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Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Prozesssteuerungsnetzwerke
und spezifischer auf die Konfigurierung und Verwaltung von Prozesssteuerungsnetzwerken.
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Beschreibung der entsprechenden Technik
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Große Prozesse
wie beispielsweise chemische, Erdöl- und andere Produktions-
und Raffinationsprozesse weisen zahlreiche Feldgeräte auf,
die an unterschiedlichen Orten innerhalb einer Anlage vorgesehen
sind, um Prozessparameter zu messen und zu steuern, die dadurch
die Steuerung des Prozesses beeinflussen. Diese Geräte können beispielsweise
Sensoren wie Temperatur-, Druck- und Strömungsgeschwindigkeitssensoren
sowie Steuerungselemente wie beispielsweise Ventile und Schalter sein.
Historisch verwendete die Prozesssteuerungsindustrie manuelle Tätigkeiten
wie beispielsweise die manuelle Ablesung von Füllstands- und Druckanzeigen,
Betätigen
von Ventilstellrädern
etc., um die Mess- und Steuerungs-Feldgeräte innerhalb eines Prozesses
zu betätigen.
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Derzeit
wird die Steuerung des Prozesses oftmals mittels mikroprozessorbasierter
Steuerungen, Computer oder Workstations bzw. Arbeitsplatzstationen
oder Rechner realisiert, die den Prozess überwachen, indem sie Befehle
und Daten zur Hardwaregeräten
senden und empfangen, um entweder einen bestimmten Aspekt des Prozesses
oder den gesamten Prozess insgesamt zu steuern. Die spezifischen
Prozesssteuerungsfunktionen, die von Softwareprogrammen in diesem
Mikroprozessoren, Computern oder Workstations implementiert sind, können einzeln
durch Programmierung gestaltet, modifiziert oder geändert werden,
ohne Änderungen
der Hardware zu verlangen. So kann beispielsweise ein Ingenieur
veranlassen, dass ein Programm geschrieben wird, damit die Steuerung
einen Fluidstand von einem Füllstandsensor
in einem Tank liest, der Tankfüllstand
mit einem vorher festgelegten, gewünschten Stand verglichen wird
und sodann ein Speiseventil abhängig
davon, ob der abgelesene Füllstand niedriger
oder höher
als der vorher festgelegte, gewünschte
Stand ist, geöffnet
oder geschlossen wird. Die Parameter sind leicht zu ändern, indem
eine ausgewählte
Sicht des Prozesses angezeigt und sodann das Programm mittels der
ausgewählten
Sicht modifiziert wird. Der Ingenieur ändert Parameter typischerweise
so, dass eine Ingenieur-Sicht des Prozesses angezeigt und modifiziert
wird.
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Die
Steuerung, der Computer oder die Workstation speichert und implementiert
ein zentralisiertes und oftmals komplexes Steuerungsschema, um Messungen
und die Steuerung von Prozessparametern entsprechend einem Gesamt-Steuerungsschema durchzuführen. In
der Regel ist das implementierte Steuerungsschema jedoch ein proprietäres Steuerungsschema
des Feldgeräteheerstellers,
sodass Erweiterungen, Verbesserungen, Umprogrammierungen und/oder
Wartungsarbeiten am Prozesssteuerungssystem schwierig und teuer
sind, da der Lieferant des Feldgeräts auf integrale Weise beteiligt
werden muss, um irgendwelche dieser Aktivitäten auszuführen. Darüber hinaus können die
Ausrüstungen, die
verwendet oder verbunden werden können, auf Grund der proprietären Natur
des Feldgeräts
und der Tatsache, dass der Lieferant nicht notwendigerweise bestimmte
Geräte
oder Funktionen von Geräten
anderer Anbieter unterstützt,
beschränkt
sein.
