DE60206884T2

DE60206884T2 - Gemeinsame Benutzung von Daten iner Prozessanlage

Info

Publication number: DE60206884T2
Application number: DE60206884T
Authority: DE
Inventors: Evren Eryurek; D. Trevor SCHLEISS; Stuart Harris
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2022-03-02
Also published as: EP1364263B1; WO2002071173A2; CN1494671A; EP1364263A2; JP2009020896A; US7346404B2; DE60206884D1; CN1324420C; JP2004533036A; WO2002071173A3; US20030028268A1

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Das vorliegende Dokument beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Anmeldungs-Nr. 60/273 164, angemeldet am 1. März 2001. Ferner ist dieses Dokument eine Fortsetzung der US-Patentanmeldung mit der Anmeldungs-Nr. 09/953 811, angemeldet am 17. September 2002 mit dem Titel "Fusion of Process Performance Monitoring with Process Equipment Monitoring and Control", die hier summarisch eingeführt wird.
TECHNOLOGIEGEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft allgemein Prozeßsteuerungs- und -wartungssysteme in Verarbeitungsbetrieben und insbesondere den Gebrauch eines koordinierten Expertensystems, das Daten von einer Vielzahl von Datenquellen innerhalb eines Verarbeitungsbetriebs sammelt und neu verteilt.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Prozeßsteuersysteme wie etwa solche, die in Chemie-, Erdöl- oder anderen Prozessen verwendet werden, haben typischerweise eine oder mehrere zentrale oder dezentrale Prozeßsteuereinheiten, die mit wenigstens einem Hauptrechner oder einer Bedienerworkstation und mit einer oder mehreren Pxozeßsteuer- und -instxumentierungseinrichtungen wie etwa Feldeinrichtungen über analoge, digitale oder kombinierte Analog-/Digitalbusse kommunikativ gekoppelt sind. Feldeinrichtungen, die beispielsweise Ventile, Ventilpositionierer, Schalter, Meßwertumformer und Sensoren (z. B. Temperatur-, Druck- und Durchflußratensensoren) sein können, führen Funktionen innerhalb des Prozesses aus wie etwa das Öffnen oder Schließen von Ventilen und das Messen von Prozeßparametern. Die Prozeßsteuereinheit empfängt Signale, die Prozeßmessungen oder Prozeßvariablen bezeichnen, die von den Feldeinrichtungen durchgeführt oder den Feldeinrichtungen zugeordnet sind, und/oder andere Informationen, welche die Feldeinrichtungen betreffen, nutzt diese Informationen zur Implementierung einer Steuerroutine und erzeugt dann Steuersignale, die über einen oder mehrere der Busse an die Feldeinrichtungen übertragen werden, um die Operation des Prozesses zu steuern. Informationen von den Feldeinrichtungen und der Steuereinheit werden charakteristisch einer oder mehreren Anwendungen zur Verfügung gestellt, die von einer Bedienerworkstation ausgeführt werden, um einem Bediener zu erlauben, gewünschte Funktionen in bezug auf den Prozeß auszuführen, etwa das Betrachten des aktuellen Zustands des Prozesses, Modifizieren des Prozeßbetriebs usw.
Ein typisches Prozeßsteuersystem hat zwar viele Prozeßsteuer- und -instrumentierungseinrichtungen wie etwa Ventile, Meßwertumformer, Sensoren usw., die mit einer oder mehreren Prozeßsteuereinheiten verbunden sind, die Software ausführen, welche diese Einrichtungen im Betrieb des Prozesses steuern, es gibt jedoch viele andere unterstützende Einrichtungen, die für den Prozeßbetrieb ebenfalls notwendig sind oder damit in Zusammenhang stehen. Diese zusätzlichen Einrichtungen umfassen beispielsweise Energieversorgungsgeräte, Energieerzeugungs- und -verteilungseinrichtungen, Rotationsvorrichtungen wie etwa Turbinen usw., die in einem typischen Betrieb an zahlreichen Stellen angeordnet sind. Diese zusätzlichen Einrichtungen erzeugen oder nutzen zwar nicht unbedingt Prozeßvariablen und sind in vielen Fällen nicht von einer Prozeßsteuereinheit gesteuert oder damit gekoppelt, um den Prozeßablauf zu beeinflussen, aber diese Einrichtungen sind dennoch für den ordnungsgemäßen Ablauf des Prozesses wichtig und letztlich notwendig. In der Vergangenheit waren diese anderen Einrichtungen jedoch den Prozeßsteuereinheiten nicht unbedingt bekannt bzw. die Prozeßsteuereinheiten gingen einfach davon aus, daß diese Einrichtungen ordnungsgemäß arbeiteten, wenn die Prozeßsteuerung durchgeführt wurde.
Ferner sind vielen Verarbeitungsbetrieben andere Rechner zugeordnet, die Anwendungen ausführen, die auf Geschäftsfunktionen oder Wartungsfunktionen bezogen sind.
Beispielsweise weisen manche Betriebe Computer auf, die Anwendungen ausführen, die dem Bestellen von Rohstoffen, Ersatzteilen oder Einrichtungen für die Anlage dienen, oder Anwendungen ausführen, die Verkaufsprognosen und Fertigungsbedarf betreffen, usw. Ebenso weisen viele Verarbeitungsbetriebe und speziell solche, die intelligente Feldeinrichtungen verwenden, Anwendungen auf, die verwendet werden, um die Überwachung und Wartung der Einrichtungen innerhalb des Betriebs ohne Rücksicht darauf zu unterstützen, ob diese Einrichtungen Prozeßsteuerungs- und -instrumentierungseinrichtungen oder andere Arten von Einrichtungen sind. Beispielsweise erlaubt die Anwendung Asset Management Solutions (AMS), die von Fisher-Rosemount Systems, Inc. verkauft wird, die Kommunikation mit Feldeinrichtungen und speichert Feldeinrichtungen betreffende Daten, um den Betriebszustand der Feldeinrichtungen festzustellen und zu verfolgen. Ein Beispiel eines solchen Systems ist in der US-PS 5 960 214 mit dem Titel "Integrated Communication Network für Use in a Field Device Management System" angegeben. In manchen Fällen kann die AMS-Anwendung dazu verwendet werden, mit Einrichtungen zu kommunizieren, um Parameter innerhalb der Einrichtung zu ändern, die Einrichtung zu veranlassen, Anwendungen wie etwa Selbstkalibrierungsroutinen oder Selbstdiagnoseroutinen an sich selber auszuführen, Informationen über den Zustand oder die Gesundheit der Einrichtung zu gewinnen usw. Diese Informationen können gespeichert und von einer Wartungsperson genutzt werden, um diese Einrichtungen zu überwachen und zu warten. Ebenso gibt es andere Arten von Anwendungen, die dazu dienen, andere Arten von Einrichtungen wie etwa Rotationseinrichtungen und Energieerzeugungs- und -versorgungseinrichtungen zu überwachen. Diese anderen Anwendungen sind typischerweise für das Wartungspersonal verfügbar und dienen zur Überwachung und Unterhaltung der Einrichtungen innerhalb eines Verarbeitungsbetriebs. In vielen Fällen führen jedoch fremde Dienstleistungsorganisationen eventuell Dienstleistungen aus, die auf die Überwachung des Prozeßablaufs und der Prozeßeinrichtungen bezogen sind. In diesen Fällen erfassen die fremden Dienstleistungsorganisationen die von ihnen benötigten Daten, führen typischerweise firmeneigene Anwendungen aus, um die Daten zu analysieren, und versorgen das Personal des Verarbeitungsbetriebs nur mit Resultaten und Empfehlungen. Dies ist zwar hilfreich, aber das Betriebspersonal hat nur wenig oder keine Möglichkeiten, die gemessenen Rohdaten zu betrachten oder die Analysedaten auf eine andere Weise zu nutzen.
In dem typischen Betrieb oder Prozeß sind jedoch die Funktionen, die den Prozeßsteueraktivitäten, den Wartungs- und Überwachungsaktivitäten für Einrichtungen und Geräte zugeordnet sind, und die Geschäftsaktivitäten voneinander getrennt, und zwar sowohl hinsichtlich des Orts, an dem diese Aktivitäten stattfinden, als auch in bezug auf das Personal, das diese Aktivitäten typischerweise ausführt. Außerdem verwenden die verschiedenen Personen, die mit diesen verschiedenen Funktionen befaßt sind, im llgemeinen unterschiedliche Werkzeuge wie etwa unterschiedliche Anwendungen, die auf verschiedenen Computern laufen, um die verschiedenen Funktionen auszuführen. In vielen Fällen sammeln oder nutzen diese verschiedenen Werkzeuge unterschiedliche Datentypen, die den Einrichtungen oder Geräten innerhalb des Prozesses zugeordnet sind oder von diesen gesammelt werden, und sind verschieden eingerichtet, um die von ihnen benötigten Daten zu sammeln. Prozeßsteuerungs-Bedienpersonen beispielsweise, die allgemein den täglichen Ablauf des Betriebs beaufsichtigen und hauptsächlich dafür verantwortlich sind, daß Güte und Kontinuität des Prozeßbetriebs sichergestellt sind, beeinflussen den Prozeß typischerweise durch Einstellen und Ändern von Sollwerten innerhalb des Prozesses, durch Abstimmen von Pxozeßschleifen, zeitliches Planen von Prozeßoperationen wie etwa Chargenbetrieb usw. Diese Prozeßsteuerungs-Bedienpersonen können verfügbare Werkzeuge für die Diagnose und Korrektur von Prozeßsteuerungsproblemen innerhalb eines Prozeßsteuerungssystem verwenden, was beispielsweise automatische Abstimmeinrichtungen, Schleifenanalysatoren, Neuronennetzsysteme usw. umfaßt. Prozeßsteuerungs-Bedienpersonen empfangen ferner Prozeßvariableninformation von dem Prozeß über eine oder mehrere Prozeßsteuereinheiten, die den Bedienpersonen Informationen über den Ablauf des Prozesses liefern, was auch innerhalb des Prozesses erzeugte Alarme einschließt. Diese Informationen können der Prozeßsteuerungs-Bedienperson über eine Standard-Benutzerschnittstelle zugänglich gemacht werden.
Außerdem ist es derzeit bekannt, eine Expertenmaschine vorzusehen, die Prozeßsteuervariablen und begrenzte Informationen über den Betriebszustand der Steuerroutinen oder Funktionsblöcke oder Module nutzt, die zu Prozeßsteuerroutinen gehören, um nicht perfekt laufende Schleifen zu detektieren und einem Bediener Informationen über vorgeschlagene Maßnahmen zur Korrektur des Problems zu liefern. Eine solche Expertenmaschine ist in der US-Patentanmeldung mit der Anmeldungs-Nummer 09/256 585 mit dem Titel "Diagnostics in a Process Control System", angemeldet am 22. Februar 1999, und in der US-Patentanmeldung mit der Anmeldungs-Nr. 09/499 445 mit dem Titel "Diagnostic Expert in a Process Control System", angemeldet am 7. Februar 2000, angegeben; beide Dokumente werden hier summarisch eingeführt. Ebenso ist es bekannt, Steuerungsoptimierer wie etwa Echtzeitoptimierer in einem Betrieb laufen zu lassen, um die Steueraktivitäten des Verarbeitungsbetriebs zu optimieren. Diese Optimierer nutzen typischerweise komplexe Modelle des Betriebs, um vorherzusagen, wie Eingaben geändert werden können, um die Operation des Betriebs in bezug auf eine gewünschte Optimierungsvariable wie beispielsweise den Gewinn zu optimieren.
Andererseits verwendet Wartungspersonal, das hauptsächlich dafür verantwortlich ist sicherzustellen, daß die eigentlichen Einrichtungen innerhalb des Prozesses effizient arbeiten und fehlerhaft arbeitende Einrichtungen repariert und ausgetauscht werden, Werkzeuge wie etwa Wartungsschnittstellen, die oben erwähnte AMS-Anwendung sowie viele andere Diagnosewerkzeuge, die Informationen über Betriebszustände der Einrichtungen innerhalb des Prozesses liefern. Wartungspersonal besorgt auch die zeitliche Planung von Wartungsaktivitäten, die das Abschalten von Bereichen des Betriebs erfordern können. Bei vielen neueren Arten von Prozeßeinrichtungen und -geräten, allgemein als intelligente Feldeinrichtungen bezeichnet, können die Einrichtungen selber Detektions- und Diagnosewerkzeuge aufweisen, die automatisch Probleme mit dem Betrieb der Einrichtung erfassen und diese Probleme automatisch über eine Standard-Wartungsschnittstelle an eine Wartungsperson berichten. Beispielsweise meldet die AMS-Software den Einrichtungsstatus und Diagnoseinformation an die Wartungsperson und stellt die Kommunikation und sonstige Werkzeuge bereit, die es der Wartungsperson ermöglichen zu bestimmen, was in Einrichtungen geschieht, und auf von Einrichtungen gelieferte Einrichtungsinformationen zuzugreifen. Typischerweise befinden sich Wartungsschnittstellen und Wartungspersonal entfernt von den Prozeßsteuerungs-Bedienpersonen, obwohl dies nicht immer der Fall ist. Beispielsweise können in einigen Verarbeitungsbetrieben die Prozeßsteuerungs-Bedienpersonen die Aufgaben von Wartungspersonen wahrnehmen oder umgekehrt, oder die verschiedenen Personen, die für diese Funktionen zuständig sind, können dieselbe Schnittstelle nutzen.
Außerdem befinden sich Personen, die für Geschäftsanwendungen verantwortlich sind, und Anwendungen, die für Geschäftsanwendungen verwendet werden, etwa für das Bestellen von Teilen, Betriebsmitteln, Rohstoffen usw., und die strategische Geschäftsentscheidungen wie etwa die Wahl der Produkte, die hergestellt werden sollen, der Variablen zur Optimierung innerhalb des Betriebs usw. typischerweise in Büros des Betriebs, die sowohl von den Prozeßsteuerungs-Schnittstellen als auch den Wartungsschnittstellen abgesetzt sind. Ebenso möchten Manager oder andere Personen vielleicht Zugang zu bestimmten Informationen innerhalb des Verarbeitungsbetriebs von entfernten Orten aus oder von anderen Computersystemen aus, die dem Verarbeitungsbetrieb zugeordnet sind, erhalten, um sie für die Übersicht über den Betrieb und für das Fällen von strategischen Langzeitentscheidungen zu nutzen.
Außerdem werden manche Aufgaben wie etwa das Überwachen von Geräten, das Prüfen der Funktion von Einrichtungen, das Bestimmen, ob der Betrieb auf optimale Weise abläuft usw. von externen Beratern oder Dienstleistungsgesellschaften ausgeführt, welche die erforderlichen Daten messen, eine Analyse ausführen und dann nur die Analyseergebnisse an das Betriebspersonal zurückmelden. In diesen Fällen werden die Daten typischerweise auf firmeneigene Weise gesammelt und gespeichert und dem Betriebspersonal nur selten aus anderen Gründen zur Verfügung gestellt.
Da meistens sehr unterschiedliche Anwendungen, die zur Durchführung der verschiedenen Funktionen innerhalb eines Betriebs dienen, z. B. für Prozeßsteueroperationen, Wartungsoperationen und Geschäftsoperationen, getrennt vorgesehen sind, sind die verschiedenen Anwendungen, die für diese verschiedenen Aufgaben genutzt werden, nicht integriert und teilen Daten oder Informationen nicht miteinander. Tatsächlich haben viele Betriebe eventuell nur einige, aber nicht sämtliche dieser verschiedenen Arten von Anwendungen. Aber auch dann, wenn alle Anwendungen innerhalb eines Betriebs vorhanden sind, gibt es, weil verschiedenes Personal diese verschiedenen Anwendungen und Analysewerkzeuge nutzt und weil diese Werkzeuge im allgemeinen sich an unterschiedlichen Hardwareorten innerhalb des Betriebs befinden, nur wenig oder keinen Informationsfluß von einem Funktionsbereich des Betriebs zu einem anderen, auch wenn diese Information für andere Funktionen innerhalb des Betriebs nützlich sein kann. Beispielsweise kann ein Werkzeug wie etwa ein Rotationsgerätedaten-Analysewerkzeug von einer Wartungsperson genutzt werden, um einen nicht perfekt funktionierenden Energieerzeuger oder einen Abschnitt eines Rotationsgeräts zu detektieren (basierend auf Daten eines Nicht-Prozeßvariablentyps). Dieses Werkzeug kann ein Problem detektieren und die Wartungsperson aufmerksam machen, daß die Einrichtung kalibriert, repariert oder ausgetauscht werden muß. Der Prozeßsteuerungs-Bediener (entweder ein Mensch oder ein Softwareexperte) erhält jedoch diese Information nicht, obwohl die schlecht funktionierende Einrichtung ein Problem verursachen kann, das eine Schleife oder eine andere Komponente beeinträchtigt, die mit dem Prozeßsteuervorgang überwacht wird. Ebenso ist der für das Geschäftliche zuständigen Person diese Tatsache nicht bekannt, obwohl die gestörte Einrichtung für die Optimierung kritisch ist und eine Optimierung des Betriebs in einer Weise, welche die Geschäftsperson wünscht, eventuell verhindert. Da der Prozeßsteuerexperte ein Einrichtungsproblem nicht kennt, das letztlich ein schlechtes Betriebsverhalten einer Schleife oder Einheit in dem Prozeßsteuersystem verursachen kann, und weil der Prozeßsteuerbediener oder Experte davon ausgeht, daß diese Einrichtung perfekt funktioniert, kann der Prozeßsteuerexperte das Problem, das er innerhalb der Prozeßsteuerschleife detektiert, falsch diagnostizieren oder kann versuchen, ein Werkzeug wie etwa eine Schleifenabstimmeinheit anzuwenden, die das Problem niemals wirklich korrigieren kann. Ebenso kann die Geschäftsperson eventuell eine geschäftliche Entscheidung treffen, den Betrieb auf eine Weise auszuführen, welche die gewünschten geschäftlichen Auswirkungen (etwa die Gewinnoptimierung) wegen der gestörten Einrichtung nicht erreichen kann.
Infolge der Häufigkeit der Datenanalyse und anderer Detektions- und Diagnosewerkzeuge, die in der Prozeßsteuerumgebung verfügbar sind, gibt es eine Menge Informationen über die Gesundheit und Leistungsfähigkeit von Einrichtungen, die für die Wartungsperson verfügbar sind und für den Prozeßbediener und die Geschäftspersonen hilfreich sein könnten. Ebenso gibt es eine Menge Informationen, die dem Prozeßbediener zur Verfügung stehen und den aktuellen Betriebsstatus der Prozeßsteuerschleifen und anderer Routinen betreffen und für die Wartungsperson oder die Geschäftsperson hilfreich sein könnten. Ebenso gibt es Informationen, die im Lauf der Durchführung der Geschäftsfunktionen erzeugt oder genutzt werden und für die Wartungsperson oder den Prozeßsteuerbediener bei der Optimierung des Prozeßablaufs hilfreich sein könnten. Da diese Funktionen aber bisher voneinander getrennt sind, wurde die in einem Funktionsbereich erzeugte oder gesammelte Information in anderen Funktionsbereichen entweder überhaupt nicht oder nicht besonders gut genutzt, was zu einer insgesamt suboptimalen Nutzung der Anlagen innerhalb von Verarbeitungsbetrieben führte.
US 5 311 562 betrifft eine Anlage, die ein Informationssystem hat, in dem das Datensammeln gemeinsam für jede Abteilung innerhalb eines Betriebs erfolgt. Daten, die von Sensoren innerhalb des Betriebs erzeugt werden, werden über mehrere gemeinsame Anschlüsse an relevante Abteilungen übertragen. Diese Abteilungen erhalten somit Daten unter Verwendung desselben Kommunikationsmechanismus, der unter Nutzung desselben Protokolls erhalten wird.
US 5 325 522 zeigt ein System, das eine einzige Datenbank verwendet, von der eine Reihe von Aufgaben Daten erhalten können. Das Sammeln von Daten innerhalb dieses Systems ist auf das Sammeln von nur der einen Quelle beschränkt und umfaßt auf keinen Fall eine Dienstleistungs- oder andere Anwendungsquelle. Dieses Dokument lehrt speziell, daß jede Kommunikation mit weiteren Einrichtungen unter Verwendung desselben Kommunikationsprotokolls vorgenommen werden muß.
Keines der obigen Dokumente betrifft ein System oder Verfahren, um Daten für Prozeßsteuerungs- oder -wartungsanwendungen zugänglich zu machen, wobei diese wirksam sind, um über ein zweites Protokoll zu kommunizieren, das von dem ersten Protokoll, das zur Verbindung mit der Datenquelle verwendet wird, verschieden ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verarbeitungsbetrieb verwendet einen Anlagennutzungsexperten zum Sammeln von Daten oder Informationen, welche die Anlagen des Verarbeitungsbetriebs betreffen, von verschiedenen Quellen oder Funktionsbereichen des Betriebs.
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Sammeln und Nutzen dieser Daten innerhalb des Verarbeitungsbetriebs. Das Verfahren weist die Schritte auf:
Sammeln von Daten von einer Vielzahl von Datenquellen innerhalb des Verarbeitungsbetriebs, wobei die Vielzahl von Datenquellen eine Dienstanwendung aufweist, die von einem Dienstanbieter für den Verarbeitungsbetrieb implementiert ist und über ein erstes Protokoll kommuniziert; Speichern der gesammelten Daten in einer Datenbank und Zugänglichmachen dieser gespeicherten Daten für eine oder mehrere Prozeßsteueranwendungen oder -wartungsanwendungen innerhalb des Verarbeitungsbetriebs. Diese Anwendungen kommunizieren über ein zweites Protokoll, das von dem ersten Protokoll verschieden ist.
Schließlich werden die gespeicherten Daten für die Dienstanwendung zugänglich gemacht.
