DE19681530B4

DE19681530B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren und Identifizieren fehlerhafter Meßfühler in einem Prozeß

Info

Publication number: DE19681530B4
Application number: DE19681530T
Authority: DE
Inventors: S. Joe Austin Qin; Ricardo H. Austin Dunia; Randall L. Georgetown Hayes
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2016-08-03
Also published as: JPH11510898A; DE19681530T1; AU6644696A; US5680409A; JP3698444B2; WO1997007439A1

Abstract

Verfahren zum Detektieren eines fehlerhaften Messfühlers in einer Prozessablaufsteuerung, die ein Set von Messfühlern hat, die jeweils ein zugehöriges Messfühler-Ausgangssignal erzeugen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Erzeugen einer Menge von Messfühler-Schätzsignalen aus den Messfühler-Ausgangssignalen, wobei jedes Messfühler-Schätzsignal einen Schätzwert des Ausgangswerts von einem der Messfühler aufweist;
Bestimmen eines Gültigkeitsindex für einen Messfühler aus dem Set von Messfühlern als eine Funktion mindestens eines Rests, der für die Differenz zwischen den Messfühler-Schätzsignalen und den Messfühler-Ausgangssignalen bezeichnend ist; und
Nutzen des dem einen der Messfühler zugeordneten Gültigkeitsindex, um festzustellen, ob der eine der Messfühler gestört ist.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Prozeßregler, die ein Set von Meßfühlern besitzen, um Prozeßparameter innerhalb eines Prozesses zu messen, und speziell Prozeßregler, die eine Störung bzw. einen Ausfall von einem oder mehreren der zugeordneten Meßfühler detektieren und identifizieren.
STAND DER TECHNIK
Charakteristisch besitzen Prozeßablaufsteuerungen ein Set von Meßfühlern, die verschiedene Prozeßparameter während des Ablaufs eines Prozesses messen, und einen Prozeßregler, der den Prozeß auf der Basis der erfaßten Parameter regelt. Es gibt zwar zahlreiche bekannte Verfahren, um einen Prozeß in Abhängigkeit von den Messungen eines solchen Sets von Meßfühlern zu regeln, ein spezielles Problem bei der Prozeßablaufsteuerung tritt jedoch auf, wenn ein oder mehr der Meßfühler ausfallen bzw. gestört sind, was zu falschen oder ungenauen Meßwerten der Meßfühler führt. Wenn der gestörte Meßfühler grob falsche Werte erzeugt und/oder der Ausfall des Meßfühlers nicht innerhalb kurzer Zeit detektiert wird, kann der Prozeßregler den Prozeßablauf möglicherweise auf eine Art regeln, die unerwünscht und/oder nachteilig ist.
Eine Störung eines Meßfühlers kann zwar auf viele verschiedene Weisen erfolgen, aber man kann sagen, daß Meßfühlerstörungen allgemein in eine von vier Kategorien fallen, und zwar Meßfühlerstörungen durch eine systematische Abweichung bzw. Verzerrung, Störungen durch Meßfühlerdrift, Störungen durch Verschlechterung der Meßfühlerpräzision und vollständige Meßfühlerausfälle.
Die verschiedenen Störungsarten, die in einem Meßfühler auftreten können, sind in den 1a bis 1d gezeigt, wobei die weißen Punkte die wahren und tatsächlichen Werte des zu messenden Prozeßparameters und die schwarzen Punkte die Ausgangswerte des fehlerhaften Meßfühlers bezeichnen. 1a zeigt eine Meßfühlerstörung durch systematische Abweichung, wobei der Meßfühler dem tatsächlichen Prozeßparameter einen konstanten systematischen Abweichungswert hinzuaddiert. 1b zeigt ein vollständiges Versagen des Meßfühlers, wobei das Ausgangssignal des Meßfühlers entweder konstant oder auf eine Weise verfälscht ist, die in keiner Beziehung zu dem tatsächlichen Wert des Prozeßparameters steht. 1c zeigt einen Driftfehler des Meßfühlers, wobei das Meßfühlerausgangssignal einen autokorrelierten Term darstellt, wobei eine konstante Forcing-Funktion zu dem tatsächlichen Wert des Prozeßparameters hinzuaddiert ist. 1d zeigt einen Präzisionsverschlechterungsfehler des Meßfühlers, wobei das Meßfühlerausgangssignal den tatsächlichen Wert des Prozeßparameters zeigt, der einem statistischen Rauschterm hinzuaddiert ist.
Es sind Steuerungen bekannt, die feststellen, wenn ein Meßfühler in einer Prozeßablaufsteuerung auf eine der vorstehend angegebenen Weisen gestört ist, und die einen Bediener über eine solche Störung informieren. Ein bekanntes Verfahren, um zu bestimmen, wann ein Prozeßmeßfühler gestört ist, nutzt bekannte mathematische Routinen, um aus von den Meßfühlern entwickelten tatsächlichen Meßfühler-Ausgangssignalen ein Meßfühler-Schätzsignal für jeden eines Sets von Meßfühlern, die einer Prozeßablaufsteuerung zugeordnet sind, zu errechnen. Dieses Verfahren bestimmt dann, ob der Fehler zwischen den Meßfühler-Schätzsignalen und den Meßfühler-Ausgangssignalen größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist. Wenn der Fehler größer als der vorbestimmte Grenzwert ist, erkennt das Verfahren, daß einer der Meßfühler der Prozeßablaufsteuerung gestört bzw. ausgefallen ist.
Eine bekannte mathematische Routine, die bei der Entwicklung eines Sets von Meßfühler-Schätzsignalen angewandt wird, ist die Hauptkomponentenanalyse (PCA [principal component analysis]). Die PCA ist eine Umwandlungstechnik, die eine Menge von korrelierten Variablen wie etwa eine Menge von korrelierten Meßfühler-Meßwerten in eine kleinere Menge von nichtkorrelierten Variablen umwandelt. Der Effekt dieser Umwandlungstechnik besteht darin, das Koordinatensystem beispielsweise der Menge von Meßfühler-Meßwerten auf eine Weise zu drehen, die in der Ausfluchtung von Informationen, die durch die Meßfühler-Meßwerte repräsentiert sind, auf einer kleineren Anzahl Achsen als im ursprünglichen Koordinatensystem resultiert. Diese Umwandlung resultiert in einer Verdichtung der Variablen, indem zugelassen wird, daß diejenigen Variablen, die miteinander stark korreliert sind, als eine einzige Variable behandelt werden. Nach Durchführung der PCA für einen Prozeß repräsentiert eine Menge von m nichtkorrelierten Variablen oder Hauptkomponenten, die allgemein als t₁, t₂ ... t_m bezeichnet werden, den größten Teil der Information, der sich in der ursprünglichen Menge von Variablen befand. Die PCA wird allgemein von Geladi, Kowalski in "Partial Least-Squares Regression: A Tutorial", 185 Analytica Chimica Acta 1 (1986) beschrieben, deren Offenbarung hier summarisch eingeführt wird.
Es ist wichtig, daß bei der Bestimmung der Hauptkomponenten t₁, t₂ ... t_m für einen bestimmten Prozeß mit n Meßfühlern eine Menge von Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizienten p_ij (wobei i zwischen 1 und der Anzahl m der Hauptkomponenten liegt und j zwischen 1 und der Anzahl n von Meßfühlern liegt) bestimmt wird, so daß die Multiplikation der Hauptkomponenten mit den entsprechenden Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizienten zu einer Menge von Meßfühler-Schätzsignalen x ^₁, x ^₂ ... x ^_n führt, die ungefähr gleich den Meßfühler-Ausgangssignalen x₁, x₂ ... x_n sind, die von den jeweiligen Meßfühlern S₁, S₂ ... S_n gemessen werden. Allgemein gilt:
mit

xj: = Meßfühler-Ausgangssignal des j-ten Meßfühlers;
x^j: = Meßfühler-Schätzsignal, das dem j-ten Meßfühler zugeordnet ist;
ti: = i-te Hauptkomponente;
pij: = Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizient, der der i-ten Hauptkomponente und dem j-ten Meßfühler zugeordnet ist, wobei i zwischen 1 und m und j zwischen 1 und n liegt;
m: = Anzahl der dem System zugehörigen Hauptkomponenten; und
n: = Anzahl von Meßfühlern des Systems.

Gleichung (1) kann in Vektorform wie folgt geschrieben werden: x ^ = tPT = xPPT (2)mit:

x^: = ein Zeilenvektor der Länge n, der die n Meßfühler-Schätzsignale aufweist;
t: = ein Zeilenvektor der Länge m, der die m Hauptkomponenten aufweist;
p: = eine Matrix der Länge n, die n Mengen von m Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizienten aufweist; und
x: = ein Zeilenvektor der Länge n, der die n Meßfühler-Ausgangssignale aufweist.

^T bezeichnet die Transponierte der zugehörigen Matrix.

