mehrfachausgabesteuerblock sein, der zur Steuerung zweier oder mehrerer Prozeßausgangssignale verwendet wird, indem Steuersignale an zwei oder mehr Prozeßeingänge abgege ben werden. Während der fortschrittliche Steuerblock 38 im folgenden als ein modellvorhersagender Steuerblock (MPC) be schrieben wird, kann der fortschrittliche Steuerblock 38 auch jede andere Art von Mehrfacheingabe-/Mehrfachausgabeblock sein, wie zum Beispiel ein modellbildender Block oder Steuer block in einem neuronalen Netzwerk, ein Fuzzy-Logik-Steuer block mit mehreren Variablen, ein Echtzeit-Optimierungsblock etc. Es ist klar, daß die in Fig. 1 dargestellten Funktions blöcke einschließlich des fortschrittlichen Steuerblocks 38 von der Steuereinrichtung 11 ausführbar sein oder alternativ dazu in jeder anderen Prozeßeinrichtung angeordnet und ausge führt werden können, wie zum Beispiel einer der Workstations 13 oder sogar einer der Anlageneinrichtungen 19 bis 22.

Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält eine der Workstations 13 ein Routine 40 zur Erzeugung eines fortschrittlichen Steuer blocks, die dazu verwendet wird, den fortschrittlichen Steu erblock 38 in einer im folgenden näher beschriebenen Weise zu erzeugen, zu laden und umzusetzen. Während die Routine 40 zur Erzeugung des fortschrittlichen Steuerblocks in einem Spei cher in der Workstation gespeichert sein kann und von einem Prozessor darin ausführbar ist, kann die Routine (oder jeder Teil davon) zusätzlich oder alternativ dazu in jeder anderen Einrichtung im Prozeßsteuersystem 10 gespeichert und ausge führt werden, wenn es erwünscht ist. Im allgemeinen beinhal tet die Routine 40 zur Erzeugung eines fortschrittlichen Steuerblocks eine Routine 42 zur Erzeugung eines Steuer blocks, die einen fortschrittlichen Steuerblock erzeugt und die diesen fortschrittlichen Steuerblock in das Prozeßsteuer system einbindet, eine Routine 44 zur Prozeßmodellbildung, die ein Prozeßmodell für den Prozeß oder einen Teil davon auf der Grundlage der von dem fortschrittlichen Steuerblock er faßten Daten erzeugt, und eine Routine 46 zur Erzeugung eines Steuerlogikparameters, die einen Steuerlogikparameter für den fortschrittlichen Steuerblock aus dem Prozeßmodell erzeugt und die diesen Steuerlogikparameter in den fortschrittlichen Steuerblock zur Steuerung des Prozesses speichert oder lädt. Es ist klar, daß die Routinen 42, 44 und 46 aus einer Reihe verschiedener Routinen bestehen können, wie zum Beispiel ei ner ersten Routine, die ein fortschrittliches Steuerelement mit Steuereingängen erzeugt, die dazu geeignet sind, Prozeß ausgangssignale zu empfangen, und mit Steuerausgängen, die dazu geeignet sind, Steuersignale an Prozeßeingänge abzuge ben, eine zweite Routine, die es einem Benutzer ermöglicht, das fortschrittliche Steuerelement mit der Prozeßsteuerrouti ne (die jede gewünschte Konfigurationsroutine sein kann) in Kommunikationsverbindung zu bringen, eine dritte Routine, die das fortschrittliche Steuerelement dazu verwendet, Anregungs wellenformen an jeden der Prozeßeingänge abzugeben, eine vierte Routine, die das fortschrittliche Steuerelement dazu verwendet, Daten zu erfassen, die die Reaktion jedes Prozeß ausgangs auf die wellenförmigen Anregungen wiederzugeben, ei ne fünfte Routine, die ein Prozeßmodell aus den gesammelten Daten erzeugt, eine sechste Routine, die aus dem Prozeßmodell fortschrittliche Steuerlogikparameter entwickelt, und eine siebte Routine, die die fortschrittliche Steuerlogik und, wenn notwendig, das Prozeßmodell in das fortschrittliche Steuerelement einbindet, um es dem fortschrittlichen Steuer element zu ermöglichen, den Prozeß zu steuern.

In Fig. 2 stellt ein Flußdiagramm 50 die Schritte des Erzeu gens und der Anwendung eines fortschrittlichen Steuerblocks, insbesondere eines MPC-Steuerblocks, in einem Prozeßsteuersy stem, wie etwa dem Prozeßsteuersystem 10 aus Fig. 1, dar. Während das Flußdiagramm 50 aus Fig. 2 die Erzeugung eines MPC-Blocks oder -Moduls zeigt, können die gleichen oder ähn liche Schritte ausgeführt werden, um einen beliebigen ande ren fortschrittlichen Steuerblock, wie zum Beispiel einen be liebigen Mehrfacheingabe-/Mehrfachausgabesteuerblock, wie et wa einen modellbildenden Block oder einen Steuerblock in ei nem neuronalen Netzwerk, einen Fuzzy-Logik-Steuerblock mit mehreren Variablen etc., zu erstellen und zu verwenden.

Zunächst wird zu einem bestimmten Zeitpunkt 52 eine Entschei dung getroffen, durch Umsetzung eines MPC-Ablaufes die Steue rung im Prozeßsteuersystem 10 vorzusehen oder zu verbessern. Die Entscheidung kann zu dem Zeitpunkt getroffen werden, zu dem das Prozeßsteuersystem erstmalig installiert wird, oder eine gewisse Zeit später, zum Beispiel wenn festgestellt wird, daß andere Steuerroutinen, wie etwa Einzelschleifen steuerroutinen, mangelhaft steuern. Zum Zeitpunkt 52 führt ein Bediener oder ein anderer Benutzer die Routine 40 zur Er zeugung eines MPC-Blocks aus, um damit zu beginnen, ein MPC- Modul oder eine Steuerschleife im Prozeßsteuersystem zu er zeugen. Als Teil dieses Prozesses wählt der Bediener die Pro zeßeingänge, an die die Ausgänge des im Entstehen befindli chen MPC-Blocks angeschlossen werden sollen, und wählt die Prozeßausgänge, an die die Eingänge des im Entstehen befind lichen MPC-Blocks angeschlossen werden sollen. Während der MPC-Block jede Anzahl von Ein- und Ausgängen haben kann, hat jeder MPC-Block im wesentlichen drei Arten von Eingängen, darunter Eingänge für die geregelten Parameter, die die Pro zeßvariablen oder -parameter sind, die auf einem Sollwert (oder innerhalb eines eingestellten Bereiches) zu halten sind, beschränkte Eingänge, die die Prozeßvariablen sind, die auf der Grundlage von beispielsweise physischen Beschränkun gen des Prozesses auf einen bestimmten Grenzwert oder Werte bereich beschränkt sind und die vom MPC-Block nicht zwangs weise aus dem beschränkten Bereich oder Grenzwert gebracht werden dürfen, und Prozeßstörparametereingänge, die andere Prozeßvariable sind, von denen bekannt ist, daß, wenn sie ge ändert werden, Änderungen in den geregelten Parametern verur sacht werden. Der MPC-Block verwendet die Prozeßstörparame tereingänge zur Vorhersage von Änderungen der gesteuerten Pa rameter, das heißt der geregelten Prozeßausgänge, und zur Be grenzung der Auswirkungen dieser Änderungen, bevor sie auf treten. Weitere Eingänge können an dem MPC-Block vorgesehen sein, wie zum Beispiel Rückkopplungen von einer Einrichtung oder einem anderen Prozeßelement, das gesteuert wird, die es dem MPC-Steuerblock ermöglichen, eine effektivere Steuerung dieser Elemente auszuführen. In ähnlicher Weise können die Ausgänge des MPC-Blocks derart angeschlossen sein, daß jede gewünschte Prozeßvariable oder andere Prozeßeingangssignale, einschließlich Steuerschleifeneingangssignale, Einrichtungs steuereingaben etc. gesteuert werden können. Die Routine, die durch den Anschluß des MPC-Blocks an andere Steuerelemente entwickelt wurde, wird hier als MPC-Modul bezeichnet. Während der Benutzer einen MPC-Funktionsblock erzeugen kann, kann er auch einen ursprünglichen Funktionsblock aus einem Speicher, wie zum Beispiel einer Bibliothek von Funktionsblöcken, ent nehmen und diesen Funktionsblock verwenden oder eine Instanz dieses Funktionsblocks zur Verwendung in dem Prozeßsteuersy stem erzeugen. Entsprechend kann der Nutzer oder ein anderer Anwender einen Funktionsblock oder ein anderes Steuerelement in jeder gewünschten Weise vorsehen.

In Schritt S4 erzeugt der Bediener ein MPC-Modul mit einem MPC-Block (der noch nicht alle notwendigen Informationen hat, um eine modellvorhersagende Steuerung zu liefern) mit den an gegebenen Ein- und Ausgängen, die in Kommunikationsverbindung mit dem Prozeßsteuersystem verbunden sind, und lädt den Block oder das Modul auf die geeignete Steuereinrichtung oder eine andere Einrichtung, die das MPC-Modul umsetzen wird. Als Teil dieses Vorgangs konfiguriert der Bediener das Prozeßsteuersy stem 10 zur Umsetzung des MPC-Blocks, indem die Ausgänge des MPC-Blocks mit den geeigneten Prozeßeingängen in Kommunikati onsverbindung gesetzt werden und indem die Eingänge des MPC- Blocks mit den geeigneten Prozeßausgängen in Kommunikations verbindung gesetzt werden.

In Fig. 3 ist ein MPC-Block 56 dargestellt, der an einen Prozeß 58 angeschlossen ist. Der MPC-Block 56 ist ein 3 × 3 Steuerblock mit drei Eingängen IN₁-IN₃ und drei Ausgängen OUT₁-OUT₃, während der Prozeß 58 Eingänge X₁-X₅ und Aus gänge Y₁-Y₆ hat. Der MPC-Block 56 und der Prozeß 58 können auch jede andere Anzahl von Ein- und Ausgängen haben. Während der MPC-Block 56 im allgemeinen ein quadratischer Block sein kann, das heißt mit der gleichen Anzahl von Ein- und Ausgän gen, ist diese Konfiguration nicht unbedingt notwendig und der MPC-Block 56 kann auch eine unterschiedliche Anzahl von Ein- und Ausgängen haben. Wie in Fig. 3 dargestellt schließt der Bediener die Prozeßausgänge Y₁-Y₃ jeweils an die MPC- Block-Eingänge IN₁-IN₃ in Kommunikationsverbindung an und schließt die MPC-Block-Ausgänge OUT₁-OUT₃ jeweils an die Prozeßeingänge X₁-X₃ in Kommunikationsverbindung an. Jeder der Ein- und Ausgänge des Prozesses 58 kann selbstverständ lich an andere Steuerschleifen oder an andere Elemente in an deren Steuerroutinen, die mit dem Steuerprozeßsystem 10 ver bunden sind, angeschlossen werden, wie durch die gepunkteten Linien an den Prozeßein- und -ausgängen in Fig. 3 darge stellt. Im allgemeinen werden der MPC-Block 56 und andere Blöcke, die Steuereingaben an den Prozeß 58 abgeben (wie durch die gepunkteten Linien an den Prozeßeingängen X₁-X₃ angedeutet), über Schalter einer beliebigen Art angeschlos sen. Die Schalter sind durch Kästchen 59 in Fig. 3 darge stellt. Die Schalter 59 können Hardware- oder Softwareschal ter sein. Wenn gewünscht können sie derart vorgesehen sein, daß unterschiedliche Steuereingangssignale an verschiedene Eingänge eines Funktionsblocks, wie etwa eines Fieldbus- Funktionsblocks geleitet werden, der dann zwischen dem Steu ersignal des MPC-Blocks 56 und einem Steuersignal von einem anderen Funktionsblock, wie zum Beispiel einem PID-Funktions block, auf der Grundlage des Modus des Funktionsblocks, der die beiden Signale empfängt, auswählt.

