JP2017516190A - Reduction of controller update in control loop, method for controlling controlled device, process control system, process controller - Google Patents

Reduction of controller update in control loop, method for controlling controlled device, process control system, process controller Download PDF

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Abstract

制御技法は、被制御デバイスに提供されるコントローラによる変化の回数を低減させ、それによって、コントローラと被制御デバイスとの間に配置されるプロセス制御通信ネットワークの負荷とともに、被制御デバイスの電力消費を低減させる様式でプロセスを制御する。本技法は、数多くの事例において、バッテリ電力によって動作するセンサ及び弁などの無線接続されたフィールドデバイスを有する制御システムにおいて非常に有用である。更に、本制御技法は、制御信号が間欠的、非同期的、または大幅に遅延する通信を起こし易い制御システムを実施する際に有用であり、及び/または閉ループ制御を行う際にフィードバック信号として使用される間欠的、非同期的、または大幅に遅延するプロセス変数測定値を受信する制御システムにおいて有用である。【選択図】図4The control technique reduces the number of changes by the controller provided to the controlled device, thereby reducing the power consumption of the controlled device along with the load of the process control communication network located between the controller and the controlled device. Control the process in a reduced manner. This technique is very useful in many cases in control systems with wirelessly connected field devices such as sensors and valves that operate on battery power. Furthermore, the control technique is useful in implementing control systems where control signals are prone to communications that are intermittent, asynchronous, or significantly delayed and / or used as feedback signals in closed-loop control. Useful in control systems that receive intermittent, asynchronous, or significantly delayed process variable measurements. [Selection] Figure 4

Description

本特許は、低速で、間欠的または非周期的通信を有する制御ループにおける制御の実施に関し、より具体的には、被制御デバイスに提供されるコントローラ更新の回数を低減させる様式で、制御ループ内で非周期的シグナリングを使用する制御ルーチンに関する。   This patent relates to performing control in a control loop that has low speed, intermittent or aperiodic communication, and more specifically, in a manner that reduces the number of controller updates provided to the controlled device. And control routines using aperiodic signaling.

関連出願の相互参照Cross-reference of related applications

本出願は、2014年3月20日に出願された米国仮特許出願第61/968,159号、名称「Reducing Controller Updates in a Control Loop」に対する優先権を主張する、正規にされた出願であり、その開示全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。本出願はまた、2012年1月17日に出願された米国特許出願第13/351,802号、名称「Compensating for Setpoint Changes in a Non−Periodically Updated Controller」の一部継続出願でもあり、その開示全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。本出願はまた、2007年9月6日に出願された米国特許出願第11/850,810号、名称「Wireless Communication of Process Measurements」にも関連し、これは、2006年8月4日に出願された米国特許出願第11/499,013号、名称「Process Control With Unreliable Communications」の一部継続出願で、米国特許第7,620,460号として発行されたものであり、これは、2005年10月25日に出願された米国特許出願第11/258,676号、名称「Non−periodic Control Communications in Wireless and Other Process Control Systems」の一部継続出願で、米国特許第7,587,252号として発行されたものであり、それぞれの開示全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる。   This application is a normalized application claiming priority over US Provisional Patent Application No. 61 / 968,159, filed March 20, 2014, entitled “Reduce Controller Updates in a Control Loop”. The entire disclosure of which is expressly incorporated herein by reference. This application is also a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 13 / 351,802, filed January 17, 2012, entitled "Compensating for Setpoint Changes in a Non-Periodic Updated Controller". The entirety is expressly incorporated herein by reference. This application is also related to US patent application Ser. No. 11 / 850,810, filed on Sep. 6, 2007, entitled “Wireless Communication of Process Measurements,” which was filed on Aug. 4, 2006. US patent application Ser. No. 11 / 499,013, a continuation-in-part of the name “Process Control With Unreliable Communications”, issued as US Pat. No. 7,620,460, which was published in 2005. No. 11 / 258,676, filed Oct. 25, entitled “Non-periodic Control Communications in Wireless and Other Process Control” In continuation-in Systems ", which was issued as U.S. Patent No. 7,587,252, the entire disclosures of each of which is incorporated expressly herein by reference.

化学、石油、または他のプロセスで使用されるような分散型または拡張可能なプロセス制御システムなどのプロセス制御システムは、典型的に、アナログバス、デジタルバス、またはアナログ及びデジタルを組み合わせたバスを介して、相互に、少なくとも1つのホストまたはオペレータワークステーションに、及び1つ以上のフィールドデバイスに通信可能に連結される、1つ以上のプロセスコントローラを含む。例えば、弁、弁ポジショナ、スイッチ、及び送信機(例えば、温度、圧力、及び流量センサ)であり得るフィールドデバイスは、弁を開くまたは閉じること、及びプロセスパラメータを測定することなどのプロセス内の機能を行う。プロセスコントローラは、フィールドデバイスによって作成されるプロセス測定値及び/またはフィールドデバイスに関する他の情報を示す信号を受信し、この情報を使用して、制御ルーチンを実施して制御信号を発生させ、該制御信号は、プロセスの動作を制御するために、回線またはバスを通じてフィールドデバイスに送信される。フィールドデバイス及びコントローラからの情報は、典型的に、オペレータワークステーションによって実行される1つ以上のアプリケーションが利用することができる。オペレータが、プロセスの現在の状態を確認すること、プロセスの動作を修正することなどの、プロセスに関する任意の所望の機能を行うことを可能にする。   Process control systems such as distributed or expandable process control systems, such as those used in chemical, petroleum, or other processes, typically via an analog bus, a digital bus, or a combined analog and digital bus. One or more process controllers communicatively coupled to each other, to at least one host or operator workstation, and to one or more field devices. For example, field devices, which can be valves, valve positioners, switches, and transmitters (eg, temperature, pressure, and flow sensors) function in processes such as opening or closing valves and measuring process parameters. I do. The process controller receives signals indicating process measurements created by the field device and / or other information about the field device and uses this information to implement a control routine to generate a control signal and Signals are sent to the field device over a line or bus to control the operation of the process. Information from field devices and controllers is typically available to one or more applications executed by an operator workstation. Allows the operator to perform any desired function on the process, such as checking the current state of the process, modifying the operation of the process, etc.

Emerson Process Managementによって販売されるDeltaV(商標)システムなどの、いくつかのプロセス制御システムは、コントローラまたは異なるフィールドデバイスに位置する、モジュールと称される機能ブロックまたは一群の機能ブロックを使用して、制御動作及び/または監視動作を行う。これらの事例において、コントローラまたは他のデバイスは、1つ以上の機能ブロックまたはモジュールを含み、かつ実行することができ、そのそれぞれが、他の機能ブロック(同じデバイス内または異なるデバイス内のいずれか)からの入力を受信し、及び/または他の機能ブロックに出力を提供し、プロセスパラメータの測定若しくは検出、デバイスの監視、デバイスの制御、または比例−積分−微分(PID)制御ルーチンの実施などの制御動作の実行などの、何らかのプロセス動作を行う。プロセス制御システム内の異なる機能ブロック及びモジュールは、全般的に、(例えば、バスを通じて)互いに通信して、1つ以上のプロセス制御ループを形成するように構成される。   Some process control systems, such as the DeltaV ™ system sold by Emerson Process Management, control using a functional block or group of functional blocks, called modules, located on a controller or different field devices. Performing operations and / or monitoring operations. In these instances, the controller or other device may include and execute one or more functional blocks or modules, each of which is another functional block (either in the same device or in a different device). Input and / or provide output to other functional blocks, such as process parameter measurement or detection, device monitoring, device control, or implementation of a proportional-integral-derivative (PID) control routine, etc. Perform some process operation, such as performing a control operation. Different functional blocks and modules within a process control system are generally configured to communicate with each other (eg, via a bus) to form one or more process control loops.

プロセスコントローラは、典型的に、プロセスに関して定義されるか、または、フロー制御ループ、温度制御ループ、圧力制御ループなどのプロセス内に含まれる、多数の異なるループの各々に対して、異なるアルゴリズム、サブルーチン、または制御ループ(これらは全て制御ルーチンである)を実行するようにプログラムされる。全般的に言えば、そのような各制御ループは、アナログ入力(AI)機能ブロックなどの1つ以上の入力ブロック、比例−積分−微分(PID)またはファジー論理制御ブロックなどの1つ以上の制御ブロック、及びアナログ出力(AO)機能ブロックなどの出力ブロックを含む。制御ルーチン、及びそのようなルーチンを実施する機能ブロックは、PID制御、ファジー論理制御、及びスミス予測器またはモデル予測制御(MPC)などのモデルベースの技術を含む多数の制御技法、に従って構成されている。   A process controller is typically defined in terms of a process or included in a process such as a flow control loop, temperature control loop, pressure control loop, etc., for each of a number of different loops, different algorithms, subroutines. Or programmed to execute a control loop (these are all control routines). Generally speaking, each such control loop has one or more input blocks, such as analog input (AI) function blocks, one or more controls, such as proportional-integral-derivative (PID) or fuzzy logic control blocks. And output blocks such as analog output (AO) functional blocks. Control routines and functional blocks that implement such routines are configured according to a number of control techniques, including PID control, fuzzy logic control, and model-based techniques such as Smith Predictor or Model Predictive Control (MPC). Yes.

制御ルーチンの実行をサポートするために、典型的な工業プラントまたはプロセスプラントは、1つ以上のプロセスコントローラ及びプロセスI/Oサブシステムと通信可能に接続される集中制御室を有し、プロセスコントローラ及びプロセスI/Oサブシステムは1つ以上のフィールドデバイスに接続される。伝統的に、アナログフィールドデバイスは、信号伝送及び電力供給の双方のための二線式または四線式の電流ループによってコントローラに接続されている。コントローラに信号を伝送するセンサまたは送信機などのアナログフィールドデバイスは、電流が検知プロセス変数に比例するように、電流ループを流れる電流を変調する。一方で、コントローラの制御下でアクションを行うアナログフィールドデバイスは、ループを通る電流の大きさによって制御される。多数のデジタルフィールドデバイスまたはアナログ及びデジタルを組み合わせたフィールドデバイスは、デジタル通信ネットワークまたはアナログ及びデジタルを組み合わせた通信ネットワークを介して、制御信号または測定値信号を受信または伝送する。   To support the execution of control routines, a typical industrial plant or process plant has a centralized control room that is communicatively connected to one or more process controllers and process I / O subsystems, The process I / O subsystem is connected to one or more field devices. Traditionally, analog field devices are connected to the controller by a two-wire or four-wire current loop for both signal transmission and power supply. An analog field device such as a sensor or transmitter that transmits a signal to the controller modulates the current flowing through the current loop so that the current is proportional to the sensing process variable. On the other hand, an analog field device that performs an action under the control of the controller is controlled by the magnitude of the current passing through the loop. Numerous digital field devices or analog and digital field devices receive or transmit control signals or measurement signals via digital communication networks or analog and digital communication networks.

データ転送量の増加に伴って、プロセス制御システム設計の1つの特に重要な態様は、フィールドデバイスが、プロセス制御システムまたはプロセスプラント内のコントローラに、及び他のシステムまたはデバイスに互いに通信可能に連結される様式を含む。一般に、フィールドデバイスがプロセス制御システム内で機能することを可能にする様々な通信チャネル、リンク、及び経路は、一般的に、集合的に入力/出力(I/O)通信ネットワークと称される。   As data transfer increases, one particularly important aspect of process control system design is that field devices are communicatively coupled to a controller in the process control system or process plant, and to other systems or devices. Including the style. In general, the various communication channels, links, and paths that enable a field device to function within a process control system are generally referred to collectively as an input / output (I / O) communication network.

I/O通信ネットワークを実施するために使用される通信ネットワークトポロジー及び物理的な接続または経路は、特にネットワークが有害な環境要因または厳しい条件を受けるときに、フィールドデバイス通信のロバスト性または健全性にかなりの影響を及ぼすことがあり得る。これらの要因及び条件は、1つ以上のフィールドデバイス、コントローラなどの間の通信の健全性を損ない得る。コントローラとフィールドデバイスとの間の通信は、監視アプリケーションまたは制御ルーチンが、典型的に、ルーチンの各繰り返しに対するプロセス変数の周期的な更新を必要とするので、何らかのそのような途絶に特に敏感である。したがって、損なわれた制御通信は、プロセス制御システムの効率性及び/または利益性の低下、及び過剰な摩耗または装置に対する損傷、並びにいずれの数の潜在的に有害な故障ももたらし得る。   The communication network topology and physical connections or paths used to implement an I / O communication network can make field device communication robust or sound, especially when the network is subjected to harmful environmental factors or harsh conditions. Can have a significant impact. These factors and conditions can compromise the soundness of communication between one or more field devices, controllers, and the like. Communication between the controller and the field device is particularly sensitive to any such disruption because the monitoring application or control routine typically requires periodic updates of process variables for each iteration of the routine. . Thus, impaired control communication can result in reduced efficiency and / or profitability of the process control system, excessive wear or damage to the equipment, and any number of potentially harmful failures.

ロバストな通信を保証するために、プロセス制御システムで使用するI/O通信ネットワークは、歴史的にハードワイヤードである。残念なことに、ハードワイヤードネットワークは、数多くの複雑性、課題、及び制限を導入する。例えば、ハードワイヤードネットワークの品質は、時間とともに劣化し得る。更に、特に、I/O通信ネットワークが、例えば数エーカーの土地を費やす精油所または化学プラントといった広い面積にわたって分散される大規模な工業プラントまたは施設と関連付けられる場合に、ハードワイヤードI/O通信ネットワークは、典型的に、設置に費用がかかる。必要な長い配線取り付けは、典型的に、かなりの労働力、材料、及び費用を伴い、また、配線インピーダンス及び電磁妨害から生じる信号劣化を導入する場合がある。これらの及び他の理由により、ハードワイヤードI/O通信ネットワークは、全般的に、再構成、修正、または更新することが困難である。     In order to ensure robust communication, I / O communication networks used in process control systems have historically been hardwired. Unfortunately, hardwired networks introduce numerous complexity, challenges, and limitations. For example, the quality of a hardwired network can degrade over time. In addition, a hard-wired I / O communication network, particularly when the I / O communication network is associated with a large industrial plant or facility that is distributed over a large area, such as a refinery or chemical plant that consumes several acres of land. Are typically expensive to install. The long wiring installation required is typically labor intensive, material and expensive, and may introduce signal degradation resulting from wiring impedance and electromagnetic interference. For these and other reasons, hardwired I / O communication networks are generally difficult to reconfigure, modify, or update.

より最近の傾向としては、無線I/O通信ネットワークを使用して、ハードワイヤードI/O通信ネットワークと関連付けられる問題点のいくつかを軽減してきた。例えば、その開示全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる、米国特許出願公開第2003/0043052号、名称「Apparatus for Providing Redundant Wireless Access to Field Devices in a Distributed Control System」は、ハードワイヤード通信の使用を増やす、または補うために無線通信を利用するシステムを開示している。   A more recent trend has been to use wireless I / O communication networks to mitigate some of the problems associated with hardwired I / O communication networks. For example, U.S. Patent Application Publication No. 2003/0043052, the name “Appratis for Providing Redundant Wireless Access to Field Devices in a Distributed Control Wire”, the entire disclosure of which is expressly incorporated herein by reference. Disclosed is a system that utilizes wireless communications to increase or supplement the use of wireless communication.

しかしながら、制御関連の伝送のための無線通信に対する依存は、数ある中でも信頼性が懸念されるため、伝統的に制限される。上で説明されるように、最新の監視アプリケーション及びプロセス制御アプリケーションは、最適な制御性能を達成するために、コントローラとフィールドデバイスとの間の信頼性のあるデータ通信に依存する。更に、典型的なコントローラは、そのプロセスにおいて望ましくない偏差を迅速に修正するために、高速で制御アルゴリズムを実行する。望ましくない環境要因または他の悪条件は、監視及び制御アルゴリズムのそのような実行をサポートするために必要な高速通信または周期的通信を妨害または阻止する間欠的干渉を生じさせる場合がある。幸運にも、無線ネットワークは、過去10年にわたってはるかにロバストになり、いくつかのタイプのプロセス制御システムにおいて無線通信の信頼性のある使用を可能にしてきた。   However, reliance on wireless communications for control-related transmissions is traditionally limited due to reliability concerns, among other things. As explained above, modern monitoring and process control applications rely on reliable data communication between the controller and field devices to achieve optimal control performance. In addition, a typical controller executes a control algorithm at high speed to quickly correct undesirable deviations in the process. Undesirable environmental factors or other adverse conditions can cause intermittent interference that interferes with or prevents the high speed or periodic communications necessary to support such execution of the monitoring and control algorithms. Fortunately, wireless networks have become much more robust over the past decade and have allowed reliable use of wireless communications in several types of process control systems.

しかし、電力消費は、依然として、プロセス制御アプリケーションで無線通信を使用するときの、複雑化要因である。無線フィールドデバイスがI/Oネットワークから物理的に分離されるので、フィールドデバイスは、典型的に、それ自体の電力源を提供する必要がある。故に、フィールドデバイスは、バッテリ式とするか、太陽エネルギーを引き出すか、または振動、熱、圧力などの環境エネルギーを取り出すことができる。これらのデバイスにとって、データ伝送のために消費されるエネルギーは、総エネルギー消費のかなりの部分を占める場合がある。実際に、計測されているプロセス変数を検知または検出するためになされるステップなどのフィールドデバイスによって行われる他の重要な動作中よりも、無線通信接続を確立し、維持するプロセス中のほうが、より多くの電力を消費する場合がある。無線プロセス制御システムの電力消費を低減させ、したがって、バッテリ寿命を延ばすために、センサなどのフィールドデバイスが非周期的様式でコントローラと通信する無線プロセス制御システムを実施することが提案されてきた。1つの事例において、フィールドデバイスは、プロセス変数のかなりの変化が検出され、コントローラと非周期的通信につながるときにだけ、コントローラと通信、またはコントローラに対してプロセス変数の測定値を送信することができる。   However, power consumption is still a complicating factor when using wireless communications in process control applications. Since wireless field devices are physically separated from the I / O network, the field devices typically need to provide their own power source. Thus, the field device can be battery powered, extract solar energy, or extract environmental energy such as vibration, heat, pressure. For these devices, the energy consumed for data transmission may occupy a significant portion of the total energy consumption. In fact, it is more during the process of establishing and maintaining a wireless communication connection than during other important operations performed by the field device, such as steps taken to detect or detect the process variable being measured. It may consume a lot of power. In order to reduce the power consumption of the wireless process control system and thus extend battery life, it has been proposed to implement a wireless process control system in which field devices such as sensors communicate with the controller in an aperiodic manner. In one case, the field device may communicate with the controller or send a process variable measurement to the controller only when a significant change in the process variable is detected, leading to aperiodic communication with the controller. it can.

非周期的プロセス変数測定値更新を取り扱うために開発された1つの制御技法は、稀な非周期的測定値更新の間にコントローラによって生成される制御信号に対して予測されるプロセス応答の指示を提供し、維持する制御システムを使用する。予測されるプロセス応答は、所与の測定値更新のための制御信号に対して予測されるプロセス応答を算出する数学的モデルによって開発することができる。この技法の一例は、その開示全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる、米国特許第7,587,252号、名称「Non−Periodic Control Communications in Wireless and Other Process Control Systems」で説明されている。具体的には、この特許は、非周期的プロセス変数測定値更新を受信すると、制御信号に対して予測されるプロセス応答の指示を生成し、次の非周期的プロセス変数測定値更新の到着まで、予測されるプロセス応答の生成された指示を維持するフィルタを有する、制御システムを開示している。別の例として、その開示全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる、米国特許第7,620,460号、名称「Process Control With Unreliable Communications」は、制御信号に対して予測される応答の指示を提供するが、最後の非周期的測定値更新から経過した時間の測定値を組み込んで、予測されるプロセス応答のより正確な指示を生成するために、フィルタを更に修正するフィルタを含む、システムを開示する。   One control technique developed to handle non-periodic process variable measurement updates provides an indication of the expected process response to control signals generated by the controller during rare aperiodic measurement updates. Use a control system to provide and maintain. The predicted process response can be developed by a mathematical model that calculates the predicted process response for a control signal for a given measurement update. An example of this technique is described in US Pat. No. 7,587,252, entitled “Non-Periodic Control Communications in Other Process Control Systems,” the entire disclosure of which is expressly incorporated herein by reference. ing. Specifically, this patent generates an indication of the expected process response to a control signal upon receipt of an aperiodic process variable measurement update, until the arrival of the next aperiodic process variable measurement update Discloses a control system having a filter that maintains a generated indication of an expected process response. As another example, US Pat. No. 7,620,460, the title “Process Control With Unreliable Communications”, the entire disclosure of which is expressly incorporated herein by reference, is an expected response to control signals. Including a filter that further modifies the filter to incorporate a measurement of time elapsed since the last aperiodic measurement update to produce a more accurate indication of the expected process response The system is disclosed.

しかしながら、この5年にわたって、フィールド計装の製造業者は、多種多様なWirelessHART(登録商標)送信機を導入した。最初、これらの送信機は、プロセスを監視するためにだけ使用された。しかしながら、上で説明される技法の導入によって、閉ループ制御アプリケーションの無線測定値を使用することが可能である。無線送信機が広く受け入れられることに基づいて、多数の製造業者が無線のオン/オフ弁及び絞り弁を開発し、導入している最中である。   Over the last five years, however, field instrument manufacturers have introduced a wide variety of WirelessHART® transmitters. Initially, these transmitters were only used to monitor the process. However, with the introduction of the techniques described above, it is possible to use radio measurements for closed loop control applications. Based on the wide acceptance of wireless transmitters, many manufacturers are developing and introducing wireless on / off valves and throttle valves.

しかしながら、そのような無線弁を閉ループ制御で使用することができるように対処しなければならない、いくつかの技術的な課題がある。具体的には、無線弁では、典型的に、限られた量の電力だけしか利用することができず、また、例えば制御信号の受信に応答して弁をその目標位置まで駆動するために、利用可能な電力の大部分が、弁の目標位置を変化させるために必要になることが予期される。しかしながら、典型的な制御技法は、ロバストな制御性能を保証するために、制御されているデバイスに多数の制御信号を送信しようとする。しかしながら、これらの技法によって実施されるコントローラに基づく移動が多いことは、被制御デバイスでバッテリーリソースを迅速に使い果たしてしまう場合がある。したがって、可能であれば、例えば設定点の変化、プロセス外乱などに応じて、閉ループ制御の過程で行われる弁の移動回数を低減させることが望ましくなる場合がある。   However, there are several technical challenges that must be addressed so that such wireless valves can be used in closed loop control. Specifically, a wireless valve typically only uses a limited amount of power, and, for example, to drive the valve to its target position in response to receiving a control signal, It is expected that most of the available power will be needed to change the target position of the valve. However, typical control techniques attempt to send multiple control signals to the device being controlled in order to ensure robust control performance. However, the high number of controller-based movements performed by these techniques can quickly drain battery resources in the controlled device. Therefore, if possible, it may be desirable to reduce the number of valve movements performed during the closed loop control, for example, in response to changes in set points, process disturbances, and the like.

更に、数多くの事例において、制御システムのアクションは、コントローラと、無線弁または無線通信ネットワークの中に配置される他のアクチュエータとの間の通信を提供するために生じさせなければならないゲートウェイ通信と同期させることができない。例えば、無線ゲートウェイ、例えばWirelessHART(登録商標)ゲートウェイの現在の設計は、弁位置の変化を弁アクチュエータに通信する要求に応じて直ちに機能することができず、したがって、弁またはアクチュエータは、コントローラで制御信号を発生させた後に、制御信号を受信するまで幾分長い時間がかかる場合がある。更に、コントローラは、コントローラによって弁位置の変化が送信された後に、更に長い間をかけて、弁またはアクチュエータから肯定応答だけしか受信しない場合がある。したがって、この事例において、目標弁位置(例えば、制御信号)及び弁応答の無線通信は、大幅な可変遅延を制御ループの中へ導入し、PID制御に影響を及ぼすこの遅延は、被制御変数のロバストな制御をより困難にする。   Further, in many instances, control system actions are synchronized with gateway communications that must occur to provide communication between the controller and other actuators located within the wireless valve or wireless communication network. I can't let you. For example, current designs of wireless gateways, such as WirelessHART® gateways, cannot function immediately upon request to communicate valve position changes to the valve actuator, so the valve or actuator is controlled by the controller. After generating the signal, it may take some time to receive the control signal. Furthermore, the controller may only receive an acknowledgment from the valve or actuator for a longer time after a change in valve position is transmitted by the controller. Thus, in this case, wireless communication of the target valve position (eg, control signal) and valve response introduces a significant variable delay into the control loop, and this delay affecting PID control is controlled by the controlled variable. Makes robust control more difficult.

例えばPID制御ループで使用することができる制御技法は、プロセスプラント内のコントローラ(例えば、PIDコントローラ)から無線弁または他の制御要素への通信回数を大幅に低減させ、一方で、依然として、被制御プロセス変数のロバストな制御を提供する。このように、弁が目標の弁位置において反応しなければならない変化が少なくなるので、無線弁または他の制御要素が使用する電力を少なくすることができ、一方で、依然として、許容可能かつロバストな制御を提供する。更に、本技法は、無線弁または他の被制御要素に対する通信をより少なくすることができるので、無線ネットワークへのゲートウェイを介して、コントローラが被制御デバイスに通信可能に接続されるプラントにおいてこの制御技法を使用することは、ゲートウェイの通信負荷を低減させる。本制御技法は、他の間欠的または非周期的制御方法と併せて使用することができ、それによって、制御ループにおいて無線送信機及び無線弁(または他の無線制御要素)の一方または双方を使用して制御を行うことができる。更に、本技法は、フィードバック測定値がノイズを含むような、またはノイズが比較的ランダムなプロセス外乱をもたらすような、ノイズの多い制御システムにおいて典型的に経験する弁位置ハンティングなどの、不必要または無効な弁の移動を低減させるために、有線または他の周期的制御システムにおいて制御を行うために使用することができる。   For example, control techniques that can be used in a PID control loop significantly reduce the number of communications from a controller (eg, a PID controller) in a process plant to a radio valve or other control element while still being controlled. Provides robust control of process variables. In this way, less power has to be reacted at the target valve position, so less power is used by the radio valve or other control elements, while still being acceptable and robust. Provide control. In addition, the present technique allows for less communication to the radio valves or other controlled elements, so this control in a plant where the controller is communicatively connected to the controlled device via a gateway to the radio network. Using the technique reduces the communication load of the gateway. The control technique can be used in conjunction with other intermittent or aperiodic control methods, thereby using one or both of a radio transmitter and a radio valve (or other radio control element) in the control loop. And can be controlled. In addition, the technique may be unnecessary or otherwise, such as valve position hunting, typically experienced in noisy control systems where the feedback measurements are noisy or where the noise results in a relatively random process disturbance. It can be used to control in wired or other periodic control systems to reduce invalid valve movement.