Weitere Ausführungsformen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockbild eines Verarbeitungsbetriebs, der einen Anlagennutzungsexperten hat, der konfiguriert ist, um den Datentransfer zwischen vielen Funktionsbereichen des Betriebs zu empfangen und zu koordinieren;
2 ist ein Daten- und Informationsflußdiagramm in bezug auf den Anlagennutzungsexperten in dem Betrieb von 1;
3 ist ein Blockbild eines Modells, das zur Simulation der Operation eines Bereichs innerhalb eines Betriebs verwendet wird;
4 ist ein Blockbild eines Modells, das zur Simulation der Operation einer Einheit in dem Bereichsmodell von 3 verwendet wird;
5 ist ein zweidimensionales Leistungsüberwachungsschema;
6 ist ein Diagramm einer beispielhaften Fiduzialkurve, die zum Gebrauch in einem Ofen ausgewählt ist, und einer Verkokungsrate, die auf dieser Fiduzialkurve basiert;
7 ist ein Diagramm, das die Entwicklung einer neuen Verkokungsrate auf der Basis der Fiduzialkurve von 6 zeigt;
8 ist eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das eine Einheit in einem Prozeßsteuersystem darstellt, die von einer grafischen Benutzeroberfläche angezeigt werden kann;
9 ist eine beispielhafte Tabelle, die eine Art und Weise zeigt, wie Indexe für unterschiedliche Ebenen einer Systemhierarchie erzeugt werden können;
10 ist eine beispielhafte Tabelle, die eine Art und Weise zeigt, wie ein Leistungsindex für eine Einheit berechnet werden kann;
11 ist eine beispielhafte Tabelle, die eine Art und Weise zeigt, wie Indexwerte genutzt werden können, um einen neuen Indexwert als htetes Mittel der Indexwerte zu berechnen;
12 ist eine beispielhafte Tabelle, die eine Art und Weise zeigt, wie ein Variabilitätsindex für eine Einheit berechnet werden kann;
13 ist ein beispielhaftes Display, das von einer grafischen Benutzeroberfläche in Abhängigkeit von einem abnormalen Variabilitätsindex bereitgestellt werden kann;
14 ist ein beispielhaftes Display der Daten, die zum Erzeugen eines Variabilitätsindex genutzt werden;
15 ist ein beispielhaftes Diagramm eines Displays, das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt werden kann;
16 ist ein beispielhaftes Diagramm, das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt werden kann;
17 ist eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer die Betrachtung von Auditpfadinformationen zu ermöglichen;
18 ist eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer die Durchführung einer stärker detaillierten Analyse von Daten zu ermöglichen, die zum Erzeugen von einem oder mehreren Indexen für eine Einrichtung genutzt werden;
19 ist eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer zu ermöglichen, eine Leistungscharakteristik einer Einrichtung grafisch zu betrachten oder zu überwachen;
20 ist noch eine weitere beispielhafte Darstellung eines Displays, das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer die Schnellprüfung von Informationen innerhalb eines Betriebs zu ermöglichen;
21 bis 23 sind beispielhafte Popup-Fenster, die von einer grafischen Benutzeroberfläche angezeigt werden können, um Einrichtungs-Statusinformation zu liefern;
24 ist ein beispielhaftes Display, das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer detaillierte Hilfeinformationen zu geben;
25 ist eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer die Diagnostizierung von schleifenbezogenen Problemen zu ermöglichen;
26 ist noch eine andere beispielhafte Darstellung eines Displays, das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt werden kann und das es einem Benutzer erlaubt, die Leistungsfähigkeit und/oder den Status von einer oder mehreren Prozeßsteuerschleifen zu analysieren;
27 ist noch eine weitere beispielhafte Darstellung eines Displays, das von einer grafischen Benutzeroberfläche bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer die Verfolgung oder Generierung von Arbeitsanweisungen zu erlauben;
28 bis 31 zeigen Displays von spektralanalytischen Vibrationsdiagrammen eines Elements innerhalb einer Rotationseinrichtung;
32 ist ein Blockbild einer abgesetzten Überwachungseinrichtung, die mit einer Vielzahl von Verarbeitungsbetrieben über ein Kommunikationsnetz verbunden ist; und
33 ist ein detailliertes Blockbild der abgesetzten Überwachungseinrichtung von 32.
GENAUE BESCHREIBUNG
Gemäß 1 umfaßt ein Verarbeitungsbetrieb 10 eine Reihe von Geschäfts- oder anderen Computersystemen, die mit einer Reihe von Steuer- und Wartungssystemen über eines oder mehrere Kommunikationsnetze verbunden sind. Der Verarbeitungsbetrieb 10 weist eines oder mehrere Prozeßsteuersysteme 12 und 14 auf. Das Prozeßsteuersystem 12 kann ein herkömmliches Prozeßsteuersystem wie etwa ein PROVOX- oder RS3-System oder jedes andere DCS sein, das eine Bedienerschnittstelle 12A aufweist, die mit einer Steuereinheit 12B und mit Ein-/Ausgabe- bzw. E/A-Karten 12C gekoppelt ist, die ihrerseits mit verschiedenen Feldeinrichtungen wie etwa analogen und HART-Feldeinrichtungen 15 gekoppelt sind (HART = Highway Addressable Remote Transmitter). Das Prozeßsteuersystem 14, das ein verteiltes Prozeßsteuersystem sein kann, umfaßt eine oder mehrere Bedienerschnittstellen 14A, die mit einer oder mehreren verteilten Steuereinheiten 14B über einen Bus wie etwa einen Ethernetbus gekoppelt sind. Die Steuereinheiten 14B können beispielsweise DeltaV^TM-Steuereinheiten sein, die von Fisher-Rosemount Systems, Inc., Austin, Texas, verkauft werden, oder können jeder andere gewünschte Typ von Steuereinheit sein. Die Steuereinheiten 14B sind über E/A-Einrichtungen mit einer oder mehreren Feldeinrichtungen 16 verbunden wie beispielsweise mit HART- oder Fieldbus-Feldeinrichtungen oder anderen intelligenten oder nichtintelligenten Feldeinrichtungen, die beispielsweise diejenigen umfassen, die eines von den PROFIBUS^®-, WORLDFIP^®-, Device-Net^®-, AS-Interface- und CAN-Protokollen verwenden. Es ist bekannt, daß die Feldeinrichtungen 16 Analog- oder Digitalinformation an die Steuereinheiten 14B liefern, die auf Prozeßvariablen sowie andere Einrichtungsinformationen bezogen sind. Die Bedienerschnittstellen 14A können Werkzeuge speichern und ausführen, die dem Prozeßsteuerbediener zur Verfügung stehen, um den Prozeßbetrieb zu steuern, was beispielsweise Steueroptimierungsprogramme, Diagnoseexperten, Neuronennetze, Abstimmeinrichtungen usw. umfaßt.
Ferner können Wartungssysteme wie etwa Computer, welche die AMS-Anwendung ausführen, oder irgendwelche anderen Einrichtungsüberwachungs- und Kommunikationsanwendungen mit den Prozeßsteuersystemen 12 und 14 oder mit den Einzeleinrichtungen darin verbunden sein, um Wartungs- und Überwachungsaktivitäten auszuführen. Beispielsweise kann ein Wartungscomputer 18 mit der Steuereinheit 12B und/oder mit den Einrichtungen 15 über irgendwelche gewünschten Kommunikationsleitungen oder -netze (einschließlich Funknetze oder Handfunknetze) verbunden sein, um mit Einrichtungen 15 zu kommunizieren und in manchen Fällen die Einrichtungen zu rekonfigurieren oder andere Wartungsarbeiten daran auszuführen. Ebenso können Wartungsanwendungen wie die AMS-Anwendung in einer oder mehreren der Anwenderschnittstellen 14A, die dem verteilten Prozeßsteuersystem 14 zugeordnet sind, installiert sein oder davon ausgeführt werden, um Wartungs- und Überwachungsfunktionen auszuführen, was das Sammeln von Daten einschließt, die auf den Betriebsstatus der Einrichtungen 16 bezogen sind.
Der Verarbeitungsbetrieb 10 weist ferner verschiedene Rotationseinrichtungen 20 auf wie Turbinen, Motoren usw., die mit einem Wartungscomputer 22 über eine permanente oder temporäre Kommunikationsstrecke verbunden sind (etwa einen Bus, ein Funkkommunikationssystem oder Handfunksysteme, die mit der Vorrichtung 20 verbunden werden, um Meßwerte abzulesen, und dann entfernt werden). Der Wartungscomputer 22 kann bekannte Überwachungs- und Diagnoseanwendungen 23, die beispielsweise von CSi-Systemen bereitgestellt werden, oder andere bekannte Anwendungen speichern und ausführen, um den Betriebszustand der Rotationseinrichtungen 20 zu diagnostizieren, zu überwachen und zu optimieren. Wartungspersonal verwendet gewöhnlich die Anwendungen 23, um die Leistungsfähigkeit von Rotationseinrichtungen 20 in dem Betrieb 10 zu erhalten und zu überwachen, Probleme der Rotationsvorrichtungen 20 festzustellen und zu bestimmen, wann und ob die Rotationsvorrichtung 20 repariert oder ausgetauscht werden muß. In manchen Fällen können externe Beratungs- oder Dienstleistungsorganisationen vorübergehend Daten erfassen oder messen, welche die Vorrichtungen 20 betreffen, und diese Daten nutzen, um Probleme, schlechte Leistung oder andere Aspekte zu detektieren, welche die Vorrichtungen 20 beeinflussen. In diesen Fällen sind die Computer, auf denen die Analysen ablaufen, eventuell nicht mit dem übrigen System 10 über eine Kommunikationsleitung verbunden oder werden eventuell nur vorübergehend damit verbunden.
Ebenso ist ein Energieerzeugungs- und -verteilungssystem 24, das Energieerzeugungs- und -verteilungsvorrichtungen 25 hat und dem Betrieb 10 zugeordnet ist, beispielsweise über einen Bus mit einem anderen Computer 26 verbunden, der die Funktionen der Energieerzeugungs- und -verteilungsvorrichtungen 25 innerhalb des Betriebs 10 ausführt und überwacht. Der Computer 26 kann bekannte Energiesteuerungs- und -diagnoseanwendungen 27 ausführen, wie sie beispielsweise von Liebert und ASCO oder anderen Firmen bereitgestellt werden, um die Energieerzeugungs- und -verteilungsvorrichtungen 25 zu warten und zu steuern. In vielen Fällen können wiederum externe Berater- oder Dienstleistungsorganisationen Dienstanwendungen nutzen, die vorübergehend die Vorrichtungen 25 betreffende Daten sammeln oder messen und diese Daten nutzen, um Analysen für die Vorrichtungen 25 durchzuführen, um Probleme, schlechte Leistung oder andere die Vorrichtungen 25 beeinflussende Aspekte zu detektieren. In diesen Fällen sind eventuell die Computer (wie etwa der Computer 26), welche die Analysen ausführen, nicht mit dem übrigen System 10 über irgendwelche Kommunikationsleitungen verbunden oder sind nur vorübergehend damit verbunden.
In der Vergangenheit sind die verschiedenen Prozeßsteuersysteme 12 und 14 und die Energieerzeugungs- und -wartungssysteme 22 und 26 nicht miteinander auf eine Weise verbunden worden, die es ihnen ermöglicht, Daten, welche von jedem dieser Systeme erzeugt oder gesammelt werden, auf eine brauchbare Weise gemeinsam zu nutzen. Infolgedessen sind alle diese verschiedenen Funktionen wie etwa die Prozeßsteuerfunktionen, die Energieerzeugungsfunktionen und die Rotationsvorrichtungs-Funktionen jeweils unter der Annahme ausgeführt worden, daß die anderen Einrichtungen innerhalb des Betriebs, die von dieser speziellen Funktion beeinflußt werden können oder darauf eine Auswirkung haben, perfekt ablaufen, was natürlich praktisch niemals der Fall ist. Da jedoch die Funktionen so unterschiedlich sind und die Einrichtungen und das zur Überwachung dieser Funktionen eingesetzte Personal verschieden sind, gibt es bisher wenig oder nur eine unbedeutende gemeinsame Datennutzung zwischen den verschiedenen funktionellen Systemen innerhalb des Betriebs 10.
Zur Überwindung dieses Problems ist ein Computersystem 30 vorgesehen, das mit den Computern oder Schnittstellen kommunikativ verbunden ist, die den verschiedenen funktionellen Systemen innerhalb des Betriebs 10 zugeordnet sind, was die Prozeßsteuerfunktionen 12 und 14, die Wartungsfunktionen wie etwa solche, die in den Computern 18, 14A, 22 und 26 implementiert sind, und die Geschäftsfunktionen einschließt. Insbesondere ist das Computersystem 30 kommunikativ mit dem herkömmlichen Prozeßsteuersystem 12 und mit der diesem Steuersystem zugeordneten Wartungsschnittstelle 18 verbunden, ist verbunden mit den Prozeßsteuerungs- und/oder Wartungsschnittstellen 14A des verteilten Prozeßsteuersystems 14, ist verbunden mit dem Wartungscomputer 22 für die Rotationsvorrichtungen und mit dem Energieerzeugungs- und -verteilungscomputer 26, und zwar sämtlich über einen Bus 32. Der Bus kann jedes gewünschte oder geeignete LAN- oder WAN-Protokoll verwenden, um Kommunikationen herzustellen.
Wie 1 zeigt, ist der Computer 30 über den gleichen oder einen anderen Netzbus 32 auch mit Geschäftssystemcomputern und Wartungsplanungscomputern 35 und 36 verbunden, die beispielsweise folgendes ausführen können: die Planung von Unternehmensressourcen (ERP), die Materialressourcenplanung (MRP), das Rechnungswesen, Produktions- und Kundenbestellsysteme, Wartungsplanungssysteme oder sonstige gewünschte Geschäftsanwendungen wie Teile-, Betriebsmittel- und Rohstoffbestellanwendungen, Produktionsplanungsanwendungen usw. Der Computer 30 kann auch beispielsweise über den Bus 32 mit einem betriebsweiten LAN 37, einem firmenweiten WAN 38 sowie einem Computersystem 40 verbunden sein, das die Fernüberwachung des Betriebs 10 oder die Kommunikation damit von abgesetzten Orten erlaubt.
Bei einer Ausführungsform finden die Kommunikationen über das Kommunikationsnetz 32 unter Anwendung des XML-Protokolls statt. Dabei werden Daten von jedem der Computer 12A, 18, 14A, 22, 26, 35, 36 usw. in eine XML-Hülle gehüllt und an einen XML-Datenserver übermittelt, der beispielsweise in dem Computer 30 vorgesehen sein kann. Da XML eine deskriptive Sprache ist, kann der Server jede Art von Daten verarbeiten. Falls notwendig, werden die Daten am Server mit einer neuen XML-Hülle umhüllt, d. h. diese Daten werden von einem XML-Schema zu einem oder mehreren anderen XML-Schemata abgebildet, die für jede der empfangenden Anwendungen erzeugt werden. Somit kann jeder Datenurheber seine Daten unter Verwendung eines Schemas umhüllen, das diese Einrichtung oder Anwendung versteht oder dafür geeignet ist, und jede empfangende Anwendung kann die Daten in einem anderen Schema empfangen, das für die empfangende Anwendung benutzt oder davon verstanden wird. Der Server ist so konfiguriert, daß er ein Schema in ein anderes Schema abbildet in Abhängigkeit von der Quelle und dem Ziel (den Zielen) der Daten. Falls gewünscht, kann der Server auch bestimmte Datenverarbeitungsfunktionen oder andere Funktionen, die auf dem Empfang von Daten basieren, ausführen. Die Abbildungs- und Verarbeitungsfunktionsregeln werden in dem Server vor dem Betrieb des hier beschriebenen Systems eingerichtet und gespeichert. Auf diese Weise können Daten von jeder Anwendung zu einer oder mehreren anderen Anwendungen übertragen werden.
Allgemein gesagt umfaßt der Computer 30 einen Anlagennutzungs-Experten 50, der Daten und andere Informationen sammelt, die von den Prozeßsteuersystemen 12 und 14, den Wartungssystemen 18, 22 und 26 und den Geschäftssystemen 35 und 36 erzeugt werden, sowie Informationen, die von Datenanalysewerkzeugen erzeugt werden, die in jedem dieser Systeme ausgeführt werden. Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann beispielsweise auf dem OZ-Expertensystem basieren, das von NEXUS bereitgestellt wird. Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann jedoch jede andere gewünschte Axt von Expertensystem sein, was beispielsweise jede Axt von Datenfiltersystem umfaßt. Wichtig ist, daß der Anlagennutzungs-Experte 50 als eine Daten- und Informations-Clearingstelle in dem Verarbeitungsbetrieb dient und in der Lage ist, die Verteilung von Daten oder Informationen von einem Funktionsbereich wie etwa dem Wartungsbereich zu anderen Funktionsbereichen wie etwa dem Prozeßsteuerbereich oder dem Geschäftsfunktionsbereich zu koordinieren. Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann die gesammelten Daten auch nutzen, um neue Informationen oder Daten zu erzeugen, die zu einem oder mehreren der Computersysteme verteilt werden, die den verschiedenen Funktionen innerhalb des Betriebs 10 zugeordnet sind. Ferner kann der Anlagennutzungs-Experte 50 die Ausführung von anderen Anwendungen überwachen, welche die gesammelten Daten zum Erzeugen neuer Datenarten nutzen, die innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10 verwendet werden sollen.
Speziell kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Indexerzeugungssoftware 51 aufweisen oder ausführen, die Indexe erzeugt, die den Einrichtungen wie etwa Pxozeßsteuer- und -instrumentierungseinrichtungen, Energieerzeugungseinrichtungen, Rotationseinrichtungen, Einheiten, Bereichen usw. zugeordnet sind, oder die Prozeßsteuerentitäten wie Schleifen usw. innerhalb des Betriebs 10 zugeordnet sind. Diese Indexe können dann für die Prozeßsteueranwendungen verfügbar gemacht werden, um zu helfen, die Prozeßsteuerung zu optimieren, und können der Geschäftssoftware oder Geschäftsanwendungen verfügbar gemacht werden, um Geschäftspersonen mit vollständigerer oder verständlicher Information zu versorgen, die mit dem Ablauf des Betriebs 10 zusammenhängt. Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann außerdem Wartungsdaten (wie Einrichtungsstatusinformation) und Geschäftsdaten (wie Daten, die mit geplanten Aufträgen, Zeitrahmen usw. zusammenhängen) an einen Steuerexperten 52 liefern, der beispielsweise dem Prozeßsteuersystem 14 zugeordnet ist, um einen Bediener dabei zu unterstützen, Steueraktivitäten wie etwa die Optimierungssteuerung auszuführen. Der Steuerexperte 52 kann beispielsweise in der Benutzeroberfläche 14A oder jedem anderen Computer positioniert sein, welcher dem Steuersystem 14 zugeordnet ist, oder kann, falls gewünscht, in dem Computer 30 vorhanden sein.
Bei einer Ausführungsform kann der Steuerexperte 52 beispielsweise der Steuerexperte sein, der in den eingangs genannten US-Patentanmeldungen mit den Anmeldungs-Nummern 09/256585 und 09/499445 beschrieben wird. Diese Steuerexperten können jedoch bei der Entscheidungsfindung, die von diesen Steuerexperten ausgeführt wird, zusätzlich Daten enthalten und nutzen, die auf den Status von Einrichtungen oder anderer Hardware in dem Verarbeitungsbetrieb 10 bezogen sind. Insbesondere haben die Softwaresteuerexperten bisher im allgemeinen nur Prozeßvariablen-Daten und einige begrenzte Einrichtungs-Statusdaten genutzt, um Entscheidungen zu treffen oder dem Prozeßoperator Empfehlungen zu geben. Mit der durch den Anlagennutzungs-Experten 50 ermöglichten Kommunikation, insbesondere derjenigen, die auf die Einrichtungsstatusinformation bezogen ist, wie sie von den Computersystemen 18, 14A, 22 und 26 und den darauf implementierten Datenanalysewerkzeugen geliefert wird, kann der Steuerexperte 52 Einrichtungsstatusinformationen wie Gesundheits-, Leistungs-, Nutzungs- und Variabilitätsinformation in seine Entscheidungsfindung gemeinsam mit Prozeßvariableninformation einbeziehen.
Zusätzlich kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Informationen, die Zustände von Einrichtungen und die Operation der Steueraktivitäten innerhalb des Betriebs 10 betreffen, an die Geschäftssysteme 35 und 36 liefern, wo beispielsweise eine Arbeitsauftrags- oder -erzeugungsanwendung oder ein -programm automatisch Arbeitsaufträge und erzeugen und Teile bestellen kann auf der Basis von detektierten Problemen innerhalb des Betriebs 10 oder wo Betriebsmittel auf der Basis von ausgeführten Arbeiten bestellt werden können. Ebenso können Änderungen in dem Steuersystem, die von dem Anlagennutzungs-Experten 50 detektiert werden, die Geschäftssysteme 35 oder 36 veranlassen, Anwendungen auszuführen, die Planungs- und Lieferungsaufträge ausführen, wobei beispielsweise das Programm 54 genutzt wird. Auf die gleiche Weise können Änderungen von Kundenaufträgen usw. in die Geschäftssysteme 35 oder 36 eingegeben werden, und diese Daten können an den Anlagennutzungs-Experten 50 und an die Steuerroutinen oder den Steuerexperten 52 gesendet werden, um Änderungen in der Steuerung zu veranlassen, so daß beispielsweise mit der Herstellung der neu in Auftrag gegebenen Produkte begonnen wird oder die Änderungen implementiert werden, die in den Geschäftssystemen 35 und 36 vorgenommen wurden. Falls gewünscht, kann jedes mit dem Bus 32 verbundene Computersystem natürlich eine Anwendung enthalten, welche die Funktion hat, die geeigneten Daten von den anderen Anwendungen innerhalb des Computers zu beschaffen und diese Daten beispielsweise an den Anlagennutzungs-Experten 50 zu senden.
Zusätzlich kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Informationen an einen oder mehrere Optimierer 55 innerhalb des Betries 10 senden. Beispielsweise kann ein Steueroptimierer 55 in dem Computer 14A angeordnet sein und kann eine oder mehrere Steueroptimierungsroutinen 55A, 55B usw. ausführen. Zusätzlich oder alternativ könnten Optimiererroutinen 55 in dem Computer 30 oder einem anderen Computer gespeichert und davon ausgeführt werden, und die dafür notwendigen Daten könnten von dem Anlagennutzungs-Experten 50 übermittelt werden. Falls gewünscht, kann der Betrieb 10 auch Modelle 56 aufweisen, die bestimmte Aspekte des Betriebs 10 im Modell darstellen, und diese Modelle 56 können von dem Anlagennutzungs-Experten 50 oder einem Steuer- oder anderen Experten wie etwa dem Steuerexperten 52 ausgeführt werden, um die Modelldarstellung von Funktionen auszuführen, deren Zweck noch im einzelnen beschrieben wird. Allgemein gesagt, können jedoch die Modelle 56 genutzt werden, um Einriehtungs-, Bereichs-, Einheits-, Schleifen- usw. -Parameter zu bestimmen, fehlerhafte Sensoren oder andere fehlerhafte Einrichtungen als Teil von Optimierungsroutinen 55 zu detektieren, um Indexe wie etwa Leistungs- und Nutzungsindexe zum Gebrauch in dem Betrieb 10 zu erzeugen, eine Leistungs- oder Zustandsüberwachung auszuführen sowie für viele andere Zwecke. Die Modelle 56 können Modelle wie diejenigen sein, die von MDC Technology, Teeside, England, erzeugt und verkauft werden, oder es können andere gewünschte Modelltypen sein. Natürlich gibt es viele andere Anwendungen, die innerhalb des Betriebs 10 vorgesehen sein können und die Daten von dem Anlagennutzungs-Experten 50 nutzen können, und das hier beschriebene System ist nicht auf die speziell erwähnten Anwendungen beschränkt. Insgesamt trägt der Anlagennutzungs-Experte 50 jedoch dazu bei, die Nutzung sämtlicher Anlagen innerhalb des Betriebs 10 dadurch zu optimieren, daß er die gemeinsame Nutzung von Daten und die Koordination von Anlagen zwischen sämtlichen Funktionsbereichen des Betriebs 10 ermöglicht.
