DE10012258B4

DE10012258B4 - Selbst-Abstimmung in einer verteilten Prozeß-Regelumgebung

Info

Publication number: DE10012258B4
Application number: DE10012258A
Authority: DE
Inventors: Terrence L. Round Rock Blevins; Dennis L. Round Rock Stevenson; Wilhelm K. Round Rock Wojsznis
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2020-03-15
Also published as: GB2348021A; GB0005630D0; JP5174197B2; DE10012258A1; US6445962B1; JP2011103140A; GB2348021B; JP5133473B2; JP2000293202A

Abstract

Selbstabstimmeinrichtung für die Verwendung in einem Prozessregelsystem (10), mit ersten (43, 44, 46, 48, 50) und zweiten (26, 28, 30, 32, 34, 36) Vorrichtungen, die über ein Kommunikationsnetzwerk gekoppelt sind und wobei ein Steuerelement innerhalb der ersten Vorrichtung (44) gelegen ist, wobei die Selbstabstimmeinrichtung Folgendes aufweist:
ein erstes Abstimmelement (66), welches in der ersten Vorrichtung (44) gelegen ist und Folgendes enthält:
– einen Steuerelementregler (67), der dafür geeignet ist, kommunikativ an das Steuerelement der ersten Vorrichtung (44) gekoppelt zu werden und den Betrieb des Steuerelements während einer Abstimmprozedur zu steuern;
– eine Datensammeleinheit (68), welche die während der Abstimmprozedur erzeugten Daten sammelt;
– einen Prozesseigenschaftsrechner, der aus den gesammelten Daten eine Prozesseigenschaft berechnet, und
– einen Kommunikator (70), der die Prozesseigenschaftsinformationen, die die berechnete Prozesseigenschaft angeben, zu der zweiten Vorrichtung über das Kommunikationsnetzwerk überträgt;
ein zweites Abstimmelement (76), welches in der zweiten Vorrichtung gelegen...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Selbstabstimmeinheit für die Verwendung in einem Prozessregelsystem sowie ein entsprechendes Verfahren.
Prozesssteuer- oder Regelnetzwerke wie solche, die bei chemischen, Erdöl- oder anderen Prozessen verwendet werden, enthalten im Allgemeinen einen zentralen Prozessregler, der kommunikativ mit einer oder mit mehreren Feldvorrichtungen gekoppelt ist, die beispielsweise aus Ventilstellgliedern, Schaltern, Sensoren (wie beispielsweise Temperatur-, Druck- und Strömungsratensensoren) usw. bestehen können. Diese Feldvorrichtungen können physikalische Steuer- oder Regelfunktionen innerhalb des Prozesses durchführen (wie beispielsweise das Schließen oder Öffnen eines Ventils), können Maßnahmen innerhalb des Prozesses vornehmen, und zwar für die Verwendung bei der Steuerung oder Regelung des Betriebes des Prozesses oder können irgendeine andere gewünschte Funktion innerhalb des Prozesses ausführen. Die Prozessregler wurden in historischer Weise an Feldvorrichtungen über eine oder mehrere analoge Signalleitungen oder Busse angeschlossen, die beispielsweise 4–20 mA (Milleampere) Signale führen können, und zwar zu und von den Feldvorrichtungen. Allgemein gesagt, empfängt der Prozessregler Signale, die Messungen angeben, die von einer oder von mehreren Feldvorrichtungen vorgenommen wurden und/oder andere Informationen, welche den Feldvorrichtungen zugeordnet sind, und verwendet diese Informationen, um eine typische komplexe Steuer- oder Regelroutine zu implementieren, und erzeugt dann Steuersignale, die über die analogen Signalbusse zu den Feldvorrichtungen gesendet werden, um dadurch den Betrieb des Prozesses zu steuern oder zu regeln.
In den letzten Jahren ergab sich eine Bewegung innerhalb der Prozessregelindustrie, um feldgestützte digitale Kommunikationen innerhalb der Prozessregel- oder Steuerumgebung zu implementieren. Beispielsweise hat die Prozessregelindustrie eine Anzahl von Standard-, Offen-, digitalen oder kombinierten digitalen und analogen Kommunikationsprotokollen entwickelt, wie beispielsweise die HART^®, PROFIBUS^®, WORLDFIP^®, Device-Net^® und CAN-Protokolle. Diese digitalen Kommunikationsprotokolle ermöglichen es allgemein mehreren Feldvorrichtungen, an einen speziellen Bus angeschlossen zu werden, unterstützen stärker und schneller die Kommunikation zwischen den Feldvorrichtungen und dem Regler und/oder ermöglichen es den Feldvorrichtungen, mehr und unterschiedliche Typen von Informationen, wie beispielsweise Informationen, die den Status und die Konfiguration der Feldvorrichtungen selbst betreffen, zu dem Prozessregler zu senden. Darüber hinaus ermöglichen es diese Standard-Digital-Protokolle, dass die Feldvorrichtungen, die von unterschiedlichen Herstellern stammen, zusammen innerhalb des gleichen Prozessregelnetzwerks verwendet werden.
Es gibt nun auch eine Bewegung innerhalb der Prozessregelindustrie, um die Prozessregelung zu dezentralisieren und um dadurch die Prozessregler zu vereinfachen. Eine dezentralisierte Regelung oder Steuerung wird dadurch erhalten, indem in Feldern oder Bereichen montierte Prozesssteuervorrichtungen, wie beispielsweise Ventilstellglieder, Sender usw., eine oder mehrere Prozesssteuerfunktionen durchführen, und zwar unter Verwendung von demjenigen, was als Funktionsblöcke oder Steuerblöcke in typischer Weise bezeichnet wird und indem dann Daten über eine Busstruktur übertragen werden, um durch andere Prozesssteuervorrichtungen (oder Funktionsblöcke) bei der Ausführung anderer Steuerfunktionen verwendet zu werden. Um diese Steuerfunktionen zu implementieren, enthält jede Prozesssteuervorrichtung in typischer Weise einen Mikroprozessor mit der Fähigkeit, einen oder mehrere Funktionsblöcke zu implementieren als auch der Fähigkeit, mit anderen Prozesssteuervorrichtungen zu kommunizieren, unter Verwendung eines Standard- und offenen Kommunikationsprotokolls. Auf diese Weise lassen sich Feldvorrichtungen innerhalb eines Prozessregel- oder Steuernetzwerks miteinander verbinden, um miteinander zu kommunizieren und um eine oder mehrere Prozessregelfunktionen durchzuführen unter Bildung einer Regelschleife, ohne Intervention eines zentralisierten Prozessreglers. Das insgesamt digitale Zweidrahtbusprotokoll, welches durch die Fieldbus Foundation bekannt gemacht wurde, bekannt als FOUNDATION^® Fieldbus-(im Folgenden als "Fieldbus" bezeichnet)-Protokoll, stellt ein offenes Kommunikationsprotokoll dar, welches es den Vorrichtungen, die durch unterschiedliche Hersteller hergestellt wurden, ermöglicht, miteinander zusammenzuarbeiten und miteinander zu kommunizieren, und zwar über einen Standardbus, um eine dezentralisierte Steuerung oder Regelung innerhalb eines Prozesses zu bewirken.
Die Abstimmung von irgendeinem Steuerblock oder einer Regelschleife bei einem herkömmlichen System, welches die gesamte Prozessregelroutine enthält (z. B. all die Funktionsblöcke der Regelroutine) oder Teile derselben, die innerhalb einem oder mehreren zentralisierten Reglern gelegen sind, wird ziemlich einfach, da die gesamte Abstimmroutine auch in dem zentralisierten Regler gespeichert werden kann. Wenn eine Regelschleife solch einer zentralisierten Regelroutine abgestimmt werden soll, zwingt die getrennte Abstimmroutine innerhalb des zentralisierten Reglers den geeigneten Steuerblock oder Regelblock, wie beispielsweise einen Proportional-Integral-(PI)- oder Proportional-Integral-Differenzial-(PID)-Regelblock durch eine Abstimmprozedur, wie eine induzierte Oszillationsprozedur, vordefinierte Eigenschaften des Prozesses oder der Schleife zu bestimmen. Während dieser dynamischen Dateneinfangphase der Abstimmprozedur sammelt die Abstimmroutine Daten, die durch die Schleife erzeugt wurden, die an den zentralisierten Regler durch eine normale Operation übergeben werden, und bestimmt aus diesen Daten eine oder mehrere Prozesseigenschaften, wie beispielsweise die letzte Verstärkung, die Zeitkonstante usw. des Prozesses. Nachdem die gewünschten Prozesseigenschaften berechnet worden sind, wendet die Abstimmroutine einen Satz von Regeln oder anderen Algorithmen an, unter Verwendung der berechneten Prozesseigenschaften, um neue Abstimmparameter für den Regelblock oder die Regelschleife zu bestimmen. Dieser Schritt wird allgemein als Regelanwendungsphase der Abstimmprozedur bezeichnet. Danach übergibt die Abstimmroutine die neuen Abstimmparameter an den Regelblock (oder die Regelschleife) und die Abstimmprozedur wird vervollständigt. Da bei einem zentralisierten Prozessregelsystem alle die Steuer- oder Regelfunktionen innerhalb des Reglers gelegen sind und alle Daten, die zum Abstimmen erforderlich sind, für den Regler vorgesehen sind, und zwar während des normalen Betriebes des Prozesses, hat die Abstimmroutine direkten Zugriff auf die Regelblöcke und auf die Daten, die zur Durchführung der Abstimmroutine erforderlich sind.
In Verbindung mit dezentralisierten Kommunikationsprotokollen, bei denen die Steuer- oder Regelblöcke oder Regelelemente, wie beispielsweise die PI-, PID-, die Fuzzy-Logik-Regelblöcke usw., in einer verteilten Weise über ein Prozessregelnetzwerk hinweg gelegen sind, ist es schwierig, die Regelblöcke abzustimmen (oder die Regelschleifen, innerhalb welchen diese Blöcke arbeiten), da die Regelblöcke von dem zentralisierten Regler (oder anderen Vorrichtungen) abliegen, in welchen die Abstimmroutine in typischer Weise gespeichert ist. Bei einem bekannten herkömmlichen System, welches dazu verwendet wird, um die Abstimmung in einer verteilten Prozessregelumgebung zu implementieren, bleibt die gesamte Abstimmprozedur innerhalb des zentralen Prozessreglers. Dieses System kann jedoch keine schnelle Abstimmung durchführen, da es über ein Busnetzwerk, welches andere Kommunikationen mit dem Prozess vorsieht, kommunizieren muss, um die Daten zu empfangen, die während der Abstimmroutine entwickelt werden, und es ist unglücklicherweise die Menge an Daten (oder die Geschwindigkeit, mit der die Abstimmroutine diese Daten empfangen kann) durch Einschränkungen des Busdurchsatzes eingeschränkt. Da ferner die Buskommunikationen durch einen getrennten Busregler geregelt oder gesteuert werden und nicht durch die Abstimmroutine, kann die Abstimmroutine nicht strikt die exakten Zeiten oder Zeitpunkte steuern, zu welchen die Abstimmsteuersignale an den Regelblock übergeben werden, um unterschiedliche Segmente der Abstimmprozedur zu starten, zu stoppen und zu implementieren. Dies bedeutet seinerseits wiederum, dass die Abstimmsteuerroutine keine strikte Steuerung über die Zeitlage bzw. Zeitsteuerung der Abstimmprozedur durchführt, was zu ungenauen Ergebnissen führen kann.
Bei einem anderen bekannten herkömmlichen System, welches eine Abstimmung innerhalb einer verteilten Prozessregelumgebung vorsieht, wird die gesamte Abstimmroutine innerhalb der gleichen Vorrichtung platziert wie der Regelblock, der abgestimmt werden soll (wie beispielsweise dem PID-Funktionsblock) und wird in der Tat in die Funktionalität des Regelblocks mit einbezogen. Während dieses System dazu befähigt ist, die Zeitlage oder Zeitsteuerung der Abstimmprozedur präzise zu steuern und auch Daten in irgendeiner gewünschten Rate zu sammeln (da die Abstimmroutine nicht mit dem Regelblock über einen Bus kommunizieren muss), muss die Abstimmroutine zusammen und zur gleichen Zeit wie der Regelblock kompiliert werden, was die Organisation (overhead) erhöht (z. B. die Zeitsteuerungs-, Verarbeitungs- , Speicheranforderungen usw.), die mit der Verwendung des Regelblocks während des normalen Betriebes des Prozesses einhergehen, obwohl die Funktionalität der Auto-Abstimmroutine relativ nicht sehr häufig während des normalen Betriebes der Regelschleife verwendet wird. Ferner muss eine komplette Selbstabstimmroutine innerhalb jeder unterschiedlichen Vorrichtung platziert werden, in welcher ein Regelblock oder Steuerblock gelegen ist, um eine automatische Abstimmung von jedem Steuer- oder Regelblock zu ermöglichen, was zu einer nicht benötigten Redundanz beiträgt und auch die Kosten des Prozessregelsystems erhöht.
