DE102004009598A1

DE102004009598A1 - Hochschneller selbstabstimmender Regelkreis

Info

Publication number: DE102004009598A1
Application number: DE102004009598A
Authority: DE
Inventors: Terrence L. Round Rock Blevins; Wilhelm K. Austin Wojsznis
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2024-02-28
Also published as: US7496041B2; CN1532655A; US20040170138A1; GB0404322D0; JP4500561B2; GB2404998A; HK1070436A1; DE102004009598B4; CN100485551C; GB2404998B; JP2004265411A

Abstract

Eine Selbstabstimmung ist für die Verwendung in einem verteilten Prozesssteuerungsnetzwerk bestimmt, das über ein Kommunikationsnetzwerk verfügt, um die kommunikative Verbindung einer Prozesssteuerung, die eine Prozesssteuerungsroutine ausführt, mit einer oder mehreren Prozessvorrichtungen herzustellen, die in einem Regelkreis eingesetzt sind. Die Selbstabstimmung umfasst ein erstes Abstimmelement, das konfiguriert ist, um mittels eines Steuerungsobjekts in den Prozessregelkreis einzugreifen und zu veranlassen, dass dieser eine Selbstabstimmungsprozedur durchläuft, und dass ein Abstimmdaten-Stapelspeicher in einer der Prozessvorrichtungen ein dem Steuerungsobjekt zugeordnetes Abstimmsignal zusammen mit einer Zeitmarke übernimmt und speichert, wobei die letztere den Zeitpunkt angibt, zu dem die Vorrichtung auf das Abstimmsignal eingewirkt hat. Ein Messdaten-Stapelspeicher ist in der gleichen oder einer anderen Prozessvorrichtung vorgesehen und bewirkt den Erhalt und die Speicherung eines Antwort- oder Messsignals, das von der Prozessvorrichtung zusammen mit einer Zeitmarke erzeugt wurde, die den Zeitpunkt angibt, zu dem das Antwortsignal generiert oder erfasst wurde. Ein zweites Abstimmelement, das beispielsweise in einem Steuerungsgerät oder einer Workstation enthalten sein kann, enthält in periodischer Weise Daten vom Abstimmdaten-Stapelspeicher und vom Messdaten-Stapelspeicher und bestimmt einen Abstimmparameter, der für die Abstimmung des Prozessregelkreises genutzt ...

