DE10348563B4

DE10348563B4 - Integration von Grafikdisplayelementen, Prozeßmodulen und Steuermodulen in Prozeßanlagen

Info

Publication number: DE10348563B4
Application number: DE10348563.5A
Authority: DE
Inventors: Terrence A. Blevins; Michael Lucas; Ken Beoughter; Mark Nixon; Arthur Webb
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2023-10-21
Also published as: GB2396026B; JP2004199656A; DE10348563A1; GB0623798D0; GB0324633D0; GB2396026A; GB2431484A; HK1061896A1; CN1542575B; JP5307964B2; GB2431484B; US20050096872A1; US9904263B2; CN1542575A

Abstract

Prozesssteuersystemelement zur Nutzung in einer Prozeßanlage, die eine Anwenderschnittstelle und eine oder mehrere Prozeßsteuereinheiten hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsteuersystemelement folgendes aufweist: ein Steuermodul, das ausgebildet ist, um auf der einen oder den mehreren Prozeßsteuereinheiten ausgeführt zu werden, um Prozeßsteueraktivitäten innerhalb der Prozeßanlage zu implementieren; ein Grafikdisplaymodul, das ausgebildet ist, um eine grafische Darstellung von mindestens einem Bereich der Prozeßanlage auf der Anwenderschnittstelle zu erzeugen; und ein Prozeßsimulationsmodul, das ausgebildet ist, um die Operation von einer oder mehreren physischen Einrichtungen innerhalb der Prozeßanlage zu simulieren, die von dem Steuermodul gesteuert und in der dem Grafikdisplaymodul zugehörigen grafischen Darstellung dargestellt sind, wobei das Prozeßsimulationsmodul mit dem Steuermodul kommunikativ verbunden ist, um Daten zwischen dem Prozeßsimulationsmodul und dem Steuermodul während der Operation des Steuermoduls zu übertragen.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Prozeßanlagen und insbesondere eine intelligente Steuerungs- und Simulationsumgebung, die dem Anwender erlaubt, das Betrachten, die Simulation und die Steuerung auf der Systemebene der Prozeßanlagen-Steuerungsarchitektur zu integrieren.
Beschreibung des Stands der Technik
Verteilte Prozeßsteuersysteme wie solche, die in chemischen, Erdöl- oder anderen Prozessen angewandt werden, weisen charakteristisch einen oder mehrere Prozeßsteuerungen auf, die kommunikativ mit einer oder mehreren Feldeinrichtungen über analoge, digitale oder kombinierte Analog-/Digitalbusse gekoppelt sind. Die Feldeinrichtungen, die beispielsweise Ventile, Ventipositionierer, Schalter und Wandler (z. B. Temperatur-, Druck-, Pegel- und Durchflußmengensensoren) sind, liegen in der Prozeßumgebung und führen Prozeßfunktionen wie das Öffnen oder Schließen von Ventilen, das Messen von Prozeßparametern usw. aus. Intelligente Feldeinrichtungen wie etwa solche, die dem wohlbekannten Fieldbus-Protokoll entsprechen, können auch Steuerberechnungen, Warnfunktionen und andere Steuerfunktionen ausführen, die üblicherweise in der Steuereinheit implementiert sind. Die Prozeßsteuereinheiten, die ebenfalls charakteristisch innerhalb der Anlagenumgebung liegen, empfangen Signale, die Prozeßmessungen bezeichnen, die von den Feldeinrichtungen vorgenommen werden, und/oder andere Informationen, die sich auf die Feldeinrichtungen beziehen, und führen eine Steuerungsanwendung aus, die beispielsweise verschiedene Steuermodule aktiviert, die Prozeßsteuerentscheidungen treffen, Steuersignale auf der Basis der empfangenen Information erzeugen und mit den Steuermodulen oder Blöcken koordinieren, die in den Feldeinrichtungen ausgeführt werden, etwa in HART- und Fieldbus-Feldeinrichtungen. Die Steuermodule in der Steuereinheit senden die Steuersignale über die Übertragungsleitungen an die Feldeinrichtungen, um dadurch den Ablauf des Prozesses zu steuern.
Information von den Feldeinrichtungen und der Steuereinheit wird gewöhnlich über einen Datenbus für eine oder mehrere Hardwareeinrichtungen verfügbar gemacht, etwa für Bediener-Workstations, PCs, Datenhistoryeinrichtungen, Berichterzeuger, zentrale Datenbanken usw., die sich typischerweise in Steuerwarten oder an anderen Stellen befinden, die von der rauheren Anlagenumgebung entfernt sind. Diese Hardwareeinrichtungen aktivieren Anwendungen, die etwa einem Bediener ermöglichen, Funktionen in bezug auf den Prozeß auszuführen, etwa Einstellungen der Prozeßsteuerroutine zu ändern, die Operation der Steuermodule innerhalb der Steuereinheit oder der Feldeinrichtungen zu modifizieren, den aktuellen Zustand des Prozesses zu betrachten, Alarme zu betrachten, die von Feldeinrichtungen und Steuereinheiten erzeugt werden, die Operation des Prozesses simulieren, um Personal zu trainieren, oder die Prozeßsteuersoftware zu prüfen, eine Konfigurationsdatenbank zu unterhalten und zu aktualisieren usw.
Beispielsweise umfaßt das DeltaV^TM Steuersystem von Emerson Process Management eine Vielzahl von Anwendungen, die in verschiedenen Einrichtungen, die sich an unterschiedlichen Stellen innerhalb einer Prozeßanlage befinden, gespeichert sind und davon ausgeführt werden. Eine Konfigurationsanwendung, die sich in einer oder mehreren Bediener-Workstations befindet, ermöglicht es Anwendern, Prozeßsteuermodule zu erschaffen oder zu ändern und diese Prozeßsteuermodule über einen Datenbus zu bestimmten verteilten Steuereinheiten herunterzuladen. Typischerweise bestehen diese Steuermodule aus kommunikativ miteinander verbundenen Funktionsblöcken, die Objekte in einem objektorientierten Programmierprotokoll sind, die Funktionen innerhalb des Steuerschemas ausführen, die auf zugeführten Eingängen basieren, und die Ausgänge zu anderen Funktionsblöcken innerhalb des Steuerschemas liefern. Die Konfigurationsanwendung kann auch einem Designer erlauben, Bedienerschnittstellen zu erzeugen oder zu ändern, die von einer Betrachtungsanwendung genutzt werden, um Daten für einen Bediener anzuzeigen und ihm zu ermöglichen, Einstellungen wie etwa Sollwerte innerhalb der Prozeßsteuerroutine zu ändern. Jede spezielle Steuereinheit und in manchen Fällen Feldeinrichtung speichert eine Steuerungsanwendung und führt diese aus, wobei diese Anwendung die zugewiesenen und heruntergeladenen Steuermodule aktiviert, um tatsächliche Prozeßsteuerfunktionen zu implementieren. Die Betrachtungsanwendungen, die von einer oder mehreren Bediener-Workstations ausgeführt werden können, empfangen Daten von der Steuerungsanwendung über den Datenbus und zeigen diese Daten für Prozeßsteuersystem-Designer, -Bediener oder -Anwender unter Nutzung der Anwenderschnittstellen an und können jede von einer Reihe von verschiedenen Ansichten bereitstellen, etwa eine Bedieneransicht, eine Ingenieuransicht, eine Technikeransicht usw. Eine Datenhistoryanwendung ist typischerweise in einer Datenhistoryeinrichtung gespeichert und wird davon ausgeführt; diese sammelt und speichert einige oder sämtliche Daten, die über den Datenbus geliefert werden; und eine Konfigurationsdatenbankanwendung kann in noch einem weiteren Computer laufen, der mit dem Datenbus verbunden ist, um die aktuelle Prozeßsteuerroutinekonfiguration und ihr zugehörige Daten zu speichern. Alternativ kann die Konfigurationsdatenbank in derselben Workstation vorgesehen sein wie die Konfigurationsanwendung.
Wie oben gesagt, werden Bedienerdisplayanwendungen typischerweise auf systemweiter Basis in einer oder mehreren der Workstations implementiert und liefern vorkonfigurierte Displays für den Bediener oder das Wartungspersonal in bezug auf den Betriebszustand des Steuersystems oder der Einrichtungen innerhalb der Anlage. Typischerweise haben diese Displays die Form von Warndisplays, die von Steuereinheiten oder Einrichtungen in der Prozeßanlage erzeugte Alarme empfangen, Steuerdisplays, die den Betriebszustand der Steuereinheiten und anderer Einrichtungen in der Prozeßanlage anzeigen, Wartungsdisplays, die den Betriebszustand der Einrichtungen in der Prozeßanlage bezeichnen, usw. Diese Displays sind im allgemeinen so vorkonfiguriert, daß sie auf bekannte Weise Information oder Daten anzeigen, die von den Prozeßsteuermodulen oder den Einrichtungen in der Prozeßanlage empfangen werden. Bei einigen bekannten Systemen werden Displays durch die Verwendung von Objekten erzeugt, denen eine Grafik mit einem physischen oder Logikelement zugeordnet ist und die mit dem physischen oder logischen Element kommunikativ gekoppelt ist, um Daten über das physische oder logische Element zu empfangen. Das Objekt kann die Grafik auf dem Anzeigebildschirm auf der Basis der empfangenen Daten ändern, um beispielsweise zu zeigen, daß ein Behälter halb gefüllt ist, um den von einem Durchflußsensor gemessenen Durchfluß zu zeigen usw. Die für die Displays erforderliche Information wird von den Einrichtungen oder der Konfigurationsdatenbank innerhalb der Prozeßanlage übermittelt, aber diese Information wird nur genutzt, um für den Anwender ein Display zu liefern, das diese Information enthält. Infolgedessen müssen alle Informationen und jede Programmierung, die zum Erzeugen von Alarmen, zum Detektieren von Problemen in der Anlage genutzt wird, in den der Anlage zugehörigen verschiedenen Einrichtungen erzeugt und konfiguriert werden, etwa Steuereinheiten und Feldeinrichtungen, und zwar während der Konfiguration des Prozeßanlagensteuersystems. Erst dann wird diese Information dem Bedienerdisplay zur Anzeige während des Prozeßablaufs zugeführt.
Die Fehlerdetektierung und andere Programmierungen sind zwar nützlich, um Zustände, Fehler, Alarme usw. zu detektieren, die zu Steuerschleifen gehören, die an den verschiedenen Steuereinheiten ablaufen, und mit Problem in den einzelnen Einrichtungen zu tun haben; es ist aber schwierig, das Prozeßsteuersystem so zu programmieren, daß Bedingungen oder Fehler auf Systemebene erkannt werden, die durch die Analyse von Daten von verschiedenen, möglicherweise verstreut angeordneten Einrichtungen innerhalb der Prozeßanlage detektiert werden müssen. Ferner werden Bedienerdisplays typischerweise nicht dazu genutzt, solche Zustandsinformationen auf Systemebene für Bediener oder Wartungspersonal anzuzeigen oder zu präsentieren, und auf jeden Fall ist es schwierig, Objekte innerhalb von Bedienerdisplays mit diesen verschiedenen Informationsquellen oder Daten für die verschiedenen Elemente innerhalb des Displays zu animieren. Dies gilt besonders in bezug auf die Animierung und Modellierung von Materialströmen wie etwa den Fluiddurchfluß in Leitungen, die Bewegung von Rohstoffen auf Förderbändern usw., die typischerweise durch eine einfache Linie angezeigt werden, die zwischen zwei Einrichtungen auf dem Display gezogen ist. Ferner gibt es derzeit keine organisierte Weise der Detektierung von bestimmten Bedingungen innerhalb einer Anlage wie etwa Durchflußbedingungen und Massenbilanzen als durch eine Anlage bewegte Materialien, und noch viel weniger ein leicht implementierbares System zur Durchführung dieser Funktionen auf der Basis der Systemebene.
Ebenso kann es schwierig sein, eine Simulation der Prozeßanlage oder eines Teils der Prozeßanlage einzurichten oder zu erzeugen, weil Simulationsaktivitäten typischerweise separat von den Display- und Steuerungsaktivitäten durchzuführen sind, die in der Online-Umgebung der Prozeßanlage ausgeführt werden. Wenn ferner eine Simulation der Anlage erzeugt wird, ist es schwierig bis unmöglich, diese Simulation mit den Bedienerdisplays oder mit den in der Anlage implementierten Steuermodulen zu integrieren.
Des Weiteren gehen aus der DE 197 40 972 C1 Aufbau, Konfiguration und Betrieb einer Einrichtung zum Modellieren und Simulieren einer Prozessanlage hervor. Genauer gesagt lässt sich dieser Druckschrift eine Einrichtung zum Modellieren und Simulieren von prozesstechnischen Anlagen unter Verwendung von vordefinierten Funktionsbausteinen entnehmen. Diese Funktionsbausteine modellieren und simulieren dabei Anlageobjekte und sind in einer Speichereinrichtung abgelegt.
In der DE 197 81 804 T5 wird darüber hinaus eine Vorrichtung zur Simulation einer Echtzeitprozesssteuerung beschrieben. Sie besteht aus den realen Prozesssteuerkomponenten und der realen Anlage, die durch ein Netzwerk mit einer Simulationseinrichtung verbunden ist. In der Simulationseinrichtung wird die Steuersoftware in einer nichtechtzeitfähigen Umgebung ausgeführt.
Des Weiteren sei auf das Buch von Magin, R. (Digitale Prozessleittechnik, 1. Auflage, Würzburg: Vogel, 1987, Seite 145–153, ISBN 3-8023-0196-X) verwiesen.
Zusammenfassung der Erfindung
Wie in der US-Patentanmeldung Nr. 10/278469 (veröffentlicht als US 2004/0075689A1 ) mit dem Titel ”Smart Process Modules and Objekts in Process Plants” angegeben ist, die am 22. Oktober 2002 angemeldet wurde, werden intelligente Prozeßobjekte, die sowohl grafische als auch Simulationselemente haben, dazu verwendet, die Operation einer Anlage oder eines Anlagenbereichs zu zeigen und zu modellieren. Allgemein gesagt, enthält jedes intelligente Prozeßobjekt, das eine physische Einrichtung oder Entität innerhalb der Prozeßanlage darstellt (etwa ein Ventil, einen Behälter, eine Leitung usw.), ein Grafikelement, das in einem Grafikdisplay dazu genutzt werden kann, dieses physische Element anzuzeigen, sowie ein Modellierungs- oder Simulationselement wie etwa eine Algorithmus, der das Verhalten dieses Prozeßelements beim Betrieb in der Anlage modelliert oder simuliert. Insbesondere kann ein intelligentes Prozeßobjekt ein Displayelement aufweisen, das für den Bediener angezeigt wird, einen Datenspeicher zum Speichern von Daten, die eine zugehörige Entität in einer Anlage betreffen und von dieser empfangen werden, Eingänge und Ausgänge zur Kommunikation mit anderen Prozeßobjekten, Methoden, die an den gespeicherten und empfangenen Daten ausgeführt werden können, um Anlagen- oder Einrichtungszustände zu detektieren wie etwa Leckstellen, Fehler und andere Zustände, und einen Simulationsalgorithmus, der zur Simulation der Operation der Prozeßentität genutzt werden kann.
Eine Vielzahl von intelligenten Prozeßobjekten kann miteinander verbunden werden, um ein Display zu erzeugen, das die Operation der verschiedenen Bereiche der Prozeßanlage zeigt, und ein Prozeßmodul zu erzeugen, das das Verhalten des Bereichs der Prozeßanlage modelliert oder simuliert. Dabei empfängt jedes Prozeßmodul (und jedes einem Prozeßmodul zugeordnete Display) Eingänge und erzeugt Ausgänge, die dem Fluid, Gas oder anderen Materialien entsprechen, die durch die Anlage bewegt werden, und modelliert oder simuliert das Verhalten der Prozeßelemente in der Prozeßanlage in bezug auf ihre Wirkung auf die durch die Anlage bewegten Materialien. Auf diese Weise kann der Grafikdisplaybereich des intelligenten Prozeßobjekts genutzt werden, um die Operation des Elements innerhalb der Anlage zu zeigen (und die Rolle oder den Effekt dieses Elements in der Anlage), und das Simulationsobjekt des intelligenten Prozeßobjekts kann genutzt werden, um den Effekt des eigentlichen physischen Elements auf die Bewegung des Fluids oder sonstigen Materials in der Anlage zu simulieren. Daten von der tatsächlichen Anlage (wie sie beispielsweise in der Anlage gemessen werden) können ebenfalls an das erzeugte Grafikdisplay übertragen und in dem Grafikdisplay unter Anwendung der intelligenten Prozeßobjekte gezeigt werden.
Zur Durchführung einer fortschrittlicheren und präzisen Simulation können Materialströme innerhalb der Anlage modelliert werden. Solche Ströme können Fluide, Feststoffe oder Gase darstellen, die durch die Anlage strömen oder bewegt werden, und jeder Strom kann Eigenschaften oder Parameter des Stroms enthalten wie etwa Druck, Volumen, Dichte, Durchflußrate, Zusammensetzung usw., die sich mit der Bewegung des Stroms durch die verschiedenen Elemente des Prozeßmoduls ändern können. Da die Ströme durch die Eingänge und Ausgänge der Prozeßsteuerelemente fließen, werden die Eigenschaften der Ströme im allgemeinen durch die Prozeßelemente (Ventile, Behälter usw.) beeinflußt, durch die sie fließen, und infolgedessen können die Einzelelemente innerhalb des Prozeßmoduls Algorithmen enthalten, um die Wirkung dieser Prozeßelemente auf die an den Eingängen ankommenden Ströme zu simulieren.
Zur Durchführung der Operation der Grafikdisplays oder der Prozeßmodule, die von intelligenten Prozeßobjekten erzeugt werden, läuft an einer Bediener-Workstation oder einem anderen Computer eine Ausführungsmaschine, die die erzeugten Grafikdisplays oder Prozeßmodule ausführt. Als Teil dieser Operation können die Prozeßmodule Methoden, die als Flußalgorithmen bezeichnet werden, ausführen, die dazu dienen können, Prozeßzustände zu detektieren, und zwar speziell auf Basis einer Systemebene, und die Wirkung von Prozeßelementen auf die durch die Anlage fließenden Ströme zu simulieren. Infolgedessen ermöglichen die Prozeßmodule und Grafikdisplays, die von den intelligenten Prozeßobjekten erzeugt werden, die Implementierung von Zustands- und Fehlerdetektierroutinen an der Bedienerdisplayeinrichtung und können mit dieser Funktionalität innerhalb der Steuereinheit und den Feldeinrichtungen der Anlage zusammenwirken oder die Notwendigkeit für diese Funktionalität überflüssig machen. Die Prozeßmodule bieten dem Bediener oder Konfigurationsingenieur außerdem einen weiteren Flexibilitätsgrad der Programmierung innerhalb der Prozeßanlage, der genutzt werden kann, um für den Bediener bessere und vollständigere Information bereitzustellen, während die Anwendung und Implementierung dennoch einfach ist. Außerdem können die Grafikdisplays mit Informationen animiert werden, die von Flußalgorithmen der Prozeßflußmodule bestimmt oder berechnet wird, um dem Bediener zusätzliche Informationen zu liefern.
Ferner können Prozeßmodule mit Displays und Steuermodulen kommunikativ verbunden sein, um eine bessere Simulation und Steuerung innerhalb der Prozeßanlage zu ermöglichen. Insbesondere können Istwerte von Prozeßparametern von dem Steuermodul gemessen und dem Prozeßmodul zur Verfügung gestellt werden, das den Bereich der Anlage, der gesteuert wird, simuliert, und diese tatsächlichen Meßwerte können mit den Vorhersagewerten verglichen werden, die von dem Prozeßmodul entwickelt wurden, um potentielle Probleme in der Anlage wie etwa einen gebrochenen Sensor usw. zu detektieren. Alternativ können einer oder mehrere Simulationsausgänge des Prozeßmoduls einem oder mehreren Simulationseingängen von Funktionsblöcken oder anderen Elementen in dem Steuermodul zugeführt werden, und das Steuermodul kann diese Simulationseingänge nutzen, um Steueraktivitäten auszuführen, wenn das Steuermodul einen Fehler in bezug auf den Meßwert detektiert oder wenn das Steuermodul (oder der Bediener, der die Operation des Steuermoduls überwacht) detektiert, daß das Steuermodul nicht richtig funktioniert.