加えて、新しい制御信号コマンドを使用して、本明細書で説明される制御技法の制御性能を支援するように、無線または他の間欠的、非周期的、または非同期的通信ネットワークを介して制御信号を送信することができる。新しいコントローラ信号は、目標値及び目標値を実施する時間を含むことができる。このコマンド信号または他の信号は、コントローラで暗黙の弁位置をより正確に算出することを可能にし、したがって、該信号を使用して、(例えば、プロセスコントローラと弁などの被制御デバイスとの間の)プロセス制御ループ通信において大幅な通信遅延を経験するシステムで、より良好な、またはよりロバストな制御を行うことができる。   In addition, new control signal commands are used to control over wireless or other intermittent, aperiodic, or asynchronous communication networks to support the control performance of the control techniques described herein. A signal can be transmitted. The new controller signal can include a target value and a time to implement the target value. This command signal or other signal allows the controller to more accurately calculate the implied valve position, and therefore can be used to (for example, between a process controller and a controlled device such as a valve) Better or more robust control can be achieved with systems that experience significant communication delays in process control loop communications.

全般的に言えば、新しい非周期的通信技法を実施する制御ループは、制御ルーチン(PID制御ルーチンなど)を実施するコントローラと、弁または弁アクチュエータなどの被制御デバイスとの間に、無線の、低速な、非周期的な、または非同期的な通信接続または経路を含む場合がある。このリンクは、無線または有線の通信基盤を使用して実施することができる。この事例において、本制御技法は、コントローラと被制御デバイスとの間に配置される非周期的通信ブロックを使用し、該通信ブロックは、被制御デバイスに送信される制御信号の数を低減させることによって、被制御デバイスの目標位置になされる変化の数を最小にするように動作する。   Generally speaking, a control loop that implements a new aperiodic communication technique is a wireless, between a controller that implements a control routine (such as a PID control routine) and a controlled device such as a valve or valve actuator. It may include slow, aperiodic, or asynchronous communication connections or paths. This link can be implemented using a wireless or wired communication infrastructure. In this case, the control technique uses an aperiodic communication block that is placed between the controller and the controlled device, which reduces the number of control signals sent to the controlled device. To act to minimize the number of changes made to the target position of the controlled device.

より具体的には、弁アクチュエータによって消費される電力を最小にするために、非周期的通信ブロックで決定された特定の基準を満たした場合にだけ、コントローラの算出したPID出力を無線弁に伝送することができる。コントローラは、典型的に、目標値を無線被制御デバイスに通信することができる最小周期よりもはるかに速く制御信号を生成するように実行するためにスケジュールされるので、これらの基準の適用は、被制御デバイスに送信されるコントローラ信号の数を低減させ、それによって、被制御デバイスによって実施されるコントローラの移動を低減させる。しかしながら、依然として、通信ブロック内の基準の適用は、制御信号の数を低減させた状態で、かつ被制御デバイスに対する制御信号の通信遅延の存在下で、十分な制御性能が達成されることを確実にするように動作する。一例として、非周期的通信ブロックは、以下の様式で、新しい目標位置を(無線の、間欠的、非同期的、または非周期的通信経路を介して)被制御デバイスに通信するように動作することができる。最初に、非周期的通信ブロックは、無線被制御デバイスへの最後の通信からの時間が、構成された通信周期以上であり、かつ被制御デバイスに送信された目標位置の最後の変化に対する被制御デバイスの肯定応答の通信を受信した場合にだけ、制御信号を送信する。これらの条件を満たしたときに、非周期的通信ブロックは、算出したコントローラ出力と被制御デバイスに通信された最後の目標値との差の絶対値が構成された不感帯値(閾値)を超えたとき、及び/または被制御デバイスへの最後の通信からの時間が、構成されたデフォルトレポーティング時間を超えたとき、の一方または双方のときに、新しいまたは更新された制御信号を通信する。   More specifically, in order to minimize the power consumed by the valve actuator, the controller's calculated PID output is transmitted to the wireless valve only when certain criteria determined by the aperiodic communication block are met. can do. Since the controller is typically scheduled to run to generate a control signal much faster than the minimum period at which the target value can be communicated to the wireless controlled device, the application of these criteria is Reduce the number of controller signals sent to the controlled device, thereby reducing controller movement performed by the controlled device. However, the application of the criteria within the communication block still ensures that sufficient control performance is achieved with a reduced number of control signals and in the presence of communication delays of the control signals for the controlled device. To work. As an example, an aperiodic communication block operates to communicate a new target position (via a wireless, intermittent, asynchronous, or aperiodic communication path) to a controlled device in the following manner: Can do. Initially, the aperiodic communication block is controlled for the last change in the target position transmitted from the last communication to the wireless controlled device that is greater than or equal to the configured communication period and sent to the controlled device. A control signal is transmitted only when a device acknowledgment communication is received. When these conditions were met, the aperiodic communication block exceeded the configured deadband value (threshold) as the absolute value of the difference between the calculated controller output and the last target value communicated to the controlled device Communicate new or updated control signals when and / or when the time since the last communication to the controlled device exceeds the configured default reporting time.

無線被制御デバイスに通信される目標位置は、通常、PIDコントローラなどのコントローラの算出した出力である。しかしながら、1つの選択肢として、目標位置の変化の大きさは、最後の目標を通信してからのコントローラ出力における変化の絶対値が、構成した最大変化値を超えたと判定されたときに、最後に通信した値と、最大変化値とを加算するか、または減算するように制限することができる。   The target position communicated to the wireless controlled device is usually an output calculated by a controller such as a PID controller. However, as an option, the magnitude of the change in the target position is the last when the absolute value of the change in the controller output since communicating the last target is determined to exceed the configured maximum change value. It can be limited to add or subtract the communicated value and the maximum change value.

無線被制御デバイスとコントローラとの間の通信によって最小の遅延が導入されるときには、無線被制御デバイス(例えば、アクチュエータ/弁)によってコントローラに通信されるような、弁の位置の形態のフィードバック信号を、例えばPID制御信号のリセット寄与を作成するために、コントローラのポジティブフィードバックネットワークで使用することができる。しかしながら、無線被制御デバイスとの通信を喪失するか、または周期的様式で更新されない場合は、無線弁によって通信される被制御デバイスの最後の目標位置(例えば、弁アクチュエータが達成するように作動している目標位置)を使用して、コントローラ動作のリセット寄与を決定することができる。リセット寄与を計算する際に使用するための弁位置の決定における制御システムのフィードバックループを支援するために、制御システム(または、無線ゲートウェイ)は、制御弁(例えば、弁が移動しなければならない位置)を指定する制御信号、及び弁がそのような移動を行わなければならない時間を提供することができる。そのような制御信号は、制御信号が被制御デバイスに到達するまでにかなりの時間がかかる状況(例えば、無線ゲートウェイまたは低速若しくは非同期通信リンクによって生じる)において有用である。制御信号内で指定される時間は、例えば制御信号のタイムスタンプからの絶対時間またはオフセット時間を指定することができる。制御信号がコントローラから被制御デバイスに到達するのにかかる時間よりも長くなるようにオフセット時間を構成する場合、被制御デバイスは、制御信号を受信し、指定した時間に変化を実施する。この事例において、コントローラは、指定した時間に被制御デバイスによって制御信号を受信し、実施したものとみなすことができ、それによって、コントローラの移動が実施されたことを示す被制御デバイスからのフィードバック信号の受信を必要とすることなく、その時点で、コントローラのフィードバックループにおいて弁位置を更新することができる。この動作は、PIDコントローラのより良好な制御性能をもたらすことができる。   When minimal delay is introduced by communication between the wireless controlled device and the controller, a feedback signal in the form of a valve position is communicated to the controller by the wireless controlled device (eg, actuator / valve). For example, it can be used in the controller positive feedback network to create a reset contribution of the PID control signal. However, if communication with the wireless controlled device is lost or is not updated in a periodic manner, the last target position of the controlled device communicated by the wireless valve (e.g., the valve actuator operates to achieve). Can be used to determine the reset contribution of the controller operation. In order to assist the control system feedback loop in determining the valve position for use in calculating the reset contribution, the control system (or wireless gateway) allows the control valve (eg, the position that the valve must move to). ) And the time that the valve must make such a movement. Such control signals are useful in situations where the control signal takes a significant amount of time to reach the controlled device (eg, caused by a wireless gateway or a low speed or asynchronous communication link). As the time specified in the control signal, for example, an absolute time or an offset time from the time stamp of the control signal can be specified. If the offset time is configured to be longer than the time it takes for the control signal to reach the controlled device from the controller, the controlled device receives the control signal and implements the change at the specified time. In this case, the controller can be considered to have received and implemented a control signal by the controlled device at a specified time, thereby providing a feedback signal from the controlled device indicating that the controller movement has been performed. At that time, the valve position can be updated in the controller's feedback loop. This operation can result in better control performance of the PID controller.

典型的な、周期的に更新された、ハードワイヤードのプロセス制御システムのブロック図である。1 is a block diagram of a typical, periodically updated, hardwired process control system. FIG. 周期的に更新されたハードワイヤードのプロセス制御システムの一実施例のプロセス入力に対するプロセス出力応答を例示するグラフである。6 is a graph illustrating a process output response to a process input of one embodiment of a periodically updated hardwired process control system. 無線ゲートウェイデバイスを介して非周期的または無線様式で制御信号を被制御デバイスに伝送する、及び/または無線ネットワークを介して非周期的、非同期的、または大幅に遅延するフィードバック信号を受信するコントローラを有する、プロセス制御システムの一実施例を例示するブロック図である。A controller that transmits a control signal to a controlled device in an aperiodic or wireless manner via a wireless gateway device and / or receives a feedback signal that is aperiodically, asynchronously or significantly delayed via a wireless network FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a process control system having コントローラと被制御デバイスとの間に配置される被周期的制御信号の通信モジュールを使用して制御を行い、コントローラと被制御デバイスとの間の通信が、無線通信ネットワークを通じて起こり、通信モジュールが、被制御デバイスに送信されるコントローラの信号数を低減させるように動作する、コントローラの一実施例のブロック図である。Control is performed using a communication module of a periodic control signal disposed between the controller and the controlled device, communication between the controller and the controlled device occurs through a wireless communication network, and the communication module is FIG. 3 is a block diagram of one embodiment of a controller that operates to reduce the number of controller signals transmitted to a controlled device. 無線通信ネットワークまたは間欠的、低速、若しくは非同期通信ネットワークを介して被制御デバイスに送信される制御信号の数を低減するために、非周期的制御通信技法を実施し、更に、無線、低速、または間欠的通信経路を介してフィードバック信号を受信する、プロセス制御システムのブロック図である。Implement a non-periodic control communication technique to reduce the number of control signals transmitted to a controlled device via a wireless communication network or intermittent, low speed, or asynchronous communication network, and further, wireless, low speed, or 1 is a block diagram of a process control system that receives a feedback signal via an intermittent communication path. FIG. 有線通信または同期通信を使用する通信ネットワークにおいて被制御デバイスに送信される制御信号の数を低減する非周期的制御通信技法を実施する、プロセス制御システムのブロック図である。1 is a block diagram of a process control system that implements an aperiodic control communication technique that reduces the number of control signals transmitted to controlled devices in a communication network that uses wired or synchronous communication. FIG. 図4〜図6の被周期的制御通信を達成するために書き込み要求及び書き込み応答を使用するプロセスを例示する、ブロック図である。FIG. 7 is a block diagram illustrating a process of using a write request and a write response to achieve the periodic control communication of FIGS. 4-6. 制御の移動を適用するまでの時間を指定する制御信号を含む、本明細書で説明される制御通信技法を使用して、コントローラから被制御デバイスへの制御信号の通信を達成するために使用される、一組の信号のタイミング図を例示する図である。Used to achieve control signal communication from the controller to the controlled device using the control communication techniques described herein, including control signals that specify the time to apply control movement. FIG. 6 is a diagram illustrating a timing diagram of a set of signals. 本明細書で説明される制御通信技法を使用して実行される2つのプロセス制御シミュレーションと関連付けられる様々なパラメータ、及び典型的な有線または周期的制御通信を使用する類似する制御システムにおける同じパラメータのグラフを例示する図である。Various parameters associated with two process control simulations performed using the control communication techniques described herein, and the same parameters in similar control systems using typical wired or periodic control communication It is a figure which illustrates a graph. 本明細書で説明される制御通信技法を使用して実行される2つのプロセス制御シミュレーションと関連付けられる様々なパラメータ、及び典型的な有線または周期的制御通信を使用する類似する制御システムにおける同じパラメータのグラフを例示する図である。Various parameters associated with two process control simulations performed using the control communication techniques described herein, and the same parameters in similar control systems using typical wired or periodic control communication It is a figure which illustrates a graph.

制御技法は、アクチュエータによって達成されるアクチュエータの移動回数を低減させ、一方で、ロバストな制御性能を提供するために、コントローラが、非周期的、無線、低速、大幅に遅延する、別様には非同期的様式で、弁アクチュエータなどのプロセスの被制御デバイスに制御信号を通信または送信することを可能にする。このように、本制御技法は、被制御デバイスの電力消費を低減させる様式でアクチュエータまたは他の被制御デバイスを駆動する制御方法を実施し、かなりのノイズまたはプロセス外乱を経験する制御ループにおいて頻繁に生じる「ハンティング」現象をもたらす、被制御デバイスの頻繁な変化を低減させ、また、無線ゲートウェイデバイスなどにおいて、制御ループを実施するために使用される無線ネットワーク内の通信デバイスにおける通信負荷を低減させる。   Control techniques reduce the number of actuator movements achieved by the actuator, while the controller is aperiodic, wireless, slow, significantly delayed to provide robust control performance, otherwise Allows control signals to be communicated or transmitted to the controlled device of the process, such as a valve actuator, in an asynchronous manner. Thus, the present control technique implements a control method that drives an actuator or other controlled device in a manner that reduces the power consumption of the controlled device, and frequently occurs in control loops that experience significant noise or process disturbances. Reduce the frequent changes of controlled devices that result in the “hunting” phenomenon that occurs, and reduce the communication load on communication devices in the wireless network used to implement the control loop, such as in wireless gateway devices.

具体的には、制御ループ内の制御通信ブロックは、通信不感帯、制御信号変化閾値、及び通信周期などの多数の構成要因に基づいて、非周期的様式でコントローラによって発生される新しく作成される制御信号を送信するように動作する。更に、遅延制御信号の存在下でデバイスの制御に適応させるために、コントローラ内の連続的に更新されるフィルタは、被制御デバイスの実際のまたは暗黙の位置に基づいて、コントローラの各制御ルーチン繰り返しの間に、予想されるプロセス応答(フィードバック寄与とも称される)の指示を発生させる。このフィードバック寄与は、制御信号を発生させるコントローラと、制御信号を受信し、それに応じて作用する被制御デバイスとの間に大幅な遅延の存在下で適切な制御を確実にするように、コントローラにおいて使用される。いくつかの事例において、連続的に更新されるフィルタは、各制御ルーチン繰り返しの間に、予想される応答の指示を発生させるために、部分的には、最後の制御ルーチン繰り返しからの予想される応答の以前に発生させた指示、及び制御ルーチン実行周期を使用することができる。   Specifically, the control communication block in the control loop is a newly created control generated by the controller in an aperiodic fashion based on a number of components such as communication deadband, control signal change threshold, and communication period. Operates to send signals. Furthermore, in order to adapt to the control of the device in the presence of a delay control signal, the continuously updated filter in the controller repeats each control routine of the controller based on the actual or implicit position of the controlled device. In the meantime, an indication of the expected process response (also called feedback contribution) is generated. This feedback contribution is made in the controller to ensure proper control in the presence of significant delays between the controller that generates the control signal and the controlled device that receives the control signal and acts accordingly. used. In some cases, the continuously updated filter is expected, in part, from the last control routine iteration to generate an indication of the expected response during each control routine iteration. Instructions generated prior to response and control routine execution cycles can be used.

加えて、プロセス測定値フィードバック信号が、間欠的、非周期的、または遅延様式でコントローラに提供されたときに、連続的に更新されるフィルタの現在の出力を、新しい測定値の指示を受信したときにだけ、コントローラ内の積分(リセットしても知られる)寄与及び/または微分(レートとしても知られる)寄与などの、フィードバック寄与として使用することができる。全般的に言えば、この事例において、積分出力スイッチは、制御信号に対する積分またはリセット寄与として、最後の測定値更新をコントローラが受信した時点で、連続的に更新されるフィルタによって発生された、予想されるプロセス応答を維持する。新しい測定値更新を利用することができるときに、積分出力スイッチは、(新しい測定値更新の指示に基づいて)連続的に更新されるフィルタによって発生された、予想されるプロセス応答の新しい指示にクランプし、制御信号の積分またはレート寄与として、新しい予想されるプロセス応答を提供する。その結果、コントローラは、各コントローラ繰り返し中に、プロセスの新しい予想される応答を決定するために、連続的に更新されるフィルタを使用し、各新しい予想されるプロセス応答は、新しいフィードバック値をコントローラで利用することができるときにだけ、コントローラによって生成される制御信号の積分またはリセット成分が変化する場合であっても、測定値更新の間の時間に行われた変化の影響を反映し、それによって、制御信号の展開中にコントローラ出力に影響を及ぼす。   In addition, when the process measurement feedback signal is provided to the controller in an intermittent, aperiodic, or delayed manner, the current output of the filter that is continuously updated receives a new measurement indication Only sometimes it can be used as a feedback contribution, such as an integral (also known as reset) and / or derivative (also known as rate) contribution in the controller. Generally speaking, in this case, the integration output switch is an anticipation generated by a continuously updated filter when the controller receives the last measurement update as an integral or reset contribution to the control signal. Maintained process response. When a new measurement update is available, the integral output switch will change to a new indication of the expected process response generated by the continuously updated filter (based on the new measurement update indication). Clamp and provide the new expected process response as an integral or rate contribution of the control signal. As a result, during each controller iteration, the controller uses a continuously updated filter to determine the new expected response of the process, and each new expected process response controller updates the new feedback value. Reflects the effect of changes made in the time between measurement updates, even if the integral or reset component of the control signal generated by the controller changes only when it is available at Affects the controller output during the development of the control signal.

本明細書で説明される制御方法を実施するために使用することができる、図1に例示されるプロセス制御システム10は、通信回線またはバス9を介して、データヒストリアン12及び各々がディスプレイスクリーン14を有する1つ以上のホストワークステーションまたはコンピュータ13(任意のタイプのパーソナルコンピュータ、ワークステーションなどとすることができる)に接続される、プロセスコントローラ11を含む。通信ネットワーク9は、例えば、イーサネットネットワーク、WiFiネットワーク、または任意の有線若しくは無線のネットワークとすることができる。コントローラ11はまた、入力/出力(I/O)カード26及び28を介して、フィールドデバイス15〜22にも接続され、また、1つ以上のハードワイヤード通信ネットワーク及び通信スキームを使用してフィールドデバイス15〜22に通信可能に接続されているように例示される。データヒストリアン12は、データを記憶するための任意の所望のタイプのメモリ、及び任意の所望のまたは既知のソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェアを有する、任意の所望のタイプのデータ収集ユニットとすることができる。   A process control system 10 illustrated in FIG. 1 that can be used to implement the control methods described herein includes a data historian 12 and each a display screen via a communication line or bus 9. A process controller 11 is connected to one or more host workstations or computers 13 having 14 (which can be any type of personal computer, workstation, etc.). The communication network 9 can be, for example, an Ethernet network, a WiFi network, or any wired or wireless network. The controller 11 is also connected to field devices 15-22 via input / output (I / O) cards 26 and 28 and also uses one or more hardwired communication networks and communication schemes. 15 to 22 are illustrated as being communicably connected. Data historian 12 is any desired type of data collection unit with any desired type of memory for storing data and any desired or known software, hardware, or firmware. Can do.

全般的に、フィールドデバイス15〜22は、センサ、弁、送信機、位置決め器などの任意のタイプのデバイスとすることができ、一方で、I/Oカード26及び28は、任意の所望の通信またはコントローラプロトコルに準拠する任意のタイプのI/Oデバイスとすることができる。コントローラ11は、メモリ24に記憶される1つ以上のプロセス制御ルーチン(または、任意のモジュール、ブロック、またはそのサブルーチン)を実施または監督する、プロセッサ23を含む。全般的に言えば、コントローラ11は、任意の所望の様式でプロセスを制御するために、デバイス15〜22、ホストコンピュータ13、及びデータヒストリアン12と通信する。更に、コントローラ11は、一般に機能ブロックと称されるものを使用して、制御ストラテジまたはスキームを実施し、各機能ブロックは、プロセス制御システム10内でプロセス制御ループを実施するために、(リンクと呼ばれる通信を介して)他の機能ブロックとともに動作する、制御ルーチン全体のオブジェクトまたは他の部分(例えば、サブルーチン)である。機能ブロックは、典型的に、プロセス制御システム10内でいくつかの物理的機能を行うために、送信機、センサ、若しくは他のプロセスパラメータ測定デバイスと関連付けられるような入力機能、PID、ファジー論理制御などを行う制御ルーチンと関連付けられるような制御機能、またはアクチュエータ若しくは弁などのいくつかのデバイスの動作を制御する出力機能、のうちの1つを行う。当然、ハイブリッド及び他のタイプの機能ブロックが存在し、本明細書で利用することができる。機能ブロックは、下で説明されるように、コントローラ11または他のデバイスに記憶し、それによって実行することができる。   In general, field devices 15-22 can be any type of device such as sensors, valves, transmitters, positioners, etc., while I / O cards 26 and 28 may be any desired communication. Or any type of I / O device that conforms to the controller protocol. The controller 11 includes a processor 23 that performs or supervises one or more process control routines (or any module, block, or subroutine thereof) stored in the memory 24. Generally speaking, the controller 11 communicates with the devices 15-22, the host computer 13, and the data historian 12 to control the process in any desired manner. In addition, the controller 11 implements a control strategy or scheme using what is commonly referred to as a function block, each function block (link and link) for implementing a process control loop within the process control system 10. An object or other part (eg, a subroutine) of the overall control routine that operates with other functional blocks (via called communication). The functional block is typically an input function, PID, fuzzy logic control, such as associated with a transmitter, sensor, or other process parameter measurement device to perform some physical function within the process control system 10. One of the control functions, such as associated with a control routine that performs, or the like, or an output function that controls the operation of some devices such as actuators or valves. Of course, hybrid and other types of functional blocks exist and can be utilized herein. The functional blocks can be stored and executed by the controller 11 or other device, as described below.

図1の分解ブロック30で例示されるように、コントローラ11は、制御ルーチン32及び34として例示される、いくつかの単一ループ制御ルーチンを含むことができ、また、所望であれば、制御ループ36として例示される、1つ以上のアドバンスト制御ループを実施することができる。各制御ループは、典型的に、制御モジュールと称される。単一ループ制御ルーチン32及び34は、弁などのプロセス制御デバイス、温度及び圧力送信機若しくはセンサなどの測定デバイス、またはプロセス制御システム10内の任意の他のデバイスと関連付けることができる、適切なアナログ入力(AI)及びアナログ出力(AO)機能ブロックにそれぞれ接続される単一入力/単一出力ファジー論理制御ブロック及び単一入力/単一出力PID制御ブロックを使用して、単一ループ制御を行うように例示される。アドバンスト制御ループ36は、1つ以上のAI機能ブロックに通信可能に接続される入力及び1つ以上のAO機能ブロックに通信可能に接続される出力を有する、アドバンスト制御ブロック38を含むように例示されるが、アドバンスト制御ブロック38の入力及び出力は、他のタイプの入力を受信し、他のタイプの制御出力を提供するために、任意の他の所望される機能ブロックまたは制御要素に接続することができる。アドバンスト制御ブロック38は、任意のタイプの多重入力、多重出力制御スキームを実施することができ、また、モデル予測制御(MPC)ブロック、ニューラルネットワークモデリングまたは制御ブロック、多変数ファジー論理制御ブロック、リアルタイムオプティマイザブロックなどを構成するか、または含むことができる。アドバンスト制御ブロック38を含む、図1に例示される機能ブロックは、スタンドアロンのコントローラ11によって実行することができ、または代替的に、ワークステーション13のうちの1つまたはフィールドデバイス19〜22のうちの1つなどの、プロセス制御システムの任意の他の処理デバイスまたは制御要素の中に位置させて、実行することができることが理解されるであろう。一例として、フィールドデバイス21及び22は、それぞれ、送信機及び弁とすることができ、また、制御ルーチンを実施するための制御要素を実行することができ、よって、1つ以上の機能ブロックなどの、制御ルーチンの一部を実施するための処理構成要素及び他の構成要素を含むことができる。より具体的には、フィールドデバイス21は、アナログ入力ブロックと関連付けられる論理及びデータを記憶するためのメモリ39Aを有することができ、一方で、フィールドデバイス22は、図1に例示されるように、アナログ出力(AO)ブロックと通信しているPIDまたは他の制御ブロックと関連付けられる論理及びデータを記憶するためのメモリ39Bを有するアクチュエータを含むことができる。   As illustrated in decomposition block 30 of FIG. 1, controller 11 may include several single loop control routines, illustrated as control routines 32 and 34, and if desired, control loops. One or more advanced control loops, exemplified as 36, can be implemented. Each control loop is typically referred to as a control module. Single loop control routines 32 and 34 are suitable analogs that can be associated with process control devices such as valves, measurement devices such as temperature and pressure transmitters or sensors, or any other device within the process control system 10. Perform single loop control using single input / single output fuzzy logic control block and single input / single output PID control block connected to input (AI) and analog output (AO) functional blocks respectively It is illustrated as follows. The advanced control loop 36 is illustrated to include an advanced control block 38 having an input communicatively connected to one or more AI function blocks and an output communicatively connected to one or more AO function blocks. However, the inputs and outputs of the advanced control block 38 may be connected to any other desired functional block or control element to receive other types of inputs and provide other types of control outputs. Can do. The advanced control block 38 can implement any type of multi-input, multi-output control scheme, and is also a model predictive control (MPC) block, neural network modeling or control block, multi-variable fuzzy logic control block, real-time optimizer. Blocks or the like can be configured or included. The functional blocks illustrated in FIG. 1, including the advanced control block 38, can be executed by the stand-alone controller 11, or alternatively, one of the workstations 13 or of the field devices 19-22. It will be understood that it can be located and executed in any other processing device or control element of the process control system, such as one. As an example, field devices 21 and 22 can be transmitters and valves, respectively, and can execute control elements to implement control routines, such as one or more functional blocks, etc. , Processing components for implementing a portion of the control routine, and other components. More specifically, the field device 21 can have a memory 39A for storing logic and data associated with the analog input block, while the field device 22 is configured as illustrated in FIG. An actuator having a memory 39B for storing logic and data associated with a PID or other control block in communication with an analog output (AO) block may be included.