Nachdem die Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizienten p_ij für sämtliche i = 1 bis m und j = 1 bis n für einen speziellen Prozeß bestimmt sind, können diese Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizienten genutzt werden, um die Meßfühler-Schätzsignale x ^₁, x ^₂ ... x ^_n in jedem bestimmten Zeitraum des Prozesses nach bekannten PCA-Techniken zu entwickeln. Dabei können die Meßfühler-Schätzsignale entsprechend den Gleichungen (1) oder (2) bestimmt werden, wobei die Hauptkomponenten t₁ bis t_m für diesen Zeitraum aus den Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizienten p_ij und den Meßfühler-Ausgangssignalen x₁ bis x_n berechnet werden.
Das Verfahren zur Definition der Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizienten, die für jedes spezielle System zu nutzen sind, das eine Reihe von Meßfühlern hat, ist im Stand der Technik bekannt und allgemein von Geladi, Kowalski, "Partial Least-Squares Regression: A Tutorial", 185 Analytica Chimica Acta 1 (1986), und von Wise, Ricker, "Recent Advances in Multivariate Statistical Process Control: Improving Robustness and Sensitivity", IFAC International Symposium, ADCHEM '91, Toulouse, Frankreich, (1991) und in den dort zitierten Dokumenten beschrieben. Allgemein sind Methoden, die die Materialzusammensetzung und Polymereigenschaften eines Stoffs unter Nutzung von Hauptkomponentenanalysen messen, beschrieben von Smith, US-PS 5 420 508 und Dechene et al., US-PS 5 408 181. Methoden zur Extraktion von Hauptkomponenten und zur Verarbeitung von Signaldaten unter Anwendung einer Hauptkomponenten-Transformierten sind beschrieben von Russo, US-PS 5 377 305 und von Sirat et al., US-PS 5 379 352. Haramaty et al. beschreibt in der US-PS 5 406 502 ein System zum Messen der Funktionsfähigkeit einer Vorrichtung, die die Hauptkomponentenanalyse anwendet, um einen multidimensionalen virtuellen Meßfühlerraum zu definieren, der den Normalbetrieb der Vorrichtung bezeichnet.
2 verdeutlicht als Diagramm eine Hauptkomponentenanalyse-Transformationsroutine zur Anwendung in einem Prozeß, der fünf Meßfühler S₁ bis S₅ hat. Die Routine verwendet zwei Hauptkomponenten t₁ und t₂ und transformiert die Meßfühler-Ausgangssignale x₁, x₂ ... x₅, die von den Meßfühlern S₁ bis S₅ entwickelt werden, in Meßfühler-Schätzsignale x ^₁, x ^₂ ... x ^₅. Wie 2 zeigt, werden die Meßfühler-Ausgangssignale x₁, x₂ ... x₅ mit einer vorbestimmten Menge von Hauptkomponenten- Gewichtungskoeffizienten p_ij multipliziert, um die zwei Hauptkomponenten t₁ und t₂ zu entwickeln. Die Hauptkomponenten t₁ und t₂ werden dann mit der Menge von Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizienten p_ij (wobei i zwischen 1 und 2 liegt und j zwischen 1 und 5 liegt) multipliziert, um die Messfühler-Schätzsignale x ^₁, x ^₂ ... x ^₅ zu entwickeln. Unter Normalbedingungen, d. h. wenn die Messfühler S₁ bis S₅ sämtlich ordnungsgemäß funktionieren, sind die Messfühler-Schätzsignale
bis x ^₅ ungefähr gleich den Messfühler-Ausgangssignalen x₁ bis x₅.
Wie oben angegeben, detektieren bekannte Systeme typischerweise, dass einer der Messfühler S₁ bis S_n einer Prozessablaufsteuerung gestört ist, indem ein Fehlersignal e berechnet wird, das definiert ist als die Summe der quadrierten Fehler zwischen den Messfühler-Schätzsignalen x ^₁ bis x ^_n und den Messfühler-Ausgangssignalen x₁ bis x_n. Dabei wird das Fehlersignal gewöhnlich wie folgt bestimmt:
Wenn das Fehlersignal e bei diesen bekannten Systemen einen vorbestimmten Wert erreicht, zeigen die Systeme an, dass einer der Messfühler S₁ bis S_n gestört ist. Charakteristisch schätzen diese bekannten Systeme, welcher Messfühler gestört ist, indem einfach die Differenz zwischen jedem Messfühler-Ausgangssignal/Messfühler-Schätzsignal-Paar x_i, x ^i bestimmt und der Messfühler, der dem Paar zugehörig ist, das die größte zugehörige Differenz hat, als der gestörte Messfühler identifiziert wird. Diese Methode der Erkennung von gestörten Messfühlern ist jedoch weder besonders präzise noch zuverlässig, weil normale (nichtgestörte) Messfühler zu jeder beliebigen Zeit ebenfalls große Fehler aufweisen können, die zu einer falschen Identifikation eines gestörten Messfühlers führen können, wenn ein derart einfacher Vergleich angewandt wird.
Ein entsprechendes Verfahren ist in der DE 44 36 658 A1 erläutert, wobei der oben beschriebenen Problematik mit einem neuronalen Netz begegnet wird, das die Abhängigkeit zwischen den einzelnen Sensoren abbildet. Ein Fehler wird dann diagnostiziert, wenn die Änderung eines Sensorsignals als ungewöhnlich gegenüber den anderen Sensoren eingestuft wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das besagte Verfahren zu verbessern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung gibt einen Prozeßregler an, der imstande ist, rasch und präzise Störungen von ein oder mehr Meßfühlern zu detektieren und zuverlässig zu erkennen, welcher Meßfühler gestört bzw. ausgefallen ist. Insbesondere gibt die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung an, wobei eine Korrelationsanalyse wie etwa eine Hauptkomponentenanalyse an einer Menge von Meßfühler-Ausgangssignalen durchgeführt wird, um eine Menge von Meßfühler-Schätzsignalen zu bestimmen, und wobei für jeden der Meßfühler ein Meßfühler-Gültigkeitsindex auf der Basis von ein oder mehr Resten festgelegt wird, die als eine Funktion der Differenz zwischen den Meßfühler-Schätzsignalen und den Meßfühler-Ausgangssignalen bestimmt sind. Die Meßfühler-Gültigkeitsindizes werden genutzt, um festzustellen, welcher Meßfühler fehlerhaft oder ausgefallen ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben, um einen fehlerhaften Meßfühler in einer Prozeßablaufsteuerung zu detektieren, die ein Set von Meßfühlern hat, von denen jeder ein zugehöriges Meßfühler-Ausgangssignal erzeugt. Das Verfahren und die Vorrichtung erzeugen eine Menge von Meßfühler-Schätzsignalen aus den Meßfühler-Ausgangssignalen, wobei beispielsweise eine Hauptkomponentenanalyse angewandt wird, und bestimmten für jeden einer Vielzahl der Meßfühler einen Gültigkeitsindex aus den Meßfühler-Schätzsignalen. Das Verfahren und die Vorrichtung nutzen dann den Gültigkeitsindex, der jedem Meßfühler zugeordnet ist, um festzustellen, ob der eine Meßfühler gestört ist. Falls gewünscht, können die Gültigkeitsindizes interaktiv und/oder adaptiv gefiltert werden.