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf verteilte Prozesssteuerungsnetzwerke und insbesondere auf eine Einrichtung und ein Verfahren zur Selbstabstimmung von Prozesselementen, die innerhalb eines verteilten Prozesssteuerungsnetzwerkes kommunikativ miteinander verbunden sind.
ERFINDUNGSHINTERGRUND
Prozesssteuerungsnetzwerke, wie sie z.B. in chemischen, petrochemischen oder anderen Prozessen verwendet werden, umfassen allgemein eine zentrale Prozesssteuerung, die kommunikativ mit einer oder mehreren Feldvorrichtungen verbunden ist, beispielsweise Ventilstellungsreglern, Schaltern, Sensoren (wie z.B. Temperatur-, Druck- und Durchflusssensoren) usw. Diese Feldvorrichtungen können physikalische Steuerungsfunktionen innerhalb des Prozesses ausführen (wie z.B. Öffnen oder Schließen eines Ventils), Messungen innerhalb des Prozesses zum Gebrauch in der Steuerung des Prozessablaufs durchführen oder jede andere gewünschte Funktion im Prozess ausführen. Prozesssteuerungen waren früher über eine oder mehrere analoge Signalleitungen oder Busse, die z.B. 4–20 mA- (Milliampere) -Signale von und zu den Feldvorrichtungen führen können, mit den Feldvorrichtungen verbunden. Im Allgemeinen erhält die Prozesssteuerung Signale, die Messungen von einer oder mehreren Feldvorrichtungen und/oder andere zu den Feldvorrichtungen gehörige Informationen repräsentieren, nutzt diese Informationen zur Implementierung einer typischen komplexen Steuerungsroutine und generiert Steuersignale, die über die analogen Signalbusse zu den Feldvorrichtungen geschickt werden, um den Ablauf des Prozesses zu steuern.
Seit kurzem besteht in der Prozesssteuerungsindustrie die Tendenz, innerhalb der Prozesssteuerungsumgebung feldbasierte digitale Kommunikation zu implementieren. Die Prozesssteuerungsindustrie hat z.B. eine Anzahl von Standards entwickelt, die offene digitale oder kombiniert digitale und analoge Übertragungsprotokolle umfassen, wie z.B. die HART^®, PROFIBUS^®, WORLDFIP^®, Device-Net^® und CAN^® Protokolle. Diese digitalen Übertragungsprotokolle ermöglichen es, generell mehr Feldvorrichtungen mit einen bestimmten Netzwerk zu verbinden, unterstützen mehr und schnellere Übertragungen zwischen den Feldvorrichtungen und dem Steuerungsgerät und/oder gestatten es den Feldvorrichtungen, mehr und unterschiedliche Typen von Informationen wie beispielsweise Informationen, die zum Status und der Konfiguration der Feldvorrichtung selbst gehörten, an die Prozesssteuerungseinrichtung zu senden. Darüber hinaus ermöglichen diese digitalen Standardprotokolle die gemeinsame Nutzung von Feldvorrichtungen unterschiedlicher Hersteller im selben Prozesssteuerungsnetzwerk.
Innerhalb der Prozesssteuerungsindustrie gibt es jetzt auch eine Tendenz, die Prozesssteuerung zu dezentralisieren und dadurch die einzelnen Prozesssteuerungseinrichtungen zu vereinfachen. Dezentrale Steuerung entsteht durch im Feld installierte Prozesssteuerungsgeräte wie z.B. Ventilstellungsregler, Messwertumformer etc., die eine oder mehrere Prozesssteuerungsfunktionen mit sogenannten Funktionsoder Steuerblöcken ausführen. Die Funktionsblöcke können Daten über eine Netzwerkstruktur zur Nutzung in anderen Prozesssteuerungseinrichtungen (oder Funktionsblöcken) austauschen, die andere Steuerungsfunktionen ausführen. Zur Implementierung dieser Steuerungsfunktionen verfügt jede Prozesssteuerungseinrichtung über einen Mikroprozessor, der sowohl die Fähigkeit hat, einen oder mehrere Funktionsblöcke zu implementieren, als auch die Fähigkeit, mit anderen Prozesssteuerungseinrichtungen mittels offenen Standardübertragungsprotokollen zu kommunizieren. Auf diese Weise können Feldvorrichtungen innerhalb eines Netzwerks zur Prozesssteuerung so miteinander verbunden werden, dass sie miteinander kommunizieren und eine oder mehrere Prozesssteuerungsfunktionen auszuführen, die ohne einen Eingriff eines zentralen Steuerungsgerätes einen Regelkreis bilden. Das rein digitale Zweidraht-Netzwerkprotokoll, das jetzt von der Fieldbus Foundation verbreitet wird und als das FOUNDATION^TM Fieldbus bekannt ist, ist ein offenes Fieldbus-Übertragungsprotokoll, das Einrichtungen, die von unterschiedlichen Herstellern stammen, die Zusammenarbeit und die Kommunikation miteinander über ein Standardnetzwerk gestattet, um die dezentrale Steuerung innerhalb eines Prozesses zu bewirken.
Die Abstimmung eines Steuerblocks oder eines Regelkreises in einem herkömmlichen System ist relativ einfach, da die gesamte Abstimmroutine im zentralen Steuerungsgerät oder in einer Feldvorrichtung gespeichert werden kann. Wenn die Abstimmung eines Regelkreises einer derartigen Steuerroutine gewünscht wird, veranlasst der separate Abstimmblock innerhalb des Steuerungsgeräts oder in der Feldvorrichtung den zugehörigen Steuerblock, wie z.B. einen Proportional-Integral (PI)- oder einen Proportional-Integral-Differential (PID)-Steuerblock, durch eine Abstimmprozedur wie eine induzierte Schwingungsprozedur vorbestimmte Charakteristiken des Prozesses oder des Regelkreises zu bestimmen. Während dieser Phase der dynamischen Datensammlung sammelt der Abstimmblock von dem Regelkreis generierte Daten, die im Normalbetrieb an die Steuerungsroutine übergeben werden, und bestimmt aus diesen Daten eine oder mehrere Prozesscharakteristiken wie z.B. die Grenzverstärkung, die Zeitkonstante etc. des Prozesses. Nachdem die gewünschten Prozesscharakteristiken berechnet sind, wendet der Abstimmblock einen Satz Regeln oder andere Algorithmen an und nutzt dabei die Prozesscharakteristiken zur Bestimmung neuer Abstimmparameter für den Steuerblock oder den Regelkreis. Dieser Schritt wird üblicherweise als die Regelanwendungsphase der Abstimmprozedur bezeichnet. Anschließend übergibt die Abstimmroutine die neuen Abstimmparameter an den Steuerblock (oder den Regelkreis), womit die Abstimmprozedur beendet ist. Da in einem zentralisierten Prozesssteuerungssystem alle Steuerungsfunktionen im Steuerungsgerät untergebracht sind, und alle zur Abstimmung benötigten Daten während des Normalbetriebs an das Steuerungsgerät übermittelt werden, hat der Abstimmblock direkten Zugriff auf die Steuerblöcke und auf die Daten, die für die Abstimmung der einzelnen Steuerblöcke erforderlich sind.
Dezentralisierte Prozesssteuerungssysteme, bei denen Steuerblöcke oder Steuerungselemente wie beispielsweise PI-Steuerungselemente, PID-Steuerungselemente, Fuzzy-Logik Steuerungselemente etc. in verteilter Art und Weise in einem Prozesssteuerungsnetzwerk angeordnet sind, sind schwieriger abzustimmen, da sich die Steuerblöcke entfernt vom Steuerungsgerät oder den Feldvorrichtungen befinden, in denen typischerweise der Abstimmblock gespeichert ist. Dezentralisierte Prozesssteuerungssysteme kommunizieren allgemein in regelmäßiger oder synchroner Weise miteinander, um spezifische Steuerungsfunktionen zu implementieren, die mit der Prozesssteuerungsroutine in Zusammenhang stehen. Während der Perioden, in denen keine synchrone Kommunikation stattfindet, können andere Information wie z.B. Alarme, Sollwertänderungen oder andere diagnostische Signale (beispielsweise Abstimmsignale) in unregelmäßiger oder nichtsynchroner Weise ausgetauscht werden. Ein für nichtsynchrone Kommunikation konfigurierter Abstimmblock ist jedoch nicht in der Lage, ein deterministisches Abstimmsignal an eine Feldvorrichtung zu senden und ein deterministisches Antwortsignal von einer Feldvorrichtung zu erhalten, da das Steuerungsgerät oder die Feldvorrichtung die asynchrone Kommunikation für die Implementierung der Abstimmfunktionen verwenden müssen. Insbesondere hat das Steuerungsgerät, da das Abstimmsignal in asynchroner Weise ausgetauscht wird, keine Möglichkeit festzustellen, wann das Abstimmsignal tatsächlich in der Feldvorrichtung eintrifft oder wann das entsprechende Antwortsignal generiert wird, so dass keine exakte Kontrolle hinsichtlich der zeitlichen Abfolge der Abstimmprozedur gegeben ist und somit die Wahrscheinlichkeit ungenauer Abstimmergebnisse größer wird.