図2のグラフは、全般的に、制御ループ32、34、及び36(並びに/またはフィールドデバイス21及び22若しくは他のデバイスの中に存在する機能ブロックを組み込んでいる任意の制御ループ)のうちの1つ以上の実施に基づいて、プロセス制御システムのプロセス入力に応答して展開される、プロセス出力を例示する。実施されている制御ルーチンは、全般的に、図2において太い矢印40による時間軸に沿って示されている制御ルーチンの実行回数によって、多数のコントローラ繰り返しを通じて、周期的様式で実行する。従来の事例において、各制御ルーチン繰り返し40は、例えば送信機または他のフィールドデバイスによって提供される、細い矢印42によって示される更新されたプロセス測定値によってサポートされる。図2に例示されるように、典型的には、周期的制御ルーチン実行時間40の各々の間に制御ルーチンによってなされ、受信される、複数の周期的プロセス測定値42が存在する。測定値と制御の実行との同期化と関連付けられる制限を回避するために、多くの既知のプロセス制御システム(または制御ループ)は、プロセス可変測定値を2〜10倍の係数でオーバーサンプリングするように設計される。そのようなオーバーサンプリングは、各制御ルーチンの実行または繰り返しの間に制御スキームにおいて使用するためのプロセス変数測定値が最新であることを確実にすることを補助する。また、制御の変動を最小にするために、従来の設計では、フィードバックに基づく制御が、プロセス応答時間よりも4〜10倍速く実行されるべきであると定められている。なお更に、従来の設計では、最良の制御性能を保証するために、各コントローラ実行周期の間のコントローラの出力時に展開される制御信号は、被制御デバイスの動作に作用するか、またはそれを達成するために被制御デバイスに送信される。プロセス応答時間は、プロセス時定数(τ)(例えば、プロセス変数の変化の63%)に、プロセス入力のステップ変化44の実施後のプロセス遅延または無駄時間(T)(図2の下側の線45で示される)を加えたものと関連付けられる時間であるように、図2のグラフのプロセス出力応答曲線43に表される。いずれにしても、これらの従来の設計要件を満たすために、プロセス計測値更新(図2の矢印42によって示される)は、制御ルーチン実行レート(図2の矢印40によって示される)よりもはるかに速い、よって、プロセス応答時間よりもはるかに速いか、または高いレートでサンプリングされ、コントローラに提供される。 The graph of FIG. 2 is generally of control loops 32, 34, and 36 (and / or any control loop that incorporates functional blocks present in field devices 21 and 22 or other devices). FIG. 6 illustrates a process output that is deployed in response to a process input of a process control system based on one or more implementations. The implemented control routine is generally executed in a cyclic manner through a number of controller iterations, depending on the number of executions of the control routine shown along the time axis by the thick arrow 40 in FIG. In the conventional case, each control routine iteration 40 is supported by updated process measurements, indicated by thin arrows 42, provided by a transmitter or other field device, for example. As illustrated in FIG. 2, there are typically a plurality of periodic process measurements 42 made and received by the control routine during each of the periodic control routine execution times 40. In order to avoid the limitations associated with synchronizing measurements and control execution, many known process control systems (or control loops) attempt to oversample process variable measurements by a factor of 2 to 10 times. Designed to. Such oversampling helps to ensure that process variable measurements are up-to-date for use in the control scheme during the execution or iteration of each control routine. Also, to minimize control variation, conventional designs stipulate that feedback-based control should be performed 4-10 times faster than the process response time. Still further, in conventional designs, control signals deployed at the output of the controller during each controller execution period affect or achieve the operation of the controlled device to ensure the best control performance. To be sent to the controlled device. The process response time depends on the process time constant (τ) (eg 63% of the process variable change), the process delay or dead time (T D ) after the step change 44 of the process input (on the lower side of FIG. It is represented in the process output response curve 43 of the graph of FIG. 2 to be the time associated with the addition of (shown by line 45). In any case, to meet these conventional design requirements, the process measurement update (indicated by arrow 42 in FIG. 2) is much more than the control routine execution rate (indicated by arrow 40 in FIG. 2). Fast and therefore sampled at a rate that is much faster than the process response time or higher and is provided to the controller.

しかしながら、コントローラが制御信号を送信するか、または1つ以上のフィールドデバイスからプロセス変数測定値を無線で受信するような、いくつかの制御システム構成では、同期様式で、または制御信号の送信と被制御デバイスでのその信号の受信との間に最小の時間遅延だけを伴って、コントローラの各出力が被制御デバイスに到達することを確実にする様式で、制御信号を被制御デバイスに送信することができない場合がある。更に、これらのタイプのシステムにおいて、プロセスから高頻度で周期的に測定値サンプルを取得することは、実用的でないか、または可能ですらない場合がある。具体的には、これらの事例において、コントローラは、非周期的プロセス変数測定値の受信だけしか行うことができない場合があり、及び/または非周期的、更には周期的プロセス変数測定値の間の時間が、制御ルーチン実行レート(図2の矢印40によって示される)よりも長くなる場合がある。   However, in some control system configurations where the controller transmits a control signal or receives process variable measurements wirelessly from one or more field devices, in a synchronous manner or with control signal transmission and reception. Sending control signals to the controlled device in a manner that ensures that each output of the controller reaches the controlled device with only minimal time delay between receipt of the signal at the controlling device May not be possible. Further, in these types of systems, it may not be practical or possible to obtain measurement samples from the process at high frequency and frequency. Specifically, in these cases, the controller may only be able to receive aperiodic process variable measurements and / or between aperiodic and even periodic process variable measurements. The time may be longer than the control routine execution rate (indicated by arrow 40 in FIG. 2).

図3は、上で論じられる問題を呈する場合があり、したがって、図2に関して説明される典型的な制御技法を使用して、許容可能な、または所望される制御を行うことができない場合がある、例示的な部分的無線プロセス制御システム10を表す。しかしながら、図4〜図10に関して本明細書で説明される新しい制御技法は、被制御デバイスの制御移動を最小にする様式で制御を行い、一方で、コントローラと被制御デバイスとの間のプロセス制御信号の、及び/またはセンサ若しくは送信機とコントローラとの間のプロセス変数測定値の非周期的、無線、及び/または大幅に遅延する通信の存在下で制御を行うために、図3のプラント構成において実施することができる。具体的には、図3の制御システム10は、図1の制御システム10と本質的に類似し、同じ要素には同じ番号が付されている。しかしながら、図3の制御システム10は、WirelessHART(登録商標)通信ネットワークなどの無線ネットワーク72内で互いに無線で通信可能に連結され、ゲートウェイデバイス73を介してコントローラ11に連結される、多数のフィールドデバイス60〜70を含む。図3に例示されるように、ネットワーク72内の無線接続されたフィールドデバイスは、ネットワーク72内で無線通信するために、互いにかつアンテナ76(ゲートウェイデバイス73に連結される)と協働するアンテナ75に接続されるか、または該アンテナを含む。1つの事例において、デバイス61〜64として例示されるフィールドデバイスのいくつかは、ハードワイヤード回線を介して、無線ゲートウェイまたは変換デバイス76に接続され、該フィールドデバイスについて、無線ネットワーク72内で通信を行う。当然、無線ネットワーク72の中の他のデバイスは、無線デバイスとすることができ、また、それぞれが、ネットワーク72内で無線通信を行うための、該デバイス自体の無線通信モジュールを有することができる。更に、フィールドデバイス60〜70は、例えば送信機、アクチュエータ(弁アクチュエータなど)、弁などを含む、任意のタイプのフィールドデバイスとすることができる。   FIG. 3 may present the problems discussed above, and therefore may not be able to perform acceptable or desired control using the exemplary control techniques described with respect to FIG. 1 illustrates an exemplary partial wireless process control system 10. However, the new control techniques described herein with respect to FIGS. 4-10 provide control in a manner that minimizes control movement of the controlled device, while process control between the controller and the controlled device. The plant configuration of FIG. 3 for controlling in the presence of signals and / or aperiodic, wireless, and / or significantly delayed communications of process variable measurements between sensors or transmitters and controllers Can be implemented. Specifically, the control system 10 of FIG. 3 is essentially similar to the control system 10 of FIG. 1, and the same elements are labeled with the same numbers. However, the control system 10 of FIG. 3 includes a number of field devices that are communicatively coupled to each other in a wireless network 72 such as a WirelessHART® communication network and that are coupled to the controller 11 via a gateway device 73. 60-70 included. As illustrated in FIG. 3, wirelessly connected field devices in network 72 cooperate with each other and antenna 76 (coupled to gateway device 73) to communicate wirelessly within network 72. Or including the antenna. In one instance, some of the field devices illustrated as devices 61-64 are connected to a wireless gateway or conversion device 76 via hardwired lines and communicate within the wireless network 72 for the field devices. . Of course, other devices in the wireless network 72 can be wireless devices, and each can have its own wireless communication module for wireless communication within the network 72. Further, the field devices 60-70 can be any type of field device including, for example, a transmitter, an actuator (such as a valve actuator), a valve, and the like.

理解されるように、図3の送信機60〜64及び66〜69の各々は、コントローラ11において実施される1つ以上の制御ループまたは制御ルーチンで使用するために、無線通信ネットワーク72、ゲートウェイデバイス73、及びネットワーク9を介して、それぞれのプロセス変数(例えば、流量、圧力、温度、またはレベル信号)を示す信号をコントローラ11に伝送することができる。図3に例示される弁または弁アクチュエータ65及び70などの、被制御デバイスと称される他の無線デバイスは、(例えば、ネットワーク9、ゲートウェイ73、及び無線ネットワーク72を介して)無線で、または部分的に無線で、コントローラ11からプロセス制御信号を受信することができる。更に、これらのデバイスは、他の信号(例えば、デバイスの現在位置または状態、肯定応答信号などの、任意の他のプロセスパラメータを示す信号)を、無線ネットワーク72を介して、プラント10の中のコントローラ11及び/または他のデバイスに伝送するように構成することができる。全般的に言えば、図3に例示されるように、コントローラ11は、入来信号を処理するためにプロセッサ23で実行する通信スタック80と、いつ入来信号が測定値更新を含んだかを検出するために、または制御ループ内の、若しくは制御ループと関連付けられるデバイスからの他の信号を検出するためにプロセッサ23で実行するモジュールまたはルーチン82と、測定値更新に基づいて制御を行うためにプロセッサ23で実行する1つ以上の制御モジュール84とを含む。検出ルーチン82は、通信スタック80を介して提供されるデータが新しいプロセス変数測定値または他のタイプの更新を含むことを示すために、フラグまたは他の信号を発生させることができる。次いで、新しいデータ及び更新フラグは、制御モジュール84(機能ブロックとすることができる)のうちの1つ以上に提供することができ、次いで、該制御モジュールは、下で更に詳細に説明されるように、所定の周期的実行レートでコントローラ11によって実行される。代替として、または加えて、新しいデータ及び更新フラグは、コントローラ11で、または制御システム10の中の他の場所で実行される、1つ以上の監視モジュールまたはアプリケーションに提供することができる。   As will be appreciated, each of the transmitters 60-64 and 66-69 of FIG. 3 may be used for wireless communication network 72, gateway devices for use in one or more control loops or control routines implemented in controller 11. 73 and the network 9 can be used to transmit signals indicating the respective process variables (eg, flow, pressure, temperature, or level signals) to the controller 11. Other wireless devices referred to as controlled devices, such as the valves or valve actuators 65 and 70 illustrated in FIG. 3, may be wireless (eg, via network 9, gateway 73, and wireless network 72) or The process control signal can be received from the controller 11 partially wirelessly. In addition, these devices send other signals (eg, signals indicating any other process parameters, such as the current position or status of the device, an acknowledgment signal) through the wireless network 72 in the plant 10. It can be configured to transmit to the controller 11 and / or other devices. Generally speaking, as illustrated in FIG. 3, the controller 11 detects a communication stack 80 that executes in the processor 23 to process the incoming signal, and when the incoming signal included a measurement update. A module or routine 82 that executes on the processor 23 to detect or detect other signals within or associated with the control loop, and a processor to control based on the measurement update One or more control modules 84 executing at. The detection routine 82 can generate a flag or other signal to indicate that the data provided via the communication stack 80 includes new process variable measurements or other types of updates. New data and update flags can then be provided to one or more of the control modules 84 (which can be functional blocks), which are then described in more detail below. And executed by the controller 11 at a predetermined periodic execution rate. Alternatively or in addition, new data and update flags may be provided to one or more monitoring modules or applications that are executed at the controller 11 or elsewhere in the control system 10.

したがって、上で説明されるように、図3のプロセス制御システム10は、全般的に、制御を行うために、送信機60〜64及び66〜69、またはフィールドデバイス65及び70などの他の制御要素によって測定、検知、または計算される制御信号及びデータの無線通信を使用する。一例として、図3の制御システム10において、コントローラ11から弁65または70のうちの1つなどの被制御デバイスへの新しい制御信号は、ゲートウェイデバイス73及び無線ネットワーク72を介して、そのデバイスに伝送される。更に、いくつかの事例において、コントローラ11のフィードバック算出に使用される新しいプロセス変数測定値または他の信号値は、ある特定の条件を満たすなどのときにだけ、非周期的、間欠的、または低速に基づくデバイス60〜64及び66〜69によって、無線ネットワーク72を介して、コントローラ11に伝送することができる。例えば、新しいプロセス変数測定値は、デバイスによってコントローラ11に送信される最後のプロセス変数測定値に関して、プロセス変数値が所定の量だけ変化したときに、コントローラ11に送信することができる。当然、非周期的様式のプロセス変数測定値をいつ送信するのかを決定する他の様式を、同様に、または代わりに実施することができる。   Thus, as described above, the process control system 10 of FIG. 3 generally performs other controls, such as transmitters 60-64 and 66-69, or field devices 65 and 70, to provide control. Uses wireless communication of control signals and data measured, detected or calculated by the element. As an example, in the control system 10 of FIG. 3, a new control signal from the controller 11 to a controlled device such as one of the valves 65 or 70 is transmitted to that device via the gateway device 73 and the wireless network 72. Is done. Further, in some cases, new process variable measurements or other signal values used to calculate the feedback of controller 11 are aperiodic, intermittent, or slow only when certain conditions are met. Can be transmitted to the controller 11 via the wireless network 72 by the devices 60 to 64 and 66 to 69 based on. For example, a new process variable measurement can be sent to the controller 11 when the process variable value changes by a predetermined amount with respect to the last process variable measurement sent by the device to the controller 11. Of course, other ways of determining when to transmit process variable measurements in an aperiodic manner can be implemented as well or alternatively.

いずれにしても、コントローラ11(制御算出を行う)と制御信号を受信する被制御デバイス(例えば、弁またはアクチュエータデバイス)との間の、及びセンサ(被制御プロセスの変数を測定する)とコントローラ11(制御算出のフィードバックループにおいてセンサ信号を使用する)との間の、通信経路内での無線通信ネットワーク72の存在及び/またはゲートウェイデバイス73の使用は、制御ループにおける通信を、非同期的、非周期的にし、及び/または通信中に大幅な遅延を経験する。例えば、WirelessHART(登録商標)ネットワークへの典型的な無線ゲートウェイは、3〜6秒、制御通信を遅延させる場合があり、これらのネットワークを使用するときには、高速同期制御を困難にする。そのような遅延はまた、無線通信ネットワーク内のセンサまたは伝送機デバイスから、そのネットワークの外部のコントローラまで信号を伝送するときにも起こる場合がある。   In any case, between the controller 11 (which performs control calculation) and the controlled device (eg, a valve or actuator device) that receives the control signal, and the sensor (which measures a variable of the controlled process) and the controller 11 The presence of the wireless communication network 72 in the communication path and / or the use of the gateway device 73 (using the sensor signal in the control calculation feedback loop) makes the communication in the control loop asynchronous, non-periodic. And / or experience significant delays during communication. For example, a typical wireless gateway to a WirelessHART® network may delay control communications for 3-6 seconds, making high speed synchronization control difficult when using these networks. Such a delay may also occur when signals are transmitted from a sensor or transmitter device in a wireless communication network to a controller outside the network.

したがって、図3の無線ネットワーク72内のコントローラ11とデバイスとの間の無線通信の存在は、全般的に、非同期的、大幅に遅延する、及び/または非周期的通信をもたらし、よって、コントローラ11とフィールドデバイス60〜64及び66〜69との間に、並びに/またはその逆も同様に、不規則な、または別様に低頻度なデータ伝送をもたらす。しかしながら、上で述べられるように、有線フィールドデバイス15〜22への制御信号の通信、及びそこからの測定値の通信は、従来、周期的様式で行い、次いで、コントローラ11内の制御ルーチン(複数可)の周期的実行をサポートするように構築されてきた。その結果、コントローラ11の典型的な制御ルーチンは、全般的に、コントローラ11のフィードバックループに使用されるプロセス変数測定値を周期的に更新するように設計される。   Accordingly, the presence of wireless communication between the controller 11 and devices in the wireless network 72 of FIG. 3 generally results in asynchronous, significantly delayed, and / or aperiodic communication, and thus the controller 11. And field devices 60-64 and 66-69, and / or vice versa, also results in irregular or otherwise infrequent data transmission. However, as mentioned above, the communication of control signals to and from the wired field devices 15-22 has traditionally been done in a periodic manner and then the control routine (s) within the controller 11 Yes) has been built to support periodic execution. As a result, the typical control routine of the controller 11 is generally designed to periodically update the process variable measurements used in the controller 11 feedback loop.

例えばコントローラ11とフィールドデバイスの少なくともいくつかとの間に配置される無線通信ハードウェアによって導入される、制御ループ内の非周期的、または別様に大幅に遅延する制御及び測定信号に適応させるために、コントローラ11の制御及び監視ルーチン(複数可)は、下で説明されるように、非周期的または他の間欠的または大幅に遅延する通信信号を使用するときに、及び特に、これらの信号の伝送がコントローラ11の実行レート(例えば、周期的実行レート)よりも少ない頻度で起こるときに、プロセス制御システム10が適切に機能することを可能にするように再構築または修正することができる。   In order to adapt to control and measurement signals, for example aperiodically or otherwise significantly delayed in the control loop, introduced by radio communication hardware arranged between the controller 11 and at least some of the field devices , The control and monitoring routine (s) of the controller 11, as described below, and particularly when using non-periodic or other intermittent or significantly delayed communication signals, When transmission occurs less frequently than the execution rate (eg, periodic execution rate) of the controller 11, it can be reconfigured or modified to allow the process control system 10 to function properly.

非周期的な制御関連の通信を使用して動作するように構成される、例示的な制御スキームまたは制御システム400が、図4により詳細に例示され、プロセス101を制御するために連結されるプロセスコントローラ100を概略的に示す。より具体的には、コントローラ100は、無線通信リンク103(図4において破線で例示される)を介して、プロセス101の無線アクチュエータ102に連結される。この事例において、アクチュエータ102は、被制御デバイスであり、また、例えばプロセス101内で流体流を制御する、弁用のアクチュエータとすることができる。コントローラ100(図1及び図3のコントローラ11、またはフィールドデバイスの制御要素、例えば図3の無線フィールドデバイスのうちの1つ、などとすることができる)によって実施される制御スキームは、全般的に、図3に関連して例示され、説明される通信スタック80、更新検出モジュール82、及び制御モジュール84のうちの1つ以上の機能性を含む。   An exemplary control scheme or control system 400 configured to operate using aperiodic control-related communications is illustrated in more detail in FIG. A controller 100 is schematically shown. More specifically, the controller 100 is coupled to the wireless actuator 102 of the process 101 via a wireless communication link 103 (illustrated with a dashed line in FIG. 4). In this case, the actuator 102 is a controlled device and can be an actuator for a valve that controls fluid flow within the process 101, for example. The control scheme implemented by the controller 100 (which may be the controller 11 of FIGS. 1 and 3 or a control element of a field device, such as one of the wireless field devices of FIG. 3, etc.) generally , Including the functionality of one or more of the communication stack 80, update detection module 82, and control module 84 illustrated and described in connection with FIG.

図4の例示的なシステムにおいて、コントローラ100は、例えばワークステーション13(図1及び図3)のうちの1つから、またはプロセス制御システム10内の、若しくはそれと通信している任意の他のソースから設定点信号を受信し、無線通信リンク103を介してコントローラ100の出力から無線アクチュエータ102に提供される、1つ以上の制御信号105(またはコントローラの移動)を発生させるように動作する。制御信号105を受信することの他に、プロセス101(またはプロセス101内とすることができるアクチュエータ102)は、測定される、または未測定の外乱を受ける場合がある。プロセス制御アプリケーションのタイプに応じて、設定点信号は、ユーザなどによって、調整ルーチンなどのプロセス101の制御中の任意のときに変化させることができる。当然、プロセス制御信号は、弁または任意の他のタイプの可動制御要素と関連付けられるアクチュエータを制御することができ、またはプロセス101の動作の変化を生じさせるように任意の他のフィールドデバイスを制御することができる。プロセス制御信号105の変化に対するプロセス101の応答は、送信機、センサ、または他のフィールドデバイス106によって測定または検知され、例えば、図3に例示される送信機60〜64または66〜69のうちの任意の1つに対応することができる。送信機106とコントローラ100との間の通信リンクは、同期的、周期的、または即時的なフィードバック信号をコントローラ100に提供するハードワイヤード通信リンクであるように図4に例示されるが、殆どまたは全く遅延を伴わずにフィードバック信号を提供する任意の他のタイプの通信リンクとすることができる。   In the exemplary system of FIG. 4, the controller 100 may be connected to, for example, one of the workstations 13 (FIGS. 1 and 3) or any other source within or in communication with the process control system 10. From the output of the controller 100 via the wireless communication link 103 and operates to generate one or more control signals 105 (or movement of the controller) that are provided to the wireless actuator 102. In addition to receiving the control signal 105, the process 101 (or the actuator 102, which can be within the process 101) may be subjected to measured or unmeasured disturbances. Depending on the type of process control application, the set point signal can be changed at any time during control of the process 101, such as an adjustment routine, by a user or the like. Of course, the process control signal can control an actuator associated with a valve or any other type of movable control element, or control any other field device to cause a change in the operation of the process 101. be able to. The response of process 101 to a change in process control signal 105 is measured or sensed by a transmitter, sensor, or other field device 106, such as one of transmitters 60-64 or 66-69 illustrated in FIG. It can correspond to any one. The communication link between the transmitter 106 and the controller 100 is illustrated in FIG. 4 as being a hardwired communication link that provides the controller 100 with a synchronous, periodic, or immediate feedback signal, although most or It can be any other type of communication link that provides a feedback signal without any delay.

簡単な実施形態において、コントローラ100は、PIDタイプの制御ルーチンの1つの形態である、PID制御ルーチンなどの単一/入力、単一/出力の閉ループ制御ルーチンを実施することができる。本明細書で使用するとき、PIDタイプの制御ルーチンは、比例(P)、積分(I)、微分(D)、比例−積分(PI)、比例−微分(PD)、積分−微分(ID)、または比例−積分−微分(PID)制御ルーチンのいずれかを含む。故に、コントローラ100は、設定点と測定されたプロセス変数との間の誤差信号を生成する加算ブロック108を有する制御信号発生ユニット、比例ゲイン要素110、更なる加算ブロック112、及び高低リミッタ114を含む、いくつかの標準PIDコントローラ要素を含む。制御ルーチン100はまた、フィルタ116を含む直接フィードバック経路も含む。フィルタ116は、この事例において、暗黙のアクチュエータ位置信号を受信して、プロセスコントローラ100によって生成される制御信号のリセット(または他の)制御成分を算出する際に使用するために、高低リミッタ114の出力に連結することができ、または図4に例示されるように、アクチュエータ102に連結することができる。全般的に言えば、フィルタ116の出力は、フィルタ116によって生成されるリセット(積分)成分をゲインユニット110によって生成される比例成分に加える、加算器112に接続される。加えて、図4に例示されるように、コントローラ100は、比例寄与及び積分寄与の算出専用の要素と同時に、加算ブロック108から誤差信号を受信する、微分成分算出ブロック132を含むことができる。ここで、加算器134は、制御信号の微分成分を加算器112の出力に加えて、比例、微分、及び積分成分を有するPID制御信号を生成する。当然、所望であれば、加算器112及び134を組み合わせて単一のユニットとすることができる。更に、他のPID構成(例えば、直列構成)を利用することができるが、比例、積分、及び微分寄与は、限定的でない制御信号を生成するために、加算ブロック112及び134において組み合わせられるように例示される。   In a simple embodiment, the controller 100 can implement a single / input, single / output closed loop control routine, such as a PID control routine, which is one form of a PID type control routine. As used herein, PID type control routines are proportional (P), integral (I), derivative (D), proportional-integral (PI), proportional-derivative (PD), integral-derivative (ID). Or a proportional-integral-derivative (PID) control routine. Thus, the controller 100 includes a control signal generation unit having a summing block 108 that generates an error signal between the set point and the measured process variable, a proportional gain element 110, a further summing block 112, and a high and low limiter 114. , Including some standard PID controller elements. The control routine 100 also includes a direct feedback path that includes a filter 116. The filter 116 in this case receives the implicit actuator position signal and uses the high and low limiter 114 for use in calculating the reset (or other) control component of the control signal generated by the process controller 100. It can be coupled to the output or can be coupled to the actuator 102 as illustrated in FIG. Generally speaking, the output of the filter 116 is connected to an adder 112 that adds a reset (integral) component generated by the filter 116 to a proportional component generated by the gain unit 110. In addition, as illustrated in FIG. 4, the controller 100 can include a derivative component calculation block 132 that receives an error signal from the summing block 108 simultaneously with elements dedicated to calculating proportional and integral contributions. Here, the adder 134 adds the differential component of the control signal to the output of the adder 112 to generate a PID control signal having proportional, differential, and integral components. Of course, if desired, adders 112 and 134 can be combined into a single unit. In addition, other PID configurations (eg, series configurations) can be utilized, but proportional, integral, and derivative contributions can be combined in summing blocks 112 and 134 to generate non-limiting control signals. Illustrated.