Bevorzugt wird der Gültigkeitsindex, der jedem der Meßfühler zugeordnet ist, als eine Funktion von zwei Resten bestimmt, von denen jeder eine Differenz zwischen den Meßfühler-Schätzsignalen und den Meßfühler-Ausgangssignalen bezeichnet. Einer der Reste kann auf eine Weise berechnet werden, die von dem speziellen Meßfühler, für den der Gültigkeitsindex gerade bestimmt wird, unabhängig ist, beispielsweise als Summe der quadrierten Differenzen zwischen den Meßfühler-Schätzsignalen und den Meßfühler-Ausgangssignalen. Der andere Rest wird jedoch als eine Funktion des speziellen Meßfühlers bestimmt, für den der Gültigkeitsindex festgelegt wird, und ist bei einer Ausführungsform eine Funktion der Kreuzkorrelationsmatrix, die den Gewichtungskoeffizienten zugeordnet ist, die von der Hauptkomponentenanalyse genutzt werden, um die Meßfühler-Schätzsignale zu bestimmen. Am meisten bevorzugt wird der Gültigkeitsindex für einen speziellen Meßfühler als das Verhältnis der zwei Reste bestimmt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wendet ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Identifizieren eines gestörten Meßfühlers in einem Prozeß, der eine Vielzahl von Meßfühlern hat, die jeweils ein zugehöriges Meßfühler-Ausgangssignal erzeugen, eine Korrelationsanalyse an, um eine Menge von Meßfühler-Schätzsignalen aus den Meßfühler-Ausgangssignalen zu bestimmen, und berechnet einen oder mehrere Reste, die den Fehler zwischen den Meßfühler-Ausgangssignalen und den Meßfühler-Schätzsignalen bezeichnen. Das Verfahren und die Vorrichtung bestimmen, ob einer der Meßfühler gestört ist, aus den ein oder mehr Resten und errechnen einen Gültigkeitsindex für jeden der Meßfühler als eine Funktion der Reste, wenn festgestellt worden ist, daß einer der Meßfühler gestört ist. Der spezielle Meßfühler, der gestört ist, wird aus den berechneten Gültigkeitsindizes identifiziert. Ein Bediener kann über die Identität des gestörten Sensors informiert werden.
Die Prozeßablaufsteuerung kann betrieben werden, um den Prozeß entsprechend dem Meßfühler-Schätzsignal, das dem gestörten Meßfühler zugehörig ist, anstelle des von dem gestörten Meßfühler entwickelten Ausgangssignals zu steuern, wenn ein gestörter Meßfühler detektiert und identifiziert wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung, das eine Menge von Gültigkeitsindizes als eine Funktion des Verhältnisses von zwei Resten errechnet, ist für die Zuverlässigkeit der Erkennung des speziellen fehlerhaften Meßfühlers zuverlässiger als bekannte Verfahren, weil die Gültigkeitsindizes des vorliegenden Verfahrens weniger anfällig sind für etwaige Störungen, die in den Meßfühler-Ausgangssignalen und in den Meßfühler-Schätzsignalen vorhanden sein können, als die von bekannten Verfahren angewandten Kriterien zur Erkennung gestörter Meßfühler. Außerdem werden durch das Berechnen jedes von einer Menge von Gültigkeitsindizes als Verhältnis von zwei Resten, wie es von der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, die Differenzen zwischen verschiedenen Gültigkeitsindizes verstärkt, d. h. wenn einer der Menge von Gültigkeitsindizes nach unten geht, gehen die anderen nach oben. Infolgedessen ist es leichter zu detektieren, welcher spezielle Meßfühler gestört ist, wenn die Gültigkeitsindizes der vorliegenden Erfindung anstelle von bekannten Verfahren angewandt werden, die Identifikationsindizes für gestörte Meßfühler anwenden, die miteinander in keiner Beziehung stehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a bis 1d sind Diagramme, die die Arten von Meßfühlerstörungen darstellen, die charakteristisch bei einem Meßfühler auftreten;
2 ist eine graphische Darstellung des Verfahrens, nach dem Meßfühler-Schätzsignale aus Meßfühler-Ausgangssignalen gemäß einer Hauptkomponentenanalyse-Routine entwickelt werden;
3 ist ein Blockbild, das eine Prozeßsteuerung zeigt, die eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Detektieren und Identifizieren von gestörten Meßfühlern besitzt;
4 ist ein Blockbild, das den Meßfühler-Erkennungs- und -Rekonstruktionsblock von 3 verdeutlicht;
5 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Detektieren und Identifizieren von gestörten Meßfühlern veranschaulicht;
6 ist ein Diagramm des Meßfühler-Gültigkeitsindex für jeden einer Menge von sechs Meßfühlern einer Prozeßablaufsteuerung;
7 ist ein Diagramm, das einen Rest zeigt, der für die mit 6 in Beziehung stehende Prozeßablaufsteuerung errechnet wird; und
8 ist ein Flußdiagramm, das ein weiteres Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zum Detektieren und Identifizieren gestörter Meßfühler verdeutlicht.
GENAUE BESCHREIBUNG
Gemäß 3 ist eine Prozeßablaufsteuerung 10 ausgebildet, um einen Prozeß 12 zu steuern. Wie es für Prozeßablaufsteuerungen typisch ist, steuert ein Regler 14 den Prozeß 12 nach Maßgabe von Signalen, die von einer Rückkopplungsschleife erzeugt werden, die ein Set von Meßfühlern 16, einen Identifikations- und Rekonstruktionsblock 18 für gestörte Meßfühler und eine Addierschaltung 20 aufweist. Das Set von Meßfühlern 16 kann jede Anzahl von einzelnen Meßfühlern S₁, S₂ ... S_n (mit n = die Gesamtzahl der Meßfühler) aufweisen, von denen jeder ein oder mehr Prozeßparameter wie etwa die Temperatur und/oder den Druck mißt. Die Meßfühler S₁, S₂ ... S_n bilden jeweils Meßfühler-Ausgangssignale x₁, x₂ ... x_n, die die gemessenen Prozeßparameter bezeichnen, und liefern diese Ausgangssignale an den Block 18. Falls gewünscht, kann das Set von Meßfühlern 16 redundante Meßfühler umfassen, d. h. zwei oder mehr Meßfühler, die die gleichen oder verwandte Parameter an denselben oder anderen Stellen des Prozesses 12 messen.
Der Block 18 für gestörte Meßfühler und Rekonstruktion analysiert die Meßfühler-Ausgangssignale x₁ bis x_n und berechnet eine Menge von Meßfühler-Schätzsignalen x ^₁ bis x ^_n, die den jeweiligen Sensoren S₁, S₂ ... S_n zugeordnet sind. Der Block 18 detektiert dann, ob einer der Meßfühler gestört ist, und wenn das der Fall ist, erkennt er unter Nutzung der Meßfühler-Schätzsignale x ^₁ bis x ^_n, welcher der Meßfühler S₁ bis S_n gestört ist. Wenn der Block 18 feststellt, daß keiner der Meßfühler S₁ bis S_n gestört ist, liefert der Block 18 Signale, die die Meßfühler-Ausgangssignale x₁ bis x_n bezeichnen, über einen Bus 22 an die Addierschaltung 20. Die Addierschaltung 20 vergleicht die die Meßfühler-Ausgangssignale x₁ bis x_n bezeichnenden Signale mit ein oder mehr Sollwerten, um eine Menge von Fehlersignalen zu bestimmen, die ihrerseits dem Prozeßregler 14 zugeführt werden, um bei der Steuerung des Prozesses 12 genutzt zu werden.
Wenn der Block 18 eine Störung eines der Meßfühler S₁ bis S_n detektiert, erkennt der Block 18, welcher Meßfühler gestört ist (dieser wird nachstehend als der gestörte oder fehlerhafte Meßfühler S_f bezeichnet), und ersetzt das Meßfühler-Ausgangssignal x_f, das von dem gestörten Meßfühler S_f erzeugt wird, durch das Meßfühler-Schätzsignal x ^_f, das für den gestörten Meßfühler S_f berechnet wurde, bevor die Meßfühler-Ausgangssignale der Addierschaltung 20 zugeführt werden. Gleichzeitig macht der Block 18 einen Benutzer oder Bediener auf den gestörten Meßfühler S_f aufmerksam, indem er geeignete Warnungen oder Nachrichten zu einem Rechnerterminal oder einem Bedienfeld sendet oder irgendeine andere gewünschte Methode zum Anzeigen des Vorhandenseins eines gestörten Meßfühlers zum Bediener anwendet, so daß der Bediener den gestörten Meßfühler S_f reparieren oder ersetzen kann. Auf diese Weise macht der Block 20 einen Bediener auf die Anwesenheit eines gestörten Meßfühlers aufmerksam, während er gleichzeitig verhindert, daß der Prozeßregler 14 den Prozeß 12 auf der Basis von fehlerhaften Meßfühler-Meßwerten steuert.
Als Ergebnis dieser Auswechseltechnik steuert der Prozeßregler 14 den Prozeß 12 in Anwesenheit eines fehlerhaften Meßfühlers in Übereinstimmung mit einem Schätzwert des Parameters, der von dem gestörten Meßfühler S_f zu messen ist, anstelle des Ausgangssignals x_f des gestörten Meßfühlers, das nur wenig oder keine Beziehung zu dem Istwert des gemessenen Prozeßparameters hat. Dieses Steuerverfahren ermöglicht eine präzisere Steuerung des Prozesses 12, wenn einer der Meßfühler gestört ist, was bei bestimmten Prozeßablaufsteuerungen wie etwa nuklearen Prozessablaufsteuerungen kritisch sein kann.