Die WO 98/148 48 A1 und die CA 2 492 656 A1 beschreiben ein verteiltes Prozessregelsystem, umfassend mindestens eine Steuereinheit und mehrere Feldgeräte, wobei die Steuereinheit sowie die Feldgeräte untereinander über einen digitalen Bus verbunden sind. Die Steuereinheit führt Prozessdiagnostiktests zum Sammeln von Daten über die Feldgeräte aus. Die gesammelten Daten werden über das Netzwerk an einen Hostcomputer zur Verarbeitung weiter geleitet.
Die WO 98/14851 A1 zeigt ein System zum Debuggen und Einstellen eines Prozesssteuernetzwerks. Bei dem Prozesssteuernetzwerk handelt es sich um ein verteiltes Netzwerk, das mehrere Feldgeräte sowie Steuereinheiten untereinander verbindet. Die Feldgeräte der besagten Druckschrift enthalten eine Programmroutine, die dazu ausgelegt ist, Parameter der Feldgeräte in Echtzeit zu speichern. Auf diese Weise wird eine Historie generiert, die zum Einstellen und Anpassen des Prozesssteuernetzwerks geeignet ist. Die Parameter oder die Historie werden gemäß der Druckschrift über das Prozessnetzwerk übertragen. Mitunter können die auf den Feldgeräten ausgeführten Prozessroutinen Markierungen (Haltepunkte) enthalten, die einen Programmstopp verursachen. Zum Zeitpunkt des Programmstopps wird der Status des entsprechenden Feldgeräts sowie möglicherweise relevante Parameter erfasst, die ebenfalls über das Netzwerk an eine Steuereinheit versandt werden können. Durch dieses Vorgehen ist es dem System möglich, einen schrittweisen Debug-Durchlauf vorzunehmen, bei dem entsprechende Programmroutinen über diverse örtlich voneinander getrennte Geräte verteilt sind. Eine Einstellung eines Feldgeräts gemäß den Parametern eines anderen Feldgeräts findet nicht statt.
Ausgehend von diesen Druckschriften ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Selbstabstimmeinrichtung für die Verwendung in einem Prozessregelsystem anzubieten, das eine verbesserte Einstellung von entsprechenden Feldgeräten ermöglicht. Ein entsprechendes Verfahren soll ebenfalls bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Selbstabstimmeinrichtung gemäß dem Anspruch 1 sowie 16 und durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 22 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Selbstabstimmeinrichtung zur Verwendung beim Abstimmen eines Steuer- oder Regelelements (wie beispielsweise eines Regelblocks) in einem Prozessregelnetzwerk mit verteilten Steuer- oder Regelfunktionen gelöst, die ein erstes Abstimmelement, welches innerhalb einem Regler oder einer Feldvorrichtung gelegen ist, in der das Steuerelement arbeitet, und ein zweites Abstimmelement enthält, welches in einer verschiedenen oder unterschiedlichen Vorrichtung gelegen ist, wie beispielsweise einer Operator-Workstation, einem Personalcomputer oder einem zentralisierten Regler, der an den Regler oder die Feldvorrichtung angeschlossen ist, in welcher das erste Abstimmelement gelegen ist, wobei das zweite Abstimmelement mit dem ersten Abstimmelement über einen Bus oder ein anderes Kommunikationsnetzwerk kommuniziert. Das erste Abstimmelement steuert den Betrieb des Regelblockes während der dynamischen Dateneinfangphase einer Selbstabstimmprozedur, sammelt Daten während dieser Phase von der Selbstabstimmprozedur und berechnet in bevorzugter Weise einen oder mehrere Prozess-(das heißt Regel-)Eigenschaften aus den gesammelten Daten. Das erste Abstimmelement sendet die berechneten Prozesseigenschaften (oder die gesammelten Daten) über das Kommunikationsnetzwerk zu dem zweiten Abstimmelement der Selbstabstimmeinrichtung. Das zweite Abstimmelement verwendet einen oder mehrere gespeicherte Sätze von Regeln (wie beispielsweise einen Fuzzy-Logikregelsatz, eine Neuronennetzwerkkonfiguration oder Regelsatz oder irgendeinen anderen Satz von Algorithmen), um neue Abstimmparameter für das Steuer- oder Regelelement zu bestimmen, basierend auf den Prozesseigenschaften, die durch das erste Abstimmelement entwickelt wurden. Das zweite Abstimmelement kann dann die neuen Abstimmparameter über das Kommunikationsnetzwerk zu dem Steuer- oder Regelelement senden, um das Steuer- oder Regelelement oder die Regelschleife, in der das Steuerelement gelegen ist, erneut abzustimmen.
Eine Ausführungsform einer Selbstabstimmeinrichtung, die hier beschrieben wird, hat die Fähigkeit, die Zeitsteuerung der Abstimmprozedur in einer präzisen Weise zu steuern und so viele Daten als erforderlich ist, einzufangen, um die gewünschten Prozesseigenschaften zu bestimmen, da die Steuer- oder Regel- und die Dateneinfangfunktionen innerhalb der gleichen Vorrichtung wie das Steuerelement selbst durchgeführt werden und als ein Ergebnis kein Bedarf dafür besteht, mit dem Steuerelement über einen Bus zu kommunizieren, und zwar während der dynamischen Dateneinfangphase der Abstimmprozedur. Jedoch führt diese Selbstabstimmeinrichtung nicht notwendigerweise zu einer Organisation (overhead) innerhalb des Steuerelements, da die Abstimmparameterberechnungen in einer anderen Vorrichtung ausgeführt werden, die von dem Steuer- oder Regelelement entfernt liegt und als Ergebnis braucht das Steuerelement nicht kompiliert zu werden, um diese Funktionen einzubauen. Ferner kann eine einzelne Abstimmparameter-Berechnungsroutine dazu verwendet werden, um die Abstimmparameter unterschiedlicher Typen und unterschiedlicher Steuerelemente innerhalb des Netzwerks zu berechnen, da diese Routine unterschiedliche Sätze von Regeln für jeden unterschiedlichen Typ der Steuer- oder Regelelemente, die abgestimmt werden, speichern und verwenden kann. Darüber hinaus kann der gleiche Selbstabstimmfunktionsblock oder Funktionalität innerhalb jeder der Vorrichtungen platziert werden, die ein Steuerelement besitzen, da die Prozesseigenschaften, die den unterschiedlichen Regelschleifen zugeordnet sind, in der gleichen Weise bestimmt werden können, selbst dann, wenn diese Regelschleifen unterschiedliche Typen von Regel- oder Steuerblöcken verwenden, inklusive beispielsweise PI-, PID- und Fuzzy-Logik-Steuerblöcken. Diese Vorteile machen die Selbstabstimmeinrichtung vielseitiger und beseitigen den Bedarf dafür, komplette getrennte Selbstabstimmeinrichtungen in jeder Vorrichtung zu platzieren, die ein Steuerelement enthalten. Darüber hinaus kann diese Selbstabstimmeinrichtung in einfacher Weise in irgendeinen Teil oder Abschnitt eines Prozessregelnetzwerks als eine zusätzliche Fähigkeit implementiert werden.
1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Prozessregelnetzwerks mit verteilten Regelelementen, die eine Selbstabstimmeinrichtung verwenden;
2 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Selbstabstimmeinrichtung, die in einer Regelschleife innerhalb einer verteilten Prozessregelumgebung verwendet wird;
3 ist ein schematisches Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Selbstabstimmeinrichtung, die in einer Regelschleife innerhalb einer Prozessregelumgebung verwendet wird, die sowohl verteilte als auch zentralisierte Steuer- oder Regelelemente enthält;
4 ist ein schematisches Blockschaltbild einer noch weiteren Ausführungsform einer Selbstabstimmeinrichtung, die in einer Regelschleife innerhalb einer Prozessregelumgebung verwendet wird, die zentralisierte Steuer- oder Regelelemente enthält; und
5 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Selbst-Abstimmfunktionsblockes, der als ein Modifizier-Funktionsblock innerhalb einer Prozessregelumgebung implementiert ist.
Gemäß 1 ist ein Prozessregelnetzwerk 10 in Blockdiagrammform veranschaulicht. Das Prozessregelnetzwerk 10 enthält einen oder mehrere zentralisierte Prozessregler 12 (wobei lediglich einer von diesen in 1 gezeigt ist), der die Fähigkeit besitzt, eine Prozessregelroutine zu implementieren, die darin gespeichert ist und/oder die Fähigkeit hat, mit Steuerelementen, wie beispielsweise Funktionsblöcken, zu kommunizieren, die innerhalb von Feldvorrichtungen gelegen sind, die über das Prozessregelnetzwerk 10 hinweg verteilt sind. Der Regler 12 kann, um lediglich ein Beispiel zu nennen, ein DeltaV^®-Regler sein, der von Fisher-Rosemount Systems vertrieben wird und der an zahlreiche Workstations, wie beispielsweise an Personalcomputer (PCs) 14 über ein Hub 16 und über Ethernet-Anschlüsse 18 angeschlossen sein kann. Bei dieser Konfiguration können die PCs 14 durch einen oder durch mehrere Operatoren oder Anwender verwendet werden, um mit dem Prozessregler 12 oder den Feldvorrichtungen zu kommunizieren, um dadurch Informationen zu erhalten, welche die Elemente des Prozessregelnetzwerks 10 betreffen, um den Status der Elemente innerhalb des Prozessregelnetzwerks 10 zu überblicken oder zu ändern, um Informationen in Bezug auf die einzelnen Feldvorrichtungen innerhalb des Prozessregelnetzwerks 10 usw. zu erhalten. Wenn der Regler 12 ein DeltaV-Regler ist, kann er eine grafische Teildarstellung der Prozessregelroutine innerhalb des Reglers 12 für den Anwender über einen der PCs 14 vorsehen, unter Darstellung der Funktionsblöcke oder anderer Steuerelemente innerhalb der Prozesssteuer- oder Regelroutine und über die Art, in welcher diese Funktionsblöcke miteinander verkettet sind, um die Regelung des Prozesses zu erzeugen. Ferner kann, wenn dies gewünscht wird, der Anwender oder Operator befähigt sein, um die Abstimmung von einem oder von mehreren der Funktionsblöcke oder der Regelschleife von einem der PCs 14 aus zu initialisieren.
Wie in 1 veranschaulicht ist, ist der zentralisierte Regler 12 mit zahlreichen Feldvorrichtungen verbunden, die über einen Prozess hinweg gelegen sind (allgemein durch das Bezugszeichen 19 angegeben). Der zentralisierte Regler 12 kann über irgendwelche Standardtypen von I/O-Karten 20 und 22 mit den typischen Feldvorrichtungen 26, 28, 30, 32, 34 und 36 kommunizieren, die einer zentralen Steuerung von dem Regler 12 unterworfen sind. Die I/O-Karte 20 kann beispielsweise eine analoge I/O-Karte sein, welche den Regler 12 mit analogen Feldvorrichtungen 26 und 28 verbindet, die über 4 bis 20 mA Busse 38 kommunizieren. In ähnlicher Weise kann die I/O-Karte 22 eine digitale oder eine kombinierte digitale und analoge I/O-Karte sein, die mit digitalen oder gemischten digitalen und analogen Feldvorrichtungen kommuniziert, unter Verwendung von beispielsweise einem 4 bis 20 mA analogen Format oder irgendeinem anderen gewünschten Format. Natürlich können die Feldvorrichtungen 26, 28, 30, 32, 34 und 36 aus irgendwelchen Typen von Feldvorrichtungen bestehen, inklusive Sender, Sensoren, Ventilstellgliedern, Ventilreglern usw. Wie dies anhand des beispielhaften Prozessregelnetzwerks 10, welches in 1 veranschaulicht ist, verstanden werden kann, sind die Feldvorrichtungen 26–36 Abschnitten des Prozesses 19 zugeordnet, die einer zentralisierten Steuerung oder Regelung durch eine Steuer- oder Regelroutine unterworfen sind, die innerhalb des Reglers 12 abgespeichert ist.