より具体的には、コントローラ100の動作中に、加算ブロック108は、誤差信号を生成するために、設定点信号と、直前に受信した送信機106から提供されるプロセス変数測定値とを比較する。比例ゲイン要素110は、制御信号の比例寄与または成分を生成するために、例えば、誤差信号に比例ゲイン値Kを乗じることによって、誤差信号に対して動作する。次いで、加算ブロック112は、ゲイン要素110の出力(すなわち、比例寄与)と、フィードバック経路によって、具体的にはフィルタ116によって生成される、制御信号の積分若しくはリセット寄与または成分とを組み合わせる。加算器134は、限定的でない制御信号を生成するために、ブロック132によって生成される微分成分を加える。次いで、リミッタブロック114は、プロセス101、具体的にはアクチュエータ102を制御するために使用される制御信号105を生成するために、加算器134の出力に対して高低制限を行う。 More specifically, during operation of the controller 100, the summing block 108 compares the setpoint signal with the process variable measurements provided from the transmitter 106 just received to generate an error signal. . Proportional gain element 110 to generate a proportional contribution or component of the control signal, for example, by multiplying the proportional gain value K p to the error signal, operating on the error signal. The summing block 112 then combines the output of the gain element 110 (ie, the proportional contribution) with the integral or reset contribution or component of the control signal generated by the feedback path, specifically by the filter 116. Adder 134 adds the derivative component generated by block 132 to generate a non-limiting control signal. The limiter block 114 then places a high and low limit on the output of the adder 134 to generate a control signal 105 that is used to control the process 101, specifically the actuator 102.

更に、図4に例示されるように、フィルタ116は、無線通信リンク(制御信号をアクチュエータ102に通信するために使用されるリンク103と同じリンクとすることができる)を介して、アクチュエータ102から暗黙の位置を受信するように連結される。フィルタ106は、この暗黙の位置の値を使用して、下で更に詳細に論じられる様式で、制御信号105のリセット(積分)成分を決定する。全般的に言えば、コントローラ100と無線弁またはアクチュエータ102との間の通信によって最小の遅延が導入されたときに、無線アクチュエータ/弁102によってコントローラ100に返信される弁位置のフィードバック(すなわち、暗黙の位置の値)をポジティブフィードバックネットワークにおいて(すなわち、フィルタ116において)使用して、PIDコントローラ100のリセット寄与を作成することができる。ここで、無線弁102との通信が失われるか、または周期的様式で更新されない場合、無線弁またはアクチュエータ102によって通信された最後の目標弁位置(すなわち、弁アクチュエータ102が達成するように作業していたことが最後に分かった目標位置)のフィードバックを、連続的に更新されるフィルタ116への入力である暗黙の位置として使用する。   Further, as illustrated in FIG. 4, the filter 116 is from the actuator 102 via a wireless communication link (which can be the same link 103 used to communicate control signals to the actuator 102). Concatenated to receive implicit positions. Filter 106 uses this implicit position value to determine the reset (integral) component of control signal 105 in the manner discussed in more detail below. Generally speaking, valve position feedback (ie, implicit) sent back to the controller 100 by the wireless actuator / valve 102 when communication between the controller 100 and the wireless valve or actuator 102 introduces a minimum delay. Can be used in a positive feedback network (ie, in filter 116) to create a reset contribution for PID controller 100. Here, if communication with the wireless valve 102 is lost or not updated in a periodic manner, the last target valve position communicated by the wireless valve or actuator 102 (i.e., the valve actuator 102 will work to achieve). The last known target position) feedback is used as the implicit position, which is the input to the continuously updated filter 116.

重要なことに、図4に例示されるように、コントローラ100によって実施される制御ルーチンはまた、制御通信ブロック135も含み、該制御通信ブロックは、制御信号を被制御デバイスに伝送する際に大幅な遅延を生じさせる無線弁またはなにか他の通信ネットワークを使用して制御が実施されたときに、アクチュエータ102によって使用される、または該アクチュエータに提供される目標位置においてなされる変化の数を最小にするために使用することができる。具体的には、アクチュエータ102に送信される制御信号の数を最小にし、それによって、弁アクチュエータ102によって消費される電力を最小にするために、ブロック135は、特定の基準を満たしたときに、(周期的様式で制御ルーチンによって生成されるような)算出したコントローラ出力または制御信号105を無線アクチュエータ102に伝送するだけである。一般的な意味において、これらの基準の使用は、アクチュエータ102に送信される制御信号の変化の数を低減させるか、または最小にし、一方で、依然として、プロセスのロバストな制御を行う。   Significantly, as illustrated in FIG. 4, the control routine implemented by the controller 100 also includes a control communication block 135 that significantly increases the transmission of control signals to the controlled device. Minimizing the number of changes made at the target position used by or provided to the actuator 102 when control is implemented using a radio valve or any other communication network that causes a significant delay Can be used to Specifically, in order to minimize the number of control signals transmitted to the actuator 102, thereby minimizing the power consumed by the valve actuator 102, the block 135, when certain criteria are met, It only transmits the calculated controller output or control signal 105 (as generated by the control routine in a periodic manner) to the wireless actuator 102. In a general sense, the use of these criteria reduces or minimizes the number of control signal changes sent to the actuator 102 while still providing robust control of the process.

全般的に言えば、PIDコントローラ100は、典型的に、ブロック135を使用してアクチュエータ102の目標値が無線アクチュエータ102に通信される最高レートよりもはるかに速いレートで実行するようにスケジュールされる。より具体的には、ブロック135は、無線アクチュエータ102に送信された最後の通信からの時間が、構成した通信周期以上であり、かつ目標位置における最後の変化に対するアクチュエータの肯定応答の通信をブロック135で受信した場合に、制御信号105の新しい値をアクチュエータ102に送るだけである。所望であれば、構成した通信周期は、被制御デバイスとの通信を実施する通信ブロック135の実行レート以下とすることができ、よって、通信ブロック135の動作または実行は、構成した通信周期を経過した(すなわち、以前の制御信号を被制御デバイスに送信してからの経過時間が最小時間閾値よりも長い)という暗黙の決定である。いずれにしても、これらの条件を満たす場合に、ブロック135は、2つの更なるシグナリング基準のどちらかまたは双方を満たすときに、新しい目標位置(すなわち、新しい、または更新された制御信号105)をアクチュエータ102に伝送する。具体的には、新しく算出した制御信号とアクチュエータ102に通信された最後の制御信号との差の絶対値が、構成した不感帯値(すなわち、閾値)を超えた場合に、及び/またはアクチュエータ102への最後の通信からの時間が、構成したデフォルトのレポーティング時間を超えた場合に、制御通信ブロック135は、新しく算出した制御信号105をアクチュエータ102に通信する。これらの条件を満たさなかった場合、制御通信ブロック135は、新しく算出した制御信号105をアクチュエータ102に送信しない。   Generally speaking, the PID controller 100 is typically scheduled to run at a rate much faster than the highest rate at which the actuator 102 target value is communicated to the wireless actuator 102 using block 135. . More specifically, block 135 communicates an acknowledgment communication of the actuator to the last change in the target position where the time since the last communication sent to the wireless actuator 102 is greater than or equal to the configured communication period. If it is received at, the new value of the control signal 105 is only sent to the actuator 102. If desired, the configured communication cycle can be less than or equal to the execution rate of the communication block 135 that performs communication with the controlled device, so that the operation or execution of the communication block 135 has passed the configured communication cycle. (Ie, the elapsed time since the previous control signal was sent to the controlled device is longer than the minimum time threshold). In any case, if these conditions are met, the block 135 sets a new target position (ie, a new or updated control signal 105) when either or both of the two additional signaling criteria are met. Transmit to the actuator 102. Specifically, the absolute value of the difference between the newly calculated control signal and the last control signal communicated to the actuator 102 exceeds a configured deadband value (ie, threshold) and / or to the actuator 102. If the time since the last communication exceeds the configured default reporting time, the control communication block 135 communicates the newly calculated control signal 105 to the actuator 102. When these conditions are not satisfied, the control communication block 135 does not transmit the newly calculated control signal 105 to the actuator 102.

したがって、全般的に言えば、制御通信ブロック135によって実施されるルーチンは、多くても、構成した通信周期(典型的に、コントローラ実行周期以上に設定される)あたり1回、かつコントローラが、アクチュエータに送信された最後の制御信号を実際にアクチュエータが受信した旨の肯定応答を受信したときにだけ、制御信号を送信するだけである。この条件の初期設定は、コントローラが特定のレートを超えずに制御信号を送信し、かつ(以前に送信された制御信号のアクチュエータの肯定応答によって判定したときに)アクチュエータが以前の制御信号を受信していないときには新しい制御信号を送信しないことを保証する。更に、これらの条件を満たす(すなわち、最後の制御信号がアクチュエータ102に送信されてからの時間が、構成した、または予め設定した時間よりも長く、かつアクチュエータ102が最後の制御信号の受信を肯定応答した)場合は、新しい制御信号の大きさが以前に送信された制御信号の大きさと所定の閾値だけ異なる場合、及び/またはアクチュエータ102への最後の通信からの時間が、構成したデフォルトレポーティング時間を超えた場合にだけ、新しい制御信号が送信される。   Thus, generally speaking, the routine performed by the control communication block 135 is at most once per configured communication period (typically set to a controller execution period or higher) and the controller is The control signal is only transmitted when an acknowledgment that the actuator has actually received the last control signal transmitted to is received. The default setting for this condition is that the controller sends a control signal without exceeding a specific rate, and the actuator receives a previous control signal (as determined by the actuator's acknowledgment of a previously sent control signal). If not, it is guaranteed that no new control signal will be transmitted. Furthermore, these conditions are met (ie, the time since the last control signal was sent to the actuator 102 is longer than the configured or preset time, and the actuator 102 acknowledges receipt of the last control signal). If the new control signal magnitude differs from the previously transmitted control signal magnitude by a predetermined threshold, and / or the time since the last communication to the actuator 102 is the configured default reporting time. A new control signal is transmitted only when the value is exceeded.

したがって、通信ブロック135は、以前の制御信号がアクチュエータ102によって受信されたことが確認され、かつ(構成した通信周期によって決定される)最後の制御信号が送信されてから特定の最小時間量が経過したときにだけ、並びに、送信される新しい制御信号の大きさ及び直前に受信した制御信号の大きさのいずれかがある閾値量だけ異なる場合にだけ、または(制御信号の大きさの差が閾値以上でない場合であっても)最後の制御信号を送信してからの時間及び現在の時間が特定の閾値を超えた場合にだけ、新しい制御信号がアクチュエータ102に送信されることを保証する。この動作は、全般的に、コントローラによって必要とされるアクチュエータの移動回数を低減させるように、アクチュエータ102に送信される制御信号の数を低減させるが、プロセス内のロバストな制御を可能にする様式で低減させるように行う。   Thus, the communication block 135 confirms that a previous control signal has been received by the actuator 102 and a certain minimum amount of time has elapsed since the last control signal (determined by the configured communication period) has been transmitted. Only when the magnitude of the new control signal transmitted and the magnitude of the control signal just received differ by a certain threshold amount, or (the difference in control signal magnitude is a threshold value). It ensures that a new control signal is sent to the actuator 102 only if the time since the last control signal was sent and the current time exceeds a certain threshold (even if not the case). This operation generally reduces the number of control signals sent to the actuator 102 so as to reduce the number of actuator movements required by the controller, but in a manner that allows for robust control in the process. To reduce.

更に、所望であれば、制御信号の一部としてブロック135によって無線アクチュエータ102に通信される弁目標位置は、通常、制御ルーチンの算出した出力(すなわち、直前の制御信号105の値)とすることができる。しかしながら、オプションとして、目標位置の変化の大きさ(すなわち、アクチュエータ102への連続する制御信号の通信の間の制御信号の変化の大きさ)は、最後に通信した制御値または目標値と最大変化値とを加算または減算するように制限することができる。したがって、新しい制御信号と最後に通信した制御信号との間の制御信号の変化の絶対値が、構成した最大変化値を超えた場合は、新しく送信した制御信号(または目標値)が、この最大変化を有する信号値に制限される。この様式で、制御通信ブロック135は、アクチュエータ102への連続する制御信号の通信間の制御信号の変化の量を制限することができる。そのような制限アクションは、より劣った制御性能につながる場合がある制御信号の大きいジャンプを防止するために、最後に通信した制御信号のフィードバックまたは肯定応答が大幅な遅延を経験するときに望ましくなり得る。   Further, if desired, the valve target position communicated to the wireless actuator 102 by the block 135 as part of the control signal is usually the output calculated by the control routine (ie, the value of the previous control signal 105). Can do. However, as an option, the magnitude of the change in the target position (ie, the magnitude of the change in the control signal during the communication of successive control signals to the actuator 102) is the maximum change with the last communicated control value or target value. It can be restricted to add or subtract values. Therefore, if the absolute value of the control signal change between the new control signal and the last communicated control signal exceeds the configured maximum change value, the newly transmitted control signal (or target value) Limited to signal values with changes. In this manner, the control communication block 135 can limit the amount of change in the control signal between successive control signal communications to the actuator 102. Such limiting action is desirable when the last communicated control signal feedback or acknowledgment experiences significant delays to prevent large jumps in the control signal that may lead to poorer control performance. obtain.

この通信方法の利点として、無線アクチュエータ102によってコントローラ100に提供される最後に通信した制御値または目標位置(すなわち、暗黙のアクチュエータの位置)のフィードバックまたは肯定応答が最小の遅延で通信されたときに、この値は、(例えば、フィルタ116によって)PIDリセット成分を算出するためにポジティブフィードバックネットワークで使用することができる。この動作は、無線アクチュエータ102への通信によって導入される任意の遅延または変動を自動的に補償し、それによって、目標位置を弁に通信する際に遅延を補償するために、PID調整の際にいかなる変化も必要としない。その結果、PIDコントローラの調整は、通信によって導入される遅延とは無関係に、プロセスのゲイン及びダイナミクスによって厳密に確立される。   The advantage of this communication method is that the last communicated control value or target position feedback (ie, the implicit actuator position) provided by the wireless actuator 102 to the controller 100 is communicated with minimal delay. This value can be used in a positive feedback network to calculate the PID reset component (eg, by filter 116). This action automatically compensates for any delays or variations introduced by communication to the wireless actuator 102, thereby compensating for the delay in communicating the target position to the valve during PID adjustment. Does not require any change. As a result, the adjustment of the PID controller is strictly established by the gain and dynamics of the process, regardless of the delay introduced by the communication.

より具体的には、上で説明される制御通信ルーチンを使用することは、依然として、フィルタ116が、プロセスのロバストな制御を提供し、一方で同時に、コントローラ100とアクチュエータ102との間の通信を低減させる様式で、制御信号の積分またはリセット寄与成分を生成するように動作することを可能にする。具体的には、(例えば無線通信経路を介して、アクチュエータ102から送信される)暗黙のアクチュエータ位置を受信するように連結されるフィルタ116は、暗黙のアクチュエータ位置及び制御アルゴリズム100の実行周期または時間に基づいて、制御信号105に対する予想されるプロセス応答の指示を生成する。この事例において、暗黙のアクチュエータ位置は、アクチュエータ102で受信される直前の制御信号(または、直前の制御信号の目標位置)とすることができ、制御信号は、アクチュエータ102が移動する位置を示す。実行すると、図4に例示されるように、フィルタ116は、予想されるプロセス応答信号を加算器112に提供する。所望であれば、フィルタ116によって生成される、加算器108の出力の変化に対する予想されるプロセス応答は、下でより詳細に説明されるように、一次モデルを使用して近似することができる。しかしながら、より全般的には、予想されるプロセス応答は、プロセス101の任意の適切なモデルを使用して生成することができ、また、制御信号の積分またはリセット寄与を決定することと関連付けられるプロセスモデルに限定されない。例えば、予想されるプロセス応答を提供するためにプロセスモデルを利用するコントローラは、制御ルーチン100がPIDまたはPI制御スキームを実施することができるように、微分寄与を組み込む場合または組み込まない場合がある。   More specifically, using the control communication routine described above still allows the filter 116 to provide robust control of the process while simultaneously communicating between the controller 100 and the actuator 102. It is possible to operate to generate an integral or reset contribution component of the control signal in a reduced manner. Specifically, the filter 116 coupled to receive an implicit actuator position (e.g., transmitted from the actuator 102 via a wireless communication path) includes the implicit actuator position and the execution period or time of the control algorithm 100. To generate an indication of the expected process response to the control signal 105. In this case, the implicit actuator position can be the control signal just received by the actuator 102 (or the target position of the previous control signal), which indicates the position where the actuator 102 moves. When executed, the filter 116 provides the expected process response signal to the adder 112, as illustrated in FIG. If desired, the expected process response to changes in the output of summer 108 generated by filter 116 can be approximated using a first order model, as described in more detail below. More generally, however, the expected process response can be generated using any suitable model of process 101 and the process associated with determining the integral or reset contribution of the control signal. Not limited to models. For example, a controller that utilizes a process model to provide an expected process response may or may not incorporate a derivative contribution so that the control routine 100 can implement a PID or PI control scheme.

図4のフィルタ116の動作をより詳細に論じる前に、従来のPIコントローラは、積分またはリセット寄与を決定するために、ポジティブフィードバックネットワークを使用して実施することができることに留意することが有用である。数学的には、従来のPIの実施のための伝達関数が、無制約の、すなわち出力が制限されない制御のための規格の策定と等価であることを示すことができる。具体的には:

図4に例示されるように、暗黙のアクチュエータ位置を提供するために、アクチュエータ102からのポジティブフィードバック経路を使用する1つの利点は、コントローラ出力が、すなわちリミッタ114によって高制限または低制限されたときに、リセット寄与が終了することを自動的に防止することである。
Before discussing the operation of the filter 116 of FIG. 4 in more detail, it is useful to note that a conventional PI controller can be implemented using a positive feedback network to determine the integration or reset contribution. is there. Mathematically, it can be shown that the transfer function for conventional PI implementation is equivalent to the development of a standard for control that is unconstrained, ie, the output is not limited. In particular:

As illustrated in FIG. 4, one advantage of using a positive feedback path from the actuator 102 to provide an implicit actuator position is that when the controller output is high or low limited by the limiter 114. In addition, the reset contribution is automatically prevented from ending.

いずれにしても、本明細書で説明される制御技法は、コントローラがプロセス変数の周期的または非周期的更新を受信したときに、リセット寄与を決定するためのポジティブフィードバック経路を使用することを可能にし、一方で、依然として、新しいプロセス変数測定値の受信の間に生じる設定点の変化またはフィードフォワードの変化が生じた場合に、ロバストなコントローラ応答を可能にし、一方でまた、プロセス制御ループの動作中に、アクチュエータの移動回数を制限する。具体的には、ロバストな設定点変化の動作を提供するために、フィルタ116は、コントローラ100の各実行中に、または実行毎に、予想されるプロセス応答の新しい指示または値を算出するように構成される。その結果、フィルタ116の出力は、フィルタ116への入力(アクチュエータ102の暗黙の位置)がそのような周期的基準で更新されない場合であっても、制御ルーチンの各実行サイクル中に新しく再生される。   In any case, the control techniques described herein can use a positive feedback path to determine the reset contribution when the controller receives a periodic or aperiodic update of a process variable. While still allowing a robust controller response in the event of a setpoint change or feedforward change that occurs during receipt of a new process variable measurement, while also allowing the process control loop to operate Limit the number of actuator movements. Specifically, in order to provide robust setpoint change behavior, the filter 116 may calculate a new indication or value of the expected process response during each run of the controller 100 or from run to run. Composed. As a result, the output of filter 116 is newly regenerated during each execution cycle of the control routine, even if the input to filter 116 (implicit position of actuator 102) is not updated on such a periodic basis. .

全般的に、フィルタ116によって生成されるような予測されるプロセス応答の新しい指示は、暗黙のアクチュエータ位置、最後の(すなわち、直前の)コントローラ実行サイクル中に生成されるフィルタ116によって生成される予想される応答の指示、及びコントローラの実行周期から、各コントローラ実行サイクル中に算出される。その結果、フィルタ116は、各コントローラ実行サイクル中に新しいプロセス応答の推定を生成するために実行されるので、連続的に更新されるように、本明細書で説明される。各コントローラ実行サイクル中に新しい予想されるプロセス応答またはフィルタを生成するために、連続的に更新されるフィルタ116によって実施することができる例示的な式を以下に記載する。
In general, the new indication of the predicted process response as generated by the filter 116 is the implicit actuator position, the prediction generated by the filter 116 generated during the last (ie, immediately preceding) controller run cycle. It is calculated during each controller execution cycle from the response instruction and the controller execution cycle. As a result, filter 116 is described herein as continuously updated as it is executed during each controller run cycle to generate a new process response estimate. An exemplary equation that can be implemented by continuously updated filter 116 to generate a new expected process response or filter during each controller run cycle is described below.

ここで、新しいフィルタ出力Fは、直前のフィルタ出力FN−1(すなわち、現在のフィルタ出力値)に、アクチュエータON−1(暗黙のアクチュエータ値)で受信した直前のコントローラ出力値(または目標位置)と現在のフィルタ出力値FN−1との差にリセット時間TReset及びコントローラの実行周期ΔTに依存する係数を乗じたものとして決定される、減衰成分を加えたものとして、反復的に決定されることに気が付くであろう。 Here, the new filter output F N is equal to the previous filter output F N−1 (that is, the current filter output value), or the controller output value immediately before received by the actuator O N−1 (implicit actuator value) (or The target position) and the current filter output value FN−1 are multiplied by a factor that depends on the reset time T Reset and the controller execution period ΔT, and iteratively You will notice that it is decided.

この様式で連続的に更新するフィルタを使用して、制御ルーチン100は、新しいプロセス変数測定値を受信する度に積分制御信号成分を算出するときに、予想されるプロセス応答をより良好に決定することができ、それによって、設定点の変化または2つのプロセス変数測定値の受信の間に生じる他のフィードフォワード外乱に対してより敏感になる。より具体的には、設定点の変化(新しいプロセス計測値の受信を伴わない)は、制御信号の比例寄与成分を変化させ、したがって、制御信号を変化させる、加算器108の出力での誤差信号の変化を直ちにもたらすことに気が付くであろう。その結果、フィルタ116は、変化した制御信号に対するプロセスの新しい予想される応答を直ちに生成し始め、したがって、その変化に応じて測定される新しいプロセス測定値をコントローラ100が受信する前にその出力を更新することができる。次いで、コントローラ100が新しいプロセス測定値を受信し、フィルタ出力のサンプルが、制御信号の積分またはリセット寄与成分として使用されるように、加算器112の入力にクランプされるときに、フィルタ116は、少なくともある程度は、設定点の変化に対するプロセス101の応答に反応した、または組み込んだ、予想されるプロセス応答を繰り返している。   Using a filter that continuously updates in this manner, the control routine 100 better determines the expected process response when calculating the integral control signal component each time a new process variable measurement is received. Can be made more sensitive to setpoint changes or other feedforward disturbances that occur during the reception of two process variable measurements. More specifically, a change in the set point (without the receipt of a new process measurement) changes the proportional contribution component of the control signal, thus changing the control signal, the error signal at the output of the adder 108. You will notice that this change will happen immediately. As a result, filter 116 immediately begins to generate a new expected response of the process to the changed control signal, and thus its output before controller 100 receives a new process measurement that is measured in response to the change. Can be updated. When the controller 100 receives a new process measurement and the sample of the filter output is then clamped to the input of the adder 112 for use as an integral or reset contribution component of the control signal, the filter 116 At least in part, it repeats the expected process response in response to, or incorporated in, the process 101 response to a set point change.

したがって、よく理解されるように、図4に例示される制御技法は、制御ブロックまたはルーチン100の各実行について、連続的に更新されるフィルタ116(例えば、リセット寄与フィルタ)を介して、予想されるプロセス応答の指示を算出する。図4の実施形態において、コントローラ100は、制御ブロックの各実行について、予想される応答の新しい指示を算出するために、連続的に更新されるフィルタ116を構成する。したがって、連続的に更新されるフィルタ116は、暗黙のアクチュエータ位置(例えば、アクチュエータ102で直前に受信した制御信号)に基づいて、制御ルーチンの各繰り返しについて、予想される応答の指示を算出し続け、この新しい予想される応答の指示は、各実行サイクル中に、加算ブロック112に配信される。   Thus, as is well understood, the control technique illustrated in FIG. 4 is expected through a continuously updated filter 116 (eg, a reset contribution filter) for each execution of the control block or routine 100. Process response instructions are calculated. In the embodiment of FIG. 4, the controller 100 configures a continuously updated filter 116 to calculate a new indication of expected response for each execution of the control block. Thus, the continuously updated filter 116 continues to calculate an expected response indication for each iteration of the control routine based on the implicit actuator position (eg, the control signal received immediately prior to the actuator 102). This new expected response indication is delivered to summing block 112 during each execution cycle.