Zur Maximierung der Nützlichkeit dieser erweiterten Integration kann ein Konfigurationsingenieur bei der Konfigurierung der Prozeßmodule, die in der Prozeßanlage verwendet werden, eine Auswahl aus jeder beliebigen Anzahl von Standard- oder vorgesehenen Algorithmen wählen, die von den verschiedenen Objekten in dem Prozeßmodul ausgeführt werden sollen, oder kann imstande sein, einen firmeneigenen oder anwenderspezifischen Algorithmus bereitzustellen, um die Operation der eigentlichen Anlage genauer zu modellieren oder zu simulieren. Zusätzlich kann der Konfigurationsingenieur in der Lage sein, ein Simulationspaket mit hoher Wiedergabetreue, wie sie von MIMIC, HYSYS usw. bereitgestellt werden, in das Prozeßmodul so einzubinden, daß das Prozeßmodul die von dem Hi-fi-Simulationspaket entwickelten Simulationsparameter so implementiert und darauf zugreifen kann, als ob diese Werte von dem Prozeßmodul selbst erzeugt wären. Diese Vielseitigkeit ermöglicht einem Bediener oder anderen Anwender, unterschiedliche Grade der Simulationsfähigkeit zu haben, die in ein Prozeßgrafikdisplay rückgeführt werden können und von dem Steuermodul genutzt werden können, um innerhalb der Prozeßanlage eine bessere oder erweiterte Steuerung zu ermöglichen. Diese integrierte Simulation kann auch genutzt werden, um eine bessere Fehler- oder Problemdetektierung innerhalb der Prozeßanlage zu ermöglichen und simulierte Steuereingänge zu der Steuereinheit zu liefern, wenn keine tatsächlichen oder gemessenen Steuereingänge verfügbar sind.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine Integration von Grafikdisplayelementen, Prozeßmodulen und Steuermodulen in Prozeßanlagen gemäß dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockbild eines verteilten Prozeßsteuernetzes, das in einer Prozeßanlage angeordnet ist, mit einer Bediener-Workstation, die eine Displayroutine implementiert, die intelligente Prozeßobjekte nutzt, um Prozeßmodule und Grafikdisplays zu erzeugen, um die Operation der Prozeßanlage zu simulieren;
2 ist ein logisches Blockbild einer Gruppe von Anwendungen und anderen Entitäten einschließlich intelligenter Prozeßobjekte und Prozeßmodule, die in der Bediener-Workstation von 1 gespeichert sind und die genutzt werden können, um in einer Prozeßanlage erweiterte Funktionalitäten zu implementieren;
3 ist eine vereinfachte Darstellung eines Konfigurationsbildschirms, der von einem Konfigurationsingenieur verwendet wird, um ein Prozeßgrafikdisplay oder ein Prozeßmodul unter Nutzung von in einer Objektbibliothek gespeicherten intelligenten Prozeßobjekten zu erzeugen;
4 ist eine detaillierte Beschreibung eines beispielhaften Prozeßgrafikdisplays mit der Darstellung von Strömen und Verbindungselementen in der Prozeßanlage, erzeugt durch Verbinden der Grafikdisplayelemente mit einer Reihe von intelligenten Prozeßobjekten;
5 ist eine Darstellung einer Gruppe von minimierten Prozeßgrafikdisplays einschließlich des Prozeßgrafikdisplays von 4, die in ein größeres Grafikdisplay für die Anlage eingebunden sind;
6 zeigt ein Prozeßmodul, das dem Prozeßgrafikdisplay von 4 zugeordnet ist, wobei auch die Einbindung einer Hi-fi-Simulationsroutine gezeigt ist;
7A und 7B sind logische Blockdiagramme, die die Kommunikationsverbindungen zwischen einem Grafikdisplay, einem Prozeßmodul und einem Steuermodul zeigen, die in einer Prozeßanlage integriert sind;
8 ist eine vereinfachte Darstellung eines beispielhaften Prozeßmoduls, von dem Blöcke mit Funktionsblöcken innerhalb eines Steuermoduls verbunden sind, um erweiterte Steuer- und Simulationsmöglichkeiten bereitzustellen; und
9 ist ein logisches Blockdiagramm der Art und Weise, wie Prozeßmodule, die intelligente Prozeßobjekte verwenden, in einem vorhandenen Prozeßsteuerungsnetz erzeugt und implementiert werden können.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In 1 ist im einzelnen eine beispielhafte Prozeßanlage 10 gezeigt, in der intelligente Prozeßobjekte verwendet werden, um Prozeßgrafikdisplays und Prozeßmodule zu bilden, die beide mit Steuermodulen integrierbar sind, um eine erweiterte Steuerung und Simulation in der Anlagenumgebung zu ermöglichen. Dabei verwendet die Prozeßanlage 10 ein verteiltes Prozeßsteuersystem mit einer oder mehreren Steuereinheiten 12, die jeweils mit einer oder mehreren Feldeinrichtung 14 und 16 über Eingabe/Ausgabe- bzw. E/A-Einrichtungen oder -Karten 18 verbunden sind, die beispielsweise Fieldbus-Schnittstellen, Profibus-Schnittstellen, HART-Schnittstellen, 4-20-mA-Standardschnittstellen usw. sein können. Die Steuereinheiten 12 sind ferner mit einer oder mehreren Hauptrechner- oder Bediener-Workstations 20 und 22 über einen Datenbus 24 verbunden, der beispielsweise eine Ethernet-Verbindung sein kann. Eine Datenbank 28 kann mit dem Datenbus 24 verbunden sein und wirkt als Datenhistoriker, der Parameter, Status- und andere Daten sammelt und speichert, die zu den Steuereinheiten und Feldeinrichtungen innerhalb der Anlage 10 gehören, und/oder wirkt als Konfigurationsdatenbank, die die aktuelle Konfiguration des Prozeßsteuerungssystems innerhalb der Anlage 10 speichert, wie sie in die Steuereinheiten 12 und die Feldeinrichtungen 14 und 16 heruntergeladen und darin gespeichert ist. Die Steuereinheiten 12, E/A-Karten 18 und Feldeinrichtungen 14 und 16 liegen zwar typischerweise innerhalb der oft rauhen Anlagenumgebung und sind darin verteilt, die Bediener-Workstations 20 und 22 und die Datenbank 28 befinden sich aber gewöhnlich in Steuerwarten oder weniger rauher Umgebung, die für Kontroll- oder Wartungspersonal leicht zugänglich ist.
Es ist bekannt, daß jede Steuereinheit 12, die beispielsweise die DeltaV^TM Steuereinheit von Emerson Process Management sein kann, eine Steuereinheitsanwendung speichert und ausführt, die eine Steuerstrategie implementiert, und zwar unter Anwendung einer Reihe von verschiedenen, jeweils unabhängig ausgeführten Steuermodulen oder Blöcken 29. Jedes Steuermodul 29 kann aus allgemein als Funktionsblöcke bezeichneten Blöcken bestehen, wobei jeder Funktionsblock ein Teil oder eine Subroutine einer Gesamtsteuerroutine ist und gemeinsam mit anderen Funktionsblöcken (über als Verbindungen bzw. Links bezeichnete Kommunikationseinrichtungen) Prozeßsteuerschleifen innerhalb der Prozeßanlage 10 implementiert. Es ist wohlbekannt, daß Funktionsblöcke, die Objekte in einem objektorientierten Programmierprotokoll sein können, typischerweise eine von einer Eingangsfunktion, wie sie zu einem Wandler, einem Sensor oder einer anderen Prozeßparametermeßeinrichtung gehört, einer Steuerfunktion, wie sie einer Steuerroutine zugeordnet ist, die PID-, Fuzzylogik- usw. Steuerung ausführt, oder einer Ausgangsfunktion, die die Operation einer Einrichtung wie etwa eines Ventils steuert, ausführen, um irgendeine physische Funktion innerhalb der Prozeßanlage 10 durchzuführen. Selbstverständlich existieren Hybrid- und andere Typen von komplexen Funktionsblöcken, etwa Modellvorhersagesteuerungen (MPC), Optimierer usw. Das Fieldbus-Protokoll und das DeltaV-System-Protokoll verwenden Steuermodule und Funktionsblöcke, die in einem objektorientierten Programmierprotokoll entwickelt und implementiert sind, aber die Steuermodule könnten unter Verwendung jedes gewünschten Steuerprogrammierschemas aufgebaut sein, umfassend beispielsweise sequentielle Funktionsblock-, Kettenlogik usw., und sind nicht darauf beschränkt, unter Verwendung der Funktionsblocktechnik oder einer anderen bestimmten Programmiertechnik ausgebildet und implementiert zu werden.
In der in 1 gezeigten Anlage 10 können die mit den Steuereinheiten 12 verbundenen Feldeinrichtungen 14 und 16 4-20-mA-Standardeinrichtungen, intelligente Feldeinrichtungen wie HART-, Profibus- oder FOUNDATION^TM-Fieldbus-Feldeinrichtungen, die einen Prozessor und einen Speicher haben, oder jeder andere gewünschte Typ von Einrichtung sein. Einige dieser Einrichtungen wie etwa die Fieldbus-Feldeinrichtungen (die in 1 mit 16 bezeichnet sind) können Module oder Submodule wie Funktionsblöcke, die der Steuerungsstrategie zugeordnet sind, die in den Steuereinheiten 12 implementiert ist, speichern und ausführen. Funktionsblöcke 30, die in 1 in zwei verschiedenen der Fieldbus-Feldeinrichtungen 16 angeordnet gezeigt sind, können in Verbindung mit der Ausführung der Steuermodule 29 in den Steuereinheiten 12 zur Implementierung der Prozeßsteuerung ausgeführt werden, was wohlbekannt ist. Natürlich können die Feldeinrichtungen 14 und 16 jede Art von Einrichtungen wie Sensoren, Ventile, Wandler, Positionierer usw. sein, und die E/A-Einrichtungen 18 können jede Art von E/A-Einrichtungen sein, die mit einem gewünschten Kommunikations- oder Controllerprotokll wie HART, Fieldbus, Profibus usw. konform sind.
In der Prozeßanlage 10 von 1 enthält die Workstation 20 einen Satz von Bedienerschnittstellenanwendungen und anderen Datenstrukturen 32, auf die jeder zugelassene Anwender (der hier manchmal als Konfigurationsingenieur und manchmal als Bediener bezeichnet wird, obwohl es andere Arten von Anwendern geben kann) zugreifen kann, um eine Funktionalität in bezug auf Einrichtungen, Einheiten usw., die in die Prozeßanlage 10 eingebunden sind, zu betrachten und bereitzustellen. Der Satz von Bedienerschnittstellenanwendungen 32 ist in einem Speicher 34 der Workstation 20 gespeichert, und jede der Anwendungen oder Entitäten innerhalb des Satzes von Anwendungen 32 ist so ausgebildet, daß sie auf einem Prozessor 36 ausgeführt werden kann, der der Workstation 20 zugeordnet ist. Der gesamte Satz von Anwendungen 32 ist zwar als in der Workstation 20 gespeichert dargestellt, aber einige dieser Anwendungen oder andere Entitäten könnten in anderen Workstations oder Computereinrichtungen, die sich in der Anlage 10 befinden oder ihr zugeordnet sind, gespeichert sein und darin ausgeführt werden. Ferner kann der Satz von Anwendungen Displayausgaben an einen Displaybildschirm 37, der der Workstation 20 zugeordnet ist, oder an jeden anderen gewünschten Displaybildschirm oder Displayeinrichtung liefern, etwa handgehaltene Einrichtungen, Laptops, andere Workstations, Drucker usw. Ebenso können die Anwendungen innerhalb des Satzes von Anwendungen 32 aufgeteilt und auf zwei oder mehr Computern oder Maschinen ausgeführt und so konfiguriert werden, daß sie miteinander zusammenwirken.
Allgemein gesagt, ermöglicht der Satz von Anwendungen 32 die Erzeugung und Nutzung von drei verschiedenen Typen von Entitäten, deren Operation integriert werden kann, um erweiterte Steuerungs-, Simulations- und Displayfunktionen innerhalb der Prozeßanlage 10 zu ermöglichen. Insbesondere kann der Satz von Anwendungen 32 genutzt werden, um Prozeßgrafikdisplays 35 (die im allgemeinen ein Bedienerdisplay bilden, das sich auf einen Bereich der Prozeßanlage bezieht), Prozeßmodule 39 (die im allgemeinen eine Simulation eines Bereichs einer Prozeßanlage bilden) und Prozeßsteuermodule wie etwa die Steuermodule 29, die im allgemeinen die Online-Steuerung des Prozesses ermöglichen oder ausführen, zu erstellen und zu implementieren. Die Prozeßsteuermodule 29 sind im allgemeinen auf dem Gebiet wohlbekannt und können jede Art von Steuermodul wie Funktionsblocksteuermodule usw. aufweisen. Die Prozeßgrafikdisplayelemente 35, die noch im einzelnen beschrieben werden, sind im allgemeinen Elemente, die von einem Bediener, Ingenieur oder anderen Displays genutzt werden, um Information an einen Anwender wie etwa einen Bediener über die Operation, Konfiguration oder Einrichtung der Prozeßanlage und der darin befindlichen Elemente zu liefern. Die Prozeßmodule 39 sind im allgemeinen eng mit den Prozeßgrafikdisplayelementen 35 verknüpft und können dazu dienen, Simulationen der Operation der Prozeßanlage oder von einigen der verschiedenen Elemente darin, die auf die in den Prozeßgrafikdisplays 35 gezeigte Weise verbunden sind, auszuführen. Die Prozeßgrafikdisplays 35 und Prozeßmodule 39 sind als in den Workstations 20 und 22 gespeichert und davon ausgeführt gezeigt, aber die Prozeßgrafikdisplays 35 und die Prozeßmodule 39 könnten in jeden anderen Computer, der der Prozeßsteueranlage 10 zugeordnet ist, einschließlich Laptops, handgehaltene Einrichtungen usw. heruntergeladen und davon ausgeführt werden.
2 zeigt einige der Anwendungen und Datenstrukturen oder anderen Entitäten innerhalb des Satzes von Anwendungen 32 der Workstation 20. Insbesondere umfaßt der Satz von Anwendungen 32 Steuermodul-, Prozeßmodul- und Grafikdisplaykonfigurationsanwendungen 38, die von einem Konfigurationsingenieur verwendet werden, um Steuermodule, Prozeßmodule (auch als Prozeßflußmodule bezeichnet) und die zugehörigen Grafikdisplays zu erzeugen. Die Steuermodulkonfigurationsanwendung 38 kann jede bekannte oder Standard-Steuermodulkonfigurationsanwendung sein, und die Prozeßmodul- und Grafikdisplaykonfigurationsanwendung kann Prozeßmodule und Grafikdisplays unter Nutzung von einem oder mehreren intelligenten Prozeßobjekten erzeugen, deren Beschaffenheit noch im einzelnen erläutert wird. Ferner sind zwar die Prozeßmodul- und Prozeßgrafikkonfigurationsanwendungen 38 separat gezeigt, aber eine Konfigurationsanwendung könnte diese beiden Arten von Elementen erzeugen.
Eine Bibliothek 40 von intelligenten Prozeßobjekten 42 umfaßt Beispiel- oder intelligente Schablonenprozeßobjekte 42, auf die die Konfigurationsanwendung 38 zugreifen kann, sie kopieren und nutzen kann, um Prozeßmodule 39 und Grafikdisplays 35 zu erzeugen. Es versteht sich, daß die Konfigurationsanwendung 38 genutzt werden kann, um eines oder mehrere Prozeßmodule 39 zu erzeugen, die jeweils aus einem oder mehreren intelligenten Prozeßobjekten 42 bestehen oder daraus erzeugt sind und einen oder mehrere Prozeßfluß- oder Simulationsalgorithmen 45 enthalten können, die in einem Prozeßmodulspeicher 46 gespeichert sind. Außerdem kann die Konfigurationsanwendung 38 verwendet werden, um eines oder mehrere Grafikdisplays 35 zu erzeugen, von denen jedes aus einem oder mehreren intelligenten Prozeßobjekten 42 besteht oder daraus erzeugt ist und jede Anzahl von Displayelementen aufweisen kann, die miteinander verbunden sind. Eines der Grafikdisplays 35b ist in 2 in erweiterter Form gezeigt und umfaßt eine Darstellung einer Gruppe von Prozeßelementen wie Ventile, Behälter, Sensoren und Durchflußmeßwandler, die durch Verbindungselemente verbunden sind, die Leitungen, Rohre, Starkstromkabel, Fördereinrichtung usw. sein können.
Eine Ausführungsmaschine 48 aktiviert oder implementiert jedes der Grafikdisplays 35 und der Prozeßmodule 39 während der Laufzeit, um eines oder mehrere Prozeßdisplays für einen Bediener gemäß der Definition durch die Grafikdisplays 35 zu erzeugen und Simulationsfunktionen zu implementieren, die den Prozeßmodulen 39 zugeordnet sind. Die Ausführungsmaschine 48 kann eine Regeldatenbank 50 verwenden, die die an den Prozeßmodulen 39 insgesamt und speziell den intelligenten Prozeßobjekten innerhalb dieser Module zu implementierende Logik definiert. Die Ausführungsmaschine 48 kann außerdem eine Verbindungsmatrix 52 nutzen, die die Verbindungen zwischen den Prozeßelementen innerhalb der Anlage 10 sowie innerhalb der Prozeßmodule 39 definiert, um die Funktionalität für die Prozeßmodule 39 zu implementieren.
2 zeigt eines der intelligenten Prozeßobjekte 42e im einzelnen. Das intelligente Prozeßobjekt 42e ist zwar als eines der intelligenten Schablonenprozeßobjekte dargestellt, es versteht sich aber, daß andere intelligente Prozeßobjekte im allgemeinen die gleichen oder ähnliche Elemente, Merkmale, Parameter usw. aufweisen, wie sie in bezug auf das intelligente Prozeßobjekt 42e beschrieben werden, und daß die Einzelheiten oder Werte dieser Elemente, Merkmale und Parameter von einem intelligenten Prozeßobjekt zum nächsten geändert oder variiert werden können in Abhängigkeit von der Natur und der Anwendung dieses intelligenten Prozeßobjekts. Ferner kann zwar das intelligente Prozeßobjekt 42e ein Objekt innerhalb einer objektorientierten Programmierumgebung sein und somit Datenspeicher, Eingänge und Ausgänge und Methoden haben, die damit verbunden sind, dieses intelligente Prozeßobjekt kann aber innerhalb jedes anderen gewünschten Programmierparadigmas oder Protokolls erzeugt und implementiert werden.