Selbstverständlich kann der Bediener den MPC-Block 56 in je der gewünschten Weise mit dem Prozeß 58 verbinden, und ver wendet allgemein ausgedrückt das gleiche Steuerkonfigura tions- oder Entwicklungsprogramm, das der Bediener verwendet, um andere Steuerschleifen, wie etwa Einzelschleifensteuerrou tinen, im Prozeßsteuersystem 10 zu erstellen. Zum Beispiel kann der Benutzer jede gewünschte Grafikprogrammierroutine verwenden, um die Verbindungen zwischen dem MPC-Block 56 und den Prozeßein- und -ausgängen anzugeben. Auf diese Weise wird der MPC-Block 56 in gleicher Art wie andere Steuerblöcke, elemente oder -routinen unterstützt, wodurch die Konfigura tion und der Anschluß des MPC-Blocks 56 und die Unterstützung dieses Blocks im Steuersystem 10 sich nicht von der Konfigu ration, Steuerung und Unterstützung anderer Blöcke im System unterscheiden. In einer Ausführungsform sind der MPC-Block 56 sowie die anderen Blöcke im Steuersystem 10 Funktionsblöcke, die gleich oder ähnlich wie Fieldbus-Funktionsblöcke gebildet sind. Bei dieser Ausführung kann der MPC-Block 56 die glei chen Arten von Ein- und Ausgängen etc. haben wie im Fieldbus- Protokoll angegeben oder vorgesehen, und ist in der Lage, von beispielsweise der Steuereinrichtung 11 unter Verwendung von Kommunikationsverbindungen, die gleich oder ähnlich den im Fieldbus-Protokoll angegebenen sind, umgesetzt zu werden. Ein Verfahren zur grafischen Erzeugung von Prozeßsteuerroutinen und Elementen davon ist in Dove et al., US-Patent Nr. 5,838,563 mit dem Titel "System for Configuring a Process Control Environment" beschrieben, deren Inhalt hiermit aus drücklich durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Es können auch andere Strategien zum Entwurf von Steuerschleifen oder Steu ermodulen verwendet werden, einschließlich solcher, die ande re Arten von Funktionsblöcken verwenden oder andere Routinen, Subroutinen oder Steuerelemente in einem Prozeßsteuerkonfigu rationsparadigma verwenden.

Wenn ein Steuersystem auf der Grundlage der Verbindung von Funktionsblöcken verwendet wird, wie etwa solche, die durch das Fieldbus-Funktionsblockparadigma vorgesehen sind, kann der MPC-Block 56 direkt mit anderen Funktionsblöcken in der Prozeßsteuerroutine verbunden werden. Zum Beispiel kann der MPC-Block 56 mit Steuereinrichtungen, wie zum Beispiel Venti len etc., direkt verbunden werden, indem ein Steuerausgang des MPC-Blocks 56 mit einem Ausgangsblock (wie zum Beispiel einem AO-Block) verbunden wird, der zu der zu steuernden Ein richtung gehört. Entsprechend kann der MPC-Block 56 Steuersi gnale an Funktionsblöcke in anderen Steuerschleifen, wie etwa an die Eingänge anderer Steuerfunktionsblöcke, abgeben, um den Betrieb dieser Steuerschleifen zu überwachen oder zu kor rigieren.

Fig. 4A und 4B zeigen als Beispiel einen MPC-Funktionsblock 60 des Fieldbus-Typs, der mit anderen Funktionsblöcken des Fieldbus-Typs in einem Prozeßsteuersystem verbunden ist, um bestehende Strategien mit mehreren Variablen, die von Einzel schleifensteuerroutinen umgesetzt werden, zu koordinieren. Insbesondere hat der MPC-Funktionsblock 60 einen ersten Aus gang OUT1, der an den Eingang RCAS_IN (ferngesteuerte Kaska de) eines AO-Blocks 62 angeschlossen ist, der zu einem zu be tätigenden Ventil gehört, und einen zweiten Ausgang OUT2, der an den Eingang RCAS_IN (ferngesteuerte Kaskade) eines PID- Funktionsblocks 64 angeschlossen ist. Desweiteren hat der MPC-Block 60 einen ersten Eingang 11 (der ein gesteuerter Pa rametereingang ist), der Signale von einem AI-Funktionsblock 66 erhält, einen zweiten Eingang 12 (der auch ein gesteuerter Parametereingang ist), der Signale von einem AI-Funktions block 68 in Fig. 4B erhält, und einen dritten Eingang (der ein Störparametereingang ist), der Signale von einem AI-Funk tionsblock 70 erhält. Die AI-Funktionsblöcke 66, 68 und 70 können zu Anlageneinrichtungen, wie zum Beispiel Sensoren, gehören und von diesen gemessene Signale abgeben, die an die Steuerroutine über einen Geber oder andere Einrichtungen übertragen werden. Der MPC-Block 60 empfängt ferner Rückkopp lungen an Eingängen BKCAL_IN1 und BKCAL_IN2 (Rückkalibrie rungseingänge) von den ferngesteuerten Kaskadenausgängen (RCAS_OUT) des AO-Funktionsblocks 62 und des PID-Funktions blocks 64 zur Verwendung bei der Bestimmung der Auswirkungen der Steuersignale, die vom MPC-Block 60 an die Funktionsblöc ke 62 und 64 geleitet werden. Der Ausgang des AI-Funktions blocks 66 wird auch an einen Eingang eines PID-Funktions blocks 72 abgegeben, der ein Steuersignal an den Kaskadenein gang (CAS_IN) des AO-Funktionsblocks 62 abgibt und ein Rück kopplungssignal vom Ausgang OUT des AO-Funktionsblocks 62 am BKCAL_IN-Eingang des PID-Funktionsblocks 72 empfängt, um da mit das betätigte Ventil während des normalen Prozeßablaufs zu steuern, das heißt ohne den MPC-Betrieb. Entsprechend gibt der AO-Funktionsblock 68 sein Ausgangssignal, das ein Prozeß ausgangssignal ist, an den Auto-Eingang eines PID-Funktions blocks 74 ab, der ein Steuersignal an den Kaskadeneingang des PID-Funktionsblocks 64 leitet. Der PID-Funktionsblock 74 emp fängt auch ein Rückkopplungssignal des PID-Funktionsblocks 64 am BKCAL_IN-Eingang des Funktionsblocks 74. Die Ein- und Aus gänge der Funktionsblöcke in Fig. 4A und 4B sowie in Fig. 5 sind dem Fieldbus-Protokoll entsprechend definiert und arbei ten entsprechend den Definitionen und Bestimmungen des Field bus-Protokolls.

Die Funktionsblöcke 66, 72 und 62 bilden eine erste Einzel schleifensteuerroutine, während die Funktionsblöcke 68, 74 und 64 eine zweite Einzelschleifensteuerroutine bilden, die beide während des regulären oder automatischen Ablaufs des Prozesses arbeiten können, um eine Einzelschleifensteuerung zu erhalten. Der MPC-Block 60 kann jedoch die Steuerung des AO-Funktionsblocks 62 (und der zugehörigen Einrichtung) über nehmen sowie die Steuerung der Schleife, die zu dem PID-Funk tionsblock 64 gehört, indem Steuereingangssignale an die ferngesteuerten Kaskadeneingänge des AO-Funktionsblocks 62 und des PID-Funktionsblocks 64 abgegeben werden. Dadurch ar beiten diese Blöcke im ferngesteuerten Modus (anstatt im au tomatischen Modus), und daher verwenden sie im Betrieb die Steuereingangssignale an den ferngesteuerten Eingängen an statt an den Auto-Eingängen. Während des Betriebs im fernge steuerten Modus ignorieren die Funktionsblöcke 62 und 64 die Eingangssignale der jeweiligen PID-Funktionsblöcke 72 und 74. Auf diese Weise kann der MPC-Block 60 an die Blöcke 62 und 64 angeschlossen werden und steuert sie, wobei dies an- und ab schaltbar ist. Wenn die Blöcke 62 und 64 nicht durch den MPC- Funktionsblock 60 gesteuert werden, werden sie immer noch je weils von den Blöcken 72 und 74 gesteuert, das heißt entspre chend einer Einzelschleifensteuerstrategie.

In gleicher Weise stellt Fig. 5 einen MPC-Funktionsblock 80 dar, der mit einer Prozeßsteuerroutine zur Koordinierung von Einzelschleifenroutinen verbunden ist. Insbesondere empfängt der MPC-Funktionsblock 80 gesteuerte Parametereingangssignale von den AI-Funktionsblöcken 82 und 84 und ein Störparameter eingangssignal vom AI-Funktionsblock 86. Der MPC-Funktions block 80 liefert ein Steuerausgangssignal an einen AO-Funk tionsblock 90, der zu einem betätigten Ventil gehört, und leitet ein Sollwertausgangssignal an den Kaskadeneingang (CAS_IN) eines PID-Funktionsblocks 92 in einer Steuerschleife 94. Der AO-Funktionsblock 90 und der PID-Funktionsblock 92 liefern Rückkalibrierungsausgangssignale an die Rückkalibrie rungseingänge des MPC-Funktionsblocks 80. Die Steuerschleife 94 enthält ferner einen AI-Funktionsblock 96, der ein Steuer parametereingangssignal (das heißt ein Prozeßausgangssignal) an den Auto-Eingang des PID-Funktionsblocks 92 abgibt, der dann ein Steuerausgangssignal an den AO-Funktionsblock 98 leitet, der zum Beispiel zu einem anderen Ventil oder einer anderen Einrichtung gehört. Der AO-Funktionsblock 98 gibt ei ne Rückkopplung an den Rückkalibrierungseingang des PID-Funk tionsblocks 92 ab. In der Anordnung in Fig. 5 steuert der MPC-Funktionsblock 80 das Ventil, das zu dem AO-Funktions block 90 gehört, direkt und steuert den Betrieb der Schleife 94 durch Beeinflussung des Sollwerts dieser Schleife. Jedoch arbeitet die Schleife 94 weiter, wenn der MPC-Funktionsblock 80 in Betrieb ist. Daher steuert der MPC-Funktionsblock 80 die Einrichtung, die zu dem AO-Funktionsblock 98 gehört, in direkt, steuert aber die Steuerschleife 94 direkt. Die MPC- Blöcke können selbstverständlich in einer Prozeßsteuerroutine in jeder anderen gewünschten Weise zur direkten oder indirek ten Steuerung von Einrichtungen oder anderen Steuerelementen verbunden sein. Desweiteren können die Steuerroutinen oder -module unter Verwendung jeder Technik, einschließlich grafi scher oder nichtgrafischer Programmiertechniken, entwickelt werden.