Der Prozess 12 kann jede Art von Prozess sein, während der Prozessregler 14 jede Art von Regler sein kann, etwa ein Proportional-Integral- bzw. PI-Regler, ein Proportional-Integral-Differential- bzw. PID-Regler, irgendeine Art von Fuzzylogik-Regler oder eine andere gewünschte Art von Regler, der ein oder mehr Steuersignale zur Steuerung des Prozesses 12 erzeugt. Die Prozessablaufsteuerung 10 kann ferner eine Abstimmeinheit (nicht gezeigt) aufweisen, die den Prozessregler 14 während des Ablaufs des Prozesses 12 in Abhängigkeit von ein oder mehr Ausgangssignalen des Prozesses 12, gemessen von den Messfühlern S₁ bis S_n, neu abstimmt. Regler und/oder Abstimmeinheiten, die verwendet werden können, sind in der US-5 283 729, in der US-6 330 484 mit dem Titel "Method and Apparatus for Fuzzy Logic Control with Automatic Tuning", in der US-5 453 925 mit dem Titel "System and Method for Automatically Tuning a Process Controller" und/oder in der US-5 748 467 mit dem Titel "Method of Adapting and Applying Control Parameters in Non-linear Process Controllers" beschrieben, die auf die Inhaberin der vorliegenden Erfindung übertragen sind und deren Offenbarung hier jeweils summarisch eingeführt wird.
Unter Bezugnahme auf 4 ist der Messfühlerstörungserkennungs- und Rekonstruktionsblock 18 im einzelnen veranschaulicht. Der Block 18, der unter Verwendung eines Mikroprozessors oder einer anderen gewünschten Rechnerbauart implementiert werden kann, umfasst einen Messfühleranalysator 26 und einen Multiplexer 28, der mit dem Messfühleranalysator 26 über eine Steuerleitung 30 gekoppelt ist. Der Messfühleranalysator 26, der einen geeignet programmierten Digital- oder Analogrechner, einen Mikroprozessor oder eine andere gewünschte Verarbeitungsmaschine aufweisen kann, spricht auf die Messfühler-Ausgangssignale x₁ bis x_n an und entwickelt eine Menge von Meßfühler-Schätzsignalen x₁ bos x_n, die den jeweiligen Meßfühlern S₁ bis S_n zugeordnet sind. Die Meßfühler-Ausgangssignale x₁ bis x_n und die Meßfühler-Schätzsignale x ^₁ bis x ^_n werden dem Multiplexer 28 zugeführt, wie 4 zeigt.
Wenn der Meßfühleranalysator 26 feststellt, daß keiner der Meßfühler S₁ bis S_n gestört ist, liefert der Multiplexer 28 die Meßfühler-Ausgangssignale x₁ bis x_n direkt über den Bus 22 zu der Addierschaltung 20 von 3. Wenn aber der Meßfühleranalysator 26 feststellt, daß ein oder mehr der Meßfühler S₁ bis S_n fehlerhaft sind, liefert der Analysator 26 ein Warnsignal oder sonstiges Signal, das das Auftreten eines Fehlers anzeigt, auf einer Signalleitung 32 an einen Bediener. Der Meßfühleranalysator 26 stellt auch fest, welcher spezielle Meßfühler gestört ist, und steuert dabei den Multiplexer 28 über die Steuerleitung 30 so, daß das Meßfühler-Schätzsignal x ^_f, das dem gestörten Meßfühler S_f zugeordnet ist, der Addierschaltung 30 (von 3) anstelle des von dem gestörten Meßfühler S_f entwickelten Meßfühler-Ausgangssignals x_f zugeführt wird. Der Meßfühleranalysator 26 sendet außerdem ein Signal, das den oder die gestörten Meßfühler bezeichnet, auf der Signalleitung 32 an einen Bediener. Auf diese Weise liefert der Meßfühleranalysator 26 in Kombination mit dem Multiplexer 28 die Meßfühler-Ausgangssignale x₁ bis x_n an die Addierschaltung 20 zur Verwendung bei der Steuerung des Prozesses 12, wenn die Meßfühler S₁ bis S_n richtig funktionieren, und liefert die Meßfühler-Ausgangssignale, die den störungsfreien Meßfühlern zugeordnet sind, gemeinsm mit dem Meßfühler-Schätzsignal
, das dem gestörten Meßfühler S_f zugeordnet ist, an die Addierschaltung 2 zur Nutzung bei der Steuerung des Prozesses 12, wenn der Meßfühler S_f gestört oder ausgefallen ist.
Allgemein führt der Meßfühleranalysator 26 von 4 eine Korrelationsanalyse wie etwa eine Hauptkomponentenanalyse (PCA) an den Meßfühler-Ausgangssignalen x₁ bis x_n durch, um (1) zu detektieren, ob ein oder mehr der Meßfühler S₁ bis S_n gestört sind, (2) zu erkennen, welcher/welche von den Meßfühlern S₁ bis S_n gestört ist, und (3) um ein Meßfühler-Schätzsignal x ^_f für jeden gestörten Meßfühler zu entwickeln, das als Ersatz des Meßfühler-Ausgangssignals des gestörten Meßfühlers bei der Steuerung des Prozesses 12 genutzt wird. Die Erfindung wird zwar im Zusammenhang mit der PCA beschrieben, aber stattdessen kann jede andere gewünschte Korrelationsanalyse angewandt werden, beispielsweise die multiple lineare Regressionsanalyse, die Hauptkomponenten-Regressionsanalyse und die Fehlerquadrat-Teilregressionsanalyse, die sämtlich im Stand der Technik bekannt und im einzelnen von Geladi, Kowalski in "Partial Least-Squares Regression: A Tutorial", 185 Analytica Chimica Acta 1 (1986) beschrieben werden.
Die Methode des Detektierens und Identifizierens eines gestörten Meßfühlers gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert oder simuliert allgemein eine Iterationsroutine, die Meßfühler-Schätzsignale x ^₁ bis x ^_n für die jeweiligen Meßfühler S₁ bis S_n berechnet. Bei dieser Iterationsroutine wird ein Meßfühler-Schätzsignal x_i für einen Sensor S_i während jeder einer Anzahl von Iterationen neu errechnet unter Anwendung der PCA-Technik, die durch die Gleichungen (1) und (2) definiert ist, wobei bei jeder Iteration das Meßfühler-Ausgangssignal x_i durch das Meßfühler-Schätzsignal Xi, das bei der vorhergehenden Iteration berechnet wurde, ersetzt wird. Die Iterationen der Routine werden theoretisch so oft wiederholt, bis das Meßfühler-Schätzsignal
einen asymptotischen Wert erreicht.
Wenn sämtliche Meßfühler-Schätzsignale x ^₁ bis x ^_n berechnet sind, berechnet das Verfahren zum Detektieren und Identifizieren eines gestörten Meßfühlers ein oder mehr Reste, die den Fehler zwischen den Meßfühler-Ausgangssignalen x₁ bis x_n und den berechneten Meßfühler-Schätzsignalen x ^₁ bis x ^_n messen, und berechnet dann einen Meßfühler-Gültigkeitsindex für jeden Meßfühler als eine Funktion des einen oder der mehreren Reste. Das Verfahren detektiert, ob ein Meßfühler gestört ist, aus dem Rest oder aus den Meßfühler-Gültigkeitsindizes und erkennt aus den Meßfühler-Gültigkeitsindizes, welcher Meßfühler gestört ist. Beim Detektieren und Identifizieren eines fehlerhaften Meßfühlers ersetzt das Verfahren das Meßfühler-Ausgangssignals des fehlerhaften Meßfühlers durch das für den fehlerhaften Meßfühler errechnete Meßfühler-Schätzsignal.
Das Ablaufdiagramm von 5 zeigt ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Detektieren und Identifizieren von gestörten Meßfühlern, das durch den Meßfühleranalysator 26 von 4 implementiert werden kann. Bei dem Verfahren gemäß 5 bestimmt ein Block 100 zuerst die Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizienten p_ij (wobei i zwischen 1 und der Anzahl m von Hauptkomponenten und j zwischen 1 und der Anzahl n von Meßfühlern liegt) für den Prozeß 12, dessen Parameter von den Meßfühlern S₁, S₂ ... S_n gemessen werden.
Ein Block 102 berechnet dann eine Menge von Hauptkomponenten-Kreuzkorrelationskoeffizienten c_rs (wobei r und s zwischen 1 und n liegen) wie folgt:
mit