Es versteht sich, daß das intelligente Prozeßobjekt 42e vor der Instanzierung ein Objekt ist, das einem bestimmten Typ von Entität, etwa einer physikalischen oder einer logischen Entität, innerhalb der Prozeßanlage 10 von 1 zugeordnet ist. Nach dem Kopieren und Instanzieren kann jedoch das intelligente Prozeßobjekt 42e mit einer bestimmten Entität innerhalb der Prozeßanlage verknüpft werden. Jedenfalls umfaßt das intelligente Prozeßobjekt 42e einen Datenspeicher 53, der dazu dient, von der logischen Entität, mit der das intelligente Prozeßobjekt 42e verbunden ist, empfangene oder darauf bezogene Daten zu speichern. Der Datenspeicher 53 umfaßt im allagmeinen einen Datenspeicher 53a, der allgemeine oder permanente Information über die Entität speichert, auf die sich das inteligente Prozeßobjekt 42e bezieht, etwa Hersteller, Revision, Name, Typ usw. Ein Datenspeicher 53b kann variable oder sich ändernde Daten wie Parameterdaten, Statusdaten, Eingangs- und Ausgangsdaten, Kosten oder andere Daten über die Entität, auf die sich das intelligente Prozeßobjekt 42e bezieht, speichern, einschließlich Daten, die auf die Entität bezogen sind, wie sie in der Vergangenheit innerhalb der Prozeßanlage 10 existiert hat oder noch existiert. Selbstverständlich kann das intelligente Prozeßobjekt 42e so konfiguriert oder programmiert sein, daß es diese Daten (z. B. Kostendaten) auf periodischer oder nichtperiodischer Basis empfängt, und zwar von der Entität selber über jede gewünschte Kommunikationsverbindung, von der Historyeinrichtung 28 über den Ethernetbus 24 oder auf jede andere gewünschte Weise. Ein Datenspeicher 53c kann eine grafische Darstellung der Entität speichern, auf die sich das intelligente Prozeßobjekt 42e bezieht und die für die tatsächliche Anzeige für den Bediener über eine Bedienerschnittstelle genutzt wird, etwa den Bildschirm 37, der der Workstation 20 von 1 zugeordnet ist. Natürlich kann die grafische Darstellung Platzhalter aufweisen (durch Unterstreichungen innerhalb des Datenspeichers 53c markiert) für Informationen über die Entität, etwa Information, die durch die Parameter- oder andere variable Daten über die Entität definiert ist, wie sie in dem Datenspeicher 53b gespeichert sind. Diese Parameterdaten können in den grafischen Platzhaltern angezeigt werden, wenn die grafische Darstellung dem Bediener auf einer Displayeinrichtung 37 als Teil von einem der Grafisdisplays 35 präsentiert wird. Die grafische Darstellung (und das intelligente Prozeßobjekt 42e) kann auch vordefinierte Verbindungspunkte aufweisen (mit einem ”X” in dem Datenspeicher 53c gekennzeichnet), die einem Bediener oder Konfigurationsingenieur ermöglichen, auf- oder abstromseitige Komponenten des Prozeßelements anzubringen, wie in der grafischen Darstellung gezeigt. Selbstverständlich ermöglichen es diese Verbindungspunkte dem intelligenten Prozeßobjekt 42e auch, die Elemente zu erkennen, die mit diesem intelligenten Objekt gemäß der Konfiguration innerhalb eines Prozeßmoduls verbunden sind und einen Typ von Verbindungselement bezeichnen können, der verwendet werden muß, etwa ein Rohr, einen Kanal usw., einen diesem Element zugeordneten Strom usw.
Das intelligente Prozeßobjekt 42e kann auch einen oder mehrere Eingänge 54 und Ausgänge 56 aufweisen, um die Kommunikation mit anderen intelligenten Prozeßobjekten innerhalb oder außerhalb eines Prozeßmoduls zu ermöglichen, in dem das intelligente Prozeßobjekt 42 verwendet wird. Die Verbindungen der Eingänge 54 und Ausgänge 56 mit anderen intelligenten Prozeßobjekten können von einem Konfigurationsingenieur während der Konfiguration eines Prozeßmoduls einfach dadurch konfiguriert werden, daß andere intelligente Prozeßobjekte mit diesen Eingängen und Ausgängen verbunden werden, oder durch Bezeichnen bestimmter Kommunikationen, die zwischen intelligenten Prozeßobjekten stattfinden sollen. Einige dieser Eingänge und Ausgänge können als mit den intelligenten Prozeßobjekten verbunden definiert werden, die an den vordefinierten Verbindungspunkten für das intelligente Prozeßobjekt angeschlossen sind, wie oben gesagt wird. Diese Eingänge 54 und Ausgänge 56 können auch durch eine Menge von Regeln innerhalb der Regeldatenbank 50 und der Verbindungsmatrix 52 bestimmt oder definiert sein, die die Verbindungen zwischen verschiedenen Einrichtungen oder Entitäten innerhalb der Anlage 10 definieren. Die Eingänge 54 und die Ausgänge 56, die Datenspeicher oder Datenpuffer aufweisen, die ihnen zugeordnet sind, werden allgemein gesagt verwendet, um Kommunikationen von Daten von anderen intelligenten Prozeßobjekten zu dem intelligenten Prozeßobjekt 42e zu ermöglichen oder Kommunikationen von Daten zu ermöglichen, die in dem intelligenten Prozeßobjekt 42e gespeichert sind oder darin erzeugt werden, oder zu anderen intelligenten Prozeßobjekten. Diese Eingänge und Ausgänge können auch verwendet werden, um Kommunikationen zwischen dem intelligenten Prozeßobjekt 42e und anderen Objekten innerhalb des Prozeßsteuersystems zu ermöglichen, etwa Steuermodulen in den Steuereinheiten 12, Feldeinrichtungen 14, 16, usw.
Wie 2 zeigt, umfaßt das intelligente Prozeßobjekt 42e auch einen Methodenspeicher 58, der zum Speichern von null, einer oder mehreren Methoden 60 (als Methoden 60a, 60b und 60c in 2 gezeigt) dient, die Algorithmen sein können, die von dem intelligenten Prozeßobjekt 42e während der Ausführung eines Prozeßmoduls implementiert werden, in dem das intelligente Prozeßobjekt 42e verwendet wird. Im allgemeinen nutzen die in dem Methodenspeicher 58 gespeicherten Methoden 60 die Daten, die in den Datenspeicherbereichen 53a und 53b gespeichert sind, und Daten, die von anderen intelligenten Prozeßobjekten gewonnen sind, oder auch Daten von anderen Quellen wie etwa der Konfigurationsdatenbank oder der Historyeinrichtung 28, und zwar über die Eingänge 54 und die Ausgänge 56, um Informationen über die Prozeßanlage 10 oder eine Entität innerhalb der Anlage 10 zu bestimmen. Beispielsweise können die Methoden 60 schlechte oder mäßige Betriebszustände bestimmen, die zu der Entität gehören, die durch das intelligente Prozeßobjekt 42e definiert ist, oder Fehler, die dieser oder anderen Entitäten innerhalb der Prozeßanlage 10 zuzurechnen sind, usw. Die Methoden 60 können vorkonfiguriert oder auf der Basis des Typs oder der Klasse des intelligenten Prozeßobjekts bereitgestellt sein und werden im allgemeinen jedesmal dann ausgeführt, wenn das intelligente Prozeßobjekt 42e in der Ausführungsmaschine 48 während der Laufzeit ausgeführt wird. Einige Beispielmethoden 60, die in einem intelligenten Prozeßobjekt wie etwa dem intelligenten Prozeßobjekt 42e vorgesehen sein können, umfassen das Detektieren von Leckstellen, Totbereiche, Totzeit, Bewegung, Veränderlichkeit, Zustandsüberwachung, Kostenberechnung oder anderen Bedingungen, die der Entität zugehören.
Die Methoden 60 können auch vorgesehen sein, um das Simulieren der Operation der Prozeßentität, die dem intelligenten Prozeßobjekt zugeordnet ist, im Hinblick auf das durch die Prozeßentität fließende Material zu unterstützen. Somit können die Methoden 60 vorgesehen sein, um Materialbilanzen, Energiebilanzen, Durchflüsse, Temperaturen, Zusammensetzungen, Dampfzustände und andere Parameter auf System- oder Stromebene, die dem Material in der Anlage 10 zugeordnet sind, zu berechnen, um die Operation des Elements zu simulieren und so erwartete Ausgänge auf der Basis von bereitgestellten Eingängen usw. zu berechnen. Selbstverständlich sind dies nur einige der Methoden, die in einem intelligenten Prozeßobjekt 42e gespeichert sein können und darin ausgeführt werden können, und es gibt viele andere Methoden, die verwendet werden können, wobei diese Methoden im allgemeinen durch die Art der dargestellten Entität, die Art und Weise, wie diese Entität in einer Prozeßanlage angeschlossen ist und verwendet wird, sowie andere Faktoren bestimmt sind. Es ist wichtig zu beachten, daß zwar das intelligente Prozeßobjekt 42e Methoden speichern und ausführen kann, die Bedingungen, Fehler usw. auf Systemebene detektieren, diese Methoden können aber auch genutzt werden, um andere Informationen über Einrichtungen, Logikelemente wie Prozeßsteuermodule und Schleifen und andere Entitäten nicht auf Systemebene zu bestimmen. Falls gewünscht, können die Methoden 60 programmiert oder in jeder gewünschten Programmiersprache wie C, C++, C# usw. bereitgestellt werden, oder sie können auf anwendbare Regeln innerhalb der Regeldatenbank 50 verweisen oder sie definieren, die für das intelligente Prozeßobjekt 42e während der Ausführung ablaufen sollen.
Falls gewünscht, kann jedes intelligente Prozeßobjekt eine Bibliothek von anwendbaren Algorithmen oder Methoden enthalten, die genutzt werden können, um das Simulationsverhalten des intelligenten Prozeßobjekts zu definieren, wenn es in ein Prozeßmodul eingebunden ist. Eine solche Bibliothek ist in einem Pull-down-Menü 61 für das intelligente Prozeßobjekt 42e von 2 gezeigt, und ein gleichartiges Menü kann jedem anderen intelligenten Prozeßobjekt zugewiesen sein. Der Konfigurationsingenieur kann das Simulationsverhalten eines intelligenten Prozeßobjekts definieren, wenn diese intelligente Prozeßobjekt in einem Prozeßmodul 39 plaziert wird, durch Wählen von einem von der Bibliothek von Simulationsalgorithmen (als Methode 1, Methode 2 usw. bezeichnet) beispielsweise über das Pull-down-Menü 61. Auf diese Weise kann der Konfigurationsingenieur verschiedene Simulationsverhalten für ein intelligentes Prozeßobjekt in Abhängigkeit von dem Typ oder der Beschaffenheit des Prozesses definieren, für den das intelligente Prozeßobjekt zur Modellierung genutzt wird.
Falls gewünscht, kann der Konfigurationsingenieur statt dessen einen firmeneigenen oder anderen vom Anwender gelieferten Algorithmus verwenden, um das Simulationsverhalten des durch den intelligenten Prozeßblock definierten Prozeßelements zu definieren. Ein solcher anwenderdefinierter Algorithmus (als der ”anwenderdefinierte” Eintrag in dem Pull-down-Menü 61 gezeigt) kann einem intelligenten Prozeßobjekt geliefert und darin gespeichert werden, wenn dieses in einem Prozeßmodul 39 plaziert oder darin verwendet wird. Diese Funktionalität ermöglicht die Kundenanpassung des Simulationsverhaltens durch den Anwender, um eine bessere oder genauere Simulation zu ermöglichen. Falls gewünscht und wie noch im einzelnen beschrieben wird, können die intelligenten Prozeßobjekte 42 oder jedes Prozeßmodul 39 einen vom Bediener betätigbaren Schalter (wie einen elektronischen Schalter oder ein Flag) aufweisen, das die Nutzung der Simulationsalgorithmen innerhalb der intelligenten Prozeßobjekte deaktiviert und das statt dessen bewirkt, daß das Verhalten des Prozeßmoduls durch ein Hi-fi-Simulationspaket oder -programm bestimmt wird, wie es etwa von HYSYS geliefert wird. In diesem Fall erhält das intelligente Prozeßobjekt oder das Prozeßmodul simulierte Parameter von der HiFi-Simulation im Gegensatz zu der Verwendung der Simulationsalgorithmen innerhalb der intelligenten Prozeßobjekte selber.
Während der Ausführung eines Grafikdisplays 35 oder eines Prozeßmoduls 39 durch die Ausführungsmaschine 48 implementiert die Maschine 48 die durch die Eingänge 54 und Ausgänge 56 zu jedem der intelligenten Prozeßobjekte in dem Grafikdisplay 35 oder Prozeßmodul 39 definierten Kommunikationen und kann die Methoden 60 für jedes dieser Objekte implementieren, um die durch die Methoden 60 ermöglichten Funktionalitäten auszuführen. Wie oben gesagt wird, kann die Funktionalität der Methoden 60 bei der Programmierung in dem intelligenten Prozeßobjekt plaziert werden oder durch eine Menge von Regeln innerhalb der Regeldatenbank 50 definiert werden, die von der Maschine 48 ausgeführt werden, und zwar auf der Basis von Typ, Klasse, Identifikation, Kenname usw. eines intelligenten Prozeßobjekts, um die durch diese Regeln definierte Funktionalität zu implementieren.
Es ist zu beachten, daß ein Beispiel des intelligenten Prozeßobjekts 42 eine Kennung oder einen eindeutigen Namen innerhalb des Kontexts des Prozeßmoduls hat, dem das intelligente Prozeßobjekt 42e zugeordnet ist, und diese Kennung oder der eindeutige Name kann genutzt werden, um Kommunikationen zu und von dem intelligenten Prozeßobjekt 42e zu ermöglichen, und auf ihn kann von der Ausführungsmaschine 48 während der Laufzeit verwiesen werden. Prozeßmodulkennungen sollten innerhalb der Steuersystemkonfiguration eindeutig sein. Dieses Kennungskonvention ermöglicht es, daß auf Elemente innerhalb der Prozeßmodule 39 von Elementen innerhalb anderen der Prozeßgrafikdisplays 35, Prozeßmodule 39 und sogar Steuermodule 29 verwiesen wird. Ferner können die Parameter des intelligenten Prozeßobjekts 42e einfache Parameter wie etwa einfache Werte, strukturierte Parameter oder intelligente Parameter sein, die die erwarteten Einheiten und Attribute, die ihnen zugeordnet sind, kennen. Intelligente Parameter können von der Prozeßregelmaschine oder Ausführungsmaschine 48 interpretiert und genutzt werden, um sicherzustellen, daß alle Signale in die gleichen Einheiten gesendet oder richtig umgewandelt werden. Intelligente Regeln können auch angewandt werden, um Gruppen von Alarmen für die intelligenten Prozeßobjekte (oder Prozeßmodule) ein- und auszuschalten, um eine intelligente Alarmstrategie und/oder Schnittstelle für den Bediener zu erzeugen. Außerdem können intelligente Prozeßobjektklassen Geräte- und Modulklassen in der Prozeßsteuerstrategie der Anlage 10 zugeordnet werden, um eine bekannte Verknüpfung zwischen einem intelligenten Prozeßobjekt und den Prozeßvariablen, die es zur Interpretation oder zum Zugriff benötigt, herzustellen.
Intelligente Prozeßobjekte können, wenn sie in Prozeßgrafikdisplays oder Prozeßmodulen verwendet werden, auch Betriebsart, Status- und Alarmverhalten umfassen, so daß diese intelligenten Objekte während der Laufzeit in verschiedene Moden gebracht werden können wie etwa den Aus-, Anfahr- und Normalmodus, einen dem Objekt auf der Basis seines aktuellen Betriebszustands zugeordneten Status bereitstellen können und Alarme auf der Basis von detektierten Zuständen wie etwa einem außerhalb seines Bereichs liegenden Parameter, begrenzte, hohe Veränderlichkeit usw. liefern können. Intelligente Prozeßobjekte können auch eine Klassen-/Unterklassen-Hierarchie haben, die es ihnen ermöglicht, in Klassenbibliotheken kategorisiert zu werden, in einer Verbundstruktur gemeinsam gesammelt zu werden usw. Ferner können intelligente Prozeßobjekte Informationen von anderen Elementen nutzen, etwa von Steuermodulen und anderen Objekten, um dem intelligenten Prozeßobjekt zu ermöglichen zu erkennen, wenn seine zugehörige Entität besetzt ist oder beispielsweise von einem Batch-Steuerprozeß innerhalb der Anlage 10 akquiriert ist.
Intelligente Prozeßobjekte können jeder gewünschten Prozeßentität zugeordnet sein, etwa physischen Einrichtungen wie Pumpen, Behältern, Ventilen usw., oder logischen Entitäten wie Prozeßbereichen, Messungen oder Betätigern, Steuerstrategien usw. In manchen Fällen können intelligente Prozeßobjekte Verbindungselementen wie etwa Rohren, Leitungen, Verdrahtungen, Fördereinrichtungen oder jeder anderen Einrichtung oder Entität zugeordnet sein, die Material, Strom, Gas usw. von einer Stelle im Prozeß zu einer anderen bewegt. Intelligente Prozeßobjekte sind Verbindungselementen zugeordnet, die hier auch als intelligente Verbindungen oder Verbindungselemente bezeichnet werden, haben auch eine Kennung (auch wenn die eigentliche Einrichtung oder das eigentliche Verbindungselement selber keine Kennung hat oder nicht imstande ist, innerhalb der Prozeßanlage 10 zu kommunizieren), und werden allgemein dazu genutzt, den Materialfluß zwischen anderen Elementen in dem Prozeß darzustellen.
Intelligente Verbindungen umfassen typischerweise Eigenschaften oder Parameter, die definieren, wie verschiedene Materialien oder Erscheinungen (wie etwa Elektrizität) durch die Verbindungselemente fließen (z. B. Dampf, Elektrizität, Wasser, Abwasser usw.). Diese Parameter können den Typ und die Beschaffenheit des Durchflusses (wie die allgemeine Geschwindigkeit, Reibungskoeffizienten, den Typ der Strömung wie verwirbelt oder nichtverwirbelt, elektromagnetisch usw.) durch die Verbindungseinheit und die mögliche Richtung oder Richtungen des Durchflusses durch diese bezeichnen. Intelligente Verbindungen können eine Programmierung oder Methoden aufweisen, die sicherstellen, daß die Einheiten des Quell- und des Zielobjekts, mit dem die intelligente Verbindung verbunden ist, übereinstimmen, und können eine Umwandlung durchführen, wenn das nicht der Fall ist. Die Methoden der intelligenten Verbindung können auch den Durchfluß durch den Verbinder unter Verwendung eines Modells oder eines Algorithmus modellieren, um die Geschwindigkeit oder Beschaffenheit des Durchflusses durch die eigentlichen Verbindungselemente, Länge und Größe der physischen Verbindungselemente, Transportverzögerungen usw. zu schätzen. Die gespeicherten Parameter für das intelligente Prozeßobjekt (wie Reibungsparameter) können in diesen Methoden genutzt werden. Im wesentlichen ermöglichen also die intelligenten Verbindungen oder Verbinderelemente den intelligenten Prozeßobjekten, die anderen auf- und abstromseitigen Objekte oder Entitäten zu kennen. Selbstverständlich können intelligente Verbindungen beispielsweise die Anschlüsse zwischen anderen Objekten, den Fluidtyp wie etwa Flüssigkeit, Gas, Elektrizität usw. in dem System, die Auf- und die Abstromseite der Entitäten, welche anderen Entitäten sich an der Auf- und der Abstromseite der Entität für dieses intelligente Prozeßobjekt befinden, die Richtung des Material-, des Fluid-, des Stromflusses usw. auf jede gewünschte oder praktikable Weise definieren. Bei einer Ausführungsform kann die Matrix 52 vor der Ausführung von Prozeßflußmodulen erzeugt werden und kann für die intelligenten Verbindungen die Verbindungen zwischen den verschiedenen Einrichtungen innerhalb der Anlage und somit zwischen den verschiedenen intelligenten Prozeßobjekten definieren. Tatsächlich kann die Ausführungsmaschine 48 die Matrix 52 nutzen, um die auf- und abstromseitigen Entitäten festzustellen und dadurch die Kommunikationen zwischen den intelligenten Prozeßobjekten und die den intelligenten Prozeßobjekten zugeordneten Methoden definieren. Ferner kann eine oder mehrere Mengen von Regeln bereitgestellt werden, um von den intelligenten Prozeßobjekten zum Dialog miteinander und zum Erhalt von Daten voneinander nach Bedarf für die Methoden in den intelligenten Prozeßobjekten genutzt zu werden und die Wirkung von intelligenten Objekten aufzulösen, die Ausgangsverbindungen zugeordnet sind.