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Um
einige der mit der Verwendung proprietärer Feldgeräte inhärent einher gehenden Probleme zu
beseitigen, hat die Prozesssteuerungsindustrie eine Reihe von offenen
Standard-Kommunikationsprotokollen einschließlich beispielsweise des HART®-,
DE-, PROFIBUS®-,
WORLDFIP®-,
LONWORKS®-,
Device-Net®-
und CAN-Protokolls
entwickelt. Diese Standardprotokolle versetzen von verschiedenen
Herstellern hergestellte Feldgeräte
in die Lage, zusammen innerhalb derselben Prozesssteuerungsumgebung
verwendet werden zu können.
In der Theorie kann jedes Feldgerät, das einem dieser Protokolle
entspricht, innerhalb eines Prozesses verwendet werden, um mit einem
Prozesssteuerungssystem oder einer anderen Steuerung, die das Protokoll
unterstützt,
auch dann zu kommunizieren und von diesen gesteuert zu werden, wenn
die Feldgeräte
von verschiedenen Herstellern hergestellt wurden.
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Für die Implementierung
von Steuerungsfunktionen weist jedes Prozesssteuerungsgerät einen
Mikroprozessor auf, der in der Lage ist, eine oder mehrere grundlegende
Steuerungsfunktionen auszuführen
sowie mit anderen Prozesssteuerungsgeräten mittels eines Standard-
oder offenen Protokolls zu kommunizieren. Auf diese Weise führen von
einem anderen Ingenieur hergestellte Feldgeräte und die mikroprozessorbasierte
Steuerung oder der Computer die Prozesssteuerungsfunktion aus.
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Systeme,
die Funktionen in Prozesssteuerungsumgebungen ausführen, überwachen,
steuern und rückmelden,
werden typischerweise durch Software implementiert, die in Computerprogrammierungs-Hochsprachen
wie beispielsweise Basic, Fortran oder C geschrieben ist und auf
einem Computer oder auf einer Steuerung ausgeführt wird. Diese Hochsprachen
sind zwar für
die Programmierung von Prozesssteuerungen effizient, werden jedoch von
Prozessingenieuren, Wartungsingenieuren, Steuerungsingenieuren,
Bedienern oder Überwachungspersonal
in der Regel nicht verwendet oder nicht verstanden. Für dieses
Personal wurden höhere
Grafikanzeigesprachen wie beispielsweise kontinuierliche Funktionsblock-
oder Leiterlogik entwickelt. Jeder der Ingenieure, Wartungsmitarbeiter,
Bediener, Labormitarbeiter und dergleichen benötigt daher eine grafische Sicht
der Elemente des Prozesssteuerungssystems, die ihn in die Lage versetzt,
das System in Bezug auf die für
seinen Verantwortungsbereich relevanten Elemente zu betrachten.
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Die
grafische Sicht der Elemente des Prozesssteuerungssystems erfolgt
ohne Bezug zur räumlichen
Anordnung der Anlage und zeigt lediglich logische Verbindungen der
Geräte
und Funktionen. So könnte
ein Prozesssteuerungsprogramm beispielsweise in Fortran geschrieben
sein und zwei Eingaben erfordern, den Durchschnitt der Eingaben berechnen
und einen Ausgabewert gleich dem Durchschnitt der beiden Eingaben
erzeugen. Dieses Programm könnte
als DURCHSCHNITTS-Funktion bezeichnet und über eine grafische Anzeige
für die Steuerungsingenieure
aufgerufen und referenziert werden. Eine typische grafische Anzeige
kann aus einem rechteckigen Block mit zwei Eingaben, einer Ausgabe
und einem den Block als DURCHSCHNITT kennzeichnenden Etikett bestehen.
Ein anderes Programm kann zur Erzeugung der grafischen Darstellung
dieser selben Funktion für
einen Bediener zur Anzeige des Durchschnittswerts verwendet werden. Bevor
das System an den Kunden übergeben
wird, werden diese Softwareprogramme in eine Bibliothek vordefinierter,
vom Bediener auswählbarer
Merkmale eingebunden. Diese Programme werden durch Funktionsblöcke identifiziert.