Allgemein gesagt, können auch eine oder mehrere Benutzerschnittstellen-Routinen 58 in einem oder mehreren der Computer in dem Betrieb 10 gespeichert sein und davon ausgeführt werden. Beispielsweise kann der Computer 30, die Benutzeroberfläche 14A, der Geschäftssystemcomputer 35 oder jeder andere Computer eine Benutzerschnittstellenroutine 58 ausführen. Jede Benutzerschnittstellenroutine 58 kann Information von dem Anlagennutzungs-Experten 50 empfangen oder diese abonnieren, und entweder die gleichen oder davon verschiedene Datenmengen können zu jeder der Benutzerschnittstellenroutinen 58 gesendet werden. Jede der Benutzerschnittstellenroutinen 58 kann andere Arten von Information unter Verwendung jeweils verschiedener Benutzerbildschirme an Benutzer liefern. Beispielsweise kann eine der Benutzerschnittstellenroutinen 58 einen Bildschirm oder eine Menge von Bildschirmen an einen Steuerungsbediener oder eine Geschäftsperson senden, um dieser Person zu ermöglichen, Begrenzungen einzurichten oder Optimierungsvariablen zur Nutzung in einer Standardsteuerroutine oder in einer Steueroptimiererroutine auszuwählen. Die Benutzerschnittstellenroutine 58 kann ein Steuerleitfadenwerkzeug bieten, das es einem Benutzer erlaubt, die von der Indexerzeugungssoftware erzeugten Indexe auf eine koordinierte Weise zu betrachten. Dieses Bedienerleitfadenwerkzeug kann es dem Bediener oder einer anderen Person auch ermöglichen, Informationen über die Zustände von Einrichtungen, Steuerschleifen, Einheiten usw. zu gewinnen und auf einfache Weise die Information zu betrachten, die auf die Probleme mit diesen Entitäten bezogen ist, da diese Informationen von anderer Software innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10 detektiert wurde. Die Benutzerschnittstellenroutine 58 kann auch Leistungsüberwachungsbildschirme bereitstellen unter Nutzung von Leistungsüberwachungsdaten, die von den Werkzeugen 23 und 27, den Wartungsprogrammen wie etwa der AMS-Anwendung oder anderen Wartungsprogrammen bereitgestellt oder erzeugt werden oder die von den Modellen in Verbindung mit dem Anlagennutzungs-Experten 50 erzeugt werden. Natürlich kann die Benutzerschnittstellenroutine 58 jeden Benutzerzugriff ermöglichen und dem Benutzer gestatten, Präferenzen oder andere Variablen zu ändern, die in einigen oder allen Funktionsbereichen des Betriebs 10 verwendet werden.
2 zeigt ein Datenflußschema eines Teils des Datenflusses zwischen dem Anlagennutzungs-Experten 50 und anderen Computerwerkzeugen oder Anwendungen innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10. Insbesondere kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Informationen von zahlreichen Datensammeleinheiten oder Datenquellen empfangen wie Multiplexern, Meßwertumformern, Sensoren, Handeinrichtungen, Steuersystemen, HF-Transceivern, Online-Steuersystemen, Webservern, Ereignisspeichern, Steuermodulen oder anderen Steueranwendungen innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10, von Schnittstellen wie etwa Benutzerschnittstellen und E/A-Schnittstellen sowie Datenservern wie etwa Bussen (z. B. Fieldbus-, HART- und Ethernet-Bussen), Ventilen, Transceivern, Sensoren, Servern und Steuereinheiten und anderen Betriebsanlagen wie Prozeßinstrumenten, Rotationseinrichtungen, Elektroanlagen, Energieerzeugungsanlagen usw. Diese Daten können jede gewünschte Form annehmen, basierend darauf, wie die Daten von anderen funktionellen Systemen erzeugt oder genutzt werden. Ferner können diese Daten an den Anlagennutzungs-Experten 50 gesendet werden unter Nutzung jedes gewünschten oder geeigneten Datenkommunikationsprotokolls und jeder Kommunikationshardware wie etwa des oben erwähnten XML-Protokolls. Allgemein gesagt, ist jedoch der Betrieb 10 so konfiguriert, daß der Anlagennutzungs-Experte 50 automatisch spezielle Datenarten von einer oder mehreren der Datenquellen empfängt und der Anlagennutzungs-Experte 50 vorbestimmte Aktionen in bezug auf diese Daten ausführen kann.
Außerdem empfängt der Anlagennutzungs-Experte 50 Informationen von Datenanalysewerkzeugen (und kann diese tatsächlich ausführen) wie etwa typischen Wartungsdaten-Analysewerkzeugen, die heute vorgesehen sind, Leistungsverfolgungswerkzeugen wie etwa denjenigen, die Einrichtungen zugeordnet sind, sowie von Leistungsverfolgungswerkzeugen für Prozeßsteuersysteme, wie sie etwa in den oben erwähnten US-Patentanmeldungen mit den Anmeldungsnummern. 09/256585 und 09/499445 beschrieben sind. Die Datenanalysewerkzeuge können beispielsweise auch die folgenden aufweisen: eine Hauptursachen-Diagnoseanwendung, die Hauptursachen bestimmter Arten von Problemen detektiert, eine Ereignisdetektion der in US-PS G 017 143 beschriebenen Art, eine Regelschleifendiagnose der in der US-Patentanmeldung mit der Anmeldungs-Nr. 09/303869 (angemeldet am 3. Mai 1999) beschriebenen Art, die hier summarisch eingeführt wird, Impulsleitungs-Verstopfungsdetektieranwendungen der in der US-Patentanmeldung mit der Anmeldungs-Nr. 09/257896 (angemeldet am 25. Feb. 1999), die hier summarisch eingeführt wird, beschriebenen Art, andere Leitungsverstopfungs-Detektionsanwendungen, Einrichtungsstatusanmeldungen, Einrichtungskonfigurationsanwendungen und Wartungsanwendungen, Einrichtungsspeicher-, Ereignisspeicher- und Informationsanzeigewerkzeuge wie AMS, Explorer-Anwendungen und Auditpfadanwendungen. Ferner kann der Experte 50 Daten und jede Information empfangen von Prozeßsteuerdaten-Analysewerkzeugen wie dem hochentwickelten Steuerexperten 52, Modellvorhersage-Steuerprozeßroutinen der in den US-Patentanmeldungen mit den Anmeldungsnummern 09/593327 (angemeldet 14. Juni 2000) und 09/412078 (angemeldet 4. Okt. 1999), die hier summarisch eingeführt werden, beschriebenen Art, Abstimmungsroutinen, Fuzzylogik-Steuerroutinen und Neuronennetz-Steuerroutinen sowie von virtuellen Sensoren etwa der in US-PS 5 680 409 beschriebenen Axt, die in dem Prozeßsteuersystem 10 vorgesehen sein können. Außerdem kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Informationen von Datenanalysewerkzeugen empfangen, bezogen auf Rotationseinrichtungen wie etwa Online-Vibrationen, Funksensoren und Handeinheiten zum Datensammeln, Ölanalyse, die Rotationseinrichtungen zugeordnet ist, Thermographie, Ultraschallsystemen und Laserausfluchtungs- und -abgleichsystemen, die sämtlich auf das Detektieren von Problemen oder den Status von Rotationsanlagen innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10 bezogen sind. Diese Werkzeuge sind im Stand der Technik bekannt und werden hier nicht näher beschrieben. Außerdem kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Daten empfangen, die auf die Energieverwaltung und Energieanlagen und Betriebsmittel bezogen sind wie etwa die Anwendungen 23 und 27 von 1, die alle gewünschten Energiemanagement- und Energieanlagen-Überwachungs- und -analysewerkzeuge aufweisen können.
Bei einer Ausführungsform führt der Anlagennutzungs-Experte 50 mathematische Softwaremodelle 56 einiger oder sämtlicher Anlagen innerhalb des Betriebs 10 aus oder überwacht diese, etwa Einrichtungsmodelle, Schleifenmodelle, Einheitsmodelle, Bereichsmodelle usw., die beispielsweise auf dem Computer 30 oder jedem anderen gewünschten Computer in dem Verarbeitungsbetrieb 10 ablaufen. Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann die Daten nutzen, die von diesen Modellen entwickelt oder ihnen zugeordnet sind, und zwar aus einer Reihe von Gründen. Einige dieser Daten (oder die Modelle selber) können genutzt werden, um virtuelle Sensoren innerhalb des Betriebs 10 bereitzustellen. Einige dieser Daten oder die Modelle selber können genutzt werden, um eine Vorhersagesteuerung oder optimale Echtzeitsteuerung innerhalb des Betriebs 10 zu implementieren. Einige der von den Modellen 56 erzeugten Daten können von der Indexerzeugungsroutine 51 genutzt werden, um Indexe zu erzeugen, die in anderen Anwendungen wie etwa Geschäfts- und Prozeßsteueranwendungen genutzt werden. Die Verwendung der Modelle 56 für diese und andere Zwecke wird noch im einzelnen erläutert.
Der Anlagennutzungs-Experte 50 empfängt Daten, wie sie erzeugt werden oder zu bestimmten periodischen Zeiten beispielsweise über den Bus 32 oder jedes Kommunikationsnetz innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10. Danach erfolgt periodisch oder nach Bedarf die Umverteilung der Daten durch den Anlagennutzungs-Experten 50 zu anderen Anwendungen, oder er nutzt diese Daten, um andere Informationen zu erzeugen und zu anderen Funktionssystemen innerhalb des Betriebs 10 zu liefern, wobei diese Informationen bei verschiedenen Aspekten der Steuerung oder der Operation des Verarbeitungsbetriebs 10 nützlich sind. Insbesondere kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Daten liefern, um die Indexerzeugungsroutine 51 zu veranlassen, eine Serie von zusammengesetzten Indexen zu erzeugen wie etwa einen Leistungsindex, einen Nutzungsindex, einen Gesundheitsindex und einen Variabilitätsindex, die einer oder mehreren der Einrichtungen, Einheiten, Schleifen, Bereiche oder anderen Entitäten innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10 zugeordnet sind. Die Erzeugung und Nutzung dieser Indexe wird ebenfalls noch im einzelnen erläutert.
Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann außerdem Daten an Steuerroutinen 62 liefern und davon empfangen, die in Prozeßsteuereinheiten oder Schnittstellen vorgesehen sind, die diesen Steuereinheiten, Optimierern 55, Geschäftsanwendungen 63, Wartungsanwendungen 66 usw. zugeordnet sind.
Ferner kann ein Steuerexperte 65 (der eine Vorhersage-Prozeßsteuereinheit aufweisen kann), der bisher einfach davon ausging, daß die von ihm gesteuerten Einrichtungen entweder ordnungsgemäß oder überhaupt nicht arbeiteten, Informationen von dem Anlagennutzungs-Experten 50 erhalten, die auf den Status oder die Gesundheit der von ihm gesteuerten Einrichtungen bezogen sind, etwa die Nutzungs-, Variabilitäts-, Gesundheits- oder Leistungsindexe, die oben erwähnt sind, oder andere Informationen, die auf den Betriebsstatus von Einrichtungen, Schleifen usw. bezogen sind und berücksichtigt werden können, wenn ein Prozeß gesteuert werden soll. Die Vorhersage-Steuereinheit 65 sowie die Optimierer 55 können zusätzliche Informationen und Daten an Benutzerschnittstellen-Routinen 58 liefern. Die Vorhersage-Steuereinheit 65 oder der Optimierer 55 können die Statusinformationen nutzen, die tatsächliche aktuelle Zustände der Einrichtungen im Netz betreffen, sowie Ziele und zukünftige Bedürfnisse berücksichtigen, etwa solche, die durch Geschäftslösungs-Software bezeichnet sind, die von dem Anlagennutzungs-Experten 50 bereitgestellt wird, beispielsweise definiert durch Geschäftsanwendungen 63, um die Steuerung auf der Basis von Vorhersagen innerhalb des Steuersystems zu optimieren.
Außerdem kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Daten an Unternehmensressourcen-Planungswerkzeuge liefern und von diesen empfangen, etwa solche, die typischerweise in geschäftlichen Lösungen oder Geschäftscomputern 35 und 36 genutzt werden. Diese Anwendungen können aufweisen: Produktionsplanungswerkzeuge, welche die Produktionsplanung steuern, Materialressourcenplanung, das Arbeitsauftrags-Erzeugungswerkzeug 54, das automatisch Teileaufträge, Arbeitsaufträge oder Betriebsmittelaufträge zur Verwendung in den Geschäftsanwendungen erzeugt, usw. Selbstverständlich kann das Generieren von Teileaufträgen, Arbeitsaufträgen und Betriebsmittelaufträgen vollständig automatisch auf der Basis von Informationen von dem Anlagennutzungs-Experten 50 abgeschlossen werden, wodurch die Zeit verkürzt wird, die erforderlich ist, um zu erkennen, daß eine Anlage repariert werden muß, sowie die Zeit, die benötigt wird, um die Teile zu erhalten, die notwendig sind, um in bezug auf Wartungsangelegenheiten eine korrigierende Handlung vorzunehmen.
Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann außerdem Informationen an die Wartungssystemanwendungen 66 liefern, die nicht nur Wartungspersonal sofort auf Probleme aufmerksam machen, sondern auch Korrekturmaßnahmen ergreifen wie etwa die Bestellung von Teilen usw., die zur Korrektur eines Problems benötigt werden. Ferner können neue Modelle 68 erzeugt werden unter Verwendung von Informationsarten, die für den Anlagennutzungs-Experten 50 verfügbar sind, aber vorher für ein einzelnes System nicht verfügbar waren. Selbstverständlich versteht es sich aufgrund von 2, daß der Anlagennutzungs-Experte 50 nicht nur Informationen oder Daten von den Datenmodellen und den Analysewerkzeugen empfängt, sonder auch Informationen von Unternehmensressourcen-Werkzeugen, Wartungswerkzeugen und Prozeßsteuerwerkzeugen empfängt.
Außerdem können eine oder mehrere koordinierte Anwenderschnittstellenroutinen 58 mit dem Anlagennutzungs-Experten 50 sowie allen anderen Anwendungen innerhalb des Betriebs 10 kommunizieren, um Bedienern, Wartungspersonal, Geschäftspersonal usw. Hilfe und Visualisierung zu ermöglichen. Die Bediener und andere Anwender können die koordinierten Anwenderschnittstellenroutinen 58 nutzen, um eine Vorhersagesteuerung auszuführen oder zu implementieren, Einstellungen des Betriebs 10 zu ändern, Hilfe innerhalb des Betriebs 10 zu betrachten oder alle anderen Aktivitäten auszuführen, die mit der Information in Beziehung stehen, die von dem Anlagennutzungs-Experten 50 geliefert wird. Wie oben erörtert wurde, können die Anwenderschnittstellenroutinen 58 ein Bedienerleitfadenwerkzeug aufweisen, das Informationen von der Vorhersagesteuereinheit 65 sowie auf die Indexe bezogene Informationen empfängt, die von einem Bediener oder einem andern Anwender genutzt werden kann, um die Durchführung vieler Funktionen zu unterstützen, etwa das Betrachten des Status eines Prozesses oder von Einrichtungen innerhalb des Prozesses, um die Vorhersagesteuereinheit 65 anzuleiten oder Vorhersagesteuerung oder optimierte Steuerung auszuführen. Außerdem können die Anwenderschnittstellenroutinen 58 verwendet werden, um Daten zu betrachten oder Daten von jedem der Werkzeuge in den anderen Teilen des Verarbeitungsbetriebs 10 etwa über den Anlagennutzungs-Experten 50 zu erhalten. Beispielsweise möchten Manager vielleicht wissen, was in dem Prozeß geschieht, oder benötigen eventuell problemorientierte Informationen, die auf den Verarbeitungsbetrieb 10 bezogen sind, um strategische Pläne zu erstellen.
Es versteht sich daher, daß dann, wenn Daten an einer zentralen Datenbank empfangen und etwa in ein übliches Format umgewandelt sind, die Daten in der Datenbank auf eine zugängliche Weise gespeichert werden und für Anwendungen oder Benutzer innerhalb des Anlagennutzungs-Experten 50 verfügbar gemacht werden. Beispielsweise können Anwendungen, die bezogen sind auf die Prozeßsteuerung, auf Warnungen, Wartung von Einrichtungen, Fehlerdiagnose, Vorhersage-Wartung, Finanzplanung, Optimierung usw., Daten von einer oder mehreren der verschiedenen Datenquellen nutzen, kombinieren und integrieren, um besser zu funktionieren, als diese Anwendungen bisher ohne Daten von sehr verschiedenen oder bisher unzugänglichen Datenquellen wirksam sein konnten. Die in 2 als Teil des Anlagennutzungs-Experten 50 gezeigten Anwendungen können jede der in 1 beschriebenen Anwendungen oder jeder andere Typ von Anwendung sein, wenn das gewünscht wird. Selbstverständlich sind sowohl die Datenquellen als auch die Anwendungen, welche die in 2 gezeigten gesammelten Daten nutzen, beispielhaft, und es können mehr, weniger oder davon verschiedene Datenquellen und Anwendungen verwendet werden. Ebenso können die Datenquellen selber so konfiguriert sein, daß sie von dem Datensammel- und -verteilungssystem oder der Datenbank gesammelte Daten empfangen. Auf diese Weise können verschiedene Händler oder Dienstanbieter, die betriebseigene Anwendungen haben können, bestimmte Daten sammeln, die sie nicht hatten oder vorher von dem Verarbeitungsbetrieb nicht beschaffen konnten, was die von diesen Dienstanbietern angebotenen Produkte oder Dienste verbessern kann.
Bei einer Ausführungsform wird erwartet, daß herkömmliche Prozeßsteuerungs-Dienstanbieter, die bisher unter Verwendung von typischerweise betriebseigenen Anwendungen Daten separat von dem Prozeßsteuernetz gesammelt und erzeugt haben, nunmehr die gesammelten oder erzeugten Daten dem System 50 zur Verfügung stellen, das diese Daten dann für andere Anwendungen verfügbar macht. Diese anderen Anwendungen können Anwendungen sein, die in Computern ausgeführt werden, die mit der Prozeßsteuerungsumgebung kommunikativ verbunden sind, etwa Anwendungen in Hauptrechnereinrichtungen, Benutzeroberflächen, Steuereinheiten usw. Zusätzlich können diese anderen Anwendungen solche sein, die von den herkömmlichen Dienstorganisationen bereitgestellt oder genutzt werden. Auf diese Weise kann nunmehr jede Anwendung so ausgebildet sein, daß sie alle Daten, die in dem Verarbeitungsbetrieb erzeugt werden, auf irgendeine Weise nutzt, entweder durch Anwendungen, die Eigentum der Prozeßsystem-Eigentümer sind, oder Anwendungen, die Eigentum von Dienstanbietern sind und von diesen verwaltet werden. Infolgedessen gibt es eine Vielzahl von Fällen, in denen Anwendungen verbessert werden können, weil sie Daten nutzen können, die bisher für sie nicht verfügbar waren. Beispielsweise kann ein Korrosionsanalyse-Dienstanbieter imstande sein, Daten zu nutzen, die von einem betriebseigenen Prozeßsteuersystem oder einer betriebseigenen Anlagenüberwachungsanwendung gesammelt wurden, so daß die Zuverlässigkeit oder Vorhersagbarkeit der Korrosionsanalyse verbessert wird. Eine solche Kreuzabfrage von Daten von sehr verschiedenen Typen von Dienstanbietern und Anwendungen war bisher nicht verfügbar.
Wie oben gesagt wird, kann der Anlagennutzungs-Experte 50 die Ausführung von einem oder mehreren mathematischen oder Softwaremodellen 56 ausführen oder überwachen, welche die Operation eines bestimmten Betriebs oder von Entitäten innerhalb des Betriebs wie etwa Einrichtungen, Einheiten, Schleifen, Bereiche usw. modellieren. Diese Modelle können Hardwaremodelle sein, oder sie können Prozeßsteuermodelle sein. Bei einer Ausführungsform unterteilt zur Generierung dieser Modelle ein Modellierungsexperte den Betrieb in Einzelhardware- und/oder Prozeßsteuerungsteile und erstellt ein Modell für die verschiedenen Einzelteile auf jeder gewünschten Abstraktionsebene. Beispielsweise wird das Modell für einen Betrieb in Software implementiert und besteht aus einer Menge von hierarchisch verwandten, miteinander verbundenen Modellen für die verschiedenen Bereiche des Betriebs oder kann diese aufweisen. Ebenso kann das Modell für einen Betriebsbereich aus einzelnen Modellen für die verschiedenen Einheiten innerhalb des Betriebs bestehen, wobei Verbindungen zwischen den Eingängen und Ausgängen dieser Einheiten vorgesehen sind. Ebenso können Einheiten aus miteinander verbundenen Einrichtungsmodellen bestehen, usw. Natürlich können Bereichsmodelle Einrichtungsmodelle haben, die mit Einheitsmodellen, Schleifenmodellen usw. verbunden sind. In dieser beispielhaften Modellhierarchie können die Eingänge und Ausgänge von Modellen für die Einheiten der unteren Ebene, etwa Einrichtungen, so miteinander verbunden sein, daß Modelle für Entitäten einer höheren Ebene wie Einheiten erzeugt werden, deren Eingänge und Ausgänge so miteinander verbunden sein können, daß Modelle einer noch höheren Ebene wie Bereichsmodelle erschaffen werden, usw. Die Art und Weise, wie die verschiedenen Modelle kombiniert oder miteinander verbunden sind, hängt natürlich von dem Betrieb ab, der im Modell darzustellen ist. Ein einziges, komplettes mathematisches Modell für den Gesamtbetrieb könnte zwar verwendet werden, man geht jedoch davon aus, daß das Vorsehen von unterschiedlichen und selbständigen Teilmodellen für verschiedene Bereiche oder Entitäten innerhalb des Betriebs wie etwa Bereiche, Einheiten, Schleifen, Einrichtungen usw. und das Verbinden dieser verschiedenen Modelle miteinander zur Bildung größerer Modelle aus mehreren Gründen nützlich ist. Ferner ist es erwünscht, Teilmodelle zu verwenden, die unabhängig voneinander sowie auch gemeinsam mit anderen Teilmodellen als Teil eines größeren Modells operieren können.
Es können zwar mathematisch sehr exakte oder theoretische Modelle (etwa Modelle dritter oder vierter Ordnung) für den Gesamtbetrieb oder für jedes Teilmodell oder alle Teilmodelle verwendet werden, aber die einzelnen Modelle brauchen nicht unbedingt mathematisch möglichst genau zu sein und können beispielsweise Modelle erster oder zweiter Ordnung oder andere Arten von Modellen sein. Diese einfacheren Modelle können im allgemeinen rascher in Software ausgeführt werden und können durch Anpassen der Eingänge und Ausgänge der Modelle an tatsächliche Messungen von Eingängen und Ausgängen, die in dem Betrieb auf eine noch zu beschreibende Weise durchgeführt werden, genauer gemacht werden. Anders ausgedrückt, die Einzelmodelle können so abgestimmt oder getrimmt werden, daß sie den Betrieb oder die Entitäten innerhalb des Betriebs auf der Basis von tatsächlichen Rückmeldungen von dem Betrieb präzise modellieren.