Bei einem im Stand der Technik bekannten System für die Implementierung der Abstimmung in einem verteilten Prozesssteuerungsnetzwerk wird das gesamte Netzwerk rekonfiguriert und für die Durchführung der Abstimmprozedur außer Betrieb genommen. In dieser Konfiguration wird die Abstimmprozedur unter Verwendung synchroner Kommunikation vorgenommen, wobei die spezifischen Steuerungsfunktionen während dessen unterbrochen werden. Bei einem anderen im Stand der Technik bekannten System für die Implementierung der Abstimmung ist die gesamte Abstimmroutine im gleichen Gerät wie der abzustimmende Steuerblock (beispielsweise der PID-Funktionsblock) abgelegt und kann sogar in die Funktionalität des Kontrollblocks selbst einbezogen sein. Obwohl dieses System in der Lage ist, die zeitliche Abfolge der Abstimm prozedur exakt zu steuern und Daten mit jeder gewünschten Rate zu sammeln (bis zu und einschließlich der Geschwindigkeit, mit der der Steuerblock ausgeführt wird), muss die Abstimmroutine zusammen und gleichzeitig mit dem Steuerblock kompiliert werden, wodurch der Aufwand (z.B. zeitliche Steuerung, Ausführung, Speicherbedarf etc.) im Zusammenhang mit dem Einsatz des Steuerblocks im Normalbetrieb des Prozesses erhöht ist, auch wenn die Funktionalität der Selbstabstimmungsroutine während des Normalbetriebs des Regelkreises nur relativ selten genutzt wird. Darüber hinaus muss eine vollständige Selbstabstimmungsroutine in jedes der verschiedenen Geräte einbezogen werden, das einen Steuerblock enthält, um die Selbstabstimmung eines jeden Steuerblocks zu ermöglichen, wodurch das Prozesssteuerungssystem mit unnötiger Redundanz ausgestattet wird, die wiederum höhere Kosten mit sich bringt.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Selbstabstimmung ist für die Verwendung in einem verteilten Prozesssteuerungsnetzwerk bestimmt, das über ein Kommunikationsnetzwerk verfügt, um die kommunikative Verbindung einer Prozesssteuerung, die eine Prozesssteuerungsroutine ausführt, mit einer oder mehreren Prozessvorrichtungen herzustellen, die in einem Regelkreis eingesetzt sind. Die Selbstabstimmung umfasst ein erstes Abstimmelement, das konfiguriert ist, um mittels eines Steuerungsobjekts in den Prozessregelkreis einzugreifen und zu veranlassen, dass dieser eine Selbstabstimmungsprozedur durchläuft, und dass ein Abstimmdaten-Stapelspeicher in einer der Prozessvorrichtungen ein dem Steuerungsobjekt zugeordnetes Abstimmsignal zusammen mit einer Zeitmarke übernimmt und speichert, wobei die letztere den Zeitpunkt angibt, zu dem die Vorrichtung auf das Abstimmsignal eingewirkt hat. Ein Messdaten-Stapelspeicher ist in der gleichen oder einer anderen Prozessvorrichtung vorgesehen und bewirkt den Erhalt und die Speicherung eines Antwort- oder Messsignals, das von der Prozessvorrichtung zusammen mit einer Zeitmarke erzeugt wurde, die den Zeitpunkt angibt, zu dem das Antwortsignal generiert oder erfasst wurde. Ein zweites Abstimmelement, das beispielsweise in einem Steuerungsgerät oder einer Workstation enthalten sein kann, erhält in periodischer Weise Daten vom Abstimmdaten-Stapelspeicher und vom Messdaten-Stapelspeicher und bestimmt einen Abstimmparameter, der für die Abstimmung des Prozessregelkreises genutzt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines verteilten Prozesssteuerungsnetzwerkes, das ein Selbstabstimmungssystem umfasst;
2 ist ein schematisches Blockdiagramm, das den Informationsfluss in einer Ausführungsform des Selbstabstimmungssystems der 1 zeigt;
2A ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Steuerungsroutine in einer Ausführungsform des Selbstabstimmungssystems der 1 zeigt;
3A-3C sind Diagramme, die Signale repräsentieren, wie sie in einer Ausführungsform des Selbstabstimmungssystems der 1 genutzt und gespeichert werden können;
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das den Informationsfluss in Datenregister zeigt, die einem Selbstabstimmungssytem zugehörig sind;
5 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Datensammelprozedur zeigt, die Daten sammelt und nutzt, die in einem Datenregisterpaar eines Selbstabstimmungssystems gespeichert sind; und
6 ist ein schematisches Blockdiagramm, das den Informationsfluss in einer weiteren Ausführungsform eines Selbstabstimmungssystems zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein verteiltes Steuerungsnetzwerk (DCN) 2, das eine oder mehrere Benutzerschnittstelleneinrichtungen umfasst, allgemein mit Bezugszeichen 4 bezeichnet, die über ein Kommunikationsnetzwerk 6 miteinander verbunden sind. Das Netzwerk 6 kann ein lokales Ethernet-Netzwerk (LAN) gemäß Standard IEEE 802.3 oder jedes andere geeignete Kommunikationsnetzwerk sein. Die Benutzerschnittstelleneinrichtungen 4 können verschiedenartige netzwerkfähige Terminals wie z.B. ein Touchpanel 8, ein Personalcomputer 10, ein Laptop 12 mit drahtloser Netzwerkfähigkeit und/oder ein drahtloser Personal Digital Assistant 14 (PDA) sein, die über einen drahtlosen Router 16 verbunden sind. Der drahtlose Router 16 kann dabei IEEE 802.11x entsprechen (wobei x für ein bestimmtes drahtloses Protokoll steht, beispielsweise a, b oder g), um so die nahtlose Kommunikation zwischen dem LAN und den drahtlosen Geräten 12 und 14 herzustellen.
Das DCN 2 umfasst des Weiteren die Steuerungsgeräte 18 und 20, die über einen Hub 22 angeschlossen sein können, der mit dem Netzwerk 6 in Verbindung steht, und die fähig sind, eine Prozesssteuerungsroutine in einem eigenen Speicher zu halten und um die Prozesssteuerungsroutine auf einem Prozessor zu implementieren (in den Steuerungsgeräten 18, 20 nicht dargestellt). Die Steuerungsgeräte 18 und 20 sind außerdem in der Lage, mit Funktionsblöcken zu kommunizieren, die sich in einer Vielzahl von über den physikalischen Prozess, allgemein mit Bezugszeichen 24 bezeichnet, verteilten Feldvorrichtungen befinden. Die Steuerungsgeräte 18 und 20 können, nur als Beispiel, DeltaV^TM-Steuerungseinrichtungen sein, die von Fisher-Rosemount Inc. Systems vertrieben werden, und können so konfiguriert sein, dass sie ein beliebiges proprietäres oder offenes Kommunikationsprotokoll wie z.B. die HART^®, PROFIBUS^® und die Fieldbus-Protokolle verwenden. In dieser Konfiguration können die drahtlosen Geräte, der PDA 14 und der Laptop 12 sowie das Touchpanel 8 und der Personalcomputer 10 genutzt werden, um mit den Steuerungsgeräten 18 und 20 zu kommunizieren, um Information über die einzelnen Elemente des physikalische Prozesses 24 zu erhalten. Wenn es sich bei den Steuerungsgeräten 18 und 20 um DeltaV^TM-Steuerungsgeräte handelt, können diese konfiguriert werden, um grafische Darstellungen der in den Steuerungsgeräten 18 und 20 implementierten Prozesssteuerungsroutinen bereitzustellen. Wenn gewünscht, ist es darüber hinaus möglich, dass ein Nutzer eine Selbstabstimmungsroutine über eine der mit dem Netzwerk 6 verbunden Benutzerschnittstellen 4 initialisieren kann.
Die Steuerungsgeräte 18 und 20 sind über beliebige Standardtypen von Eingabe/Ausgabegeräten (I/O-Geräten) 26, 28 und 30 mit einer Vielzahl von Feldvorrichtungen innerhalb des gesamten physikalischen Prozesses verbunden. In der Darstellung kommuniziert das I/O-Gerät 26 mit den Feldvorrichtungen 32-36 in einer vom HART^®-Protokoll geforderten Punkt-zu-Punkt-Topographie. Alternativ ist das dargestellte I/O-Gerät 28 in einer vom PROFIBUS^®-Protokoll geforderten Ringstruktur kommunikativ mit den Feldvorrichtungen 38-46 verbunden, während das I/O-Gerät 30 mit Feldvorrichtungen 48-50 verbunden dargestellt ist, bei denen es sich um Fieldbus-Geräte handeln kann, die einen Bus 56 verwenden, der entsprechend einem Fieldbus-Protokoll konfiguriert ist. Bei den I/O-Geräten 26, 28 und 30 kann es sich um Standardtypen von I/O-Geräten handeln, über die analoge Geräte mit 4–20 mA-Signalen, digitale Geräte mit digitalen Protokollsignalen oder beliebige Kombinationen solcher Geräte angeschlossen werden können. Außerdem kann es sich bei den Feldvorrichtungen 32-54 um jeden beliebigen Typ von Feldvorrichtungen handeln, einschließlich, jedoch nicht hierauf beschränkt, optische Sensoren, Thermoelemente, Ventilstellungsregler, Servopositionierer, Ventilsteuerungen usw.