Falls gewünscht, kann das intelligente Prozeßobjekt 42e auch heiße Drähte wie etwa URL zu Schlüsseldokumentation aufweisen, die auf den Typ von Objekt anwendbar sein kann oder die für den Fall (je nach der Anwendung und wie kritisch der Fall ist) der Einrichtung spezifisch sein kann, auf das sich das intelligente Prozeßobjekt 42e bezieht. Die Dokumentation kann von Hersteller geliefert werden sowie anwenderspezifisch sein. Einige Beispiele einer Dokumentation umfassen Konfigurations-, Anfahr- und Abschaltvorgänge, Betriebs- und Wartungsdokumentationen. Falls gewünscht, kann ein Bediener auf das Objekt klicken, das in einem Bedienerdisplay angezeigt wird, um die fallspezifische (falls anwendbar) und generische Dokumentation für das Objekt oder die zugehörige Einrichtung aufzurufen. Der Bediener kann auch imstande sein, Dokumentationen unabhängig von der Systemsoftware wie etwa Wartungsanforderungen, Aufzeichnungen von Betriebsproblemen usw. hinzuzufügen/zu löschen/zu ändern. Ferner können diese heißen Drähte vom Anwender konfigurierbar oder änderbar sein, um die Möglichkeit zu bieten, Objekten in einer Bedienerschnittstelle Wissenslinks hinzuzufügen, um eine rasche Navigation zu geeigneten Informationen zu ermöglichen, die dem Objekt zugeordnet sind, und um die Fähigkeit zu bieten, Arbeitsanweisungen hinzuzufügen, die für den Kunden, den speziellen Objekttyp oder auch den spezifischen Fall des Objekts spezifisch sind.
Die Prozeßmodule und Prozeßgrafik werden zwar oben als gemeinsam durch das Verknüpfen von verschiedenen intelligenten Prozeßobjekten erzeugt beschrieben, sie können aber auch separat erzeugt werden. Beispielsweise kann eine Prozeßgrafik erzeugt werden unter Anwendung intelligenter Prozeßobjekte, und wenn sie fertig ist, kann ein Prozeßmodul für diese Grafik auf der Basis von Grafikelementen und ihren Verbindungen in dem Grafikdisplay erzeugt werden. Alternativ kann das Prozeßmodul zuerst unter Verwendung von intelligenten Prozeßobjekten erzeugt werden, und danach kann ein Grafikdisplay für dieses Prozeßmodul automatisch von der Konfigurationsanwendung 38 unter Nutzung der Grafikdisplayelemente in den zur Erzeugung des Prozeßmoduls verwendeten intelligenten Prozeßobjekten erzeugt werden. Außerdem kann ein Prozeßmodul und ein Grafikdisplay separat erzeugt werden, und die Einzelelemente innerhalb dieser beiden Entitäten können manuell verknüpft werden durch gegenseitigen Verweis aufeinander (z. B. unter Nutzung der Kennungseigenschaften der Elemente innerhalb des Grafikdisplays und des Prozeßmoduls). Durch diesen Mechanismus kann auf ein intelligentes Prozeßobjekt von einer Vielzahl von Displays verwiesen werden. In jedem Fall können nach der Erzeugung ein Prozeßgrafikdisplay und ein zugehöriges Prozeßmodul voneinander unabhängig oder separat aktiv sein, obwohl sie typischerweise nach Bedarf Parameter und Informationen hin- und her übertragen werden.
Um genauer zu sein, werden bestimmte mögliche Merkmale und Beispiele von intelligenten Prozeßobjekten, die in Prozeßgrafikdisplays und Prozeßmodulen verwendet werden können oder zu deren Erzeugung dienen, mehr im einzelnen beschrieben. Danach wird eine Art und Weise beschrieben, wie Prozeßgrafikdisplays und Prozeßmodule, die unter Nutzung der beschriebenen Elemente und Merkmale erzeugt wurden, mit Steuermodulen integriert werden können, um erweiterte Steuer- und Simulationsmöglichkeiten zu bieten. Es versteht sich natürlich, daß die intelligenten Prozeßobjektelemente und Merkmale nicht auf die hier besprochenen Elemente und Merkmale beschränkt sind und daß andere Merkmale und Elemente verwendet werden können, um sowohl Prozeßgrafikdisplays als auch Prozeßmodule zu erzeugen, falls das gewünscht wird.
Allgemein gesagt, kann eine Menge von vordefinierten Grafikelementen in der Konfigurationsanwendung vorgesehen sein, um einem Anwender die Bildung von Bediener- oder Grafikdisplays zu ermöglichen, die die Prozeßanlage wiedergeben. Diese Grafikelemente sind so ausgelegt, daß sie dynamisch Online-Messungen und Betätiger zeigen, die mit dem Steuersystem in Dialog treten.
Außerdem können nicht gemessene Parameter, die den Prozeßbetrieb reflektieren, unter Anwendung einer Online-Prozeßsimulation berechnet werden, die in den Prozeßmodulen vorgesehen ist, und können als ein integraler Teil der zugehörigen Grafikdisplays gezeigt werden.
Zusätzlich kann in einer Offline-Umgebung, die für Konstruktions- oder Lernsimulationszwecke verwendet wird, die von den Prozeßmodulen ermöglichte Prozeßsimulation anstelle der Prozeßmeßwerte in den Grafikelementen und den zugehörigen Steuermodulen verwendet werden. Diese Werte, die von den zugehörigen Prozeßmodulen berechnet werden, können auf der Betätigerposition oder dem Betätigerzustand sowie manuellen Störwerten, die in der Prozeßgrafik gezeigt sind, basieren. Auf diese Weise können die Grafikdisplays und Steuermodule sowohl in Online- oder Steuersituationen als auch in Offline- oder Simulationssituationen verwendet werden. Ferner erscheint zwar der statische Anteil der Grafikelemente in vielen Fällen ähnlich den dreidimensionalen Komponenten, die in bekannten Grafikbibliotheken vorhanden sind, aber nachstehend werden weitere spezielle Merkmale oder Eigenschaften dieser Grafikelemente, die mit diesen Elementen angezeigte Information und ihre Links zu den Steuersystem-E/A- und Prozeßsimulationsmodulen werden jedoch in bezug auf eine Reihe möglicher Typen und Beispiele von Grafikelementen beschrieben.
Allgemein gesagt, fallen die Grafikelemente und Simulationsalgorithmen in dem Prozeßmodul, das einem intelligenten Prozeßobjekt zugeordnet ist, in eine von einer Reihe unterschiedlicher Typen von Prozeßelementen einschließlich Stromelemente, Prozeßverbindungselemente, Betätigerelemente, Verarbeitungselemente, Meßelemente und Schätzeigenschaftselemente. Stromelemente definieren im allgemeinen einen Materialstrom in der Prozeßanlage und können in dem Grafikdisplay hervorgehoben werden, um die Zusammensetzung, Dichte, den Durchfluß, die Temperatur, den Druck, das Gewicht und/oder alle sonstigen Parameter zu zeigen, die den Materialstrom definieren. Stromelemente können am Eingang des Prozeßmoduls definiert sein und Elementen innerhalb des Prozeßmoduls zur Verfügung stehen, um so die Modellierung und das Anzeigen des Materialflusses durch das Prozeßmodul auf dem Grafikdisplay zu ermöglichen. Ebenso können Stromelemente am Ausgang oder Ende des Prozeßmoduls gezeigt sein, um in dem Grafikdisplay den Materialausgang des Bereichs der Prozeßanlage, der in dem Grafikdisplay zu sehen ist, anzuzeigen. Stromelemente können auch genutzt werden, um zu definieren, wie verschiedene Grafikdisplays (und die zugehörigen Prozeßmodule) miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann der Ausgangsstrom in einem Prozeßmodul der Eingangsstrom in einem anderen Prozeßmodul sein und kann die am Eingangsstrom des anderen Prozeßmoduls genutzten Werte liefern. Ströme können die folgenden vier Teile aufweisen: Name (z. B. pH-Strom), Richtung (z. B. Stromeingang), Messung (z. B. Durchfluß, Druck, Temperatur) und Zusammensetzung (z. B. Stickstoff, Ammoniak usw.). Ströme könnten jedoch auch, falls gewünscht, andere Teile oder Parameter haben.
Prozeßverbindungselemente definieren die Weise, in der Materialien innerhalb der Anlage wie Feststoffe, Flüssigkeit und Dampf sowie Gase von einer Einrichtung zu einer anderen geliefert oder geführt werden. Um den Materialfluß durch Prozeß deutlich zu machen, können drei verschiedene Arten von Prozeßverbindungen verwendet werden, die Leitungen, Kanäle und Förderer umfassen. Selbstverständlich können andere Verbindungselemente wie elektrische Kabel für den Energiefluß in elektrochemischen Prozessen usw. ebenfalls verwendet werden. Rohre werden allgemein verwendet, um den Flüssigkeits- und Hochdruckdampf- oder Gasdurchfluß in der Anlage zu zeigen (und zu simulieren). Leitungen werden allgemein verwendet, um Niederdruckgasdurchfluß in der Anlage zu zeigen (und zu simulieren). Förderer werden allgemein verwendet, um die Bewegung von Feststoffen zwischen Verarbeitungseinheiten zu zeigen (und zu simulieren). Infolgedessen definiert jedes Prozeßverbindungselement die Art der Verbindung wie etwa eine Rohrverbindung, eine Leitungsverbindung oder eine Fördererverbindung, die dazu dient, Material am Eingang oder Ausgang einer Einrichtung bereitzustellen.
Falls gewünscht, werden die Eigenschaften des Materials, das durch eine Verbindung übertragen wird, durch den aufstromseitigen Eingang bestimmt. Diese Information plus eine Verbindungsstatusvariable, die definiert, ob die Verbindung vollständig ist, kann als Eigenschaften des Verbindungselements auf dem Grafikdisplay verfügbar gemacht werden. Ein Verbindungselement kann an einem Verarbeitungselementausgang, einem Betätigerelementausgang oder einem Stromelementausgang beginnen. Auf ähnliche Weise kann ein Verbindungselement an einem Verarbeitungselementeingang, einem Betätigerelementeingang oder einem Stromeingang enden.
Die Eigenschaften eines Verbindungselements können automatisch angezeigt werden, wenn der Cursor in dem Grafikdisplay über dem Verbindungselement plaziert wird. Auch die einem Verbindungselement zugeordneten Eigenschaften können zur Daueranzeige gebracht werden, indem ein Meßelement oder Schätzeigenschaftselement (nachstehend definiert) auf dem Verbindungselement plaziert wird. Falls gewünscht, kann ein Verbindungselement erzeugt werden durch Gedrückthalten der linken Maustaste über einem Elementausgang (etwa einem Stromausgang, einem Verarbeitungselementausgang oder einem Betätigerelementausgang) und während des Gedrückthaltens einer Taste an der Maus Positionieren des Cursors über einem Elementeingang. Damit die Verbindung erfolgreich hergestellt wird, müssen der Eingangstyp und der Ausgangstyp (Rohr, Leitung oder Förderer) des Auf- und des Abstromelements übereinstimmen. Die Verbindung nimmt automatisch den Typ des aufstromseitigen Elements an.
Falls gewünscht, können Rohrleitungselemente in dem Prozeßgrafikdisplay als Rohrverbindung gezeigt oder dargestellt werden, Leitungselemente (z. B. Luft oder Gas) können als Leitung gezeigt werden, und Fördererelemente können als Förderbänder gezeigt werden. Rohr-, Leitungs- und Fördererelementverbindungen können automatisch zwischen Verarbeitungselementen geführt werden, und Pfeile können an der Außenseite der Darstellung dieser Elemente gezeigt werden, um die Durchflußrichtung anzuzeigen. Wenn ein aufstromseitiger Ausgang zwei Verbindungen gemeinsam gehört, dann kann in dem Rohr, der Leitung oder dem Förderer ein ”T”-Element eingefügt werden. Ebenso können ”T”-Elemente genutzt werden, um Mehrfachausgänge zu kombinieren. Die Farbe oder andere grafische Eigenschaft eines Fördererelements kann sich ändern, um seinen Status anzuzeigen, z. B. im Fluß/angehalten, Durchfluß/kein Durchfluß, verstopft usw. Allgemein gesagt, wird der Materialfluß entlang einem Förderer durch den mit dem Förderer verbundenen motorischen Antrieb bestimmt. So kann mit dem Förderer ein Motorantriebsbetätiger (der ein noch im einzelnen zu beschreibendes Betätigerelement ist) verbunden sein. Außerdem können (nachstehend beschriebene) Meßelemente mit Rohr-, Leitungs- und Fördererelementen verbunden werden, um Messungen zu zeigen, die den Rohr-, Leitungs- oder Fördererelementen zugeordnet sind, etwa die Geschwindigkeit des Förderers oder des Materialdurchflusses in einem Rohr oder einer Leitung, die Eigenschaften des Materials auf oder in dem Förderer, dem Rohr oder der Leitung, z. B. Feuchtigkeit oder Gewicht. Auch kann ein exponiertes Eigenschaftselemente hinzugefügt werden, um Eigenschaften des Materials in dem Rohr, der Leitung oder auf dem Förderer anzuzeigen, die nicht gemessen werden, etwa die Zusammensetzung der Materials.
Falls gewünscht, kann jedes von den Rohr-, Leitungs- und Fördererverbindungselementen grafisch und dynamisch eine verlorengegangene Verbindung reflektieren (z. B. durch eine Farbänderung) und daß eine gewählte Eigenschaft (Druck, Temperatur, Länge usw.) sich außerhalb der konfigurierten Grenzen befindet (z. B. durch eine Farbänderung). Ferner können in der Grafik Parameter gezeigt werden, die von dem zugehörigen Prozeßmodul berechnet werden. Beispielsweise können Eigenschaften, die durch die aufstromseitige Verbindung gegeben sind, ob der Verbindungsstatus gut oder schlecht ist, Begrenzungen von einem oder mehreren gewählten Parametern des Verbindungselements usw., in dem Grafikdisplay angezeigt werden, um Information für den Bediener über das Verbindungselement oder den von dem Verbindungselement überführten Strom zu liefern.
Allgemein gesagt sind Betätigerelemente Elemente, die eine Betätigungsfunktion in bezug auf den Strom ausführen und zwischen verschiedenen Verbindungselementen oder zwischen einem Verarbeitungselement und einem Verbindungselement angeordnet sein können. Beispiele von Betätigerelementen umfassen ein Regulierventil (mit Betätiger), ein Schaltventil (mit Betätiger), eine Pumpe (mit Motor), ein Zwangsgebläse (mit Motor), ein Sauggebläse (mit Motor), einen Ejektor (mit Schaltventil), einen Schieber (mit Antrieb), ein Aufgeber (mit drehzahlveränderlichem Motor), ein Förderermotorantrieb (der an einem Fördererelement angebracht sein kann), usw.
Die grafische Darstellung der Ventilelemente kann die angenommene Ventilposition dynamisch (etwa durch Animation), einen Ventilausfall (beispielsweise durch eine Farbänderung), eine Ventil-vollständig-offen-/geschlossen-Position (etwa durch eine Farbänderung), und den AO-, DO-, DC-, Sollwert-, PV-, OUT-Modus usw. (etwa durch eine Zahlenfolge oder eine andere Anzeige) des das Ventil steuernden zugehörigen Steuerblocks reflektieren. Das den Ventilelementen (die in dem Prozeßmodul verwendet werden) zugehörige Simulationselement kann Simulationsalgorithmen haben, die Parameter berechnen, die dem Ventilbetätiger zugeordnet sind, etwa den Auslaßdruck, den Massenfluß, die Flüssigkeitstemperatur, die Flüssigkeitszusammensetzung, den Einlaßdruck und den Auslaßdruck. Diese simulierten oder berechneten Parameter können in der Prozeßgrafik angezeigt sein, falls das gewünscht wird. Der Anwendungs- oder Konfigurationsingenieur muß aber gewöhnlich den Verweis zu einem AO-, DO- oder DC-Block in einem Steuermodul, das dem Ventil zugeordnet ist, sowie den Ventiltyp (z. B. linear, schnellöffnend, gleicher Prozentsatz, Ventilmaße usw.) und die Hubdauer vom Öffnen bis zum Schließen konfigurieren. Natürlich können die Simulationsalgorithmen, die zur Simulation des Betriebs des Ventils an dem durch das Ventil strömenden Material verfügbar sind, von dem Ventiltyp und der Größeninformation abhängen.
Die grafische Darstellung von Pumpenelementen kann den Motorstatus (etwa durch Verwendung einer Farbänderung), den Modus des zugehörigen DO- oder DC-Funktionsblocks und den Sollwert (etwa unter Verwendung von Zeichenketten), die Motorgeschwindigkeit (ob drehzahlvariabler Antrieb verwendet wird), den AO-Sollwert-, PV-, OUT-Modus (im Prozeßmodul verwendet) und andere gewünschte Parameter reflektieren. Ebenso kann die Prozeßsimulation (im Prozeßmodul verwendet) für dieses Element Parameter wie den Auslaßdruck, die Flüssigkeitszusammensetzung, die Flüssigkeitstemperatur und den Massenfluß bestimmen oder berechnen, wobei diese Parameter in dem Grafikdisplay angezeigt werden können. Der Anwender muß eventuell eine Pumpenkurve auf der Basis des Pumpentyps definieren. Der Anwender kann jedoch den Verweis auf den DO- oder DC-Block, der dem Motorstart/-stopp zugeordnet ist, den Verweis auf den zugehörigen AO-Funktionsblock für den drehzahlregelbaren Antrieb (falls verwendet) und die Pumpenkurve (z. B. Druck gegenüber Durchfluß) zur Definition des Pumpenbetriebs konfigurieren.
Die grafische Darstellung eines Zwangszug- oder eines Sauggebläsebetätigerelements kann eine Darstellung sein, die den Motorstatus, den DO- oder DC-Funktionsblockmodus und den Sollwert, die Motorgeschwindigkeit (falls ein drehzahlregelbarer Antrieb verwendet wird), den AO-Sollwert, PV, OUT, DO-, oder DC-Funktionsblockmodus (wenn ein drehzahlregelbarer Antrieb verwendet wird) und andere gewünschte Parameter dynamisch reflektiert, von denen jeder in dem Grafikdisplay angezeigt werden kann. Das Prozeßsimulationselement (das in einem Prozeßmodul verwendet wird) für dieses Element kann Parameter wie den Auslaßdruck, die Gaszusammensetzung, die Gastemperatur und den Gasmassenfluß bestimmen oder berechnen, wobei diese Parameter in dem Grafikdisplay gezeigt werden können. Der Anwender kann den Verweis zu dem zugehörigen DC-Block für den Motorstart/-stopp, den Verweis zu einem AO-Block für einen drehzahlregelbaren Antrieb (falls verwendet) und die Gebläsekurve (Druck gegen Durchfluß) konfigurieren, um den simulierten Betrieb des Gebläses zu definieren.

In einigen Fällen kann ein bestimmter Betätigertyp nur mit einem bestimmten Verbindungstyp, etwa einem Rohr, einer Leitung oder einem Förderer, verwendet werden. Die nachstehende Tabelle definiert einige beispielhafte Verbindungseinschränkungen für typische Betätigerelemente.