Die Verwendung von hierarchischen Softwaremodellen wird nun unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben. 3 zeigt Modelle für eine Vielzahl von Bereichen 80, 81 und 82 in einem Raffinationsbetrieb. Wie in 3 zu sehen ist, umfaßt das Bereichsmodell 82 ein Teilmodell einer Rohstoffquelle 84, die Rohstoff wie etwa Rohöl zu einem Vorverarbeitungsmodell 88 leitet. Das Vorverarbeitungsmodell 88 sorgt für eine gewisse Raffination des Rohstoffs und liefert einen Ausgang, typischerweise Rohöl, an einen Destillationsprozeß 90 zur weiteren Raffination. Der Destillationsprozeß 90 gibt C₂H₄, gewöhnlich ein erwünschtes Produkt, und C₂H₆ aus, das allgemein gesagt ein Abprodukt ist. C₂H₆ wird zu einer C₂-Krackvorrichtung 92 zurückgeleitet, deren Ausgang zu der Vorverarbeitungseinrichtung 88 für die weitere Verarbeitung rückgeleitet wird. Die Rückführung von dem Destillationsprozeß 90 durch die C₂-Krackvorrichtung 92 ist ein Rückgewinnungsprozeß. Somit kann das Modell für den Bereich 82 separate Modelle für die Rohstoffquelle 84, die Vorverarbeitungseinrichtung 88, den Destillationsprozeß 90 und die C₂-Krackvorrichtung 92 aufweisen, deren Eingänge und Ausgänge gemäß 3 miteinander verbunden sind. Das bedeutet, daß jedes Teilmodell mit den Eingängen und Ausgängen anderer Teilmodelle auf die in 3 gezeigte Weise verknüpft sein kann, um das Modell für den Bereich 82 zu bilden. Natürlich könnten die Modelle für die anderen Bereiche 80 und 81 andere Teilmodelle haben, die miteinander verbundene Ein- und Ausgänge haben.
4 zeigt das Teilmodell für den Destillationsprozeß 90 mehr im einzelnen und umfaßt eine Destillierkolonne 100 mit einem Kopfbereich 100T und einem Sumpfbereich 100B. Der Eingang 103 zu der Destillierkolonne 100 ist eine Angabe von Druck und Temperatur, die mit dem Ausgang des Modells für die in 3 gezeigten Vorverarbeitungseinrichtung 88 verknüpft sein kann. Dieser Eingang könnte jedoch von einem Bediener eingestellt sein oder könnte auf der Basis von tatsächlich gemessenen Eingängen oder Variablen innerhalb des Betriebs 10 eingestellt sein. Allgemein gesagt, weist die Destilliersäule 100 eine Reihe von Platten auf, die darin angeordnet sind, und Fluid bewegt sich beim Destilliervorgang zwischen den Platten. C₂H₄ wird aus dem Kopf 100T der Kolonne 100 produziert, und eine Rückflußtrommel 102 speist einen Teil dieses Materials zum Kopf 100T der Kolonne 100. C₂H₆ kommt im allgemeinen aus dem Sumpf der Kolonne 100, und ein Wiederverdampfer 104 pumpt Polypropylen in den Sumpf 100B der Säule 100, um den Destillationsvorgang zu unterstützen. Falls gewünscht, kann das Modell für den Destillationsprozeß 90 natürlich aus einzelnen Modellen für die Destillationssäule 100, die Rückflußtrommel 102 und den Wiederverdampfer 104 usw. aufgebaut sein, wobei die Eingänge und Ausgänge dieser Modelle entsprechend 4 miteinander verbunden sind, um das zusammengesetzte Modell für den Destillationsvorgang 90 zu bilden.
Wie oben gesagt wird, kann das Teilmodell für den Destillationsprozeß 90 als Teil eines Modells für den Bereich 82 ausgeführt sein oder kann separat und getrennt von irgendwelchen anderen Modellen ausgeführt sein. Insbesondere können der Eingang 103 zu der Destillationssäule 100 und/oder die Ausgänge C₂H₄ und C₂H₆ tatsächlich gemessen werden, und diese Meßwerte können innerhalb des Modells des Destillationsvorgangs 90 auf mehrere Arten genützt werden, wie nachstehend beschrieben wird. Bei einer Ausführungsform können die Eingänge und Ausgänge des Modells des Destillationsprozesses 90 gemessen und dazu genützt werden, andere Faktoren oder Parameter zu bestimmen, die dem Modell des Destillationsprozesses 90 zugeordnet sind (etwa der Wirkungsgrad der Destillationssäule), um das Modell des Destillationsvorgangs 90 zu zwingen, an den Betrieb der tatsächlichen Destillationssäule innerhalb des Betriebs 10 genauer angepaßt zu werden. Das Modell des Destillationsprozesses 90 kann dann mit den berechneten Parametern als Teil eines größeren Modells wie etwa eines Bereichs- oder Betriebsmodells genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Modell des Destillationsprozesses 90 mit den berechneten Parametern verwendet werden, um virtuelle Sensormessungen zu bestimmen oder um zu bestimmen, ob tatsächliche Sensormessungen innerhalb des Betriebs 10 fehlerhaft sind. Das Modell des Destillationsprozesses 90 mit den bestimmten Parametern kann auch genutzt werden, um Steuerungs- oder Anlagennutzungs-Optimierungsstudien durchzuführen usw. Außerdem können Teilmodelle genutzt werden, um sich in dem Betrieb 10 entwickelnde Probleme zu detektieren und zu isolieren oder um zu sehen, wie Änderungen an dem Betrieb 10 die Auswahl von Optimierungsparametern für den Betrieb 10 beeinflussen könnten.
Falls gewünscht, kann jedes bestimmte Modell oder Teilmodell ausgeführt werden, um die Werte der diesem Modell zugeordneten Parameter zu bestimmen. Einige oder sämtliche dieser Parameter wie etwa Wirkungsgrad-Parameter können für einen Ingenieur im Kontext des Modells von Bedeutung sein, sind aber im allgemeinen innerhalb des Betriebs 10 nicht meßbar. Insbesondere kann ein Teilmodell allgemein mathematisch beschrieben werden durch die Gleichung Y = F(X, P), wobei die Ausgänge Y des Modells eine Funktion der Eingänge X und einer Menge von Modellparametern P sind. In dem Beispiel des Destillationssäulenmodells des Destillationsprozesses 90 von 4 kann ein Expertensystem periodisch (z. B. jede Stunde, alle zehn Minuten, jede Minute usw.) von dem tatsächlichen Betrieb Daten sammeln, welche die tatsächlichen Eingänge X zu und die Ausgänge Y von der Entität bezeichnen, auf die sich das Modell bezieht. Dann kann immer wieder eine Regressionsanalyse wie etwa eine Analyse der größten Wahrscheinlichkeit, der kleinsten Quadrate oder irgendeine andere Regressionsanalyse durchgeführt werden unter Verwendung des Modells und einer Vielzahl von Mengen der gemessenen Eingänge und Ausgänge, um eine beste Anpassung für die unbekannten Modellparameter P auf der Basis der Vielzahl von Mengen von Meßdaten zu bestimmen. Auf diese Weise können die Modellparameter P für jedes spezielle Modell bestimmt werden unter Nutzung von tatsächlichen oder gemessenen Eingängen und Ausgängen, um das Modell mit der zu modellierenden Entität in Übereinstimmung zu bringen. Natürlich kann dieser Prozeß für sämtliche Teilmodelle ausgeführt werden, die innerhalb des Betriebs 10 verwendet werden, und kann unter Verwendung jeder geeigneten Anzahl von gemessenen Eingängen und Ausgängen ausgeführt werden. Bevorzugt sammelt der Anlagennutzungs-Experte 50 die Daten, die zu den entsprechenden Eingängen und Ausgängen für ein Modell gehören, über einen Zeitraum aus dem Prozeßsteuernetz und speichert diese Daten zur Nutzung durch die Modelle 56. Dann kann der Anlagennutzungs-Experte 50 zu den gewünschten Zeitpunkten wie etwa jede Minute, Stunde, jeden Tag usw. die Regressionsanalyse ausführen unter Nutzung der neuesten gesammelten Datenmengen, um die beste Anpassung für die Modellparameter unter Nutzung der gesammelten Daten zu bestimmen. Die Mengen von gemessenen Eingangs- und Ausgangsdaten, die in der Regressionsanalyse verwendet werden, können entweder eigenständig sein oder können sich mit den Datenmengen überlappen, die in einer vorhergehenden Regressionsanalyse für dieses Modell verwendet wurden. Beispielsweise kann also eine Regressionsanalyse für ein bestimmtes Modell jede Stunde laufen oder kann Eingangs- und Ausgangsdaten nutzen, die über die letzten zwei Stunden jede Minute gesammelt wurden. Infolgedessen kann die Hälfte der in jeder bestimmten Regressionsanalyse genutzten Daten sich mit den Daten überlappen, d. h. es handelt sich dabei um die gleichen Daten, die in einer vorhergehenden Regressionsanalyse verwendet wurden. Diese Datenüberlappung, die in der Regressionsanalyse angewandt wird, ergibt eine bessere Kontinuität oder Beständigkeit bei der Berechnung der Modellparameter.
Ebenso kann eine Regressionsanalyse durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob Sensoren, die Messungen innerhalb des Prozesses 10 vornehmen, driften oder einen anderen ihnen zugeordneten Fehler aufweisen. Dabei werden die gleichen Daten oder potentiell verschiedene Daten, die sich auf die gemessenen Eingänge und Ausgänge der zu modellierenden Entität beziehen, beispielsweise von dem Anlagennutzungs-Experten 50 gesammelt und gespeichert. In diesem Fall kann das Modell mathematisch allgemein ausgedrückt werden als Y + dY = F(X + dX, P), wobei dY die Fehler sind, die zu den Meßwerten der Ausgänge Y gehören, und dX die Fehler sind, die zu den Meßwerten der Eingänge X gehören. Natürlich könnten diese Fehler jede Art von Fehlern sein, beispielsweise ein systematischer Fehler, Driften oder nichtlineare Fehler, und das Modell kann eventuell erkennen, daß die Eingänge X und Ausgänge Y verschiedene Arten von Fehlern aufweisen, wobei die verschiedenen Arten von möglichen Fehlern jeweils verschiedene mathematische Beziehungen zu den tatsächlichen Meßwerten haben. In jedem Fall kann eine Regressionsanalyse wie etwa eine Methode der größten Wahrscheinlichkeit, eine Methode der kleinsten Quadrate oder jede andere Regressionsanalyse durchgeführt werden unter Verwendung des Modells mit den gemessenen Eingängen und Ausgängen, um eine beste Anpassung für die unbekannten Sensorfehler dY und dX zu bestimmen. Dabei können die Modellparameter P auf den Parametern P basieren, die unter Verwendung einer vorhergehenden Regressionsanalyse für das Modell berechnet wurden, oder können als weitere Unbekannte behandelt und in Verbindung mit dieser Regressionsanalyse bestimmt werden. Mit zunehmender Anzahl von Unbekannten, die innerhalb der Regressionsanalyse verwendet werden, erhöht sich natürlich die erforderliche Datenmenge, und es dauert länger, die Regressionsanalyse ablaufen zu lassen. Falls gewünscht, können ferner die Regressionsanalyse zur Bestimmung der Modellparameter und die Regressionsanalyse zur Bestimmung der Sensorfehler voneinander unabhängig und, falls gewünscht, mit verschiedenen periodischen Raten ablaufen. Diese unterschiedliche Periodizität kann günstig sein, wenn beispielsweise der Zeitrahmen, über den das Auftreten von meßbaren Sensorfehlern wahrscheinlich ist, sehr verschieden ist, und zwar entweder größer oder kleiner als der Zeitrahmen, über den das Auftreten von Änderungen der Modellparameter wahrscheinlich ist.
Auf jeden Fall kann unter Nutzung dieser Teilmodelle der Anlagennutzungs-Experte 50 eine Anlagenleistungsüberwachung ausführen durch Auftragen der Werte der bestimmten Modellparameter (und/oder Modelleingänge und -ausgänge) über der Zeit. Ferner kann der Anlagennutzungs-Experte 50 potentiell fehlerhafte Sensoren detektieren durch Vergleichen der festgestellten Sensorfehler dY und dX mit Grenzwerten. Wenn einer oder mehrere der Sensoren anscheinend einen hohen oder anderweitig inakzeptablen Fehler aufweisen, kann der Anlagennutzungs-Experte 50 eine Wartungsperson und/oder einen Prozeßsteuerungsoperator des fehlerhaften Sensors benachrichtigen.
Aus der vorstehenden Erörterung versteht es sich, daß die Teilmodelle für verschiedene Zwecke zu verschiedenen Zeiten jeweils unabhängig ausgeführt werden können, um die oben beschriebenen Leistungsüberwachungsaktivitäten auszuführen. Natürlich kann der Anlagennutzungs-Experte 50 die Ausführung der entsprechenden Modelle für die entsprechenden Zwecke steuern und die Ergebnisse dieser Modelle für die Anlagenleistungsüberwachung und -optimierung nutzen. Es versteht sich, daß dasselbe Modell von dem Anlagennutzungs-Experten 50 für verschiedene Zwecke und zum Berechnen von verschiedenen Parametern oder Variablen, die dem Modell zugeordnet sind, ausgeführt werden kann.
Wie oben erwähnt, können die einem bestimmten Modell zugehörigen Parameter, Eingänge, Ausgänge oder anderen Variablen gespeichert und verfolgt werden, um die Leistungsüberwachung für eine Einrichtung, eine Einheit, eine Schleife, einen Bereich oder eine andere Entität eines Prozesses oder eines Betriebs zu ermöglichen. Falls gewünscht, können zwei oder mehr dieser Variablen gemeinsam verfolgt oder überwacht werden, um ein mehrdimensionales Diagramm oder Maß für die Leistung der Entität zu liefern. Als Teil dieser Leistungsmodellierung kann der Ort der Parameter oder von anderen Variablen innerhalb dieses mehrdimensionalen Diagramms mit Grenzwerten verglichen werden, um festzustellen, ob die Entität gemäß der koordinierten überwachten Parameter innerhalb eines gewünschten oder annehmbaren Bereichs oder statt dessen außerhalb dieses Bereichs liegt. Auf diese Weise kann die Leistung einer Entität auf einem oder mehreren Parametern oder anderen Variablen basieren, die zu dieser Entität gehören. 5 zeigt ein zweidimensionales Diagramm des Operationsbereichs einer Entität wie etwa der Destillationssäule von 4 gemäß der Definition durch die Werte der Parameter P1 und P2 für diese Entität. Dabei sind die Parameter P1 und P2 (die entweder unter Anwendung der Modellregressionsanalyse, die oben beschrieben wird, oder auf eine andere gewünschte Weise bestimmt werden können) auf zweidimensionale Weise aufgetragen, und die Punkte in dem Diagramm (die jeweils durch einen Wett für P1 und einen Wert für P2 definiert sind) sind für unterschiedliche Zeiten bestimmt, die mit T1 bis T10 bezeichnet sind. So repräsentiert der Punkt XT1 den Punkt, der durch die Werte für die Parameter P1 und P2 zum Zeitpunkt T1 definiert ist. Die Punkte XT1 bis XT10 in dem Diagramm von 5 zeigen, daß die Entität innerhalb eines gewünschten Bereichs (Bereich 1) zwischen den Zeitpunkten T1 und T6 wirksam war, zum Zeitpunkt T7 in einen weniger erwünschten, jedoch akzeptablen Bereich (Bereich 2) eintrat, und zum Zeitpunkt T10 in einen inakzeptablen oder Ausfallbereich eintrat. Natürlich werden die Grenzen dieser verschiedenen Bereiche vorher z. B. durch einen Experten festgelegt und in dem Computer 30 gespeichert, damit der Anlagennutzungs-Experte 50 jederzeit Zugriff darauf hat. 5 zeigt zwar eine Leistungsüberwachungstechnik mit zweidimensionalen Parametern, aber die gleiche Technik könnte in einer Dimension oder in drei oder mehr Dimensionen angewandt werden, um eine Leistungsüberwachung durchzuführen. Ferner können die Bereiche oder andere Informationen über den Ort der Entität in der n-dimensionalen Grafik beispielsweise von der Indexerzeugungsroutine 51 genutzt werden, um einen Leistungsindex zu erzeugen.
Es versteht sich, daß der Anlagennutzungs-Experte 50 eine oder mehrere Entitäten unter Anwendung der oben beschriebenen Überwachungstechnik überwachen kann, basierend auf Modellparametern oder anderen Modellvariablen, und die Operationszustände oder Leistungsmessungen dieser Entitäten an jede andere gewünschte Person, Funktion oder Anwendung innerhalb des Verarbeitungsbetriebs 10 berichten kann, etwa an ein Prozeßsteuerungs-Expertensystem, eine Wartungsperson, eine Geschäftsanwendung, eine Benutzeroberflächenroutine 58 usw. Selbstverständlich versteht es sich auch, daß der Anlagennutzungs-Experte 50 eine Leistungs- oder Zustandsüberwachung an jeder gewünschten Entität ausführen kann auf der Basis von einem, zwei, drei oder jeder anderen gewünschten Anzahl von Parametern oder Variablen für jede Entität. Die Identität und Anzahl von Variablen oder Parametern, die bei dieser Leistungsüberwachung zu verwenden sind, wird im allgemeinen von einem Experten festgelegt, der sich mit dem Prozeß auskennt, und basiert auf der Art von Entität, die überwacht wird.
Falls gewünscht, kann der Anlagennutzungs-Experte 50 auch einen Leistungsindex oder eine Leistungsgrafik definieren durch Vergleichen von einem oder mehreren der von den Modellen bestimmten Parameter, wie oben beschrieben, mit dem gleichen Parameter, der mit dem Modell bestimmt wurde, das gemäß den Konstruktionsparametern der zu modellierenden Entität ausgeführt wird. Insbesondere kann der Anlagennutzungs-Experte 50 ein Modell ausführen unter Anwendung der Konstruktionsparameter der Entität innerhalb des Betriebs 10, auf den sich das Modell bezieht, um zu bestimmen, was die Konstruktionsleistung der Entität wäre, wenn sie entsprechend dem aktuellen Zustand des Prozesses funktioniert, und um die tatsächlichen Eingänge zu der Entität, wie sie innerhalb des Betriebs 10 gemessen werden, zu nutzen. Diese Konstruktionsleistung kann dann mit der tatsächlichen Leistung der Entität, die durch das Teilmodell für diese Entität oder durch die gemessenen Eingänge und Ausgänge der Entität bestimmt ist, verglichen werden, um ein Maß für die Leistung der Entität zu erzeugen.
Beispielsweise kann daher der Wirkungsgrad einer Entität bestimmt werden unter Verwendung des Teilmodells, das die Parameter der Entität (von denen einer der Wirkungsgrad sein kann) schätzt auf der Basis der oben beschriebenen Regressionsanalyse. Gleichzeitig kann ein Modell der Entität ausgeführt werden unter Nutzung der Parameter, die entsprechend den Konstruktionskriterien der Entität resultieren würden, jedoch auf der Basis der tatsächlichen Eingänge in die und/oder Ausgänge von der Entität. Wenn daher beispielsweise ein anderer Rohstoff in die Entität eingegeben würde, würde das Konstruktionsmodell unter Anwendung des Wirkungsgrads laufen, der aus der Änderung der Rohstoffe resultieren würde. Die Leistung der Entität kann in beiden Fällen verglichen werden, um einen Leistungsindex zu bestimmen, der angibt, wie weit entfernt von dem möglichen oder konstruktionsmäßig vorgesehenen Ablauf die tatsächliche Entität funktioniert. Dieser Leistungsindex kann dann an andere Anwendungen oder Benutzer des Systems, etwa eine Prozeßsteuerungs-, eine Wartungs- oder eine Geschäftsperson oder -anwendung berichtet und von diesen genutzt werden.
Die Teilmodelle 56 können auch verwendet werden, um eine Prozeßoptimierung auszuführen. Insbesondere kann der Anlagennutzungs-Experte 50 eine oder mehrere der Optimierungsroutinen 55 nutzen, welche die einzelnen Teilmodelle ausführen, um die Operation des Betriebs in bezug auf einige Optimierungskriterien zu optimieren, die beispielsweise von einem Prozeßsteuerungsbediener oder einer Geschäftsperson über eine Geschäftsanwendung bereitgestellt werden. Der Optimierer 55 kann ein Echtzeitoptimierer sein, der in Echtzeit wirksam ist, um den Betrieb 10 auf der Basis des tatsächlichen Zustands des Betriebs 10 zu diesem Zeitpunkt zu optimieren. Alternativ oder zusätzlich kann ein Optimierer 55 Änderungen festlegen, die an dem Betrieb 10 vorzunehmen sind, etwa das Zurückbringen auf Linie von bestimmten Einrichtungen oder Einheiten, welche die größte Optimierung des Betriebs 10 ergeben. Natürlich können anstatt oder zusätzlich zu den hier erwähnten Arten von Optimierungsroutinen 55 andere Arten von Optimierungsroutinen ausgeführt werden.
Bei einer Ausführungsform kann die Echtzeit-Otimierungsroutine RTO+, die von MDC Inc. bereitgestellt wird, als ein Echtzeitoptimierer verwendet werden und kann zu verschiedenen oder periodischen Zeiten während des Betriebs der Anlage 10 ausgeführt werden, etwa alle 3 bis 5 Minuten, alle 10 bis 15 Minuten, stündlich usw. Selbstverständlich könnten statt dessen andere bekannte oder später entwickelte Optimierer-Routinen verwendet werden, die eine Optimierung weniger häufig, etwa alle 3 oder 4 Stunden oder jeden dritten oder vierten Tag, ausführen.
Der Optimierer RTO+ implementiert jedesmal, wenn er ausgeführt wird, um eine Echtzeitoptimierung durchzuführen, drei allgemeine Phasen. Die Optimierungsroutine RTO+ führt zuerst eine Eingangsphase durch, in der die Routine eine Prüfung ausführt, um zu bestimmen, ob die Variablen, die vorher beim Design des Optimierers als Variable bezeichnet wurden, die von dem Optimierer zur Durchführung der Optimierung manipuliert werden könnten, etwa Sollwerte oder andere Eingänge von verschiedenen Einrichtungen, Einheiten usw., tatsächlich zum aktuellen Zeitpunkt manipuliert werden können. Diese Information kann für den Optimierer vom Anlagennutzungs-Experte 50 verfügbar gemacht werden, der diese Information von dem Prozeßsteuersystem erhält und diese Information in einer gewünschten Datenbank speichert. Während der Eingangsphase bestimmt der Optimierer tatsächlich auf der Basis der ihm von dem Anlagennutzungs-Experten 50 gelieferten Daten, ob jeder der möglichen manipulierten Eingänge noch für eine Änderung verfügbar ist, weil in vielen Fällen einer oder mehrere der potentiellen manipulierten Eingänge für eine Änderung eventuell nicht verfügbar ist, da beispielsweise eine Einrichtung, welche diesen Eingang liefert, entweder nicht wirksam ist oder offline genommen wurde oder die Einrichtung in einem Modus läuft, der von dem Konstruktionsmodus verschieden ist, was die Steuereinheit an einer Änderung von Eingängen in die Einrichtung hindert.