Der Regler 12 ist auch kommunikativ mit einer Interfacekarte 40 verbunden, die ihrerseits mit (oder Teil ist von) einem Prozessregelnetzwerk verbunden ist, in welchem die Prozessregelung in einer verteilten Weise durchgeführt wird. Bei dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel enthält der dezentralisierte Prozessregelabschnitt des Prozesses 19 die Interfacekarte 40, einen Bus 42 und zahlreiche Feldvorrichtungen 43, 44, 46, 48 und 50, die an den Bus 42 angeschlossen sind. Die Vorrichtung 43 kann, um ein Beispiel zu nennen, aus einem Sender bestehen, der einige Prozessvariable misst, während die Vorrichtung 44 ein Stellglied/Ventilvorrichtung sein kann, die den Fluss eines Strömungsmittels innerhalb des Prozesses steuert oder regelt. Das verteilte Prozessregelnetzwerk von 1 kann beispielsweise ein Fieldbus-Netzwerk sein, welches das Fieldbus-Kommunikationsprotokoll verwendet, und die Interfacekarte 40 kann ein aktiver Verbindungsabwickler sein, der dem Fieldbus-Kommunikationsprotokoll zugeordnet ist.
Die zentralisierte Prozessregelroutine, die innerhalb von dem Regler 12 gelegen ist, empfängt Eingangsgrößen von den Feldvorrichtungen 26–36 und möglicherweise von 43–50, führt Berechnungen und andere Aktivitäten durch, die mit der Steuer- oder Regelroutine verbunden sind, und sendet dann Befehle zu den Feldvorrichtungen über die I/O-Karten 20 und 22 und die Interfacekarte 40, um irgendeine gewünschte Steuerung oder Regelung des Prozesses 19 zu implementieren. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der dezentralisierte Prozessregelabschnitt des Prozessregelnetzwerks 10 (das heißt dasjenige, das dem Bus 42 in 1 zugeordnet ist), seine eigene Prozessregelroutine implementieren kann, und zwar in einer dezentralisierten Weise in Verbindung mit (oder anstelle von) der Regelung, die durch den Regler 12 ausgeführt wird. Obwohl somit der Regler 12 mit den Vorrichtungen 43–50 gekoppelt sein kann und in Bezug auf diese Vorrichtungen eine gewisse Steuerung oder Regelung ausführen kann, die an den Bus 42 angeschlossen sind, können diese Vorrichtungen auch Steuerfunktionen oder Funktionsblöcke implementiert enthalten, die nicht der Steuerung oder Regelung zugeordnet sind, die durch den Regler 12 ausgeführt wird, sondern die stattdessen über die Vorrichtungen verteilt sind, die an den Bus 42 angeschlossen sind. In jedem Fall kann die Selbstabstimmeinrichtung der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, irgendwelche Steuer- oder Regelelemente (beispielsweise einen Funktionsblock) abzustimmen, die in irgendeiner der Feldvorrichtungen 26–36 und 43–50 oder dem Regler 12 von 1 gelegen sind.
Während bei der bevorzugten Ausführungsform der dezentralisierte Abschnitt des Prozessregelnetzwerks 10 das Fieldbus-Kommunikations- und Steuer- oder Regelprotokoll verwendet, könnte diese irgendein anderes bekanntes oder gewünschtes Protokoll ebenso verwenden, inklusive den Protokollen, die in der Zukunft entwickelt werden. Allgemein gesagt, ist das Fieldbus-Protokoll ein insgesamt digitales, serielles Zweiwegekommunikationsprotokoll, welches eine standardisierte physikalische Kopplung (Interface) zu einer Zweidrahtschleife oder einem Bus vorsieht, der "Feld"-Ausrüstungen, wie beispielsweise Sensoren, Betätigungsvorrichtungen, Vorrichtungsregler, Ventile usw. miteinander verbindet, die in einer Instrumentierung oder der Prozessregelumgebung von beispielsweise einer Fabrik oder einer Anlage gelegen sind. Das Fieldbus-Protokoll schafft im Endeffekt ein örtliches Bereichsnetzwerk für Feldinstrumente (Feldvorrichtungen) innerhalb eines Prozesses, welches diese Feldvorrichtungen dazu befähigt, Steuer- oder Regelfunktionen an Stellen durchzuführen, die über eine Prozessausrüstung verteilt sind, und um untereinander zu kommunizieren, und zwar vor und nach der Ausführung dieser Steuer- oder Regelfunktionen, um eine Gesamtregelstrategie zu implementieren. Da das Fieldbus-Protokoll Regelfunktionen ermöglicht, über ein Prozessregelnetzwerk verteilt zu sein, reduziert es die Arbeitslast des zentralisierten Prozessreglers 12 oder beseitigt auch den Bedarf nach einem zentralisierten Prozess 12 für solche Feldvorrichtungen oder Bereiche des Prozesses.
Es lässt sich erkennen, dass obwohl das Fieldbus-Protokoll ein relativ neues, insgesamt digitales Kommunikationsprotokoll ist, welches für die Verwendung in Prozessregelnetzwerken entwickelt wurde, dieses Protokoll auf dem Gebiet bekannt ist und in zahlreichen Artikeln, Broschüren und veröffentlichten Druckschriften in Einzelheiten beschrieben ist, die unter anderem von der Fieldbus Foundation veröffentlicht, verteilt und verfügbar sind, einer nicht auf Profit ausgerichteten Organisation, die ihren Stammsitz in Austin, Texas, hat. Als Folge werden Einzelheiten des Fieldbus-Kommunikationsprotokolls hier nicht in Einzelheiten beschrieben.
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild von miteinander verbundenen Funktionsblöcken, die eine Regelschleife ausmachen, die innerhalb beispielsweise eines Fieldbus-Netzwerks implementiert sein können oder auch irgendeiner anderen verteilten Regelumgebung, in der die Funktionsblöcke innerhalb einer Regelschleife in unterschiedlichen Vorrichtungen gelegen sind, die durch ein Kommunikationsnetzwerk, wie beispielsweise einen Bus, miteinander verbunden sind. Die in 2 veranschaulichte Regelschleife enthält einen analogen Eingangs-(AI)-Funktionsblock 60 (der beispielsweise in dem Sender 43 von 1 gelegen sein kann), einen PID-Funktionsblock 62 und einen analogen Ausgangs-(AO)-Funktionsblock 64. Für die als Beispiel gewählte Schleife von 2 sind der PID-Funktionsblock 62 und der AO-Funktionsblock 64 in dem Stellglied/Ventil 44 von 1 gelegen. Die Kommunikationsverbindungen zwischen den Funktionsblöcken 60, 62 und 64 sind in 2 durch Linien veranschaulicht, welche an den Prozess und die Steuereingänge und -ausgänge dieser Funktionsblöcke angeheftet sind. Somit wird die Ausgangsgröße des AI-Funktionsblockes 60, die eine variable Prozessmessung oder ein Prozessparametersignal sein kann, kommunikativ über den Feldbusdraht 42 an den Eingang des PID-Funktionsblockes 62 gekoppelt, der seinerseits einen Ausgang besitzt mit einem Steuersignal, welches kommunikativ an einen Eingang des AO-Funktionsblockes 64 gekoppelt wird. Eine Ausgangsgröße des AO-Funktionsblockes 64, die ein Rückkopplungssignal aufweisen kann, welches beispielsweise die Position des Ventils 44 anzeigt, ist mit einem Steuereingang des PID-Funktionsblockes 62 verbunden. Der PID-Funktionsblock 62 verwendet dieses Rückkopplungssignal zusammen mit dem Prozessmesswertsignal aus dem AI-Funktionsblock 60 (möglicherweise andere Signale oder Einstellpunkte), um irgendeine gewünschte Steuerung oder Regelung des AO-Funktionsblockes 64 auszuführen, um dadurch die Prozessvariable zu steuern oder zu regeln, die durch den AI-Funktionsblock 60 gemessen wurde. Wie durch die Linien in dem Regelschleifendiagramm von 2 angezeigten Verbindungen können intern ausgeführt sein, und zwar innerhalb einer Feldvorrichtung, wenn, wie im Falle des AO-Funktionsblockes 64 und des PID-Funktionsblockes 62, die Funktionsblöcke innerhalb der gleichen Feldvorrichtung vorhanden sind.
Eine Selbstabstimmeinrichtung zur Verwendung beim Abstimmen des Steuerelements 62 enthält einen Selbst-Abstimmfunktionsblock 66, der innerhalb des Stellgliedes/Ventils 44 gelegen ist. Der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 ist kommunikativ mit dem PID-Funktionsblock gekoppelt und steuert diesen, und zwar während der Operation der dynamischen Dateneinfangphase einer Abstimmprozedur, indem dieser Signale zu dem Eingang desselben sendet, einen Ausgang ändert usw. Speziell treibt während der dynamischen Dateneinfangphase der Abstimmprozedur ein Steuerelementregler 67 (der beispielsweise ein Signalgenerator sein kann, der entweder in der Hardware oder Software implementiert ist), die Regelschleife mit den Funktionsblöcken 60, 62 und 64 in eine gesteuerte induzierte Oszillationsprozedur, (oder treibt die Regelschleife, um irgendeine andere gewünschte Abstimmprozedur zu implementieren). Eine Datensammeleinheit 68 sammelt Daten, die durch den PID-Funktionsblock 62 erzeugt oder an diesen abgegeben werden (oder an irgendeinen anderen Abschnitt der Schleife), und zwar während dieser Prozedur, und speichert in bevorzugter Weise diese Daten in einem Speicher der Vorrichtung 44. Eine die Prozesseigenschaften bestimmende Einheit 69 kann dann irgendwelche gewünschten Prozesseigenschaften bestimmen, die aus irgendwelchen Prozess-, Schleifen- oder Vorrichtungseigenschaften bestehen können, und zwar aus den gesammelten Daten unter Verwendung irgendeiner bekannten oder gewünschten Prozedur. Danach liefert eine Kommunikationseinheit 70 die berechneten Prozesseigenschaften (oder die Daten, die zum Bestimmen solcher Eigenschaften erforderlich sind) zu einem Abstimmregler 71, der in bevorzugter Weise in einer der Operator-Workstations oder PCs 14 gelegen ist, jedoch auch in dem zentralisierten Regler 12 usw. gelegen sein kann, abgelegen von der Vorrichtung 44, in welcher der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 gelegen ist.
Während der Abstimmprozedur zwingt der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 die Prozessschleife dazu, bestimmte Änderungen zu erfahren und erfasst verschiedene Größen oder Signale, die in der Prozessregelschleife existieren, um einen oder mehrere Prozesseigenschaften des Prozesses oder der Regelschleife zu bestimmen. Diese Prozesseigenschaften (oder die während der Abstimmprozedur eingefangenen Daten) werden an einen Abstimmregler 71 übergeben, der in einer anderen oder unterschiedlichen Vorrichtung gelegen ist, für die Verwendung in einer Anwender-Interface-Unterstützung und zum Entwickeln von einem oder von mehreren Sätzen von Steuer- oder Abstimmparametern. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung des PID-Funktionsblockes 62 lediglich als Beispiel angegeben ist und dass der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 mit irgendeinem anderen Typ eines Funktionsblockes in irgendeiner anderen Regelschleife verwendet werden kann. Ferner kann der Abstimmregler 71 in irgendeiner anderen Vorrichtung gelegen sein, inklusive beispielsweise einer Anwender- oder Operator-Interface-Vorrichtung (wie beispielsweise irgendeiner Workstation), irgendeinem Controller oder selbst in einer anderen Feldvorrichtung.
Es sei darauf hingewiesen, dass die einzelnen Elemente des Selbst-Abstimmfunktionsblockes 66 in irgendeiner gewünschten Weise implementiert sein können. Beispielsweise ist jedes dieser Elemente bei der bevorzugten Ausführungsform in dem Softwarelauf an den Prozessor implementiert, welcher der Vorrichtung zugeordnet ist, in welcher der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 gespeichert ist. In diesem Fall kann der Steuerelementregler 67 aus einer Folge von Instruktionen oder Befehlen bestehen, die beim Kommunizieren mit und beim Steuern der Eingangsgrößen zu und den Ausgangsgrößen von dem PID-Funktionsblock 62 oder einem anderen zustimmenden Funktionsblock verwendet werden. In ähnlicher Weise kann die Datensammeleinheit 68 bestimmte gewünschte Signale überwachen, die beispielsweise dem PID-Funktionsblock 62 zugeordnet sind, und kann Daten, welche diese Signale angeben, in einem Speicher der Vorrichtung 44 speichern. Die die Prozesseigenschaft bestimmende Einheit 69 kann in der Software implementiert sein, um einen oder mehrere Prozesseigenschaften zu berechnen oder in anderer Weise zu bestimmen, und zwar aus den gespeicherten oder gesammelten Daten, und die Kommunikationseinheit 70 kann mit dem Abstimmregler 71 kommunizieren, unter Verwendung des Kommunikationsprotokolls oder des Aufbaus der Vorrichtung 44. Beispielsweise kann in einer Fieldbus-Vorrichtung die Kommunikationseinheit 70 bewirken, dass das Kommunikationssystem, welches bereits in der Vorrichtung 44 vorgesehen ist, die Prozesseigenschaften über den Fieldbus-Bus 42 zu dem Abstimmregler 71 überträgt. In der Fieldbus-Umgebung können die einzelnen Einheiten 67, 68, 69 und 70 als ein alleine dastehender Fieldbus-Funktionsblock zusammengepackt sein oder können innerhalb des PID-Funktionsblockes 62 vorgesehen sein. Alternativ können irgendwelche oder alle der Einheiten 67, 68, 69 und/oder 70 in der Software, der Hardware oder der Firmware implementiert sein, und zwar in irgendeiner anderen Prozessregel- oder Steuerumgebung.