	Rohr	Leitung	Förderer
Regulierventil	X
Schaltventil	X
Pumpe	X
Ejektor	X
Zwangsluftgebläse		X
Saugzuggebläse		X
Schieberantrieb		X
Aufgeber	X		X
Motorantrieb			X

Verarbeitungselemente umfassen Anlagenvorrichtungen, die die Materialien oder Ströme in der Anlage auf irgendeine Weise verarbeiten. Im allgemeinen erfolgen alle Eingänge und Ausgänge zu und von Verarbeitungselementen durch Verbindungselemente. Standard-Verarbeitungselemente umfassen Behälter (vertikale und horizontale), Heizer, statische Mischer, Reaktoren, Mischer, Luftheizer und alle sonstigen Elemente, die irgendeine Art von einfacher oder Standard-Verarbeitungsaktivität ausführen. Für Standard-Verarbeitungselemente kann der Anwender die Anzahl von Eingängen und Ausgängen zu dem Element gemeinsam mit den physikalischen Vorrichtungseigenschaften wie Größe, Volumen usw. angeben. Der Simulationsalgorithmus und die statische Darstellung dieser Standard-Verarbeitungselemente kann so eingerichtet werden, daß sie vom Anwender nicht modifizierbar sind, aber zum Zeitpunkt der Konfiguration wählbar sind, wie oben beschrieben. Selbstverständlich können, falls gewünscht, andere und typischerweise komplexere Anlagenvorrichtungen (wie Destilliersäulen, Verdampfer, Abscheider, Kessel usw.) als kundenspezifische Verarbeitungselemente implementiert werden. Die statische Darstellung, die Anzahl von Eingängen und Ausgängen und der Simulationsalgorithmus von solchen kundenspezifischen Verarbeitungselementen können modifiziert werden, um den Anforderungen der Anwenderschnittstelle zu entsprechen. Nachdem ein kundenspezifisches Verarbeitungselement definiert worden ist, kann es als eine Kombination oder Schablone gesichert werden, die immer wieder verwendbar ist oder als Ausgangspunkt bei der Erzeugung anderer Verarbeitungselemente verwendet werden kann.
Das Behälter-Standardverarbeitungselement (entweder vertikal oder horizontal) kann auf der Basis der Rohrverbindungen mit dem Behälter konfiguriert werden, und das Behälterelement kann den Pegel im Behälter (etwa unter Anwendung von dynamischer Animation) und den Pegel bei 100% oder im Fall von leer (etwa unter Verwendung einer Farbänderung) dynamisch reflektieren. Die Prozeßmodulsimulation für den Behälter kann über das Grafikdisplay Parameter wie die Auslaßtemperatur, die Auslaßzusammensetzung, die Flüssigkeitstemperatur und den simulierten Behälterpegel berechnen und zeigen. Um den Behälter in das System einzubinden, muß der Anwender oder Konfigurationsingenieur eventuell die Anzahl von Eingangs- und Ausgangsverbindungen, die kompletten Verbindungen mit dem Behälter, die Behältereigenschaften wie etwa die Größe (z. B. Durchmesser und Höhe) usw. konfigurieren.
Das Heizerverarbeitungselement kann über das Grafikdisplay den Wärmeübertragungskoeffizienten (z. B. unter Verwendung einer Farbänderung), die Produktauslaßtemperatur, die Produkteinlaßtemperatur, den Auslaßdruck (unter Annahme eines feststehenden Abfalls) usw. dynamisch berechnen und reflektieren. Ein Anwender oder Konfigurationsingenieur muß eventuell die kompletten Verbindungen mit dem Heizer, die Heizeroberfläche und den Wärmeübertragungskoeffizienten im Reinzustand konfigurieren.
Selbstverständlich können andere Verarbeitungselemente wie ein statischer Mischer, ein Reaktionsbehälter, ein Mischer, ein Luftheizer, ein Wärmetauscher usw. Display- und Simulationsfähigkeiten haben, die auf diese Einrichtungstypen zugeschnitten sind. Nicht-Standard-Verarbeitungselemente wie Destilliersäulen, Verdampfer, Abscheider, Kessel usw. können grafisch unter Verwendung eines kundenspezifischen Verarbeitungselements dargestellt werden, wobei die zu dem Behälter gehörende Simulation anwenderdefiniert sein kann, wenn sie in einer Standardauswahl nicht enthalten ist. Die Verarbeitung in diesen Elementen kann als ein Schrittantwortmodell beschrieben oder definiert werden, das jeden Eingang mit jedem Ausgang des Behälters in Beziehung setzt. Eingänge können Gas- und/oder Flüssigkeitsströme sein. Fakultativ kann der Anwender die Gleichungen definieren, die die Beziehungen zwischen den Eingängen und Ausgängen des Verarbeitungselements beschreiben, und diese Gleichungen können in dem Prozeßmodul gespeichert werden, das dieses Element zur Durchführung einer Simulation nutzt. Falls gewünscht, können einige einfache statische grafische Darstellungen vorgesehen werden, um dem Anwender zu helfen, die statischen Bilder rasch zu erzeugen, die einem kundenspezifischen Verarbeitungselement zugeordnet sind. Wenn diese einfachen Bilder verwendet werden, braucht der Anwender eventuell nur die gewünschte Anzahl von Eingangs- und Ausgangsverbindungen und den Typ der unterstützten Verbindung (z. B. Rohr, Leitung oder Förderer) anzugeben, die von dem kundenspezifischen Verarbeitungselement unterstützt wird. Als Reaktion wird das Grafikelement angezeigt und kann unmittelbar zur Erzeugung der Bedienergrafik genutzt werden. Falls gewünscht, können die Verstärkungsfaktoren und alle dynamischen Vorgänge, die jedem Eingang und Ausgang des Prozeßelements zugehörig sind, angegeben werden, wenn der Anwender den Simulationsalgorithmus als Schrittantworten bezeichnen will. Wenn der Anwender einen kundenspezifischen Algorithmus wählt, dann kann ein Ausdruckeditor vorgesehen werden, damit der Anwender den Simulationsalgorithmus definieren kann. Auf der Basis des gewählten Verfahrens können die Eigenschaften der kundenspezifischen Verarbeitungselementausgänge anders berechnet werden. Ferner kann der Anwender einen Verweis auf einen oder mehrere der Algorithmen, die er in einer separaten Softwareanordnung definiert hat, nutzen.
Zusätzlich können zur Erzeugung von kundenspezifischen Verarbeitungselementen mehrere vordefinierte Kombinationen oder Schablonen vorgesehen sein. Diese Schablonen können beispielsweise eine Kesselschablone sein, die einen kundenspezifischen Algorithmus hat, der das Austrittsgas O₂, das Austrittsgas CO, den erzeugten Dampf, den Kesseltrommelpegel und den Kesselzug berechnet. Eine solche Schablone kann auf einem einzigen Brennstoffeingang basieren. Durch Modifikation der Schablone ist es aber möglich, Kessel mit einer Vielzahl von Brennstoffen zu simulieren. Andere vordefinierte Schablonen können eine spezialisierte Behälter-Zyklonabscheider-Schablone aufweisen, die in Verbindung mit dem Sprühtrockner-Verarbeitungselement verwendet werden kann und die ein Stufenantwortmodell aufweisen kann, um den Betrieb des Abscheiders zu modellieren. Ebenso kann eine Säulenschablone, ein Sprühtrockner und ein Verdampferkörper ein Schrittantwortmodell nutzen, um die erwartete Prozeßantwort zu definieren. In einem Verdampfer können auf der Basis des Energieeingangs und der Konzentration des Eingangsstroms die Konzentration des Auslaßstroms und die Dampffreisetzung berechnet werden. Eine Vielzahl von Verdampferelementen kann miteinander gemeinsam mit Wärmetauscher- und Ejektorelementen verbunden sein, um einen Vielfacheffekt-Verdampfer zu erzeugen. Ebenso kann ein spezialisiertes kundenspezifisches Behälter-Stapel-Schablonenverarbeitungselement mit dem Kesselverarbeitungselement benutzt werden. In diesem Fall können die Eigenschaften des Einlasses durch den Stapel ohne Modifikationen geführt werden, falls das gewünscht wird, oder können Emissionsverringerungen reflektieren, die im Stapel durchgeführt werden.
Andere Typen von Elementen, die zum Erzeugen von Grafikdisplays und Prozeßmodulen genutzt werden können, sind Meßelemente und Eigenschaftselemente. Meßelemente umfassen Wandlerelemente, die in dem Grafikdisplay für den Zugriff auf den Meßwert genutzt werden, der einem physischen Wandler zugeordnet ist, und Schaltelemente. Im allgemeinen kann das Wandlerelement einen schlechten oder ungewissen Status, den Modus des zugehörigen AI-Funktionsblock in dem Steuermodul, den Meßwert und Meßeinheiten usw. dynamisch reflektieren, die zu einem eigentlichen Wandler (Sensor) gehören, oder kann andere Daten, die dem eigentlichen Wandler zugeordnet sind, reflektieren. In einem Offlinemodus (oder Simulationsmodus) kann das Wandlerelement genutzt werden, um auf den Simulationswert zuzugreifen oder ihn anzuzeigen, der von dem Prozeßmodul geliefert wird, und zwar anstelle des Werts, der dem AI- oder PCI-Block zugeordnet ist, oder kann genutzt werden, um dem zugehörigen AI-Block in dem Steuermodul einen Meßwert als eine Messung zu liefern, die in der simulierten Steuerroutine genutzt wird. Das Wandlerelement kann zu einem Verbindungselement oder einem Verarbeitungselement hinzugefügt werden, und wenn ein solches Wandlerelement dem Display hinzugefügt ist, muß der Anwender im allgemeinen den zugehörigen AI-, PCI- oder DI-Block im Steuerungschema identifizieren, der die Messung liefert. Im Online-Modus kann der Meßwert diesem Meßelement benachbart angezeigt werden. Im Offline-Modus (oder Simulationsmodus) kann der simulierte Wert der Messung (wie sie von dem entsprechenden Prozeßmodul entwickelt wurde) automatisch angezeigt werden. Im Online-Betrieb kann der Anwender wählen, daß die Steuerung umgeschaltet wird und der simulierte Wert im Fall eines Meßausfalls angezeigt wird.
Ein Schaltelement kann einen schlechten oder ungewissen Status, den Modus des zugehörigen DI (z. B. manuell oder OS) und den diskreten Wert eines Schalters (ein, aus, usw.) dynamisch reflektieren. Wenn ein Offline-Simulationsmodus vorliegt, kann der Anwender das Schalteranzeigeelement nutzen, um auf die Schaltparameter in dem Grafikdisplay und dem Steuermodul zuzugreifen und sie zu ändern, indem ein Simulationswert oder ein manueller Wert und Status gewählt und der Wert und Status des Schalters manuell eingegeben wird. Ein Anwender muß aber im allgemeinen das Schaltelement konfigurieren durch Vorsehen eines Verweises zu einem zugehörigen DI-Block in dem Steuerschema, eines Verweises zu der Elementeigenschaft, die den Schalter auslöst, und den Grenzwert und Totbereich, die einer Änderung des Schalterzustands zugehörig sind.
Ein Schätzeigenschaftselement zeigt im allgemeinen eine geschätzte Eigenschaft des Systems entsprechend der Bestimmung durch das Prozeßmodul und kann einem Verbindungs- oder Verarbeitungselement hinzugefügt werden, um eine Eigenschaft dieses Elements anzuzeigen. Wenn dieses Element an einem Verbindungselement oder einem Vorrichtungsteil angebracht ist, kann der Anwender browsen und die Eigenschaften wählen, die angezeigt werden. Simulierte Eigenschaften, die durch eine physische Messung nicht verfügbar sind, können also durch Verwendung des Schätzeigenschaftselements angezeigt werden. Ein solches Schätzeigenschaftselement kann eine gute/schlechte Verbindung, die geschätzten Eigenschaftswerte und eine Eigenschaft, die außerhalb eines zugehörigen Grenzwerts oder eine Änderung ist, dynamisch reflektieren. Ein Anwender muß im allgemeinen den Verweis auf die Eigenschaft(en), die anzuzeigen ist, und die Grenzwerte und Farbänderungen für das Element, falls die Eigenschaft außerhalb der Grenzwerte ist, konfigurieren.
Es versteht sich, daß durch Anbringen von Wandlerelementen und Schätzeigenschaftselementen an Verarbeitungselementen, Betätigerelementen und Verbindungselementen auf die Eigenschaften, die den Eingängen und Ausgängen dieser Prozeßelemente zugeordnet sind, während des Online-Betriebs oder der Offline-Simulation verwiesen werden kann. Diese Eigenscahften können auch in dem Grafikdisplay sichtbar gemacht werden.
Allgemein gesagt, kann ein Bediener die Konfigurationsanwendung 38 ausführen oder laufen lassen, um eines oder mehrere Prozeßmodule 39 oder Grafikdisplays für die Implementierung während des Betriebs des Prozesses 10 oder die Implementierung in einer Simulationsumgebung zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform präsentiert die Konfigurationsanwendung 38 ein Konfigurationsdisplay, wie es in 3 gezeigt ist, für den Konfigurationsingenieur. Wie 3 zeigt, umfaßt ein Konfigurationsdisplay 64 einen Bibliotheks- oder Schablonenabschnitt 65 und einen Konfigurationsabschnitt 66. Der Schablonenabschnitt 65 umfaßt eine Darstellung von Sets von intelligenten Schablonenprozeßobjekten 67, die die intelligenten Prozeßobjekte 42 von 2 aufweisen können und jedes von den Verbindungs-, Meß-, Strom-, Verarbeitungs- und Schätzeigenschaftselementen sein können, die oben beschrieben sind. Falls gewünscht, können auch nichtintelligente Elemente 68 vorgesehen sein, die nur eine grafische Definition haben. Im wesentlichen sind die Schablonen 67 und 68 generische Objekte, die auf den Konfigurationsabschnitt 66 gezogen werden können, um ein Beispiel eines intelligenten Prozeßobjekts innerhalb eines Prozeßmoduls oder Grafikdisplays (oder beiden) zu erzeugen. Ein teilweise fertiggestelltes Grafikdisplay 35c zeigt ein Ventil, zwei Behälter, zwei Pumpen, einen Durchflußwandler und zwei Sensoren, die durch Durchflußwegverbinder verbunden sind, die intelligente Links oder Verbinderelemente wie oben beschrieben sein können und einen Stromausgang liefern. Es ist zu beachten, daß das Grafikdisplay 35c aus intelligenten Prozeßobjekten und nichtintelligenten Elementen bestehen kann.
Beim Erzeugen eines Grafikdisplays wie etwa des Grafikdisplays 35c (oder eines Prozeßmoduls) kann der Konfigurationsingenieur die intelligenten Prozeßobjekte 67 und die Elemente 68, die in dem Schablonenabschnitt 65 gezeigt sind, auf den Konfigurationsabschnitt 66 ziehen und sie dort in jeder gewünschten Position ablegen. Im allgemeinen wählt und zieht der Konfigurationsingenieur eines oder mehrere intelligente Einrichtungsprozeßobjekte 67a oder nichtintelligente Elemente 68, die Einrichtungen zeigen, auf den Konfigurationsabschnitt 66. Der Konfigurationsingenieur verbindet dann die intelligenten Einrichtungsprozeßobjekte innerhalb des Konfigurationsabschnitts 66 mit intelligenten Verbinderprozeßobjekten 67b und kann in das Display Eingangs- und Ausgangsströme 67c einfügen. Außerdem können dem Display nichtintelligente Elemente hinzugefügt werden. Der Konfigurationsingenieur kann die Eigenschaften von jedem der intelligenten Prozeßobjekte während dieses Vorgangs ändern unter Nutzung von Pop-up-Eigenschaftmenüs usw. und kann speziell die Methoden, Parameter, Kennungen, Namen, heißen Drähte, Moden, Klassen, Eingänge und Ausgänge usw., die diesen intelligenten Prozeßobjekten zugeordnet sind, ändern. Wenn der Prozeß- oder Konfigurationsingenieur ein Prozeßmodul mit jedem der gewünschten Elemente erzeugt hat, die typischerweise eine Prozeßkonfiguration, einen -bereich usw. darstellen, kann der Konfigurationsingenieur Regeln oder andere Funktionen definieren, die dem Modul zugeordnet sind. Solche Regeln können Ausführungsregeln sein, wie sie der Durchführung von Methoden auf Systemebene zugeordnet sind, wie Massenbilanz- und Durchflußberechnen. Der Prozeßingenieur oder Bediener kann auch entscheiden, daß Trends und Frontplatten hinzugefügt werden, die nützlich sind, wenn das Prozeßdisplay online ist. Nach dem Erstellen des Grafikdisplays 35c kann der Konfigurationsingenieur das Display in einem Speicher sichern und kann dann oder später das Display in der Ausführungsmaschine 48 auf solche Weise instanzieren und herunterladen, daß die Ausführungsmaschine 48 ein Grafikdisplay liefern kann. Natürlich könnte der Konfigurationsingenieur ein Prozeßmodul auf die gleiche oder eine ähnliche Weise erzeugen, auch wenn andere Bilder für Prozeßmodulelemente im Gegensatz zu Prozeß-Grafikdisplayelementen gezeigt werden. Ferner kann der Bediener wählen, Detailebenen zu aktivieren, wenn die Anlage läuft. Beispielsweise würde eine der Detailebenen die Zusammensetzung an jeder Verbindung zeigen.
Wie oben gesagt, kann die Prozeßgrafik oder das Prozeßmodul mit einer bestimmten Kennung versehen werden. Beispielsweise können intelligente Prozeßobjektelemente in einem Grafikdisplay oder einem Prozeßmodul mit einer Kennung versehen werden, die ein Alias aufweist, das bei der Ausführung von der Ausführungsmaschine 48 auf der Basis von anderen Faktoren wie etwa einem Vorrichtungsteil oder einem Leitweg, der innerhalb des Prozeßsteuerungssystems gewählt wird, ausgefüllt oder gewählt wird. Die Verwendung von Aliasnamen und indirekten Verweisen in Prozeßsteuerungssystemen ist im einzelnen in der US-PS 6 385 496 erläutert, die auf die Erwerberin der vorliegenden Erfindung übertragen ist und hier summarisch eingeführt wird. Jede dieser Techniken kann angewandt werden, um Aliase in Kennungen für die hier beschriebenen intelligenten Prozeßobjekte vorzusehen und aufzulösen. Durch die Verwendung von Aliasen und dergleichen kann dasselbe Prozeßmodul unterschiedliche Ansichten für Sets von Vorrichtungen aufweisen oder zu deren Unterstützung verwendet werden, usw.
Das Display 64 von 3 zeigt Nasen (Ansicht 1, Ansicht 2 und Ansicht 3) für verschiedene Ansichten eines Prozeßmoduls oder Grafikdisplays. Diese Nasen können verwendet werden, um auf verschiedene Ansichten zuzugreifen und sie für verschiedene Anwender zu erzeugen, die zu dem Prozeß gehören, wobei einige der vorliegenden intelligenten Prozeßobjekte genutzt werden.
Allgemein gesagt: Wenn der Konfigurationsingenieur ein Prozeßmodul oder ein Grafikdisplay erzeugt, speichert die Konfigurationsanwendung 38 automatisch die intelligenten Prozeßobjekte gemeinsam mit den Verbindungen zwischen ihnen in einer Datenbank. Diese Datenbank kann dann genutzt werden, um andere Prozeßmodule und Grafikdisplays zu erzeugen, die beispielsweise andere Ansichten bieten, wobei eines oder mehrere derselben intelligenten Prozeßobjekte genutzt werden. Wenn also die zweite Ansicht erzeugt wird, kann der Konfigurationsingenieur einfach auf das intelligente Prozeßobjekt verweisen, wie es bereits erzeugt und in der Datenbank gespeichert ist, sowie alle Methoden usw., die damit gespeichert sind, um dieses intelligente Prozeßobjekt in der zweiten Ansicht zu plazieren. Auf diese Weise kann die Datenbank mit dem Fortgang der Erzeugung der Prozeßsteuermodule und Grafikdisplays bevölkert werden, und die Datenbank kann jederzeit zum Erzeugen und Ausführen anderer Ansichten, Module und Grafikdisplays genutzt werden unter Verwendung von intelligenten Prozeßobjekten, die bereits in der Prozeßflußdatenbank existieren. Durch die Verwendung einer solchen Datenbank kann jedes intelligente Prozeßobjekt innerhalb der Datenbank Prozeßmodule unterstützen oder darin verwendet werden und in einer Vielzahl von Grafikdisplays kann darauf verwiesen werden. Es versteht sich ferner, daß die Prozeßmodule aufgebaut werden können, indem Displays für diese Module erstellt und dann Flußalgorithmen benannt werden, die in Prozeßmodulen zu verwenden sind oder ihnen zugeordnet sind. Natürlich können einzelne Prozeßmodule über verschiedene Computer verteilt und davon ausgeführt werden, und Prozeßmodule können miteinander kommunikativ verbunden werden, um gemeinsam entweder auf demselben Computer oder auf verschiedenen Computern zu wirken. In diesem Fall erfolgt der Verweis auf Eingangs- und Ausgangsströme extern, um die Prozeßmodule zu verknüpfen.