crs: = einer der n²-Kreuzkorrelationskoeffizienten, die aus den Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizienten entwickelt sind;
pjr: = = der Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizient, der der j-ten Hauptkomponente und dem r-ten Meßfühler zugeordnet ist; und
pis: = der Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizient, der der i-ten Hauptkomponente und dem s-ten Meßfühler zugeordnet ist.

Gleichung (4) kann in Matrixform geschrieben werden als: c = PPT (5) mit

C: = eine n mal n Matrix, die die Kreuzkorrelationskoeffizienten c_rs für sämtliche r = 1 bis n und s = 1 bis n aufweist; und
P: = eine Zeilenmatrix einer Länge n, die n Mengen von m Hauptkomponenten-Gewichtungskoeffizienten aufweist.

Die Kreuzkorrelations-Koeffizientenmatrix C der Gleichung (5) kann als eine Menge von n Spaltenmatrizen wie folgt geschrieben werden: C = [C1C2...Cn] (6)wobei jede der Spaltenmatrizen C_i die Kreuzkorrelationskoeffizienten c_rs wie folgt aufweist:
Die von den Blöcken 100 und 102 durchgeführten Berechnungen können jederzeit vor oder während des Ablaufs des Prozesses 12 durchgeführt werden, und nach Wunsch kann die Menge von Kreuzkorrelationskoeffizienten c_rs für sämtliche Werte von r und s, d. h. die C-Matrix, in einem Speicher (nicht gezeigt), der dem Meßfühleranalysator 26 zugeordnet ist, zur Nutzung bei der Entwicklung der Meßfühler-Schätzsignale
bis x ^_n gespeichert werden.
Wie oben erläutert wird, liefert während des Ablaufs des Prozesses 12 jeder des Sets von Meßfühlern 16, die in 3 gezeigt sind, einen Meßfühler-Ausgangswert, der einen gemessenen Prozeßparameter anzeigt, an den Meßfühleranalysator 26, und zwar entweder periodisch oder kontinuierlich. Ein Block 104 dient dem Abtasten oder Zwischenspeichern dieser Meßfühler-Meßwerte, um die Meßfühler-Ausgangssignale x₁ bis x_n zu entwickeln.
Die Blöcke 106 bis 112 berechnen dann ein Meßfühler-Schätzsignal x ^_i für jeden der Meßfühler S₁ bis S_n. Der Block 106 setzt die Variable i gleich Eins (was bedeutet, daß das Meßfühler-Schätzsignal x ^₁ für den ersten Meßfühler S₁ zu berechnen ist), und ein Block 108 berechnet das Meßfühler-Schätzsignal x ^_i für den Sensor S_i wie folgt:
mit

x^i: = das Meßfühler-Schätzsignal, das dem i-ten Meßfühler zugeordnet ist;
xs: = das Meßfühler-Ausgangssignal des s-ten Meßfühlers; und
cis & cii: = der Kreuzkorrelationskoeffizient, der durch die unteren Indizes i und s identifiziert ist.