Es versteht sich daher, daß die Prozeßeingaben X₁ bis X₃, an die die Ausgänge des MPC-Steuerblocks 56 in Fig. 3 ange schlossen sind, jede Art von gewünschten Prozeßeingaben sein können, einschließlich Eingangssignalen für Steuerschleifen, die in bestehenden Steuerstrategien festgelegt sind, oder Eingangssignalen für Ventile oder andere Einrichtungen des Prozesses. Ebenso können die Ausgangssignale Y₁ bis Y₃, die an die Eingänge des MPC-Blocks 56 angeschlossen sind, jede Art von gewünschten Prozeßausgaben sein, einschließlich Aus gangssignalen von Ventilen oder anderen Sensoren, Ausgaben von AO- oder AI-Funktionsblöcken oder Ausgaben von anderen Steuerelementen oder Routinen.

In Schritt 54 in Fig. 2 wird, nachdem der Bediener ein Steu ermodul erzeugt hat, das einen ursprünglichen MPC-Block ent hält, der Aus- und Eingänge hat, die jeweils mit den ge wünschten Prozeßein- und -ausgängen verbunden sind, das Steu ermodul mit dem ursprünglichen MPC-Block darin zur Ausführung auf eine entsprechende Einrichtung geladen, wie auf die Steu ereinrichtung 11 oder eine der Workstations 13. Dann weist bei einem Schritt 99 der Bediener den ursprünglichen MPC- Block an, den Prozeß in bekannter Weise anzuregen und Pro zeßeingangs- und -ausgangsdaten zu sammeln, während der Pro zeß angeregt wird.

Wie Fig. 3 zeigt, umfaßt der ursprüngliche MPC-Block 56 eine Datensammelroutine 100, einen Wellenformgenerator 101, eine auswählbare Steuerlogik 102 und einen Speicher zur Speiche rung von Steuerparametern 103 und eines Prozeßmodells 104. Die auswählbare Logik 102 kann zum Beispiel eine auswählbare MPC-Routine sein, die Koeffizienten oder andere Steuerparame ter benötigt, um zum Betrieb in der Lage zu sein und die Steuerung in einem bestimmten Fall ausführen zu können. In einigen Fällen kann die auswählbare Logik 102 auch ein Pro zeßmodell für den zu steuernden Prozeß benötigen, um den Pro zeß zu steuern. Nachdem er zum Beispiel auf die Steuerein richtung 11 geladen wurde, wird der ursprüngliche MPC-Block 56 über die MPC-Erzeugungsroutine 42 angewiesen, die nächste Phase der Entwicklung eines MPC-Blocks 56 zu beginnen, in der Daten jedes Prozeßausgangssignals für die Verwendung in der Erzeugung eines Prozeßmodells gesammelt werden. Insbesondere beginnt der Wellenformgenerator 101 des MPC-Blocks 56, wenn er entsprechend vom Bediener angewiesen wird oder zu jeder anderen gewünschten Zeit, eine Reihe von Wellenformen an den Ausgängen OUT₁-OUT₃ zu erzeugen, um Anregungswellenformen an jeden der Prozeßeingänge X₁-X₃ zu leiten. Wenn gewünscht können diese Wellenformen dem Generator 101 über Software in der Workstation 13 des Nutzers zu Verfügung gestellt werden, vorzugsweise werden sie jedoch vom Generator 101 erzeugt. Die Wellenformen, die vom Wellenformgenerator 101 erzeugt werden, sind vorzugsweise derart ausgebildet, daß sie verursachen, daß der Prozeß über unterschiedliche Wertebereiche der erwar teten Eingangssignale während des normalen Ablaufs des Pro zesses arbeitet. Zur Entwicklung eines Prozeßmodells für eine MPC-Steuerroutine kann der Wellenformgenerator 101 an jeden der Prozeßeingänge X₁-X₃ eine Reihe von unterschiedlichen Impulssätzen leiten, wobei die Impulse in jedem dieser Im pulssätze die gleiche Amplitude haben, aber pseudo-zufalls verteilte Längen, wobei die Impulse in den verschiedenen Im pulssätzen unterschiedliche Amplituden haben. Eine derartige Reihe von Impulssätzen kann für jeden der verschiedenen Pro zeßeingänge X_1-X₃ erzeugt und dann aufeinanderfolgend je weils einzeln an diese geleitet werden. Während dieser Zeit sammelt die Datensammeleinheit 100 in dem MPC-Block 56 Daten oder koordiniert auf andere Weise das Sammeln der Daten, die die Reaktoin der Prozeßausgänge Y₁-Y₃ auf jede der vom Wel lenformgenerator 101 erzeugten Wellenformen anzeigen, und sie kann die Daten sammeln oder das Sammeln der Daten koordinie ren, die zu den erzeugten Anregungswellenformen gehören. Die se Daten können im MPC-Block 56 gespeichert werden, vorzugs weise werden sie aber automatisch an den Archivspeicher 12 zur Speicherung und/oder an die Workstation 13 gesendet, wo diese Daten auf dem Anzeigebildschirm 14 dargestellt werden können.

Anstatt zu versuchen, den Prozeß 58 unter Verwendung einer fortschrittlichen Steuerlogik zu steuern (die bis jetzt noch nicht vollständig entwickelt ist), leitet so der MPC-Block 56 zuerst eine Reihe von Anregungswellenformen an den Prozeß 58 und mißt die Reaktion des Prozesses 58 auf diese Anregungs wellenformen. Selbstverständlich können die Anregungswellen formen, die vom Wellenformgenerator 101 erzeugt werden, jede gewünschte Wellenform sein, die entwickelt werden, um ein Prozeßmodell zu erzeugen, das für die Bildung von Steuerlo gikparametern für jede fortschrittliche Steuerroutine nütz lich ist. In diesem Beispiel erzeugt der Wellenformgenerator 101 jeden Satz von Wellenformen, von welchen bekannt ist, daß sie bei der Entwicklung eines Prozeßmodells für eine modell vorhersagende Steuereinrichtung nützlich sind. Diese Wellen formen können jede bisher bekannte oder noch in Zukunft für diesen Zweck zu entwickelnde Form annehmen. Da Wellenformen, die dazu verwendet werden, einen Prozeß zum Zwecke des Sam melns von Daten anzuregen, um ein Prozeßmodell zur modellvor hersagenden Steuerung zu entwickeln, bekannt sind, werden diese Wellenformen hier nicht weiter beschrieben. Entspre chend kann jede andere oder jede gewünschte Art von Wellen formen mit dem Wellenformgenerator 101 erzeugt werden, um da mit Prozeßmodelle für andere fortschrittliche Steuerroutinen, die das Modellieren beinhalten, zu entwickeln, wie zum Bei spiel Steuerroutinen für neuronale Netze, für Fuzzy-Logik mit mehreren Variablen und dergleichen.

Es ist zu beachten, daß der Wellenformgenerator 101 jede ge wünschte Ausbildung haben kann und zum Beispiel in Hardware, Software oder einer Kombination daraus umgesetzt sein kann. Wenn er in Software umgesetzt ist, kann der Wellenformgenera tor 101 einen Algorithmus speichern, der dazu verwendet wird, die gewünschten Wellenformen zu erzeugen, kann er eine digi tale Darstellung der zu erzeugenden Wellenform speichern oder kann er jedes andere Programm oder gespeicherte Daten zur Er zeugung derartiger Wellen verwenden. Wenn er in Hardware um gesetzt ist, kann der Wellenformgenerator 101 beispielsweise die Form eines Oszillators oder eines Rechteckwellengenera tors haben. Wenn es gewünscht ist, kann der Bediener aufge fordert werden, bestimmte Parameter einzugeben, die zur Fest legung der Wellenform notwendig sind, wie die ungefähre Reak tionszeit des Prozesses, die Schrittgröße der Amplitude der an die Prozeßeingänge zu leitenden Wellenformen und derglei chen. Der Bediener kann nach diesen Informationen abgefragt werden, wenn der MPC-Block 56 das erste Mal erzeugt wird oder wenn der Bediener den MPC-Block 56 anweist, den Prozeß zu be ginnen oder anzuregen und Prozeßdaten zu sammeln. In einer bevorzugten Ausführungsform sammelt die Datensammeleinrich tung 100 Daten (oder stellt deren Erfassung anderweitig si cher), die über das Drei- bis Fünffache der vom Bediener ein gegebenen Ansprechzeit in Reaktion auf jede der Anregungswel lenformen erfaßt wurden, um sicherzustellen, daß ein voll ständiges und genaues Prozeßmodell entwickelt werden kann. Jedoch können die Daten auch für jede andere Zeitspanne ge sammelt werden.

Auf jeden Fall arbeitet der MPC-Block 56 vorzugsweise bis der Wellenformgenerator 101 jede der notwendigen Anregungswellen formen an jeden der Prozeßeingänge X₁-X₃ geleitet hat und die Datensammeleinheit 100 Daten für die Prozeßausgänge Y₁- Y₃ gesammelt hat. Selbstverständlich kann der Betrieb des MPC-Blocks 56, wenn es gewünscht wird oder während des Daten sammelvorgangs notwendig ist, unterbrochen werden.

Fig. 6 zeigt eine Bildschirmanzeige 118, die dem Bediener auf einer der Anzeigen 14 durch die Routine 40 zur Erzeugung einer Steuerlogik angezeigt werden kann. Es ermöglicht dem Bediener, die unterschiedlichen Schritte der Erzeugung eines fortschrittlichen Steuerblocks umzusetzen. Insbesondere bein haltet die Bildschirmanzeige 118 ein Datenanzeigefeld 120 und drei Schaltflächen 122, 123 und 124, die dazu verwendet wer den können, verschiedene Teile der Routine 40 zur Erzeugung eines fortschrittlichen Steuerblocks zu starten. Die Test schaltfläche 122 ermöglicht es dem Bediener, den ursprüngli chen MPC-Block 56 zu veranlassen, Anregungssignale an den Prozeß 58 zu senden und Eingangs- und Ausgangsdaten zur Über mittlung an den Archivspeicher 12 zu sammeln. Die Schaltflä che 122 kann zum Beispiel die Zeit anzeigen, die zur Durch führung der Anregungsroutine verbleibt, das heißt die Zeit, die der MPC-Steuerblock 56 braucht, um alle Anregungswellen formen zu erzeugen und die Prozeßdaten, die ansprechend auf diese Wellenformen erzeugt werden, zu sammeln. Vor dem Drüc ken der Schaltfläche 122 kann der Benutzer eine Ansprechzeit eingeben, die einer typischen Zeit entspricht, die der Prozeß benötigt, um auf ein Eingangssignal anzusprechen, und kann die Schrittgröße angeben oder festlegen, die vom MPC-Block 56 zur Erzeugung von Anregungswellenformen verwendet werden soll, wobei diese Daten an den Wellenformgenerator 101 des MPC-Blocks 56 geleitet werden können. Nach dem Drücken der Schaltfläche 122 können die von dem MPC-Block 56 gesammelten Daten auch auf dem Datenanzeigefeld 120 angezeigt werden, und, wenn gewünscht, kann der Nutzer die Daten, die nicht zur Erzeugung eines Prozeßmodells verwendet werden sollen, mar kieren. Es ist selbstverständlich, daß die Datensammeleinheit 100 diese Daten derart sammeln kann, daß sichergestellt ist, daß die Daten an den Archivspeicher 12 oder eine andere Spei chereinrichtung zur Speicherung geleitet werden.

Danach, wie in Fig. 2 bei Schritt 125 dargestellt, kann der Bediener an einem bestimmten Punkt entscheiden, daß die näch ste Phase der Entwicklung des MPC-Blocks durch Ausführung des Prozeßmodellierungsroutine 44 umgesetzt wird, die auf die ge sammelten Daten in dem Archivspeicher 12 zugreift und eine beliebige bekannte Routine zur Erzeugung eines Prozeßmodells verwendet, um ein Prozeßmodell aus den gesammelten Daten zu erzeugen. Im allgemeinen kann der Bediener diese Phase durch Betätigung der Schaltfläche "Steuerung erstellen" 123 auf der Bildschirmanzeige aus Fig. 6 beginnen.