2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Satzes von Routinen, wobei einige von diesen Funktionsblöcke sein können, die verbunden sind, um einen beispielhaften selbstabstimmenden Regelkreis im DCN 2 zur Steuerung des physikalischen Prozesses 24 der 1 zu bilden. Im Blockdiagramm der 2 enthält die Benutzerschnittstelle (User Interface – UI) 4 eine aktive grafische Darstellung der Steuerung 58, die von einer DeltaV^TM-Anwendung generiert werden kann, repräsentiert durch die vom Steuerungsgerät 20 implementierte Steuerungsroutine 60. Es ist anzumerken, dass im Fall des UI 4 als drahtloses Gerät, wie beispielsweise der Laptop 12 oder der PDA 14, die grafische Darstellung der Steuerung 58 wahrscheinlich eine HTML- (Hypertext Markup Language) oder XML-(Extensible Markup Language)-Repräsentation der Steuerungsroutine 60 ist, die mittels eines Web-Browsers wie z.B. dem Microsoft Internet Explorer^® oder dem Netscape Navigator^® zugreifbar ist.
Die im Steuerungsgerät 20 implementierte Steuerungsroutine 60 kann die gesamte Kontrolle der direkt mit dem Fieldbus-Bus 56 verbundenen Feldvorrichtungen 48-54 übernehmen, oder sie kann konfiguriert sein, um die Steuerung und/oder Überwachung des gesamten DCN 2 bereitzustellen. Im Betrieb kann die Steuerungsroutine 60 konfiguriert sein, um eine Vielzahl von Steuersignalen in Abhängigkeit von den jeweiligen Feldvorrichtungen 32-54 zu generieren, mit denen kommuniziert wird, oder die in einem speziellen Regelkreis gesteuert werden.
Um einen speziellen Regelkreis zu implementieren, ist die Steuerungsroutine 60, wie in 2 gezeigt, kommunikativ mit einem PID-Funktionsblock 62 und einem analogen Ausgangsfunktionsblock (A0) 64 verbunden, die in der Feldvorrichtung 50 ablaufen, und mit einem analogen Eingangsfunktionsblock (A1) 66, der in der Feldvorrichtung 52 abläuft. Wie in 2A detaillierter dargestellt, kann die Steuerungsroutine 60 einen A1-Schattenfunktionsblock 68, einen PID-Schattenfunktionsblock 70 und einen A0-Schattenfunktionsblock 72 enthalten, von denen jeder kommunikativ mit den jeweils entsprechenden Funktionsblöcken 66, 62 und 64 in den Feldvorrichtungen 50 und 52 verbunden ist. Die Schattenfunktionsblöcke 68-70 können beispielsweise in der Weise funktionieren, wie in der US-Patentschrift 09/151,084 mit dem Titel "Shadow Function Blocks Interface for Use in a Process Control Network" (Schattenfunktionsblöcke für den Einsatz in einem Prozesssteuerungsnetzwerk) beschrieben, deren Offenlegung hierin als Referenz einbezogen wird. In diesem speziellen Beispiel sind die Schattenfunktionsblöcke 68-72 konfiguriert, um den Status und die Daten zu spiegeln, die den entfernt in den Feldvorrichtungen 50 und 52 ablaufenden tatsächlichen Funktionsblöcken 62-66 zugehörig sind. Die Schattenfunktionsblöcke 68-72 kommunizieren in asynchroner Weise über den Fieldbus-Bus 56, so dass die Steuerungsroutine 60 so arbeitet, als ob die tatsächlichen Funktionsblöcke 62-66 im Steuerungsgerät 20 in synchroner Weise entsprechend den Programmvorgaben des Steuerungsgeräts ablaufen, ohne über den Fieldbus-Bus 56 kommunizieren zu müssen. Darüber hinaus sind im System der 2 die tatsächlichen Funktionsblöcke 62-66 mittels synchroner Fieldbus-Kommunikation kommunikativ miteinander verbunden, wie dies die durchgezogenen Linien in 2 verdeutlichen, um einen Regelkreis 74 zu definieren. Es versteht sich von selbst, das dieses Beispiel ausschließlich zur Illustration eines Verfahrens zur Konfiguration des einfachen Regelkreises 74 gedacht ist, und dass andere mögliche Konfigurationen die Anordnung des tatsächlichen PID-Funktionsblocks 62 im Steuerungsgerät 20 und das Absetzen von Steuersignalen an die Feldvorrichtung 52 in synchroner oder asynchroner Weise umfassen, wobei in diesem Fall der PID-Schattenfunktionsblock 70 nicht erforderlich wäre. Selbstverständlich könnte der PID-Funktionsblock 66 ebenso gut auch in anderen Feldvorrichtungen eingerichtet werden.
Typischerweise werden während des Konfigurierungsprozesses des DCN 2 dem A1-Funktionsblock 66, dem PID-Funktionsblock 62 und dem A0-Funktionsblock 64 (möglicherweise aufeinanderfolgend) synchrone Kommunikationsperioden innerhalb der Fieldbus-Makrozyklen zugeteilt, um so einen Regelkreis 74 zu definieren. Auf diese Weise kann der A1-Funktionsblock 66 den PID-Funktionsblock 62 mit einem Wert versorgen, der für eine an einem Punkt innerhalb des physikalischen Prozesses 24 gemessene Prozessvariable kennzeichnend ist. Der PID-Funktionsblock 62 wiederum kann einen Steuerwert für das Ansteuern einer Feldvorrichtung bestimmen, beispiels weise eines Ventils, das in Kommunikation mit dem A0-Funktionsblock 64 steht. Der A0-Funktionsblock 64 kann anschließend dem gesteuerten Gerät, an dem die Messung vorgenommen wurde (z.B. der Feldvorrichtung 50 und/oder 52), ein Steuersignal übermitteln, das für den generierten Steuerwert kennzeichnend ist. Der durch diese Funktionsblöcke definierte Regelkreis 74 durchläuft die beschriebene Sequenz abhängig von den Prozessanforderungen und den Verstärkungscharakteristiken mehrere Male in iterativer Weise, bis die gemessene Prozessvariable gleich dem gewünschten Wert oder dem Sollwert ist.
Die Steuerungsroutine 60 kann die Schattenfunktionsblöcke 68-70 der 2A beinhalten, um den Status und die Funktion der tatsächlichen Funktionsblöcke 62-66 zu überwachen und um mittels asynchroner Kommunikation über den Fieldbus-Bus 56 Eingaben an diese zu übergeben (wie in 1 dargestellt). Das Steuerungsgerät 20 kann jedoch des weiteren eine Selbstabstimmungsroutine 76 beinhalten, die kommunikativ mit der Steuerungsroutine 60 verbunden ist. Es versteht sich von selbst, dass die Selbstabstimmungsroutine 76 im UI 4 ablaufen kann und einfach eine Steuerungs-Subroutine im Steuerungsgerät 20 aufruft, oder dass sie, wie in 2 gezeigt, im Steuerungsgerät 20 selbst ausgeführt wird. Die Selbstabstimmungsroutine 76 stellt bei ihrer Aktivierung, beispielsweise über die Steuerungsanzeige 58 oder entsprechend einem planmäßigen Wartungszyklus, ein Abstimmsignal an das Steuerungsobjekt oder den Funktionsblock (z.B. den PID-Funktionsblock 62) bereit, der in den durch die Funktionsblöcke 62-66 definierten Regelkreis 74 einbezogen ist, damit der Regelkreis 74 eine Abstimmprozedur ausführt. Insbesondere veranlasst die Selbstabstimmungsroutine 76 den PID-Funktionsblock 62, ein bekanntes Steuersignal u' zu generieren, in dessen Folge beispielsweise der Regelkreis 74 induzierte Schwingungen oder eine sprunghafte Veränderung durchläuft. Eine Ausgabe des Regelkreises 74, beispielsweise eine Ausgabe, die vom A1-Funktionsblock 66 gemessen wird oder diesem und der bekannten Eingabe (dem Steuersignal) zugeordnet ist, kann anschließend in beliebiger bekannter Weise zur Bestimmung einer oder mehrerer Prozesscharakteristiken des für die Abstimmung herangezogenen Prozesses dienen. In der beispielhaften Ausführungsform der 2 bestimmt die Selbstabstimmungsroutine 76 die dem Prozess zugehörigen Prozesscharakteristiken (Grenzverstärkung, Zeitkonstante etc.) und nutzt diese Parameter zur Bestimmung oder Aktualisierung der Verstärkungswerte für den Proportional-Integral-Differential (PID)-Funktionsblock 62.