Gleichung (8) kann auch wie folgt geschrieben werden:
mit

Xi–: = eine Zeilenmatrix der Länge i-1, die die ersten i-1 Meßfühler-Ausgangssignale aufweist;
0: = ein Null-Matrixelement;
Xi+: = eine Zeilenmatrix der Länge n-i, die die letzten n-i Meßfühler-Ausgangssignale aufweist; und
Ci: = die i-te Spaltenmatrix der Matrix C von Gleichung (6).

Die Gleichungen (8) und (9) bestimmen den asymptotischen Wert von x ^_i, das durch die oben beschriebene Iterationsroutine entwickelt wird, ohne daß tatsächlich irgendwelche Iterationen durchgeführt werden. Die Interationsberechnungen könnten jedoch auch durchgeführt werden unter Nutzung von:
mit

x^inew: = das Meßfühler-Schätzsignal, das dem i-ten Meßfühler für die aktuelle Iteration zugeordnet ist; und
x^iold: = das Meßfühler-Schätzsignal, das dem i-ten Meßfühler für die vorhergehende Iteration zugeordnet ist.

Als nächstes prüft ein Block 110, ob für jeden Meßfühler ein Meßfühler-Schätzsignal bestimmt worden ist, d. h. ob die Variable i gleich der Anzahl n von Meßfühlern ist. Wenn nicht, inkrementiert ein Block 112 die Variable i um Eins und gibt die Steuerung wieder an den Block 108 zurück. Andernfalls sind für jeden der Meßfühler S₁ bis S_n Meßfühler-Schätzsignale berechnet worden, und die Steuerung geht weiter zu einem Block 114.
Der Block 114 kann einen oder mehrere Reste berechnen, die der berechneten Menge von Meßfühler-Schätzsignalen x ^₁ bis x ^_n und Meßfühler-Ausgangssignalen x₁ bis x₅ zugehörig sind. Ein Rest ist ein Maß für die Differenz zwischen einer Menge von Meßfühler-Schätzsignalen und einer Menge von tatsächlichen Meßfühler-Ausgangssignalen und kann auf jede bekannte oder gewünschte Weise berechnet werden. Einer oder mehrere der Reste können von dem Block 114 genutzt werden, um festzustellen, ob in einem der Meßfühler eine Störung aufgetreten ist, und/oder können genutzt werden, um festzustellen, welcher spezielle Meßfühler gestört ist.
Bevorzugt errechnet der Block 114 einen Rest A als die Summe der quadrierten Differenzen zwischen den Meßfühler-Ausgangssignalen und den berechneten Meßfühler-Schätzsignalen. Insbesondere bestimmt der Block 114 den Rest A wie folgt:
Alternativ oder zusätzlich kann der Block weitere Reste B_i, C_i, D_i und E_i für jeden bestimmten Meßfühler S_i berechnen, wobei:
Allgemein weist der Rest B_i eine Angabe der Differenz zwischen den Meßfühler-Ausgangssignalen und den Meßfühler-Schätzsignalen auf, die durch Ersatz des Meßfühler-Ausgangssignals x_i durch das Meßfühler-Schätzsignal x ^_i entwickelt worden sind. Der Rest C_i weist eine Angabe der Differenz zwischen den Meßfühler-Ausgangssignalen, bei denen das Meßfühler-Ausgangssignal x_i durch das Meßfühler-Schätzsignal x ^_i ersetzt wurde, und den Meßfühler-Schätzsignalen auf. Der Rest D_i weist eine Angabe der Differenz zwischen den Meßfühler-Ausgangssignalen und den Meßfühler-Ausgangssignalen auf, bei denen das Meßfühler-Ausgangssignal x_i durch das Meßfühler-Schätzsignal x ^_i ersetzt worden ist. Der Rest E_i bezeichnet die Differenz zwischen den Meßfühler-Ausgangssignalen, bei denen das Meßfühler-Ausgangssignal x_i durch das Meßfühler-Schätzsignal x ^_i ersetzt worden ist, und den Meßfühler-Schätzsignalen, die durch Ersatz des Meßfühler-Ausgangssignals x_i durch das Meßfühler-Schätzsignal x ^_i entwickelt worden sind. Der Block 114 kann irgendwelche anderen gewünschten Reste berechnen, die eine Differenz zwischen den Meßfühler-Ausgangssignalen und den Meßfühler-Schätzsignalen auf eine gleichbleibende und quantifizierbare Weise bezeichnen.
Nachdem der gewünschte Rest/die Reste berechnet sind, kann der Block 114 einen Rest mit einem vorbestimmten Wert vergleichen, um festzustellen, ob einer der Meßfühler gestört ist. Wenn der Rest größer als der vorbestimmte Wert ist, oder wenn der Rest irgendwelche anderen vorbestimmten Kriterien erfüllt, wenn beispielsweise der Mittelwert des Rests über eine Anzahl von Zeitintervallen größer als ein vorbestimmter Wert ist, dann detektiert der Block 114, daß einer der Meßfühler gestört ist.
Alternativ oder zusätzlich zu den Berechnungen des Blocks 114 berechnen die Blöcke 116 bis 122 einen Meßfühler-Gültigkeitsindex η für jeden der Meßfühler S₁ bis S_n. Dabei bezeichnet der Meßfühler-Gültigkeitsindex η_i für einen Meßfühler S_i die Gültigkeit des Meßfühlers S_i. Allgemein wird jeder Meßfühler-Gültigkeitsindex als eine Funktion von irgendwelchen zwei oder mehr Resten errechnet und wird stärker bevorzugt als eine Funktion des Verhältnisses von irgendwelchen zwei oder mehr Resten errechnet. Am meisten bevorzugt wird jeder Meßfühler-Gültigkeitsindex in dem Block 118 als eine Funktion des Verhältnisses des Rests E_i der Gleichung (15) zu dem Rest A von Gleichung (11) oder als ein Verhältnis des Rests D_i der Gleichung (14) gegenüber dem Rest A von Gleichung (11) wie folgt errechnet:
Insbesondere kann der Meßfühler-Gültigkeitsindex η_i für den Meßfühler S_i wie folgt errechnet werden:
Der Meßfühler-Gültigkeitsindex eines Meßfühlers, der tatsächlich gestört ist, nimmt über eine Reihe von Zeitintervallen gegen Null ab, während gleichzeitig die Meßfühler-Gültigkeitsindizes von störungsfreien Meßfühlern näher an Eins bleiben. Allgemein identifiziert das Verfahren nach 5 einen bestimmten Meßfühler als gestörten Meßfühler, wenn der diesem Meßfühler zugehörige Gültigkeitsindex unter einen vorbestimmten Wert wie etwa 0,5 fällt, obwohl jeder andere gewünschte vorbestimmte Wert stattdessen angewandt werden kann.
Falls gewünscht, filtert ein Block 120 den Meßfühler-Gültigkeitsindex η für jeden Meßfühler, um Rauschen in dem Meßfühler-Gültigkeitsindex zu verringern. Allgemein kann der Meßfühler-Gültigkeitsindex für jeden Meßfühler unter Anwendung einer Iterationstechnik gefiltert und wie folgt berechnet werden: η k = (1 – λ)η k-1 + ληk (18)mit

ηk: = dem Meßfühler-Gültigkeitsindex; einem bestimmten Meßfühler zu dem Zeitintervall k zugeordnet;
ηk: = dem gefilterten Meßfühler-Gültigkeitsindex, der zu dem Zeitintervall k einem bestimmten Meßfühler zugeordnet ist;
ηk-1: = dem gefilterten Gültigkeitsindex, der einem bestimmten Meßfühler zu dem Zeitintervall k-1 zugeordnet ist; und
λ: = dem Filterindex oder Vergißfaktor.

Bevorzugt wird der anfängliche Filterindex vorgegeben als:
mit

nw: = der Anzahl von Zeitintervallen innerhalb des Filterfensters;

η 1

Mit diesen Anfangsbedingungen dauert es n_w Zeitintervalle, um die Auswirkungen der Anfangsbedingungen aus dem gefilterten Meßfühler-Gültigkeitsindex η k zu eliminieren.
Falls gewünscht, kann adaptives Filtern auf den Meßfühler-Gültigkeitsindex für einige oder sämtliche Meßfühler S₁ bis S_n angewandt werden. Ein adaptives Filterfahren kann erhalten werden, indem der Filterindex λ wie folgt geändert wird: λnew = λold – αΔIfa (21)mit

λnew: = dem neuen Filterindex oder Vergißfaktor;
λold: = dem alten Filterindex oder Vergißfaktor;
α: = dem Lernkoeffizienten, der dem adaptiven Filtern zugeordnet ist, wenn die Falschalarmrate I_fa angewandt wird; und
ΔIfa: = der Änderungsrate der Falschalarmrate;

λnew = λold + βΔIma (22)

λnew: = dem neuen Filterindex oder Vergißfaktor;
λold: = dem alten Filterindex oder Vergißfaktor;
β: = dem Lernkoeffizienten, der dem adaptiven Filtern zugeordnet ist, wenn die fehlende Alarmrate I_ma angewandt wird; und
ΔIma: = der Änderungsrate der fehlenden Alarmrate.