Wie oben gesagt, kann der Konfigurationsingenieur als Teil der Erzeugung des Prozeßmoduls oder des Grafikdisplays den Simulationsalgorithmus des Prozeßmoduls hinzufügen oder bereitstellen. Diese Simulationsalgorithmen können vorkonfiguriert sein, um bestimmte Prozeß- oder Systemebene-Eigenschaften zu berechnen oder zu bestimmen, etwa Massenbilanzberechnungen, Durchflußberechnungen, Wirkungsgradberechnungen, Wirtschaftlichkeitsberechnungen usw. in bezug auf den gezeigten oder im Modell durch das Prozeßmodul dargestellten Prozeß. Infolgedessen können die Prozeßmodule selber Modus-, Status- und Alarmverhalten haben, können Workstations zugeordnet sein und können als Teil der Displaydownloads heruntergeladen werden. Falls gewünscht, können die Simulationsalgorithmen von der Ausführungsmaschine 48 ausgeführt werden, um Wärmebilanz-, Strömungsleitweg-, Durchflußwirkungsgrad-, Durchflußoptimierungs-, Wirtschaftlichkeitsberechnungen auszuführen, die auf die Prozeßsimulation bezogen sind, oder andere gewünschte Berechnungen auszuführen unter Nutzung der Daten, die in den intelligenten Prozeßobjekten des Prozeßmoduls vorgesehen sind. Ferner können diese Simulationsalgorithmen auf Parameter von der Steuerungsstrategie zugreifen, d. h. von den Steuermodulen, die den Steuereinheiten zugeordnet und in sie heruntergeladen sind, von Feldeinrichtungen usw., und können umgekehrt diesen Steuermodulen Daten oder Information liefern.
Es versteht sich, daß die Ausführungsmaschine 48 gebraucht wird, um den Prozeßalgorithmen die Ausführung über eine Ansammlung aller Prozeßobjekte und Links zu ermöglichen, die auf allen Displays konfiguriert sind. Daher führen die Simulationsalgorithmen (innerhalb der Prozeßmodule) im allgemeinen ohne Rücksicht darauf aus, ob ein zugehöriges Grafikdisplay geladen ist, d. h. aufgerufen ist und Information für einen Anwender anzeigt. Natürlich können die Simulationsalgorithmen über den gesamten Prozeß 10 oder über definierte Untermengen des Prozesses 10 quergeprüft werden. Es versteht sich ferner, daß während der Ausführung eines bestimmten Prozeßmoduls die Ausführungsmaschine 48 ein Display für einen Bediener auf einer Bedienerschnittstelle liefern kann, das die miteinander verbundenen Objekte oder Entitäten in dem Prozeßmodul auf der Basis des diesem Prozeßmodul zugeordneten Grafikdisplays zeigt. Die Parameter, Grafik usw. des Displays werden von der Konfiguration und den Verbindungen der intelligenten Elemente innerhalb des Prozeßmoduls bestimmt. Außerdem können auf diesem Display oder anderen Displays anzuzeigende Alarme und andere Informationen von den Methoden innerhalb der intelligenten Prozeßobjekte und den Simulationsalgorithmen, die einem bestimmten Prozeßmodul zugeordnet sind, definiert und erzeugt werden. Falls gewünscht, kann die Ausführungsmaschine 48 ein Display für ein Prozeßmodul an mehr als einer Bedienerschnittstelle bereitstellen oder konfiguriert oder eingestellt sein, um kein Display zu bieten, auch wenn die Ausführungsmaschine 48 weiterhin das Prozeßflußmodul ausführt und dadurch die Methoden, das Alarmverhalten, die Durchflußalgorithmen usw., die ihm zugeordnet sind, ausführt.
Falls gewünscht, kann das Prozeßmodul automatisch aus einem Grafikdisplay erzeugt werden (oder umgekehrt), und die für das Prozeßmodul verfügbare Funktionalität wird durch die Prozeßgrafikelemente bestimmt. Was klar sein sollte, ist, daß das Prozeßmodul bevorzugt so ausgebildet ist, daß es das Prozeßgrafikdisplay als Schatten abbildet. Wenn also der Anwender ein Prozeßgrafikdisplay konfiguriert, hat er die Fähigkeit, zusätzliche Information für das Prozeßmodul wie Massen- oder Energieströme einzufügen. Diese Ströme werden in dem Prozeßmodul genutzt, um Startbedingungen zu etablieren, die für die Simulationsfunktionsblöcke benötigt werden.
Zusätzlich ist es, weil Prozeßmodule tatsächliche Softwaremodule sind, die in einem Computer ablaufen, auch möglich, daß sie auf Steuerungsmodule verweisen und diese auf sie verweisen, um die Parameter, Steuerstrategien, Displays usw. zu nutzen, die den Steuermodulen zugehörig sind. Unter Nutzung dieser Fähigkeit ist es außerdem möglich, daß ein Prozeßmodul unabhängig von dem Prozeßgrafikdisplay erzeugt wird.
Allgemein gesagt, bestehen Prozeßmodule aus Verarbeitungselementen, Strömen und ihren zugehörigen Verbindungen. Weil es eine Eins-zu-eins-Übereinstimmung zwischen den Prozeßgrafikelementen und den Simulationselementen (in den Prozeßmodulen) gibt, kann ein Anwender ein Grafikdisplay aufbauen und automatisch das entsprechende Prozeßmodul aus diesem Display erzeugen. Falls gewünscht, kann der Anwender natürlich das Prozeßmodul und dann automatisch das Grafikdisplay aus diesem Modul unter Nutzung der Grafik in den intelligenten Prozeßobjekten erzeugen. Um jedoch die automatische Erzeugung eines Prozeßmoduls zu ermöglichen, kann es erforderlich sein, daß der Anwender die Betätiger-, Verbindungs- oder Verarbeitungselementeigenschaften identifiziert, die den Meßelementen und Schätzeigenschaftselementen zugeordnet sind. Ein Anwender muß eventuell auch eine Prozeßsimulation erzeugen, bevor die Prozeßgrafik erzeugt wird oder manchmal bevor die Steuermodule aufgebaut werden. Nach dem Aufbau der Simulation ist es möglich, die Verweise auf die E/A-Blöcke in dem Steuermodul auszufüllen. Wenn das zugehörige Grafikdisplay erzeugt ist, ist es ferner möglich, zu dem vorhandene Prozeßmodul zu browsen und die Eigenschaftverweise einzustellen.
In manchen Fällen kann die Prozeßgrafik nicht alle Dtails enthalten, die zum Aufbau der Prozeßsimulation notwendig sind. Es ist also erwünscht, einen Editor vorzusehen, damit der Anwender die Simulations- oder Prozeßmodule editieren kann, die aus einer Prozeßgrafik automatisch erzeugt wurden. Da ferner eine Vielzahl von Prozeßgrafiken eventuell das gleiche Vorrichtungsteil zur Anzeige bringen muß, kann es beim Aufbau einer Prozeßgrafik notwendig sein, daß ein Element imstande ist, auf ein bestehendes Prozeßmodul zu verweisen.
Allgemein gesagt, hat die Simulation, die den Verarbeitungselementen entspricht, eine gemeinsame Struktur. Falls gewünscht, werden die Blockeingangsverbindungen und die Parameter der Simulation in dem Prozeßmodul so gespeichert, daß kein Verweis auf ein Steuermodul notwendig ist. Ferner kann die Anzahl von Eingangs- und Ausgangsverbindungen, die von der Simulation unterstützt werden, als erweiterbar definiert werden, Resultate von der Simulationsausführung können in den Simulationsausgangsverbindungen oder als Parameter der Simulation reflektiert werden, und der Simulationsalgorithmus kann als eine Schrittantwort definiert sein oder vom Anwender eingegeben werden. Wenn der Simulationsalgorithmus vom Anwender eingegeben wird, kann dieser unabhängig eine Dynamik für jeden Ausgang benennen.
Ferner kann ein gemeinsames Set von Parametern für Eingangs- und Ausgangsverbindungen unterstützt werden. Die mit Eingangs- und Ausgangsverbindungen zusammenhängenden Parameter können zwischen Blöcken als ein Arrayparameter oder eine Arraystruktur übertragen werden und können Parameter wie einen Verbindungsstatus (etwa gut, schlecht, eingeschränkt usw.), einen Massenflußparameter, einen Druckparameter, einen Temperaturparameter, einen speziellen Wärmeparameter, einen Dichteparameter oder jeden anderen gewünschten Parameter aufweisen. In manchen Fällen können andere Parameter wie die Zusammensetzung eines Stroms vorgesehen und in dem Simulationsalgorithmus genutzt werden. Zur Unterstützung dieser Forderung kann ein Standard- und erweitertes Stromelement vorgesehen sein. Als Teil der erweiterten Stromelementkonfiguration kann der Anwender ein Set von vordefinierten Gruppen von Daten wählen, um das Stromelement zu definieren. Diese erweiterten Verbindungen werden nur zugelassen, um einen Block anzuschließen, der diese Information nutzt. Im allgemeinen können die erweiterten Parameter einen Gruppennamen und eine Anzahl von spezifischen Elementen aufweisen. Beispielsweise kann ein Brennstoffeingangsstrom zu einem Kesselverarbeitungselement die Komponenten des Brennstoffs enthalten, einschließlich eines Brennstoffsatzes, der Menge an Kohlenstoff, Wasserstoff, Schwefel, Sauerstoff, Feuchtigkeit und Stickstoff in dem Brennstoff (falls gewünscht alle in Gew.-%). Als weiteres Beispiel kann ein Turbogeneratorverarbeitungselement einen Dampfstrom nutzen, und die Verbindungen zu der zugehörigen Simulation können ein erweitertes Parameterset nutzen, das eine Dampfeinstellung, die Dampfenthalpie (Istwert), die in die Stufe eintritt, die Dampfenthalpie (Istwert), die aus der Stufe austritt, die Dampfenthalpie (bei isentropischer Expansion) usw. umfaßt.
Das erweiterte Gruppenset kann auch genutzt werden, wenn Simulationselemente in einem Prozeßmodul als eine Schnittstelle zu Hi-fi-Simulationspaketen genutzt wird. In diesem Fall kann die Zusammensetzung mancher Ströme in der Prozeßgrafik sichtbar gemacht werden. Falls gewünscht, kann auch ein dialogfähiger Editor vorgesehen sein, um die Erzeugung oder Modifizierung der auf einem Grafikdisplay angezeigten Werte zu erleichtern, sowie zugehörige Frontplatten und Detaildisplays für Steuermodule, die auf dem Grafikdisplays zu präsentieren sind.
4 zeigt ein beispielhaftes Grafikdisplay 100, das unter Verwendung der Elemente und der Konfigurationsanwendungen erzeugt werden kann, die oben beschrieben werden. Insbesondere zeigt das Grafikdisplay 100 einen Teil einer Prozeßanlage, die aus Wasser, Säure und einer Base weißen Essig erzeugt. Wie 4 zeigt, umfaßt das Prozeßgrafikdisplay 100 vier Stromelemente 102 an ihren Eingängen, die die Ströme Basenzufuhr, Säurezufuhr, Wasserzufuhr und Kühlwasser definieren. Der Basenzufuhrstrom 102 wird durch ein Leitungsverbindungselement 104 an ein Betätigerelement in Form eines Ventils 106 geliefert. Der Ausgang des Ventils 106 ist mit einem ersten Eingang eines Mischers 108 über ein Rohrverbindungselement 104 verbunden. Auf ähnliche Weise ist die Säurezufuhr 102 mit einem Geberelement 110 und dann einem weiteren Ventil 112 verbunden, das mit dem Mischer 108 verbunden ist. Die Säurezufuhr 102 und der Geber 110, der Geber 110 und das Ventil 112 und das Ventil 112 und der Mischer 108 sind über Rohrverbindungselemente 114 verbunden.
Wie leicht zu sehen ist, ist der Ausgang des Mischers 108 mit einem Wärmetauscher 122 über Rohre und zwei Geber 124 und 126 verbunden. Der Kühlwasserstrom 102 wird dem Wärmetauscher 122 über ein Ventil 128 zugeführt und tritt aus dem Wärmetauscher durch ein Ventil 130 aus und erzeugt ein Rücklaufwasserstromelement 131. Ebenso wird der Ausgang des Wärmetauschers 122 durch ein Geberelement 132 und ein Ventil 134 geliefert, um ein Essigsäure-Ausgangsstromelement 136 zu bilden. Die Elemente in dem Grafikdisplay sind in allen Fällen miteinander über Rohrverbindungselemente verbunden, auch wenn dies nicht speziell gezeigt ist.
Es versteht sich, daß Displaykästchen 140, die als Eigenschaften der Displayelemente selber erzeugt werden können oder die separate Elemente in Form von Wandler- und Schätzeigenschaftselementen oder Elementen sein können, die auf Blöcke in Steuermodulen verweisen, in dem Grafikdisplay 100 gezeigt sind, um Parameter wie Prozeßvariable(PV)werte, Sollwert(SP)werte, OUT-Werte usw. zu zeigen, die den verschiedenen Elementen zugeordnet sind. Wenn der Anwender ferner einen Cursor über einige der Elemente setzt, kann das Display 100 andere Werte anzeigen, die den Verweiselementen zugeordnet sind. Beispielsweise kann durch Plazieren des Cursors über eines der Stromelemente (etwa den Essigsäurestromausgang 136) die Grafik veranlaßt werden, Zusammensetzung, Druck, Temperatur, Dichte, Durchflußrate usw. des Säurestroms an diesem Punkt im Prozeß anzuzeigen. Natürlich können die auf dem Grafikdisplay 100 angezeigten Werte und Parameter von einem tatsächlich angesprochenen Geber innerhalb des Prozeßsteuerungssystems geliefert werden (etwa von einem AI-Block in dem Steuersystem) oder von einem Prozeßmodulsimulationselement, das die Funktionalität des Elements simuliert. Das Grafikdisplay 100 von 4 kann einem Anwender im Betrieb des Prozesses präsentiert werden, der weißen Essig herstellt, oder um eine Simulation dieses Prozesses zu implementieren, die beispielsweise zur Durchführung von Entwurfs- oder Bedienertrainingsaktivitäten genutzt wird.
5 zeigt, wie Grafikdisplays (und gleichermaßen verschiedene Prozeßmodule) miteinander verbunden werden können, um Displays (oder Prozeßmodule) einer höheren Ebene zu bilden, wobei weitere Teile der Prozeßanlage gezeigt (oder simuliert) sind. In dem Display 150 von 5 ist die Prozeßgrafik 100 in ein Kästchen kollabiert, das einen Namen oder ein Etikett und eine Menge von Stromeingängen und -ausgängen hat, die als Verbindungspunkte gezeigt sind. Falls gewünscht, kann der Anwender die Prozeßgrafik 100 von 5 in diejenige von 4 erweitern, indem diese Grafik gewählt und beispielsweise doppelt angeklickt wird. Außerdem sind weitere kollabierte Grafikdisplays 152 und 154 als mit der Basenzufuhr, der Säurezufuhr und der Wasserzufuhr sowie mit der Kühlwasserzufuhr über Eingangsstromelemente 156 und 158 verbunden gezeigt. Der Stromausgang 136 des Prozeßgrafikdisplays 100 ist mit einem Stromeingang 160 eines Haltetanks 162 für weißen Essig verbunden. Auf ähnliche Weise sind die Stromausgänge der Prozeßgrafikdisplays 152 und 154 mit Stromeingängen von Haltetanks 163 und 164 für Malzessig und Beizessig verbunden. Es versteht sich, daß die Prozeßgrafiken 152 und 154 so konfiguriert sind, daß sie Grafiken für Bereiche der Prozeßanlage bilden, die Malzessig bzw. Beizessig herstellen, und daß Daten und grafische Ansichten, die diese Abschnitte der Prozeßanlage betreffen, durch Erweiterung dieser Displays betrachtet werden können.
5 zeigt jedoch, daß verschiedene grafische Abschnitte der Prozeßanlage miteinander über Verbindungen zwischen Stromelementen verbunden werden können. Insbesondere können die Stromelemente in ein Display eingefügt sein, um die Ausgangseigenschaften zu definieren, die einem Verbindungselement zugeordnet sind. Auch können Stromelemente als Verbindungspunkte zwischen Displays genutzt werden. Für solche nicht auf dem Blatt befindliche Verbindungen zwischen Displays kann der Anwender auf den Strom klicken, um sofort das zugehörige Display aufzurufen, das die Verweisverbindung enthält. Somit wird, allgemein gesagt, die Masse/Zusammensetzung des Stromelements normalerweise genutzt, um die Ausgangseigenschaften eines Prozeßeingangs zu definieren, d. h. die Chargenausgangszusammensetzung usw., oder um ein Link zu einer Stromverbindung auf einem anderen Display zu definieren. Verbindungen können an dem Eingang oder Ausgang des Masse/Zusammensetzung-Stromelements gebildet werden. Bei Stromelementen kann der Anwender im allgemeinen den Namen des Stroms (der innerhalb des Systems eindeutig sein sollte), die Eigenschaften des Stroms (wenn es keinen Verweiseingang oder -eingangsverbindung gibt), die Massenfraktion der verschiedenen Komponenten des Stroms (wenn der Strom aus mehr als einer Komponente besteht), den Druck oder Massenfluß, die Temperatur, die spezifische Wärme, die Dichte, den erforderlichen Verbindungstyp (Rohr, Leitung, Förderer) und den Verweis-Eingangsstrom (falls dieser zum Zugriff auf einen Strom auf einem anderen Display verwendet wird) konfigurieren. Ebenso kann ein Energiestromelement verwendet werden, um die einem Prozeßeingang zugeordnete Startenergie zu definieren, z. B. BTU/HR-Transfer usw., oder um ein Link zu den Energieeigenschaften einer Stromverbindung auf einem anderen Display zu definieren.
5 zeigt zwar die Verwendung von Strömen zum Verbinden verschiedener kollabierter Grafikdisplays, aber der gleiche Vorgang könnte zum Verbinden (und zum Zeigen der Verbindung) von verschiedenen Prozeßmodulen angewandt werden. Insbesondere könnten Prozeßmodule kollabiert werden, um einen Namen und Stromelementeingänge und -ausgänge zu zeigen, und diese kollabierten Prozeßmodule könnten kommunikativ verknüpft oder mit anderen Prozeßmodulen verbunden werden unter Verwendung von Bildern von Kommunikationsverbindungen oder Links zwischen den Stromausgängen und den Stromeingängen verschiedener Prozeßmodule.
6 zeigt ein Prozeßmodul 100a, das dem Grafikdisplay 100 von 4 entspricht. Es ist zu sehen, daß das Prozeßmodul 100a Blöcke aufweist, die intelligente Objektsimulationen für jedes der in dem Grafikdisplay von 4 gezeigten physischen Elemente darstellen. Zum leichteren Verständnis ist jeder Simulationsblock in 6, der einem Element in 4 entspricht, mit dem gleichen Bezugszeichen mit einem hinzugefügten ”a” versehen. So ist der Mischersimulationsblock 108a von 6 eine Simulation, die dem Mischer 108 von 4 entspricht. Ebenso entsprechen die Ventilsimulationsblöcke 106a, 112a und 118a den Ventilen 106, 112 bzw. 118 von 4 und sind kommunikativ damit verbunden.
Das Prozeßmodul 100a von 6 umfaßt also ein Prozeßsimulationselement (das als Funktionsblock dargestellt sein kann, der einem intelligenten Prozeßobjekt zugeordnet oder davon bezeichnet wird) für jedes in dem Grafikdisplay 100 gezeigte Element, und diese Simulationsblöcke sind auf die Weise miteinander verbunden und nutzen die Verbindungselemente, die in dem Grafikdisplay 100 gezeigt sind. Falls gewünscht, kann das Prozeßmodul 100a automatisch nach dem Erzeugen des Grafikdisplays 100 oder auch während der Erzeugung des Grafikdisplays 100 erzeugt werden.