Im Betrieb weist die Selbstabstimmungsroutine 76 die Steuerungsroutine 60, oder genauer gesagt den PID-Schattenfunktionsblock 70 an, dem Prozess kontrollierte Schwingungen oder Störungen aufzuprägen. Wie weiter oben erläutert, kommunizieren der PID-Schattenfunktionsblock 70, der in der Steuerungsroutine 60 abläuft, und die entfernte Feldvorrichtung 50 in asynchroner Weise miteinander, so dass Information von der Feldvorrichtung 50 auch der Steuerungsroutine 60 in asynchroner Weise zur Verfügung steht und umgekehrt. Wenn daher der PID-Schattenfunktionsblock 70 die Anweisung erhält, in kontrollierte Störungen zu gehen, wird die Anweisung in asynchroner oder unregelmäßiger Weise über das Fieldbus-Netzwerk 56 an den PID-Funktionsblock 62 übermittelt, der in der Feldvorrichtung 50 abläuft. Da die Anweisung in asynchroner Weise übermittelt wird (d.h. immer dann, wenn keine regelmäßige Kommunikation vorliegt), kann die Selbstabstimmungsroutine 76 verfolgen, wann die Anweisung abgesetzt wurde, sie kann aber nicht feststellen, wann die Anweisung tatsächlich über den Fieldbus-Bus 56 ausgetauscht oder vom PID-Funktionsblock 62 erhalten wurde.
3A zeigt das ursprüngliche Störsignal u repräsentiert durch ein kontinuierliches Sinussignal mit einer Periode T, wie es für die Selbstabstimmungsprozedur verwendet werden kann. Die digitale Repräsentation des Störsignals u besteht in einer Folge diskreter Schritte, die als Segmente u_i bezeichnet sind (wobei der Index i die diskreten Zeitabschnitte für jedes Segment benennt). Es ist unmittelbar klar, dass die Segmente u_i des Störsignals, wie in 2 durch eine gestrichelte Linie angedeutet, durch die Steuerungsroutine 60 in asynchroner Weise an die Feldvorrichtung 50 übermittelt werden. Da die Segmente u_i des Störsignals asynchron übermittelt werden (d.h. in unregelmäßiger Weise), sind die Steuerungsroutine 60 und die Selbstabstimmungsroutine 76 selbst nicht in der Lage, genau festzustellen, wann die Segmente bei der Feldvorrichtung 50, und genauer gesagt, beim PID-Funktionsblock 62, eintreffen. Die praktische Auswirkung eines solchen Kommunikationssystems ist, dass die in 3A dargestellten Segmente u_i des Störsignals in unregelmäßigen Abständen je nach Ver fügbarkeit der Systemkommunikation übermittelt werden, woraus erhaltene Störsignalsegmente x_i resultieren, wie beispielhaft in 3B dargestellt.
Die erhaltenen Störsignalsegmente x_i haben die gleiche Größe wie die ursprünglichen Störsignalsegmente u_i, aber eine insgesamte Periodendauer von T + ΔT. Die Änderung bei der Periodendauer ΔT ist kennzeichnend für die Gesamtheit der kommunikationsbedingten Abweichungen (im vorliegenden Beispiel einer Verzögerung durch die Kommunikation) zwischen Generierung und Übertragung des Störsignals u und dem Erhalt des Störsignals x durch die Feldvorrichtung 50. Alternativ können die erhaltenen Störsignalsegmente x_i zwar die gleiche oder in etwa die gleiche Periode aufweisen, aber möglicherweise nicht mehr in exakt periodischer Weise erhalten werden und somit kein einfaches Sinussignal mehr darstellen.
Die Feldvorrichtung 50, bei der es sich beispielsweise um einen Ventilstellungsregler handeln kann, enthält des Weiteren einen Trendblock 78, der mit dem PID-Funktionsblock 62 und/oder dem A0-Funktionsblock 64 zusammenarbeitet. Der Trendblock 78 fungiert, wie in 2 gezeigt, im Wesentlichen als ein Register oder als ein Stapelspeicher zur Erfassung und Speicherung der erhaltenen Störsignalsegmente x_i. Die erhaltenen Störsignalsegmente x_i – x₁ sind in chronologischer Folge gespeichert dargestellt, können aber auch in jeder anderen abrufbaren Ordnung gespeichert werden, indem die einzelnen Segmente einfach nur mit einer Zeitmarke versehen werden. Es versteht sich außerdem von selbst, dass je nach der verwendeten Abstimmprozedur die erhaltenen Störsignalsegmente x_i in einer Konfiguration First-in-First-out (FIFO) oder in einer Konfiguration Last-in-First-out (LIFO) gespeicherten werden können. Wenn es sich bei dem Trendblock 78 um ein standardmäßiges Trendobjekt des Fieldbus-Protokolls handelt, kann dieses in regelmäßigen Abständen die Signalsegmente x_i speichern und es kann eine einzelne Zeitmarke entsprechend der letzten gespeicherten Datenabfrage abspeichern. Die den übrigen gespeicherten Datenabfragen zuzuordnende Zeit kann in bekannter Weise aus der Zeitmarke und der periodischen Erfassungsrate des Trendobjekts bestimmt werden. Alternativ könnte das Trendobjekt 78 eine Zeitmarke für jedes Datensignalsegment abspeichern, die angibt, wann das Datensegment erhalten wurde. Die Datenerfassung durch das Trendobjekt 78 kann au ßerdem durch das Abstimmsignal oder durch ein separates Signal von der Steuerungsroutine 60 oder der Selbstabstimmungsroutine 76 gestartet werden.
Die erhaltenen Störsignalsegmente x_i können anschließend vom PID-Funktionsblock 62 genutzt werden, um ein geeignetes Steuersignal für den A0-Funktionsblock 64 zu berechnen, das auf den erhaltenen Störsignalsegmenten x_i basiert. Obwohl das Trendobjekt 78 so verbunden dargestellt ist, dass es Eingaben des PID-Funktionsblocks 62 erhält, beispielsweise die erhaltenen Störsignalsegmente x_i, könnte es statt dessen die Ausgaben des PID-Funktionsblocks 62 sammeln und speichern, beispielsweise die Segmente u_i' des Aussteuerungssignals, d.h. die Eingaben für den A0-Funktionsblock 64. Wie 2 außerdem zeigt, stellt der A1-Funktionsblock 66 das Antwortsignal y in Form von in 3C dargestellten Antwortsignalsegmenten y_i bereit, um den PID-Funktionsblock 62 über synchrone Fieldbus-Kommunikation zu steuern. Darüber hinaus stellt der A0-Funktionsblock 64 ein Rückführungssignal für den PID-Funktionsblock 62 bereit.
Es versteht sich von selbst, dass der A1-Funktionsblock 66 in der Feldvorrichtung 62, bei der es sich um einen Messwertumformer oder um ein beliebiges anderes Gerät handeln kann, das fähig ist, das Antwortsignal y zu messen oder zu detektieren, über den Fieldbus-Bus 56 kommunikativ mit der Feldvorrichtung 50 verbunden ist (siehe 1) und die Antwortsignalsegmente y_i misst. Der A1-Funktionsblock 66 übermittelt die gemessenen Daten zusätzlich an einen Trendblock 80. Es sei angemerkt, dass, obwohl der A1-Funktionsblock 66 die Antwortsignalsegmente y_i in periodischer Weise auf Basis der Blockausführungsrate misst, die Antwortsignalsegmente y_i das aktuelle Steuersignal so widerspiegeln, wie es von der Feldvorrichtung 50 in asynchroner oder unregelmäßiger Weise beeinflusst wird.
Der Trendblock 80 (der in der gleichen Weise und/oder zur gleichen Zeit wie der Trendblock 78 initiiert werden kann) erhält die Antwortsignalsegmente y_i vom A1-Funktionsblock 66, um diese wie in 4 gezeigt und wie weiter oben in Verbindung mit dem Trendblock 78 beschrieben zu katalogisieren und zu speichern. Selbstverständlich kennzeichnet der Trendblock 80 die Daten ebenfalls mit einer oder mehreren Zeitmarken. Der Trendblock 80 enthält eine teilweise oder vollständige Signalauf zeichnung der Zeitpunkte der Generierung der Antwortsignalsegmente y_i durch die Feldvorrichtung 50 in Reaktion auf die Störsignalsegmente x_i. Die im Trendblock 80 enthaltene Signalaufzeichnung katalogisiert und speichert die Antwortsignale y lokal (d.h. es besteht keine Notwendigkeit des asynchronen Austauschs der Antwortsignalsegmente y_i mit dem Steuerungsgerät 20 oder einem anderen Gerät während der Ausführung der Abstimmroutine), so dass die durch das Kommunikationsverfahren bedingte Zeitverzögerung (d.h. ΔT) entfällt. Stattdessen können die Trendblöcke 78 und 80, nachdem sie bestimmte Datenmengen gesammelt haben, beispielsweise 16 Datensignale, diese Daten jeweils insgesamt, d.h. als einzelne Nachricht, asynchron an das Steuerungsgerät 20 übermitteln. Der Datenpaketverkehr kann in jeder beliebigen Weise erfolgen, beispielsweise durch Zusammenstellung einer abgegrenzten Datei oder durch Bereitstellen eines kontinuierlichen Datenstroms, wobei jedem Abschnitt der gesammelten Daten eine bestimmte Position innerhalb der Datenfolge zugeordnet ist, so dass die Daten von dem oder den Zielgeräten ausgelesen werden können, wenn diesen die zugeordneten Positionen bekannt sind.