In den Gleichungen (21) und (22) können die Lernkoeffizienten α und β nach jedem gewünschten Verfahren bestimmt oder vorgegeben werden, was die manuelle Bestimmung durch einen Bediener einschließt. Die Änderung in der Falschalarmrate ΔI_fa und die Änderung in der fehlenden Alarmrate ΔI_ma kann von einem Bediener bestimmt werden unter Anwendung eines Zählers oder einer anderen Einrichtung, die die Zahl von Falschalarmen I_fa und/oder die Zahl von fehlenden Alarmen I_ma, die durch das Verfahren erzeugt werden, verfolgt, und zwar gemeinsam mit dem Zeitintervall, in dem diese Falschalarme und/oder fehlenden Alarme auftraten, und der Änderungsrate dieser Werte über jeden vorbestimmten Zeitraum.
Nachdem die Blöcke 116 bis 122 die Meßfühler-Gültigkeitsindizes η₁ bis η_n, die den jeweiligen Meßfühlern S₁ bis S_n zugeordnet sind, für ein bestimmtes Zeitintervall berechnet haben, detektiert ein Block 124, ob einer der Meßfühler und welcher Meßfühler gestört ist, wobei die Meßfühler-Gültigkeitsindizes η₁ bis η_n genutzt werden. Der Block 124 kann aus den Meßfühler-Gültigkeitsindizes feststellen, welcher Meßfühler gestört ist, indem bestimmt wird, ob einer der Meßfühler-Gültigkeitsindizes unter einen vorbestimmten Wert gefallen ist, und wenn ja, indem der zugehörige Meßfühler als ein gestörter Meßfühler erkannt wird. Wenn beispielsweise von dem Block 114 bereits festgestellt worden ist, daß einer der Meßfühler gestört ist, können die Meßfühler-Gültigkeitsindizes außerdem oder alternativ miteinander verglichen werden, um festzustellen, welcher der Meßfühler S₁ bis S_n gestört ist.
Wenn festgestellt worden ist, daß eine Störung aufgetreten ist, und wenn keiner der Meßfühler-Gültigkeitsindizes einen vorbestimmten Wert unterschreitet oder signifikant niedriger als die anderen Meßfühler-Gültigkeitsindizes ist oder keiner der Meßfühler-Gültigkeitsindizes irgendein anderes gewünschtes Störungsdetektier- oder Identifikationskriterium erfüllt, ist die Identifikation des gestörten Meßfühlers unbestimmt, und der Meßfühler-Störungsstatus kann erst in einem späteren Zeitintervall bestimmt werden. Eine solche unbestimmte Situation tritt gewöhnlich über eine Reihe von Zeitintervallen auf, nachdem der Block 114 unter Nutzung eines Rests die Anwesenheit eines gestörten Meßfühlers detektiert hat. Allgemein gilt, daß es nach Detektieren der Anwesenheit eines gestörten Meßfühlers unter Nutzung eines Rests um so länger dauert zu erkennen, welcher Meßfühler gestört ist, je höher der Filtergrad ist, der bei einem Meßfühler-Gültigkeitsindex angewandt wird. Falls gewünscht, könnten die Meßfühler-Gültigkeitsindizes genutzt werden, um sowohl die Anwesenheit eines gestörten Meßfühlers zu detektieren als auch zu erkennen, welcher Meßfühler gestört ist. In einem solchen Fall könnte der Block 114 aus dem Verfahren nach 5 eliminiert werden.
Wenn die Blöcke 114 und/oder 124 nicht detektieren, daß einer der Meßfühler gestört ist, springt die Steuerung zum Block 104 zurück. Wenn jedoch einer der Blöcke 114 oder 124 detektiert, daß einer der Meßfühler gestört ist, informiert der Block 126 den Bediener über die Störung und informiert, falls möglich, den Bediener des speziellen gestörten Meßfühlers. Diese Information ermöglicht dem Bediener, den gestörten Meßfühler zu reparieren oder auszuwechseln.
Ein Block 128 erzeugt dann ein Steuersignal, das den Multiplexer 28 von 4 steuert, um das Meßfühler-Ausgangssignal x_f des gestörten Meßfühlers S_f durch das Meßfühler-Schätzsignal x ^_f zu ersetzen, das von dem Block 108 für diesen Meßfühler erzeugt wurde. Falls gewünscht, kann der Block 128 nach dem Detektieren eines gestörten Meßfühlers das berechnete Meßfühler-Schätzsignal x ^_f anstelle des Meßfühler-Ausgangssignals x_f des gestörten Meßfühlers S_f substituieren, bis der gestörte Meßfühler S_f repariert oder ausgewechselt ist. Der Block 128 gibt dann die Steuerung wieder an den Block 104 zurück, der die Meßfühler-Meßwerte für das nächste Zeitintervall abtastet. Die Schleife, die die Blöcke 104 bis 128 aufweist, wird während des Ablaufs des Prozesses 12 kontinuierlich wiederholt.
Der Signalaustauschvorgang, der von dem Block 128 durchgeführt wird, trägt dazu bei, die Integrität der von dem Prozeßregler 14 (3) erzeugten Steuersignale während der Steuerung des Prozesses 12 zu bewahren, weil diese Steuersignale auf Meßfühler-Schätzwerten und nicht auf fehlerhaften Meßfühler-Meßwerten, nachdem ein Meßfühler ausgefallen ist, basieren. Dieses Austauschverfahren kann in Verbindung mit anschließenden Berechnungen durch die die Blöcke 104 bis 128 aufweisende Schleife die Feststellung weiterer Störungen anderer Meßfühler ermöglichen, wenn solche Störungen auftreten, bevor der detektierte und identifizierte gestörte Meßfühler repariert oder ausgewechselt ist.
6 ist ein Diagramm des Meßfühler-Gültigkeitsindex für eine Gruppe von sechs Prozeßmeßfühlern, berechnet von einem System, das das Verfahren nach der Erfindung anwendet, und zwar zwischen den Zeitintervallen 510 und 630. 7 ist ein Diagramm des Rests A für dieselben sechs Meßfühler und Zeitintervalle. Die vertikalen gepunkteten Linien der 6 und 7 bezeichnen das Zeitintervall, in dem einer der Meßfühler (in 6 durch eine Strichlinie bezeichnet) fehlerhaft wurde. Der Punkt 200 in 7 zeigt das Zeitintervall, in dem das System, das entsprechend dem Verfahren der vorliegenden Erfindung betrieben wurde, eine Störung eines der Meßfühler auf der Basis des Vergleichs des Rests A mit einem Sollwert detektierte. Der Punkt 202 von 6 bezeichnet das Zeitintervall, in dem dasselbe System den speziellen gestörten Meßfühler auf der Basis eines Vergleichs der berechneten Meßfühler-Gültigkeitsindizes mit einem Sollwert identifizierte. Aus 6 ist ersichtlich, daß ein Ausfall eines der Meßfühler tatsächlich die Meßfühler-Gültigkeitsindizes der nichtgestörten Meßfühler näher gegen Eins treibt.
Es wird bevorzugt, einen Rest wie einen oder mehrere der oben angegebenen Reste A, B_i, C_i, D_i und/oder E_i zu nutzen, um die Überwachung in bezug auf eine Meßfühlerstörung auszuführen und dann, wenn auf der Basis dieses Rests ein gestörter Meßfühler detektiert wird, die berechneten Gültigkeitsindizes für jeden der Meßfühler zu nutzen, um zu erkennen, welcher Meßfühler gestört ist. Die Anwendung einer solchen Methodik zum Detektieren und Erkennen von gestörten Meßfühlern führt zu einer besseren Störungsdetektierung, weil die Reste weniger anfällig für Rauschen und sporadische Schwingungen als die Meßfühler-Gültigkeitsindizes sind und daher die Reste ein stabileres Ausgangssignal liefern, auf dem die Detektierung einer Meßfühlerstörung basieren kann. Tatsächlich haben die Meßfühler-Gültigkeitsindizes die Tendenz, sich im Normalbetrieb stärker zu ändern, d. h. sie haben einen größeren Abweichungsstandard um einen Normalwert herum als die Reste. Infolgedessen ist bei Anwendung der Meßfühler-Gültigkeitsindizes zur Erstbestimmung, ob in einem der Meßfühler eine Störung aufgetreten ist, die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Falschalarmen größer als bei bloßer Anwendung der Reste, um zu bestimmen, ob einer der Meßfühler gestört ist. Dieses zweistufige Detektier- und Erkennungsschema kann außerdem Einsparungen bei der Verarbeitung erbringen, weil es weniger Berechnungen benötigt, da es durch dieses Schema unnötig wird, die Meßfühler-Gültigkeitsindizes für jeden der Meßfühler in jedem Zeitintervall zu berechnen.
Tatsächlich erlaubt dieses Verfahren, daß die Meßfühler-Gültigkeitsindizes nur berechnet werden, wenn das System detektiert, daß einer der Meßfühler gestört ist, und zu diesem Zeitpunkt werden die Meßfühler-Gültigkeitsindizes benötigt, um zu erkennen, welcher Meßfühler gestört ist.
Das Ablaufdiagramm von 8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung zum Detektieren und Identifizieren von gestörten Meßfühlern, das ebenfalls mit dem Meßfühleranalysator 26 von 4 zu implementieren ist. Blöcke in 8, die im wesentlichen die gleiche Funktion wie Blöcke in 5 haben, sind identisch bezeichnet. Das Verfahren von 8 gleicht dem Verfahren von 5 mit der Ausnahme, daß die ein oder mehr Reste, die von dem Block 114 berechnet werden, von einem Block 130 genutzt werden, um zu detektieren, ob eine Meßfühlerstörung aufgetreten ist, und wenn keine Meßfühlerstörung aufgetreten ist, springt die Steuerung sofort zum Block 104 für das nächste Zeitintervall zurück. Wenn jedoch der Block 130 eine Meßfühlerstörung auf der Basis eines von dem Block 114 berechneten Rests detektiert, wird die Steuerung zu den Blöcken 116 bis 122 umgeschaltet, die für jeden Meßfühler den Meßfühler-Gültigkeitsindex berechnen. Wie oben erwähnt, kann der Block 120 die von dem Block 118 berechneten Meßfühler-Gültigkeitsindizes einem Filtervorgang unterziehen. Wenn jedoch Filtern angewandt werden soll, kann es bevorzugt werden, die Schritte der Blöcke 116 bis 122 selbst dann auszuführen, wenn der Block 130 feststellt, daß keiner der Meßfühler gestört ist.
Als nächstes stellt der Block 124 auf der Basis der Meßfühler-Gültigkeitsindizes η₁ bis η_n fest, welcher Meßfühler gestört ist. Wenn der gestörte Meßfühler von dem Block 124 identifiziert ist, löst der Block 126 einen hörbaren Alarm aus oder gibt einem Bediener eine Anzeige darüber, welcher Meßfühler gestört ist. Der Block 128 ersetzt dann den Ausgangswert des gestörten Meßfühlers durch das dem gestörten Meßfühler zugeordnete Meßfühler-Schätzsignal, wie es von dem Block 108 berechnet wurde. Nachdem der Block 128 diesen Austauschvorgang durchgeführt hat, oder es festgestellt worden ist, daß der fehlerhafte Meßfühler noch nicht identifiziert werden kann, springt die Steuerung zum Block 104 zur weiteren Abarbeitung zurück.
Das oben beschriebene Verfahren eignet sich zwar besonders zur Anwendung bei linearen Prozessen, es kann aber auch bei nichtlinearen Prozessen angewandt oder für die Anwendung nach bekannten Techniken modifiziert werden.
Jedes der Verfahren, die in den 5 und/oder 8 oder hier anderweitig beschrieben sind, kann in Hardware verkörpert werden oder in einem geeignet programmierten Digitalcomputer oder Prozessor implementiert werden, der mit Software entweder als separate Programme oder als Module eines gemeinsamen Programms programmiert ist. Ferner wird zwar die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezielle Beispiele beschrieben, die beispielhaft sind und die Erfindung nicht einschränken sollen, für den Fachmann auf diesem Gebiet ist aber ersichtlich, daß an den beschriebenen Ausführungsformen Änderungen, zusätzliche Maßnahmen und/oder Weglassungen erfolgen können, ohne daß dies eine Abweichung von Geist oder Umfang der Erfindung bedeutet.