Als Teil der Eingangsphase kann der Echtzeitoptimierer auch bestimmen, ob die Variablen, die während des letzten Laufs des Optimierers geändert werden sollten, tatsächlich auf die vorgeschlagenen oder berechneten Werte vom letzten Lauf des Optimierers geändert wurden und diese erreichten, d. h. also die Werte, auf die sie geändert werden sollten. Wenn aus welchem Grund auch immer eine Variable, die sich zu einem bestimmten Wert ändern sollte, diesen Wert nicht erreicht hat, erkennt der Optimierer, daß ein Problem vorliegt, welches das Eintreten der Änderung behindert, und entfernt effektiv die Option einer Änderung dieser Variablen auf diesen Wert während des nächsten Durchlaufs des Optimierers. Die Detektion einer Unfähigkeit einer Variablen, einen Wert zu erreichen, den sie theoretisch erreicht haben sollte, kann auch dazu führen, daß der Optimierer einem Bediener mitteilt, daß ein Problem im System vorliegen kann, das behandelt werden muß.
Als nächstes führt der Optimierer während der Eingangsphase eine rasche Ausführung von jedem der einzelnen Teilmodelle durch, die das Gesamtmodell bilden, wobei er beispielsweise die tatsächlichen Eingänge und Ausgänge nutzt, die von dem Betrieb 10 gemessen wurden. Die berechneten Ausgänge jedes Teilmodells werden dann überprüft, um festzustellen, ob irgendein Problem mit einem bestimmten Teilmodell vorliegt, das verhindert, daß das gesamte Modell präzise läuft. Dabei kann der Optimierer die tatsächlich gemessenen Eingänge für jede Entität (die vorher gespeichert wurden) verwenden, um zu erkennen, ob die einzelnen Komponenten des Modells mit diesen tatsächlichen Eingängen funktionieren, um realistische Ausgänge zu erzeugen.
Unter der Annahme, daß jedes der Teilmodelle ausgeführt werden kann, kann der Optimierer nach Diskrepanzen in den Modellen suchen, welche die Fähigkeit des Optimierers zur Optimierung beeinflussen können. Beispielsweise kann der Optimierer feststellen, ob eine von einer echten Einrichtung durchgeführte Messung gleich wie die von dem Teilmodell vorhergesagte ist, wobei die tatsächlichen Eingänge zu der Einrichtung verwendet werden. Wenn das Modell (unter Nutzung der neuesten berechneten Modellparameter) einen Ausgang vorhersagt, der von der tatsächlichen Messung des Ausgangs abweicht, wenn etwa das Modell eine Durchflußrate von 18 vorhersagt und ein Durchflußratenmesser 20 anzeigt, dann kann der Optimierer eine Begrenzung, die der Durchflußrate zugeordnet ist, auf zwei unterhalb der vorher definierten Begrenzung rücksetzen. Wenn daher die Begrenzung, welche dieser Durchflußrate zugeordnet ist, ursprünglich mit 25 eingestellt wurde, kann der Optimierer eine Begrenzung von 23 verwenden, weil der Optimierer erkennt, daß das Modell in bezug auf diese Variable fehlerhaft ist. Natürlich kann der Optimierer nach anderen Ungleichheiten oder Abweichungen zwischen Modellen und den tatsächlichen Meßwerten des Betriebs suchen, um Begrenzungen oder andere Variablen innerhalb der Optimierungsroutine rückzusetzen, zu aktualisieren oder fein abzustimmen.
In der nächsten Phase, die allgemein als die Optimierungsphase bekannt ist, führt der Optimierer die einzelnen Modelle in einer vorbestimmten Reihenfolge aus unter Verwendung der Ausgänge von einem Teilmodell als Eingänge zu einem oder mehreren der anderen Teilmodelle, die das Gesamtmodell bilden. Beim Gebrauch des Gesamtmodells, der vom Benutzer vorgegebenen Begrenzungen und der in der Eingangsphase bestimmten neuen Begrenzungen sowie der Optimierungskriterien bestimmt der Optimierer die Änderungen, die an den eingegebenen oder manipulierten Variablen vorzunehmen sind, die als derzeit fähig zur Manipulation detektiert wurden und die den Betrieb in dem Zeitfenster, in dem der Optimierer ausgeführt wird, optimieren. Dieses Zeitfenster kann 3 bis 4 Minuten, 3 bis 4 Stunden usw. sein und ist im allgemeinen die periodische Rate, mit welcher der Optimierer ausgeführt wird. Die Verwendung von Optimierungssoftware ist wohlbekannt, und es kann jede gewünschte Optimierungssoftware für diesen Zweck verwendet werden. Bei einem Beispiel kann also ein Raffinationsbetrieb so optimiert werden, daß er eine C₂-Krackvorrichtung so betreibt, daß möglichst viel Gewinn erzielt wird auf der Basis der möglichen Ausgangsprodukte, die von der C₂-Krackvorrichtung produziert werden können, und zwar bestimmt durch die aktuellen Preise und Produktionslots, die jedem dieser möglichen Ausgänge zugewiesen sind. Eine Begrenzung kann jedoch sein, daß die C₂-Krackvorrichtung eine bestimmte Menge von einem Produkt produzieren muß, weil es einen Geschäftsvertrag zur Lieferung dieser Menge dieses Produkts gibt, der erfüllt werden muß, und zwar unabhängig davon, was der aktuelle Preis dieses Produkts gerade ist. Bei einem anderen Beispiel kann ein Optimierungskriterium sein, daß der Einsatz eines bestimmten Rohstoffs maximiert wird, weil die Kosten der Lagerhaltung von zu großen Mengen dieses Rohstoffs im Betrieb andere Kosten- oder Preisüberlegungen überschatten, etwa Produkte, die den höchsten aktuellen Preis haben.
Es ist ersichtlich, daß die Bestimmung der Optimierungskriterien, die typischerweise von einer Geschäftsperson oder einer Geschäftsanwendung ausgeführt werden, für die Wirkung des Optimierers und damit letztendlich für den Betrieb der Anlage 10 sehr kritisch ist. Infolgedessen kann der Anlagennutzungs-Experte 50 der Geschäftsperson über die Benutzeroberflächenroutinen 58 eine systematische Menge von Wahlmöglichkeiten darüber liefern, was die Optimierungskriterien zu einem bestimmten Zeitpunkt sein werden, und die von dem Bediener oder einem anderen Benutzer getroffene Wahl an die Optimierungsroutine leiten. Tatsächlich gibt es viele Optimierungsvariablen, die ausgewählt werden können, und die Wahl dieser verschiedenen Kriterien kann dem Bediener oder der Geschäftsperson über die Benutzeroberfläche geliefert werden, um dem Bediener oder der Geschäftsperson zu ermöglichen, verschiedene Optimierungskriterien auf jede gewünschte Weise zu wählen.
Als nächstes tritt die Optimierungsroutine in eine Ausgangsphase ein, in der die Implementierung der Ergebnisse des Optimierers erreicht werden kann. Insbesondere kann der Optimierer nach dem Berechnen der vorgeschlagenen Änderungen an den manipulierten Variablen bestimmen, ob die manipulierten Variablen oder zu ändernden Eingänge noch verfügbar sind, weil eine oder mehrere der Einrichtungen, die zum Zeitpunkt des Beginns der Optimierungsphase des Optimierers verfügbar waren, inzwischen eventuell offline gegangen sind oder anderweitig nicht mehr verfügbar sind, was die Implementierung der vorgeschlagenen Änderungen der Eingangsvariablen verhindert. Wenn jedoch sämtliche zu ändernden manipulierten Variablen noch geändert werden können, können die vorgeschlagenen Änderungen einem Bediener beispielsweise über eine Benutzeroberfläche (z. B. eine grafische Benutzeroberfläche) angezeigt werden. Der Bediener kann imstande sein, einfach einen Knopf zu drücken und auf eine vom Optimierer bestimmte Weise die Änderungen an den manipulierten Variablen zu initiieren oder automatisch zu der Prozeßsteuerroutine herunterzuladen, etwa die Änderung von Sollwerten usw. Bei einer anderen Ausführungsform oder in späteren Operationsphasen, beispielsweise dann, wenn der Prozeß ordnungsgemäß läuft, kann der Optimierer automatisch die vorgeschlagenen Änderungen implementieren, wenn der Bediener die Instanzierung dieser Änderungen nicht innerhalb eines bestimmten Zeitfensters verhindert. Somit kann der Ausgang des Optimierers jedesmal, wenn der Optimierer ausführt, verwendet werden, wenn nicht der Bediener eingreift, um die Nutzung der Änderungen vom Optimierer zu verhindern. Als Teil dieser Operation können eine oder mehrere der Benutzerschnittstellenroutinen 58 einen Bildschirm für den Bediener bereitstellen, der die vorgeschlagenen Änderungen zeigt, sowie einen Knopf oder einen Balken bereitstellen, den der Bediener verwendet, um die Änderungen zu installieren oder die Installierung der Änderungen zu verhindern. Wenn bei einer Ausführungsform der Benutzer einen Knopf drückt, um die Änderungen zu installieren, werden sämtliche Änderungen an die entsprechenden Steuereinheiten übermittelt, wo sie auf Begrenzungen geprüft und dann implementiert werden.
Der Echtzeitoptimierer wie etwa der oben beschriebene kann im Vergleich mit den meisten Optimierern aus einer Reihe von Gründen relativ häufig ausgeführt werden. Erstens verwendet der Echtzeitoptimierer zwecktaugliche Modelle, die typischerweise viel schneller als die hochtheoretischen Modelle laufen, die typischerweise für das Design eines Betriebs verwendet werden. Diese Teilmodelle sind jedoch präzise, weil einer oder mehrere Parameter der Modelle feinabgestimmt oder geändert werden (unter Anwendung der oben beschriebenen Regressionsanalyse), und zwar auf der Basis von tatsächlichen Eingängen und Ausgängen des Betriebs 10. Das heißt, der Echtzeitoptimierer verwendet die durch den letzten Lauf der Regressionsanalyse an dem Modell erhaltenen Modellparameter, um das Modell mit dem tatsächlichen Betrieb der Anlage 10 in Übereinstimmung zu bringen. Ferner ist der oben beschriebene Optimierer schneller als herkömmliche Optimierer, weil er begrenzte Optimierungsschritte verwendet. Dabei versucht der Optimierer nur über den Zeitraum zwischen einzelnen Durchläufen des Optimierers eine Optimierung, wodurch der Verarbeitungsumfang reduziert wird, der von der Optimierungsroutine ausgeführt wird. Außerdem kann der Echtzeitoptimierer so konfiguriert sein, daß er das Auftreten von einem oder mehreren signifikanten Ereignissen erkennt, die den Echtzeitoptimierer zum Neustart anstoßen können, da diese Ereignisse vorhergehende Empfehlungen impraktikabel oder unerwünscht machen können.
Vorstehend wurde zwar die Verwendung eines Echtzeitoptimierers als geschlossene Schleife erörtert, aber auch andere Arten von Optimierern 55, welche die gleichen oder davon verschiedene Teilmodelle verwenden, könnten ebenfalls von dem Anlagennutzungs-Experten 50 in Verbindung mit dem Echtzeitoptimierer oder separat davon ausgeführt werden. Diese anderen Optimierer könnten weniger häufig und aus anderen Gründen ausgeführt werden. Beispielsweise kann ein Breitbandoptimierer verwendet werden, um nachzuschlagen oder zu bestimmen, wo der letztendliche optimale Operationspunkt eines Prozesses letztlich sein kann, auch wenn der Echtzeitoptimierer eventuell nicht imstande ist, den Betrieb 10 für einige Zeit an diesen Punkt zu treiben. Dieser Breitbandoptimierer kann es der Geschäftsperson ermöglichen, Langzeitvorhersagen über den Betrieb 10 zu machen, oder kann dem Bediener erlauben zu bestimmen, ob die Operation des Betriebs 10 sich in Richtung eines gewünschten Bereichs bewegt. Wenn der Breitbandoptimierer bestimmt, daß der letztlich erreichbare Optimierungspunkt immer noch nicht akzeptabel ist, kann der Bediener sich entscheiden, die Konfiguration oder andere Betriebsparameter der Anlage 10 zu ändern.
Andere Optimierer wie etwa Selektionsoptimierer können bestimmen, ob Änderungen der Prozeßkonfiguration, die vom Bediener oder der Wartungsperson durchgeführt werden müssen, den Prozeß besser optimieren könnten. Beispielsweise kann in manchen Fällen ein Selektionsoptimierer erkennen, daß bestimmte Einheiten oder andere manipulierte Eingänge, die für den Echtzeitoptimierer verfügbar sein sollten, aus irgendeinem Grund nicht mehr verfügbar sind, z. B. weil die diesen Eingängen zugeordneten Einrichtungen abgeschaltet oder offline sind. Der Selektionsoptimierer fährt einen oder mehrere Optimierungstests unter der Annahme, daß eine oder mehrere dieser Einrichtungen, Einheiten usw. verfügbar sind, um zu bestimmen, um wieviel besser der Betrieb 10 funktionieren würde (d. h. um wieviel optimaler der Betrieb 10 in bezug auf einige Optimierungskriterien sein könnte), wenn diese Einheiten wieder in Betrieb genommen würden. Dieser Optimierer kann beispielsweise dem Bediener oder der Geschäftsperson sagen, um wieviel mehr Geld der Betrieb 10 bringen könnte, wenn bestimme Einheiten oder Einrichtungen online gebracht werden würden, oder könnte dem Bediener oder der Geschäftsperson sagen, auf welchen Einrichtungen oder Einheiten der Fokus sein sollte, um sie als erste wieder in Betrieb zu nehmen. Ein solcher Selektionsoptimierer kann auch eine Optimierung versuchen, indem er bestimmte Pumpen oder Ventile ein- oder ausschaltet, andere Einrichtungen, die in suboptimalen Betriebsarten laufen, auswechselt usw., um festzustellen, welche kritischen Änderungen an dem Prozeß oder an dessen Anlagen vorgenommen werden könnten, um den Prozeß gewinnbringender oder optimal zu machen. Der Selektionsoptimierer könnte Eingänge vom Bediener oder der Geschäftsperson verwenden und/oder andere Verzweigungs- und Begrenzungstechniken verwenden, die bei Datenverarbeitungs- oder Datenfiltertechniken üblich sind, um die Art und Weise auszuwählen, wie die Optimierungsvariablen einzustellen sind. Andere Selektionstechniken könnten ebenfalls verwendet werden, etwa die Ausstattung des Selektionsoptimierers mit einer Serie von Regeln, die in einer bestimmten Reihenfolge anzuwenden sind, um festzustellen, wie der Prozeß zu ändern ist, oder um festzustellen, welche Änderungen an dem Prozeß, falls sie implementiert werden, Verbesserungen oder die größte Verbesserung an dem Betrieb 10 erbringen würden.
Als Ergebnis der vorstehenden Erörterung ist ersichtlich, daß die Verwendung von Modellen viele neue Arten von Daten oder Informationen für die Geschäftsanwendung, Prozeßsteueranwendungen und Anlagenwartungs- und -überwachungsanwendungen ergibt. Insbesondere können die Modelle genutzt werden, um eine Leistungsüberwachung auszuführen und einen Leistungsindex zu erzeugen, der die relative Leistung einer Einrichtung, einer Einheit, eines Bereichs usw. innerhalb eines Betriebs bezeichnet. Dieser Leistungsindex kann ein Maß für die Leistung einer Entität in bezug auf die mögliche Leistung dieser Entität sein. Ferner wurden vorstehend zwar Einrichtungs- und Einheitsmodelle erörtert, aber gleichartige Modelle könnten für Prozeßsteuerentitäten wie Schleifen, Einheiten usw. gebildet und ausgeführt werden, um ein Leistungsmaß und Optimierungskriterien auch für diese Arten von Entitäten zu erstellen. Wie oben gesagt wird, können Modelle in einigen Fällen auch genutzt werden, um die Gesundheit bestimmter Einrichtungen oder anderer Entitäten zu messen oder zu bezeichnen und einen Gesundheitsindex zu bilden, der für diese Entitäten bezeichnend ist. Beispielsweise können die Fehlermessungen bestimmter Eingangs- und Ausgangssensoren, die durch die Regressionsanalyse bestimmt sind, die an bestimmten Modellen ausgeführt wird, als eine Anzeige für die Gesundheit dieser Einrichtungen genutzt oder in eine solche Anzeige umgewandelt werden. Andere Informationen, die auf andere Weise nicht für die Pxozeßsteuereinheit verfügbar sind, etwa Modellparameter und virtuelle Sensormessungen auf der Basis der Modelle, könnten ebenfalls den Prozeßsteuereinheiten oder den Geschäftspersonen zur Verwendung auf die verschiedenste Weise verfügbar gemacht werden.
Neben Leistungs- und Gesundheitsindexen kann der Anlagennutzungs-Experte 50 die Indexerzeugungsroutine 51 dabei unterstützen, andere Arten von Indexen wie etwa einen Nutzungsindex und einen Variabilitätsindex zu erzeugen. Ein Variabilitätsindex zeigt, um wieviel ein Signal in eine Einrichtung, Schleife, Einheit usw. oder aus dieser oder ein anderer Parameter, der mit einer Einrichtung, Schleife, Einheit usw. in Zusammenhang steht, sich verändert im Vergleich damit, um wieviel dieses Signal oder dieser Parameter sich erwartungsgemäß ändern soll. Die zur Erzeugung dieses Variabilitätsindex erforderlichen Daten können von dem Anlagennutzungs-Experten 50 gesammelt und der Indexerzeugungsroutine 51 zu jedem gewünschten oder passenden Zeitpunkt geliefert werden. Selbstverständlich kann der normale Umfang der Abweichung eines Signals oder Parameters von einem Hersteller, Techniker, Bediener oder einer Wartungsperson eingestellt werden, die mit der Entität vertraut ist, oder kann auf einem statistischen Maß (etwa einer mittleren Standardabweichung usw.) basieren, das dieser oder anderen gleichartigen Entitäten innerhalb des Betriebs zugeordnet ist, und diese normale oder erwartete Abweichung kann in der Indexerzeugungsroutine 51 gespeichert oder aktualisiert werden.
In der einen oder anderen Form verfolgt oder reflektiert der Nutzungsindex die Nutzung einzelner Einrichtungen, Einheiten, Schleifen oder anderer Entitäten und kann eine gewisse Anzeige dafür liefern, ob diese Entitäten übermäßig oder zu wenig genutzt werden, und zwar auf der Basis von vorher bestimmten festen Bezugspunkten oder Betriebszielen. Ein Nutzungsindex kann auf der Basis von gemessenen Nutzungen der eigentlichen Einrichtung erzeugt werden. Beispielsweise kann eine Einrichtung dahingehend gemessen werden, wie häufig sie innerhalb eines Prozesses genutzt wird oder Leerlauf hat, und dieser Index kann mit einer gewünschten Nutzung für diese Entität verglichen werden, um festzustellen, ob die Entität zu häufig oder zu wenig genutzt wird. Der Nutzungsindex könnte Einrichtungen, Einheiten, Schleifen usw. bezeichnen, die nicht so häufig genutzt werden, wie sie genutzt werden könnten oder sollten, oder andererseits solche, wie zu häufig genutzt und somit überbeansprucht werden.
In manchen Fällen könnte ein Nutzungsindex auf der Basis von Geschäftsentscheidungen bestimmt werden, die in bezug auf die geeignete oder gewünschte Nutzung einer bestimmten Einrichtung getroffen werden. Beispielsweise verwenden viele Verarbeitungs- oder Raffinationsbetriebe Öfen, die dem Problem des Verkokens ausgesetzt sind und daher periodisch gereinigt werden müssen. Allgemein gesagt, tritt ein Verkoken in Öfen auf, die in der Erdölindustrie verwendet werden, wo es erwünscht ist, ein erdölbasiertes Fluid innerhalb kurzer Zeit rasch zu erhitzen. Ein solcher Ofen kann ein Einlaßrohr aufweisen, das durch das Ofeninnere verläuft, so daß in dem Rohr bewegtes Fluid rasch auf eine hohe Temperatur wie etwa 1400°F erhitzt wird. In manchen Fällen kann es erforderlich sein, die Außenseite des Rohrs auf ungefähr 1700°F zu erhitzen, um das Fluid in der Rohrmitte auf eine derart hohe Temperatur zu erhitzen. Da jedoch das durch das Rohr strömende Fluid auf Erdöl basiert, bildet sich ein Teil des Materials zu Kohlenstoff oder anderen Arten von viskosem oder teilchenförmigem Material um, das sich an den innenseitigen Oberflächen der Rohre absetzt, wodurch wiederum der Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad des Ofens über die Zeit verringert wird. Die Ablagerung dieses Materials wird allgemein als Verkoken bezeichnet. Je mehr Fluid durch das Rohr strömt, um so mehr Verkokung und somit geringerer Wirkungsgrad des Ofens tritt ein. Irgendwann wird der Wirkungsgrad des Ofens so niedrig, daß der Ofen offline genommen und gereinigt werden muß. Dieser Reinigungsvorgang ist zeitaufwendig und erfordert viele Arbeitskräfte und Ressourcen einschließlich Dampfreinigungsanlagen. Infolgedessen muß das Reinigen dieser Öfen im allgemeinen vorher geplant werden, um sicherzustellen, daß die Arbeitskräfte und erforderlichen Anlagen verfügbar sind.
Eine Geschäftsperson oder ein Prozeßsteuerungsbediener, dem bekannt ist, daß bestimmte Öfen innerhalb des Betriebs 10 verkoken, kann eventuell versuchen, den wirkungsvollsten Gebrauch dieser Öfen dadurch zu erzielen, daß angegeben wird, wie das Verkoken in jedem Ofen über die Zeit auftreten soll. So kann eine Geschäftsperson beispielsweise entscheiden, daß ein bestimmter Ofen für einen Zeitraum von 15 Tagen in Betrieb sein soll, und will diesen Ofen innerhalb dieses Zeitraums maximal nutzen, indem der Ofen am Ende des Zeitraums von 15 Tagen bis zu seinem maximalen Verkokungswert betrieben wird. Wenn der Ofen seinen maximalen Verkokungswert zu bald, also vor Ablauf des Zeitraums von 15 Tagen, erreicht, muß der Ofen offline genommen werden, kann aber dennoch erst am Ende des Zeitraums von 15 Tagen gereinigt werden, weil zu diesem Zeitpunkt die Reinigungsarbeitskräfte und -maschinen verfügbar sind (d. h. geplant sind). Dieses vorzeitige Abschalten des Ofens kann den Prozeßbetrieb nachteilig beeinflussen. Wenn jedoch der Ofen am Ende des Zeitraums von 15 Tagen seinen maximal zulässigen Verkokungswert nicht erreicht, muß er dennoch offline genommen und gereinigt werden, weil dies wiederum der einzige Zeitpunkt ist, zu dem die Arbeitskräfte und Maschinen verfügbar sind. Der Ofen ist jedoch zu wenig genutzt worden, was bedeutet, daß eine Gelegenheit verloren worden ist, denn effektiv kostet es genau so viel, einen untergenutzten Ofen zu reinigen, wie es kostet, einen vollständig genutzten Ofen zu reinigen. Vermutlich wurden andere Öfen zu stark genutzt und haben auf der Basis der unzureichenden Nutzung dieses Ofens eine stärkere Verkokung als notwendig erfahren.