Der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 und spezieller der Steuerelementregler 67 können irgendeine gewünschte Abstimmprozedur verwenden, wie beispielsweise eine Technik gemäß einer offenen Schleife oder einer geschlossenen Schleife, und zwar während der Abstimmprozedur. In ähnlicher Weise kann der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 irgendwelche gewünschten Variablen messen, inklusive beispielsweise der Ausgangsgröße des AO-Funktionsblockes 64, dem Einstellpunkt des PID-Funktionsblockes 62, dem Ausgang des AI-Funktionsblockes 60 usw., um den gewünschten Prozess oder die Schleifeneigenschaften zu bestimmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 so konfiguriert, um eine gesteuert induzierte Oszillationsprozedur zu verwenden, um die gewünschten Prozesseigenschaften zu bestimmen. In solch einer Konfiguration liegt der Steuerelementregler 67 des Selbst-Abstimmfunktionsblockes 66 an einen Steuereingang des PID-Funktionsblockes 62 ein Rechteckwellensignal mit einem auswählbaren Spitze-zu-Spitze-Wert von 2d an, der um den Wert des Steuersignals zentriert ist, welches an den PID-Funktionsblock 62 geliefert wird, bevor die induzierte Oszillation initiiert worden ist. In Antwort auf solch ein Rechteckwellensignal erfährt die Regelschleife von 2 eine induzierte Oszillation und die Ausgangsgröße des AI-Funktionsblockes 60 (das heißt die Prozessvariable) oszilliert mit einer Spitze-zu-Spitze-Amplitude 2a und einer Periode von T_u. Aus der Amplitude a der Prozessvariablen und aus der Amplitude des Rechteckwellensignals kann die letztendliche Verstärkung K_u des Prozesses gemäß der folgenden Formel abgeleitet werden: Ku =4dπa (1)und es kann die letztendliche Periode T_u des Prozesses so berechnet werden, dass sie gleich ist der Prozessvariablen. Der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 kann natürlich andere Daten messen und kann andere gewünschte Prozesseigenschaften bestimmen, inklusive beispielsweise der Zeitverzögerung T_d und der dominanten Zeitkonstanten des Prozesses.
Nach der Berechnung solcher Prozesseigenschaften liefert der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 diese Eigenschaften zu dem Abstimmregler 71, der aus den Größen K_u und T_u einen vorläufigen Satz von Steuer- oder Abstimmparametern bestimmt, die beispielsweise die proportionale Verstärkung Kp, die integrale Zeitkonstante T_i und die Ableitungszeitkonstante T_d des PID-Steuerfunktionsblockes 62 enthalten. Wenn es jedoch gewünscht wird, kann der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 die erforderlichen Daten einfangen, diese Daten speichern und die gespeicherten Daten dem Abstimmregler 71 über einen Bus in einer nicht realen Zeit liefern, in welchem Fall der Abstimmregler 71 die gewünschten Prozess- oder Schleifeneigenschaften in irgendeiner gewünschten Weise berechnen kann.
Der obigen Erläuterung nicht widersprechend, sei darauf hingewiesen, dass der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 in irgendeiner gewünschten dynamischen Dateneinfangroutine implementiert sein kann, inklusive irgendwelchen nummerischen Routinen, die für Regelschleifen bekannt sind, welche PI-, PID-, Fuzzy-Logik- oder andere Typen von Steuerelementen darin besitzen. Beispielsweise kann der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 eine gesteuert induzierte Oszillationsprozedur implementieren, wie beispielsweise eine Hägglund-Åström-Relais-Abstimmprozedur, wie sie in der US 6,445,992 beschrieben ist, dessen Offenbarungsgehalt hier ausdrücklich unter Bezugnahme darauf mit einbezogen wird. Bei dem Abstimmverfahren gemäß dem Relais-Typ bringt der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 die Prozessschleife (bestehend aus den Funktionsblöcken 60, 62 und 64) in eine Eigenoszillation unter Verwendung von beispielsweise einer nicht linearen Rückkopplungsfunktion, und misst das Ansprechen der Prozessschleife auf bestimmte gewünschte Prozesseigenschaften, wie beispielsweise die letztendliche Verstärkung und die letztendliche Periode.
Alternativ kann der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 die Konstruktion von irgendeinem der Tuner mit eingebaut enthalten, die in der US 6,330,484 beschrieben ist, mit dem Titel "Verfahren und -Vorrichtung für eine Fuzzy-Logiksteuerung mit automatischer Abstimmung", eingereicht am 11. August 1993, deren Offenbarungsgehalt hier ausdrücklich unter Bezugnahme darauf mit einbezogen wird. Beispielsweise kann der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 (insbesondere die Prozesseigenschafts-Recheneinrichtung 69) eine Modellanpassungsabstimmprozedur durchführen, in welcher eine Signaturanalyse an einer Prozessvariablen durchgeführt wird, um aus einer Vielzahl von gespeicherten mathematischen Modellen das Modell auszuwählen, welches am genauesten den Prozess oder die Schleife charakterisiert.
Die Prozesseigenschaften der Prozessschleife werden dann aus dem ausgewählten Modell bestimmt.
Darüber hinaus kann der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 die Prozesseigenschaften der Schleife unter Verwendung eines Mustererkennungsverfahrens der Prozesscharakterisierung bestimmen, wie diese in der US 4,602,326 offenbart ist, dessen Offenbarungsgehalt hier ausdrücklich unter Bezugnahme darauf mit einbezogen wird. Bei dem Mustererkennungsverfahren der Abstimmung werden die Eigenschaften des Prozesses oder der Schleife dadurch bestimmt, indem eine Prozessvariable beobachtet wird, wenn diese auf einen Prozessstörungszustand anspricht. Das Muster der Prozessvariablen, die als ein Ergebnis des Prozessstörungszustandes erzeugt wird, wird dann analysiert, um die gewünschten Eigenschaften des Prozesses oder der Schleife zu bestimmen.
Darüber hinaus kann der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 irgendein Signalinjektionsverfahren verwenden, um die Eigenschaften eines Prozesses (z. B. einer Schleife) zu bestimmen, wie dies beispielsweise in der US 5,283,729 und der US 5,453,925 offenbart ist, welche den Titel trägt "System und Verfahren zum automatischen Abstimmen eines Prozessreglers", eingereicht am 28. Mai 1993, wobei der Offenbarungsgehalt von jeder ausdrücklich hier unter Bezugnahme darauf mit einbezogen wird. Es kann jedoch irgendeine andere Abstimmprozedur in gewünschter Weise verwendet werden und der Selbst-Abstimmregler 66 ist nicht darauf beschränkt, mit den spezifischen Abstimmprozeduren, die beschrieben wurden oder hier angesprochen wurden, verwendet zu werden.
In ähnlicher Weise kann der Abstimmregler 71 irgendein gewünschtes Verfahren zum Bestimmen der Abstimmparameter aus den Prozess- oder Schleifeneigenschaften (oder Ursprungsdaten) verwenden, die durch den automatischen Abstimmfunktionsblock 66 berechnet oder gesammelt wurden. Beispielsweise kann der Abstimmregler 71 irgendwelche Abstimmparameter-Berechnungsverfahren verwenden, die in US 5,748,467 beschrieben oder angesprochen sind, dessen Offenbarungsgehalt hier ausdrücklich unter Bezugnahme darauf mit einbezogen wird, inklusive beispielsweise einem internen Modellsteuer-(IMC)-Abstimmen, Cohen- und Coon-Abstimmen, dem Ziegler-Nichols-Abstimmen oder dem modifizierten Ziegler-Nichols-Abstimmen, um nur einige zu nennen.
Im Allgemeinen speichert der Abstimmregler 71 einen oder mehrere Sätze von Regeln (z. B. einen Fuzzy-Logikregelsatz, einen Neuronennetzwerkkonfigurations- oder Regelsatz oder irgendeinen Satz von linearen oder nichtlinearen Algorithmen), welcher diese zum Bestimmen der Abstimmparameter verwendet, wie beispielsweise der Verstärkung und der Zeitkonstanten, in Einklang mit dem Typ des Funktionsblockes, der abgestimmt wird. Darüber hinaus kann der Abstimmregler 71 (der mit irgendeiner Anzahl von unterschiedlichen Selbstabstimmfunktionsblöcken in unterschiedlichen Vorrichtungen kommunizieren kann) unterschiedliche Sätze von Abstimmparameter-Berechnungsregeln für unterschiedliche Typen von Steuerblöcken oder Schleifen speichern und kann somit dazu verwendet werden, um alle die PID-, PI-, Fuzzi-Logik- oder andere Steuerelemente innerhalb eines Prozessregelsystems abzustimmen. Da der Abstimmregler 71 viele unterschiedliche Sätze von Regeln speichern kann, die mit unterschiedlichen Typen von Steuerelementen zu verwenden sind und jeden gewünschten Satz von Regeln in geeigneter Weise anwenden kann, wenn neue Abstimmparameter berechnet werden, basierend auf den dynamischen Prozesseigenschaften, die durch den Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 bestimmt wurden, braucht lediglich ein einzelner Abstimmregler 71 in irgendeinem Prozessregelnetzwerk gelegen zu sein.
Nachdem der Abstimmregler 71 die neuen Abstimmparameter bestimmt hat, liefert er diese Parameter zu dem geeigneten Steuerelement, wie beispielsweise dem PID-Funktionsblock 62 von 2, und zwar über den Bus 42. Wenn es gewünscht wird, kann der Abstimmregler 71 die Abstimmparameter an den Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 liefern, der dann diese Parameter an den PID-Funktionsblock 62 liefert.
Unter Verwendung des getrennten Funktionsaufbaus, der oben beschrieben ist, bei dem die Funktionen, die während der dynamischen Dateneinfangphase der Abstimmung durchgeführt werden, von den Funktionen getrennt werden, die während der Regelanwendungsphase der Abstimmung ausgeführt werden, hat die Selbstabstimmeinrichtung die Fähigkeit, die Zeitsteuerung der Operation der Regelschleife in einer sehr präzisen Weise während der dynamischen Dateneinfangphase der Abstimmprozedur zu steuern. Darüber hinaus ist die Selbst-Abstimmeinrichtung dafür befähigt, so viel Daten wie erforderlich zu detektieren und zu speichern, um in genauer Weise die Prozesseigenschaften der Regelschleife, die abgestimmt wird, zu bestimmen, da die Datenkommunikationen über einen Bus nicht in Realzeit auftreten. Da auch die Regelanwendungsfunktionen, die der Bestimmung neuer Abstimmparameter basierend auf den Prozess- oder Schleifeneigenschaften zugeordnet sind (die ziemlich involviert sein können) in der Vorrichtung oder durch den Funktionsblock nicht ausgeführt werden, der zum Steuern oder Regeln der Schleife verwendet wird, brauchen diese Funktionen nicht in der Betriebsschleife kodiert zu werden.
Dies reduziert seinerseits wiederum die Organisation der Schleife, verglichen mit den Systemen, bei denen die gesamte Abstimmroutine innerhalb des Steuerblockes, der abgestimmt wird, gelegen ist.
Gemäß 3 ist eine weitere Ausführungsform der Selbst-Abstimmeinrichtung der vorliegenden Erfindung für die Verwendung in einer Umgebung veranschaulicht, welche Steuerblöcke oder Steuerfunktionen enthält, die sowohl in einer zentralisierten als auch einer dezentralisierten Weise implementiert sind. Bei diesem Beispiel sind der AI-Funktionsblock 60 und der AO-Funktionsblock 64 innerhalb des zentralisierten Reglers 12 von 1 gelegen und laufen in diesem, der mit einer Sendervorrichtung und einer Ventil-/Stellgliedvorrichtung kommuniziert (die aus irgendeiner der Vorrichtungen 26, 28, 30, 32, 34 oder 36 von 1 bestehen können), um die Eingangsgrößen und die Ausgangsgrößen dieser Funktionsblöcke zu erhalten. Jedoch wird der PID-Funktionsblock 62 in der Stellglied/Ventilvorrichtung 44 gespeichert und wird durch diese in dem dezentralisierten Fieldbus-Netzwerk von 1 implementiert und kommuniziert mit dem zentralisierten Regler 12 über das Fieldbus-Verbindungsglied 42 und der Interfacekarte 40 von 1.