Wenn gewünscht, kann die Prozeßmodellierungsroutine 44 einen Datenprüfvorgang der gesammelten Daten durchführen. Dieser Datenprüfvorgang kann die gesammelten Daten auf Ausreißer und andere offensichtlich fehlerhafte Daten kontrollieren und kann andere mit den gesammelten Daten verknüpfte Werte über prüfen, wie zum Beispiel Zustands- und Grenzwerte, die zu den gesammelten Daten gehören, um zu bestimmen, ob die Daten von einem Funktionsblock in schlechtem oder ungeeignetem Zustand erzeugt wurden, ob die Daten an einem Grenzwert liegen, ob die Daten erzeugt wurden, als ein Funktionsblock oder ein an deres Element in einem ungeeigneten Modus waren oder ob die Daten auf andere Weise unter abnormalen oder unerwünschten Prozeßbedingungen erzeugt wurden. Zum Beispiel im Fieldbus- Kommunikationsprotokoll beinhalten die von Funktionsblöcken erzeugten Daten auch eine Status-, eine Grenzwert- und eine Modusangabe, die zusammen mit den Daten im Archivspeicher 12 speicherbar und zur Kontrolle der Daten verwendbar sind. Wenn gewünscht, kann die Datenprüfroutine die gesammelten Daten dem Bediener auf dem Datenanzeigefeld 120 aus Fig. 6 dar stellen und es dem Bediener ermöglichen, die zu kontrollie renden oder auszusondernden Daten zu markieren. Dies erfolgt beispielsweise durch Hervorhebung oder andere Kenntlichma chung dieser Daten auf der Grundlage des Wissens des Bedie ners über die Prozeßbedingungen. Auf diese Weise können Da ten, die vom MPC-Block 56 gesammelt wurden, wenn der Prozeß 58 nicht angeschlossen war, wenn der Prozeß 58 nicht korrekt gesteuert war, wenn der Prozeß 58 gewartet wurde, wenn ein Sensor oder eine andere Einrichtung im Prozeß 58 fehlerhaft war oder ausgetauscht wurde etc., ausgewählt und aus den Da ten entfernt werden, aus denen ein Prozeßmodell erzeugt wird.

Wie in Fig. 6 dargestellt, kann eine Tendenz auf dem Anzei gefeld 120 dargestellt werden, die die MPC-Eingangs- und Aus gangssignale als ein Trenddiagramm enthält. Das Diagramm kann auf der Grundlage der Werte der Eingangs- und Ausgangssignale selbsttätig skaliert sein. Auch wird das Zeitfenster des dar gestellten Abschnitts des Diagramms vorzugsweise der zweifa chen festgelegten Ansprechzeit entsprechen. Mit Hilfe eines Schiebebalkens 126 kann das Zeitfenster verschoben werden, um Werte einer vorhergegangenen Zeit anzuzeigen, wie zum Bei spiel aus den letzten zwei Tagen. Zur Sicherstellung, daß gu te Daten beim Betrieb der Anlage gesammelt werden, kann eine automatisierte Testfunktion verwendet werden. Durch Betäti gung der Testschaltfläche 122 werden die Prozeßeingangssigna le, die von dem MPC-Block bearbeitet werden, mit der festge legten Schrittgröße in eine pseudo-zufallsverteilte Folge über die festgelegte Ansprechzeit verteilt. Desweiteren wird, wenn die Testschaltfläche 122 betätigt wird, der Start- und der Endteilerbalken automatisch auf die Datenanzeige gesetzt, um den Start und das Ende des automatisierten Tests anzuzei gen, und der MPC-Block 56 übernimmt die Steuerung der bear beiteten Ausgangssignale durch Weiterleitung der pseudo- zufallsverteilten Folge von Ausgangssignalen als Anregungs wellenformen an den Prozeß 56.

Die Zeitbalken oder das Datenfenster in dem Anzeigefeld 120 können auch dazu verwendet werden, Daten auszuwählen, mit de nen das Prozeßmodell entwickelt wird. Ein Bediener kann einen der Teilerbalken auswählen und ihn an die gewünschte Start- oder Endzeit ziehen, um das Zeitfenster zu ändern, das für die Prozeßmodellidentifizierung in Betracht gezogen wird. Wenn ein Teil der Zeit zwischen dem Start- und dem Endbalken nicht repräsentativ für den normalen Betrieb der Anlage ist, kann der Nutzer oder Bediener diesen Zeitabschnitt, zu dem Datenwerte gesammelt werden, markieren, so daß er während des Vorgangs zur Prozeßmodellidentifizierung ignoriert wird. An sprechend darauf kann das ausgewählte Gebiet mit einer dunk leren Hintergrundfarbe dargestellt und automatisch ausgenom men werden, wenn das Prozeßmodell erzeugt wird.

Nach Kontrolle der Daten erzeugt die Prozeßmodellierungsrou tine 44 ein Prozeßmodell aus den ausgewählten Daten. Wie oben ausgeführt, kann die Prozeßmodellierungsroutine 44 jede ge wünschte oder bekannte Art von Prozeßmodellierungsanalyse durchführen, um aus den gesammelten und geprüften Daten ein Prozeßmodell zu entwickeln. Das entwickelte Prozeßmodell kann jede Form annehmen, wie zum Beispiel einen mathematischen Al gorithmus, eine Reihe von Reaktionskurven und dergleichen.

Wenn die Prozeßmodellierungsroutine 44 Schwierigkeiten hat, ein Prozeßmodell zu bestimmen, kann ein Hinweis auf das Pro blem in einem Statusfeld auf der Benutzeranzeige wie der in Fig. 6 gezeigten angezeigt werden. Ein Problem, das ange zeigt werden kann ist, daß nicht ausreichend Proben vorhanden sind zur Festlegung oder Erzeugung eines Prozeßmodells. Eine Nachricht wie zum Beispiel "Für die festgelegte Konfiguration ist eine Mindestanzahl von XXX Proben notwendig. Der Daten satz enthält nur XXX Proben" kann erzeugt werden, um den Be nutzer auf dieses Problem aufmerksam zu machen. Ein anderes Problem, das festgestellt werden kann, ist, daß nicht genü gend Anregungen an den Prozeßeingängen erfolgten. Ein ent sprechender Hinweis mit Identifizierung der Signalmarkie rungsnamen, wie zum Beispiel Markierung-X, Markierung-Y etc., und die Mindestveränderung des Ausmaßes der Anregungen kann dem Bediener übermittelt werden, wenn ein derartiges Problem auftritt.

Wenn gewünscht und auf der Grundlage, daß die Bedingungen identifiziert wurden, die das erfolgreiche Bestimmen eines Modells verhinderten, kann der Nutzer den Zeitrahmen, über den die Prozeßmodellierung durchgeführt wird, ändern, oder er kann die Prozeßeingangssignale derart ändern, daß die von der Prozeßmodellierungsroutine 44 verwendeten Daten gültig sind. Das Prozeßmodell, das bestimmt wird, kann automatisch in je der gewünschten Datenbank gespeichert werden, um für späteren Gebrauch zugänglich zu sein. Erfahrenere Nutzer könnten es wünschen, das Prozeßmodell, das bestimmt wurde, zu untersu chen oder zu überarbeiten. Durch Auswahl der Schaltfläche 124 "Fortgeschritten" auf dem Bildschirm aus Fig. 6 kann dem Nutzer eine Auswahl gegeben werden, eine MPC-Steuereinrich tung aus einem ausgewählten Modell und der derzeitigen MPC- Funktionsblockkonfiguration zu erzeugen oder ein bestimmtes Modell zu bearbeiten und das erhaltene Modell als ein neues Modell zur Erzeugung einer MPC-Steuerlogik zu speichern. Wenn die Option zur Erzeugung einer Steuereinrichtung gewählt wird, kann dem Nutzer ein Dialog vorgelegt werden, aus dem er ein Modell auswählt, das vorher für den MPC-Block im MPC- Modul gespeichert wurde, das überarbeitet wird. Durch Auswahl der Überarbeitungsoption kann dem Nutzer eine Liste von Mo dellen dargestellt werden, die für das in Frage stehende MPC- Modul entwickelt wurden. Nach Auswahl eines Modells können dem Nutzer eine Anzeige mit einem Überblick über die Prozeß schrittreaktionen und andere Bildschirmanzeigen gezeigt wer den, wie im folgenden beschrieben, um Prozeßschrittreaktionen zu überarbeiten um ein neues oder geändertes Modul zu erzeu gen.

An einem bestimmten Punkt im Prozeß kann die Routine 46 zur Erzeugung eines Logikparameters ausgeführt werden, um die Pa rameter zu erzeugen (die in den Variablen im MPC-Block 56 ge speichert werden), welche von der auswählbaren Logik 102 des ursprünglichen MPC-Blocks 56 benötigt werden, um eine modell vorhersagende Steuerung durchzuführen. Diese Steuerparameter, die zum Beispiel Matrix- oder andere MPC-Koeffizienten für eine MPC-Logik, Abstimmparameter, neuronale Netzparameter (für ein neuronales Netz), Skalierungsfaktoren (für Fuzzy- Logik mit mehreren Variablen) oder jede andere gewünschte Art von Parametern sein können, werden üblicherweise auf der Grundlage des erzeugten Prozeßmodells festgelegt. Die Routine 46 zur Erzeugung eines Logikparameters kann jede gewünschte oder bekannte Prozedur zur Erzeugung der Parameter aus dem Prozeßmodell ausführen. Im allgemeinen bringt dieser Prozeß das Invertieren des Prozeßmodells in ein Matrixformat mit sich. Jedoch können andere gewünschte Routinen zur Erzeugung von Logikparametern verwendet werden. Da die Eigenheiten der Erzeugung eines Prozeßmodells aus gesammelten Daten eines Prozesses und die Erzeugung von MPC- oder anderen Steuerlo gikparametern aus diesem Prozeßmodell im Stand der Technik bekannt sind, werden diese Vorgehensweisen hier nicht weiter beschrieben. Es ist jedoch festzustellen, daß der Bediener einigen Einfluß auf die Erzeugung der Steuerlogikparameter für den MPC-Block 56 hat. Tatsächlich kann der Bediener auf gefordert oder auf andere Weise ermächtigt werden, die Werte bestimmter Variablen anzugeben, die üblicherweise zur Erzeu gung einer MPC-Steuereinrichtung verwendet werden. Zum Bei spiel kann der Benutzer die Sollwerte und Grenzwerte jeder der beschränkten Eingänge des MPC-Blocks festlegen, den Zeitrahmen, über welchen Änderungen in der Steuerung erfolgen sollen, das heißt den Sollwert-Trajektorien-Filter und die mit diesem Filter verknüpften Zeitkonstanten, die maximale oder minimale Bewegung (Verhältnisgrenze) eines MPC- Ausgangssignals oder eines Prozeßausgangssignals, ob einer der gesteuerten Parameter in integrierter Weise anspricht, MPC-Optimierungsfaktoren, Variable oder Abstimmungsparameter, den 24411 00070 552 001000280000000200012000285912430000040 0002010048360 00004 24292 Horizont des MPC-Steuerblocks, das heißt wie viele Schritte zur Steuerung eines gewünschten Zustandes im voraus berechnet werden, die berechneten Einheitenbereiche für jeden der Ein- und Ausgänge des MPC-Blocks 56, welche der bearbei teten variablen Ziele gelockert oder nicht verwirklicht wer den, wenn eine der Beschränkungen verletzt wird, eine Be schreibung und/oder ein Name jedes der MPC-Block-Eingangs- und Ausgangssignale, den Wert von Optimierungsvariablen, die gewählt werden können, den Wert von Variablen bezogen auf das Ansprechverhalten oder die Widerstandsfähigkeit des MPC- Blocks und dergleichen. Wenn gewünscht, kann die Routine 46 zur Erzeugung einer Steuerlogik Standardwerte für einige oder alle dieser Variablen oder Einstellungen speichern und diese Standardwerte zur Erzeugung der MPC-Logik verwenden. Jedoch kann der Bediener oder jeder andere Nutzer in der Lage sein, die Einstellungen über die Benutzeranzeige 14 zu ändern.