Wie oben gesagt, enthält jedes der Prozeßsimulationselemente in dem Prozeßmodul 100 eine Simulationsfunktionalität (z. B. einen Algorithmus, Regeln, Übertragungsfunktion usw.), die auf dem Verhalten der mechanischen Einrichtung, die im Prozeß verwendet wird, und der Beschaffenheit der Ströme von Material basiert, die an den Eingängen zu diesen Simulationselementen bereitgestellt werden. Diese Simulationen sind in 6 durch die SIM-Blöcke in jedem der Verarbeitungs-, Betätiger- und Wandlerelemente gezeigt. Die Dynamik der Einrichtungen und die Wirkungen auf die Ströme können somit innerhalb des Prozeßmoduls 100a modelliert oder simuliert werden. Einige mögliche Eigenschaften, die für Simulationsblöcke verfügbar sind, die Betätiger- und Verarbeitungselementen zugeordnet sind, können die Auslaßtemperatur (basierend auf der Einlaßtemperatur, Durchflüssen und Wärmekapazität), Auslaßdurchflüsse (auf der Basis von Einlaßmassenströmen und Akkumulation in dem Element), Auslaßdruck (auf der Basis eines angenommenen Druckabfalls über die Einheit oder abstromseitigem Druck) und Auslaßzusammensetzung (auf der Basis einer perfekten Misch- und Einlaßzusammensetzung) sein. Wenn kundenspezifische Berechnungen implementiert werden, kann die eingebaute Dynamik, die den Auslaßeigenschaften zugehörig ist, auf der Basis von beispielsweise einer Reaktion erster Ordnung plus Totzeit auf Änderungen in den Prozeßeingängen hinzuaddiert werden. Der Anwender kann die Totzeit und Verzögerung angeben, die jeder berechneten Eigenschaft zugeordnet sind, falls gewünscht. Bei Prozeßmeßelementen wie Wandlern und Schaltern und Verbindungselementen kann angenommen werden, daß in die Verweiseigenschaft keine Dynamik eingeführt wird. Übergänge und andere Eigenschaften können jedoch, falls gewünscht, modelliert werden. In vielen Fällen können aber die Eigenschaften von der aufstromseitigen Verbindung unmittelbar in der abstromseitigen Verbindung reflektiert werden.
Durch Nutzung des Prozeßmoduls 100a kann die Operation des Teils der Anlage, der in der Prozeßgrafik 100 gezeigt ist, simuliert werden. Diese Simulation ist mit dem Display 100 integriert, da Werte von den Simulationselementen in dem Prozeßmodul 100a automatisch in die Grafik des Grafikdisplays 100 übertragen und angezeigt und in dem Steuermodul genutzt werden. Ebenso kann der Trainingsleiter das Display nutzen, um Eigenschaften in der Simulation, die von dem Prozeßmodul 100a ausgeführt wird, zu bewirken oder zu ändern.
Falls gewünscht, kann den Simulationsfeatures eine Hi-fi-Simulation hinzugefügt werden, wie sie von HYSYS, CAPE usw. bereitgestellt wird, durch Definieren von E/A-Verweisen für Meß- und Betätigerelemente und anschließende Nutzung dieser Referenzen, um automatisch die DCS-Schnittstellentabelle zu erzeugen, die derzeit beispielsweise von HYSYS verwendet wird, um E/A in einer Simulation auszuführen. Standard-Verarbeitungselementschablonen können für jede HYSYS- (oder andere Hi-fi-Simulationskomponente definiert werden, die genutzt werden können, um eine Hi-fi-Prozeßsimulation zu erstellen. Eine solche Hi-fi-Simulation 165 ist in 6 kommunikativ mit dem Prozeßmodul 100a verbunden. In diesem Fall kann der Anwender die Simulation deaktivieren, die in jedem der Simulationselemente in dem Prozeßmodul 100a vorgesehen ist, und statt dessen die Simulationsparameter nutzen, die von der Hi-fi-Simulation 165 bereitgestellt werden. Der Anwender kann die Verwendung der Hi-fi-Simulation 165 benennen, indem er einen Schalter 166 betätigt (der ein elektronischer Schalter, ein Flag usw. sein kann, der in dem Prozeßmodul 100a gesetzt ist).
Allgemein gesagt: Wenn der Schalter 166 gesetzt wird, um die Hi-fi-Simulation 165 zu verwenden, wirken die zugehörigen Simulationsfunktionsblöcke in dem Prozeßmodul 100a als Schattenblöcke, d. h. ihr Simulationsalgorithmus (SIM-Block) wird nicht ausgeführt, und die Blockparameter werden statt dessen von der Hi-fi-Simulation 165 gelesen und geschrieben. Die Blöcke in dem Prozeßmodul 100a kommunizieren jedoch immer noch die gleichen Parameter und andere Information an die Prozeßgrafik und das Steuermodul und empfangen Information von der Prozeßgrafik 100 (letztlich zur Verwendung in der Hi-fi-Simulation 165) und dem Steuermodul 29.
Es versteht sich, daß die Anwendung des Prozeßmoduls auf diese Weise eine einfache und bequeme Art der Einbindung eines Hi-fi-Simulationspakets (Softwareprodukt) in eine Prozeßanlage auf solche Weise darstellt, daß die Betrachtung und Nutzung durch einen Bediener, Ingenieur usw. möglich ist (d. h. die Nutzung des Prozeßgrafikdisplays 100, das dem Prozeßmodul 100a zugeordnet ist). Insbesondere können die Stromparameter der Prozeßmodule mit Strömen aufwärtsverbunden oder ihnen zugeordnet werden, die in der Hi-fi-Simulation modelliert sind, und die Pfadbildung in dem Prozeßmodul kann automatisch mit der Pfadbildung innerhalb der Hi-fi-Simulation strukturiert oder ihr zugeordnet werden. Tatsächlich werden in diesem Fall die Prozeßmodule als Variablen oder Datenplatzhalter genutzt, die eine bequeme Weise der Abbildung von Daten in dem Hi-fi-Simulationspaket zu den Steuermodulen und den Grafikdisplays bilden, die in der Prozeßanlagensteuerungs- und Simulationsumgebung benutzt werden.
Ferner wird durch die Prozeßmodule und zugehörigen Grafikdisplays die Notwendigkeit verringert oder beseitigt, eine separates Display für die Hi-fi-Simulation vorzusehen, das typischerweise derzeit von dem Hersteller der Hi-fi-Simulation unter hohen Kosten für den Anwender hergestellt wird. Da die Prozeßmodule bereits mit Grafikdisplays verknüpft sind, können statt dessen dann, wenn die Prozeßmodule mit einem Hi-fi-Simulationspaket verbunden werden, die Grafikdisplays genutzt werden, um Information, die von dem Hi-fi-Simulationspaket berechnet wird, dem Anwender zu bieten und ihm oder dem Bediener zu ermöglichen, Eingänge zu dem Hi-fi-Simulationspaket zu manipulieren. Da ferner die Prozeßmodule mit den Steuermodulen kommunikativ verbunden sind, können die Parameter oder Daten, die von dem Hi-fi-Simulationspaket erzeugt werden, in den Steuermodulen genutzt werden, um Online-Steueraktivitäten auszuführen. Durch die Nutzung der Prozeßmodule auf diese Weise kann ein Hi-fi-Simulationspaket parallel zu den Steuermodulen ausgeführt werden und außerdem mit ihnen integriert werden.
Aus der vorstehenden Erläuterung geht hervor, daß die Prozeßmodule und Grafikdisplays erzeugt und auf integrierte Weise ausgeführt werden können, um eine Bedieneransicht eines Teils der Prozeßanlage 10 gemeinsam mit einem Prozeßmodul zu bieten, das den Betrieb der von dem Grafikdisplay gezeigten Prozeßanlage simuliert. Vorteilhaft können das Prozeßmodul und das Grafikdisplay zusätzlich mit einem oder mehreren Steuermodulen integriert (d. h. damit kommunikativ verbunden) werden, die Steueraktivitäten in bezug auf diesen Teil oder Abschnitt der Prozeßanlage ausführen. Daher können die Steuermodule 29 von 1 mit einem oder mehreren der Prozeßmodule 39 und Grafikdisplays 35 in 1 kommunikativ integriert sein. Selbstverständlich können die Steuermodule 29, die Prozeßmodule 39 und die Grafikdisplays 35 in irgendwelchen anderen Computern oder Vorrichtungen als den in 1 gezeigten innerhalb der Anlage 10 implementiert sein, wie es in jedem speziellen Fall gewünscht oder erforderlich ist.
Die 7A und 7B zeigen die Integration eines Steuermoduls 29, eines Prozeßmoduls 39 und eines Grafikdisplays 35 im einzelnen. Insbesondere umfaßt das Grafikdisplay 35 ein Ventil 180, das mit einem Eingang eines Rückführungsbehälters 182 und einer Pumpe 184 verbunden ist, zusammen mit einem Ventil 186, das in Reihe mit einem Ausgang des Rückführungsbehälters 182 eingefügt ist. Die Elemente 180 bis 186 sind miteinander über Rohrverbindungselemente (nicht bezeichnet) verbunden, und Stromelemente sind an den Eingängen und Ausgängen des Grafikdisplays 35 vorgesehen, um die Materialströme an diesen Stellen zu definieren.
Als Ergebnis der Konfiguration des Grafikdisplays 35 umfaßt das Prozeßmodul 39, das gleichzeitig mit dem Grafikdisplay 35 erzeugt werden kann, Prozeßsimulationselemente in Form eines Ventilelements 180a, eines Behälterelements 182a, eines Pumpenelements 184a und eines Ventilelements 186a, die den in dem Grafikdisplay 35 gezeigten physischen Elementen entsprechen. Das Steuermodul 29, das mindestens einige der physischen Element steuert, die dem Grafikdisplay 35 zugeordnet (gezeigt) sind, umfaßt ein Set von miteinander verbundenen Funktionsblöcken, die Steuerung innerhalb der Elemente vorsehen oder den Elementen zugeordnet sind, die von dem Grafikdisplay 35 und den Prozeßmodul 39 dargestellt sind. Bei diesem Beispiel umfaßt das Steuermodul 29 zwei Steuerschleifen 190 und 192. Die erste Steuerschleife 190 hat einen Analogeingangs(AI)funktionsblock, der Strömungseingangsinformation über den Fluiddurchfluß in den Behälter 182 empfängt, einen Proportional-Integral-Differential(PID)Steuerfunktionsblock, der eine PID-Steuerung ausführt, und einen Analogausgangs(AO)funktionsblock, der das Ventil 180 so betätigt, daß der gewünschte Materialfluß in den Behälter 182 erfolgt. Auf ähnliche Weise umfaßt die Steuerschleife 192 einen AI-Funktionsblock, der Behälterpegelinformation gemäß der Messung durch einen Pegelsensor im Behälter 182 liefert, einen PID-Steuerblock und einen AO-Funktionsblock, der von dem PID-Steuerblock ein Steuersignal empfängt, um das Ventil 186 so zu betätigen, daß eine Steuerung des Fluidpegels im Behälter 182 erfolgt. Das Steuermodul 29 umfaßt ferner einen Diskreteingangs(DI)funktionsblock, der beispielsweise den Ein-/Aus-Zustand oder Betrieb der Pumpe anzeigt und von den Steuerschleifen 190 und 192, falls gewünscht, genutzt werden kann, um Steueraktivitäten in bezug auf de Behälter 182 auszuführen.
Es versteht sich, daß jedes der Elemente in jedem von dem Grafikdisplay, dem Prozeßmodul 39 und dem Steuermodul 29 mit anderen dieser Elemente kommunizieren kann (über zugehörige Kommunikationskennungen), um zwischen diesen verschiedenen Entitäten Information hin- und herzusenden und dadurch eine bessere oder erweiterte Steuerung, Simulation und Bedienerdisplays zu erhalten, wie im einzelnen erläutert wird. Wie beispielsweise 7B zeigt, kann der PID-Steuerblock der Schleife 190 so konfiguriert sein, daß das Grafikdisplay 35 Information erhält, den aktuellen Durchflußsollwert anzuzeigen, der von dem PID-Steuerelement verwendet wird, oder kann den Sollwert, der in dem Steuermodul 29 zu verwenden ist, aus dem Grafikdisplay 35 lesen, wie die mit Pfeilen versehenen Linien zwischen diesen Elementen zeigen. Auf ähnliche Weise kann das Behälterelement 182a des Prozeßmoduls 39 einen Simulationsausgang zu dem AI-Funktionsblock der Steuerschleife 192 des Prozeßsteuermoduls 39 liefern und den simulierten Pegel des Behälters gemäß der Bestimmung durch den Simulationsalgorithmus in dem Element 182a anzeigen. Dieser simulierte Behälterpegel kann auch auf dem Grafikdisplay 29 als Zusatzinformation zur Betrachtung durch den Bediener angezeigt werden.
Falls gewünscht, kann der AO-Block der Steuerschleife 192 Information zu dem Ventil 186 des Grafikdisplays 35 schicken und davon empfangen. Außerdem kann der AO-Funktionsblock der Schleife 192 so konfiguriert werden, daß er seinen Steuerausgang an das Ventilelement 186a des Prozeßmoduls 39 liefert. In diesem Fall kann das Ventilelement 186a einen Vorhersagewert für die Ventilposition mit einer Ist-Ventilposition, die in der Steuerschleife 192 gemessen wird, vergleichen und beurteilen, ob in dem physischen Element eine Fehlfunktion vorliegt. Im Fall einer Differenz über einem bestimmten Wert kann das Prozeßmodul 39 Software aufweisen, die einen Alarm oder eine Warnung auf dem Grafikdisplay 35 erzeugt, die ein potentielles Problem innerhalb der Prozeßanlage wie etwa einen fehlerhaften Sensor usw. anzeigt. Wie 7B ebenfalls zeigt, kann das Ventilelement 186a eine simulierte Messung oder einen Parameter an das Grafikdisplay 35 zur Anzeige oder Präsentation für den Bediener liefern. Eine solche simulierte Messung oder ein simulierter Parameter kann einen simulierten oder vorhergesagten Durchfluß aus dem Ventil 186 oder irgendeinem anderen simulierten Parameter anzeigen, der dem Ventil 186 zugeordnet ist. Natürlich können andere gewünschte Informationen oder Daten einschließlich Ist-Meßdaten, simulierter Daten oder Grafikdisplaydaten den Elementen in dem Grafikdisplay 35, dem Prozeßmodul 39 und dem Steuermodul 29 zugeführt werden, um eine bessere oder erweiterte Steuerung, Simulation oder Anzeige zu ermöglichen.
Allgemein gesagt, gibt es zahlreiche Vorteile, die aus der Integration eines Prozeßmoduls mit einem Steuermodul und, falls gewünscht, zusätzlich mit einem Grafiakdisplay resultieren können. In einem Fall kann, wie gesagt, die von dem Prozeßmodul durchgeführte Simulation eine simulierte oder vorhergesagte Messung, einen Parameter oder anderen Prozeßwert mit einem gemessenen oder berechneten Parameter vergleichen, der von dem Steuermodul geliefert wird, um potentielle Probleme im System zu detektieren. Beispielsweise kann eine große Differenz zwischen dem Ausfluß aus dem Ventil gemäß der Berechnung durch das Prozeßmodul 39 und gemäß der Messung in dem Prozeß selber ein Grund dafür sein, einen Alarm zu erzeugen, der das Vorhandensein eines Einrichtungsproblems bedeutet. Umgekehrt kann das Steuermodul 29 einen simulierten Parameter nutzen, um in einer Situation eine erweiterte Steuerung zu ermöglichen, in der das Steuermodul 29 einen fehlerhaften Sensor oder ein anderes Element kennt, das nicht mehr aktiv oder für das Steuermodul verfügbar ist. In diesem Fall kann das Steuermodul 29 automatisch einen Meßwert oder Parameter (von dem bekannt sein kann, daß er fehlerhaft ist, einen schlechten Status hat usw.) durch einen simulierten Ausgang, entwickelt von dem Prozeßmodul, ersetzen, ohne daß der Bediener involviert ist und ohne daß der Prozeß abgeschaltet werden muß. Die Anzeige sowohl von simulierten als auch tatsächlichen Steuerdaten auf demselben Display kann ferner dem Bediener oder Anwender helfen, Probleme innerhalb der Anlage zu detektieren, kann in einem Simulationsmodus nützlich sein, kann nützlich sein zur Durchführung besserer Entwicklungsaktivitäten usw.
8 ist eine detailliertere Darstellung einer Art und Weise, wie ein Steuermodul 200 kommunikativ mit einem Prozeßmodul 202 (und dadurch jedem dem Prozeßmodul 202 zugeordneten Grafikdisplay) integriert werden kann. Das Steuermodul 200 von 8 umfaßt drei AI-Funktionsblöcke 204, 205 und 206, deren Ausgänge mit einem Steuerfunktionsblock 207 verbunden sind, der beispielsweise ein Vielfacheingangs-/Vielfachausgangs-Steuerblock sein kann wie etwa ein Modellvorhersagesteuerungs- bzw. MPC-Funktionsblock. Drei Steuerausgänge von dem Steuerblock 207 werden Steuereingängen von drei AO-Funktionsblöcken 208, 209 und 210 zugeführt, die beispielsweise Ventile innerhalb eines Prozesses steuern können, die einem Mischer verschiedene Fluide zum Vermischen zuführen.
Das Prozeßmodul 202 ist dem Teil des Prozesses zugeordnet, dessen Mischer und Ventile von dem Steurmodul 200 gesteuert werden. Insbesondere hat das Prozeßmodul 202 Ventile (Betätigerelemente) 211, 212 und 213, die den Durchfluß von drei Strömen (durch Pfeile an der linken Seite des Prozeßmoduls 202 gezeigt) in ein Mischerelement 214 simulieren. Ein Ventilelement 215 simuliert den Fluiddurchfluß aus dem Mischerelement 214, um einen Ausgangsstrom an der rechten Seite des Prozeßmoduls 202 zu definieren, und ein Geberelement 217 kann die gemessene Zusammensetzung von Fluid, das aus dem Mischerelement 214 austritt, anzeigen (oder simulieren). Es ist zu beachten, daß die Verbindungselemente der Klarheit halber als einfache Linien in dem Prozeßmodul 202 gezeigt sind.
In diesem Fall können die AO-Funktionsblöcke 208 bis 210 die Operation der Ventile in der Prozeßanlage steuern, die von den Ventilen 211 bis 213 (in dem Prozeßmodul 202) dargestellt ist, während die Steuereingänge zu den AI-Funktionsblöcken 204 bis 206 von einem Zusammensetzungssensor, einem Durchflußsensor oder anderen Sensor in der Prozeßanlage kommen, die durch den Geber 217 (in dem Prozeßmodul 202) dargestellt ist.