Bei dieser Ausführungsform enthält der zentralisierte Regler 12 einen Schatten-PID-Funktionsblock 72 (durch einen strichlierten Block angegeben), der die Eingangsgrößen und die Ausgangsgrößen und andere Daten, die dem PID-Funktionsblock 62 zugeordnet sind, spiegelt und der mit den AI- und AO-Funktionsblöcken 60 und 64 kommuniziert, so als ob der PID-Funktionsblock 62 in dem zentralisierten Regler 12 gespeichert worden wäre und in diesem implementiert wäre. Spezieller gesagt, wenn der Schatten-PID-Funktionsblock 62 Eingangsgrößen über die Verbindungsglieder von den AI- und AO-Funktionsblöcken 60 und 64 empfängt, sendet dieser unmittelbar diese Eingangsgrößen zu dem aktuellen PID-Funktionsblock 62 innerhalb des Stellglieds/Ventils 44. Die Kommunikationen zwischen dem Schatten-PID-Funktionsblock 72 und dem tatsächlichen PID-Funktionsblock 62, durch eine strichlierte Linie in 3 angezeigt, werden unter Verwendung des Kommunikationsprotokolls durchgeführt, welches der Feldvorrichtung 44 zugeordnet ist, in diesem Fall dem Fieldbus-Protokoll. Der aktuelle bzw. tatsächliche PID-Funktionsblock 62 führt dann seine Steuerfunktionen basierend auf den empfangenen Eingangsgrößen in einer Standardweise aus, so als ob die AO- und AI-Funktionsblöcke 60 und 62 Fieldbus-Funktionsblöcke innerhalb des Fieldbus-Netzwerkes wären.
In ähnlicher Weise ist der Schatten-PID-Funktionsblock 72 so konfiguriert, dass dieser periodisch Updates von den Ausgangsgrößen und andere Daten empfängt, die den Zustand des tatsächlichen PID-Funktionsblockes 62 angeben, und um solche Daten über Verbindungsglieder innerhalb des Reglers 12 zu den AI- und AO-Funktionsblöcken 60 und 64 zu geeigneten Zeitpunkten zu übertragen. In dieser Weise erscheint es für die AI- und AO-Funktionsblöcke 60 und 64, dass die PID-Regelfunktion innerhalb des zentralisierten Reglers 12 durchgeführt wird. Diese Blöcke können mit dem Schatten-PID-Funktionsblock 72 in der gleichen Weise kommunizieren, wie diese Funktionsblöcke mit irgendeinem anderen Funktionsblock kommunizieren, der durch den zentralisierten Regler 12 ausgeführt wird. Die Einzelheiten betreffend die Implementierung des Schatten-Funktionsblockes sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, sondern sind in Einzelheiten in der US 6,738,388 beschrieben, die den Titel trägt "Ein Schatten-Funktionsblock-Interface für die Verwendung in einem Prozessregelnetzwerk", eingereicht am 10. September 1998, die dem Inhaber der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, deren Offenbarungsgehalt hier ausdrücklich durch Bezugnahme darauf mit einbezogen wird.
Bei der Ausführungsform von 3 ist der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 innerhalb des Stellglieds/Ventils 44 gelegen und kommuniziert mit dem tatsächlichen PID-Funktionsblock 62 und steuert diesen, wie dies unter Hinweis auf 2 beschrieben wurde, um eine Abstimmprozedur zu implementieren. In ähnlicher Weise besitzt der PID-Funktionsblock 62, der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66, einen Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76, der innerhalb des Reglers 12 gelegen ist. Der tatsächliche Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 kommuniziert mit dem Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76 und sendet Daten (wie beispielsweise die berechneten Prozess- oder Schleifeneigenschaften) zu dem Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76 und empfängt Befehle oder andere Daten von dem Schatten-Selbst-Abstimmfunktionsblock 76. So wie bei der Ausführungsform von 2 ist der Abstimmregler 71 der Selbst-Abstimmeinrichtung innerhalb der Workstation oder des PC 14 gespeichert und darin implementiert, kann jedoch stattdessen auch in dem Regler 12 gespeichert oder implementiert sein oder auch irgendeiner anderen gewünschten Vorrichtung. Der Abstimmregler 71 kommuniziert mit dem Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76, um beispielsweise eine Abstimmprozedur zu initialisieren, um Prozess- oder Schleifeneigenschaften zu empfangen, die durch den Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 entwickelt wurden oder auch Daten zu empfangen, die durch den Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 gesammelt wurden oder den Zustand desselben anzeigen.
Wenn eine Abstimmung bei der Ausführungsform von 3 gewünscht wird, empfängt der Abstimmregler 71 einen Befehl (z. B. von einem Anwender oder einem weiteren Regler innerhalb des Prozessregelnetzwerks), um den Abstimmvorgang zu initialisieren. Der Abstimmregler 71 sendet dann einen Abstimminizialisierungsbefehl zu dem Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76 (auto-tuning function block), der diesen Befehl zu dem tatsächlichen Selbstabstimmfunktionsblock 66 sendet. In Antwort auf diesen Befehl, beginnt der tatsächliche Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 eine Abstimmprozedur, wie beispielsweise irgendeine der oben in Verbindung, mit der Ausführungsform von 2 beschriebenen, sammelt Daten, die durch die Schleife erzeugt werden, und zwar während der Abstimmprozedur, und berechnet dann eine oder mehrere gewünschte Prozesseigenschaften oder bestimmt diese anderweitig. Der tatsächliche Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 liefert dann diese Eigenschaften (oder die gesammelten Daten) zu dem Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76, der diese Informationen zu dem Abstimmregler 71 weiterleitet.
Alternativ kann der Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76 oder der Abstimmregler 71 den Zustand des Schatten-PID-Funktionsblockes 72 ändern (was den Zustand des tatsächlichen PID-Funktionsblockes 62 ändert), wobei der tatsächliche PID-Funktionsblock 62 dazu gezwungen wird, den tatsächlichen Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 anzurufen oder anderweitig mit diesem in Kommunikation zu treten, um dadurch die Abstimmprozedur zu implementieren. In diesem Fall kann der Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76 automatisch installiert werden, und zwar nach der Änderung des Zustandes des PID-Funktionsblockes 62.
In beiden Fällen bestimmt der Abstimmregler 71 neue Abstimmparameter basierend auf den empfangenen Daten (wie beispielsweise den berechneten Schleifen- oder Prozesseigenschaften) unter Verwendung irgendeines gewünschten Abstimmparameter-Berechnungsverfahrens. Der Abstimmregler 71 sendet solche Abstimmparameter zu dem Schatten-PID-Funktionsblock 72 (oder irgendeinen anderen Funktionsblock, wie dies erforderlich ist) und der Schatten-PID-Funktionsblock 72 sendet diese neuen Abstimmparameter zu dem tatsächlichen PID-Funktionsblock 62, in welchem sie durch den PID-Funktionsblock 62 während der normalen Betriebsweise der Schleife verwendet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl dies wünschenswert ist, die Verwendung des Schatten-Selbstabstimmfunktionsblockes 76 nicht notwendig ist und dass stattdessen der Abstimmregler 71 direkt mit dem Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 kommunizieren könnte, um eine Abstimmprozedur zu implementieren. Obwohl ferner die Ausführungsformen von 2 und 3 den Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 als einen getrennten Funktionsblock von dem PID-Funktionsblock 62 veranschaulichen, kann die Funktionalität des Selbst-Abstimmfunktionsblockes 66 stattdessen in dem PID-(oder anderem Regel-)Funktionsblock 62 eingebaut sein, anstatt einen getrennten Funktionsblock darzustellen.
In bevorzugter Weise besitzt der Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76 Attribute, die identisch mit denjenigen des Selbst-Abstimmfunktionsblockes 66 der Fieldbus-Vorrichtung sind. In einer Ausführungsform brauchen jedoch die Standard-Fieldbus-Attribute von STRATEGY, ALERT KEY, MODE BLK und BLOCK ERR in dem Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76 nicht vorgesehen zu sein, obwohl sie in dem tatsächlichen Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 vorgesehen sind. Auch braucht der Selbst-Abstimmschattenfunktionsblock 76 für den Anwender nicht direkt sichtbar zu sein, da dieser durch den Abstimmregler 71 lediglich während der Identifizierungsphase (das heißt der dynamischen Dateneinfangphase) der Abstimmprozedur verwendet wird, um die Steuerung zu initialisieren und um eine Kommunikation zwischen dem Abstimmregler 71 und dem Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 vorzusehen. Nichtsdestoweniger stehen die Parameter des Selbst-Abstimmschattenfunktionsblockes 76 für den Abstimmregler 71 zur Verfügung und werden durch diesen verwendet und auch durch die Anwender-Abstimminterfaceanwendung verwendet und können, wenn dies gewünscht wird, durch eine Anwenderanwendung erhalten werden. Darüber hinaus ist der Fieldbus-PID-Funktionsblock 62 in bevorzugter Weise so modifiziert, um den Startindex des Selbst-Abstimmfunktionsblockes zu enthalten, welcher Index auch für den Verwender des Selbst-Abstimmschattenfunktionsblockes 76 zur Verfügung steht. Dies ermöglicht es dem PID-Funktionsblock 62, durch den Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 gesteuert zu werden.
Die Prozesseigenschaftsinformationen können beispielsweise in einem Fieldbus-Selbstabstimmfunktionsblock 66 enthalten sein als auch in dem Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76, und zwar in Form von Attributen in der gleichen Weise wie andere Attribute, die mit irgendeinem anderen Typ des Fieldbus-Funktionsblockes zugeordnet sind. Der Fachmann erkennt hier, dass unterschiedliche Attribute in dem tatsächlichen Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 vorgesehen sein können als auch in dem Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76, was von dem unterschiedlichen Typ der Abstimmung abhängt, die angewendet wird, und auch den unterschiedlichen Aspekten des Systems, in welchem die Selbstabstimmeinrichtung gelegen ist. Einige beispielhafte Prozesseigenschaften oder Informationen, die durch einen Selbstabstimmfunktionsblock vorgesehen werden können, sind im Folgenden definiert:

T_IPGAIN: – Integrationsprozessverstärkung – die Änderungsrate in einer Prozessausgangsgröße für eine Änderung gemäß einem Einheitsschritt in der Eingangsgröße;
T_UGAIN: – letztendliche Verstärkung – der Wert der Verstärkung des Nur-Proportionalreglers, bei dem die Schleife marginal stabil ist, das heißt an der Grenzlinie zwischen Stabilität und Unstabilität;
T_UPERIOD: – letztendliche Periode – die Periode der Oszillation einer Schleife, wenn deren Reglerverstärkung auf die letztendliche Verstärkung des Prozesses eingestellt ist;
T_PSGAIN: – statistische Prozessverstärkung – das Verhältnis der Prozessausgangsänderung zu der Prozesseingangsänderung;
T_PTIMEC: – Prozesszeitkonstante – die Zeitdauer zwischen dem Bereich, wenn ein System startet, bis zum Ansprechen auf eine Stufeneingangsgröße und wenn diese 63% ihres endgültigen Dauerzustandswertes erreicht; und
T_PDTIME: – Prozessverzögerungszeit – die Länge der Zeit zwischen den Ereignissen, wenn eine Regelaktion vorgenommen wird und wenn der Prozess startet, auf diese Aktion anzusprechen.