Auf jeden Fall verwendet die Routine 46 zur Erzeugung von MPC-Logikparametern diese Informationen und alle anderen er forderlichen Informationen zur Erzeugung von MPC- oder ande ren Steuerlogikparametern, wie zum Beispiel MPC-Koeffizien ten. Die Schaltfläche "Steuerung erzeugen" 123 auf der Bild schirmanzeige 118 kann anzeigen, ob die Erzeugung eines Pro zeßmodells und von Steuerlogikparametern erfolgreich war oder nicht.

Nachdem in Schritt 128 in Fig. 2 die MPC-Steuerlogikparame ter erzeugt sind, können die MPC-Steuerlogikparameter oder Koeffizienten mit einem Prozeßsimulationsblock getestet wer den. Dieser Simulationsblock kann im allgemeinen aus dem für den Prozeß erzeugten Prozeßmodell entwickelt werden und an einen MPC-Block in einer Testumgebung angeschlossen werden, wie nachfolgend beschrieben wird, um zu testen, ob die er zeugte MPC-Steuerlogik über den normalen Betriebsbereich des Prozesses zufriedenstellend arbeitet. Wenn die MPC-Logik nicht zufriedenstellend ist, können einige oder alle der Schritte 54, 99 und 125 wiederholt werden, um eine andere MPC-Steuerlogik zu entwickeln. Wenn jedoch die MPC-Steuerlo gik zufriedenstellend ist, können die MPC-Steuerlogikparame ter und das Prozeßmodell in einem Schritt 130 in den MPC- Block 56 zur Speicherung im Parameterspeicher 130 und in den Prozeßmodellspeicher 104 zur Verwendung bei der Steuerung des Prozesses 58 geladen werden. Auf diese Weise sind die von der MPC-Steuerlogik benötigten Parameter in dem MPC-Block 56 be reitgestellt und enthalten, und der MPC-Block 56 kann für den Betrieb kommissioniert werden oder entsprechend der MPC- Steuerlogik 102 die tatsächliche Steuerung des Prozesses aus führen. Wenn gewünscht, kann die tatsächliche MPC-Logik 102 zusammen mit den dafür benötigten Parametern in der Worksta tion 13 erzeugt und auf den MPC-Block 16 geladen werden.

Wenn das MPC-Modul oder die Schleife mit dem MPC-Block 56 darin einmal auf die Steuereinrichtung 11 geladen und ausge führt ist, kann sie in der gleichen Weise wie andere Blöcke oder Elemente in der Steuerroutine Berichtsfunktionen ausfüh ren, da - wie oben ausgeführt - der MPC-Block 56 und das die sen Block enthaltende Steuermodul mit denselben Programmpara digmen wie die anderen Steuerblöcke in dem Prozeßsteuersystem 10 gebildet sind. In einer Ausführungsform kann der MPC-Block oder das -Modul damit verknüpfte grafische Ansichten haben, die einem Nutzer oder Bediener beispielsweise über einen der Anzeigeschirme 14 einer oder mehrerer der Workstations 13 an gezeigt werden, wobei diese Ansichten Daten abonnieren, die zu den Blöcken in dem MPC-Steuermodul gehören, und wobei die se Daten in einer vorherbestimmten oder festgelegten Weise angezeigt werden.

In Fig. 7 sind als Beispiel Abschnitte des Prozeßsteuersy stems 10 aus Fig. 1 dargestellt, einschließlich der Steuer einrichtung 11, die über eine nicht gesondert dargestellte Kommunikationsverbindung an die Nutzeranzeigen 14A und 14B und an die Einrichtungen 15 bis 22 angeschlossen ist. In der Steuereinrichtung 11 ist ein MPC-Modul 132 dargestellt, mit einem MPC-Funktionsblock, der Eingangssignale von einer Reihe von AI-Funktionsblöcken empfängt und jeweils Ausgangssignale an eine Reihe von AO-Funktionsblöcken leitet, während eine Einzelschleifensteuerroutine 134 derart dargestellt ist, daß sie einen PID-Block hat, der ein Eingangssignal zur Steuerung eines AO-Funktionsblock von einem AI-Funktionsblock empfängt.

Unterschiedliche Ansichten des Betriebs dieser beiden Steuer module, wie zum Beispiel eine Bedieneransicht und eine Tech nikeransicht sind auf den Anzeigebildschirmen 14A und 14B grafisch abgebildet. Insbesondere umfaßt eine Technikeran sicht auf der Anzeige 14A eine grafische Darstellung des Be triebs der Schleife 132 sowie eine grafische Darstellung der Schleife 134, die erstellt wurden, um es dem Techniker zu er möglichen, auf Informationen über diese Schleifen zuzugreifen und diese Schleifen zu bearbeiten. Dementsprechend ist eine Bedieneransicht mit einer grafischen Abbildung des Betriebs der Schleife 132 sowie einer grafischen Abbildung der Schlei fe 134 auf der Anzeige 14B vorhanden, um dem Bediener zu er möglichen, auf Informationen über diese Schleifen zuzugreifen und diese Schleifen zu bearbeiten. Jedoch können die zur Ver fügung gestellten Informationen in der Bedieneransicht sich von den Informationen in der Technikeransicht unterscheiden, und die Möglichkeiten zur Beeinflussung der Schleifen 132 und 134 durch diese Ansichten können unterschiedlich sein. Zum Beispiel kann die Bedieneransicht es dem Bediener lediglich ermöglichen, die Sollwerte zu ändern und beschränkte Funktio nen durchzuführen, während die Technikeransicht es dem Nutzer ermöglicht, Änderungen in der Einstellung einer Schleife vor zunehmen, die Programmierung der Funktionsblöcke zu ändern und dergleichen. Diese unterschiedlichen Ansichten können in Zusammenhang mit den Funktionsblöcken in einer Weise erzeugt werden, die ähnlich der Weise ist, die in Bezug auf die in dem US-Patent Nr. 5,594,858 von Blevins "Uniform Control Tem plate Generating System and Method for Process Control Pro gramming" erörterten Vorlagen beschrieben wurde, welches Pa tent hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme hierin einge schlossen wird. Es ist jedoch klar, daß die MPC-Blöcke und Module, die unter Verwendung dieser Blöcke erzeugt wurden, die gleiche Art der grafischen oder berichtenden Unterstüt zung wie andere Blöcke, Programme oder Elemente im Prozeß steuersystem 10 liefern können, da der MPC-Block im Online- Zustand unter Verwendung der gleichen Programmstrategie wie bei den anderen Steuerblöcken erzeugt wurde. Dieses Merkmal beseitigt die Notwendigkeit der Bereitstellung spezieller Programmierungen und ermöglicht es dem Bediener, Techniker, Ingenieur etc. in einfacher Weise anzusehen, was im MPC- Steuermodul oder -block vor sich geht.

Wenn gewünscht, kann das MPC-Modul 132 jede gewünschte Infor mation an einen Benutzer über eine vorherbestimmte Ansicht oder Anzeige berichten und es dem Nutzer oder Bediener ermög lichen, jede gewünschte Handlung vorzunehmen. Zum Beispiel kann dem Nutzer eine Bildschirmanzeige gezeigt werden, die Alarmmeldungen erläutert, die vom MPC-Modul 132 erzeugt wur den oder zu ihm gehören, die eine grafische Darstellung der gesteuerten, beschränkten oder der Störparamter (die auch zu künftige vorausberechnete Werte dieser gesteuerten und be schränkten Parameter sein können) anzeigt, die es einem Nut zer oder Bediener ermöglicht, die Ausführung des MPC-Moduls 132 zu steuern, beispielsweise unter Verwendung des Moduspa rameters (wenn das MPC-Modul 132 entwickeltes ist, das zum Beispiel ein Fieldbus-Protokoll nutzt), die numerisch oder mit einem Balkendiagramm die Werte der Sollwerte, Beschrän kungen und der gesteuerten und beschränkten Eingangs- und Ausgangssignale darstellt, die es zu ermöglicht, die MPC- Sollwerte oder Ziele zu ändern, die den Zustand der MPC- Eingangssignale anzeigen, um zum Beispiel anzuzeigen, ob die Eingangssignale schlecht, unbestimmt oder beschränkt sind, oder die jede andere Art von gewünschten Daten erläutert oder jede andere gewünschte Funktion ausführt.

Zusätzlich zum Herunterladen der MPC-Steuerlogik auf den MPC- Block im MPC-Steuermodul kann bei Schritt 135 in Fig. 2 die MPC-Logik oder ein MPC-Block, der die entwickelte Logik ent hält, an eine Workstation geleitet werden, um in einer oder mehreren Simulationsumgebungen verwendet zu werden, um zum Beispiel den Gebrauch eines MPC-Steuerblocks Nutzern beizu bringen, den MPC-Block zu testen, etc. Eine derartige Simula tionsumgebung kann unter Verwendung des Systems bereitge stellt werden, das im einzelnen in der vorläufigen US-Patent anmeldung Nr. 60/132,780 "Integrating Distributed Process Control System Functionality on a Single Computer", angemel det am 6. Mai 1999, beschrieben ist, die auf den Rechtsinha ber dieser Erfindung übertragen wurde und deren Offenbarung hiermit ausdrücklich durch Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird.