Es ist ersichtlich, daß Logikelemente in dem Prozeßmodul 202 und dem Steuermodul 200 kommunikativ miteinander verbunden sein können, um Information aus dem Prozeßmodul 202 zu dem Steuermodul 202 und umgekehrt auf gewünschte oder nützliche Weise zu liefern. Bei einem Beispiel kann eine Kommunikationsverbindung (durch die Strichlinie 218 gezeigt) zwischen dem Ausgang des Wandlerelements 217 des Prozeßmoduls 202 (der die simulierte Messung der Materialzusammensetzung im Mischer 214 zeigt) und einem simulierten Eingang SIM_IN des AI-Blocks 216 in dem Prozeßsteuermodul 200 konfiguriert sein. Auf diese Weise wird die simulierte Messung des Fluidpegels im Mischer 214 dem AI-Block 206 zugeführt, und der AI-Block 206 kann diesen simulierten Eingang nutzen, wenn beispielsweise das Signal am Steuereingang (IN) dieses Blocks einen schlechten Status hat oder es bekannt ist, daß er aus irgendeinem Grund fehlerhaft ist. Auf diese Weise liefert der AI-Block 206 immer noch einen angenäherten Wert der Messung, die dem AI-Block 206 zugeordnet ist, wenn die eigentliche physische Messung ungültig oder nicht verfügbar ist, was es dem Steuermodul 200 ermöglicht, weiterhin zu funktionieren und die Steuerung in Anwesenheit eines fehlerhafte Sensors auszuführen. Eine solche Verbindung kann auch dem Steuermodul 200 ermöglichen, in einem simulierten Modus zu laufen, in dem gültige Simulationsdaten (durch das Simulationsprozeßmodul 202 geliefert) während des Offline-Bedienertrainings oder zur Prüfung des Steuermoduls 200 genutzt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Kommunikationsverbindung (durch die Strichlinie 219 bezeichnet) zwischen dem Ausgang des AO-Blocks 208 in dem Prozeßsteuermodul 200 und einem Eingang des Ventilelements 211 konfiguriert sein, das das eigentliche Ventil modelliert, das von dem AO-Block 208 in der Prozeßanlage gesteuert wird. Dabei kann das Ventilelement 211 Daten nutzen, die von dem eigentlichen Ventil erhalten sind oder zu dem eigentlichen Ventil gesendet werden, um zu beurteilen, ob die simulierten Daten (d. h. die Messungen und Parameter, die von dem SIM-Block des Ventilelements 211 berechnet werden) richtig sind oder mit den Daten übereinstimmen, die in der eigentlichen Steuerroutine 200 genutzt werden. Wenn es eine signifikante Differenz gibt, kann das Prozeßmodul 202 einen Alarm oder eine Warnung erzeugen, die ein potentielles Problem anzeigt, oder kann die echten Daten nutzen, um eine bessere oder genauere Simulation in dem Prozeßmodul 202 zu ermöglichen.
Beispielsweise kann das Ventilelement 211 die eigentlichen Steuerdaten in dem SIM-Block nutzen, damit die Position des Ventilelements 211 die Ist-Ventilposition in der Simulation reflektiert. Natürlich sind andere Verbindungen zwischen den Elementen in dem Prozeßmodul 202 und dem Steuermodul 200 möglich, um den Datenfluß in beiden Richtungen zwischen diesen beiden Modulen zu ermöglichen, um eine erweiterte Steuerung und/oder Simulation auszuführen. Ferner können alle Daten von dem Prozeßmodul 202 oder dem Steuermodul 200 automatisch dem Bediener über ein Grafikdisplay zur Verfügung gestellt werden, das dem Prozeßmodul 202 zugeordnet ist.
Falls gewünscht, können die Prozeßmodule Redundanzfunktionen innerhalb eines Prozeßsteuerungsnetzes oder einer Prozeßanlage bereitstellen und simulieren. Dabei können die Prozeßmodule die Operation von tatsächlichen redundanten Elementen wie etwa redundanten Einrichtungen, redundanten Steuerblöcken usw. simulieren, die in der Prozeßanlage vorhanden sind, und sind imstande, die Operation von tatsächlichen redundanten Elementen zu detektieren oder zu simulieren (u. a. beispielsweise, wenn das redundante Reserveelement übernehmen sollte usw.). Zusätzlich kann, falls gewünscht, ein Prozeßmodul mit seinen Simulationsfähigkeiten als eines von einem redundanten Paar von Elementen in einer Prozeßanlage genutzt werden. In diesem Fall kann das Prozeßmodul (oder jeder Bereich davon) als Reserveeinrichtung wirksam sein, die Reserve- oder redundante Daten (Signale, Berechnungen usw.) im Fall eines Ausfalls oder eines detektierten Problems liefert, das der primären (und eigentlichen physischen) Einrichtung zugeordnet ist. In diesem Fall kann das als das redundante Element wirkende Prozeßmodul mit den Steuermodulen (die Steuerungs- oder Erfassungsoperationen ausführen) auf jede bekannte Weise kommunikativ verbunden werden, um die redundanten Fähigkeiten zu liefern. Diese Nutzung von Prozeßmodulen als redundante Elemente in dem Prozeß ist besonders nützlich, wenn die Prozeßmodule mit einem oder mehreren Hi-fi-Simulationspaketen auf die beschriebene Weise verbunden sind.
Es versteht sich, daß die Funktionalität der intelligenten Prozeßobjekte, der Grafikdisplayelemente und der Prozeßmodule, die hier beschrieben werden, in der Bediener-Workstation 20 aktiv sein kann und nicht in die Steuereinheiten, Feldeinrichtungen usw. innerhalb der Anlage 10 heruntergeladen und konfiguriert zu werden braucht, was diese Funktionalität leichter zu implementieren, zu betrachten, zu ändern macht usw. Ferner ermöglicht diese Funktionalität die Durchführung von Bestimmungen auf Systemebene einfacher als innerhalb der Prozeßeinrichtungen, Steuereinheiten usw., weil die die Einrichtung auf einer Systemebene betreffende Information typischerweise für die Bediener-Workstation 20 im allgemeinen und für die Ausführungsmaschine 48 insbesondere verfügbar ist, wogegen diese ganzen Informationen nicht typischerweise jeder Steuereinheit und Feldeinrichtung in der Prozeßanlage 10 verfügbar gemacht werden. Wenn es jedoch vorteilhaft ist, dies zu tun, können einige der den Prozeßmodulen zugeordneten Logikelemente wie etwa Grundelemente in die Einrichtungen, Vorrichtungen und Steuereinheiten innerhalb der Prozeßanlage eingebettet sein. Die Verwendung von inteligenten Prozeßobjekten zum Erzeugen von integrierten Prozeßsteuermodulen und Grafikdisplays ermöglicht es der Ausführungsmaschine 48, beispielsweise automatisch Leckstellen zu detektieren und intelligente Alarme unter minimaler Nutzung von Konfigurationsaktivitäten zu detektieren, Ströme und Massenbilanzen innerhalb der Anlage 10 zu berechnen und zu verfolgen, Verluste innerhalb der Anlage 10 zu verfolgen und Diagnosen auf höherer Ebene für die Anlage 10 bereitzustellen und die Operation der Anlage während der Entwurfsphase und des Bedienertrainings zu simulieren.
9 zeigt eine mögliche Weise der Integration der Ausführungsmaschine 48 und der Prozeßmodule und Grafikdisplays, die dadurch in einer Prozeßanlage mit verteilter Steuerungsstrategie verwendet werden. Wie 9 zeigt, liefern die Displayklassendefinitionen 220, die von den Prozeßmodulen erzeugt oder ihnen zugeordnet sind, Displays an einen Bediener während der Ausführung durch die Ausführungsmaschine 48 und werden der Steuerungs-Konfigurationsdatenbank/und den Entwicklungswerkzeugen 222 zugeführt, die diese Displayklassendefinitionen auf jede gewünschte Weise innerhalb der Dokumentation der Steuerungsstrategie nutzen und organisieren können. Prozeßalgorithmen 224 können mit diesen Displayklassendefinitionen vor der Ausführungszeit verbunden werden, und dann können die Displayklassendefinitionen und die daran gebundenen Flußalgorithmen instanziert und der Grafikdisplay/Prozeßmodullaufzeit-Umgebung 226 zugeführt werden (die in Form von einer oder mehreren Ausführungsmaschinen 48 in einer oder mehreren Workstations implementiert sein kann). Die Grafikdisplay/Prozeßmodullaufzeit-Umgebung 226 verwendet einen Skriptparser 228 zum Parsen des Codes während der Ausführung (d. h. zur Ausführung von Just-in-time-Objektcodeumwandlung) und verwendet eine regelbasierte Ausführungsmaschine 230 zur Ausführung von Flußalgorithmen oder anderen regelbasierten Abläufen, die für die Displayklassen vorgesehen oder daran gebunden sind. Während dieses Prozesses kann die Grafikdisplay/Prozeßmodullaufzeit-Umgebung 226 mit der Steuermodullaufzeit-Umgebung 232 kommunizieren, die in Steuereinheiten und Feldeinrichtungen ausgeführt werden kann, die dem Prozeß zugeordnet sind, um Daten oder Informationen an die Steuermodullaufzeit-Umgebung 232 zu liefern oder auf Daten oder andere Information von der Steuermodullaufzeit-Umgebung 232 zuzugreifen. Natürlich kann die Grafikdisplay/Prozeßmodullaufzeit-Umgebung 226 mit der Steuermodullaufzeit-Umgebung 232 unter Verwendung von jedem gewünschten oder vorkonfiguriertem Übertragungsnetz wie etwa dem Ethernetbus 24 von 1 kommunizieren. Ferner können andere Methoden der Integration der Grafikdisplay, der Prozeßmodule und der Steuermodule, die hier beschrieben wurden, in einem Standard-Prozeßsteuersystem oder einer Prozeßanlage ebenfalls angewandt werden.
Zur Implementierung kann jede Software, die hier beschrieben wird, in einem computerlesbaren Speicher wie auf einer Magnetplatte, einer Laserplatte oder einem anderen Speichermedium, in einem RAM oder ROM eines Computers oder Prozessors usw. gespeichert sein. Ebenso kann diese Software einem Anwender, einer Prozeßanlage oder einer Bediener-Workstation unter Anwendung jedes bekannten oder gewünschten Lieferverfahrens geliefert werden, etwa beispielsweise auf einer computerlesbaren Platte oder einem anderen transportierbaren Computerspeichermechanismus oder über einen Nachrichtenkanal wie eine Telefonleitung, das Internet, das World Wide Web, jedes andere lokale Netz oder weiträumige Netz usw. (wobei diese Lieferung als gleich oder austauschbar mit der Bereitstellung der Software auf einem transportierbaren Speichermedium angesehen wird). Ferner kann diese Software direkt ohne Modulation oder Verschlüsselung bereitgestellt werden oder kann unter Anwendung jeder geeigneten Modulationsträgerwelle und/oder Verschlüsselungstechnik moduliert und/oder verschlüsselt werden, bevor sie auf einem Nachrichtenkanal übertragen wird.
Die vorliegende Erfindung wird zwar unter Bezugnahme auf spezielle Beispiele beschrieben, die nur beispielhaft sein sollen und die Erfindung nicht einschränken sollen; für den Fachmann ist ersichtlich, daß Änderungen, Hinzufügungen oder Weglassungen an den angegebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Prozesssteuersystemelement zur Nutzung in einer Prozeßanlage, die eine Anwenderschnittstelle und eine oder mehrere Prozeßsteuereinheiten hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsteuersystemelement folgendes aufweist: ein Steuermodul, das ausgebildet ist, um auf der einen oder den mehreren Prozeßsteuereinheiten ausgeführt zu werden, um Prozeßsteueraktivitäten innerhalb der Prozeßanlage zu implementieren; ein Grafikdisplaymodul, das ausgebildet ist, um eine grafische Darstellung von mindestens einem Bereich der Prozeßanlage auf der Anwenderschnittstelle zu erzeugen; und ein Prozeßsimulationsmodul, das ausgebildet ist, um die Operation von einer oder mehreren physischen Einrichtungen innerhalb der Prozeßanlage zu simulieren, die von dem Steuermodul gesteuert und in der dem Grafikdisplaymodul zugehörigen grafischen Darstellung dargestellt sind, wobei das Prozeßsimulationsmodul mit dem Steuermodul kommunikativ verbunden ist, um Daten zwischen dem Prozeßsimulationsmodul und dem Steuermodul während der Operation des Steuermoduls zu übertragen.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grafikdisplaymodul ein Verbindungselement aufweist, das einen Typ einer Verbindungseinrichtung bezeichnet, die zwischen physischen Einrichtungen innerhalb der Prozeßanlage angeordnet ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement eine Verbindungseinrichtung von Rohrtyp bezeichnet.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement eine Verbindungseinrichtung vom Leitungstyp bezeichnet.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement eine Verbindungseinrichtung vom Förderertyp bezeichnet.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement einen Verbindungsstatusparameter aufweist, der einen Status der Verbindungseinrichtung, die zwischen den physischen Einrichtungen innerhalb der Prozeßanlage angeordnet ist, bezeichnet.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsstatusparameter einen Zustand aufweist, der anzeigt, daß die zwischen den physischen Einrichtungen innerhalb der Prozeßanlage angeordnete Verbindungseinrichtung zwischen den physischen Einrichtungen innerhalb der Prozeßanlage betriebsmäßig verbunden oder nicht verbunden ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsstatusparameter einen Zustand aufweist, der anzeigt, daß die zwischen den physischen Einrichtungen innerhalb der Prozeßanlage angeordnete Verbindungseinrichtung läuft oder nicht läuft.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Grafikdisplaymodul mit dem Prozeßsimulationsmodul kommunikativ gekoppelt ist, um einen oder mehrere simulierte Parameter von dem Prozeßsimulationsmodul zu empfangen, und daß das Verbindungselement so ausgebildet ist, daß es einen simulierten Verbindungsstatus als einen von dem einen oder den mehreren simulierten Parametern empfängt und den simulierten Verbindungsstatus als den Verbindungsstatusparameter anzeigt.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der simulierte Verbindungsstatus so ausgebildet ist, daß er anzeigt, daß die zwischen den physischen Einrichtungen angeordnete Verbindungseinrichtung an einem Grenzwert läuft oder sich in einem guten bzw. schlechten Betriebszustand befindet.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsimulationsmodul einen Simulationsalgorithmus aufweist, der so ausgebildet ist, daß er eine Prozeßdynamik innerhalb der Prozeßanlage simuliert.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsimulationsmodul einen Simulationsalgorithmus aufweist, der so ausgebildet ist, daß er eine Kosteneinheit simuliert, die dem Betrieb der Prozeßanlage zugeordnet ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsimulationsmodul einen Simulationsalgorithmus aufweist, der so ausgebildet ist, daß er einen Wirkungsgrad von einem oder mehreren Elementen innerhalb der Prozeßanlage simuliert.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grafikdisplaymodul mit dem Prozeßsimulationsmodul kommunikativ gekoppelt ist, um einen oder mehrere simulierte Parameter von dem Prozeßsimulationsmodul zu empfangen, und daß das Grafikdisplaymodul so ausgebildet ist, daß es eine Animation innerhalb der grafischen Darstellung erzeugt, die auf dem einen oder den mehreren simulierten Parametern basiert.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsimulationsmodul einen ersten Bereich aufweist, der in einer ersten Recheneinrichtung innerhalb der Prozeßanlage gespeichert und zur Ausführung darin ausgebildet ist, und einen zweiten Bereich aufweist, der in einer zweiten Recheneinrichtung innerhalb der Prozeßanlage gespeichert und zur Ausführung darin ausgebildet ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich des Prozeßsimulationsmoduls mit dem zweiten Bereich des Prozeßsimulationsmoduls durch eine externe Referenz kommunikativ verbunden ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die externe Referenz ein Stromelement ist, das einem Materialfluß innerhalb der Prozeßanlage zugeordnet ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromelement eine Vielzahl von Parametern aufweist, die die Beschaffenheit des Materialflusses innerhalb der Prozeßanlage kennzeichnen.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Parametern zwei oder mehr von einem Namenparameter, einem Druckparameter, einem Dichteparameter, einem Temperaturparameter, einem Zusammensetzungsparameter und einem Durchflußratenparameter aufweisen.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul so ausgebildet ist, daß es eine simulierte Messung von dem Prozeßsimulationsmodul und eine tatsächliche Messung von einer Einrichtung innerhalb der Prozeßanlage empfängt.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul ferner so ausgebildet ist, daß es die simulierte Messung von dem Prozeßsimulationsmodul nutzt, um die Steueraktivitäten innerhalb der Prozeßanlage auszuführen.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul so ausgebildet ist, daß es automatisch die simulierte Messung von dem Prozeßsimulationsmodul anstelle der tatsächlichen Messung nutzt, wenn ein der tatsächlichen Messung zugehöriger Status schlecht ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermodul so ausgebildet ist, daß es einen simulierten Parameter von dem Prozeßsimulationsmodul empfängt und den simulierten Parameter nutzt, um die Steueraktivitäten innerhalb der Prozeßanlage auszuführen.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsimulationsmodul so ausgebildet ist, daß es eine Ausgabe von dem Steuermodul empfängt und die Ausgabe von dem Steuermodul nutzt, um eine Simulationsoperation auszuführen, um die Operation eines Bereichs der Prozeßanlage zu simulieren.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsimulationsmodul ein Stromelement aufweist, das einen Materialstrom innerhalb der Prozeßanlage darstellt, und ein Simulationselement aufweist, das die Wirkung einer physischen Einrichtung innerhalb der Prozeßanlage auf das Stromelement simuliert.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulationselement einen Simulationsalgorithmus aufweist, der die Operation der physischen Einrichtung innerhalb der Prozeßanlage modelliert.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Simulationsalgorithmus als einer von einer Reihe von vordefinierten Simulationsalgorithmen wählbar ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 27, ferner gekennzeichnet durch eine Bibliothek von vordefinierten Simulationsalgorithmen zum Gebrauch in dem Simulationselement.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Simulationsalgorithmus anwenderdefinierbar ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 29, ferner gekennzeichnet durch einen Grafikeditor, der so ausgebildet ist, daß er einen Anwender beim Definieren des Simulationsalgorithmus zum Gebrauch in dem Simulationselement unterstützt.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsimulationsmodul eine Vielzahl von miteinander verbundenen Simulationselementen aufweist, wobei zwei oder mehr von den Simulationselementen die Operation von verschiedenen Einrichtungen innerhalb der Prozeßanlage simulieren.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsimulationsmodul ferner ein Stromelement aufweist, das ein Material innerhalb der Prozeßanlage bezeichnet, wobei das Stromelement mit einem oder mehreren von den Simulationselementen innerhalb des Prozeßsimulationsmoduls verbunden ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Simulationselemente einen Simulationsalgorithmus aufweist, der die Operation einer zugehörigen Einrichtung innerhalb der Prozeßanlage modelliert.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Simulationsalgorithmus für eines der Simulationselemente als einer von einer Reihe von vordefinierten Algorithmen wählbar ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 34, ferner gekennzeichnet durch eine Bibliothek von vordefinierten Simulationsalgorithmen zur Nutzung in dem einen der Simulationselemente.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Simulationsalgorithmus für eines der Simulationselemente anwenderdefinierbar ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 36, ferner gekennzeichnet durch einen Grafikeditor, der so ausgebildet ist, daß er einen Anwender beim Definieren des Simulationsalgorithmus für das eine der Simulationselemente unterstützt.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 33, ferner gekennzeichnet durch eine Simulation mit hoher Wiedergabetreue, von der Teile kommunikativ mit den Simulationselementen des Prozeßsimulationsmoduls verbunden sind, um den Simulationselementen hoch genaue Simulationsparameter zur Verfügung zu stellen.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsimulationsmodul einen anwenderbetätigbaren Schalter aufweist, der so ausgebildet ist, daß er das Prozeßsimulationsmodul veranlaßt, zwischen dem Gebrauch von einem oder mehreren der Simulationsalgorithmen und der hoch genauen Simulation umzuschalten.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsimulationsmodul so ausgebildet ist, daß es einen simulierten Parameter erzeugt, der einen Betrieb der Prozeßanlage anzeigt, und einen Alarm zur Anzeige für einen Anwender auf der Basis des Werts des simulierten Parameters erzeugt.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der simulierte Parameter ein Wirkungsgrad-Parameter ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der simulierte Parameter ein Massenbilanz-Parameter ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der simulierte Parameter ein Kosten-Parameter ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 40, daß der simulierte Parameter ein Dampfzustands-Parameter ist.
Prozeßsteuersystemelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prozeßsimulationsmodul so ausgebildet ist, daß es einen simulierten Parameter erzeugt, der eine Operation der Prozeßanlage anzeigt, einen Ausgangsparameter von dem Steuermodul empfängt, der eine Operation der Prozeßanlage betrifft, den Ausgangsparameter von dem Steuermodul mit dem simulierten Parameter vergleicht, und einen Alarm zur Anzeige für einen Anwender auf der Basis des Vergleichs zwischen dem Ausgangsparameter von dem Steuermodul und dem simulierten Parameter erzeugt.