5 zeigt die Trendblöcke 78 und 80, die über den Fieldbus-Bus 56 und das I/O-Gerät 30 in kommunikativer Verbindung mit einem Identifizierungsalgorithmus 82 stehen. Der Identifizierungsalgorithmus 80, der in die Selbstabstimmungsroutine 76 oder die Steuerungsroutine 60 integriert sein kann, wobei dies jedoch nicht zwingend der Fall ist, stellt ein System zur Kompensation der Auswirkung der kommunikationsbedingten Verzögerungszeit zwischen der Selbstabstimmungsroutine 76 und dem gesteuerten Gerät (im diesem Beispiel die Feldvorrichtung 50) bereit, indem er die erhaltenen Signalsegmente x_i (oder u_i') und die entsprechenden gespeicherten Antwortsignalsegmente y_i in Bezug zueinander bringt. Beispielsweise können die Trendblöcke 78 und 80 jedes erhaltene Signalsegment (x_i und y_i) mit einer Zeitmarke verbinden, die angibt, wann durch den jeweiligen Block auf das Störsignalsegment x_i zugegriffen wurde, und wann des Antwortsignalsegment y_i gemessen wurde. Da die Zeitmarke angibt, oder aus dieser bestimmt werden kann, wann jedes Signalsegment (x_i und y_i) lokal erhalten oder von den Feldvorrichtungen 50 und 52 generiert wurde, ist es nicht erforderlich, kontinuierlich mit der Steuerungsroutine 50 zu kommunizieren, so dass die durch die asynchrone Kommunikation bedingte Zeitverzögerung entfällt. Durch die Eliminierung der kommunikationsbedingten Verzögerung kann der Identifizierungsalgorithmus 80 die korrelierten Datensegmente, die auf x_i und y_i basieren, für eine genauere Berechnung der Prozesscharakteristiken des Regelkreises wie z.B. Grenzverstärkung, Zeitkonstante, Antwortzeit etc. nutzen. Die berechneten Prozesscharakteristiken können, wenn erforderlich, anschließend an die Selbstabstimmungsroutine 76 übermittelt werden, die beispielsweise neue PID-Verstärkungen für den PID-Funktionsblock 66 festlegen kann. Die Selbstabstimmungsroutine 76 übermittelt dann diese neuen Verstärkungswerte in asynchroner Weise an den PID-Funktionsblock 62. Obwohl sich diese beispielhaften Ausführungsformen auf PID-Funktionsblöcke beziehen, ist klar, dass das Steuerungselement jedes geeignete Steuerungselement sein kann, beispielsweise ein PI-Funktionsblock, ein Fuzzy-Logik-Steuerungsfunktionsblock, ein Funktionsblock für ein neuronales Netzwerk etc.
6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform miteinander verbundener Funktionsblöcke, die einen beispielhaften Selbstabstimmungskreis bilden, wobei der Regelkreis vollständig in einer einzelnen Feldvorrichtung 54 implementiert ist. In dieser beispielhaften Ausführungsform enthält das DCN 2 die UI 4, die die Steuerungsanzeige 58 einschließlich der Selbstabstimmungsroutine 76 abwickeln kann, und die kommunikativ mit dem Steuerungsgerät 20 verbunden ist. Das Steuerungsgerät 20 wiederum führt die Steuerungsroutine 60 aus, die die Schattenfunktionsblöcke 68-70 beinhalten kann, die die innerhalb des Prozesses angeordneten tatsächlichen Funktionsblöcke 62-66 repräsentieren. Die Selbstabstimmungsroutine 76 veranlasst die Steuerungsroutine 60 zur Generierung eines Störsignals u, das in asynchroner Weise an eine Feldvorrichtung 54 übermittelt wird, und das als das resultierende Störsignal x übernommen wird.
Die Feldvorrichtung 54 enthält die Trendblöcke 78 und 80, den PID-Funktionsblock 62, den A0-Funktionsblock 64 und den A1-Funktionsblock 66. In dieser Konfiguration werden die Störsignalsegmente x_i (oder Steuerungsstörsignalsegmente u_i') in der oben beschriebenen und in 4 dargestellten Weise vom ersten Trendblock 78 erhalten und können zur Steuerung des PID-Funktionsblockes 62 genutzt werden. Der PID-Funktionsblock 62 ist wiederum kommunikativ mit dem A0-Funktionsblock 62 verbunden, der ein Rückführungssignal für den PID-Funktionsblock 62 bereitstellt, um einen Regelkreis zu bilden. Der A1-Funktionsblock 66 in der Feldvorrichtung 54, bei der es sich um einen Messwertumformer oder um ein beliebiges anderes Gerät handeln kann, das fähig ist, das Antwortsignal y zu messen, misst das Antwortsignal y_i und stellt die gemessenen Daten in Form von Antwortsignalsegmenten y_i für den Trendblock 80 und den PID-Funktionsblock 62 bereit.
Der Trendblock 80 erhält die Antwortsignalsegmente y_i zur Katalogisierung und Speicherung und enthält eine vollständige Signalaufzeichnung der Zeitpunkte der Generierung der Antwortsignalsegmente y_i durch den PID-Funktionsblock 62 in Reaktion auf die Störsignalsegmente x_i. Da die Trendblöcke 78 und 80 in die Feldvorrichtung 54 einbezogen sind, ist keine kommunikationsbedingte Zeitverzögerung (ΔT) gegeben, die durch die sonst notwendige asynchrone Kommunikation zwischen zwei Geräten verursacht wird. Die in den Trendblöcken 78 und 80 katalogisierten und gespeicherten und, wie in 5 dargestellt, an den Identifizierungsalgorithmus 82 übermittelten Daten resultieren somit in einer exakten Beschreibung der Prozessparameter.
Um daher allgemein Prozessparameter mit der geforderten Genauigkeit zu berechnen, sammeln die Trendblöcke 78 und 80 die gewünschten Datensegmente x_i (oder u_i') und y_i lokal (d.h. ohne diese an das Steuerungsgerät 20 übermitteln zu müssen), wobei durch die Zuordnung von Zeitmarken zu den Daten die Nichtübereinstimmung aufgrund der durch die asynchrone Kommunikation zwischen den Geräten bedingten Zeitverzögerung bzw. Nacheilung aufgehoben wird. Die Datensegmente x_i und y_i (für das vorliegende Beispiel x₃ und y₃) repräsentieren das erhaltene Störsignalsegment und das Antwortsignalsegment, die beide in den Trendblöcken 78 und 80 mit Zeitmarken gekennzeichnet werden. Durch Berechnung der Zeitdifferenz zwischen dem Eingang des Störsignalsegments x₃ und der Detektion eines Antwortsignalsegments y₃ kann ΔT bestimmt und ignoriert oder kompensiert werden. Die resultierenden korrelierten Werte für x₃ und y₃ können von der Selbstabstimmungsroutine 76 genutzt werden, um die Prozesscharakteristiken mit größerer Genauigkeit zu berechnen. Die erhaltenen Prozesscharakteristiken können in beliebiger bekannter Weise genutzt werden, um neue Abstimmparameter, beispielsweise neue Verstärkungen für die Steuerungselemente, z.B. den PID-Funktionsblock 62, zu bestimmen. Diese Abstimmparameter können anschließend von der Selbstabstimmungsroutine 76 über das Steu erungsgerät 20 an den Funktionsblock der Steuerung (z.B. den PID-Funktionsblock 62) übermittelt werden.
Bei der Implementierung kann jedes der hierin beschriebenen Elemente einschließlich der Funktionsblöcke etc. in Form von Software implementiert werden, die auf einem beliebigen rechnerlesbaren Speichermedium wie z.B. Magnetplatte, Laser- oder optische Disk, oder auf einem anderen Speichermedium, in einem RAM oder einem ROM eines Computers oder Prozessors etc. abgelegt wird. Ebenso kann die Software an einen Nutzer, einen Betrieb, eine Bedienerworkstation, ein Steuergerät, einen Logiksolver oder an jede andere Rechnereinheit auf einer rechnerlesbaren Disk oder einem anderen transportablen Speichermedium für Computer oder über einen Kommunikationskanal wie z.B. eine Telefonleitung, das Internet, das World Wide Web, jedes andere lokale oder Fernnetz etc. übermittelt werden (wobei unter Übermittlung auch die Bereitstellung solcher Software auf einem transportablen Speichermedium zu verstehen ist). Des Weiteren kann die Software direkt ohne Modulation oder Verschlüsselung oder aber moduliert und/oder verschlüsselt mittels einer geeigneten Übertragungs- und/oder Verschlüsselungstechnik bereitgestellt werden, bevor sie über einen Kommunikationskanal übermittelt wird.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben worden ist, die die Erfindung nur verdeutlichen und nicht einschränken sollen, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, daß Änderungen, Hinzufügungen oder Weglassungen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.