この制御技法は、新しい測定値が通信されるかどうかにかかわらず、及び現在のコントローラ出力をアクチュエータ102に送信するかどうかを判定することを必要とすることなく、連続的に更新されるフィルタ116が、予想されるプロセス応答をモデル化し続けることを可能にする。制御出力が、設定点の変化または測定される外乱に基づくフィードフォワードアクションの結果として変化する場合、連続的に更新されるフィルタ116は、アクチュエータ102の暗黙の位置に基づいて各制御ルーチンの繰り返しにおいて予想される応答の新しい指示を算出することによって、予想されるプロセス応答を正しく反映する。   This control technique is a continuously updated filter 116 regardless of whether new measurements are communicated and without having to determine whether to send the current controller output to the actuator 102. Makes it possible to continue to model the expected process response. If the control output changes as a result of a feed-forward action based on a set point change or a measured disturbance, the continuously updated filter 116 will repeat each control routine based on the implicit position of the actuator 102. Correctly reflects the expected process response by calculating a new indication of the expected response.

図4の簡単なPIDコントローラの構成は、制御信号へのリセット寄与としてフィルタ116の出力を直接使用し、この事例において、閉ループ制御ルーチンのリセット寄与(例えば、上で提示される連続的に更新されるフィルタの式)は、プロセスが定常状態の挙動を呈するかどうかを判定する際に、プロセス応答の正確な表現を提供することができることに留意されたい。しかしながら、無駄時間が支配的なプロセスなどの他のプロセスは、予想されるプロセス応答をモデル化するために、図4のコントローラの更なる成分の組み込みを必要とする場合がある。一次モデルによって十分に表されるプロセスに関して、プロセス時定数は、全般的に、PI(またはPID)コントローラのリセット時間を決定するために使用することができる。より具体的には、リセット時間がプロセス時定数と等しく設定される場合、リセット寄与は、全般的に、時間とともに制御ルーチン100が予想されるプロセス応答を反映するように、比例寄与を無効にする。図4に例示される実施例において、リセット寄与は、プロセス時定数と同じ時定数を有するフィルタ116を有する、ポジティブフィードバックネットワークによって達成することができる。他のモデルを利用することができるが、ポジティブフィードバックネットワーク、フィルタ、またはモデルは、既知または近似のプロセス時定数を有するプロセスの予想される応答を決定するための好都合な機構を提供する。   The simple PID controller configuration of FIG. 4 directly uses the output of the filter 116 as a reset contribution to the control signal, and in this case the reset contribution of the closed loop control routine (eg, the continuously updated presented above). Note that the filter equation) can provide an accurate representation of the process response in determining whether the process exhibits steady state behavior. However, other processes, such as dead time dominant processes, may require the incorporation of additional components of the controller of FIG. 4 to model the expected process response. For processes that are well represented by a first order model, the process time constant can generally be used to determine the reset time of the PI (or PID) controller. More specifically, if the reset time is set equal to the process time constant, the reset contribution generally overrides the proportional contribution so that the control routine 100 reflects the expected process response over time. . In the example illustrated in FIG. 4, the reset contribution can be achieved by a positive feedback network with a filter 116 having a time constant that is the same as the process time constant. While other models can be utilized, a positive feedback network, filter, or model provides a convenient mechanism for determining the expected response of a process having a known or approximate process time constant.

図5及び図6は、設定点の変化に応答してロバストな制御を提供し、一方でまた、被制御デバイスにおけるコントローラの移動を最小にするために、図4に関して上で説明される通信制御及びフィルタリング技法を使用することができる制御システムのいくつかの他の実施例を例示する。具体的には、いくつかの用途では、有線または無線の送信機またはセンサ、及び弁などの有線または無線の被制御デバイスの様々な異なる組み合わせを、制御スキームにおいて使用する場合がある。より具体的には、無線送信機及び有線弁またはアクチュエータを含む制御ループにおける、(図4に例示されるような)有線送信機及び無線弁またはアクチュエータを含む制御ループにおける、無線送信機及び無線弁またはアクチュエータを含む制御ループにおける、及び/または有線送信機及び有線弁またはアクチュエータを含む制御ループにおける、コントローラの移動を最小にするために、上で説明される制御技法を実施することが望ましい場合がある。ここで、本明細書で説明される実施例の無線通信経路は、コントローラとアクチュエータとの間に、及び/または送信機(センサ)とコントローラとの間に、低速の、間欠的、非同期的、非周期的、及び/または大幅に遅延する伝送を導入することが想定されること、並びにこれらのネットワークについて本明細書で説明される同じ概念または制御技法を、これらの通信ネットワークまたは制御システムが本質的に無線でない場合であっても、これらの特性のうちの1つ以上を有する任意の通信ネットワークを有する制御システムに適用することができることが理解されるであろう。   5 and 6 provide robust control in response to set point changes, while also communicating control described above with respect to FIG. 4 to minimize controller movement in the controlled device. And some other embodiments of control systems that can use filtering techniques. Specifically, in some applications, various different combinations of wired or wireless transmitters or sensors and wired or wireless controlled devices such as valves may be used in the control scheme. More specifically, in a control loop that includes a wireless transmitter and a wired valve or actuator, such as in a control loop that includes a wired transmitter and a wireless valve or actuator (as illustrated in FIG. 4). Or, it may be desirable to implement the control techniques described above to minimize controller movement in a control loop that includes an actuator and / or in a control loop that includes a wired transmitter and a wired valve or actuator. is there. Here, the wireless communication path of the embodiments described herein may be slow, intermittent, asynchronous, between the controller and the actuator and / or between the transmitter (sensor) and the controller, It is envisaged that these communication networks or control systems are essentially the same concept or control technique described herein for these networks, and that it is envisaged to introduce aperiodic and / or significantly delayed transmissions. It will be appreciated that even if not wireless, it can be applied to a control system having any communication network having one or more of these characteristics.

図5は、無線送信機(それによって、無線フィードバック通信経路)及び無線弁またはアクチュエータ(それによって、無線制御信号通信経路)の双方を含む、制御システム500または制御ループの一実施例を例示する。大幅な遅延、喪失信号、非周期的または非同期的通信は、これらの無線通信経路の一方または両方によって導入することができるものとみなされる。図5に例示される制御システム500は、図4の制御システムに本質的に類似するが、図5のコントローラ100が、通信の潜在的な遅延または喪失、及び/またはセンサ106とコントローラ100との間のフィードバック通信経路内の同期的または周期的通信の喪失に対処する必要がある更なる制御要素を含むことを除く。理解されるように、この経路は、ここで、この通信経路が無線、非周期的、非同期的であること、及び/または大幅な遅延を呈することを示すために、図5において点線で示される。   FIG. 5 illustrates one embodiment of a control system 500 or control loop that includes both a wireless transmitter (and thereby a wireless feedback communication path) and a wireless valve or actuator (and thereby a wireless control signal communication path). Significant delays, lost signals, aperiodic or asynchronous communications are considered to be introduced by one or both of these wireless communication paths. The control system 500 illustrated in FIG. 5 is essentially similar to the control system of FIG. 4, but the controller 100 of FIG. 5 may cause a potential delay or loss of communication and / or the sensor 106 and the controller 100. Except to include additional control elements that need to deal with the loss of synchronous or periodic communication in the feedback communication path between. As will be appreciated, this path is now shown as a dotted line in FIG. 5 to indicate that this communication path is wireless, aperiodic, asynchronous, and / or exhibits significant delay. .

図5に例示されるように、コントローラ100は、加算ブロック108、比例ゲイン要素110、更なる加算ブロック112、微分算出ブロック132、なお更なる加算ブロック134、及び高低リミッタ114を有する制御信号発生ユニットを含む、図4に関して上で説明される標準PIDコントローラ要素を含む。制御ルーチン100はまた、フィルタ116を含むフィードバック経路も含むが、この事例では、加えて、通信スタック80及びフィルタ116に連結される選択ブロック118を含む、積分出力スイッチを含む。図5に例示されるように、フィルタ116は、依然として、暗黙のアクチュエータ位置を受信するために連結されるが、この時点で、フィルタ116の出力をブロック118に提供し、次に、コントローラ100によって発生される制御信号の積分またはリセット成分を加算ブロック112に提供する。   As illustrated in FIG. 5, the controller 100 includes a control signal generation unit having an addition block 108, a proportional gain element 110, a further addition block 112, a derivative calculation block 132, a still further addition block 134, and a high / low limiter 114. Including the standard PID controller elements described above with respect to FIG. The control routine 100 also includes a feedback path that includes the filter 116, but in this case, additionally includes an integration output switch that includes the communication stack 80 and a selection block 118 coupled to the filter 116. As illustrated in FIG. 5, the filter 116 is still coupled to receive the implicit actuator position, but at this point it provides the output of the filter 116 to the block 118, and then by the controller 100. An integral or reset component of the generated control signal is provided to summing block 112.

コントローラ100の動作中に、加算ブロック108は、誤差信号を生成するために、設定点信号と、(コントローラ100内の通信スタック80から提供される)直前に受信したプロセス変数測定値とを比較する。比例ゲイン要素110は、制御信号の比例寄与または成分を生成するために、例えば、誤差信号に比例ゲイン値Kを乗じることによって、誤差信号に対して動作する。次いで、加算ブロック112は、ゲイン要素110の出力(すなわち、比例寄与)と、フィードバック経路(フィルタ116及びブロック118を含む)によって生成される、制御信号の積分若しくはリセット寄与または成分とを組み合わせる。微分成分ブロック132は、加算器134によって加算器112の出力に加えられる制御信号の微分成分を生成するために、加算器108の出力(誤差信号)に対して動作する。次いで、リミッタブロック114は、制御通信ブロック135に提供される制御信号105を生成するために、加算器134の出力に対して高低制限を行う。ブロック135は、(大幅な遅延を経験する場合がある)無線リンク103を介して、いつ新しい制御信号105をアクチュエータ102に送信するのかを決定するために、図4に関して上で説明される様式で動作する。 During operation of the controller 100, the summing block 108 compares the setpoint signal with the last received process variable measurement (provided from the communication stack 80 in the controller 100) to generate an error signal. . Proportional gain element 110 to generate a proportional contribution or component of the control signal, for example, by multiplying the proportional gain value K p to the error signal, operating on the error signal. The summing block 112 then combines the output of the gain element 110 (ie, the proportional contribution) with the integral or reset contribution or component of the control signal generated by the feedback path (including the filter 116 and block 118). The differential component block 132 operates on the output (error signal) of the adder 108 to generate a differential component of the control signal that is added by the adder 134 to the output of the adder 112. The limiter block 114 then places a high and low limit on the output of the adder 134 to generate a control signal 105 that is provided to the control communication block 135. Block 135 is in the manner described above with respect to FIG. 4 to determine when to send a new control signal 105 to actuator 102 via wireless link 103 (which may experience significant delay). Operate.

この事例において、コントローラ100のフィードバック経路内のフィルタ116及びブロックまたはスイッチ118は、以下の様式で、制御信号の積分またはリセット寄与成分を生成するように動作する。リミッタ114の出力を受信するために連結されるフィルタ116は、図4に関して上で説明されるように、暗黙のアクチュエータ位置及び制御アルゴリズム100の実行周期または時間に基づいて、制御信号105に対する予想されるプロセス応答の指示を生成する。しかしながら、この事例において、フィルタ116は、この予想されるプロセス応答信号をスイッチまたはブロック118に提供する。スイッチまたはブロック118は、(通信スタック80によって決定される)新たなプロセス変数測定値をコントローラ100が受信する度に、スイッチまたはブロック118の出力でフィルタ116の出力をサンプリング及びクランプし、通信スタック80が次のプロセス変数測定値を受信するまで、この値を維持する。このように、スイッチ118の出力は、コントローラ100が最後のプロセス変数測定値更新を受信した時点で生成された、フィルタ116の出力のままとなる。   In this case, the filter 116 and block or switch 118 in the feedback path of the controller 100 operate to generate an integral or reset contribution component of the control signal in the following manner. A filter 116 coupled to receive the output of the limiter 114 is expected for the control signal 105 based on the implicit actuator position and the execution period or time of the control algorithm 100, as described above with respect to FIG. Generate a process response indication. However, in this case, the filter 116 provides this expected process response signal to the switch or block 118. Each time the controller 100 receives a new process variable measurement (determined by the communication stack 80), the switch or block 118 samples and clamps the output of the filter 116 at the output of the switch or block 118, and the communication stack 80 This value is maintained until the next process variable measurement is received. In this way, the output of switch 118 remains the output of filter 116 that was generated when controller 100 received the last process variable measurement update.

より具体的には、図5に例示される制御技法は、制御ブロックまたはルーチン100の各実行について、連続的に更新されるフィルタ116(例えば、リセット寄与フィルタ)を介して、予想される応答の指示を算出する。しかしながら、フィルタ116の出力を、加算ブロック112への入力として使用するべきであるかどうかを判定するために、通信スタック80及び、いくつかの実施例では、更新検出モジュール82(図3)は、新しいプロセス変数測定値を受信したときに、積分出力スイッチ118に対する新しい値フラグを生成するために、送信機106からの入来データを処理する。この新しい値フラグは、スイッチ118に、このコントローラ繰り返しに対するフィルタ116の出力をサンプリングし、クランプする旨を通知し、この値を加算器112の入力に提供する。   More specifically, the control technique illustrated in FIG. 5 provides for the expected response of each execution of the control block or routine 100 through a continuously updated filter 116 (eg, a reset contribution filter). Calculate the instructions. However, to determine whether the output of filter 116 should be used as an input to summing block 112, communication stack 80 and, in some embodiments, update detection module 82 (FIG. 3) When a new process variable measurement is received, the incoming data from transmitter 106 is processed to generate a new value flag for integral output switch 118. This new value flag informs switch 118 to sample and clamp the output of filter 116 for this controller iteration and provide this value to the input of adder 112.

新しい値フラグが通信されるかどうかにかかわらず、連続的に更新されるフィルタ116は、制御ルーチンの各繰り返しについて、予想される応答の指示を算出し続ける。この予想される応答の新しい指示は、制御ブロックの各実行の積分出力スイッチまたはブロック118に配信される。新しい値フラグの存在に応じて、積分出力スイッチ118は、連続的に更新されるフィルタ116からの予想される応答の新しい指示の加算ブロック112への通過を可能にすることと、最後の制御ブロックの実行中に加算ブロック112に以前に配信された信号を維持することと、を切り替える。より具体的には、新しい値フラグが通信されたときに、積分出力スイッチ118は、連続的に更新されるフィルタ116からの直前に算出した予想される応答の指示が、加算ブロック112へ通過することを可能にする。その逆に、新しい値フラグが存在しない場合、積分出力スイッチ118は、最後の制御ブロック繰り返しからの予想される応答の指示を、加算ブロック112に再送信する。この様式で、積分出力スイッチ118は、新しい値フラグがスタック80から通信される度に、予想される応答の新しい指示にクランプするが、新しい値フラグが存在しない場合には、フィルタ116によって生成された、新しく算出した予想される応答のいかなる指示も加算ブロック112に到達することを可能にしない。   Regardless of whether a new value flag is communicated, the continuously updated filter 116 continues to calculate an expected response indication for each iteration of the control routine. This new indication of expected response is delivered to the integral output switch or block 118 of each execution of the control block. In response to the presence of the new value flag, the integral output switch 118 allows the expected response from the continuously updated filter 116 to pass the new indication to the summing block 112 and the final control block. Between maintaining a signal previously delivered to summing block 112 during the execution of. More specifically, when a new value flag is communicated, the integral output switch 118 passes an indication of the expected response just calculated from the continuously updated filter 116 to the summing block 112. Make it possible. Conversely, if there is no new value flag, the integration output switch 118 retransmits an indication of the expected response from the last control block iteration to the summing block 112. In this manner, the integral output switch 118 clamps to a new indication of the expected response each time a new value flag is communicated from the stack 80, but is generated by the filter 116 if no new value flag exists. Also, any indication of the newly calculated expected response does not allow the summing block 112 to be reached.

したがって、理解されるように、ブロック118の使用は、新しい測定値が通信されるかどうかにかかわらず、連続的に更新されるフィルタ116が、予想されるプロセス応答をモデル化し続けることを可能にする。制御出力が、設定点の変化または測定される外乱に基づくフィードフォワードアクションの結果として変化する場合、新しい値フラグの存在にかかわらず、連続的に更新されるフィルタ116は、各制御ルーチンの繰り返しにおいて予想される応答の新しい指示を算出することによって、予想されるプロセス応答を正しく反映する。しかしながら、予測される応答(すなわち、リセット寄与または積分成分)の新しい指示は、(積分出力スイッチ118を介して)新しい値フラグが通信されたときに、コントローラの算出に組み込まれるだけである。   Thus, as will be appreciated, the use of block 118 allows continuously updated filter 116 to continue to model the expected process response, regardless of whether new measurements are communicated. To do. If the control output changes as a result of a feed-forward action based on a set point change or a measured disturbance, the continuously updated filter 116 is repeated at each control routine iteration, regardless of the presence of a new value flag. Correctly reflects the expected process response by calculating a new indication of the expected response. However, a new indication of the expected response (ie reset contribution or integral component) is only incorporated into the controller calculation when a new value flag is communicated (via the integral output switch 118).

したがって、全般的に言えば、図5の制御ルーチン100は、その算出を通信スタック80で受信する非周期的、遅延するまたは非同期的測定値に基づくことによって、予想されるプロセス応答を生成し、一方で、加えて、設定点の変化によって生じる変化、またはコントローラ100へのフィードフォワード入力として使用される任意の測定された外乱を補償するために、2つの測定値の受信の間に予想される応答を決定する。このように、上で説明される制御技法は、予想されるプロセス応答に影響を及ぼし得る、設定点の変化、測定された外乱に対するフィードフォワードアクションなどに適応することができ、したがって、コントローラ100での制御信号のアクチュエータ102への通信及びフィードバックまたは測定されたプロセス変数信号の受信の双方に関連付けられる通信遅延の存在下で、よりロバストな制御応答を提供することができる。   Thus, generally speaking, the control routine 100 of FIG. 5 generates an expected process response by based on the aperiodic, delayed or asynchronous measurements received at the communication stack 80, and On the other hand, in addition, it is expected between the reception of two measurements to compensate for changes caused by changes in the set point, or any measured disturbance used as a feedforward input to the controller 100. Determine the response. In this way, the control techniques described above can be adapted to setpoint changes, feedforward actions on measured disturbances, etc. that can affect the expected process response, and thus at the controller 100 A more robust control response can be provided in the presence of communication delays associated with both communication of control signals to the actuator 102 and feedback or reception of measured process variable signals.

更に、図5に示されるように、通信スタック80は、加算器108の出力の誤差信号を算出する際に使用するために、直前に受信したフィードバック信号を加算器108に提供する。同じく図5に例示されるように、通信スタック80によって生成される新しい値フラグは、微分算出ユニット132にも提供され、微分算出ユニットがいつ微分制御成分を生成するために再算出または動作しなければならないかを示すために使用することができる。例えば、微分寄与ブロック132は、最後の測定値更新からの経過時間に基づくように再構成することができる。この様式で、微分寄与(及び結果として生じる出力信号)のスパイクが回避される。   Further, as shown in FIG. 5, the communication stack 80 provides the adder 108 with the feedback signal just received, for use in calculating the error signal at the output of the adder 108. As also illustrated in FIG. 5, a new value flag generated by the communication stack 80 is also provided to the derivative calculation unit 132, which must be recalculated or operated to generate the derivative control component. Can be used to indicate what must be done. For example, the derivative contribution block 132 can be reconfigured to be based on the elapsed time since the last measurement update. In this manner, spikes in the differential contribution (and the resulting output signal) are avoided.

より具体的には、フィードバック通信経路における信頼できない、または遅延する伝送、より全般的には、測定値更新を利用できないことに適応するために、通信スタック80からの新しい値フラグによって示されるように、測定値更新を受信するまで、微分寄与を最後の決定値で維持することができる。この技法は、制御ルーチンが、制御ルーチンの通常の、または確立された実行レートに従って、周期的実行を続けることを可能にする。更新された測定値を受信すると、微分ブロック132は、図5に例示されるように、以下の式に従って微分寄与を決定することができる。
More specifically, as indicated by a new value flag from communication stack 80 to accommodate unreliable or delayed transmission in the feedback communication path, and more generally, no measurement update is available. The differential contribution can be maintained at the last determined value until a measurement update is received. This technique allows the control routine to continue periodic execution according to the normal or established execution rate of the control routine. Upon receipt of the updated measurement, the differentiation block 132 can determine the derivative contribution according to the following equation, as illustrated in FIG.

この微分寄与を決定するための技法では、プロセス変数(すなわち、制御入力)に対する測定値更新が、出力スパイクの生成を伴わずに1つ以上の実行周期にわたって喪失され得る。通信が再確立されたときに、微分寄与式の項(e−eN−1)は、微分寄与の標準的な算出において生成された値と同じ値を生成する場合がある。しかしながら、標準的なPID技法の場合、微分寄与を決定する際の除数は、実行周期である。対照的に、本明細書で説明される制御技法は、2つの成功裏に受信された測定値の間の経過時間を利用する。実行周期よりも長い経過時間によって、本制御技法は、標準のPID技法よりも小さい微分寄与を生成し、スパイクを低減させる。 In the technique for determining this differential contribution, measurement updates to process variables (ie, control inputs) can be lost over one or more execution cycles without generating output spikes. When communication is reestablished, the differential contribution equation term (e N −e N−1 ) may produce the same value as that generated in the standard calculation of the differential contribution. However, for standard PID techniques, the divisor in determining the differential contribution is the execution period. In contrast, the control techniques described herein utilize the elapsed time between two successfully received measurements. With an elapsed time longer than the run period, the present control technique produces a smaller differential contribution than the standard PID technique, reducing spikes.

経過時間の決定を容易にするために、通信スタック80は、2つの直前に受信された値の間の経過時間とともに、図5に示されるように、上で説明される新しい値フラグを微分ブロック132に提供することができる。更に、比例または微分構成要素の算出における誤差の代わりに、プロセス測定値を使用することができる。より全般的には、通信スタック80は、プロセス101内の任意のフィールドデバイス、コントローラの外部のプロセス制御要素などを含むプロセス101との通信インターフェースを実施するために、任意のソフトウェア、ハードウェア、または、ファームウェア(または、それらの任意の組み合わせ)を含むか、または組み込むことができる。   To facilitate the determination of the elapsed time, the communication stack 80 sets the new value flag described above to the derivative block, as shown in FIG. 5, along with the elapsed time between the two previous received values. 132 can be provided. Furthermore, process measurements can be used instead of errors in the calculation of the proportional or derivative component. More generally, the communication stack 80 can be any software, hardware, or to implement a communication interface with the process 101, including any field devices within the process 101, process control elements external to the controller, etc. , Firmware (or any combination thereof) can be included or incorporated.

更なる例として、図6は、上で説明されるように制御通信ブロック135を実施するが、コントローラ100とアクチュエータ102との間の、及び送信機106とコントローラ100との間の有線通信経路(または、他の同期的、周期的、または非遅延通信経路)を含む制御システム構成において実施するという点で、図4及び図5に関して上で説明されるプロセス制御システムと本質的に類似する、プロセス制御システム600を例示する。図6のシステムにおいて、連続的に更新されるフィルタ116は、暗黙のアクチュエータ値を受信するために直接接続することができ、また、その出力を加算器112に直接提供するために接続することができる。更に、送信機106からのプロセス変数測定値を、加算器108に直接接続することができる。ここで、制御通信ブロック135は、アクチュエータ102に送信されるコントローラ更新(制御信号)の数を低減させて、アクチュエータの移動を低減させるために提供することができる。したがって、図6に例示されるように、制御通信ブロック135は、同期的、周期的、または非遅延制御及びフィードバック通信が存在するときであっても、数多くの状況において見られる「ハンティング」現象を低減させるために、及びアクチュエータ102の他の過剰な移動を低減させるために、有線または非遅延通信ネットワークにおいて、上で説明される様式で動作することができる。図に例示されていない更に別の事例において、制御通信ブロック135は、無線通信(したがって、潜在的に低速の、非同期的、遅延する、または非周期的通信)が、送信機またはセンサとコントローラとの間に提供され、有線(または同期的、周期的、若しくは非遅延)通信が制御ループにおいてコントローラとアクチュエータとの間に提供される状況で使用することができる。   As a further example, FIG. 6 implements the control communication block 135 as described above, but a wired communication path between the controller 100 and the actuator 102 and between the transmitter 106 and the controller 100 ( Or a process that is essentially similar to the process control system described above with respect to FIGS. 4 and 5 in that it is implemented in a control system configuration that includes other synchronous, periodic, or non-delayed communication paths). The control system 600 is illustrated. In the system of FIG. 6, the continuously updated filter 116 can be connected directly to receive the implicit actuator value and can be connected to provide its output directly to the adder 112. it can. Furthermore, process variable measurements from transmitter 106 can be directly connected to summer 108. Here, the control communication block 135 can be provided to reduce the number of controller updates (control signals) sent to the actuator 102 to reduce actuator movement. Thus, as illustrated in FIG. 6, the control communication block 135 eliminates the “hunting” phenomenon seen in many situations, even when synchronous, periodic, or non-delayed control and feedback communication is present. To reduce and to reduce other excessive movement of the actuator 102, it can operate in the manner described above in a wired or non-delayed communication network. In yet another example not illustrated in the figure, the control communication block 135 may be used to communicate wirelessly (and thus potentially slow, asynchronous, delayed, or aperiodic communication) between the transmitter or sensor and the controller. Can be used in situations where wired (or synchronous, periodic, or non-delayed) communication is provided between the controller and the actuator in the control loop.

加えて、制御通信ブロック135がコントローラブロック100内にあるように例示されているが、制御通信ブロック135(または、それと関連付けられる機能)は、コントローラ出力と、ブロック135によって生成される非周期的コントローラ出力を受信する被制御デバイスとの間の任意の地点で実施することができる。例えば、ブロック135は、PID出力を算出した後に、かつアクチュエータまたは他の被制御デバイスでこの信号を受信する前に、制御ループに、または制御信号経路に沿った任意の地点に組み込むことができる。例えば、ブロック135の非周期的制御通信は、ゲートウェイデバイスにおいて、またはコントローラと制御されているアクチュエータとの間の制御信号通信経路内に配置される任意の他のデバイスにおいて、PIDコントローラに従う出力ブロックに組み込むことができる。所望であれば、この機能は、アクチュエータ自体においてさえ実施することができる。     In addition, although the control communication block 135 is illustrated as being in the controller block 100, the control communication block 135 (or the function associated therewith) is responsible for the controller output and the aperiodic controller generated by the block 135. It can be implemented at any point between the controlled device receiving the output. For example, block 135 can be incorporated into the control loop or at any point along the control signal path after calculating the PID output and before receiving this signal at the actuator or other controlled device. For example, the non-periodic control communication of block 135 is to the output block according to the PID controller at the gateway device or at any other device located in the control signal communication path between the controller and the actuator being controlled. Can be incorporated. If desired, this function can be performed even in the actuator itself.