Zur Planung der besten Nutzung des Ofens über einen gegebenen Zeitraum wie etwa den oben angesprochenen Zeitraum von 15 Tagen kann der Bediener oder die Geschäftsperson eine Fiduzialkurve zeichnen, die das gewünschte Verkokungsmaß für den Ofen über die Zeit definiert. Eine beispielhafte Fiduzialkurve 200 in einem Diagramm der Verkokung eines Ofens über der Zeit ist in 6 gezeigt. Die Fiduzialkurve 200 bezeichnet, wie die Geschäftsperson oder der Bediener den Ofen in bezug auf die Verkokung über einen Zeitraum von 15 Tagen nutzen möchte (wonach dieser Ofen gereinigt wird). Die Verkokung des Ofens steht in unmittelbarer Beziehung zu dem Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad des Ofens. Wie aus 6 ersichtlich ist, erreicht der Ofen, wenn die Nutzung des Ofens der Fiduzialkurve 200 folgt, seinen maximalen Verkokungswert (welcher dem kleinsten zulässigen Wärmeübertragungs-Wirkungsgrad des Ofens entspricht) am Ende des Zeitraums von 15 Tagen. Es versteht sich natürlich, daß die Fiduzialkurve von 6 nur eine von vielen möglichen Fiduzialkurven ist, die gewählt werden könnten.
Leider ist es wegen der hohen Temperaturen innerhalb des Ofens nicht möglich, die Verkokung im Ofen zu einer bestimmten Zeit zu messen. Ein Maß für die Verkokung innerhalb des Ofens kann jedoch statt dessen durch die Verwendung von einem oder mehreren Modellen für den Ofen erstellt werden, die nach den oben erläuterten Prinzipien aufgebaut sind. Dabei kann die Verkokung ein Parameter des Modells sein, der aus anderen Variablen innerhalb des Modells, Eingängen in das und Ausgängen aus dem Modell oder durch Anwendung einer Regressionsanalyse, wie oben beschrieben, bestimmt wird. Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann dieses Modell dann periodisch ablaufen lassen, um den Verkokungsumfang im Ofen als eine virtuelle Sensormessung oder einen Modellparameter zu erhalten. Die Gleichungen für diese Bestimmung sind im Stand der Technik wohlbekannt und werden hier nicht erörtert. Falls gewünscht, kann ferner ein Optimierer den durch die Fiduzialkurve 200 von 6 definierten Verkokungswert (oder die Verkokungsrate, die durch den Anstieg dieser Kurve an irgendeinem Punkt definiert ist) als Optimierungskriterium nutzen und die manipulierten Variablen des Betriebs einstellen, um zu versuchen, den Ofen so zu betreiben, daß die Verkokung in dem Ofen gemäß der Messung durch das Modell für diesen Ofen der Fiduzialkurve 200 von 6 folgt.
In dem Beispiel von 6 wird davon ausgegangen, daß der Anlagennutzungs-Experte 50, der die Modelle für den Ofen ablaufen läßt, am Tag 6 feststellt, daß die Verkokung des Ofens beim Punkt 202 liegt, was erheblich unter dem erwünschten Verkokungsumfang gemäß der Definition durch die Fiduzialkurve 200 am Tag 6 ist. Die Tatsache, daß die Verkokungsschätzung für den Ofen am Tag 6 unter derjenigen ist, die durch die Fiduzialkurve 200 definiert ist, bedeutet, daß der Ofen gemäß der Fiduzialkurve 200 untergenutzt wird. Infolgedessen kann der Anlagennutzungs-Experte 50 diese Tatsache beispielsweise einem Bediener oder einer Geschäftsperson zur Kenntnis bringen, indem ein Nutzungsindex für den Ofen erstellt wird, der auf eine gewünschte oder zweckmäßige Weise angibt, daß der Ofen entsprechend den vorher definierten Nutzungskriterien untergenutzt ist.
Auf der Basis dieses Nutzungsindex kann die Geschäftsperson oder der Bediener erkennen, daß eine Gelegenheit zur stärkeren Nutzung des Ofens ausgelassen wird, weil nach dem Zeitraum von 15 Tagen der Ofen auf jeden Fall abgeschaltet wird, ob nun das maximale Verkokungsmaß in dem Ofen eingetreten ist oder nicht. Um den Verkokungsparameter innerhalb eines bestimmten Zeitraums wie etwa bis zum Tag 7 (der in 6 als Punkt 204 bezeichnet ist) wieder zurück auf die Fiduzialkurve 200 zu bringen und die beste Nutzung des Ofens zu erreichen, kann der Bediener oder der Anlagennutzungs-Experte 50 eine Linie zwischen den Punkten 202 und 204 definieren. Der Anstieg dieser Linie definiert eine Verkokungsrate, die größer als die Verkokungsrate ist, die zwischen den Tagen 6 und 7 durch die Fiduzialkurve zugelassen wird. Der Bediener oder die Optimierungsroutine kann dann den Ofen stärker nutzen, um die Verkokungsrate zu erreichen, die durch den Anstieg der Kurve zwischen den Punkten 202 und 204 definiert ist. Diese höhere Verkokungsrate kann beispielsweise als eine Begrenzung oder auch als ein Optimierungsparameter genutzt werden innerhalb einer Optimierungsroutine, die den Ablauf des Betriebs 10 oder des Ofens steuert. Beispielsweise ist es bekannt, das Verkokungsmaß oder die Verkokungsrate einzustellen, indem eine beliebige Anzahl von Parametern, die dem Ofen zugeordnet sind, eingestellt wird, etwa die Geschwindigkeit, mit der Material durch den Ofen geschickt wird (je höher die Geschwindigkeit, um so geringer ist die Verkokung), die Austrittstemperatur des Materials aus dem Ofen (je höher die Austrittstemperatur, um so stärker ist die Verkokung) und die Dampfmenge, die in das durch den Ofen geschickte Fluid eingepreßt wird (typischerweise gilt, daß um so weniger Verkokung stattfindet, je mehr Dampf eingesetzt wird). Der Optimierer kann die gewünschte Verkokungsrate nutzen, um einen oder mehrere dieser Parameter so einzustellen, daß die neue Verkokungsrate erreicht wird. Auf jeden Fall zeigt die Messung der Nutzung des Ofens auf der Basis der tatsächlichen Verkokung des Ofens im Vergleich mit der gewünschten Verkokung des Ofens bei diesem Beispiel, daß der Ofen untergenutzt wird und daß eine höhere Optimierung des Betriebs 10 erfolgen kann, wenn der Ofen stärker eingesetzt wird.
Wenn dagegen, wie 7 zeigt, die Verkokung des Ofens am Tag 6 mit den Modellen für den Ofen als über der Fiduzialkurve 200, etwa beim Punkt 206, liegend gemessen oder bestimmt wurde, wird der Ofen übergenutzt und die Nutzungsrate des Ofens sollte verringert werden, um es möglich zu machen, daß der Ofen 15 Tage in Betrieb ist. In diesem Fall kann es vielleicht einen anderen Ofen geben, der online gebracht werden könnte oder der bereits online ist und verwendet werden könnte, um die Verringerung der Nutzung des Ofens auszugleichen. Ähnlich dem Beispiel von 6 kann ein Bediener oder eine Geschäftsperson von der Übernutzung des Ofens in Kenntnis gesetzt werden, wobei beispielsweise ein Nutzungsindex verwendet wird, der z. B. eine Indikation der Differenz zwischen der tatsächlichen Verkokung und dem gewünschten Verkokungsmaß liefert. Danach kann der Bediener oder die Geschäftsperson bestimmen, daß es erwünscht ist, den Verkokungsparameter des Ofens bis zum Tag 10 wieder auf die Fiduzialkurve zu bringen, da der Verkokungswert des Ofens bereits höher als der für Tag 7 oder 8 zulässige Wert sein kann. Zwischen dem Punkt 206 und dem Punkt 208 kann eine Linie gezogen werden, die der Punkt auf der Fiduzialkurve am Tag 10 ist, und die Steilheit dieser neu gezeichneten Linie kann die Verkokungsrate definieren, die für die Nutzung zwischen den Tagen 7 und 10 zulässig oder erwünscht ist. Natürlich kann der Bediener oder ein Optimierer oder eine andere Steuerroutine Steuerstrategien implementieren, um die Verkokungsrate des Ofens auf die Rate zu zwingen, welche die Rate ist, die durch die Steilheit der Linie zwischen den Punkten 206 und 208 definiert ist.
Andere Geschäftsentscheidung können eine Rolle dabei spielen, den Nutzungsindex des Ofens zu ändern. Beispielsweise kann am Tag 6, obwohl der Ofen vielleicht auf der Fiduzialkurve oder um diese herum im Hinblick auf den Verkokungsparameter betrieben wird, eine Geschäftsperson entscheiden, daß es notwendig ist, aus dem Ofen fünf weitere Nutzungstage herauszuholen und dadurch die Standzeit des Ofens auf 20 Tage zu verlängern, bevor der Ofen gereinigt wird. Dies kann durchgeführt werden, weil die Reinigungsanlage sowieso erst in 20 Tagen verfügbar ist. In diesem Fall kann die Fiduzialkurve zwischen den Tagen 6 und 20 neu gezeichnet werden, und die Steuerroutine oder der Optimierer kann dann versuchen, der neuen Fiduzialkurve zu folgen. Wenn jedoch die gesamte Fiduzialkurve neu gezeichnet wird, kann das, was vorher als 100% Nutzung oder exakte Nutzung am Tag 6 im Fall einer über 15 Tage ausgelegten Fiduzialkurve definiert war, nunmehr eine übermäßige Nutzung für eine Fiduzialkurve von 20 Tagen sein. In diesem Fall kann der Anlagennutzungs-Experte 50 eine neue Verkokungsrate als Optimierung oder Begrenzung an einen Optimierer oder eine Prozeßsteuerroutine liefern, um zu versuchen, den Nutzungsindex auf 100% zurückzubringen. Wenn der Ofen vorzeitig, etwa am Ende von 12 Tagen, abgeschaltet werden soll, kann der Ofen gleichermaßen auf der Basis einer 12-Tage-Fiduzialkurve untergenutzt sein, und ein Optimierer oder eine Prozeßsteuerroutine kann eine neue Verkokungsrate bei dem Versuch verwenden, den Nutzungsindex auf 100% zurückzubringen.
Wie ersichtlich ist, kann eine geschäftliche Entscheidung, den Ofen entlang einer bestimmten Fiduzialkurve wirksam sein zu lassen, in Verbindung mit der Verwendung von Modellen für den Ofen, die einen Verkokungsgrad des Ofens zu einem bestimmten Zeitpunkt messen oder schätzen, verwendet werden, um zu zeigen, ob eine bestimmte Entität wie etwa der Ofen während tatsächlicher Prozeßläufe über- oder untergenutzt wird. Außerdem können Änderungen an der Steuerung des Prozesses vorgenommen werden, um auf der Basis des Nutzungsindex den Ofen stärker oder weniger zu nutzen.
Der Nutzungsindex für das oben angegebene Ofenbeispiel kann auf jede gewünschte Weise berechnet oder ausgedrückt werden, etwa auf der Basis der Differenz zwischen dem tatsächlichen Verkokungswert und dem gewünschten Verkokungswert oder auf der Basis eines Verhältnisses zwischen beiden, der neuen zulässigen Verkokungsrate, der Differenz zwischen oder einem Verhältnis der gewünschten Verkokungsrate gemäß der Definition durch die Fiduzialkurve und der neuen zulässigen Verkokungsrate oder auf der Basis jedes anderen Maßes der Nutzung. Es wurde zwar hier eine Art der Bestimmung eines Nutzungsindex für einen Ofen beschrieben, aber es gibt natürlich viele andere Möglichkeiten zum Bestimmen oder Definieren von Nutzungsindexen für Öfen sowie für andere Einrichtungen, Einheiten, Schleifen usw. innerhalb eines Verarbeitungsbetriebs. Insbesondere können Nutzungsindexe für verschiedene Einheiten auf jede gewünschte Weise und auf unterschiedliche Weise für unterschiedliche Typen von Entitäten gemessen werden. Bei einem Beispiel kann der Nutzungsindex in Prozent ausgedrückt werden, wobei 100% bedeuten, daß die Entität mit dem korrekten oder gewünschten Wert genutzt wird, ein Wert über 100% bedeutet, daß die Entität übergenutzt wird, und ein Wert unter 100% bedeutet, daß die Entität untergenutzt wird. Selbstverständlich könnten im Kontext von unterschiedlichen Arten von Einrichtungen andere Möglichkeiten angewandt werden, um die Nutzung zu messen und auszudrücken.
Ein wichtiger Aspekt des Systems von 1 sind die Benutzerschnittstellenroutinen 58, die eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) bereitstellen, die mit dem hier beschriebenen Anlagennutzungs-Experten 50 integriert ist, um den Dialog eines Benutzers mit den zahlreichen Anlagennutzungsfähigkeiten zu erleichtern, die von dem Anlagennutzungs-Experten 50 geboten werden. Bevor jedoch die GUI im Detail erörtert wird, sollte festgestellt werden, daß die GUI eine oder mehrere Softwareroutinen aufweist, die unter Verwendung von geeigneten Programmiersprachen und -techniken implementiert sind. Ferner können die Softwareroutinen, welche die GUI bilden, in einer einzigen Verarbeitungsstation oder -Einheit gespeichert und verarbeitet werden, beispielsweise einer Workstation, einer Steuereinheit usw. innerhalb des Betriebs 10, oder als Alternative können die Softwareroutinen der GUI auf verteilte Weise gespeichert und ausgeführt werden unter Verwendung einer Vielzahl von Verarbeitungseinheiten, die innerhalb des Anlagennutzungssystems kommunikativ miteinander verbunden sind.
Bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise, kann die GUI unter Verwendung einer bekannten grafischen, auf Fenstern basierenden Struktur und Erscheinung implementiert sein, wobei eine Mehrzahl von verkoppelten grafischen Ansichten oder Seiten eines oder mehrere Pulldown-Menüs aufweisen, die es einem Benutzer ermöglichen, auf gewünscht Weise durch die Seiten zu navigieren, um eine bestimmte Art von Information zu betrachten und/oder abzurufen. Die Merkmale und/oder Fähigkeiten des Anlagennutzungs-Experten 50, die oben beschrieben sind, können durch eine oder mehrere entsprechende Seiten, Ansichten oder Displays der GUI dargestellt, aufgerufen werden oder es kann darauf zugegriffen werden usw. Ferner können die verschiedenen Displays, welche die GUI bilden, auf eine logische Weise verkoppelt sein, um die rasche und intuitive Navigation des Benutzers durch die Displays zu erleichtern und eine bestimmte Art von Information abzurufen oder Zugriff auf eine bestimmte Fähigkeit des Anlagennutzungs-Experten 50 zu erhalten und/oder diese aufzurufen.
Allgemein gesagt bietet die hier beschriebene GUI intuitive grafische Ansichten oder Displays von Prozeßsteuerbereichen, Einheiten, Schleifen, Einrichtungen usw. Jedes dieser grafischen Displays kann numerische Status- und Leistungsindexe aufweisen (von denen einige oder alle von der oben beschriebenen Indexerzeugerroutine 51 erzeugt sein können, die einer bestimmten, von der GUI dargestellten Ansicht zugeordnet sind. Beispielsweise kann ein Display, das einen Pxozeßsteuerbereich zeigt, eine Menge von Indexen liefern, welche den Status und die Leistung dieses Bereichs wiederspiegeln (d. h. einen bestimmten Bereich des Prozeßsteuersystems auf einer bestimmten Ebene der Anlagenhierarchie. Andererseits kann ein Display, das eine Schleife zeigt, eine Menge von Status- und Leistungsindexen liefern, die dieser bestimmten Schleife zugeordnet sind. Auf jeden Fall kann ein Benutzer die in einer Ansicht, einer Seite oder einem Display gezeigten Indexe nutzen, um rasch zu bewerten, ob in einer der Einrichtungen, Schleifen usw., die in diesem Display gezeigt sind, ein Problem vorliegt.
Außerdem kann die hier beschriebene GUI automatisch oder als Reaktion auf eine Anforderung von einem Benutzer Wartungsinformationen an den Benutzer liefern. Die Wartungsinformationen können von jedem Bereich des Anlagennutzungs-Experten 50 bereitgestellt werden. Ebenso kann die GUI Alarminformation, Prozeßsteuerinformation usw. zeigen, die ebenfalls von dem Anlagennutzungs-Experten 50 bereitgestellt wird.
Ferner kann die GUI Nachrichten in Verbindung mit einem Problem an den Benutzer weitergeben, das aufgetreten ist oder daß innerhalb des Betriebs 10 bald auftreten wird. Diese Nachrichten können grafische und/oder Textinformation enthalten, die das Problem beschreibt, mögliche Änderungen an dem System vorschlägt, die zur Milderung eines aktuellen Problems implementiert werden können oder die implementiert werden können, um ein potentielles Problem zu vermeiden, Vorgehensweisen beschreibt, die angewandt werden können, um ein Problem zu korrigieren oder zu vermeiden, usw.
8 ist eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das eine Einheit 500 innerhalb eines Prozeßsteuersystems darstellt, die von der GUI gezeigt werden kann. Wie 8 zeigt, weist die Einheit 500 eine Vielzahl von Einrichtungen wie etwa Ventile, Pumpen, Temperaturmeßfühler usw. auf, die sämtlich, wie gezeigt, grafisch dargestellt werden können. Außerdem kann das Display ferner Leitungspfeile und andere Markierungen aufweisen, um logische und physische Verbindungen zwischen den verschiedenen Einrichtungen darzustellen. Natürlich sind solche grafischen Darstellung von Prozeßsteuersystemen (oder Teilen von Prozeßsteuersystemen) im Stand der Technik allgemein bekannt, und die Axt der Implementierung dieser grafischen Darstellungen oder Displays wird daher hier nicht im einzelnen beschrieben.
Wichtig ist, daß das in 8 gezeigte GUI-Display auch eine Vielzahl von Indexnamen und -werten 550 zeigt. Insbesondere umfassen die Indexnamen und -werte 550 einen Leistungsindex, einen Gesundheitsindex, einen Variabilitätsindex und einen Nutzungsindex, die sämtlich bereits in Verbindung mit dem Anlagennutzungs-Experten 50 und der Indexerzeugungsroutine 51 kurz erörtert wurden. Die Indexnamen und -werte 550 können in Tabellenformat, wie gezeigt, oder jedem anderen gewünschten Format angezeigt werden. Die Indexnamen und -werte 550 sind für die Leistung und den Status der gesamten Einheit 500 repräsentativ, und daher sind die gezeigten Indexwerte bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise, aus den Indexwerten zusammengesetzt, die jeder der Untereinheiten und/oder Einrichtungen zugeordnet sind, welche die Einheit 500 bilden.
Bevor die GUI und die Axt, wie Anlageninformation, Prozeßsteuerinformation, Wartungsinformation, Diagnoseinformation oder jede andere Axt von Information für einen Benutzer angezeigt wird, erörtert werden, folgt nachstehend eine kurze Erörterung der Weist, wie die Leistungs- und Statusindexe erzeugt werden. Auch ist zu beachten, daß hier in Verbindung mit den verschiedenen Displays der GUI zwar ein Leistungsindex, ein Gesundheitsindex, ein Variabilitätsindex und ein Nutzungsindex im einzelnen beschrieben werden, zusätzliche und/oder davon verschiedene Indexe von dem Anlagennutzungs-Experten 50 erzeugt und über die GUI angezeigt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
Im allgemeinen kann jeder der von der Indexerzeugungsroutine 51 erzeugte und über die GUI angezeigte Index für einzelne Einrichtungen, für logische und/oder physische Gruppierungen von Einrichtungen, für logische Prozesse (z. B. Steuerschleifen), für logische Gruppierungen von Einrichtungen wie etwa Einheiten und Bereiche usw. berechnet werden. Anders ausgedrückt, die Indexe können grundsätzlich auf jeder Ebene der Anlage und logischen Hierarchie eines Prozeßsteuersystems oder, allgemeiner, eines Anlagennutzungssystems berechnet werden, das eines oder mehrere Prozeßsteuersysteme aufweisen kann. Die Bedeutung eines bestimmten Index kann jedoch von dem Kontext abhängig sein (d. h. davon, ob der Index einer logischen oder einer physischen Gruppierung von Einrichtungen und/oder Parametern entspricht), in dem der Index erzeugt und angezeigt wird, und kann von der Hierarchieebene abhängen, auf welcher er angezeigt wird. Beispielsweise entsprechen Indexe auf der niedrigsten Ebene der Anlagenhierarchie physischen Einrichtungen wie Ventilen, Temperatursensoren, Betätigungselementen usw. Somit kann jede Einrichtung eine spezielle Menge von Indexen haben, die entweder in der Einrichtung oder für die Einrichtung auf der Basis von Informationen erzeugt werden, die in der Einrichtung zum Zeitpunkt der Herstellung der Einrichtung gespeichert werden. Entsprechend kann jede Einrichtung ihre Indexe erzeugen und nach Bedarf an höhere Hierarchieebenen und an den Anlagennutzungs-Experten 50 weitergeben.
Gleichermaßen können Einheiten oder Schleifen, die jeweils aus einer oder mehreren Einrichtungen oder Funktionsblöcken zusammengesetzt sind, jeweils eine spezielle Menge von Indexen haben. Die Indexwerte für jede Einheit oder Schleife können jedoch erzeugt werden durch mathematische Verknüpfung der Indexwerte für die einzelnen Einrichtungen oder Funktionsblöcke, die innerhalb der Einheit oder Schleife verwendet werden. Wenn daher eine Einheit oder Schleife aus einem Druckmeßwertumformer, einem Ventil und einer Pumpe (oder aus Funktionsblöcken, die dem Betrieb dieser Einrichtungen zugeordnet sind) zusammengesetzt ist, können die Indexwerte für die Einheit oder Schleife auf verschiedenen mathematischen Kombinationen der Indexwerte basieren, die für jede oder von jeder dieser Einrichtungen oder Funktionsblöcken, welche die Einheit oder Schleife bilden, erzeugt werden. Da Untereinheits- und Einheits-Hierarchieebenen aus einer oder mehreren Schleifen zusammengesetzt sind, die ihrerseits aus Einrichtungen zusammengesetzt sind, können die Indexwerte für jede Untereinheit und Einheit gleichermaßen durch mathematisches Kombinieren von Schleifen- oder Einrichtungsindexwerten erzeugt werden. Ferner können Bereichsindexe als Kombinationen der Einheiten, Schleifen, Einrichtungen usw. innerhalb des Bereichs bestimmt werden.