Fig. 1

4: Benutzerschnittstelle UI
12, 20: Steuerungsgerät
26, 28, 30: I/O

Fig. 2

4, 20: wie oben
50, 52: Feldvorrichtung
58: Steuerungsanzeige
60: Steuerungsroutine
62: PID-Funktionsblock
64: A0-Funktionsblock
66: A1-Funktionsblock
76: Selbstabstimmungsroutine
78, 80: Trendblock

Fig. 2A

68: A1-Funktionsblock (Schattenblock)
70: PID-Funktionsblock (Schattenblock)
72: A0-Funktionsblock (Schattenblock)

Fig. 3A, 3B, 3C

: –

Fig. 4

62, 66, 78, 80: wie oben

Fig. 5

76, 78, 80: wie oben
82: Identifizierungsalgorithmus

Fig. 6

4, 20: wie oben
54: Feldvorrichtung
58, 60, 62, 64, 66, 76, 78, 80: wie oben

Claims

Selbstabstimmung für den Einsatz in einem verteilten Prozesssteuerungsnetzwerk für das Abstimmen eines Prozessregelkreises, der ein Steuerungsobjekt aufweist, das eine erste Feldvorrichtung in einem Prozess und ein Messobjekt steuert, das in einer Feldvorrichtung angeordnet ist, die eine dem Prozess zugehörige Prozessvariable misst, wobei die Selbstabstimmung umfasst: ein erstes Abstimmelement, das konfiguriert ist, um ein Abstimmsignal zu generieren, das vom Steuerungsobjekt im Prozessregelkreis während einer Abstimmprozedur genutzt wird; ein erstes Datensammelobjekt, das in der ersten Feldvorrichtung angeordnet ist, und das eine Vielzahl von Steuerdatensignalen sammelt und speichert, die während der Abstimmprozedur dem Steuerungsobjekt zugehörig sind, und einen Zeitvermerk, der einem oder mehreren der Steuerdatensignale zugeordnet ist; ein zweites Datensammelobjekt, das in derselben Feldvorrichtung angeordnet ist wie das Messobjekt, das eine Vielzahl von Messdatensignalen sammelt und speichert, die während der Abstimmprozedur dem Messobjekt zugehörig sind, und einen Zeitvermerk, der einem oder mehreren der Messdatensignale zugeordnet ist; ein zweites Abstimmelement, das konfiguriert ist, um die Vielzahl der Steuerdatensignale und die Vielzahl der Messdatensignale zu erhalten, und um aus der Vielzahl von Steuerdatensignalen und der Vielzahl von Messdatensignalen einen Abstimmparameter zu bestimmen, der für die Abstimmung des Steuerungsobjekts genutzt wird.
Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das erste und das zweite Datensammelobjekt in derselben Feldvorrichtung angeordnet sind.
Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das erste und das zweite Datensammelobjekt in verschiedenen Feldvorrichtungen angeordnet sind.
Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das erste und das zweite Datensammelobjekt Trendobjekte in einem Fieldbus-Protokoll sind.
Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das erste Abstimmelement konfiguriert ist, um ein Abstimmsignal zu generieren, welches das Steuerungsobjekt veranlasst, eine Sprungeingabe oder ein sinusförmiges Steuersignal zu generieren.
Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das erste Abstimmelement in derselben Vorrichtung angeordnet ist wie das Steuerungsobjekt.
Selbstabstimmung nach Anspruch 6, bei der das erste Abstimmelement und das Steuerungsobjekt in einem Steuerungsgerät angeordnet sind.
Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das erste Abstimmelement in einem anderen Gerät angeordnet ist als das Steuerungsobjekt, und bei der das Steuerungsobjekt in einer Feldvorrichtung angeordnet ist, die dem Prozess zugehörig ist.
Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das erste Abstimmelement das Abstimmsignal zur Ausgabe an das Steuerungsobjekt generiert, und bei der das erste Datensammelobjekt das Abstimmsignal sammelt und speichert, das vom Steuerungsobjekt erhalten wird.
Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das erste Abstimmelement das Abstimmsignal zur Ausgabe an das Steuerungsobjekt generiert, welches das Steuerungsobjekt veranlasst, ein Ausgabesteuersignal zu generieren, und wobei das erste Datensammelobjekt das Ausgabesteuersignal sammelt und speichert.
Selbstabstimmung nach Anspruch 10, bei der das Steuerungsobjekt eine Proportional-Integral-Differential-Regelungsroutine enthält.
Selbstabstimmung nach Anspruch 10, bei der das Steuerungsobjekt eine Proportional-Integral-Regelroutine enthält.
Selbstabstimmung nach Anspruch 10, bei der das Steuerungsobjekt eine Fuzzy-Logik-Regelroutine enthält.
Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das erste Datensammelobjekt eine Vielzahl von Steuerdatensignalen gleichzeitig an das zweite Abstimmelement sendet.
Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das zweite Abstimmelement eine Grenzverstärkung als Prozesscharakteristik festlegt und die Grenzverstärkung zur Bestimmung der Abstimmparameter nutzt.
Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das zweite Abstimmelement eine Zeitkonstante als Prozesscharakteristik festlegt und die Zeitkonstante zur Bestimmung der Abstimmparameter nutzt.
Selbstabstimmung nach Anspruch 1, bei der das erste und das zweite Datensammelobjekt asynchron über einen Bus mit dem zweiten Abstimmelement kommunizieren.
Selbstabstimmung nach Anspruch 17, bei der es sich bei dem Bus um einen Bus mit Fieldbus-Protokoll handelt.
Prozesssteuerungssystem zur Steuerung eines Prozesses, umfassend: ein in den Prozess eingeschaltetes Steuerungsgerät zur Ausführung von Steuerungsaktivitäten innerhalb des Prozesses; eine Vielzahl von Feldvorrichtungen, die kommunikativ mit dem Steuerungsgerät verbunden sind, wobei jede der Feldvorrichtungen einen Prozessor und einen Speicher enthält; einen Regelkreis, der ein Steuerungsobjekt und ein Messelement umfasst, wobei das Messelement im Speicher abgelegt und geeignet ist, um vom Prozessor einer ersten der Feldvorrichtungen ausgeführt zu werden; eine Selbstabstimmung, die geeignet ist, den Regelkreis abzustimmen, umfassend: ein erstes Abstimmelement, das konfiguriert ist, ein Abstimmsignal zu generieren, um mittels des Steuerungsobjekts in den Regelkreis einzugreifen, damit dieser eine Abstimmprozedur durchläuft; ein erstes Datensammelobjekt, das geeignet ist, eine Vielzahl von Steuerdatensignalen zu sammeln und zu speichern, die während der Abstimmprozedur dem Steuerungsobjekt zugehörig sind, und einen Zeitvermerk, der einem oder mehreren der Steuerdatensignale zugeordnet ist; ein zweites Datensammelobjekt, das in der ersten der Feldvorrichtungen angeordnet und geeignet ist, eine Vielzahl von Messdatensignalen zu sammeln und zu speichern, die während der Abstimmprozedur dem Messobjekt zugehörig sind, und einen Zeitvermerk, der einem oder mehreren der Messdatensignale zugeordnet ist; und ein zweites Abstimmelement, das konfiguriert ist, um die Vielzahl der Steuerdatensignale und die Vielzahl der Messdatensignale zu erhalten, und um aus der Vielzahl von Steuerdatensignalen und der Vielzahl von Messdatensignalen einen Abstimmparameter zu bestimmen, der für die Abstimmung des Prozessregelkreises genutzt wird; wobei wenigstens das erste oder das zweite Datensammelobjekt in einem anderen Gerät angeordnet ist als das erste und das zweite Abstimmelement.
Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei dem das erste und das zweite Datensammelobjekt in derselben Feldvorrichtung angeordnet sind.
Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei dem das erste und das zweite Datensammelobjekt in verschiedenen Feldvorrichtungen angeordnet sind.
Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei dem das erste und das zweite Datensammelobjekt Trendobjekte in einem Fieldbus-Protokoll sind.
Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei dem das erste Abstimmelement im selben Gerät angeordnet ist wie das Steuerungsobjekt.
Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 23, bei dem das erste Abstimmelement und das Steuerungsobjekt im Steuerungsgerät angeordnet sind.
Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei dem das erste Abstimmelement in einem anderen Gerät angeordnet ist als das Steuerungsobjekt, und bei dem das Steuerungsobjekt in einer aus der Vielzahl der Feldvorrichtungen angeordnet ist.
Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei dem das erste Abstimmelement das Abstimmsignal für das Steuerungsobjekt generiert und das erste Datensammelobjekt die Abstimmsignale sammelt und speichert, wie sie vom Steuerungsobjekt erhalten werden.
Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei dem das erste Abstimmelement das Abstimmsignal generiert, welches das Steuerungsobjekt veranlasst, ein Ausgangssteuersignal zu generieren, und bei dem das erste Datensammelobjekt das Ausgangssteuersignal sammelt und speichert.
Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei dem das erste Datensammelobjekt eine Vielzahl der Steuerdatensignale als ein einzelnes Kommunikationspaket mittels asynchroner Kommunikation an das zweite Abstimmobjekt übermittelt.
Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 19, bei dem das erste und das zweite Datensammelobjekt in asynchroner Weise über einen Bus mit dem zweiten Abstimmelement kommunizieren.
Prozesssteuerungssystem nach Anspruch 29, bei dem es sich bei dem Bus um einen Bus mit Fieldbus-Protokoll handelt.
Verfahren für die Anwendung in einem verteilten Prozesssteuerungsnetzwerk, um einen Prozessregelkreis abzustimmen, der ein Steuerungsobjekt aufweist, das wenigstens eine Feldvorrichtung innerhalb des Prozesses steuert, und ein Messobjekt, das eine Prozessvariable des Prozesses misst, umfassend die folgenden Schritte: Anstoßen des Steuerungsobjekts, damit dieses mindestens eine Feldvorrichtung zur Implementierung einer Abstimmprozedur veranlasst; Sammeln von Steuerdatensignalen, die dem Steuerungsobjekt während der Abstimmprozedur in der mindesten einen Feldvorrichtung zugehörig sind, und Speichern der gesammelten Steuerdatensignale in einem ersten Daten-Stapelspeicher in der mindestens einen Feldvorrichtung, und Speichern eines Zeitvermerks, der einem oder mehreren Steuerdatensignalen in dem ersten Daten-Stapelspeicher zugeordnet ist; Sammeln von Messdatensignalen, die während der Abstimmprozedur dem Messobjekt in einer Feldvorrichtung zugehörig sind, in der das Messobjekt angeordnet ist, und Speichern der Messdatensignale in einem zweiten Daten-Stapelspeicher in der Feldvorrichtung, in der das Messobjekt angeordnet ist, und Speichern eines Zeitvermerks, der einem oder mehreren der Messdatensignale zugeordnet ist; Übermitteln der Steuerdatensignale im ersten Daten-Stapelspeicher und der Messdatensignale im zweiten Daten-Stapelspeicher an ein zweites Abstimmelement; Auswerten der Vielzahl von Steuerdatensignalen und der Vielzahl von Messdatensignalen, um eine Prozesscharakteristik zu bestimmen, die zur Abstimmung des Prozessregelkreises dient; Heranziehen der Prozesscharakteristik, um einen oder mehrere Abstimmparameter zu generieren; und Übermitteln der Abstimmparameter an das Steuerungsobjekt.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem das Sammeln der Steuerdatensignale die Nutzung eines ersten Trendobjekts in einem Fieldbus-Protokoll einschließt, um die Steuerdatensignale zu speichern, und bei dem das Sammeln der Messdatensignale die Nutzung eines zweiten Trendobjekts in einem Fieldbus-Protokoll einschließt, um die Messdatensignale zu speichern.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem das Anstoßen des Steuerungsobjekts zur Veranlassung der mindestens einen Feldvorrichtung zur Implementierung einer Abstimmprozedur das Anstoßen des Steuerungsobjekts zur Generierung einer Sprungeingabe oder eines sinusförmigen Steuersignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem das Anstoßen des Steuerungsobjekts zur Veranlassung der mindestens einen Feldvorrichtung zur Implementierung einer Abstimmprozedur das Absetzen eines Abstimmsignals an das Steuerungsobjekt in der mindestens einen Feldvorrichtung umfasst, und bei dem das Sammeln der Steuerdatensignale das Sammeln des Abstimmsignals umfasst, wie dieses vom Steuerungsobjekt erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem das Anstoßen des Steuerungsobjekts zur Veranlassung der mindestens einen Feldvorrichtung zur Implementierung einer Abstimmprozedur das Absetzen eines Abstimmsignals an das Steuerungsobjekt umfasst, um das Steuerungsobjekt zu veranlassen, ein Ausgangssteuersignal zu generieren, und bei dem das Sammeln der Steuerdatensignale das Sammeln des Ausgangssteuersignals umfasst, wie dieses vom Steuerungsobjekt generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem das Anstoßen des Steuerungsobjekts zur Veranlassung der mindestens einen Feldvorrichtung zur Implementierung einer Abstimmprozedur das Absetzen eines Abstimmsignals an das Steuerungsobjekt umfasst, um das Steuerungsobjekt zu veranlassen, ein Ausgangssteuersignal zu generieren, das an ein Gerätesteuerungsobjekt in mindestens einer Feldvorrichtung übermittelt wird, und bei dem das Sammeln der Steuerdatensignale das Sammeln des Ausgangssteuersignals umfasst, wie dieses vom Gerätesteuerungsobjekt in der mindestens einen Feldvorrichtung erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die Übermittlung der Steuerdatensignale im ersten Daten-Stapelspeicher und der Messdatensignale im zweiten Daten-Stapelspeicher an das zweite Abstimmelement die Übermittlung von zwei oder mehr der Steuerdatensignale in einer ersten Datennachricht an das zweite Abstimmobjekt und die Übermittlung von zwei oder mehr der Messdatensignale in einer zweiten Datennachricht an das zweite Abstimmobjekt einschließt.
Verfahren nach Anspruch 37, bei dem der Schritt der Übermittlung von zwei oder mehr der Steuerdatensignale in der ersten Datennachricht die asynchrone Übermittlung der ersten Datennachricht an das zweite Abstimmelement einschließt, und bei dem die Übermittlung von zwei oder mehr der Messdatensignale in der zweiten Datennachricht die asynchrone Übermittlung der zweiten Datennachricht an das zweite Abstimmelement einschließt.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die Auswertung der Vielzahl von Steuerdatensignalen und der Vielzahl von Messdatensignalen zur Bestimmung einer Prozesscharakteristik die Bestimmung einer Grenzverstärkung als Prozesscharakteristik umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die Auswertung der Vielzahl von Steuerdatensignalen und der Vielzahl von Messdatensignalen zur Bestimmung einer Prozesscharakteristik die Bestimmung einer Zeitkonstante als Prozesscharakteristik umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die Übermittlung der Abstimmparameter an das Steuerungsobjekt die asynchrone Übermittlung der Abstimmparameter an das Steuerungsobjekt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 41, bei dem die Übermittlung der Abstimmparameter an das Steuerungsobjekt die asynchrone Übermittlung der Abstimmparameter an das Steuerungsobjekt über einen Kommunikationsbus auf Basis des Fieldbus-Protokolls umfasst.