本明細書で説明されるように非周期的制御通信ブロック135を利用するための鍵は、好ましくは最小の遅延で次にアクチュエータからコントローラに通信される暗黙の弁位置に基づくポジティブフィードバックネットワークを使用して、PIDリセット算出を実施することである。理想的には、暗黙の弁位置のフィードバック(すなわち、弁アクチュエータが受け入れ、達成するように作動している目標位置)は、目標位置書き込み要求に応答して、無線アクチュエータによって無線ゲートウェイに返信される。そのようなシステムを図7に例示する。具体的には、図7に例示されるように、動作中に、制御通信ブロック135は、破線200aで例示されるように、無線経路(例えば、遅延する、または非同期的通信リンク)を介して、新しい制御目標を含む書き込み要求を無線アクチュエータ102に送信する。その後に、無線アクチュエータ102が新しい制御信号または目標を受信したときに、無線アクチュエータ102は、アクチュエータ102が制御信号を受信したことを示す書き込み応答を伴って、(破線200bで例示されるように無線リンクを介して)ブロック135に応答する。書き込み応答は、基本的に、制御信号の受信の肯定応答である。更に、(書き込み要求に対する)書き込み応答は、受け入れた制御または目標値を反映することができる。書き込み応答を受け取ると、ブロック135は、書き込みリクエストにおいて送信された制御信号によって、または書き込み応答において示される受け入れた目標値によって示される位置まで、暗黙のアクチュエータ位置を変化させることができる。したがって、制御ブロック135は、暗黙のアクチュエータ位置として使用するために、暗黙のアクチュエータ位置を図4〜図6のフィルタ116に送信することに関わることができる。当然、ゲートウェイデバイス(例えば、図3のゲートウェイ73)などの、コントローラとアクチュエータとの間の通信リンク内の任意のデバイスを使用して、書き込み要求、または書き込み応答の形態の肯定応答を実施することができる。   The key to utilizing the aperiodic control communication block 135 as described herein is to use a positive feedback network based on the implicit valve position that is then communicated from the actuator to the controller, preferably with minimal delay Then, PID reset calculation is performed. Ideally, implicit valve position feedback (ie, the target position that the valve actuator is accepting and operating to achieve) is sent back to the wireless gateway by the wireless actuator in response to the target position write request. . Such a system is illustrated in FIG. Specifically, as illustrated in FIG. 7, during operation, the control communication block 135 is routed over a wireless path (eg, a delayed or asynchronous communication link), as illustrated by dashed line 200a. A write request including a new control target is transmitted to the wireless actuator 102. Subsequently, when the wireless actuator 102 receives a new control signal or target, the wireless actuator 102 is wireless (as illustrated by dashed line 200b) with a write response indicating that the actuator 102 has received the control signal. Respond to block 135 (via a link). The write response is basically an acknowledgment of reception of the control signal. Further, the write response (to the write request) can reflect the accepted control or target value. Upon receipt of the write response, block 135 can change the implicit actuator position to the position indicated by the control signal transmitted in the write request or by the accepted target value indicated in the write response. Thus, the control block 135 can be involved in sending the implicit actuator position to the filter 116 of FIGS. 4-6 for use as the implicit actuator position. Of course, any device in the communication link between the controller and the actuator, such as a gateway device (eg, gateway 73 in FIG. 3), is used to implement the write request or acknowledgment in the form of a write response. Can do.

無線通信のいくつかの実現形態では、目標位置を変化させるためのコマンドを受信するアクチュエータ102と、コントローラ(またはブロック135)に返信され、該コントローラがアクセスできるアクチュエータ応答との間に大幅な遅延が存在する場合がある。この事例において、コントローラは、ブロック135の動作によって、アクチュエータから肯定応答を受信する後まで、新しい制御信号を送信することが制限される。コントローラ100が、書き込み応答の無線通信におけるこの大幅な、及び変動する遅延を自動的に補償することを可能にするために、新しい制御信号データフォーマットを使用して、無線弁アクチュエータなどの無線アクチュエータを使用する制御をサポートすることができる。   In some implementations of wireless communication, there is a significant delay between the actuator 102 that receives the command to change the target position and the actuator response that is returned to the controller (or block 135) and that the controller can access. May exist. In this case, the controller is restricted from sending a new control signal until after receiving an acknowledgment from the actuator by the action of block 135. To enable the controller 100 to automatically compensate for this significant and varying delay in write response wireless communication, a new control signal data format is used to enable wireless actuators such as wireless valve actuators. The control used can be supported.

具体的には、制御出力値を無線アクチュエータに送信するときに、適用するまでの時間フィールドを制御信号に加えることができる。このフィールドは、いつ出力値を施行しなければならないか、またはアクチュエータによって実行しなければならないかという将来の時間を指定することができる。好ましくは、遅延時間は、アクチュエータへの出力通信及びコントローラへのリードバック通信の双方が、この将来の時間の前に完了するように設定しなければならない。換言すれば、アクチュエータが制御信号目標値への移動を施行するために変化を実施する将来の時間は、好ましくは、ブロック135による新しい制御信号のアクチュエータへの通信、及び/またはアクチュエータからブロック135若しくはコントローラ100への肯定応答若しくは書き込み応答の通信の一方または双方によって通信に導入される予想される遅延以上の時間になる。しかしながら、このコマンドを使用することで、アクチュエータに通信される目標位置、及びアクチュエータがいつ新しい目標位置に対してアクションを行わなければならないのかを指定する時間に基づいて、暗黙のアクチュエータ位置を正確に算出することを可能にする。例えば、出力において指定された時間が、将来に、常時固定秒数Yである場合、暗黙のアクチュエータ(または弁)位置は、単純にY秒だけ目標位置を遅延させることによって、コントローラ100、ゲートウェイなどにおいて算出することができる。したがって、算出した暗黙のアクチュエータ位置は、新しいコマンドにおいて指定される遅延時間が新しい目標位置をアクチュエータに通信するために(及び、場合により、アクチュエータからその目標を受信した旨の肯定応答を受信するために)必要とされる時間以上であれば、アクチュエータで使用される目標値に合致する。算出した暗黙のアクチュエータ位置がアクチュエータの目標位置を正確に反映することを保証するために、最後の通信の確認を受信した場合にだけ、新しい出力をアクチュエータに発行することができる。   Specifically, when transmitting the control output value to the wireless actuator, a time field until application can be added to the control signal. This field can specify a future time when the output value must be enforced or executed by the actuator. Preferably, the delay time should be set so that both the output communication to the actuator and the readback communication to the controller are completed before this future time. In other words, the future time at which the actuator performs the change to effect the movement to the control signal target value is preferably the communication of the new control signal to the actuator by block 135 and / or from the actuator to block 135 or The time is greater than the expected delay introduced into the communication by one or both of acknowledgment or write response communication to the controller 100. However, using this command, the implicit actuator position can be accurately determined based on the target position communicated to the actuator and the time that specifies when the actuator must act on the new target position. Enable to calculate. For example, if the time specified in the output is always a fixed number of seconds Y in the future, the implicit actuator (or valve) position simply delays the target position by Y seconds, thereby causing the controller 100, gateway, etc. Can be calculated. Thus, the calculated implicit actuator position is used to communicate the new target position to the actuator with the delay time specified in the new command (and possibly to receive an acknowledgment that the target has been received from the actuator). B) If the required time is exceeded, the target value used by the actuator is met. In order to ensure that the calculated implicit actuator position accurately reflects the target position of the actuator, a new output can be issued to the actuator only when the last communication confirmation is received.

したがって、全般的に言えば、新しいコマンドは、アクチュエータまたは弁が新しい要求に対してアクションを行わなければならない、1つ以上の新しい目標値(複数可)及び時間(複数可)を含むことができる。この事例において、弁またはアクチュエータは、新しい要求を受信したときに、新しい目標値(複数可)に対してアクションを行うスケジュールされた時間まで待機する。しかしながら、弁またはアクチュエータは、新しいコマンドを受信したときに、弁が新しい目標値(複数可)に対してアクションを行う前であっても、(それによって受信を確認し、新しい暗黙のアクチュエータ位置を生成するために)肯定応答を含む、及び/または新しい目標値(複数可)を含む応答を即座に送信しようとする。このコマンドは、大幅に遅延する暗黙のアクチュエータ位置値を受信するブロック135(またはフィルタ116を使用するコントローラ)と関連付けられる問題を軽減するか、または多少なりとも解消し、したがって、これらの状況において良好な制御を提供する。実際に、この通信遅延の影響を最小にするために、無線弁で制御を行うときにそのような新しいコマンドを使用すること、及び、コントローラのフィードバックループにおいて使用される暗黙のアクチュエータ位置が、弁に送信される目標値に基づいて、コマンドにおけるアクションの時間と、新しい目標値を弁に送信するためにバッファリングした時間との間の時間だけ遅延させることが提案される。したがって、コントローラで使用される外部リセット値は、通信層または制御モジュールで算出することができ、また、PID外部リセット値として(例えば、フィルタ116への入力として)使用するための「暗黙の弁位置」として提供することができる。しかしながら、いずれの場合も、弁またはアクチュエータが、弁に送信された以前のコマンドを受信した旨の確認を弁から受信するまで、新しい制御コマンドの発行を待機することが望ましい。   Thus, generally speaking, the new command can include one or more new target value (s) and time (s) that the actuator or valve must take action on the new request. . In this case, when a new request is received, the valve or actuator waits until a scheduled time for taking action on the new target value (s). However, when a valve or actuator receives a new command, even before the valve takes action on the new target value (s) (so as to confirm receipt and change the new implicit actuator position). Attempt to send a response immediately (to generate) with an acknowledgment and / or with new target value (s). This command alleviates or alleviates the problems associated with block 135 (or controller using filter 116) receiving implicit actuator position values that are significantly delayed, and is therefore good in these situations. Provide complete control. In fact, to minimize the impact of this communication delay, using such new commands when controlling with a wireless valve, and the implicit actuator position used in the controller's feedback loop, Based on the target value sent to, it is proposed to delay by a time between the time of action in the command and the time buffered to send the new target value to the valve. Thus, the external reset value used in the controller can be calculated at the communication layer or control module, and “implicit valve position for use as a PID external reset value (eg, as an input to the filter 116). Can be provided. In either case, however, it is desirable to wait for a new control command to be issued until the valve or actuator receives confirmation from the valve that it has received a previous command sent to the valve.

当然、このコマンドで使用される時間値は、新しい目標値をブロック135で受け入れた時間に、予め構成された遅延時間を加えた時間に基づくことができる。遅延時間は、例えば、ユーザ、構成エンジニア、製造業者などによって設定することができ、または通信リンクの統計学的特性(例えば、特定の期間を通じて通信リンク内で測定または観察される平均遅延、中央遅延、最大遅延、多数の遅延測定値に基づいて予想される遅延の1つ以上の標準偏差など)に基づくことができる。   Of course, the time value used in this command can be based on the time the new target value was accepted in block 135 plus a preconfigured delay time. The delay time can be set by, for example, a user, a configuration engineer, a manufacturer, or the like, or statistical characteristics of the communication link (eg, average delay measured or observed in the communication link over a specific period, central delay) , Maximum delay, one or more standard deviations of expected delay based on multiple delay measurements, etc.).

そのようなコマンドの動作の一例として、図8は、AO出力ブロックが新しい目標値を有する制御信号を生成するように処理され、新しい目標値が弁(またはアクチュエータ)に通信され、次いで、弁またはアクチュエータによって作用される通信手順に関与する、様々な信号のタイミング図800を例示する。図8の実施例において、線801は、制御ルーチンによって展開され、入力として制御通信ブロック135に提供される、制御信号を表す。線802は、制御通信ブロック135によってアクチュエータに提供される、目標出力または出力制御信号の発生を表す。線804は、アクチュエータでの新しい目標値の受信を表し、また、アクチュエータ(弁)による目標値の肯定応答受信のコントローラへの返信に対応することができる。線806は、制御信号に応答するアクチュエータまたは弁の動作のタイミングを表し、また、線802における目標値の変化がアクチュエータに到達するまでにかかる時間よりも長くなる、制御信号の遅延時間を例示する。最後の線808は、ブロック135によって受信される最新の弁応答を表す。ブロック135は、上で説明される動作により、アクチュエータ(弁)が以前の制御信号を受信した旨を示す書き込み応答を受信するまで、新しい制御信号または変化させた制御信号を発行せず、そのため、線808における変化は、時間的に(またはほぼ時間的に)、(線802によって示される)ブロック135からの新しい信号の発行の変化に対応することに留意されたい。   As an example of the operation of such a command, FIG. 8 is processed so that the AO output block generates a control signal having a new target value, the new target value is communicated to the valve (or actuator), and then the valve or Illustrated is a timing diagram 800 of various signals involved in a communication procedure acted upon by an actuator. In the example of FIG. 8, line 801 represents a control signal developed by the control routine and provided as input to the control communication block 135. Line 802 represents the generation of a target output or output control signal provided to the actuator by control communication block 135. Line 804 represents the receipt of a new target value at the actuator and may correspond to a return of the target value acknowledgment receipt by the actuator (valve) to the controller. Line 806 represents the timing of the operation of the actuator or valve in response to the control signal and illustrates the delay time of the control signal that is longer than the time it takes for the target value change on line 802 to reach the actuator. . The last line 808 represents the latest valve response received by block 135. Block 135 does not issue a new or changed control signal until the actuator (valve) receives a write response indicating that it has received a previous control signal, due to the operations described above, and therefore Note that the change in line 808 corresponds in time (or nearly in time) to the change in issuance of a new signal from block 135 (indicated by line 802).

いずれにしても、制御信号の一部としてこの遅延時間を使用することは、コントローラが、コントローラとアクチュエータとの間に大幅な通信遅延が存在する場合であっても、アクチュエータが実際に新しい目標値に向かって移動するように制御信号に対して作用するのと同時に、またはほぼ同時に、(例えば、上で説明されるフィルタ116での)フィードバックの算出において使用される暗黙のアクチュエータ位置を変化させることを可能にする。この動作は、制御フィードバックの算出と、弁の実際の動作とをより密接に同期させ、それによって、より良好な、またはよりロバストな制御動作を提供する。   In any case, using this delay time as part of the control signal means that if the controller has a significant communication delay between the controller and the actuator, the actuator will actually Changing the implicit actuator position used in the calculation of feedback (eg, with the filter 116 described above) at or near the same time as acting on the control signal to move toward Enable. This operation more closely synchronizes the calculation of the control feedback and the actual operation of the valve, thereby providing a better or more robust control operation.

下の表Iは、この遅延時間の概念を実施する無線位置監視のために定義される、WirelessHARTのカスタムコマンドの定義の一例を提供する。表Iに例示されるコマンドは、(バイト0及び1で識別される1つ以上のパラメータについて、バイト3及び4に定義される)1つまたは複数の出力値をモニタ(例えば、アクチュエータ)に書き込み、また、(バイト6〜13に)適用するまでの時間フィールドを含む。適用するまでの時間フィールドは、何らかの指定されたタイムスタンプ(例えば、ブロック135からの制御信号の送信と関連付けられるタイムスタンプ)からのオフセットまたは遅延時間、プロセス制御通信ネットワーク内の異なるデバイスにわたって同期させることができるシステムクロックによって決定される絶対時間、システムクロックからのオフセット時間などを示すことができる。更に、所望であれば、新しいコマンドは、異なるオフセット時間で、または同じオフセット時間で、同時に、または順次に適用する複数の制御信号を送信することができる。コマンドの数は、例えば、表Iに示されるように、第2のバイトに提供することができる。

表I
Table I below provides an example of a WirelessHART custom command definition defined for radio location monitoring that implements this delay time concept. The command illustrated in Table I writes one or more output values (defined in bytes 3 and 4 for one or more parameters identified in bytes 0 and 1) to a monitor (eg, actuator). , And also includes a time field to apply (to bytes 6-13). The time to apply field is synchronized across different devices in the process control communication network, offset or delay time from some specified time stamp (eg, time stamp associated with transmission of control signal from block 135) The absolute time determined by the system clock that can be used, the offset time from the system clock, etc. can be indicated. Further, if desired, the new command can transmit multiple control signals that are applied simultaneously or sequentially at different offset times or at the same offset time. The number of commands can be provided in the second byte, for example, as shown in Table I.

Table I

いずれにしても、制御システム及び無線ネットワークがこのコマンドについて時間の共通感覚または測定値を有する限りは、並びにコマンドで指定される遅延時間が、書き込み要求及び書き込み応答の片道遅延または往復遅延よりも長ければ、弁または他のアクチュエータ制御についてこのデータフォーマットを使用することで、リードバックまたは肯定応答の遅延がゼロになるか、またはゼロに相当することになる。   In any case, as long as the control system and the wireless network have a common sense or measurement of time for this command, and the delay time specified in the command is longer than the one-way or round-trip delay of the write request and response. For example, using this data format for valve or other actuator control would result in zero or equivalent readback or acknowledgment delay.

本明細書で説明される制御及び通信システムの機能を実証するために、2組の試験を行った。第1の組の試験は、最小応答(肯定応答)遅延を想定して行い、第2の組の試験は、上で説明されるように、適用するまでの時間概念を制御信号の一部として使用して緩和された、大幅な応答遅延を含むように行った。本明細書で説明される各試験は、シミュレーションされたプロセス制御システムを使用して行った。   To demonstrate the functionality of the control and communication systems described herein, two sets of tests were performed. The first set of tests is performed assuming a minimum response (acknowledgment) delay, and the second set of tests is based on the concept of time to application as part of the control signal, as explained above. Made to include a significant response delay, relaxed using. Each test described herein was performed using a simulated process control system.

最小応答遅延を使用する組の試験では、無線弁への非周期的通信を使用するPID制御が、弁への通信回数を低減するための有効な手段であることを実証するために、合計で8つの試験を行った。制御、通信、及びプロセス応答のシミュレーションは、無線弁に送信される非周期的制御通信を有する制御システムの性能を、無線弁を使用する従来のPID制御システムと比較することを可能にするように作成した。これらの試験では、コントローラから弁への通信に大幅な遅延が含まれていたが、弁がメッセージを受信した旨の確認は、最小の遅延で受信した。プロセスゲイン及びダイナミクス、並びにPID調整は、これらの8つの試験に関して同じあり、以下のように使用した。

プロセス PID調整
ゲイン=1 ゲイン=1
時定数=6秒 リセット=8秒/繰り返し
DT=2秒 レート=0
In a set of tests using minimum response delay, in order to demonstrate that PID control using aperiodic communication to a wireless valve is an effective means to reduce the number of communications to the valve, in total Eight tests were performed. Control, communication, and process response simulations allow the performance of a control system with aperiodic control communication sent to a wireless valve to be compared to a conventional PID control system that uses a wireless valve. Created. In these tests, communication from the controller to the valve included a significant delay, but confirmation that the valve received the message was received with minimal delay. Process gain and dynamics, and PID adjustment were the same for these eight tests and were used as follows.

Process PID adjustment gain = 1 Gain = 1
Time constant = 6 seconds Reset = 8 seconds / Repeat DT = 2 seconds Rate = 0

これらの試験の各々には、同じ設定点変化(10%)及び未測定の負荷外乱変化(10%)を導入した。試験条件は、表IIに要約される。

表II
Each of these tests introduced the same set point change (10%) and unmeasured load disturbance change (10%). The test conditions are summarized in Table II.

Table II

これらの試験の結果を、表IIIに要約する。

*無線送信機を無線弁とともに使用
表III
The results of these tests are summarized in Table III.

* Use of wireless transmitter with wireless valve Table III

表IIIに示されるように、PIDに提案した変更を使用することで(すなわち、リセット算出が、無線弁によって通信される暗黙の弁位置に基づき、無線弁に対して非周期的通信を使用する)、弁への通信回数が大幅に低減された。ほとんどの事例において、制御性能は、依然として許容範囲内であった。試験4の間の応答は、図9のグラフ900に例示され、また、これらの試験中に見られる応答の典型的なものである。具体的には、グラフ900の第1の組の線は、設定点の値901、(本明細書で説明される制御及び通信手順による)無線弁を使用して取得した、測定された被制御変数902、及び有線弁を使用して取得した、測定された被制御変数903(及び典型的なPID制御ルーチン)を示す。第2の組の線は、(本明細書で説明される制御及び通信手順を使用する)無線弁に関する弁移動または弁位置910、及び(典型的なPID制御ルーチンを使用する)有線弁に関する弁位置911を示す。下部の線915は、シミュレーションの目的で導入した未測定の外乱である。このように、グラフ900は、プロセスにおける設定点の変化及び未測定の外乱の双方に応じて、試験4に関して本明細書で説明される制御及び通信手順を使用したプロセス制御ループの比較性能を示す。   By using the proposed changes to the PID as shown in Table III (ie, the reset calculation uses aperiodic communication for the radio valve based on the implicit valve position communicated by the radio valve ) The number of communications to the valve has been greatly reduced. In most cases, control performance was still acceptable. The response during test 4 is illustrated in graph 900 of FIG. 9 and is typical of the responses seen during these tests. Specifically, the first set of lines in the graph 900 is a setpoint value 901, a measured controlled value obtained using a wireless valve (according to the control and communication procedures described herein). Variable 902 and measured controlled variable 903 (and a typical PID control routine) obtained using a wired valve are shown. The second set of lines is the valve movement or valve position 910 for wireless valves (using the control and communication procedures described herein), and the valve for wired valves (using a typical PID control routine). Position 911 is shown. The lower line 915 is an unmeasured disturbance introduced for simulation purposes. Thus, the graph 900 shows the comparative performance of the process control loop using the control and communication procedures described herein with respect to Test 4 in response to both set point changes and unmeasured disturbances in the process. .

更に、更なる試験として、上で説明される試験のいくつかにおいて行われる制御及び通信シミュレーションを、コントローラと弁との間の大幅な通信遅延、及び弁応答または肯定応答の通信における大幅な遅延を可能にする新しい制御信号データフォーマットを利用するように修正した。試験9〜試験12は、アクチュエータとコントローラとの間のフィードバック経路に大幅な通信遅延を含む、この修正したシミュレーションを使用して行った。これらの更なる試験には、以前の試験で使用したものと同じプロセスゲイン及びダイナミクス、並びにコントローラ調整を使用した。   In addition, as a further test, the control and communication simulations performed in some of the tests described above can be performed with significant communication delays between the controller and the valve, and significant delays in valve response or acknowledgment communication. Modified to use new control signal data format to enable. Tests 9-12 were performed using this modified simulation that included significant communication delays in the feedback path between the actuator and the controller. These additional tests used the same process gain and dynamics and controller adjustments used in previous tests.

試験9及び試験10では、有線測定値及び無線弁を、有線測定値及び有線弁と比較する。試験11及び試験12では、無線弁を有する無線測定値を、有線測定値及び有線弁と比較する。これらの試験中に、設定点及び未測定の外乱の同じ変化を、双方の制御ループに導入した。弁移動を最小にするための非周期的通信のセットアップ、弁に対する通信遅延、及び弁応答における通信遅延を、表IVに示す。

表IV
In Test 9 and Test 10, the wired measurement and the wireless valve are compared with the wired measurement and the wired valve. In Test 11 and Test 12, a wireless measurement value having a wireless valve is compared with a wired measurement value and a wired valve. During these tests, the same changes in set point and unmeasured disturbance were introduced into both control loops. The aperiodic communication setup to minimize valve movement, the communication delay for the valve, and the communication delay in the valve response are shown in Table IV.

Table IV

無線弁に対する修正を使用した無線制御と、典型的なPID制御を使用した有線送信機及び弁との関係について達成された結果を表Vに要約する。

表V
Table V summarizes the results achieved for the relationship between wireless control using modifications to the wireless valve and wired transmitters and valves using typical PID control.

Table V

試験結果は、外部リセットについて算出した暗黙の弁位置と併せて、提案した新しい出力データ信号フォーマットを使用することによって、通信遅延の影響を最小することが可能であることを示す。無線弁を使用した設定点の変化及び負荷外乱について、安定した制御が観察された。弁の目標変化の回数は、23分の1に低減された。試験10中の応答は、図10のグラフ1000に例示され、また、これらの試験中に見られる応答の典型的なものである。グラフ1000の第1の組の線は、設定点の値1001、(本明細書で説明される制御及び通信手順による)無線弁を使用して測定された被制御変数1002、及び有線弁を使用した被制御変数1003(及び典型的なPID制御ルーチン)を示す。第2の組の線は、(本明細書で説明される制御及び通信手順による)無線弁に関する弁移動または弁位置1010、及び(典型的なPID制御ルーチンを使用する)有線弁に関する弁位置1011を示す。下部の線1015は、未測定の外乱である。このように、グラフ1000は、プロセスにおける設定点の変化及び未測定の外乱の双方に応じて、試験10に関して本明細書で説明される制御及び通信手順を使用したプロセス制御ループの比較性能を示す。   The test results show that the effect of communication delay can be minimized by using the proposed new output data signal format in conjunction with the implicit valve position calculated for the external reset. Stable control was observed for set point changes and load disturbances using wireless valves. The number of valve target changes has been reduced by a factor of 23. The responses during test 10 are illustrated in graph 1000 of FIG. 10 and are typical of the responses seen during these tests. The first set of lines in the graph 1000 uses set point values 1001, controlled variables 1002 measured using wireless valves (according to the control and communication procedures described herein), and wired valves. The controlled variable 1003 (and a typical PID control routine). The second set of lines are valve movement or valve position 1010 for wireless valves (according to the control and communication procedures described herein) and valve position 1011 for wired valves (using a typical PID control routine). Indicates. The lower line 1015 is an unmeasured disturbance. Thus, the graph 1000 shows the comparative performance of the process control loop using the control and communication procedures described herein with respect to test 10 in response to both set point changes and unmeasured disturbances in the process. .