Claims

Verfahren zum Detektieren eines fehlerhaften Messfühlers in einer Prozessablaufsteuerung, die ein Set von Messfühlern hat, die jeweils ein zugehöriges Messfühler-Ausgangssignal erzeugen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erzeugen einer Menge von Messfühler-Schätzsignalen aus den Messfühler-Ausgangssignalen, wobei jedes Messfühler-Schätzsignal einen Schätzwert des Ausgangswerts von einem der Messfühler aufweist; Bestimmen eines Gültigkeitsindex für einen Messfühler aus dem Set von Messfühlern als eine Funktion mindestens eines Rests, der für die Differenz zwischen den Messfühler-Schätzsignalen und den Messfühler-Ausgangssignalen bezeichnend ist; und Nutzen des dem einen der Messfühler zugeordneten Gültigkeitsindex, um festzustellen, ob der eine der Messfühler gestört ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens des Gültigkeitsindex ferner den Schritt aufweist: Bestimmen des Gültigkeitsindex als eine Funktion eines ersten und zweiten Rests, wobei der zweite Rest für die Differenz zwischen den Messfühler-Schätzsignalen und den Messfühler-Ausgangssignalen bezeichnend ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Bestimmens des Gültigkeitsindex den Schritt aufweist: Bestimmen des Gültigkeitsindex als eine Funktion eines Verhältnisses des ersten und zweiten Rests.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Bestimmens des Gültigkeitsindex den Schritt aufweist: Nutzen eines Rests, dessen Wert für die Summe der quadrierten Differenzen zwischen den Messfühler-Schätzsignalen und den Messfühler-Ausgangssignalen bezeichnend ist, um den Gültigkeitsindex zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Bestimmens des Gültigkeitsindex den Schritt aufweist: Nutzen eines Rests, dessen Wert von dem Messfühler, für den der Gültigkeitsindex bestimmt wird, abhängig ist, um den Gültigkeitsindex zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Erzeugens der Menge von Messfühler-Schätzsignalen den Schritt aufweist: Nutzen einer Menge von Gewichtungskoeffizienten, die für die Prozessablaufsteuerung entwickelt wurden, um die Messfühler-Schätzsignale zu erzeugen, und der Schritt des Bestimmens des Gültigkeitsindex den Schritt aufweist: Nutzen eines Rests, dessen Wert von einem Element einer Kreuzkorrelationsmatrix, die der Menge von Gewichtungskoeffizienten zugeordnet ist, abhängig ist, um den Gültigkeitsindex zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Erzeugens der Menge von Messfühler-Schätzsignalen den Schritt aufweist: Nutzen einer Menge von Gewichtungskoeffizienten, die für die Prozessablaufsteuerung entwickelt wurden, um die Messfühler-Schätzsignale zu berechnen, und der Schritt des Bestimmens des Gültigkeitsindex den Schritt aufweist: Berechnen eines Gültigkeitsindex η_i für einen i-ten Messfühler S_i wie folgt:
mit x_i = das Messfühler-Ausgangssignal des i-ten Sensors; x ^_i = das Messfühler-Schätzsignal, das dem i-ten Messfühler zugeordnet ist; n = die Anzahl von Messfühlern; und c_ii & c_hh = Kreuzkorrelationskoeffizienten, die aus der Menge von Gewichtungskoeffizienten entwickelt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens der Menge von Messfühler-Schätzsignalen den Schritt aufweist: Nutzen einer Menge von Gewichtungskoeffizienten, die durch eine Hauptkomponentenanalyse entwickelt sind, um die Menge von Messfühler-Schätzsignalen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Erzeugens der Menge von Messfühler-Schätzsignalen den Schritt aufweist: Berechnen eines asymptotischen Werts eines Messfühler-Schätzsignals für einen Messfühler aus dem Set von Messfühlern.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Erzeugens der Menge von Messfühler-Schätzsignalen den Schritt aufweist: Berechnen des asymptotischen Werts eines Messfühler-Schätzsignals x ^ für einen Messfühler S_i, der durch eine Iterationsroutine entwickelt werden würde, die den Wert des Messfühler-Schätzsignals x ^_i während jeder Iteration neu berechnet, unter Anwendung der Hauptkomponentenanalyse, wobei bei jeder Iteration ein Eingangswert der Iterationsroutine durch das in einer vorhergehenden Iteration berechnete Messfühler-Schätzsignal x ^_i ersetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Bestimmens des Gültigkeitsindex den Schritt aufweist: Nutzen eines Rests, dessen Wert eine Funktion eines Elements einer der Menge von Gewichtungskoeffizienten zugeordneten Kreuzkorrelationsmatrix ist, um den Gültigkeitsindex zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Erzeugens der Menge von Messfühler-Schätzsignalen den Schritt aufweist: Nutzen einer Menge von Gewichtungskoeffizienten, die durch eine nichtlineare Hauptkomponentenanalyse entwickelt sind, um die Menge von Messfühler-Schätzsignalen zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens des Gültigkeitsindex den Schritt aufweist: Nutzen eines Rests, dessen Wert eine Funktion der Differenz zwischen den Messfühler-Schätzsignalen und den Messfühler-Ausgangssignalen ist, wobei eines der Messfühler-Ausgangssignale durch eines der Messfühler-Schätzsignale ersetzt wird, um den Gültigkeitsindex zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt des Filterns des Gültigkeitsindex aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Filterns des Gültigkeitsindex den Schritt aufweist: Filtern des Gültigkeitsindex unter Anwendung einer Iterationsroutine.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Filterns des Gültigkeitsindex den Schritt aufweist: Filtern des Gültigkeitsindex auf eine adaptive Weise.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt aufweist: Benachrichtigen eines Bedieners, dass der eine der Messfühler gestört ist, wenn der eine Messfühler als gestört festgestellt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Prozessablaufsteuerung einen Prozess in Abhängigkeit von den Messfühler-Ausgangssignalen steuert, das ferner den folgenden Schritt aufweist: Ersetzen des Messfühler-Ausgangssignals eines Messfühlers, der als gestört festgestellt worden ist, durch das Messfühler-Schätzsignal, das dem als gestört festgestellten Messfühler zugeordnet ist, bevor die Prozessablaufsteuerung das Messfühler-Ausgangssignal des als gestört festgestellten Messfühlers zur Steuerung des Prozesses nutzt.
Verfahren zum Identifizieren eines fehlerhaften Messfühlers in einem Prozess, der eine Vielzahl von Messfühlern hat, die jeweils ein zugehöriges Messfühler-Ausgangssignal erzeugen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Anwenden einer Korrelationsanalyse, um eine Menge von Messfühler-Schätzsignalen aus den Messfühler-Ausgangssignalen zu bestimmen; Berechnen mindestens eines Rests, der eine Differenz zwischen den Messfühler-Ausgangssignalen und der Menge von Messfühler-Schätzsignalen bezeichnet; Feststellen aufgrund des mindestens einen Rests, ob einer der Messfühler fehlerhaft ist; Berechnen eines Gültigkeitsindex als eine Funktion des Rests für jeden der Messfühler, wenn einer der Messfühler als fehlerhaft festgestellt worden ist; und Identifizieren des speziellen Messfühlers, der fehlerhaft ist, aus den berechneten Gültigkeitsindizes.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Berechnens des Gültigkeitsindex den Schritt aufweist: Bestimmen des Gültigkeitsindex als eine Funktion eines ersten und zweiten Rests, wobei der zweite Rest eine andere Differenz zwischen der Menge von Messfühler-Schätzsignalen und den Messfühler-Ausgangssignalen bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt des Bestimmens des Gültigkeitsindex den Schritt aufweist: Bestimmen des Gültigkeitsindex als eine Funktion des Verhältnisses des ersten und zweiten Rests.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei der Schritt des Bestimmens des Gültigkeitsindex den Schritt aufweist: Nutzen eines Rests, dessen Wert eine Funktion des Messfühlers ist, für den der Gültigkeitsindex bestimmt wird, um den Gültigkeitsindex zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Erzeugens der Menge von Messfühler-Schätzsignalen den Schritt aufweist: Berechnen des asymptotischen Werts eines Messfühler-Schätzsignals x ^_i für einen Messfühler S_i, der durch eine Iterationsroutine entwickelt werden würde, die den Wert des Messfühler-Schätzsignals x ^_i während jeder Iteration neu berechnet, unter Anwendung der Hauptkomponentenanalyse, wobei bei jeder Iteration ein Eingangswert der Iterationsroutine durch das in einer vorhergehenden Iteration berechnete Messfühler-Schätzsignal x ^_i ersetzt wird.
Vorrichtung, die einen fehlerhaften Messfühler in einer Prozessablaufsteuerung detektiert, die ein Set von Messfühlern hat, von denen jeder ein zugehöriges Messfühler-Ausgangssignal erzeugt, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Erzeugen einer Menge von Messfühler-Schätzsignalen aus den Messfühler-Ausgangssignalen, wobei jedes Messfühler-Schätzsignal einen Schätzwert des Ausgangswerts eines der Messfühler aufweist; Einrichtungen zum Bestimmen eines Gültigkeitsindex für einen Messfühler aus der Menge von Messfühlern als eine Funktion mindestens eines Rests, der für eine Differenz zwischen den Messfühler-Schätzsignalen und den Messfühler-Ausgangssignalen bezeichnend ist; und eine Einrichtung, um aus dem bestimmten Gültigkeitsindex festzustellen, ob der einen Messfühler aus der Menge von Messfühlern fehlerhaft ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Bestimmungseinrichtung Recheneinrichtung aufweist, um den Gültigkeitsindex als eine Funktion eines ersten und zweiten Rests zu berechnen, wobei der zweite Rest eine andere Differenz zwischen den Messfühler-Schätzsignalen und den Messfühler-Ausgangssignalen bezeichnet.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Recheneinrichtung den Gültigkeitsindex als eine Funktion eines Verhältnisses des Rests und des ersten und zweiten Rests berechnen.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Recheneinrichtung den Gültigkeitsindex als eine Funktion des zweiten Rests berechnen, wobei der zweite Rest einen Wert hat, der von dem Messfühler, für den der Gültigkeitsindex bestimmt wird, abhängig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Erzeugungseinrichtung eine Menge von Gewichtungskoeffizienten, die für die Prozessablaufsteuerung entwickelt sind, nutzt, um die Messfühler-Schätzsignale zu berechnen, und die Recheneinrichtung den Gültigkeitsindex als eine Funktion des zweiten Rests berechnet, wobei der zweite Rest einen Wert hat, der von einem Kreuzkorrelationskoeffizienten, der der Menge von Gewichtungskoeffizienten zugeordnet ist, abhängig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Erzeugungseinrichtung die Menge von Messfühler-Schätzsignalen unter Nutzung einer Menge von Gewichtungskoeffizienten, die durch eine Hauptkomponentenanalyse entwickelt wurden, erzeugt und eine Einrichtung aufweist, um einen asymptotischen Wert eines Messfühler-Schätzsignals x ^_i für einen Messfühler S_i, der durch eine Iterationsroutine entwickelt werden würde, die den Wert des Messfühler-Schätzsignals x ^_i während jeder Iteration neu berechnet, unter Anwendung der Hauptkomponentenanalyse zu berechnen, wobei bei jeder Iteration ein Eingangswert der Iterationsroutine durch das in einer vorhergehenden Iteration berechnete Messfühler-Schätzsignal x ^_i ersetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Erzeugungseinrichtung eine Menge von Gewichtungskoeffizienten anwendet, die für die Prozessablaufsteuerung entwickelt wurden, um die Messfühler-Schätzsignale zu erzeugen, und die Bestimmungseinrichtung Mittel aufweist, um einen Gültigkeitsindex η_i für einen i-ten Messfühler S_i wie folgt zu berechnen:
mit x_i = das Messfühler-Ausgangssignal des i-ten Sensors; x ^_i = das Messfühler-Schätzsignal, das dem i-ten Messfühler zugeordnet ist; n = die Anzahl von Messfühlern; und c_ii & c_hh = Kreuzkorrelationskoeffizienten, die aus der Menge von Gewichtungskoeffizienten entwickelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 24, die ferner Mittel zum Filtern des Gültigkeitsindex aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die Filtermittel Mittel aufweisen, um den Gültigkeitsindex durch Iteration zu filtern.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die Filtermittel Mittel aufweisen, um den Gültigkeitsindex adaptiv zu filtern.
Vorrichtung nach Anspruch 24, die ferner Mittel aufweist, um einen Bediener über die Identität des fehlerhaften Messfühlers in Kenntnis zu setzen, wenn die Feststellungseinrichtung feststellt, dass der eine der Messfühler fehlerhaft ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Prozessablaufsteuerung einen Prozess in Abhängigkeit von den Messfühler-Ausgangssignalen steuert und die Vorrichtung ferner Mittel aufweist zum Ersetzen des Messfühler-Ausgangssignals eines Messfühlers, der als gestört festgestellt worden ist, durch das Messfühler-Schätzsignal, das dem als gestört festgestellten Messfühler zugeordnet ist, bevor die Prozessablaufsteuerung das Messfühler-Ausgangssignal des als gestört festgestellten Messfühlers zur Steuerung des Prozesses nutzt.
Vorrichtung zum Identifizieren eines fehlerhaften Messfühlers in einem Prozess, der eine Vielzahl von Messfühlern hat, die jeweils ein zugehöriges Messfühler-Ausgangssignal erzeugen, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Implementieren einer Korrelationsanalyse, um eine Menge von Messfühler-Schätzsignalen aus den Messfühler-Ausgangssignalen zu bestimmen; eine Einrichtung zum Berechnen mindestens eines Rests, der für eine Differenz zwischen den Messfühler-Ausgangssignalen und der Menge von Messfühler-Schätzsignalen bezeichnend ist; eine Einrichtung, um aus dem mindestens einen Rest zu bestimmen, ob einer der Messfühler gestört ist; eine Einrichtung zum Entwickeln eines Gültigkeitsindex als eine Funktion des mindestens einen Rests für jeden der Messfühler, wenn einer der Messfühler als fehlerhaft bestimmt worden ist; und eine Einrichtung zum Identifizieren eines bestimmten Messfühlers, der fehlerhaft ist, aus den berechneten Gültigkeitsindizes.
Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Entwicklungseinrichtung den Gültigkeitsindex für einen Messfühler als eine Funktion eines ersten und zweiten Rests entwickelt, wobei der zweite Rest für eine andere Differenz zwischen den Messfühler-Schätzsignalen und den Messfühler-Ausgangssignalen bezeichnend ist.
Vorrichtung nach Anspruch 37, wobei die Entwicklungseinrichtung den Gültigkeitsindex für einen Messfühler als eine Funktion des Verhältnisse des ersten und zweiten Rests entwickelt.
Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei die Prozessablaufsteuerung einen Prozess in Abhängigkeit von den Messfühler-Ausgangssignalen steuert und die Vorrichtung ferner eine Einrichtung aufweist zum Ersetzen des Messfühler-Ausgangssignals des bestimmten Messfühlers, der von der Identifikationseinrichtung als fehlerhaft erkannt worden ist, durch das Messfühler-Schätzsignal, das dem als fehlerhaft erkannten bestimmten Messfühler zugeordnet ist, bevor die Prozessablaufsteuerung das Messfühler-Ausgangssignal des als fehlerhaft erkannten bestimmten Messfühlers bei der Steuerung des Prozesses nutzt.
Vorrichtung nach Anspruch 39, die ferner Mittel aufweist, um einen Bediener über die Identität des bestimmten Messfühlers, der von der Identifikationseinrichtung als fehlerhaft erkannt worden ist, zu unterrichten.