Diese Attribute werden in dem Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 berechnet, wenn ein Abstimmtest vervollständigt ist und werden dann zu dem Abstimmregler 71 in beispielsweise der Workstation 14 übermittelt, die eine oder mehrere dieser Prozesseigenschaftsinformationen oder Attribute dazu verwendet, um die Abstimmparameter zu bestimmen, wie beispielsweise die Verstärkung, die Integralzeit (die Umkehrung der Rückstellung) und die Ableitungszeit (Rate) für z. B. einen PI- oder PID- oder Fuzzy-Logik-Regler. Bei einer Ausführungsform können die oben aufgelisteten Attribute aus Fließkommadaten bestehen, die in Form von Statistikdaten in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden und die als Nur-Lese-Daten zugegriffen werden können. Auch an jedes der oben aufgelisteten Attribute in der Ansicht 1 und 3 des Fieldbus- oder des DeltaV-Protokolls verfügbar gemacht werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzeigeliste oder Sichtliste des Fieldbus- oder des DeltaV-Protokolls die Parameter definiert, die durch eine einzelne Anfrage (das heißt eine Sicht) für die Informationen von dem Funktionsblock vorgesehen werden. Indem somit eine Sichtanfrage (view request) verwendet wird, kann der Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76 die allerletzten Werte für eine große Anzahl von Attributen erhalten, die aus dem Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 verfügbar sind.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Attribute oder die Prozesseigenschaften die oben aufgelistet sind, mit einer möglichen Implementierung einer Selbstabstimmeinrichtung zugeordnet sind und dass es andere Attribute und Informationen gibt, die durch andere Selbstabstimmeinrichtungen erzeugt werden können, die in anderen Arten konfiguriert sind, um gemäß der vorliegenden Erfindung zu arbeiten. Solche anderen Prozesseigenschaftsinformationen können irgendwelche gewünschten Typen von Verstärkungen, beispielsweise die letztendliche Verstärkung, die statistische Verstärkung und die integrale Verstärkung, Zeiten, wie beispielsweise die letztendliche Periode, die Totzeit und die Ableitungszeit und irgendwelche Zeitkonstanten, die dem Prozess zugeordnet sind, als auch andere gewünschte Informationen enthalten.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass der exakte Typ der automatischen Abstimmung oder Selbstabstimmung, der implementiert ist, nicht für die Erfindung wichtig ist und dass die oben aufgeführte Liste lediglich ein Beispiel von einigen Typen der Prozesseigenschaftsinformationen darstellt, die dem Abstimmregler 71 verfügbar gemacht werden, um den Abstimmregler 71 zu befähigen, einen oder mehrere Abstimmparameter zu bestimmen. Wenn es gewünscht wird, kann der Abstimmregler 71 irgendeinen Typ des PID-, des Fuzzy-Logik-, des Neuronennetzwerkprozesses usw. verwenden, um die Abstimmparameter zu bestimmen, wie beispielsweise die Reglerverstärkung, die Rückstellung, die Rate usw., und zwar aus den Eingangsgrößen, wie beispielsweise der letztendlichen Verstärkung, der letztendlichen Periode und der Totzeit.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform schreibt die Selbstabstimmanwendung (das heißt der Abstimmregler 71) ein TUNSKI-Attribut des Schatten-PID-Funktionsblockes 72, um anzuzeigen, dass die Selbst-Abstimmung bei dem zugeordneten Funktionsblock innerhalb der Fieldbus-Vorrichtung (das heißt dem tatsächlichen PID-Funktionsblock 62) durchgeführt wird. In Antwort auf eine Attributänderung wird in dem zentralisierten Regler 12 ein Ereignis des Schatten-Selbstabstimmfunktionsblockes 76 erzeugt. (Unglücklicherweise schreibt der Abstimmregler 71 auch zu dem TUNSKI-Attribut etwas hinzu, um anzuzeigen, wann die Selbst-Abstimmung vervollständigt ist, was bewirkt, dass der Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76 gelöscht wird). Nachdem der Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76 erzeugt worden ist, wird der Zustand des zugeordneten Selbst-Abstimmfunktionsblockes 66 in der Fieldbus-Vorrichtung gelesen. Wenn der Zustand des Selbst-Abstimmfunktionsblockes 66 frei oder gelöscht ist (T_Request = 0), kann mit der Abstimmung fortgefahren werden. Wenn jedoch das T_Request-Attribut nicht 0 ist, dann ist die Abstimmung innerhalb der Fieldbus-Vorrichtung aktiv. In diesem Fall wird die Abstimmanfrage nicht honoriert und das Ereignis des Schatten-Selbstabstimmfunktionsblockes 76 wird weggelassen, um dadurch den Selbst-Abstimmvorgang zu stoppen.
Wenn ein Ereignis (instance) des Schatten-Selbstabstimmfunktionsblockes 76 erzeugt wird, so reflektieren dessen statistische und dynamische Attribute diejenigen des Selbst-Abstimmfunktionsblockes 66. Diese Werte werden durch die Selbstabstimmanwendung (das heißt den Abstimmregler 71) so zugegriffen als ob ein PID-Funktionsblock in dem zentralisierten Regler 12 abgestimmt würde. Wenn somit die Selbstabstimmanwendung 71 einen neuen Wert zu einem Attribut des Schatten-Selbstabstimmfunktionsblockes 76 schreibt, initialisiert der Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76 einen Schreibvorgang von diesem Attributwert zu dem zugeordneten Selbst-Abstimmfunktionsblock 66. Wenn in ähnlicher Weise der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 aktiv innerhalb einer Fieldbus-Vorrichtung arbeitet, erhält der Schatten- Selbstabstimmfunktionsblock 76 periodisch die dynamischen Attributwerte (Ansicht 3 in dem Fieldbus-Protokoll) von dem Selbst-Abstimmfunktionsblock 66. Da der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 als ein Funktionsblock definiert ist, wird diese Ansicht in der gleichen Weise wie bei anderen Blöcken zugegriffen. Die dynamischen Attributwerte, die im Ansprechen auf die Ansichtsanfrage vorgesehen werden, werden dann in dem Schattenblock 76 dazu verwendet, um die dynamischen Attributwerte auf den neuesten Stand zu bringen. Wenn die Fieldbus-Interfacekarte 40 (von 1) eine Änderung in einem statistischen Attributwert sieht, fragt sie alle statistischen Attribute (Ansicht 4) von dem Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 an. Die in Antwort auf diese Anfrage empfangenen statistischen Werte werden dann dazu verwendet, um die Attribute des Schatten-Selbstabstimmfunktionsblockes 76 auf den neuesten Stand zu bringen.
Wenn ferner eine Vorrichtung innerhalb einer Vorrichtungsbibliothek, die dem zentralisierten Regler 12 zugeordnet ist, einen PID-Funktionsblock enthält, so kann diese Schabloneninformation (template information) ein statistisches Attribut enthalten, welches dem PID-Funktionsblock zugeordnet ist, welches den Objekt-Wörterbuchindex für den Start des Selbstabstimmfunktionsblockes definiert, der innerhalb der Vorrichtung diesem zugeordnet ist, wie beispielsweise innerhalb des Stellgliedes/Ventiles 44 von 3. Allgemein gesagt, braucht lediglich ein Selbstabstimmfunktionsblock in einer Vorrichtung existieren, die einen oder mehrere PID-(und/oder andere Steuer-)Blöcke enthält. Jedoch wird der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 nicht in bevorzugter Weise als ein Block in der Vorrichtungsschablone definiert und wird somit in der Bibliothek nicht gezeigt. Nichtsdestoweniger wird dann, wenn der Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76 durch den zentralisierten Regler 12 erzeugt wird, der Index des Selbst-Abstimmfunktionsblockes 66 durch den Schatten-Selbstabstimmfunktionsblock 76 verwendet. Basierend auf diesem Index wird in der Fieldbus-Interfacekarte 40 ein Proxy für den Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 erstellt. In dieser Weise werden die Selbstabstimmattribute in der entfernt gelegenen (z. B. Fieldbus-)Vorrichtung lediglich dann zugegriffen, wenn die Selbstabstimmanwendung aktiviert ist und der zugeordnete PID-Funktionsblock 62 für den Abstimmvorgang ausgewählt worden ist. Wenn der PID-Funktionsblock 62 in der entfernt gelegenen Vorrichtung läuft, dann ist die PID-Funktionsblockbezugsgröße zu dem Selbstabstimmfunktionsblock in dieser Vorrichtung bekannt. Wenn der PID-Funktionsblock in dem zentralisierten Regler 12 läuft, dann wird der Selbstabstimmfunktionsblock durch den PID-Block beim Start des automatischen Abstimmvorganges initialisiert.
Gemäß 4 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, die den Fall veranschaulicht, bei dem der tatsächliche Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 in dem Regler 12 gelegen ist und dazu verwendet wird, um einen PID-Funktionsblock 62, der ebenfalls innerhalb des Reglers 12 gelegen ist, abzustimmen. Diese Konfiguration kann dann verwendet werden, wenn es beispielsweise wünschenswert ist, einen Steuerblock abzustimmen, der eine nicht intelligente Vorrichtung oder irgendeine andere Vorrichtung steuert oder regelt, dessen Betrieb durch die Steuerfunktionsblöcke geregelt wird, welche durch den zentralisierten Regler 12 ausgeführt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Abstimmregler 71 in der gleichen Weise arbeitet wie bei der Ausführungsform von 3 mit der Ausnahme, dass der Abstimmregler 71 direkt mit dem tatsächlichen Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 kommuniziert, der seinerseits mit dem tatsächlichen PID-Funktionsblock 62 kommuniziert, wobei beide in dem Regler 12 gespeichert sind.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 als ein Modifizierer-Funktionsblock innerhalb der entfernt gelegenen (z. B. Fieldbus-)Vorrichtung gelegen oder innerhalb des Reglers 12 gelegen. Allgemein gesagt, besteht ein Modifizierer-Funktionsblock aus einem Funktionsblock, der den Algorithmus eines Ursprungs- oder eines Basisfunktionsblockes (wie beispielsweise des PID-Funktionsblockes 62) modifiziert, ohne dabei ein Teil des Ursprungs- oder Basisfunktionsblockes zu sein.
Das Konzept eines Modifizier-Funktionsblockes soll nun in Einzelheiten in Bezug auf 5 beschrieben werden, die einen Basis- oder Originalfunktionsblock 76 darstellt, der bei diesem Beispiel ein PID-Funktionsblock 62 der 2, 3 und 4 sein kann. Wie ersehen werden kann, enthält der Basis- oder Originalfunktionsblock 78 einen Algorithmus 80, der Zeilen eines Kodes oder andere Typen des Kodes enthält, der durch einen Prozessor implementiert ist. An einem oder an Vielfachpunkten innerhalb des Kodes ist, wie dies in 5 bei den Punkten 82 und 84 veranschaulicht ist, ein Unterbrechungs- oder Verzweigungspunkt innerhalb des Algorithmus 80 eingestellt. Einer oder beide dieser Verzweigungspunkte 82 und 84 können dazu verwendet werden, um die Fähigkeit innerhalb des Algorithmus 80 zu erhöhen, wobei solch eine erhöhte Fähigkeit durch einen Modifizier-Funktionsblock 90 vorgesehen wird, der darin einen Algorithmus 94 hat.
Allgemein gesagt, werden die Verzweigungspunkte 82 und 84 zusammen mit irgendwelchen anderen gewünschten Verzweigungspunkten in den Basisfunktionsblock 78 erstellt, wenn dieser erzeugt wird. Jedoch können die Inhalte des Verzweigungspunktes geändert werden, und zwar nach dem Kompilieren des Basisfunktionsblockes 78, um einen Zeiger zu enthalten, entweder zu dem Modifizierer-Funktionsblock 90 oder zu einer anderen Zeile des Kodes in dem Grundalgorithmus 80. Zu Beginnt wird der Zeiger an dem Unterbrechungspunkt 82 so eingestellt, dass er zu dem Algorithmus 80 zeigt oder bewirkt, dass der Algorithmus 80 mit der nächsten Zeile des Kodes innerhalb des Algorithmus 80 fortgesetzt wird und somit ohne die erhöhte Fähigkeit arbeitet. Wenn jedoch irgendeine erhöhte Fähigkeit oder Funktionalität zu dem Basisfunktionsblock 78 hinzugefügt werden soll, wird der Zeiger an einem oder an mehreren Verzweigungspunkten (z. B. dem Punkt 82) so eingestellt, dass der Algorithmus 80 veranlasst wird, die Steuerung zu dem Algorithmus 94 aufzurufen oder zu diesem zu übertragen, und zwar innerhalb des Modifizierer-Funktionsblockes 90, wenn der Algorithmus 80 diesen Verzweigungspunkt erreicht. Wenn es gewünscht wird, kann der Zeiger 82 eine Adresse in einem Speicher speichern, welche die Adresse des Modifizierer-Funktionsblockes 90 anzeigt, oder kann aus irgendeiner anderen Verzweigungsvorrichtung oder Verfahren bestehen, die bzw. welches dazu verwendet wird, um die Steuerung zu dem Modifizierer-Funktionsblock 90 zu überführen.