別の実験として、センサ及びアクチュエータの双方として作用するように、実験室設定のWirelessHARTモジュールを使用して、WirelessHARTネットワークをシミュレーションした。シミュレーションしたプロセスは、センサ及びアクチュエータの値を関連させるために、モジュール内部で実行した。実際の無線ネットワークを使用したので、この実験は、現実の用途を密接に表すと考えられる。     In another experiment, a WirelessHART network was simulated using a laboratory-set WirelessHART module to act as both a sensor and an actuator. The simulated process was performed inside the module to correlate sensor and actuator values. Since an actual wireless network was used, this experiment is considered to closely represent the actual application.

この実験をより良く理解するために、WirelessHARTネットワークを有するDCS(分散制御システム)の関連する構成要素、及びそれらに対する実験を行うためになされた修正を説明する。具体的には、試験DCSは、入力デバイスである全てのWirelessHARTデバイスを使用したWirelessHARTネットワークを含めた。このデバイスは、ゲートウェイにデータを発行し、該ゲートウェイは、要求に応じてデータをキャッシュし、データをホストに転送した。使用したDCSシステムでは、ゲートウェイと通信する構成要素をPIOと呼んだ。PIDを含む制御モジュールが、PIOと通信した。ゲートウェイは、要求された応答を送信することができないときは常に、遅延応答(DR)ステータスによって直ちにPIOからの任意の他の要求に応答した。次いで、ゲートウェイは、この要求をWirelessHARTネットワーク内の被制御デバイスに転送した。したがって、被制御デバイスからの応答をゲートウェイによって受信し、次いで、最後にDR信号を伴わずに応答するまで、PIOは繰り返してゲートウェイに問い合わせて、繰り返してDRを獲得しなければならなかった。この機構は、アクチュエータへの出力書き込みに適用した。しかしながら、将来のWirelessHART規格は、PIOからデバイスへの否定応答要求、すなわち、下流の発行を可能にすることが起こり得る。   To better understand this experiment, the relevant components of a DCS (Distributed Control System) with a WirelessHART network and the modifications made to perform the experiment are described. Specifically, the test DCS included a WirelessHART network using all WirelessHART devices that were input devices. The device issued data to the gateway, which cached the data upon request and forwarded the data to the host. In the DCS system used, the component that communicates with the gateway was called PIO. A control module containing the PID communicated with the PIO. Whenever the gateway could not send the requested response, it immediately responded to any other request from the PIO with a delayed response (DR) status. The gateway then forwarded this request to the controlled device in the WirelessHART network. Thus, until the response from the controlled device was received by the gateway, and then finally responded without a DR signal, the PIO had to repeatedly query the gateway and repeatedly obtain the DR. This mechanism was applied to output writing to the actuator. However, future WirelessHART standards may allow negative response requests from the PIO to the device, ie downstream issue.

ブロック135について上で説明されるものに類似する制御通信成分を、この実験のPIOにおいて実施した。加えて、上で説明される適用するまでの時間概念を使用して出力を弁に書き込むために、HARTの書き込みコマンドを使用した。したがって、遅延成分または適用するまでの時間成分を有するHARTコマンドを使用して、無線弁によって維持される目標弁位置を変化させた。コマンドにおいて指定される目標弁位置が、ゲートウェイに対して発行された以前の変化要求に含まれる弁位置と異なる値であった場合は、このコマンドを新しい要求であるとみなした。ゲートウェイが、最後に要求した位置の変化に対する無線弁の応答を以前に受信していた場合は、ゲートウェイを新しい変化要求に対して作用させた。それ以外の場合には、ゲートウェイによって新しい変化要求をバッファリングした。最新のPID出力が使用され、最小の遅延で弁に通信されることを保証するために、コントローラ(PIOブロック)によって実施される非周期的通信を、以下の条件を守るように設計した。
(1)新しい目標値を弁に通信し、応答を受信するためにゲートウェイに必要とされる時間よりもはるかに速くPIDブロックを実行した。
(2)PIDを実行する度に(1秒に1回以上)、変化要求コマンドをPIOに送信した。しかしながら、同じコマンド(同じ目標値)をPIOに送信した場合は、関連付けられる弁応答が返された。関連付けられる目標値は、AOブロックのREAD_BACKパラメータに反映された。
(3)AOブロックのREAD_BACKパラメータのステータスが、不良通信不具合に変化した場合、同じ変化要求をゲートウェイに伝送し続け、新しいコマンドであるとみなした。
Control communication components similar to those described above for block 135 were implemented in the PIO of this experiment. In addition, the HART write command was used to write the output to the valve using the time-to-apply concept described above. Therefore, the target valve position maintained by the radio valve was changed using a HART command with a delay component or a time component to apply. If the target valve position specified in the command was different from the valve position included in the previous change request issued to the gateway, this command was considered a new request. If the gateway had previously received a radio valve response to the last requested position change, it acted on the new change request. Otherwise, a new change request was buffered by the gateway. In order to ensure that the latest PID output is used and communicated to the valve with minimal delay, the aperiodic communication performed by the controller (PIO block) was designed to observe the following conditions:
(1) The new target value was communicated to the valve and the PID block was executed much faster than the time required for the gateway to receive a response.
(2) Each time PID is executed (at least once per second), a change request command is sent to the PIO. However, if the same command (same target value) was sent to the PIO, the associated valve response was returned. The associated target value was reflected in the READ_BACK parameter of the AO block.
(3) When the status of the READ_BACK parameter of the AO block changes to a defective communication failure, the same change request is continuously transmitted to the gateway and is regarded as a new command.

この実験における非周期的制御通信ブロックの適用後のPID出力の変化を例示する通信線図を表VIに例示する。


表VI
A communication diagram illustrating the change in PID output after application of the aperiodic control communication block in this experiment is illustrated in Table VI.


Table VI

表VIに例示されるように、ステップ2で、弁目標を50に変化させるために、コントローラAO/Outブロックによって、及びPIOによって、新しい変化要求を発行した。ゲートウェイの即時的な応答は、DR(遅延応答)信号を伴う応答であった。1秒後に、ステップ4で、ゲートウェイに同じ変化要求を再度発行した。次いで、ゲートウェイは、ステップ6で、(弁での弁目標を変化させるために)弁に対してHARTコマンドを発行したが、ステップ9まで、応答(書き込み応答)を受信しなかった。しかしながら、ステップ8で、元々の制御コマンドにおいて弁に提供した遅延時間の後に、暗黙の弁位置としてコントローラのPIDポジティブフィードバックネットワークで使用するように、変化要求をAO/READBACK値に反映させた。ステップ11で(ステップ10で再発行される制御コマンドに応答して)、(ステップ9で)弁によってゲートウェイに返される目標弁位置をPIOに返した。その後に、ステップ12で、PID出力の新しい変化をPIOによって発行し、全てを表VIに示した。   As illustrated in Table VI, in Step 2, a new change request was issued by the controller AO / Out block and by the PIO to change the valve target to 50. The gateway's immediate response was a response with a DR (Delayed Response) signal. One second later, in step 4, the same change request was issued again to the gateway. The gateway then issued a HART command to the valve at step 6 (to change the valve target at the valve) but did not receive a response (write response) until step 9. However, in step 8, after the delay time provided to the valve in the original control command, the change request was reflected in the AO / READBACK value for use in the controller's PID positive feedback network as an implicit valve position. In step 11 (in response to the control command reissued in step 10), the target valve position returned by the valve to the gateway (in step 9) was returned to the PIO. Thereafter, in step 12, a new change in PID output was issued by the PIO, all shown in Table VI.

仮定として、ゲートウェイから弁への通信を次のステップ6で喪失した場合は、ある期間の後に、ゲートウェイによって弁応答の喪失が検出されており、この不具合は、次のコントローラ書き込み要求への応答に示されたであろう。次いで、この不具合は、不良通信に変化するAO/READBACKステータスによって示されたであろう。次いで、通信を検出した後の次のコントローラの書き込みが、新しい書き込み要求として取り扱われたであろう。しかしながら、AO/READBACKは、繰り返しの変化要求に応答して弁からの応答を受信するまで、不良通信のステータスを示し続けたであろう。   Assuming that the communication from the gateway to the valve is lost in the next step 6, the loss of the valve response has been detected by the gateway after a certain period of time, and this failure is in response to the next controller write request. Would have been shown. This failure would then be indicated by the AO / READBACK status changing to bad communication. The next controller write after detecting communication would then be treated as a new write request. However, the AO / READBACK would continue to indicate a bad communication status until a response from the valve was received in response to the repeated change request.

一般的な意味において、無線弁を使用した制御について上で論じられるコントローラまたはPIDの修正はまた、目標弁位置の変化の頻度を低減させることによって弁の摩耗を最小にするように、有線弁を使用するPIDコントローラにも適用することができる。そのような用途に対処するために、非周期的通信機能をPIDまたはIO機能ブロックに組み込むことができ、暗黙の弁位置は、弁に出力される制御信号値に基づくことができる。更に、算出したPID出力を無線弁に通信しなければならないかどうかを判定するために使用される基準はまた、算出した制御出力が変化しているレートも含む、または考慮することができる。いくつかの事例において、この特徴は、未測定のプロセス外乱のより速い反応を可能にする。なお更に、本明細書で説明される非周期的制御通信機能の一部として、新しい制御値を通信しなければならないかどうかを判定するために本明細書で論じられる制御通信基準を適用する前に、算出した制御出力にフィルタリングを適用することができる。同様に、弁位置及び総弁作動量の変化回数を示す測定基準を、目標弁位置の変化の頻度を低減させる際の非周期的制御通信の効果を決定するために、無線ゲートウェイ、無線弁などの制御システムに組み込むことができる。   In a general sense, the controller or PID modifications discussed above for control using wireless valves also make the wired valve to minimize valve wear by reducing the frequency of target valve position changes. It can also be applied to the PID controller used. To address such applications, aperiodic communication functions can be incorporated into the PID or IO function block, and the implicit valve position can be based on the control signal value output to the valve. Furthermore, the criteria used to determine whether the calculated PID output must be communicated to the radio valve can also include or take into account the rate at which the calculated control output is changing. In some cases, this feature allows for a faster response of unmeasured process disturbances. Still further, as part of the non-periodic control communication function described herein, before applying the control communication criteria discussed herein to determine whether a new control value must be communicated. In addition, filtering can be applied to the calculated control output. Similarly, a metric indicating the number of changes in valve position and total valve actuation amount, to determine the effect of non-periodic control communication in reducing the frequency of change in target valve position, wireless gateway, wireless valve, etc. Can be incorporated into any control system.

全般的な事柄として、本明細書で説明される制御技法の実践は、単一入力、単一出力のPID制御ルーチン(P、PI、及びPDルーチンを含む)とともに使用することに限定されず、むしろ、多数の異なる多重入力及び/若しくは多重出力制御スキーム、カスケード型制御スキーム、または他の制御スキームにおいて適用することができる。より全般的には、本明細書で説明される制御技法はまた、1つ以上のプロセス出力変数、1つ以上のプロセス入力変数、または他の制御信号の使用または発生を伴う任意の閉ループモデルベースの制御ルーチン(モデル予測制御ルーチンなど)の状況においても適用することができる。   In general, the control techniques practiced herein are not limited to use with single-input, single-output PID control routines (including P, PI, and PD routines) Rather, it can be applied in many different multiple input and / or multiple output control schemes, cascaded control schemes, or other control schemes. More generally, the control techniques described herein are also based on any closed-loop model that involves the use or generation of one or more process output variables, one or more process input variables, or other control signals. The present invention can also be applied to the situation of control routines such as model predictive control routines.

「フィールドデバイス」という用語は、本明細書では、多数のデバイスまたはデバイスの組み合わせ(すなわち、送信機とアクチュエータとのハイブリッドなどの複数の機能を提供するデバイス)、並びに制御システムにおいてある機能を行う任意の他のデバイス(複数可)を含むように広義に用いられる。いずれにしても、フィールドデバイスは、例えば、入力デバイス(例えば、温度、圧力、流量などのプロセス制御パラメータを示すステータス、測定値、または他の信号を提供するセンサ及び機器などのデバイス)、並びにコントローラ及び/または弁、スイッチ、流れ制御デバイスなどの他のフィールドデバイスから受信したコマンドに応答してアクションを行う制御オペレータまたはアクチュエータを含むことができる。   The term “field device” as used herein refers to any device or combination of devices (ie, a device that provides multiple functions, such as a hybrid transmitter and actuator), as well as any function that performs a function in a control system. Used broadly to include other device (s). In any case, field devices include, for example, input devices (eg, devices such as sensors and equipment that provide status, measurements, or other signals indicating process control parameters such as temperature, pressure, flow rate) and controllers And / or may include a control operator or actuator that takes action in response to commands received from other field devices such as valves, switches, flow control devices, and the like.

本明細書で説明される任意の制御ルーチンまたはモジュールは、複数のデバイスにわたって分散した状態で実施または実行する、その一部を有することができることに留意されたい。その結果、制御ルーチンまたはモジュールは、所望に応じて、異なるコントローラ、フィールドデバイス(例えば、スマートフィールドデバイス)若しくは他のデバイス、または他の制御要素によって実施される一部分を有することができる。同様に、プロセス制御システム内で実施される、本明細書で説明される制御ルーチンまたはモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェアなどを含む、任意の形態をとることができる。そのような機能性を提供することに関与する任意のデバイスまたは要素は、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれに関連付けられるハードウェアが、プロセス制御システム内のコントローラ、フィールドデバイスに配置されるか、または任意の他のデバイス(またはデバイスの集合体)に配置されるかにかかわらず、本明細書では、一般に、「制御要素」と称されることがある。制御モジュール、ルーチン、またはブロックは、例えば、任意のコンピュータ読み出し可能な媒体に記憶され、プロセッサで実行されるルーチン、ブロック、またはその任意の要素を含む、プロセス制御システムの任意の一部または一部分とすることができる。そのような制御モジュール、制御ルーチン、またはその任意の一部分(例えば、ブロック)は、本明細書で一般に制御要素と称される、プロセス制御システムの任意の要素またはデバイスによって実施または実行することができる。モジュールとするか、またはサブルーチン、サブルーチンの一部(一連のコードなど)などの制御手順の任意の一部とすることができる制御ルーチンは、オブジェクト指向プログラミングを使用して、またはラダーロジック、シーケンシャル機能チャート、機能ブロック図を使用して、または任意の他のソフトウェアプログラム言語若しくは設計パラダイムを使用して、任意の所望のソフトウェアフォーマットで実施することができる。同様に、制御ルーチンは、例えば、1つ以上のEPROM、EEPROM、特定用途向け集積回路(ASIC)、または任意の他のハードウェア要素若しくはファームウェア要素にハードコードすることができる。なお更に、制御ルーチンは、グラフィカル設計ツール、または任意の他のタイプのソフトウェア/ハードウェア/ファームウェアプログラミング若しくは設計ツールを含む任意の設計ツールを使用して設計することができる。したがって、本明細書で説明されるコントローラ11は、制御ストラテジまたは制御ルーチンを任意の所望の様式で実施するように構成することができる。   It should be noted that any control routine or module described herein may have a portion thereof that is implemented or executed in a distributed manner across multiple devices. As a result, the control routines or modules can have portions implemented by different controllers, field devices (eg, smart field devices) or other devices, or other control elements, as desired. Similarly, the control routines or modules described herein that are implemented within a process control system may take any form, including software, firmware, hardware, and the like. Any device or element involved in providing such functionality may be software, firmware, or hardware associated therewith, located on a controller, field device in a process control system, or any other In the present specification, it may be generally referred to as a “control element” regardless of whether it is disposed on a device (or a collection of devices). A control module, routine, or block is any part or portion of a process control system, including, for example, a routine, block, or any element thereof stored in any computer-readable medium and executed by a processor. can do. Such a control module, control routine, or any portion thereof (eg, a block) can be implemented or executed by any element or device of a process control system, generally referred to herein as a control element. . Control routines that can be modules or any part of a control procedure such as a subroutine, part of a subroutine (such as a series of code), using object-oriented programming, or ladder logic, sequential functions It can be implemented in any desired software format using charts, functional block diagrams, or using any other software programming language or design paradigm. Similarly, the control routine can be hardcoded into, for example, one or more EPROMs, EEPROMs, application specific integrated circuits (ASICs), or any other hardware or firmware element. Still further, the control routine can be designed using any design tool, including a graphical design tool, or any other type of software / hardware / firmware programming or design tool. Accordingly, the controller 11 described herein can be configured to implement a control strategy or control routine in any desired manner.

代替的にまたは追加的に、機能ブロックは、フィールドデバイス自体またはプロセス制御システムの他の制御要素に記憶し、それらによって実施することができるが、それは、システムがフィールドバスデバイスを利用する場合であり得る。制御システムの説明は、一般に、機能ブロック制御ストラテジを使用して本明細書で提供されるが、制御技法及びシステムはまた、ラダーロジック、シーケンシャル機能チャートなどの他の規則を使用しても、または任意の他の所望のプログラム言語またはパラダイムを使用しても、実施または設計することができる。   Alternatively or additionally, the functional blocks can be stored and implemented by the field device itself or other control elements of the process control system, when the system utilizes a fieldbus device. obtain. The description of the control system is generally provided herein using a functional block control strategy, but the control techniques and systems may also use other rules such as ladder logic, sequential function charts, or Any other desired programming language or paradigm can be used or implemented.

実施するときに、本明細書で説明されるソフトウェアのいずれかは、磁気ディスク、レーザディスク、または他の記憶媒体、コンピュータ若しくはプロセッサのRAM若しくはROM、フラッシュメモリなどの、任意のコンピュータ読み出し可能なメモリに記憶することができる。同様に、このソフトウェアは、例えば、コンピュータ読み出し可能なディスク若しくは他の可搬型コンピュータ記憶機構、または電話線、インターネット、ワールドワイドウェブ、任意の他のローカルエリアネットワーク若しくはワイドエリアネットワークなどの通信チャネルを含む、任意の既知の、または所望の配信方法を使用して、ユーザ、プロセスプラント、またはオペレータワークステーションに配信することができる。更に、このソフトウェアは、変調または暗号化を行うことなく直接提供することができ、または、通信チャンネルを通じて伝送される前に、任意の適切な変調搬送波及び/または暗号化技法を使用して、変調及び/または暗号化することができる。   When implemented, any of the software described herein may be any computer readable memory, such as a magnetic disk, laser disk, or other storage medium, computer or processor RAM or ROM, flash memory, etc. Can be memorized. Similarly, the software includes a communication channel such as, for example, a computer readable disk or other portable computer storage mechanism, or a telephone line, the Internet, the World Wide Web, any other local area network or wide area network. Any known or desired delivery method can be used to deliver to a user, process plant, or operator workstation. In addition, the software can be provided directly without modulation or encryption, or can be modulated using any suitable modulated carrier and / or encryption technique before being transmitted over the communication channel. And / or can be encrypted.

このように、本発明を例示することだけを意図し、限定することは意図せずに、本発明を具体的な実施例を参照しながら説明してきたが、当業者には、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書で説明される制御技法に変更、追加、または削除を行うことができることが明らかになるであろう。   Thus, while the present invention has been described with reference to specific embodiments, which are intended to be illustrative only and not limiting, those skilled in the art will appreciate the spirit of the invention. It will be apparent that modifications, additions, or deletions may be made to the control techniques described herein without departing from the scope and scope.

Claims (61)