Wie nachstehend im einzelnen erörtert wird, kann die mathematische Verknüpfung von Einrichtungs-Indexwerten zur Bildung von Indexwerten für Schleifen-, Untereinheits-, Einheits- und Bereichsebenen der Hierarchie gewichtete Summierungen oder Mittelwerte oder jede andere geeignete mathematische Verknüpfung verwenden. Selbstverständlich kann es sein, daß die Berechnung von einem oder mehreren der Leistungs-, Gesundheits-, Variabilitäts- und Nutzungsindexe nicht für jede Ebenen der logischen und Anlagenhierarchien zweckmäßig oder erforderlich ist. 9 ist eine beispielhafte Tabelle, die eine Möglichkeit zeigt, wie der Leistungsindex (PI), der Gesundheitsindex (HI), der Variabilitätsindex (VI) und der Nutzungsindex (UI) für die Einrichtungs-, Schleifen-, Untereinheits- und Einheitsebenen der Systemhierarchie erzeugt werden können oder nicht. Wie 9 zeigt, kann der PI für die Einheits- und Untereinheitsebenen erzeugt werden. Auf den Einheits- und Untereinheitsebenen kann der PI durch Vergleichen eines Modells (etwa eines der Modelle 56) der Einheit oder Untereinheit mit der tatsächlichen Leistung der Einheit oder Untereinheit oder auf eine andere gewünschte Weise berechnet werden. Insbesondere kann der PI in diesem Zusammenhang (d. h. auf den Einheits- und Untereinheits-Hierarchieebenen) beispielsweise ein Wirkungsgrad in bezug auf ein theoretisches Maximum oder alternativ in bezug auf einen empirisch abgeleiteten maximalen Wirkungsgrad auf der Basis der tatsächlichen Systemleistung sein. Die Tabelle von 9 zeigt auch, daß der PI nicht für einzelne Einrichtungen oder Schleifen berechnet werden muß. Bei manchen Anwendungen kann es jedoch erwünscht sein, einen PI für Schleifen und Einrichtungen zu berechnen. Beispielsweise im Fall der Berechnung eines PI für eine Einrichtung kann der Hersteller der Einrichtung Leistungsinformation in der Einrichtung speichern, so daß die Einrichtung im Gebrauch einen PI berechnen kann auf der Basis eines Vergleichs einer tatsächlichen Leistungscharakteristik (beispielsweise eines Betriebswirkungsgrads) mit gespeicherter Leistungsinformation, die einen theoretischen maximalen Einrichtungswirkungsgrad enthalten kann. Selbstverständlich kann die Indexerzeugungsroutine 51 auch diese Funktion ausführen. Im Fall der Berechnung eines PI für eine Schleife kann das System beispielsweise den maximalen oder durchschnittlichen Schleifenfehler (d. h. das stationäre Fehlersignal) mit einem vorbestimmten kleinsten Fehlerwert vergleichen, der im Idealfall null sein kann. Auf diese Weise kann ein kleiner Schleifenfehler einem PI-Wert entsprechen, der eine gute Leistung bezeichnet.
9 zeigt außerdem, daß der VI auf den Schleifen- und Einrichtungsebenen der Hierarchie berechnet werden kann. Auf der Einrichtungsebene kann der VI berechnet werden durch Vergleichen der Änderungen oder Abweichungen in einem Einrichtungsausgang mit einem erwarteten oder gewünschten Änderungs- oder Variationswert. Ein übermäßig hoher oder ein übermäßig niedriger VI-Wert kann bezeichnend sein für eine Einrichtungsstörung oder -fehlfunktion oder eventuell eine unmittelbar bevorstehende Störung oder Fehlfunktion. Ebenso können auf der Schleifenebene übermäßig häufige Änderungen oder solche großer Größe im Ausgang einer Schleife ein Problem bezeichnen. In jedem Fall kann der VI für Schleifen und Einrichtungen auf einem Vergleich einer tatsächlichen Parametervariabilität mit der erwarteten Parametervariabilität basieren, die entweder theoretisch oder empirisch bestimmt werden kann. 9 zeigt zwar, daß der VI fr die Einheits- und Untereinheitsebenen nicht berechnet werden kann, aber bei manchen Anwendungen kann es dennoch erwünscht sein, für diese Ebenen einen VI zu erzeugen.
Ferner zeigt 9, daß der HI für die Einrichtungs-, Schleifen-, Untereinheits- und Einheitsebenen erzeugt wird. Der HI für eine Einrichtung kann auf dem historischen Gebrauch der Einrichtung basieren. Insbesondere kann der Hersteller der Einrichtung Informationen, welche die Gebrauchsdauer der Einrichtung betreffen, in der Einrichtung speichern und auf der Basis des Gebrauchs der Einrichtung und der Umwelteinwirkungen, die auf die Einrichtung während ihres Gebrauchs wirken (z. B. Temperaturschwankungen, Stöße usw.), kann die Einrichtung bestimmen, in welchem Umfang die Einrichtung sich entlang ihrer Gebrauchsdauerkurve bewegt hat (d. h. gealtert ist). Der Hersteller kann eine Einrichtung so programmieren, daß sie einen HI-Wert liefert, der den aktuellen Status der Gebrauchsdauer der Einrichtung bezeichnet.
Beispielsweise kann ein Hubventil einen erwarteten nutzbaren Gebrauchsdauerzyklus von 250.000 vollen Hubzyklen haben, und der Hersteller der Hubventileinrichtung, die typischerweise eine intelligente Feldeinrichtung ist, hat in ihrem Speicher die erwartete Anzahl von Gebrauchsdauerhüben gemeinsam mit der aktuellen Anzahl von Hüben, die das Ventil bereits ausgeführt hat, gespeichert. Wenn also ein HI-Wert zwischen null und zehn liegen kann (wobei null schlechte Gesundheit und zehn vollkommene Gesundheit darstellt), kann der von dem Ventil erzeugte HI-Wert zwischen null und zehn liegen, während die Anzahl von Hüben von null auf 250.000 ansteigt. Selbstverständlich ist die genaue Beziehung zwischen den HI-Werten und der Gebrauchsdauerkennlinie (z. B. den Hüben) eventuell nicht linear. Viele Gebrauchsdauerkennlinien folgen dagegen einer exponentiellen Kennlinie, wobei Ausfall und Verschlechterung der Einrichtungsleistung/-operation mit der Zeit und mit der Durchführung von Hüben usw. schneller fortschreiten. Natürlich gibt es viele andere Möglichkeiten zum Definieren oder Berechnen eines HI für eine Einrichtung auf der Basis des aktuellen detektierten Zustands der Einrichtung und in bezug darauf, wie gut die Einrichtung arbeitet. Wenn die Einrichtung beispielsweise zwei detektierte kleinere Probleme hat, kann ihr HI abnehmen.
Der HI für eine Schleife dagegen ist bevorzugt, wenn auch nicht notwendigerweise, eine mathematische Verknüpfung (etwa eine gewichtete Summenbildung oder ein gewichteter Mittelwert) der HI-Werte für die einzelnen Einrichtungen oder Funktionsblöcke, welche die Schleife bilden. Ebenso können die HI-Werte für die Untereinheits- und Einheitsebenen eine mathematische Verknüpfung der unterliegenden HI-Werte für Schleifen und Untereinheiten sein. Damit basieren letztlich die HI-Hierarchiewerte für Ebenen oberhalb der Einrichtungsebene auf einem oder mehreren HI-Werten für Einrichtungen, die zu zusammengesetzten Werten gebildet wurden.
Wie 9 ferner zeigt, kann der UI für die Schleifen-, Untereinheits- und Einheitsebenen berechnet werden, jedoch nicht notwendigerweise für die Einrichtungsebene berechnet werden. Im allgemeinen bezeichnet der UI das Maß, bis zu dem eine bestimmte Anlage (z. B. eine Schleife, eine Untereinheit oder eine Einheit) im Vergleich mit ihrer Kapazität oder gewünschten Nutzung ausgenützt wird. Beispielsweise kann der UI-Wert auf der Zeitdauer basieren, über die eine Einheit, Untereinheit oder Schleife genutzt wird, um eine Steurung auszuführen oder Ausgänge zu erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann der UI-Wert auf der Materialmenge basieren, die von der Schleife, Untereinheit und/oder Einheit verarbeitet wird, verglichen mit der Maximalmenge, die von dieser Schleife, Untereinheit, Einheit usw. verarbeitet werden kann.
10 ist ein beispielhaftes Diagramm und zeigt eine Möglichkeit, wie der PI für die in 8 gezeigte Einheit 500 berechnet werden kann. Wie 10 zeigt, hat jede von einer Vielzahl von Schleifen 575, welche die Einheit 500 bilden, ihren eigenen PI und Gewichtungskoeffizienten, der entweder vom Benutzer gewählt oder auf der Basis der relativen Bedeutung dieser bestimmten Schleife für den Gesamtbetrieb der Einheit 500 definiert sein kann. Die Indexe und Gewichtungen für die Schleifen 575 können dann mathematisch verknüpft werden unter Anwendung eines gewichteten Mittels, um einen PI-Wert von 83,2 für die Einheit 500 zu erhalten.
Auf ähnliche Weise kann der HI für die Einheit 500 als ein gewichtetes Mittel der HI-Werte für sämtliche Einrichtungen (und/oder Schleifen), welche die Einheit 500 bilden, berechnet werden. Eine Tabelle der in 11 gezeigten Art kann verwendet werden, um die Werte darzustellen, die in das gewichtete Mittel einbezogen werden sollen. Wie 11 ebenfalls zeigt, kann bestimmten Einrichtungen und Indexwerten ein Beschreibungstext zugeordnet werden. Diese Beschreibungstexte können Diagnoseinformation, Wartungsinformation usw. liefern, die auf dem HI-Wert und der diesem HI-Wert zugehörigen bestimmten Einrichtung basieren.
12 ist eine beispielhafte Tabelle, die eine Möglichkeit zeigt, wie der VI für eine Einheit wie etwa die in 8 gezeigte Einheit 500 berechnet werden kann. Ebenso wie der HI basiert der für die Einheit 500 von 8 berechnete VI auf einem gewichteten Mittel der VI-Werte für die einzelnen Einrichtungen, Schleifen und/oder Untereinheiten, welche die Einheit 500 bilden. Natürlich kann die grafische Benutzeroberfläche bzw. GUI einem Benutzer die Möglichkeit bieten, die Daten der gewichteten Mittel, wie sie etwa in den 10 bis 12 gezeigt sind, zu sehen, und kann dem Benutzer die Möglichkeit bieten, die Gewichtungen zu ändern.
13 ist ein beispielhaftes Display, das von der GUI als Reaktion auf einen zu großen VI-Wert, der einer Einrichtung und/oder schleife zugeordnet ist, erzeugt werden kann. Wie 13 zeigt, kann das Display eine oder mehrere mögliche Erläuterungen für einen einer bestimmten Einrichtung zugeordneten zu hohen oder einen zu niedrigen VI-Wert liefern. Insbesondere kann das Display entweder automatisch oder auf Anforderung des Benutzers anzeigen, daß Impulsleitungen, die der Einrichtung zugeordnet sind, verstopft sind, daß der Prozeß sich ändert, daß in einer aufstromseitigen Pumpe Kavitation vorhanden ist, usw. Diese Informationen können für die GUI von dem Anlagennutzungs-Experten 50 auf der Basis von Datenanalysewerkzeugen verfügbar gemacht werden, welche diese Zustände detektiert haben. Ebenso kann, wie 14 zeigt, der VI für ein Ventil über die GUI weiter untersucht werden, indem der Benutzer das Display einer grafischen Darstellung der Daten anfordern kann, die zum Erzeugen des VI für dieses Ventil genutzt wurden. Außerdem kann die GUI Textmeldungen entweder in einem grafischen Display der in 14 gezeigten Art oder in einem anderen Display der GUI anzeigen, die eine oder mehrere mögliche Ursachen für einen übermäßig hohen (oder eventuell einen viel zu niedrigen) VI-Wert bezeichnen. Solche Ursachen können wiederum von dem Anlagennutzungs-Experten 50 auf der Basis der Daten geliefert werden, die ihm von sämtlichen Datenquellen und Datenanalysewerkzeugen verfügbar gemacht werden. Im Fall eines Ventils, das einen viel zu hohen VI-Wert zeigt, kann die GUI beispielsweise über Textmeldungen anzeigen, daß das Ventil hängenbleibt, daß Kavitation in dem Ventil auftritt, usw.
15 ist eine beispielhafte grafische Darstellung eines Displays, das von der GUI geliefert wird, um einem Benutzer die Überwachung der Leistung einer Einheit, Untereinheit, Schleife, Einrichtung usw. innerhalb des Betriebs 10 zu ermöglichen. Wie 15 zeigt, können die Werte der verschiedenen Indexe als eine Funktion der Zeit aufgetragen werden, was es einem Benutzer ermöglicht, etwaige Trends oder andere zeitbasierte Änderungen intuitiv zu analysieren, die für ein Problem bezeichnend sein können. Ferner kann eine solche grafische Darstellung auch wichtige Korrelationen oder Beziehungen zwischen Änderungen in der verschiedenen Indexen aufzeigen. Beispielsweise kann ein Benutzer imstande sein, eine Beziehung zwischen einem abnehmenden oder schlechten HI-Wert und einem ansteigenden oder übermäßig hohen VI-Wert leichter zu erkennen.
Ferner kann die GUI auch Textmeldungen in dem in 15 gezeigten grafischen Display oder in einem anderen Display oder einer Seite liefern, die dem Benutzer aktuelle oder potentielle Probleme anzeigen, die mit den angezeigten Indexwerten oder Änderungen davon in Beziehung stehen können. Diese Textmeldungen können mögliche Lösungen der Probleme, die erkannt worden sind, angeben. Die in 15 dargestellte grafische Information ist zwar so skaliert, daß die Indexe als Prozentsätze und die Zeitachse in Einheiten von Monaten ausgedrückt werden, aber andere Einheiten und eine andere Displayauflösung können statt dessen verwendet werden. Beispielsweise in dem Fall, in dem Indexe sich rasch ändern oder rasch ändern könnten, kann die GUI dem Benutzer erlauben, Indexwerte stundenweise, Minute um Minute, alle paar Sekunden oder häufiger (d. h. mit höherer zeitlicher Auflösung) anzuzeigen, falls das gewünscht wird.
16 ist ein beispielhaftes grafisches Display, das von der GUI bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer zu ermöglichen, den Betriebsstatus und die Leistung eines Prozeßbereichs innerhalb des Betriebs 10 rasch zu analysieren. Wie 16 zeigt, kann die GUI die physischen Anlagen (und die Verbindungen zwischen ihnen) innerhalb eines Prozeßbereichs 600 grafisch darstellen. Natürlich ist zu beachten, daß in dem in 16 gezeigten GUI-Display zwar ein Prozeßbereich gezeigt ist, aber jeder andere Bereich des Betriebs 10 wie etwa eine Einheit, Untereinheit, Schleife, Einrichtung usw. kann statt dessen angezeigt werden, um die gleichen oder gleichartige Ergebnisse zu erzielen. In jedem Fall ist der Prozeßbereich 600 so dargestellt, daß er ein Paar von Behältern, eine Vielzahl von Temperaturmeßwandlern, Druckumwandlern, Durchflußumwandlern usw. und Rohrleitungen hat, die sämtlich miteinander verbunden sein können, wie in 16 zu sehen ist. Ferner kann jede der physischen Einrichtungen zusammen mit einem zugeordneten alphanumerischen Marker (z. B. TT-394) angezeigt werden, der diese Einrichtung innerhalb des Betriebs 10 speziell identifiziert und auch gemeinsam mit einem grafischen Meßgerät (d. h. den teilweise schattierten halbkreisförmigen Merkmalen) anzeigt, das einem Benutzer ermöglicht, den Status des dieser Einrichtung zugeordneten Erfassungsparameters rasch zu bestimmen. Beispielsweise kann die GUI ein grafisches Meßgerät anzeigen, das einem Temperaturmeßwandler zugeordnet ist, und kann mehr oder weniger von dem Meßgerät schattieren auf der Basis der Temperatur, die aktuell von dem Temperaturmeßwandler erfaßt wird. Dabei ist wichtig, daß einer oder mehrere der VI-, HI-, UI- und PI-Werte für eine oder mehrere der Einrichtungen angezeigt werden kann, die innerhalb des Bereichs 600 zu sehen sind. Nur beispielsweise werden die HI-Werte für mehrere der Einrichtungen angezeigt, die mit einem Behälter 610 in dem Bereich 600 verbunden sind. Falls gewünscht, könnten jedoch mehr oder weniger HI-Werte angezeigt werden. Außerdem können je nach Wunsch verschiedene Indexwerte oder Gruppen von Indexwerten für jede der Einrichtungen angezeigt werden, die in dem Bereich 600 erscheinen. Wie aus dem in 16 gezeigten Display ersichtlich ist, kann ein Benutzer rasch feststellen, ob ein Bereich ordnungsgemäß arbeitet und auch weiterhin ordnungsgemäß arbeiten wird. Ferner kann ein Benutzer auch diejenigen Einrichtungen, Einheiten, Untereinheiten usw. rasch identifizieren, die eventuell Beachtung benötigen und/oder die ein bestimmtes Problem verursachen können.
Ferner versteht es sich, daß ein Benutzer nacheinander immer niedrigere Entitäten innerhalb eines Betriebs betrachten kann und mit Information über die Indexe versehen wird, die jeder dieser verschiedenen Entitäten oder Ansichten zugeordnet sind. Beispielsweise kann ein Benutzer eine Ansicht des Betriebs betrachten und eine bestimmte Menge von Indexen für den Betrieb sehen. Der Benutzer kann sich dann auf eine Bereich konzentrieren, etwa indem er einen der Bereiche in der Betriebsansicht anklickt, und kann die diesem Bereich zugehörigen Indexe sehen. Ebenso können durch Anklicken von Einheiten in dem angezeigten Bereich die Indexe für verschiedene Einheiten betrachtet werden. Gleichermaßen können dann Indexe für Schleifen, Untereinheiten, Einrichtungen usw. betrachtet werden, indem aus einer Ansicht einer Entität, in der sich diese Entitäten befinden, die Fokussierung auf diese verschiedene Entitäten erfolgt. Auf diese Weise kann ein Benutzer rasch die Ursache eines Index, der niedriger (oder höher) als erwartet ist, an jedem Punkt oder auf jeder Ebene des Betriebs finden.
17 ist eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das von der GUI gezeigt werden kann, um einem Benutzer die Betrachtung von in Auditverfolgungsinformation in Verbindung mit irgendeiner Einrichtung, die in dem Bereich 600 verwendet wird, zu ermöglichen. Beispielsweise kann ein Benutzer eine Maus verwenden, um eine gegebene Einrichtung oder ihre alphanumerische Kennung anzuklicken, oder kann alternativ die Kennung über eine Tastatur eingeben, um ein Popup-Auditverfolgungsfenster 650 für diese Einrichtung anzufordern. Auf diese Weise kann ein Benutzer die Auditverfolgungsinformation nutzen, um zu bestimmen, ob ein falscher oder inakzeptabler Indexwert damit zusammenhängt, ob die Einrichtung nicht richtig oder nicht rechtzeitig kalibriert wurde, ob eine Einrichtung richtig oder überhaupt konfiguriert wurde usw.
18 ist eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das von der GUI geliefert werden kann, um einem Benutzer die Durchführung einer stärker detaillierten Analyse der Daten zu erlauben, die beim Erzeugen von einem oder mehreren der Indexe für eine bestimmte Einrichtung innerhalb des Bereichs 600 genutzt werden können, oder um eine Zustandsüberwachung auszuführen. Nur beispielhaft kann in einem Popup-Fenster 680 eine Vibrationsanalyse für einen Motor 675 angezeigt werden. Ein Benutzer kann ein solches Popup-Fenster als Reaktion auf einen abnormal hohen oder einen abnormal niedrigen Indexwert für die von dem Motor 675 betroffene Einheit anfordern und/oder kann das Fenster anfordern, wenn ein mit dem Motor zusammenhängender Indexwert ein mögliches Problem bezeichnet. Falls gewünscht, kann die GUI ferner automatisch solche Popup-Fenster liefern, die eine detaillierte Datenanalyse für diese Einrichtungen, Einheiten usw. enthalten, die einen oder mehrere abnormale Indexwerte haben. Ebenso ist 19 eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das von der GUI gezeigt wird, um einem Benutzer zu erlauben, eine Leistungskennlinie einer Einrichtung innerhalb des Bereichs 600 grafisch zu betrachten oder zu überwachen. Beispielsweise wird ein Popup-Fenster 690, das ein Diagramm des Wirkungsgrads des Motors 675 aufweist, in Abhängigkeit von einer Benutzeranforderung oder alternativ als Reaktion auf eine automatische Anforderung durch den Anlagennutzungs-Experten 50 geliefert. Ein solches Popup-Fenster kann angefordert oder benötigt werden, wenn einer oder mehrere der Indexwerte, die dem Bereich des Prozesses, der von dem Behälter 610 ausgeführt wird, zugehörig ist, abnormal ist. Insbesondere kann bei diesem Beispiel der Benutzer erkennen, daß der Motor 675 einen schlechten PI-Wert hat und/oder daß der Bereich 600 einen schlechten PI-Wert hat. Infolgedessen kann der Benutzer mehr Detailinformationen anfordern, wie sie etwa in dem Popup-Fenster 690 enthalten ist, um zu bestimmen, ob bei dem Motor 675 ein Problem vorliegt. Ferner kann bei diesem Beispiel das Popup-Fenster ein Diagramm des Wirkungsgrads des Motors 675 über die Zeit enthalten, wobei tatsächliche Wirkungsgraddaten 700 grafisch gegenüber theoretischen oder empirisch abgeleiteten maximalen Wirkungsgraddaten 710 aufgetragen sind. Wie oben erörtert wurde, können diese beiden Mengen von Wirkungsgraddaten auch genutzt werden, um einen PI-Wert über die Zeit für den Motor 675 zu berechnen, indem beispielsweise das Verhältnis von tatsächlichem Wirkungsgrad zu theoretischem maximalem Wirkungsgrad als der PI-Wert genutzt wird.
20 ist noch eine weitere beispielhafte Darstellung eines Displays, das von der GUI bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer zu ermöglichen, rasch Alarminformation, Alarmzustände usw. in dem Betrieb 10 zu untersuchen. Eine grafische Ansicht 750 des Betriebs 10 auf hoher Ebene kann ein Alarmbanner 760 mit einem oder mehreren laufenden Alarmen aufweisen. Jeder der Alarme in dem Alarmbanner kann unter Verwendung eines alphanumerischen Indikators dargestellt sein, welcher der Einrichtung, die den Alarm oder das Ereignis erzeugt hat, speziell zugeordnet ist. Zusätzlich kann jeder der Alarme innerhalb des Banners 760 auch eine Informationstaste 770 aufweisen, die von einem Benutzer zum Erzeugen eines Popup-Fensters 775 ausgewählt werden kann, das genauere Informationen in bezug auf diesen speziellen Alarm enthält. Ferner kann der Benutzer auch die alphanumerische Kennung für die Einrichtung wählen, die einen bestimmten Alarm verursacht hat, um die möglichen Gründe für den Alarm herauszufinden. Wenn die alphanumerische Kennung gewählt wird, kann von der GUI ein Popup-Fenster 780 angeboten werden. Das Popup-Fenster 780 kann eine oder mehrere Antwortkategorien 785 bieten, die das Verständnis des Benutzers dafür erleichtern können, wie ein bestimmter Alarm behandelt werden sollte und innerhalb welches Zeitrahmens der Alarm behandelt werden sollte. Beispielsweise kann das Popup-Fenster 780 bedeuten, daß eine bestimmte Einrichtung nicht mehr kommuniziert, daß die Einrichtung ausgefallen ist, daß die Einrichtung sofort Wartung benötigt oder daß die Einrichtung in Kürze Wartung oder eine andere Art von Aufmerksamkeit benötigt. Selbstverständlich können statt dessen mehr, weniger und/oder andere Antwortkategorien verwendet werden. Das von der GUI zu diesem Zeitpunkt erzeugte Alarmdisplay kann das integrierte Display sein, das in der US-Patentanmeldung Anmeldungsnummer 09/707580 (angemeldet 7. Nov. 2000) sein, die hier summarisch eingeführt wird. Im allgemeinen kann dieses Alarmdisplay Prozeßalarme und -warnungen sowie andere Arten von Alarmen wie Wartungsalarme und -warnungen zeigen. Ferner können Informationen über den Alarm wie etwa eine bestimmte Information, die in dem Feld 775 des Alarmbanners vorgesehen ist, an die GUI oder den Anlagennutzungs-Experten 50 zusammen mit dem Alarm gesendet werden.