Wenn die Steuerung zu dem Modifizierer-Funktionsblock 90 überführt wird, werden bestimmte vordefinierte Daten zu dem Modifizierer-Funktionsblock 90 gesendet oder für diesen verfügbar gemacht, die der Modifizierer-Funktionsblock 90 verwendet oder während des Betriebes des Algorithmus 94 ändert. Diese Daten werden über ein festes oder vordefiniertes Interface vorgesehen, welches in 5 als Interface 96 veranschaulicht ist. Das Interface 96 enthält in typischer Weise irgendeinen Parameter oder Datenwerte, die für die Verwendung durch den Modifizierer-Funktionsblock 90 erforderlich sind (oder den Zeigern zu diesem, wie beispielsweise Adressen), und zwar dort, wo die Steuerung innerhalb des Basisfunktionsblockes 78 zurückzuführen ist, und/oder enthält irgendwelche anderen Daten oder Informationen, die dafür benötigt werden, damit der Modifizierer-Funktionsblock 90 die Steuerung übernimmt, die Steuerung ausführt und die Steuerung zu dem Basisfunktionsblock 78 zurückgibt. Wenn der Modifizierer-Funktionsblock 90 die Steuerung empfängt, so implementiert er seinen Algorithmus 94, der auf die Daten einwirkt, die über das Interface 96 geliefert werden, und nach Vervollständigung übergibt er die Steuerung zu dem Punkt in dem Algorithmus 80 des Basisfunktionsblockes, der unmittelbar (im Sinne der Ausführung) dem Unterbrechungspunkt oder Verzweigungspunkt vorhergeht, von welchem aus die Steuerung freigegeben worden ist. Der Modifizierer-Funktionsblock 90 führt bestimmte Daten über das Interface 96 zurück (welches das Gleiche oder ein unterschiedliches Interface als dasjenige sein kann, welches dazu verwendet wird, um die Steuerung zu dem Modifizierer-Funktionsblock 90 zu senden), welche Daten durch den Algorithmus 80 in dem Basisfunktionsblock 78 verwendet werden.
Während in 5 zwei Verzweigungspunkte 82 und 84 veranschaulicht sind, können in dem Ursprungsfunktionsblock 80 ein, drei oder irgendeine andere Zahl von Verzweigungspunkten platziert sein, um die erhöhte Fähigkeit an einem oder an mehreren Punkten in dem Algorithmus 80 vorzusehen. Ferner können die Verzweigungspunkte innerhalb des Basisfunktionsblockes 78 so eingestellt werden, dass sie unterschiedliche Teile oder Abschnitte oder Subroutinen des Algorithmus 94 innerhalb des Modifizierer-Funktionsblockes 90 aufrufen, um dadurch unterschiedliche erhöhte Funktionen an unterschiedlichen Teilen oder Abschnitten des Grundalgorithmus 80 vorzusehen. Diese Funktionalität kann erforderlich sein, um eine vollständig neue Funktionalität wie beispielsweise einen Abstimmvorgang innerhalb des Basisfunktionsblockes 78 zu implementieren, der unterschiedliche Fähigkeiten haben können muss, die an unterschiedlichen Punkten innerhalb des Grundalgorithmus 80 hinzugefügt werden. Natürlich können unterschiedliche Verzweigungspunkte innerhalb des Grundalgorithmus 80 erstellt werden, um die gleichen oder unterschiedliche Teile oder Abschnitte eines einzelnen Modifizierer-Funktionsblockes aufzurufen, oder können erstellt werden, um unterschiedliche Modifizierer-Funktionsblöcke aufzurufen.
Beim anfänglichen Verkauf kann der Basisfunktionsblock 78 lediglich mit den Verzweigungspunkten 82 und 84 ausgestattet sein (als auch mit irgendeinem anderen gewünschten Verzweigungspunkt oder Verzweigungspunkten), die eine erhöhte Fähigkeit der Modifizierer-Funktionsblöcke ermöglichen, um diese zu einem späteren Datum dem Anwender zu bieten. Wenn der Anwender es nicht wünscht oder die Forderung stellt, die Funktionalität, die den Modifizierer-Funktionsblöcken oder Funktionsblock zugeordnet ist, zu implementieren, so braucht der Anwender lediglich einen Nullwert oder irgendeine andere Anzeige an den Verzweigungspunkten innerhalb des Grundalgorithmus 80 zu speichern, dass also der Algorithmus 80 fortfahren soll, ohne einen Modifizierer-Funktionsblock aufzurufen. Wenn eine Modifizierer-Funktionsblockfähigkeit hinzugefügt werden soll, werden die Werte oder die Zeiger an einem oder an mehreren der Verzweigungspunkte innerhalb des Grundalgorithmus 80 geändert, um den Grundalgorithmus 80 zu veranlassen, den geeigneten Modifizierer-Funktionsblock aufzurufen, wenn der Verzweigungspunkt erreicht wird. In typischer Weise kann dies ohne erneutes Kompilieren des Basisfunktionsblockes 78 erreicht werden. Danach wird der Modifizierer-Funktionsblock 90 aufgerufen, wenn der Grundalgorithmus 80 den Verzweigungspunkt erreicht. Wenn dieser aufgerufen wird, implementiert der Modifizierer-Funktionsblock 90 dessen Algorithmus 94, um die Funktionalität des Algorithmus 80 zu erhöhen oder zu ändern, und zwar innerhalb des Basisfunktionsblockes 78. Wenn jedoch die erhöhte oder neue Funktionalität nicht länger gewünscht wird, wie beispielsweise am Ende einer Abstimmprozedur, können die Verzweigungspunkte zurückgesetzt werden, um zu verhindern, dass der Basisfunktionsblock 78 den Modifizierer-Funktionsblock 90 aufruft.
Auf diese Weise kann der Basisfunktionsblock 78 zu Beginn ohne die Upgrade-Fähigkeit vertrieben werden, was die Dokumentation und die Organisation reduziert, die dem Funktionsblock zugeordnet sind. Jedoch kann der Basisfunktionsblock 78 lediglich dadurch aufgewertet werden, indem ein geeigneter Modifizierer-Funktionsblock 90 zu der Vorrichtung hinzugefügt wird, in welcher der Basisfunktionsblock 78 gespeichert ist und in dem die Zeiger innerhalb des Algorithmus 80 des Basisfunktionsblockes 78 geändert werden. Dies ermöglicht es den Basisfunktionsblöcken, zu einem späteren Datum verbessert oder geändert zu werden, ohne dabei einen gesamten neuen Basisfunktionsblock implementieren zu müssen und ohne den Basisfunktionsblock 78 erneut zu kompilieren, was die Aufwertung des Basisfunktionsblockes 78 einfacher macht. Ferner können unterschiedliche Modifizierer-Funktionsblöcke für den gleichen Basisfunktionsblock entwickelt werden, was dem Anwender noch mehr Auswahlmöglichkeiten in Ausdrücken der Aufwertung des Systems bietet. Dies schafft auch die Möglichkeit, dass Funktionsblocklieferer unterschiedliche Versionen oder Upgrades von einem Modifizierer-Funktionsblock in relativ einfacher Weise liefern können. Ferner braucht der Algorithmus 80 des Basisfunktionsblockes 78 nicht modifiziert zu werden, um eine zusätzliche Fähigkeit vorzusehen, dort, wo ein Block so konstruiert ist, um ein Standardinterface zu Modifizierer-Funktionsblöcken zu unterstützen. In ähnlicher Weise wird eine Unterstützung für eine hinzugefügte Funktionalität lediglich dann aufgerufen oder realisiert, wie dies durch die Blockattribute angezeigt wird, die während der Konfiguration eingestellt werden, oder durch eine Kundenanwendung, wie beispielsweise die Abstimmanwendung, die hier beschrieben ist. Dies führt dann zu reduzierten Speicher- und CPU-Anforderungen, wenn die Merkmale, die durch einen Modifizierer-Funktionsblock vorgesehen werden, während des normalen Betriebes des Prozesses nicht erforderlich sind. Wie ersehen werden kann, bleibt dann, wenn die Modifizierer-Funktionsblöcke verwendet werden, der Basisfunktionsblock der gleiche, ausgenommen der Tatsache, dass er die Fähigkeit haben muss, den Modifizierer-Funktionsblock aufzurufen, das heißt einen oder mehrere rückstellbare Verzweigungspunkte darin enthalten muss.
Wenn ein Modifizierer-Funktionsblock 90 (in diesem Fall der Selbst-Abstimmfunktionsblock 66) in einer Fieldbus-Umgebung verwendet wird, führt dieser in der gleichen Ausführungszeit einen Rahmen wie der Basisfunktionsblock aus (z. B. der PID-Funktionsblock 62). Ferner braucht der Modifizierer-Funktionsblock 90 für einen Anwender als ein Funktionsblock innerhalb eines Systems nicht sichtbar zu sein, da dieser lediglich den Algorithmus 80 eines Basisfunktionsblockes 78 modifiziert. Wenn es jedoch gewünscht wird, kann das Anwenderinterface der Selbstabstimmanwendung Informationen von dem Modifizierer-Funktionsblock 90 unter Verwendung des gut bekannten OPC-Protokolls erhalten. Es ist ferner auch einfacher, den Kode eines Basisfunktionsblockes 78 einfach dadurch zu ändern, indem der Kode des Modifizierer-Funktionsblockes 90 geändert wird, der zu dem System hinzugefügt oder von dem System weggelassen werden kann, und zwar einfacher als der Basisfunktionsblock 78. Dies beschleunigt in erheblicher Weise die Entwicklung von fortgeschrittenen Steuerfähigkeiten und bedeutet, dass ein Kunde lediglich zu dem Basisfunktionsblock eine Organisation (overhead) hinzufügen muss, wenn dieser Kunde eine spezielle Anwendung hat, welche solche Merkmale verwendet. Das heißt der Kunde kann die Organisation des Systems reduzieren, indem er den Modifizierer-Funktionsblock nicht verwendet und kompiliert, wenn die hinzugefügte Funktionalität, die durch den Modifizierer-Funktionsblock geliefert wird, nicht benötigt wird.
Während sich die Beschreibung auf die Implementierung und die Verwendung einer Selbstabstimmeinrichtung gerichtet hat, mit einem einzelnen Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 und einem einzelnen Abstimmregler 71, sei darauf hingewiesen, dass die Selbstabstimmeinrichtung einen einzelnen oder Vielfach-Abstimmregler 71 und/oder vielfache Selbst-Abstimmfunktionsblöcke 66 enthalten kann, die in unterschiedlichen Vorrichtungen gelegen sind. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass ein einzelner Selbst-Abstimmfunktionsblock 66 dazu verwendet werden kann, um die dynamische Dateneinfangphase der vielfachen unterschiedlichen Steuerblöcke innerhalb der gleichen Vorrichtung zu implementieren und als solches braucht eine Vorrichtung, die zwei oder mehrere Steuerblöcke besitzt, weiterhin lediglich einen Selbst-Abstimmfunktionsblock zu haben. In ähnlicher Weise kann der gleiche Typ des Selbst-Abstimmfunktionsblockes bei unterschiedlichen Typen von Steuerblöcken (wie beispielsweise PI-, PID- und Fuzzy-Logik-Steuerblöcke) verwendet werden, da die gleichen dynamischen Dateneinfangtechniken für die Schleifen verwendet werden können, welche jeden dieser unterschiedlichen Typen von Steuerelementen enthalten. Die Selbstabstimmfunktionsblöcke können auch unter Verwendung irgendeines externen Prozeßsteuer-Kommunikationsprotokolls (neben dem Fieldbus-Protokoll) implementiert werden und können dazu verwendet werden, um mit irgendeinem Typ eines Funktionsblockes zu kommunizieren, inklusive irgendeinem Funktionsblock, der ähnlich ist dem oder der gleiche ist wie irgendeiner der unterschiedlichen Funktionsblöcke, die spezifisch durch das Fieldbus-Protokoll identifiziert und unterstützt werden. Während ferner der Selbst-Abstimmfunktionsblock hier als ein Fieldbus-"Funktionsblock" beschrieben ist, sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung des Ausdruckes "Funktionsblock" nicht auf dasjenige beschränkt ist, was das Fieldbus-Protokoll als einen Funktionsblock identifiziert, sondern dass stattdessen andere Typen eines Blockes, eines Programms, einer Hardware, einer Firmware usw. mit enthalten oder umfasst sind, die irgendeinem Typ des Regelsystems und/oder des Kommunikationsprotokolls zugeordnet sind und die dazu verwendet werden können, um eine gewisse Steuer- oder Regelfunktion zu implementieren. Obwohl somit die Funktionsblöcke in typischer Weise die Form von Objekten innerhalb einer objektorientierten Programmierumgebung annehmen, ist dieses Erfordernis nicht der Fall und diese können stattdessen aus anderen logischen Einheiten bestehen, die dazu verwendet werden, um eine spezielle Regelung oder Steuerung (inklusive Eingabe- und Ausgabe-)Funktionen innerhalb einer Prozessregelumgebung durchzuführen.