Fig. 8 zeigt eine Simulationsanordnung 149 mit einem MPC- Block 150, der erzeugt wurde und mit einem Prozeßsimulations block 152 in einer Simulationsumgebung verbunden ist. Die Si mulationskonfiguration 149 kann bei Schritt 128 in Fig. 2 verwendet werden, um zum Beispiel einen vervollständigten MPC-Block zu testen, um zu bestimmen, ob er den Prozeß, für den er entwickelt wurde, angemessen steuert. Oder sie kann bei Schritt 135 in Fig. 2 verwendet werden, um zum Beispiel eine Übungs- oder andere Testumgebungen mit MPC-Blöcken zur Verfügung zu stellen. Der MPC-Block 150 in Fig. 8, der mit drei Eingängen IN₁-IN₃ und drei Ausgängen OUT₁-OUT₃ darge stellt ist, ist mit dem Simulationsblock 152 mit drei Eingän gen X₁-X₃ und drei Ausgängen Y₁-Y₃ verbunden, wobei die Ausgänge Y₁-Y₃ an die jeweiligen Eingänge IN₂-IN₃ des MPC- Blocks 150 angeschlossen sind. Der Simulationsblock 152 kann den Prozeß simulieren, für den der MPC-Funktionsblock 150 mit dem Prozeßmodell erzeugt wurde, das bei Schritt 125 in Fig. 2 erzeugt wurde, wie durch den Block 154 in Fig. 8 darge stellt. In diesem Fall kann das Prozeßmodell, das bei Schritt 125 in Fig. 2 erzeugt wurde, im Simulationsblock 152 gespei chert werden und mit ihm kann das Ansprechverhalten des Pro zesses auf der Grundlage dieses Prozeßmodells und der Ein gangssignale, die vom MPC-Block 150 erhalten werden, simu liert werden. Alternativ dazu kann der Simulationsblock 152 aus einem Prozeßmodell erzeugt werden, das bezüglich des Pro zeßmodells, das bei Schritt 125 erzeugt wurde, geändert wur de, wie durch den Block 156 in Fig. 8 dargestellt. In diesem Fall kann das bei Schritt 125 erzeugte Prozeßmodell derart geändert werden, daß es zum Beispiel Änderungen im Prozeß si muliert, die zum Beispiel durch physische Änderungen im Pro zeß, Alterung der Prozeßausrüstung etc. verursacht werden. Wenn gewünscht, kann das im Block 125 in Fig. 2 erzeugte Prozeßmodell auf verschiedene Arten geändert werden, um den Betrieb des MPC-Blocks 150 zu testen, wenn dieser Block zur Steuerung eines Prozesses verwendet wird, der sich von dem Prozeß unterscheidet, der zuerst verwendet wurde, um den MPC- Block 150 zu erzeugen. Daher kann, wenn gewünscht, das geän derte Prozeßmodell von Block 156 im Simulationsblock 152 ver wendet werden, um den Steuerbereich, den ein MPC-Block bie tet, wenn sich der Prozeß ändert oder nicht mit der MPC- Steuerlogik übereinstimmt, zu bestimmen, um es dem Nutzer zu ermöglichen, MPC-Blöcke zu entwerfen, die über längere Zeit dauern arbeiten oder die besser zur Steuerung von Prozessen in der Anwesenheit von Prozeßänderungen in der Lage sind.

Um einen geänderten Prozeß zu erzeugen, führt der Nutzer oder Bediener eine Routine aus, um das bei Schritt 125 erzeugte Prozeßmodell oder die Reihe der dazu gehörenden Prozeßein gangssignal-/Ausgangssignal-Reaktionskurven anzusehen, wie beispielsweise die in der Bildschirmanzeige in Fig. 9 für einen 5 × 5 MPC-Block dargestellten, um eine oder mehrere die ser Reaktionskurven, die geändert werden sollen, auszuwählen. Die ausgewählte Reaktionskurve (dargestellt als Überhang %C3H6 gegen Rückkocherölfluß) kann dann in einem weiteren Bildschirm angezeigt und bearbeitet werden, wie etwa dem in Fig. 10 dargestellten. Wie in Fig. 10 dargestellt, kann der Nutzer oder Bediener eine Reaktionskurve importieren oder streichen, eine FIR-Reaktion hinzufügen, die Reaktionsparame ter, wie zum Beispiel Totzeit und Verstärkung, ändern, neue Start- oder Endpunkte auswählen, den Wert jedes der Punkte in der Kurve ändern, die Steigung der Kurven ändern, die Kurven skalieren etc., um geänderte Reaktionskurven und folglich ein geändertes Prozeßmodell zu erzeugen. Natürlich kann der Nut zer oder Bediener das Prozeßmodell in jeder anderen Weise än dern. Der Nutzer kann ein Prozeßmodell 150 erzeugen oder überarbeiten, kann einen Prozeßsimulationsblock oder -element 152 aus einem solchen Modell erzeugen, kann den Prozeßsimula tionsblock 152 mit dem MPC-Block 150 in Kommunikationsverbin dung setzen und die angeschlossene Schleife unter Verwendung einer Routine, wie etwa der Routine 153, dargestellt in Fig. 1 im linken Prozessor 13, oder in jeder anderen gewünschten Simulationsumgebung oder in der Prozeßumgebung betreiben.

In Fig. 11 ist eine weitere Steuerschleife 170 mit einem MPC-Block 172 dargestellt, der an einen tatsächlichen Prozeß 174 angeschlossen ist. In diesem Fall sind die drei Ausgänge OUT₁-OUT₃ des MPC-Blocks 172 mit den drei Prozeßeingängen X₁ -X₃ des Prozesses 174 verbunden sowie mit den drei Eingängen X_1SIM-X_3SIM eines simulierten Prozeßblocks 176, der auf einem Prozeßmodell 178 basiert, das für den Prozeß 174 erzeugt wur de. In dieser Anordnung steuert der MPC-Block 172 sowohl den Prozeß 174 während der Laufzeit als auch den simulierten Pro zeßblock 176, der zum Beispiel in einer der Workstations 13 in Fig. 1 oder in jeder anderen Steuereinrichtung oder Ein richtung umgesetzt wird, und der simulierte Ausgangssignale Y_1SIM-Y_3SIM erzeugt. In einem derartigen System können die Ausgangssignale Y_1SIM-Y_3SIM des simulierten Prozeßblocks 176 und die Ausgangssignale Y₁-Y₃ des tatsächlichen Prozesses 174 miteinander verglichen werden, um zu bestimmen, ob die Prozeßausgangssignale Y₁-Y₃ merklich von den simulierten Ausgangssignalen Y_1SIM-Y_3SIM abweichen und ob es somit eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen Prozeß 174 und dem Pro zeßmodell 178 gibt, aus dem der MPC-Block 172 erzeugt wurde. Wenn dem so ist, kann es notwendig sein, einen anderen MPC- Block 172 zu erzeugen oder die Logikparameter oder das Mo dell, das vom MPC-Block 172 bei der Steuerung des Prozesses 174 verwendet wird, zu erneuern.

Auch wenn aus einem beliebigen Grund eines der Ausgangssigna le Y₁-Y₃ des Prozesses 174 aufgrund von zum Beispiel einer Fehlfunktion des Sensors, der dieses Ausgangssignal mißt, fehlerhaft ist, kann das entsprechende simulierte Ausgangs signal des simulierten Prozeßblocks 174 dem entsprechenden Eingang des MPC-Blocks 172 zugeleitet werden, wie durch die gepunktete Linie in Fig. 11 dargestellt, um es dem MPC-Block 172 zu ermöglichen, den tatsächlichen Prozeß 174 besser zu steuern, bis der fehlerhafte Sensor oder die Einrichtung aus getauscht oder repariert ist. Auf diese Weise kann ein virtu elles Prozeßausgangssignal für jedes der tatsächlichen Pro zeßausgangssignale durch den simulierten Prozeßblock 176 ent wickelt werden und eines oder mehrere dieser virtuellen Aus gangssignale kann als Eingangssignal für den MPC-Bock 172 verwendet werden, wenn das entsprechende tatsächliche Prozeß ausgangssignal fehlerhaft oder in anderer Weise nicht ver wendbar ist. Zum Beispiel kann, wenn ein Sensor zur Messung eines der Prozeßausgangssignale Y₁-Y₃ nachts eine Fehlfunk tion hat, der Nutzer oder Bediener einfach das entsprechende virtuelle Ausgangssignal auf den Eingang des MPC-Block 172 legen, so daß der MPC-Block 172 den Prozeß 174 angemessen steuert, bis am nächsten Tag ein Monteur den fehlerhaften Sensor auswechselt oder repariert. Es ist klar, daß der simu lierte Prozeßblock 176 zu allen Zeiten, zu denen der tatsäch liche Prozeß 174 abläuft, betrieben werden kann und mit den gleichen Eingangssignalen versorgt wird, so daß der simulier te Prozeßblock 176 realistische virtuelle Ausgangssignale er zeugen kann. Natürlich können andere Simulationsszenarien um gesetzt werden und ein Prozeßmodell verwenden, das in Verbin dung mit der Erzeugung des MPC-Blocks 150 oder 172 erzeugt wurde, oder sie können ein Prozeßmodell verwenden, das eine Abänderung der Prozeßmodelle ist, die in Verbindung mit der Erzeugung des MPC-Blocks 150 oder 172 erzeugt wurden.

Die Erzeugung eines MPC-Steuerblocks ohne die dafür notwendi gen Steuerlogikparameter und Prozeßmodelle und das Verbinden dieses Blockes mit dem Prozeßsteuersystem in einer Weise, die gleich der ist, in der andere Steuerblöcke oder -elemente mit dem System verbunden werden, der Betrieb des MPC-Steuerblocks zur Sammlung von Prozeßdaten, das Erzeugen eines Prozeßmo dells aus diesen Daten, die Erzeugung von Logikparametern für den MPC-Block aus diesem Prozeßmodell und das Laden der Lo gikparameter und, wenn notwendig, des Prozeßmodells in einen MPC-Steuerblock ermöglicht es einem Nutzer, einen MPC-Steuer block oder ein -Modul in einer Prozeßsteuerroutine zu erzeu gen, ohne in den nicht angeschlossenen bzw. Offline-Zustand gehen zu müssen, ohne daß es notwendig ist, großes Wissen über die Erzeugung einer MPC-Steuerroutine zu haben, ohne daß viel Ingenieursarbeit zur Erzeugung von Wellenformen zur Bil dung eines Prozeßmodells geleistet werden muß und ohne daß eine Steuerroutine zur Einführung modellvorhersagender oder anderer fortschrittlicher Steuerung neu programmiert werden muß. Im Ergebnis spart dieses Verfahren Zeit und Kosten und ermöglicht die Verwendung der erzeugten Prozeßmodelle für an dere Zwecke, wie zum Beispiel zur Simulation und zur Erzeu gung virtueller Prozeßausgangssignale in der Prozeßsteuerum gebung.

Die Routinen und Verfahren zur Erzeugung von MPC- oder fort schrittlichen Steuerlogiken, die hier beschrieben sind, er möglichen es Benutzern, fortschrittliche Steuerblöcke wie z. B. MPC-Steuerblöcke, Blöcke zur Modellierung oder Steuer blöcke in neuronalen Netzen etc. zu erzeugen, ohne daß sie viel Expertenwissen haben, wie diese Blöcke erzeugt werden. Sie ermöglichen es dem Bediener, einen fortschrittlichen Steuerblock zu erzeugen und zu nutzen, ohne daß die Prozesse zur Einführung der fortschrittlichen Steuerung mit großem Aufwand umprogrammiert werden müssten. Auch können, da die fortschrittlichen Steuerblöcke mit den gleichen Programmpara digmen wie die anderen Steuerelemente im System erzeugt wur den, übereinstimmende Ansichten des Prozesses oder grafische Darstellungen des Prozesses mit dem fortschrittlichen Steuer block dargestellt werden. Desweiteren kann, da das Prozeßmo dell zum Beispiel zur Erzeugung eines MPC-Funktionsblocks er stellt werden muß, dieses Prozeßmodell dazu verwendet werden, Simulationsfunktionsblöcke zu erzeugen, die zur Simulierung des Prozesses für andere Zwecke verwendet werden können, wie zum Beispiel Testen, Schulung, Auffinden von Abweichungen zwischen Prozeß und Prozeßmodell, oder zur Erzeugung virtuel ler Ausgangssignale des Prozesses zur Verwendung bei der Steuerung eines Prozesses.