Die 21 bis 24 sind beispielhafte Darstellungen von Displays, von der GUI bereitgestellt werden können als Reaktion auf eine weitere benutzerseitige Untersuchung eines Alarms, einer Warnung oder eines anderen Ereignisses, das beispielsweise einer Einrichtung zugeordnet ist. Allgemein gesprochen, kann ein Benutzer Einrichtungsstatus-Information von einem Popup-Fenster wie etwa dem Popup-Fenster 780 in 20 anfordern. Diese genaue Statusinformation kann eine oder mehrere mögliche Diagnosen von Problemen liefern, die für den Alarmzustand (d. h. Kommunikationsausfall, Einrichtungsausfall, braucht Wartung sofort, Wartung ratsam usw.) verantwortlich sein können. Ferner kann ein Benutzer, wie 24 zeigt, detaillierte Hilfe von jedem Statusfenster anfordern. Diese detaillierte Hilfe kann Schritt-für-Schritt-Anweisungen liefern, um den Benutzer oder eine andere Person anzuleiten, das von dem System diagnostizierte Problem zu beseitigen. Diese Information kann der GUI von dem Anlagennutzungs-Experten 50 und/oder von Einrichtungen selber, von dem Prozeßsteuerungs-Diagnoseexperten 65, von anderen Analysewerkzeugen usw. zur Verfügung gestellt werden.
25 ist eine beispielhafte Darstellung eines Displays, das von der GUI bereitgestellt werden kann, um einem Benutzer zu ermöglichen, schleifenbezogene Probleme zu diagnostizieren. Ein Display wie das in 25 gezeigte kann von der GUI als Reaktion auf eine weitere benutzerseitige Untersuchung eines abnormalen Indexwerts bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein Benutzer erkennen und/oder das System kann automatisch erkennen, daß ein PI-Wert für eine bestimmte Schleife abnormal niedrig ist, und kann als Reaktion ein Popup-Fenster 800 bereitstellen. Ein Benutzer kann dann die Diagnoseuntersuchung auf die Einrichtungen fokussieren, die in dem Fenster 800 angezeigt sind, indem er eine oder mehrere der Einrichtungen anklickt oder sie auswählt, um dadurch weitere Popup-Fenster zu erzeugen, etwa diejenigen, die oben beschrieben wurden und die genauere Einrichtungsstatus- und Leistungsinformation liefern. Außerdem kann der Anlagennutzungs-Experte 50 verschiedene mögliche diagnostische Lösungen bereitstellen, die von der GUI als Text innerhalb des Fensters 800 angezeigt werden. Auch der Anlagennutzungs-Experte 50 kann Vorhersage-Diagnoseinformation über das Display 800 liefern, die genutzt werden kann, um ein potentielles Problem zu vermeiden und/oder ein potentielles oder aktuelles Problem zu umgehen.
26 ist noch eine andere beispielhafte Darstellung eines Displays, das von der GUI bereitgestellt werden kann und einem Benutzer ermöglicht, die Leistung und/oder den Status von einer oder mehreren Prozeßsteuerschleifen zu analysieren. Verschiedene Parameter und Eigenschaften von einer oder mehreren Schleifen können überwacht werden. Beispielsweise können der Betriebsmodus einer Schleife, ob die Steuerung der Schleife begrenzt ist oder nicht, in welchem Maß ein Schleifeneingang unsicher ist, die Variation der Schleife usw. sämtlich gleichzeitig überwacht werden. Zusätzlich kann auch eine Steuerungs-Zusammenfassung bereitgestellt werden, die eine Leistungsanzeige und eine Nutzungsanzeige liefert. Für das in 26 gezeigte Display können jedoch die Leistungsanzeige und die Nutzungsanzeige gleich wie die PI- und UI-Werte für die überwachende Schleife sein, müssen dies jedoch nicht sein. Das Display von 26 kann von einer Diagnosesteuerroutine erzeugt werden, wie sie in den bereits genannten US-Patentanmeldungen mit den Anmeldungsnummern 09/256585 und 09/499445 gezeigt ist.
27 ist noch eine weitere beispielhafte Darstellung eines Displays, das von der GUI bereitgestellt werden kann und einem Benutzer ermöglicht, Arbeitsaufträge zu verfolgen, die von der Arbeitsauftrags-Erzeugungsroutine 54 automatisch erzeugt worden sind. Der Anlagennutzungs-Experte 50 kann Daten an die Arbeitsauftrag-Erzeugungsroutine 54 liefern, wodurch diese Routine automatisch Arbeitsaufträge als Reaktion auf ein Problem oder ein potentielles Problem erzeugt, das von dem Anlagennutzungs-Experten 50 und/oder einem Benutzer entdeckt oder erkannt wurde, der über die GUI mit dem Anlagennutzungs-Experten 50 arbeitet. Beispielsweise kann der Anlagennutzungs-Experte 50 Diagnoseinformation, Wartungsanforderungen usw. empfangen und in Abhängigkeit davon das Wartungssystem veranlassen, einen Arbeitsauftrag zu erzeugen, der eine Wartungsperson auffordert, sich mit einem oder mehreren Problemen im Zusammenhang mit der Diagnoseinformation zu befassen. Natürlich sind die Einzelheiten des erzeugten Arbeitsauftrags abhängig von der Axt des detektierten Problems oder der Situation sowie von den Standardformularen, die zur Korrektur des Problems verwendet werden, etwa für das Bestellen von Teilen, Betriebsmitteln usw.
Ferner könnte die Arbeitsauftrag-Erzeugungsroutine 54 eine zwischenbetriebliche Kommunikationsfunktion aufweisen, die auf der Basis von detektierten tatsächlichen oder vorhergesagten Problemen innerhalb des Betriebs 10 automatisch mit einem Lieferanten oder einem anderen Betrieb kommuniziert, um Teile, Betriebsmittel usw. zu bestellen, und zwar mit oder ohne Eingriff durch einen Operator oder eine Wartungsperson. Insbesondere kann die Routine 54 Mitteilungen über aktuelle Probleme oder vorhergesagte künftige Probleme bei Einrichtungen oder anderen Anlagen auf der Basis von Daten empfangen, die von dem Anlagennutzungs-Experte 50 geliefert werden, oder auf der Basis von Vorhersagen, die von dem Anlagennutzungs-Experten 50 oder jedem der Datenanalysewerkzeuge wie etwa den Rotationsanlagen-Analysewerkzeugen gemacht werden. Die Routine 54 nimmt dann automatisch mit einem Lieferanten beispielsweise über eine Internet-, Telefon- oder andere Nachrichtenverbindung Kontakt auf und bestellt die Teile, Vorrichtungen oder Betriebsmittel, die an den Betrieb 10 zu liefern sind, bevor die Einrichtung ausgetauscht werden muß. Auf diese Weise begrenzt die Arbeitsauftrag-Erzeugungsroutine 54 die Abschaltzeit oder trägt dazu bei sicherzustellen, daß durch die Notwendigkeit des Wartens auf Teile, Anlagen oder Betriebsmittel zur Lösung des Problems, wenn es tatsächlich auftritt, keine oder nur eine kurze Abschaltzeit verursacht wird. Dadurch wird der Betrieb 10 dann effizienter gemacht.
Unter Bezugnahme auf die 28 bis 31 kann die GUI andere Bildschirme für einen Benutzer bereitstellen, um aktuelle oder künftige Probleme wie etwa vorhergesagte Probleme zu bezeichnen, die von dem Anlagennutzungs-Experten 50 oder jedem der Datenanalysewerkzeuge in dem Betrieb 10 detektiert werden können. Insbesondere zeigen die 28 bis 31 Displays, die spektralanalytische Diagramme von Vibrationen eines Elements wie etwa einer Welle innerhalb einer Rotationsvorrichtung zeigen und von den Vibrationsanalyseprogrammen 23 von 1 erzeugt werden, und Zustände oder Probleme, die von dem Analysewerkzeug auf der Basis dieser Diagramme detektiert werden. Beispielsweise zeigt 28 einen detektierten Unwuchtzustand, 29 zeigt einen detektierten Fehlausfluchtungszustand, 30 zeigt einen detektierten Lockerungszustand, und 31 zeigt einen Lagerverschleißzustand. Natürlich können auch andere Zustände für Rotations- oder andere Einrichtungen auf der Basis von Ergebnissen von Datenanalysewerkzeugen angezeigt werden. Außerdem können die Ergebnisse dieser Werkzeuge genutzt werden, um die Arbeitsauftrag-Erzeugungsroutine 54 zu veranlassen, automatisch Ersatzteile zu bestellen.
Unter Bezugnahme auf 32 wird nun ein Verfahren zum abgesetzten Zugriff auf Modelle, Optimierer und andere Datenanalysewerkzeuge wie etwa Leistungsüberwachungswerkzeuge für einen oder mehrere Verarbeitungsbetriebe beschrieben. Wie 32 zeigt, arbeiten einer oder mehrere Verarbeitungsbetriebe 900, 901, 902 und 903 selbständig. Jeder Betrieb 900 bis 903 sammelt periodisch Daten, die den Betrieb betreffen, und sendet diese Daten an eine Datenverarbeitungseinrichtung oder eine abgesetzte Überwachungseinrichtung 910. Zur Durchführung dieser Funktion hat jeder der Betriebe 900 bis 903 eine Benutzerschnittstelle oder einen Server 900A bis 903A, und diese Server sind über ein gewünschtes Übertragungsnetz wie etwa das Internet oder das WWW mit der abgesetzten Überwachungseinrichtung 910 verbunden.
Wie 33 zeigt, weist die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 einen Webserver 912 auf, durch den die Betriebe 900 bis 903 mit der abgesetzten Überwachungseinrichtung 910 kommunizieren. Die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 weist ferner einen oder mehrere Prozessoren 914 auf, die zugeordnete Datenbanken haben, in denen eine Reihe von Prozeßüberwachungsanwendungen oder -werkzeugen gespeichert ist und ausgeführt wird. Insbesondere kann jeder Prozessor 914 Zugriff auf Modelle 916 haben und sie ausführen, etwa auf die hier beschriebenen Teilmodelle, die geschaffen wurden, um einen oder mehrere der Betriebe 900 bis 903 oder Entitäten innerhalb dieser Betriebe im Modell darzustellen. Die Modelle 916 können verschiedene Teilmodelle für jeden der verschiedenen Betriebe 900 bis 903 aufweisen, und diese Modelle 916 können von Personen in den Betrieben 900 bis 903 geändert werden über Kommunikationen mit der Einrichtung 910, um beispielsweise Änderungen innerhalb der Betriebe 900 bis 903 zu reflektieren. Die Prozessoren 914 können auch Echtzeit-Optimierer oder andere Arten von Optimierern 918 speichern und ausführen, die, wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben wurde, unter Nutzung von Daten von den Prozessen 900 bis 903 implementiert werden können. Außerdem können die Prozessoren 914 Zugriff auf andere Datenüberwachungswerkzeuge 920 haben und diese ausführen, etwa jedes der Pxozeßsteuerwerkzeuge, Prozeßüberwachungswerkzeuge, Anlagen- oder Einrichtungsüberwachungswerkzeuge, Indexerzeugungswerkzeuge, Arbeitsauftrag-Erzeugungswerkzeuge, Geschäfts- oder andere Werkzeuge oder Anwendungen, die hier beschrieben werden. Bei einem Beispiel kann zur Überwachung von Prozeßparametern das Prozeßüberwachungswerkzeug verwendet werden, das in den US-Patentanmeldungen mit den Anmeldungsnummern 09/256585 und 09/499445 angegeben ist.
Bei laufendem Betrieb kann jeder der Prozesse 900 bis 903 zu passenden Zeitpunkten Eingangs- und Ausgangsdaten sammeln, die dem Prozeß zugeordnet sind, und kann diese Daten über einen der Server 900A bis 903A und das WWW, das Internet oder sonstige Kommunikationsnetz, das mit dem Server 912 verbunden ist, an die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 liefern. Bei Empfang der Daten von einem Betrieb erfolgt durch einen entsprechenden der Prozessoren 914 Zugriff auf die Daten und die Ausführung der geeigneten Prozeßüberwachungs- und Zustandsüberwachungswerkzeuge für diesen Betrieb, um Probleme innerhalb des Betriebs auf der Basis der gesammelten Daten zu detektieren, Zustands-, Betriebs- oder Prozeßüberwachung für den Betrieb vorzusehen oder eine Optimierung für den Betrieb auszuführen. Natürlich sind die in dem Betrieb gesammelten und an die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 gesendeten Daten solche Daten, die vorher als notwendig für die Ausführung der gewünschten Modelle 916, Optimierer 918 oder anderen Datenanalysewerkzeuge 920 bestimmt wurden und die gesammelt und an die Einrichtung 910 mit einer periodischen oder nichtperiodischen Rate gesendet werden, die für die auszuführenden Werkzeuge oder Modelle geeignet ist. Für Optimierer kann es etwa sein, daß Daten mit einer anderen Rate als für Modelle oder für Leistungs-, Prozeß- oder Anlagen-Überwachungswerkzeuge gesammelt und übermittelt werden müssen. Natürlich können als Teil eines Optimierungs- oder Leistungs-, Zustands- oder Prozeßüberwachungsvorgangs alle geeigneten Modelle oder sonstigen Werkzeuge ausgeführt werden, und die Ausführung dieser Modelle oder sonstigen Werkzeuge folgt im allgemeinen den oben in bezug auf diese Werkzeuge in dem Betrieb 10 von 1 erörterten Grundsätzen.
Nach Ausführung der Modelle, der Datenanalyse- oder Optimierungswerkzeuge plaziert der Prozessor 914 in jedem Fall die Ergebnisse wieder auf dem Server 912, wo diese Ergebnisse von dem jeweils zuständigen Betrieb 900 bis 903 zu jeder gewünschten Zeit abgeholt werden können. Alternativ oder zusätzlich können diese Ergebnisse von dem Server 912 direkt an den jeweils zuständigen Betrieb 900 bis 903 übermittelt werden. Die aus der Analyse resultierenden Daten können alle gewünschten Leistungsmodellierungsdaten, Grafiken oder Diagramme sein, beispielsweise diejenigen, die in bezug auf die Benutzerschnittstellenroutinen oder die GUI-Routine 58 beschrieben wurden. Die Ergebnisse könnten auch Vorschläge etwa von einem Optimierer sein, Änderungen an den Betrieben, den Indexen für die Betriebe vorzunehmen, oder alle sonstigen Ergebnisse, die von diesen Arten von Werkzeugen geliefert werden können.
Bei einer Ausführungsform kann ein Echtzeit-Optimierer, wie er oben beschrieben wurde, auf Echtzeitbasis ausgeführt werden unter der Annahme, daß die Betriebe 900 bis 903 auf eine zeitlich passende periodische Weise ausreichend Daten liefern, um die ordnungsgemäße Ausführung dieses Optimierers zu ermöglichen. Falls gewünscht, können die Server 900A bis 903A die entsprechenden Daten automatisch sammeln und übermitteln, um die ordnungsgemäße Operation des Optimierers zu ermöglichen. Bei einer Ausführungsform können die Betriebe den hier beschriebenen Anlagennutzungs-Experten 50 oder andere Datensammel-Expertenwerkzeuge aufweisen, um sicherzustellen, daß die richtigen Daten pünktlich oder auf periodische Weise an die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 gesendet werden.
Auf diese Weise kann die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 die Software für Anlagen-, Leistungs-, Zustands- und Prozeßüberwachung ausführen und außerdem einen oder mehrere Optimierer für verschiedene Betriebe ausführen. Das bedeutet wiederum, daß die Betriebe 900 bis 903 nicht die Verarbeitungsenergie oder Anwendungen für diese Zwecke aufweisen müssen, was für die Betriebe weniger kostspielig sein kann. Selbstverständlich können die Betriebe auf einer prozentualen Basis oder nach einem anderen vorbestimmten Gebührenplan für die Nutzung der abgesetzten Überwachungseinrichtung 910 bezahlen. Falls gewünscht, kann die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 einen Vertrag abschließen, auf der Basis der Nutzung der Werkzeuge in der Einrichtung 910 und der Implementierung der Ergebnisse dieser Werkzeuge einen Anteil am Gewinn und/oder an den Verlusten des Betriebs zu erhalten.
Falls gewünscht, kann jeder der Betriebe 900 bis 903 die in der abgesetzten Überwachungseinrichtung 910 gespeicherten Modelle 916, die auf diese Betriebe anwendbar sind, aktualisieren durch Übermitteln von neuen oder aktualisierten Modellen an den Server 912 unter Anwendung jedes gewünschten Kommunikationsformats wie XML, HTML usw. Außerdem kann die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 generische Schablonen aufweisen für verschiedene Verarbeitungsbetriebe, Bereiche, Einheiten, Schleifen usw., die zu jedem Betrieb 900 bis 903 über den Server 912 heruntergeladen werden können, und diese Schablonen können in den Betrieben 900 bis 903 geändert werden, um den tatsächlichen Arbeitsablauf dieser Betriebe zu reflektieren. Die aktualisierten Modelle können dann an die abgesetzte Überwachungseinrichtung 910 als Modelle zurückgeschickt werden, die bei der Anlagen-, Zustands- oder Prozeßüberwachung oder in den Optimierern für den Betrieb implementiert werden sollen. Auf diese Weise können Änderungen an den Betrieben 900 bis 903 adäquat oder präzise in der abgesetzten Überwachungseinrichtung 910 reflektiert werden.
Der Anlagennutzungs-Experte 50 und andere Prozeßelemente wurden zwar so beschrieben, daß sie bevorzugt in Software implementiert sind, sie können aber in Hardware, Firmware usw. implementiert sein und können mit jedem anderen Prozessor implementiert werden, der dem Prozeßsteuersystem 10 zugeordnet ist. Die hier beschriebenen Elemente können daher in einer Standard-Allzweck-CPU oder auf speziell konstruierter Hardware oder Firmware implementiert sein, etwa einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung bzw. ASIC oder einer anderen festverdrahteten Einrichtung. Wenn sie als Software implementiert ist, kann die Softwareroutine in jedem computerlesbaren Speicher gespeichert sein, etwa auf einer Magnetplatte, einer Laserplatte oder einem anderen Speichermedium, in einem RAM oder ROM eines Computers oder Prozessors, in einer Datenbank usw. Ebenso kann diese Software einem Benutzer oder einem Verarbeitungsbetrieb durch jedes bekannte oder gewünschte Lieferverfahren geliefert werden, etwa auf einer computerlesbaren Platte oder einer anderen transportfähigen Computerspeichereinrichtung oder über einen Nachrichtenkanal wie eine Telefonleitung, das Internet usw. (die als gleich oder austauschbar mit der Bereitstellung von solcher Software über ein transportfähiges Speichermedium angesehen werden). Der Anlagennutzungs-Experte 50 wird zwar beschrieben als möglicherweise ein regelbasierter Experte, aber andere Arten von Expertenmaschinen könnten ebenso verwendet werden, einschließlich solcher, die andere bekannte Datenfiltertechniken verwenden.

Claims

Verfahren zum Sammeln und Nutzen von Daten in einem Verarbeitungsbetrieb (10), das Folgendes aufweist: Sammeln von Daten von einer Vielzahl von Datenquellen innerhalb des Verarbeitungsbetriebs (10), wobei die Vielzahl von Datenquellen eine Dienstanwendung aufweist, die von einem Dienstanbieter für den Verarbeitungsbetrieb (10) implementiert ist und über ein erstes Protokoll kommuniziert; Speichern der gesammelten Daten in einer Datenbank; dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherten Daten für eine oder mehrere Prozesssteueranwendungen – oder Wartungsanwendungen innerhalb des Verarbeitungsbetriebs (10) zugänglich gemacht werden, die über ein von dem ersten Protokoll verschiedenes zweites Protokoll kommunizieren; und die gespeicherten Daten für die Dienstanwendung zugänglich gemacht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Sammelns von Daten das Sammeln von Daten von einer Prozesssteuerdatenquelle aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Sammelns von Daten das Sammeln von Daten von einer Feldeinrichtungswartungsquelle aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Sammelns von Daten das Sammeln von Daten von einem Prozessmodell aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schritt des Sammelns von Daten das Sammeln von Daten von einer Geschäftsanwendung aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schritt des Sammelns von Daten das Sammeln von Daten von einer Dienstanwendung aufweist, die eine Optimierungsanwendung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schritt des Sammelns von Daten das Sammeln von Daten von einer Dienstanwendung aufweist, die eine Korrosionsüberwachungsanwendung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schritt des Sammelns von Daten das Sammeln von Daten von einer Dienstanwendung aufweist, die eine Prozessleistungsüberwachungsanwendung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schritt des Sammelns von Daten das Sammeln von Daten von einer Dienstanwendung aufweist, die eine Zustandsüberwachungsanwendung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Schritt des Sammelns von Daten das Sammeln von Daten von einer Dienstanwendung aufweist, die eine Zuverlässigkeitsüberwachungsanwendung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Schritt des Sammelns von Daten das Sammeln von Daten von einer Dienstanwendung aufweist, die eine Elektroanlagenüberwachungsanwendung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Schritt des Sammelns von Daten das Sammeln von Daten von einer Dienstanwendung aufweist, die eine Einrichtungsleistungsüberwachungsanwendung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Schritt des Sammelns von Daten das Sammeln von Daten von einer Datenquelle aufweist, die mit dem Verarbeitungsbetrieb (10) intermittierend kommunikativ verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Dienstanwendungsdatenquelle mit dem Verarbeitungsbetrieb (10) intermittierend kommunikativ verbunden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Schritt des Speicherns das Speichern der gesammelten Daten in einer einzigen Datenbank aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Dienstanwendung ausgebildet ist, um über ein erstes Kommunikationsnetz zu kommunizieren, das dem Verarbeitungsbetrieb (10) zugeordnet ist, der das erste Kommunikationsprotokoll nutzt, und wobei die eine oder mehrere Prozesssteueranwendungen oder Wartungsanwendungen ausgebildet sind, um über ein zweites Kommunikationsnetz zu kommunizieren, das dem Verarbeitungs-betrieb (10) zugeordnet ist, der das zweite Kommunikationsprotokoll nutzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Schritt des Sammelns von Daten das Verwenden eines dritten Protokolls aufweist, um die Daten in einer deskriptiven Sprache auszudrücken.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das dritte Protokoll XML ist.