Obwohl der Selbst-Abstimmfunktionsblock und der Abstimmregler, die hier beschrieben wurden, in bevorzugter Weise als Software implementiert werden, die beispielsweise in einem Regler gespeichert ist, oder einer anderen Prozesssteuervorrichtung gespeichert ist, können diese alternativ oder zusätzlich als Hardware, Firmware usw. implementiert sein, je nach Wunsch. Wenn sie in Form einer Software implementiert sind, kann der Selbst-Abstimmfunktionsblock und der Abstimmregler der vorliegenden Erfindung in irgendeinem von einem Computer lesbaren Speicher, wie beispielsweise einer Magnetplatte, einer Laserplatte oder einem anderen Speichermedium, in einem RAM oder einem ROM eines Computers, Reglers, Feldvorrichtung usw. gespeichert sein. In ähnlicher Weise kann die Software an einen Anwender oder an eine Vorrichtung vermittels irgendeiner bekannten oder gewünschten Übergabeverfahren ausgeliefert werden, inklusive beispielsweise über einen Kommunikationskanal, wie beispielsweise eine Telefonleitung, das Internet usw.
Obwohl auch die Selbstabstimmeinrichtung der vorliegenden Erfindung in Einzelheiten in Verbindung mit einem Prozessregelnetzwerk beschrieben wurde, welches Prozessregelfunktionen in einer dezentralisierten oder verteilten Weise unter Verwendung eines Satzes von Fieldbus-Vorrichtungen implementiert, sei darauf hingewiesen, dass die Selbstabstimmeinrichtung der vorliegenden Erfindung auch bei Prozessregelnetzwerken verwendet werden kann, welche Steuer- oder Regelfunktionen durchführen, unter Verwendung anderer Typen von Feldvorrichtungen und Kommunikationsprotokollen, inklusive von Protokollen, die auf einem anderen als auf Zweidrahtbussen beruhen und auf Protokollen, die analoge und/oder digitale Kommunikationen unterstützen. Beispielsweise kann die Selbstabstimmeinrichtung der vorliegenden Erfindung in irgendeinem Prozessregelnetzwerk verwendet werden, welches Vorrichtungen verwendet, die in Einklang stehen mit dem HART-, PROFIBUS-Kommunikationsprotokollen usw. oder irgendeinem anderen Kommunikationsprotokoll, welches gegenwärtig existiert oder welches in Zukunft entwickelt wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Hinweis auf spezifische Beispiele beschrieben wurde, die lediglich zur Veranschaulichung dienen und die Erfindung in keiner Weise einschränken, ist es für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet offensichtlich, dass Änderungen, Zusätze oder auch Weglassungen bei den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne jedoch dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Selbstabstimmeinrichtung für die Verwendung in einem Prozessregelsystem (10), mit ersten (43, 44, 46, 48, 50) und zweiten (26, 28, 30, 32, 34, 36) Vorrichtungen, die über ein Kommunikationsnetzwerk gekoppelt sind und wobei ein Steuerelement innerhalb der ersten Vorrichtung (44) gelegen ist, wobei die Selbstabstimmeinrichtung Folgendes aufweist: ein erstes Abstimmelement (66), welches in der ersten Vorrichtung (44) gelegen ist und Folgendes enthält: – einen Steuerelementregler (67), der dafür geeignet ist, kommunikativ an das Steuerelement der ersten Vorrichtung (44) gekoppelt zu werden und den Betrieb des Steuerelements während einer Abstimmprozedur zu steuern; – eine Datensammeleinheit (68), welche die während der Abstimmprozedur erzeugten Daten sammelt; – einen Prozesseigenschaftsrechner, der aus den gesammelten Daten eine Prozesseigenschaft berechnet, und – einen Kommunikator (70), der die Prozesseigenschaftsinformationen, die die berechnete Prozesseigenschaft angeben, zu der zweiten Vorrichtung über das Kommunikationsnetzwerk überträgt; ein zweites Abstimmelement (76), welches in der zweiten Vorrichtung gelegen ist und welches kommunikativ mit dem ersten Abstimmelement (66) über das Kommunikationsnetzwerk gekoppelt ist, wobei das zweite Abstimmelement einen Abstimmparameter für das Steuerelement aus den Prozesseigenschaftsinformationen bestimmt.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Prozesseigenschaftsinformationen die gesammelten Daten umfassen.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 1, bei der das zweite Abstimmelement (76) einen Satz von Regeln enthält, die dazu verwendet werden, um einen Abstimmparameter für einen bestimmten Typ des Steuerelements zu bestimmen.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 3, bei der der Satz der Regeln so konfiguriert ist, um einen Abstimmparameter für ein Proportional-Integral-Differenzial-Steuerelement (62) zu bestimmen.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 3, bei der der Satz der Regeln so konfiguriert ist, um einen Abstimmparameter für ein Proportional-Integral-Steuerelement zu bestimmen.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 3, bei der der Satz von Regeln so konfiguriert ist, um einen Abstimmparameter für ein Fuzzy-Logik-Steuerelement zu bestimmen.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 3, bei der der Satz von Regeln so konfiguriert ist, um einen Abstimmparameter unter Verwendung eines neuralen Netzwerkes zu bestimmen.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 1, bei der das zweite Abstimmelement (76) eine Vielzahl von Sätzen von Regeln enthält und bei der jeder der Vielzahl der Sätze von Regeln so konfiguriert ist, um einen Abstimmparameter für einen unterschiedlichen Typ eines Steuerelements zu bestimmen.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Vorrichtung eine Fieldbus-Vorrichtung ist und das erste Abstimmelement (66) ein Selbstabstimmfunktionsblock ist, der in Einklang mit einem Fieldbus-Protokoll steht.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 1 oder 8, bei der das zweite Abstimmelement (76) den vorbestimmten Abstimmparameter zu dem Steuerelement sendet.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 1 oder 8, bei der das zweite Abstimmelement (76) in einem zentralisierten Regler (12) gelegen ist, der dem Prozessregelsystem (10) zugeordnet ist.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 1 oder 8, bei der das zweite Abstimmelement (76) in einer Anwenderworkstation (14) gelegen ist, die dem Prozessregelsystem (10) zugeordnet ist.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Vorrichtung (44) eine Feldvorrichtung ist.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste Abstimmelement (66) in einer ersten Feldvorrichtung (44) gelegen ist und das zweite Abstimmelement (76) in einer zweiten Feldvorrichtung gelegen ist.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem dritten Abstimmelement, welches in einer dritten Vorrichtung gelegen ist, wobei die dritte Vorrichtung ein weiteres Steuerelement darin enthält, wobei das dritte Abstimmelement Folgendes aufweist: – einen zweiten Steuerelementregler, der dafür geeignet ist, um kommunikativ mit dem weiteren Steuerelement in der dritten Vorrichtung gekoppelt zu werden, und dafür geeignet ist, um den Betrieb des weiteren Steuerelements während einer weiteren Abstimmprozedur zu steuern; – eine zweite Datensammeleinheit, welche die während der weiteren Abstimmprozedur erzeugten Daten sammelt; und – einen zweiten Kommunikator, der die Prozesseigenschaftsinformationen, die dem weiteren Steuerelement zugeordnet sind, zu der zweiten Vorrichtung über das Kommunikationsnetzwerk überträgt für die Verwendung bei der Bestimmung eines Abstimmparameters für das weitere Steuerelement.
Selbstabstimmeinrichtung für die Verwendung bei der Implementierung einer Abstimmprozedur in einem Prozessregelsystem (10), welches erste (43, 44, 46, 48, 50) und zweite (26, 28, 30, 32, 34, 36) Vorrichtungen enthält, die kommunikativ über ein Kommunikationsnetzwerk gekoppelt sind, einen Prozessor, der die Fähigkeit hat, eine Software in jeder der ersten und der zweiten Vorrichtungen zu implementieren, einen Speicher in jeder der ersten und zweiten Vorrichtungen, und mit einem Steuerelement, welches innerhalb der ersten Vorrichtung gelegen ist, wobei die Selbstabstimmeinrichtung Folgendes umfasst: eine Abstimmfunktionsblock-Software, die dafür geeignet ist, um in dem Speicher der ersten Vorrichtung gespeichert zu werden und die auf dem Prozessor der ersten Vorrichtung implementiert wird und die Folgendes enthält: – eine Steuerroutine, welche den Betrieb des Steuerelements innerhalb der ersten Vorrichtung während der Abstimmprozedur steuert; – eine Datensammelroutine, welche die während der Abstimmprozedur erzeugten Daten sammelt und welche die gesammelten Daten in dem Speicher der ersten Vorrichtung speichert; – eine Prozesseigenschafts-Berechnungsroutine, welche eine Prozesseigenschaft aus den gesammelten Daten berechnet; und – eine Kommunikationsroutine, welche Prozesseigenschaftsinformationen, die die berechnete Prozesseigenschaft angeben, zu der zweiten Vorrichtung über das Kommunikationsnetzwerk überträgt; und eine Abstimmparameter-Berechnungssoftware, die dafür geeignet ist, um in dem Speicher der zweiten Vorrichtung gespeichert zu werden und die auf dem Prozessor der zweiten Vorrichtung implementiert wird, welche einen Abstimmparameter für das Steuerelement der ersten Vorrichtung aus den Prozesseigenschaftsinformationen bestimmt.
Selbstabstimmeinrichtung nach Anspruch 16, bei der die Abstimmparameter-Berechnungssoftware einen Satz von Regeln enthält, die dazu verwendet werden, um den Abstimmparameter für einen bestimmten Typ des Steuerelements aus der berechneten Prozesseigenschaft zu bestimmen.
Selbstabstimmeinrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, bei der der Satz von Regeln so konfiguriert ist, um einen Abstimmparameter für ein Proportional-Integral-Differenzial-Steuerelement (62) zu bestimmen.
Selbstabstimmeinrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, bei der der Satz von Regeln so konfiguriert ist, um einen Abstimmparameter für ein Fuzzy-Logik-Steuerelement zu bestimmen.
Selbstabstimmeinrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, bei der der Satz von Regeln so konfiguriert ist, um einen Abstimmparameter unter Verwendung eines neuralen Netzwerks zu bestimmen.
Selbstabstimmeinrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, bei der die erste Vorrichtung eine Fieldbus-Feldvorrichtung ist und die Abstimmfunktionsblock-Software ein Selbst-Abstimmfunktionsblock (66) ist, der in Übereinstimmung mit einem Fieldbus-Protokoll steht.
Verfahren zum Abstimmen eines Steuerelements, welches in einer ersten Vorrichtung eines Prozessregelsystems gelegen ist, welches eine erste Vorrichtung und eine zweite Vorrichtung besitzt, die kommunikativ über ein Kommunikationsnetzwerk gekoppelt sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Implementieren einer Steuer- oder Regelfunktion, die in der ersten Vorrichtung gespeichert ist, um den Betrieb des Steuerelements zu regeln oder zu steuern, um dadurch eine Abstimmprozedur zu implementieren; – Sammeln von Daten, die während der Abstimmprozedur in der ersten Vorrichtung erzeugt wurden; – Bestimmen einer Prozesseigenschaft aus den gesammelten Daten in der ersten Vorrichtung; 8a – Übertragen von Prozesseigenschaftsinformationen, die aus den gesammelten Daten entwickelt wurden und die bestimmte Prozesseigenschaft angeben, zu der zweiten Vorrichtung mittels des Kommunikationsnetzwerks; und – Bestimmen eines Abstimmparameters für das Steuerelement aus den Prozesseigenschaftsinformationen in der zweiten Vorrichtung.
Verfahren zum Abstimmen eines Steuerelements nach Anspruch 22, bei dem die Prozesseigenschaftsinformationen die gesammelten Daten umfassen.
Verfahren zum Abstimmen eines Steuerelements nach einem der Ansprüche 22 oder 23, bei dem der Schritt der Bestimmung eines Abstimmparameters die Schritte enthält gemäß Speichern eines Satzes von Regeln für die Verwendung bei der Bestimmung des Abstimmparameters für einen bestimmten Typ eines Steuerelements in der zweiten Vorrichtung, und Verwenden des gespeicherten Satzes der Regeln zum Bestimmen des Abstimmparameters basierend auf den Prozesseigenschaftsinformationen.
Verfahren zum Abstimmen eines Steuerelements nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem der Schritt der Bestimmung eines Abstimmparameters die Schritte enthält gemäß einem Speichern einer Vielzahl von Sätzen von Regeln, von denen jeder so konfiguriert ist, um einen Abstimmparameter für einen unterschiedlichen Typen eines Steuerelements zu bestimmen und wobei unterschiedliche Sätze der Vielzahl der Sätze der Regeln abhängig von dem Typ des abgestimmten Steuerelements verwendet werden.
Verfahren zum Abstimmen eines Steuerelements nach einem der Ansprüche 22 bis 25, ferner mit dem Schritt gemäß einem Aussenden des Abstimmparameters zu dem Steuerelement über das Kommunikationsnetzwerk nach dem Schritt der Bestimmung des Abstimmparameters.