Während die fortschrittlichen Steuerblöcke, die Prozeßsimula tionsblöcke und die damit verknüpften Routinen zur Erzeugung und zum Testen hier derart beschrieben wurden, daß sie in Verbindung mit Fieldbus- und Standard 4-20 Milliampere-Ein richtungen genutzt werden, können sie natürlich auch unter Verwendung jedes anderen Prozeßsteuerkommunikationsprotokolls oder jeder anderen Programmierungsumgebung implementiert wer den, und sie können mit jeder anderen Art von Einrichtungen, Funktionsblöcken oder Steuereinrichtungen verwendet werden. Desweiteren ist festzuhalten, daß die Verwendung des Aus drucks "Funktionsblock" hier nicht darauf beschränkt ist, was das Fieldbus-Protokoll oder das DeltaV-Steuereinrichtungs- Protokoll unter Funktionsblock versteht, sondern daß auch je de andere Art von Block, Programm, Hardware, Firmware, etc. eingeschlossen ist, die zu jeder Art von Steuersystem und/oder Kommunikationsprotokoll gehören, mit denen eine Pro zeßsteuerfunktion implementiert werden kann. Auch ist es nicht notwendig, daß die Funktionsblöcke die übliche Form von Objekten in einer objektorientierten Programmierungsumgebung haben.

Obwohl die fortschrittlichen Steuerblöcke, die Prozeßsimula tionsblöcke und die hier beschriebenen, damit verbundenen Er zeugungs- und Testroutinen vorzugsweise in Software implemen tiert sind, können sie auch in Hardware, Firmware, etc. im plementiert werden und können mit jedem anderen mit einem Prozeßsteuersystem verknüpften Prozessor umgesetzt werden. Folglich kann die hier beschriebene Routine 40 in einer stan dardisierten Mehrzweck-CPU implementiert werden oder, wenn es gewünscht ist, in speziell hierfür entworfener Hardware oder Firmware, wie zum Beispiel in ASICs. Wenn sie in Software im plementiert ist, kann die Software auf jedem computerlesbaren Speicher wie einer Magnetplatte, einer Laserplatte, einer op tischen Platte oder anderen Speichermedien, in einem RAM oder ROM eines Computers oder Prozessors etc. gespeichert werden. Dementsprechend kann die Software an den Nutzer oder ein Pro zeßsteuersystem über jede bekannte oder gewünschte Lieferart geliefert werden, einschließlich zum Beispiel auf einer com puterlesbaren Platte oder anderen transportablen Computer speichereinrichtungen, oder über einen Kommunikationskanal, wie eine Telefonverbindung, das Internet etc. übermittelt werden (was als gleichartig oder austauschbar zur Bereitstel lung der Software über ein transportables Speichermedium an gesehen wird).

Claims

1. Prozeßsteuerelement, das so ausgelegt ist, daß es als Teil einer Prozeßsteuerroutine verwendet wird, die auf einem Prozessor zur Steuerung eines Prozesses implementiert ist, welches Prozeßsteuerelement enthält:
ein computerlesbares Medium;
einen fortschrittlichen Steuerfunktionsblock, der auf dem computerlesbaren Medium gespeichert und der so ausgelegt ist, daß er auf dem Prozessor ausgeführt wird, um eine Mehrfacheingabe-/Mehrfachausgabesteuerung eines Prozesses umzusetzen, wobei der fortschrittliche Steuerfunktionsblock enthält:
eine erste Vielzahl von Eingängen, wobei jeder Eingang so ausgelegt ist, daß er jeweils einen anderen Parameter eines Satzes von Prozeßparametern empfängt;
eine zweite Vielzahl von Ausgängen, wobei jeder Ausgang so ausgelegt ist, daß er mit einem unterschiedlichen Prozeßeingang zur Steuerung des Satzes von Prozeßparametern in Kommunikationsverbindung gebracht wird; und
eine Steuerlogik, die ansprechend auf die erste Vielzahl von Eingängen ein Steuersignal an jedem der zweiten Vielzahl von Ausgängen erzeugt.

2. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fortschrittliche Steuerblock einen Parameterspeicher enthält, der so ausgelegt ist, daß er von der Steuerlogik verwendete Steuerparameter annimmt.

3. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameterspeicher so ausgelegt ist, daß er Koeffizienten der modellvorhersagenden Steuerlogik empfängt.

4. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der fortschrittliche Steuerblock ein Prozeßmodell für den Prozeß enthält, das von der Steuerlogik zur Erzeugung der Steuersignale an der zweiten Vielzahl von Ausgängen verwendet wird.

5. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik eine modellvorhersagende Steuerlogik ist.

6. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik eine neuronale Netzwerklogik ist.

7. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik aus einem Prozeßmodell entwickelt ist.

8. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerlogik ein Prozeßmodell für den Prozeß enthält.

9. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fortschrittliche Steuerfunktionsblock ein Fieldbus-Funktionsblock ist, der dem Fieldbus-Protokoll entspricht.

10. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fortschrittliche Steuerfunktionsblock desweiteren einen Wellenformgenerator enthält, der so ausgelegt ist, daß er Wellenformen zur Anregung des Prozesses an jedem der Vielzahl von Ausgängen erzeugt.

11. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der fortschrittliche Steuerblock desweiteren eine Datensammeleinheit enthält, die so ausgelegt ist, daß sie das Sammeln von Daten, die Signalwerte darstellen, an jedem der Vielzahl von Eingängen koordiniert, wenn der Wellenformgenerator die Wellenformen zur Anregung des Prozesses an jedem der Vielzahl von Ausgängen erzeugt.

12. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenformgenerator eine Reihe von Impulsen mit pseudo-zufallsverteilter Länge als die Anregungswellenformen erzeugt.

13. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenformgenerator Anregungswellenformen erzeugt, die zur Entwicklung eines Prozeßmodells für den Prozeß zur Verwendung bei der Erzeugung einer modellvorhersagenden Steuereinrichtung ausgelegt sind.

14. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fortschrittliche Steuerfunktionsblock eine grafische Ansicht enthält, die so ausgelegt ist, daß sie Informationen, die den Betriebsablauf des fortschrittlichen Steuerfunktionsblocks betreffen, über eine Benutzerschnittstelle anzeigt.

15. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 1, ferner enthaltend einen Prozeßsimulationsfunktionsblock, der in Kommunikationsverbindung mit dem fortschrittlichen Steuerfunktionsblock verbunden ist.

16. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßsimulationsfunktionsblock ein Prozeßmodell enthält, das den Betrieb des Prozesses simuliert.

17. Prozeßsteuerelement, das so ausgelegt ist, daß es als ein Abschnitt einer Prozeßsteuerroutine verwendet wird, die auf einem Prozessor zur Steuerung eines Prozesses implementiert ist, welches Prozeßsteuerelement enthält:
ein computerlesbares Medium;
einen fortschrittlichen Steuerfunktionsblock, der auf dem computerlesbaren Medium gespeichert und so ausgelegt ist, daß er auf dem Prozessor ausgeführt wird, enthaltend:
eine erste Vielzahl von Eingängen, wobei jeder Eingang so ausgelegt ist, daß er jeweils einen anderen Parameter eines Satzes von Prozeßparametern empfängt;
eine zweite Vielzahl von Ausgängen, wobei jeder Ausgang so ausgelegt ist, daß er mit einem unterschiedlichen Prozeßeingang zur Steuerung des Satzes von Prozeßparametern in Kommunikationsverbindung gebracht wird;
einen Wellenformgenerator, der so ausgelegt ist, daß er Wellenformen zur Anregung des Prozesses an jedem der Vielzahl von Ausgängen erzeugt; und
eine Datensammeleinheit, die so ausgelegt ist, daß sie das Sammeln von Daten, die Signalwerte darstellen, an jedem der Vielzahl von Eingängen koordiniert, wenn der Wellenformgenerator die Wellenformen zur Anregung des Prozesses an jedem der Vielzahl von Ausgängen erzeugt.

18. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenformgenerator eine Reihe an Impulsen mit pseudo-zufallsverteilter Länge als die Anregungswellenformen erzeugt.

19. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenformgenerator Anregungswellenformen erzeugt, die zur Anregung des Prozesses ausgelegt sind, um ein Prozeßmodell zur Verwendung bei der Erzeugung einer modellvorhersagenden Steuereinrichtung zu entwickeln.

20. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der fortschrittliche Steuerfunktionsblock eine grafische Ansicht enthält, die so ausgelegt ist, daß sie Informationen, die den Betriebsablauf des fortschrittlichen Steuerfunktionsblocks betreffen, über eine Benutzerschnittstelle anzeigt.

21. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der fortschrittliche Steuerfunktionsblock eine Steuerlogik enthält, die ansprechend auf die erste Vielzahl von Eingangssignalen ein Steuersignal an jedem der zweiten Vielzahl von Ausgängen erzeugt und einen Parameterspeicher enthält, der so ausgelegt ist, daß er Steuerparameter annimmt, die von der Steuerlogik verwendet werden.

22. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameterspeicher so ausgelegt ist, daß er Koeffizienten der modellvorhersagenden Steuerlogik empfängt.

23. Prozeßsteuerelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der fortschrittliche Steuerfunktionsblock einen Prozeßmodellspeicher enthält, der so ausgelegt ist, daß er ein Prozeßmodell für den Prozeß speichert, und daß die Steuerlogik so ausgelegt ist, daß die im Parameterspeicher gespeicherten Steuerparameter und das im Prozeßmodellspeicher gespeicherte Prozeßmodell zur Erzeugung der Steuersignale an der zweiten Vielzahl von Ausgängen verwendet.

24. Verfahren zur Entwicklung eines fortschrittlichen Steuer elements zur Verwendung in einer Prozeßsteuerroutine, die einen Prozeß steuert, welches Verfahren die folgenden Schritte enthält:
Vorsehen eines fortschrittlichen Steuerelements mit einer ersten Vielzahl von Steuereingängen, die so ausgelegt sind, daß sie Prozeßausgangssignale des Prozesses empfangen, und mit einer zweiten Vielzahl von Steuerausgängen, die so ausgelegt sind, daß sie Steuersignale an Prozeßeingänge des Prozesses abgeben;
Herstellen einer Kommunikationsverbindung des fortschrittlichen Steuerelements in der Prozeßsteuerroutine;
Verwendung des fortschrittlichen Steuerelements, um Anregungswellenformen an jeden der Prozeßeingänge abzugeben;
Verwenden des fortschrittlichen Steuerelements zum Sammeln von Daten, die das Ansprechen jedes der Prozeßausgänge auf die Anregungswellenformen wiedergeben;
Erzeugen eines Prozeßmodells aus den gesammelten Daten;
Entwickeln fortschrittlicher Steuerlogikparameter aus dem Prozeßmodell; und
Einbinden der fortschrittlichen Steuerlogikparameter in das fortschrittliche Steuerelement zur Verwendung durch das fortschrittliche Steuerelement zur Steuerung des Prozesses.

25. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorsehens des fortschrittlichen Steuerelements den Schritt des Vorsehens des fortschrittlichen Steuerelements als einen Funktionsblock enthält.

26. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Herstellens einer Kommunikationsverbindung des fortschrittlichen Steuerelements mit der Prozeßsteuerroutine die Schritte des Herstellens einer Kommunikationsverbindung eines der Steuereingänge mit einem ersten Funktionsblock und des Herstellens einer Kommunikationsverbindung eines der Steuerausgänge mit einem zweiten Funktionsblock beinhaltet.

27. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Herstellens einer Kommunikationsverbindung eines der Steuerausgänge mit dem zweiten Funktionsblock den Schritt des Herstellens einer Kommunikationsverbindung des einen der Steuerausgänge mit einem Steuerfunktionsblock beinhaltet, um eine Steuerschleife in der Prozeßsteuerroutine zu steuern.

28. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Herstellens einer Kommunikationsverbindung des einen der Steuerausgänge mit dem zweiten Funktionsblock den Schritt des Herstellens einer Kommunikationsverbindung des einen der Steuerausgänge mit einem Ausgangsfunktionsblock beinhaltet, der zu einer Einrichtung gehört, um die Einrichtung zu steuern.

29. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorsehens des fortschrittlichen Steuerelements den Schritt des Vorsehens des fortschrittlichen Steuerelements in Form eines Fieldbus-Funktionsblocks beinhaltet.

30. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Entwickelns der fortschrittlichen Steuerlogikparameter den Schritt des Entwickelns von Koeffizienten zur modellvorhersagenden Steuerung beinhaltet.

31. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Entwickelns der fortschrittlichen Steuerlogikparameter den Schritt des Entwickelns von Parametern einer neuronalen Netzwerklogik beinhaltet.

32. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verwendens des fortschrittlichen Steuerelements zum Abgeben von Anregungswellenformen an jeden der Prozeßeingänge den Schritt des Erzeugens einer Reihe von Impulsen mit pseudo-zufallsverteilter Länge als die Anregungswellenformen enthält.

33. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verwendens des fortschrittlichen Steuerelements zum Abgeben von Anregungswellenformen an jeden der Prozeßeingänge den Schritt des Erzeugens einer Reihe von Anregungswellenformen beinhaltet, die dazu ausgelegt sind, ein Prozeßmodell für den Prozeß zu entwickeln, das zur Erzeugung einer modellvorhersagenden Steuereinrichtung verwendet wird.

34. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erzeugens eines Prozeßmodells aus den gesammelten Daten den Schritt des Erzeugens eines Satzes von Ansprechkurven aus den gesammelten Daten als das Prozeßmodell beinhaltet.

35. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erzeugens eines Prozeßmodells aus den gesammelten Daten den Schritt des Änderns einer oder mehrerer Kurven des Satzes von Ansprechkurven beinhaltet, die aus den gesammelten Daten erzeugt wurden, um einen geänderten Satz von Ansprechkurven zu erzeugen und den geänderten Satz von Ansprechkurven als Prozeßmodell zu verwenden.

36. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 24, ferner enthaltend den Schritt des Verwendens des fortschrittlichen Steuerelements in einer Simulationsumgebung.

37. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verwendens des fortschrittlichen Steuerelements in einer Simulationsumgebung den Schritt des Verbindens des fortschrittlichen Steuerelements mit einem simulierten Prozeßelement beinhaltet.

38. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verwendens des fortschrittlichen Steuerelements den Schritt des Entwickelns des simulierten Prozeßelements aus dem Prozeßmodell beinhaltet.

39. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Verwendens des fortschrittlichen Steuerelements den Schritt der Änderung des Prozeßmodells sowie der Entwicklung des simulierten Prozeßelements aus dem geänderten Prozeßmodell beinhaltet.

40. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorsehens eines fortschrittlichen Steuerelements den Schritt der Einbindung einer Steuerlogik in das fortschrittliche Steuerelement vor dem Schritt des Herstellens einer Kommunikationsverbindung des fortschrittlichen Steuerelements in der Prozeßsteuerroutine beinhaltet.

41. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 24, ferner enthaltend den Schritt des Vorsehens des Prozeßmodells für den fortschrittlichen Steuerblock zur Verwendung bei der Steuerung des Prozesses.

42. Verfahren zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuer elements nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erzeugens des Prozeßmodells aus den gesammelten Daten den Schritt des Überprüfens der gesammelten Daten und des Erzeugens des Prozeßmodells aus den überprüften Daten beinhaltet.

43. System zur Entwicklung eines fortschrittlichen Steuerelements, das dafür ausgelegt ist, ein fortschrittliches Steuerelement zur Verwendung in einer Prozeßsteuerroutine zu entwickeln, das in einem Prozeßsteuersystem ausgeführt wird, wobei das System zur Entwicklung des fortschrittlichen Steuerelements beinhaltet:
ein computerlesbares Medium;
eine erste Routine, die auf dem computerlesbaren Medium gespeichert und so ausgelegt ist, daß sie auf einem Prozessor ausgeführt wird, der ein fortschrittliches Steuerelement erzeugt, welches eine erste Vielzahl von Steuereingängen hat, die so ausgelegt sind, daß sie Prozeßausgangssignale empfangen, und eine zweite Vielzahl von Steuerausgängen, die so ausgelegt sind, daß sie Steuersignale an die Prozeßeingänge abgeben;
eine zweite Routine, die auf dem computerlesbaren Medium gespeichert und so ausgelegt ist, daß sie auf einem Prozessor ausgeführt wird, um es einem Nutzer zu ermöglichen, das fortschrittliche Steuerelement in Kommunikationsverbindung mit der Prozeßsteuerroutine zu setzen;
eine dritte Routine, die auf dem computerlesbaren Medium gespeichert und so ausgelegt ist, daß sie auf einem Prozessor ausgeführt wird, die das fortschrittliche Steuerelement dazu verwendet, Anregungswellenformen an jeden der Prozeßeingänge abzugeben;
eine vierte Routine, die auf dem computerlesbaren Medium gespeichert und so ausgelegt ist, daß sie auf einem Prozessor ausgeführt wird, die das fortschrittliche Steuerelement dazu verwendet, Daten zu sammeln, die das Ansprechen jedes der Prozeßausgänge auf die Anregungswellenformen wiedergeben;
eine fünfte Routine, die auf dem computerlesbaren Medium gespeichert und so ausgelegt ist, daß sie auf einem Prozessor ausgeführt wird, die ein Prozeßmodell aus den gesammelten Daten erzeugt;
eine sechste Routine, die auf dem computerlesbaren Medium gespeichert und so ausgelegt ist, daß sie auf einem Prozessor ausgeführt wird, die fortschrittliche Steuerlogikparameter aus dem Prozeßmodell entwickelt; und
eine siebte Routine, die auf dem computerlesbaren Medium gespeichert und so ausgelegt ist, daß sie auf einem Prozessor ausgeführt wird, die die fortschrittlichen Steuerlogikparameter in das fortschrittliche Steuerelement einbindet, um dem fortschrittlichen Steuerlogikelement das Steuern des Prozesses zu ermöglichen.

44. System zur Entwicklung eines fortschrittlichen Steuerelements nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Routine das fortschrittliche Steuerelement als einen Funktionsblock erzeugt.

45. System zur Entwicklung eines fortschrittlichen Steuerelements nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Routine es dem Nutzer ermöglicht, das fortschrittliche Steuerelement in der Prozeßsteuerroutine anzuschließen, indem einer der Steuereingänge mit einem ersten Funktionsblock verbunden wird und indem einer der Steuerausgänge mit einem zweiten Funktionsblock verbunden wird.

46. System zur Entwicklung eines fortschrittlichen Steuerelements nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Routine das fortschrittliche Steuerelement als Fieldbus-Funktionsblock erzeugt, der das Fieldbus- Protokoll verwendet.

47. System zur Entwicklung eines fortschrittlichen Steuerelements nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die sechste Routine die fortschrittlichen Steuerlogikparameter als Koeffizienten zur modellvorhersagenden Steuerung entwickelt.

48. System zur Entwicklung eines fortschrittlichen Steuerelements nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die siebte Routine die fortschrittlichen Steuerlogikparameter als Parameter einer neuronalen Netzwerklogik entwickelt.

49. System zur Entwicklung eines fortschrittlichen Steuerelements nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Routine das fortschrittliche Steuerelement dazu veranlaßt, Anregungswellenformen an jedem der Steuerausgänge zu erzeugen, die an jeden der Prozeßeingänge geleitet werden.

50. System zur Entwicklung eines fortschrittlichen Steuerelements nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die siebte Routine das Prozeßmodell in das fortschrittliche Steuerelement einbindet.

51. System zur Entwicklung eines fortschrittlichen Steuerelements nach Anspruch 43, desweiteren beinhaltend eine achte Routine, die auf einem computerlesbaren Medium gespeichert und so ausgelegt ist, daß sie auf einem Prozessor ausgeführt wird, die ein Prozeßsimulationselement aus dem Prozeßmodell erzeugt.

52. System zur Entwicklung eines fortschrittlichen Steuerelements nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Routine eine weitere Routine beinhaltet, die die Überprüfung der gesammelten Daten ermöglicht, um einen Satz von überprüften Daten zu erzeugen, und die fünfte Routine das Prozeßmodell aus den überprüften Daten erzeugt.

53. Verfahren zur Verwendung eines fortschrittlichen Mehrfacheingabe-/Mehrfachausgabesteuerelements, das in der Lage ist, einen Prozeß zu steuern, wobei das fortschrittliche Steuerelement unter Verwendung eines Prozeßmodells, das für den Prozeß entwickelt wurde, erzeugt wurde, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Erzeugen eines Prozeßsimulationselements aus dem Prozeßmodell;
Herstellen einer Kommunikationsverbindung des Prozeßsimulationselements mit dem fortschrittlichen Steuerelement; und
Verwenden des fortschrittlichen Steuerelements zur Steuerung des Prozeßsimulationselements.

54. Verfahren zur Verwendung des fortschrittlichen Mehrfacheingabe-/Mehrfachausgabesteuerelements nach Anspruch 53, ferner enthaltend den Schritt des Testens des fortschrittlichen Steuerelements, wenn es mit dem Prozeßsimulationselement verbunden ist, bevor das fortschrittliche Steuerelement zur Steuerung des Prozesses verwendet wird.

55. Verfahren zur Verwendung des fortschrittlichen Mehrfacheingabe-/Mehrfachausgabesteuerelements nach Anspruch 53, ferner enthaltend den Schritt des Verwendens des fortschrittlichen Steuerelements und des Prozeßsimulationselements in einer Übungsumgebung.

56. Verfahren zur Verwendung des fortschrittlichen Mehrfacheingabe-/Mehrfachausgabesteuerelements nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erzeugens eines Prozeßsimulationselements den Schritt des Änderns des Prozeßmodells und des Verwendens des geänderten Prozeßmodells zur Erzeugung des Prozeßsimulationselements beinhaltet.

57. Verfahren zur Verwendung des fortschrittlichen Mehrfacheingabe-/Mehrfachausgabesteuerelements nach Anspruch 56, ferner enthaltend den Schritt des Testens des fortschrittlichen Steuerelements, wenn es mit dem Prozeßsimulationselement verbunden ist, um den Betrieb des fortschrittlichen Steuerelements in Anwesenheit einer Abweichung zwischen Prozeß und Prozeßmodell zu bestimmen.

58. Verfahren zur Verwendung des fortschrittlichen Mehrfacheingabe-/Mehrfachausgabesteuerelements nach Anspruch 53, enthaltend die Schritte des Verbindens des fortschrittlichen Steuerelements mit dem Prozeß und des Verwendens des fortschrittlichen Steuerelements zur Steuerung des Prozesses, während das fortschrittliche Steuerelement das Prozeßsimulationselement steuert.

59. Verfahren zur Verwendung des fortschrittlichen Mehrfacheingabe-/Mehrfachausgabesteuerelements nach Anspruch 58, ferner enthaltend den Schritt des Vergleichens der Prozeßausgangssignale des Prozesses mit den Ausgangssignalen des Prozeßsimulationselementes, um die Abweichung zwischen Prozeß und Prozeßmodell zu messen.

60. Verfahren zur Verwendung des fortschrittlichen Mehrfacheingabe-/Mehrfachausgabesteuerelements nach Anspruch 58, ferner enthaltend den Schritt des Vorsehens eines Ausgangssignals des Prozeßsimulationselements an einem Eingang des fortschrittlichen Steuerelements zur Verwendung bei der Steuerung des Prozesses.