制御信号を使用してプロセス内で被制御デバイスを制御する方法であって、
多数の繰り返しの各々の間に前記被制御デバイスを制御するための制御信号値を発生させるために、プロセスコントローラコンピューティングデバイスで制御ルーチンの前記多数の繰り返しを実施することと、
前記制御ルーチンの多数の繰り返しの各々の間に、
所定の最小通信期間を経過したかどうかを判定すること、及び
前記被制御デバイスから、前記被制御デバイスが以前の制御信号を受信したことを示す肯定応答を受信したかどうかを判定することと、
少なくとも、前記所定の最小通信期間を経過し、かつ前記被制御デバイスから、前記被制御デバイスが前記以前の制御信号を受信したことを示す肯定応答を受信したときに、更なるシグナリング条件を満たすかどうかを判定することと、
前記所定の最小通信期間を経過し、かつ前記被制御デバイスから、前記被制御デバイスが前記以前の制御信号を受信したことを示す肯定応答を受信し、そして、前記更なるシグナリング条件を満たすときにだけ、通信リンクを介して新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信すること、を含む、前記プロセスコントローラコンピューティングデバイスに連結されるコンピュータ処理デバイス内で通信ルーチンを実施すること、を含む、方法。
A method for controlling a controlled device in a process using a control signal, comprising:
Performing the multiple iterations of the control routine at a process controller computing device to generate a control signal value for controlling the controlled device during each of the multiple iterations;
During each of a number of iterations of the control routine,
Determining whether a predetermined minimum communication period has elapsed; and determining whether an acknowledgment has been received from the controlled device indicating that the controlled device has received a previous control signal;
Whether at least a further signaling condition is satisfied when the predetermined minimum communication period has elapsed and an acknowledgment is received from the controlled device indicating that the controlled device has received the previous control signal. To determine whether
When the predetermined minimum communication period has elapsed and an acknowledgment is received from the controlled device indicating that the controlled device has received the previous control signal, and the further signaling condition is satisfied Implementing a communication routine in a computer processing device coupled to the process controller computing device, the method comprising: transmitting a new control signal to the controlled device only over a communication link.
前記更なるシグナリング条件を満たすかどうかを判定することが、制御ルーチン繰り返しのために発生させた前記制御信号値と、被制御デバイスに送信された前記以前の制御信号の値との差が、閾値よりも大きいかどうかを判定することを含む、請求項1に記載の方法。   Determining whether the further signaling condition is satisfied is that a difference between the control signal value generated for repeating the control routine and the value of the previous control signal transmitted to the controlled device is a threshold value. The method of claim 1, comprising determining if greater than. 前記更なるシグナリング条件を満たすかどうかを判定することが、前記以前の制御信号が前記被制御デバイスに送信されてからの時間が、最大閾値時間値を超えたかどうかを判定することを含む、請求項1のいずれか一項に記載の方法。   Determining whether the further signaling condition is satisfied includes determining whether a time since the previous control signal was transmitted to the controlled device exceeded a maximum threshold time value. Item 4. The method according to any one of Items 1 to 3. 前記更なるシグナリング条件を満たすかどうかを判定することが、制御ルーチン繰り返しのために発生させた前記制御信号値と、被制御デバイスに送信された前記以前の制御信号の値との差が、閾値よりも大きいかどうか、または前記以前の制御信号が前記被制御デバイスに送信されてからの時間が、最大閾値時間値を超えたかどうか、のいずれかを判定することを含む、請求項1のいずれか一項に記載の方法。   Determining whether the further signaling condition is satisfied is that a difference between the control signal value generated for repeating the control routine and the value of the previous control signal transmitted to the controlled device is a threshold value. The method of claim 1, further comprising: determining whether the time is greater than or a time since the previous control signal was transmitted to the controlled device exceeds a maximum threshold time value. The method according to claim 1. 前記プロセスコントローラコンピューティングデバイスに連結されるコンピュータ処理デバイス内で前記通信ルーチンを実施することが、前記制御ルーチンの多数の連続的な繰り返しの各々の間に、前記通信ルーチンを実施することを含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。   Implementing the communication routine in a computer processing device coupled to the process controller computing device includes performing the communication routine during each of a number of successive iterations of the control routine. The method as described in any one of Claims 1-4. 通信リンクを介して新しい信号を前記被制御デバイスに送信することが、制御ルーチン繰り返しのための前記制御信号値と、被制御デバイスに送信された前記以前の制御信号の値との差が、最大変化閾値よりも大きいかどうかを判定すること、及び前記制御ルーチン繰り返しのための前記制御信号値と、被制御デバイスに送信された前記以前の制御信号の値との差が、前記最大変化閾値よりも大きいときに、前記制御ルーチン繰り返しのための限定バージョンの前記制御信号値として前記新しい制御信号を送信することを含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。   Sending a new signal over the communication link to the controlled device means that the difference between the control signal value for repeating the control routine and the value of the previous control signal sent to the controlled device is maximum. A difference between the control signal value for repeating the control routine and the value of the previous control signal transmitted to the controlled device is greater than the maximum change threshold value. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, comprising transmitting the new control signal as a limited version of the control signal value for repeating the control routine when. 通信リンクを介して前記新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信することが、無線通信リンクを介して前記新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信することを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。   7. The method of claim 1, wherein transmitting the new control signal to the controlled device via a communication link includes transmitting the new control signal to the controlled device via a wireless communication link. The method according to one item. 通信リンクを介して前記新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信することが、有線通信リンクを介して前記新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信することを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。   7. The method of claim 1, wherein transmitting the new control signal to the controlled device via a communication link includes transmitting the new control signal to the controlled device via a wired communication link. The method according to one item. 通信リンクを介して前記新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信することが、新しい制御信号値及び前記被制御デバイスで前記新しい制御信号値を実施する時間として、前記新しい制御信号を送信することを含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。   Transmitting the new control signal to the controlled device via a communication link includes transmitting the new control signal as a new control signal value and time to implement the new control signal value on the controlled device. The method according to claim 1, comprising: 前記新しい制御信号値を実施する前記時間を送信することが、オフセット時間として前記時間を送信することを含む、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein transmitting the time to implement the new control signal value comprises transmitting the time as an offset time. 前記新しい制御信号値を実施する前記時間を送信することが、絶対時間として前記時間を送信することを含む、請求項9に記載の方法。   The method of claim 9, wherein transmitting the time to implement the new control signal value comprises transmitting the time as an absolute time. プロセスコントローラコンピューティングデバイスで制御ルーチンの多数の繰り返しを実施することが、比例、積分、微分タイプの制御ルーチンを実施することを含む、請求項1〜11のうちのいずれか一項に記載の方法。   12. A method according to any one of the preceding claims, wherein performing multiple iterations of a control routine on a process controller computing device comprises performing a proportional, integral, derivative type control routine. . 前記比例、積分、微分タイプの制御ルーチンを実施することが、前記制御信号値を発生させるために、前記被制御デバイスの属性を示すフィードバック信号を使用することを含む、請求項12に記載の方法。   The method of claim 12, wherein performing the proportional, integral, derivative type control routine includes using a feedback signal indicative of an attribute of the controlled device to generate the control signal value. . 通信リンクを介して前記新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信することが、新しい制御信号値及び前記被制御デバイスで前記新しい制御信号値を実施する所定の時間を送信することを含み、フィードバック信号を使用することが、前記被制御デバイスが、前記フィードバック信号を決定するために、前記新しい制御信号値を実施する前記所定の時間に前記新しい制御信号値を実施したものとみなすことを含む、請求項12〜13のいずれか一項に記載の方法。   Transmitting the new control signal to the controlled device over a communication link includes transmitting a new control signal value and a predetermined time to implement the new control signal value at the controlled device; and a feedback signal Using the controlled device as having implemented the new control signal value at the predetermined time to implement the new control signal value to determine the feedback signal. Item 14. The method according to any one of Items 12 to 13. 無線通信リンクを介して前記フィードバック信号を受信することを更に含む、請求項13〜14のいずれか一項に記載の方法。   15. The method according to any one of claims 13 to 14, further comprising receiving the feedback signal via a wireless communication link. 有線通信リンクを介して前記フィードバック信号を受信することを更に含む、請求項13〜14のいずれか一項に記載の方法。   15. The method according to any one of claims 13 to 14, further comprising receiving the feedback signal via a wired communication link. 制御信号を使用してプロセス内で被制御デバイスを制御する際に使用するためのプロセス制御システムであって、
制御ルーチンを記憶し、多数の繰り返しの各々の間に前記被制御デバイスを制御するための制御信号値を発生させるために、前記多数の繰り返し中に前記制御ルーチンを実施するプロセスコントローラと、
前記プロセスコントローラに連結されるコンピュータ処理デバイス内で実施される通信ルーチンであって、前記制御ルーチンの前記多数の繰り返しの各々のための前記発生させた制御信号値を受信し、また、
所定の最小通信期間を経過したかどうかを判定するように、及び
前記被制御デバイスから、前記被制御デバイスが以前の制御信号を受信したことを示す肯定応答を受信したかどうかを判定するように実行し、
更に、少なくとも、前記所定の最小通信期間を経過し、かつ前記被制御デバイスから、前記被制御デバイスが前記以前の制御信号を受信したことを示す肯定応答を受信したときに、更なるシグナリング条件を満たすかどうかを判定するように実行し、
前記所定の最小通信期間を経過し、かつ前記被制御デバイスから、前記被制御デバイスが前記以前の制御信号を受信したことを示す肯定応答を受信し、そして、前記更なるシグナリング条件を満たすときにだけ、通信リンクを介して新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信する、通信ルーチンと、を備える、プロセス制御システム。
A process control system for use in controlling a controlled device in a process using a control signal, comprising:
A process controller that stores the control routine and implements the control routine during the multiple iterations to generate a control signal value for controlling the controlled device during each of the multiple iterations;
A communication routine implemented in a computer processing device coupled to the process controller for receiving the generated control signal value for each of the multiple iterations of the control routine; and
To determine whether a predetermined minimum communication period has elapsed and to determine from the controlled device whether an acknowledgment has been received indicating that the controlled device has received a previous control signal Run,
Further, when at least the predetermined minimum communication period has elapsed and an acknowledgment is received from the controlled device indicating that the controlled device has received the previous control signal, a further signaling condition is set. Run to determine if it meets,
When the predetermined minimum communication period has elapsed and an acknowledgment is received from the controlled device indicating that the controlled device has received the previous control signal, and the further signaling condition is satisfied A communication routine that only transmits a new control signal to the controlled device over a communication link.
前記通信ルーチンが、制御ルーチン繰り返しのために発生させた前記制御信号値と、被制御デバイスに送信された前記以前の制御信号の値との差が、閾値よりも大きいかどうかを判定することによって、前記更なるシグナリング条件を満たすかどうかを判定する、請求項17に記載のプロセス制御システム。   The communication routine determines whether the difference between the control signal value generated for repeating the control routine and the value of the previous control signal transmitted to the controlled device is greater than a threshold value; 18. The process control system of claim 17, wherein it is determined whether the further signaling condition is satisfied. 前記通信ルーチンが、前記以前の制御信号が前記被制御デバイスに送信されてからの時間が、最大閾値時間値を超えたかどうかを判定することによって、前記更なるシグナリング条件を満たすかどうかを判定する、請求項17に記載のプロセス制御システム。   The communication routine determines whether the further signaling condition is satisfied by determining whether the time since the previous control signal was transmitted to the controlled device has exceeded a maximum threshold time value. The process control system according to claim 17. 前記通信ルーチンが、制御ルーチン繰り返しのために発生させた前記制御信号値と、被制御デバイスに送信された前記以前の制御信号の値との差が、閾値よりも大きいかどうか、または前記以前の制御信号が前記被制御デバイスに送信されてからの時間が、最大閾値時間値を超えたかどうか、のいずれかを判定することによって、前記更なるシグナリング条件を満たすかどうかを判定する、請求項17に記載のプロセス制御システム。   Whether the difference between the control signal value generated by the communication routine to repeat the control routine and the value of the previous control signal transmitted to the controlled device is greater than a threshold, or the previous 18. Determine whether the further signaling condition is satisfied by determining whether a time since a control signal was transmitted to the controlled device exceeded a maximum threshold time value. Process control system as described in. 前記通信ルーチンが、前記プロセスコントローラ内のコンピュータ処理デバイスによって実施される、請求項17〜20のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   21. A process control system according to any one of claims 17 to 20, wherein the communication routine is implemented by a computer processing device in the process controller. 前記通信ルーチンが、制御ルーチン繰り返しのための前記制御信号値と、被制御デバイスに送信された前記以前の制御信号の値との差が、最大変化閾値よりも大きいかどうかを判定し、前記制御ルーチン繰り返しのための前記制御信号値と、被制御デバイスに送信された前記以前の制御信号の値との差が、前記最大変化閾値よりも大きいときに、前記制御ルーチン繰り返しのための限定バージョンの前記制御信号値として前記新しい制御信号を発生させる、請求項17〜21のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   The communication routine determines whether a difference between the control signal value for repeating the control routine and a value of the previous control signal transmitted to the controlled device is greater than a maximum change threshold; When the difference between the control signal value for routine iteration and the value of the previous control signal transmitted to the controlled device is greater than the maximum change threshold, a limited version for the control routine iteration The process control system according to any one of claims 17 to 21, wherein the new control signal is generated as the control signal value. 通信ルーチンが、無線通信信号として前記新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信する、請求項17〜22のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   23. The process control system according to any one of claims 17 to 22, wherein a communication routine transmits the new control signal as a wireless communication signal to the controlled device. 前記通信ルーチンが、新しい制御信号値及び前記被制御デバイスで前記新しい制御信号値を実施する時間を含むように、前記新しい制御信号を発生させる、請求項17〜23のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   24. A method as claimed in any one of claims 17 to 23, wherein the communication routine generates the new control signal to include a new control signal value and a time to implement the new control signal value at the controlled device. Process control system. 前記新しい制御信号値を実施する前記時間が、オフセット時間である、請求項24に記載のプロセス制御システム。   The process control system of claim 24, wherein the time to implement the new control signal value is an offset time. 前記新しい制御信号値を実施する前記時間が、絶対時間である、請求項24に記載のプロセス制御システム。   25. The process control system of claim 24, wherein the time to implement the new control signal value is an absolute time. 前記制御ルーチンが、前記制御信号値を発生させるために、前記被制御デバイスの属性を示すフィードバック信号を使用し、前記制御ルーチンが、少なくとも1つの制御ルーチン繰り返しのための前記制御信号を発生させるときに前記フィードバック信号を決定するために、前記被制御デバイスが前記所定の時間に前記新しい制御信号値を実施したものとみなす、請求項24〜26のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   When the control routine uses a feedback signal indicating an attribute of the controlled device to generate the control signal value, and the control routine generates the control signal for at least one control routine iteration; 27. A process control system according to any one of claims 24-26, wherein the controlled device is considered to have implemented the new control signal value at the predetermined time to determine the feedback signal. 前記制御ルーチンが、比例、積分、微分タイプの制御ルーチンである、請求項17〜27のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   28. A process control system according to any one of claims 17 to 27, wherein the control routine is a proportional, integral, derivative type control routine. 前記制御ルーチンが、比例、積分、微分(PID)タイプの制御ルーチンであり、前記プロセスコントローラが、無線通信リンクを介して、PIDタイプの制御ルーチンにおいてフィードバック信号として使用されるフィードバック信号を受信する、請求項17〜28のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   The control routine is a proportional, integral, derivative (PID) type control routine, and the process controller receives a feedback signal used as a feedback signal in the PID type control routine via a wireless communication link; The process control system according to any one of claims 17 to 28. プロセスを制御するためのプロセス制御システムであって、
1つ以上のプロセッサ、メモリ、及び通信インターフェースを含むプロセスコントローラと、
通信リンクと、
前記プロセス内に配置され、前記通信リンクを介して前記プロセスコントローラに通信可能に連結される被制御デバイスと、を備え、
前記プロセスコントローラが、前記被制御デバイスを制御する際に使用するための制御信号値を発生させるために、多数の繰り返しの各々の間に、前記1つ以上のプロセッサで実行する、前記メモリに記憶される制御ルーチンを含み、
前記通信インターフェースが、前記1つ以上のプロセッサで
(1)以前の制御信号を前記被制御デバイスに送信してから、所定の最小期間を経過したかどうかを判定すること、
(2)前記被制御デバイスから、前記被制御デバイスが前記以前の制御信号を受信したことを示す肯定応答を受信したかどうかを判定すること、及び
(3)更なるシグナリング条件を満たすかどうかを判定すること、を実行する、前記メモリに記憶されるインターフェースルーチンを含み、
前記インターフェースルーチンが、(1)以前の制御信号を前記被制御デバイスに送信してから、前記所定の最小期間を経過したとき、(2)前記被制御デバイスから、前記被制御デバイスが前記以前の制御信号を受信したことを示す肯定応答を受信したとき、かつ(3)前記更なるシグナリング条件を満たすときに、繰り返し中に前記制御ルーチンによって発生させた前記制御信号値に基づいて、前記通信リンクを介して、新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信し、また、(1)以前の制御信号を前記被制御デバイスに送信してから、前記所定の最小期間を経過していないとき、(2)前記被制御デバイスから、前記被制御デバイスが前記以前の制御信号を受信したことを示す肯定応答を受信していないとき、または(3)前記更なるシグナリング条件を満たしていないときに、繰り返し中に前記制御ルーチンによって発生させた前記制御信号値に基づいて、前記通信リンクを介して、新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信しない、プロセス制御システム。
A process control system for controlling a process,
A process controller including one or more processors, memory, and a communication interface;
A communication link;
A controlled device disposed within the process and communicatively coupled to the process controller via the communication link;
Stored in the memory, wherein the process controller executes on the one or more processors during each of a number of iterations to generate control signal values for use in controlling the controlled device. Control routines that are
(1) determining whether a predetermined minimum period has elapsed since the previous control signal was transmitted to the controlled device by the one or more processors;
(2) determining whether an acknowledgment is received from the controlled device indicating that the controlled device has received the previous control signal; and (3) whether further signaling conditions are met. An interface routine stored in the memory for performing the determining,
When the predetermined minimum period has elapsed since the interface routine (1) has transmitted a previous control signal to the controlled device, (2) the controlled device has received the previous control signal from the controlled device. The communication link based on the control signal value generated by the control routine during repetition when an acknowledgment is received indicating that a control signal has been received, and (3) when the further signaling condition is satisfied A new control signal is transmitted to the controlled device via (1) when the predetermined minimum period has not elapsed since the previous control signal was transmitted to the controlled device (2 ) When no acknowledgment is received from the controlled device indicating that the controlled device has received the previous control signal, or (3) the further When not meet the signaling conditions, on the basis of the control signal value which is generated by the control routine in a repeating, via the communication link, it does not transmit a new control signal to the controlled device, a process control system.
前記インターフェースルーチンが、制御ルーチン繰り返しのために発生させた前記制御信号値と、被制御デバイスに送信された前記以前の制御信号の値との差が、閾値よりも大きい場合に、前記更なるシグナリング条件を満たしていると判定する、請求項30に記載のプロセス制御システム。   The further signaling when the difference between the control signal value generated by the interface routine to repeat the control routine and the value of the previous control signal transmitted to the controlled device is greater than a threshold value. The process control system according to claim 30, wherein the process control system determines that the condition is satisfied. 前記インターフェースルーチンが、前記以前の制御信号が前記被制御デバイスに送信されてからの時間が、最大閾値時間値を超えた場合に、前記更なるシグナリング条件を満たすと判定する、請求項30に記載のプロセス制御システム。   31. The interface routine determines that the additional signaling condition is satisfied if a time since the previous control signal was transmitted to the controlled device exceeds a maximum threshold time value. Process control system. 前記インターフェースルーチンが、制御ルーチン繰り返しのために発生させた前記制御信号値と、被制御デバイスに送信された前記以前の制御信号の値との差が、閾値よりも大きいか、または前記以前の制御信号が前記被制御デバイスに送信されてからの時間が、最大閾値時間値を超えたか、のいずれかの場合に、前記更なるシグナリング条件を満たすと判定する、請求項30に記載のプロセス制御システム。   The difference between the control signal value generated by the interface routine to repeat the control routine and the value of the previous control signal transmitted to the controlled device is greater than a threshold value or the previous control 31. The process control system of claim 30, wherein the process control system determines that the additional signaling condition is met if any time since a signal was transmitted to the controlled device exceeded a maximum threshold time value. . 前記インターフェースルーチンが更に、制御ルーチン繰り返しのための前記制御信号値と、被制御デバイスに送信された前記以前の制御信号の値との差が、最大変化閾値よりも大きいかどうかを判定し、そして、前記制御ルーチン繰り返しのための前記制御信号値と、被制御デバイスに送信された前記以前の制御信号の値との差が、前記最大変化閾値よりも大きいときに、前記制御ルーチン繰り返しのための限定バージョンの前記制御信号値として前記新しい制御信号を作成する、請求項30〜33のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   The interface routine further determines whether a difference between the control signal value for repeating the control routine and the value of the previous control signal transmitted to the controlled device is greater than a maximum change threshold; and When the difference between the control signal value for repeating the control routine and the value of the previous control signal transmitted to the controlled device is greater than the maximum change threshold, 34. A process control system according to any one of claims 30 to 33, wherein the new control signal is created as a limited version of the control signal value. 前記通信リンクが、無線通信リンクである、請求項30〜34のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   35. The process control system according to any one of claims 30 to 34, wherein the communication link is a wireless communication link. 前記通信リンクが、有線通信リンクである、請求項30〜34のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   35. The process control system according to any one of claims 30 to 34, wherein the communication link is a wired communication link. 前記インターフェースルーチンが、目標値及び前記被制御デバイスで前記目標値を実施する時間を含む信号として、新しい制御信号を作成する、請求項30〜36のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   37. A process control system according to any one of claims 30 to 36, wherein the interface routine creates a new control signal as a signal including a target value and a time to execute the target value on the controlled device. 前記目標値を実施する前記時間が、オフセット時間である、請求項37に記載のプロセス制御システム。   38. The process control system of claim 37, wherein the time for implementing the target value is an offset time. 前記制御ルーチンが、比例、積分、微分(PID)タイプの制御ルーチンである、請求項30〜38のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   39. A process control system according to any one of claims 30 to 38, wherein the control routine is a proportional, integral, derivative (PID) type control routine. 前記制御ルーチンが、前記制御信号値を発生させるために、前記被制御デバイスの属性を示すフィードバック信号を使用する、請求項30〜39のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   40. A process control system according to any one of claims 30 to 39, wherein the control routine uses a feedback signal indicative of an attribute of the controlled device to generate the control signal value. 前記制御ルーチンが、前記制御信号値を発生させるために、測定されたプロセス変数を示す更なるフィードバック信号を使用する、請求項40に記載のプロセス制御システム。   41. The process control system of claim 40, wherein the control routine uses a further feedback signal indicative of a measured process variable to generate the control signal value. 前記インターフェースルーチンが、目標値及び前記被制御デバイスで前記目標値を実施する時間を含む信号として、新しい制御信号を作成し、前記制御ルーチンが、前記制御信号値を発生させるために、前記被制御デバイスの属性を使用し、前記制御ルーチンが、前記被制御デバイスの前記属性を決定するために、前記被制御デバイスが前記目標値を実施する前記時間に前記目標値を実施するものとみなす、請求項30〜41のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   The interface routine creates a new control signal as a signal including a target value and a time to execute the target value on the controlled device, and the control routine generates the control signal value to generate the controlled signal value. Using a device attribute, the control routine assumes that the controlled device implements the target value at the time when the controlled device implements the target value to determine the attribute of the controlled device. Item 42. The process control system according to any one of Items 30 to 41. プロセス変数を測定するために前記プロセス内に配置されるセンサ、及び前記プロセスコントローラと前記センサとの間に配置される更なる通信リンクを更に含み、前記制御ルーチンが、前記制御信号値を決定するために、前記センサによって測定される前記プロセス変数を使用する、請求項30〜42のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   And further comprising a sensor disposed within the process for measuring a process variable, and a further communication link disposed between the process controller and the sensor, wherein the control routine determines the control signal value. 43. A process control system according to any one of claims 30 to 42, wherein the process variable measured by the sensor is used for this purpose. 前記通信リンク及び前記更なる通信リンクがどちらも、無線通信リンクである、請求項30〜43のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   44. A process control system according to any one of claims 30 to 43, wherein both the communication link and the further communication link are wireless communication links. 前記通信リンク及び前記更なる通信リンクがどちらも、有線通信リンクである、請求項30〜43のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   44. The process control system according to any one of claims 30 to 43, wherein the communication link and the further communication link are both wired communication links. 前記通信リンクが、有線通信リンクであり、前記更なる通信リンクが、無線通信リンクである、請求項30〜43のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   44. The process control system according to any one of claims 30 to 43, wherein the communication link is a wired communication link and the further communication link is a wireless communication link. 前記通信リンクが、無線通信リンクであり、前記更なる通信リンクが、有線通信リンクである、請求項30〜43のいずれか一項に記載のプロセス制御システム。   44. A process control system according to any one of claims 30 to 43, wherein the communication link is a wireless communication link and the further communication link is a wired communication link. プロセス内で被制御デバイスを制御する際に使用するためのプロセスコントローラであって、
プロセッサと、
メモリと、
前記プロセス内で前記被制御デバイスを制御するための制御信号値を発生させるために、多数の繰り返しの各々の間に、前記プロセッサで実行する、前記メモリに記憶されるプロセス制御ルーチンであって、前記プロセス制御ルーチンが、前記制御信号値を発生させるために、フィードバック変数として前記被制御デバイスの属性を使用する、フィードバックタイプの制御ルーチンを備える、プロセス制御ルーチンと、
前記制御信号値に基づいて、新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信するために、前記多数の繰り返しのうちの1つ以上の間に前記プロセッサで実行する、前記メモリに記憶される通信ルーチンであって、前記新しい制御信号が、前記被制御デバイスの目標値及び前記目標値を実施する時間を含む、通信ルーチンと、を備え、
前記プロセス制御ルーチンが、前記被制御デバイスが前記多数の繰り返しのうちの1つ以上の間に、前記目標値を実施する前記時間に前記目標値を実施したものとみなし、前記フィードバック変数として、前記被制御デバイスの前記属性を決定する、プロセスコントローラ。
A process controller for use in controlling a controlled device in a process,
A processor;
Memory,
A process control routine stored in the memory that is executed by the processor during each of a number of iterations to generate a control signal value for controlling the controlled device in the process; A process control routine comprising a feedback type control routine, wherein the process control routine uses an attribute of the controlled device as a feedback variable to generate the control signal value;
A communication routine stored in the memory that is executed by the processor during one or more of the multiple iterations to transmit a new control signal to the controlled device based on the control signal value; A communication routine, wherein the new control signal includes a target value of the controlled device and a time to execute the target value;
The process control routine assumes that the controlled device has implemented the target value at the time of performing the target value during one or more of the multiple iterations, and as the feedback variable, A process controller that determines the attribute of the controlled device.
前記プロセス制御ルーチンが、前記被制御デバイスから前記被制御デバイスの測定された属性値の指示を受信する前に、前記被制御デバイスが前記目標値を実施する前記時間に前記目標値を実施したものとみなし、前記フィードバック変数として、前記被制御デバイスの前記属性を決定する、請求項48に記載のプロセスコントローラ。   The process control routine implemented the target value at the time when the controlled device implements the target value before receiving an indication of the measured attribute value of the controlled device from the controlled device 49. The process controller of claim 48, wherein the process controller determines the attribute of the controlled device as the feedback variable. 前記プロセス制御ルーチンが、比例、積分、微分タイプの制御ルーチンを備える、請求項48〜49のいずれか一項に記載のプロセスコントローラ。   50. A process controller according to any one of claims 48 to 49, wherein the process control routine comprises a proportional, integral, derivative type control routine. 前記プロセス制御ルーチンが、前記制御信号値に対するリセット寄与を決定するために、前記フィードバック変数を使用する、請求項48〜50のいずれか一項に記載のプロセスコントローラ。   51. A process controller according to any one of claims 48 to 50, wherein the process control routine uses the feedback variable to determine a reset contribution to the control signal value. 前記通信ルーチンが、無線通信リンクを介して、前記新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信する、請求項48〜51のいずれか一項に記載のプロセスコントローラ。   52. A process controller according to any one of claims 48 to 51, wherein the communication routine transmits the new control signal to the controlled device via a wireless communication link. 前記目標値を実施する前記時間が、オフセット時間である、請求項48〜52のいずれか一項に記載のプロセスコントローラ。   53. A process controller according to any one of claims 48 to 52, wherein the time for implementing the target value is an offset time. 前記目標値を実施する前記時間が、絶対時間である、請求項48〜52のいずれか一項に記載のプロセスコントローラ。   53. A process controller according to any one of claims 48 to 52, wherein the time to implement the target value is an absolute time. 制御信号を使用してプロセス内で被制御デバイスを制御する方法であって、
多数の繰り返しの各々の間に、前記被制御デバイスを制御するための制御信号値を発生させるために、プロセスコントローラコンピューティングデバイスで制御ルーチンの前記多数の繰り返しを実施することであって、前記制御ルーチンの前記多数の繰り返しの各々の間に、前記制御信号値を発生させるために、フィードバック変数として前記被制御デバイスの属性を使用することを更に含む、実施することと、
前記多数の繰り返しのうちの1つ以上の新しい制御信号を発生させることであって、前記新しい制御信号が、前記被制御デバイスの目標値及び前記目標値を実施する時間を含む、発生させることと、
前記被制御デバイスへの通信リンクを通じて、前記新しい制御信号を送信することと、を含み、
前記制御ルーチンの前記多数の繰り返しのうちの1つ以上の間に、前記被制御デバイスが前記目標値を実施する前記時間に前記目標値を実施したものとみなし、前記フィードバック変数として、前記被制御デバイスの前記属性を決定することを更に含む、方法。
A method for controlling a controlled device in a process using a control signal, comprising:
Performing the multiple iterations of a control routine at a process controller computing device to generate a control signal value for controlling the controlled device during each of multiple iterations, the control Implementing further comprising using an attribute of the controlled device as a feedback variable to generate the control signal value during each of the multiple iterations of a routine;
Generating one or more new control signals of the multiple iterations, wherein the new control signals include a target value of the controlled device and a time to execute the target value; ,
Transmitting the new control signal over a communication link to the controlled device;
During one or more of the multiple iterations of the control routine, the controlled device is considered to have implemented the target value at the time at which the target value is to be implemented, and as the feedback variable, the controlled variable Determining the attribute of the device.
前記被制御デバイスが前記目標値を実施する前記時間に前記目標値を実施したものとみなして前記フィードバック変数として、前記被制御デバイスの前記属性を決定することは、前記プロセスコントローラコンピューティングデバイスで前記被制御デバイスから前記被制御デバイスの測定された属性値の指示を受信する前に、前記被制御デバイスが前記多数の繰り返しの少なくとも1つにおいて前記目標値を実施する前記時間に前記目標値を実施したものとみなし、前記フィードバック変数として、前記被制御デバイスの前記属性を決定することを含む、請求項55に記載の方法。   Determining the attribute of the controlled device as the feedback variable, assuming that the controlled device implements the target value at the time when the controlled device implements the target value, the process controller computing device Performing the target value at the time when the controlled device implements the target value in at least one of the multiple iterations before receiving an indication of the measured attribute value of the controlled device from the controlled device 56. The method of claim 55, comprising determining the attribute of the controlled device as the feedback variable. 前記制御ルーチンを実施することが、比例、積分、微分タイプの制御ルーチンを実施することを含む、請求項55〜56のいずれか一項に記載の方法。   57. The method according to any one of claims 55 to 56, wherein performing the control routine comprises performing a proportional, integral, derivative type control routine. 前記制御信号値に対するリセット寄与を決定するために、前記フィードバック変数を使用することを更に含む、請求項55〜57のいずれか一項に記載の方法。   58. A method according to any one of claims 55 to 57, further comprising using the feedback variable to determine a reset contribution to the control signal value. 通信リンクを通じて前記新しい制御信号を前記被制御デバイスに送信することが、無線通信リンクを介して、前記新しい制御信号を送信することを含む、請求項55〜58のいずれか一項に記載の方法。   59. A method according to any one of claims 55 to 58, wherein transmitting the new control signal over a communication link to the controlled device comprises transmitting the new control signal over a wireless communication link. . 新しい制御信号を発生させることが、オフセット時間として前記目標値を実施する前記時間を発生させることを含む、請求項55〜59のいずれか一項に記載の方法。   60. A method according to any one of claims 55 to 59, wherein generating a new control signal comprises generating the time to implement the target value as an offset time. 新しい制御信号を発生させることが、絶対時間として前記目標値を実施する前記時間を発生させることを含む、請求項55〜59のいずれか一項に記載の方法。   60. A method according to any one of claims 55 to 59, wherein generating a new control signal comprises generating the time to implement the target value as an absolute time.
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