Ein Bediener kann sodann eine Funktion aufrufen und die vordefinierten,
in Form rechteckiger Kästen
dargestellten grafischen Darstellungen auswählen, um unterschiedliche Sichten
für den
Bediener, Ingenieur etc. zu erzeugen, indem er einen Funktionsblock
aus einer Mehrzahl von Funktionsblöcken aus der Bibliothek auswählt, um auf
so auf logischem Wege eine Prozesssteuerungslösung zu definieren, anstatt
ein vollständig
neues Programm in Fortran entwickeln zu müssen; Hersteller können beispielsweise
mit einem Prozesssteuerungskreis verbunden werden, um miteinander
zu kommunizieren und eine oder mehrere Prozesssteuerungsfunktionen
oder Steuerungskreise auszuführen.
Ein weiteres Beispiel für
ein offenes Kommunikationsprotokoll, das Geräte von unterschiedlichen Herstellern
in die Lage versetzt, über
einen Standardbus miteinander zu arbeiten und zu kommunizieren,
um eine dezentrale Steuerung innerhalb eines Prozesses auszuführen, ist
das FOUNDATION-Fieldbus-Protokoll (nachstehend als "Feldbus-Protokoll" bezeichnet) der
Fieldbus Foundation. Das Feldbus-Protokoll ist ein vollständig digitales,
Zweidraht-Schleifen-Protokoll.
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Bei
der Verwendung dieser Protokolle besteht eine Schwierigkeit in Verbindung
mit der Konstruktion des Prozesssteuerungssystems oder Netzwerks
in Bezug auf die tatsächliche
physikalische Anordnung und Verbindung der diversen Prozesssteuerungsgeräte. Insbesondere
legt jedes dieser Protokolle Einschränkungen der Werte für die physikalischen
Eigenschaften fest, innerhalb derer ein Prozesssteuerungssystem
arbeiten muss, um dem Standard zu genügen. Diese Einschränkungen
sind beispielsweise der Spannungsabfall über Kommunikationsabschnitte,
die Länge
von Abzweigungen, die Gesamt-Kabellänge, die Gesamt-Stromaufnahme sowie
die Gesamtzahl der Prozesssteuerungsgeräte an einem bestimmten Hub.
Die räumlichen
Standorte von Gefäßen, Rohren,
Pumpen, Motoren und Ventilen sowie Steuerungen und Bedienrechner
legen ebenfalls Einschränkungen
fest, die bei der Konfigurierung des Prozesssteuerungssystems oder
Netzwerks zu berücksichtigt
werden müssen.
Die Beziehung zwischen diesen Einschränkungen ist wichtig und je
nach den Werten der Einschränkungen
variabel. Sobald das Prozesssteuerungssystem oder Netzwerk konfiguriert
und in Betrieb ist, kann die Verwaltung des Systems auf Grund der
Komplexität
der meisten Raffinerie- und Produktionsanlagen mühsam sein.
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Zusätzlich zur
Ausführung
von Steuerungsprozessen überwachen
Softwareprogramme auch die Prozesse, zeigen eine Sicht der Prozesse
an und liefern Rückmeldungen
in Form einer Bedieneranzeige oder Sicht hinsichtlich des Status
eines bestimmten Prozesses. Die Überwachungssoftwareprogramme
lösen weiterhin
auch einen Alarm aus, wenn ein Problem auftritt. Einige Programme
zeigen einem Bediener Anweisungen oder Vorschläge an, wenn ein Problem auftritt.
Der für
den Steuerungsprozess verantwortliche Bediener benötigt eine
Sicht des Prozesses aus seinem Gesichtspunkt und muss das Problem
rasch beheben. Ein Display oder eine Konsole ist typischerweise
als Schnittstelle zwischen der die Prozesssteuerungsfunktion ausführenden
mikroprozessorbasierten Steuerung oder dem Computer und dem Bediener
und ebenfalls zwischen dem Programmierer oder vorgesehen
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Eine
Gruppe standardisierter Funktionen, die jede durch einen zugeordneten
Funktionsblock bestimmt ist, kann in einer Steuerungsbibliothek
gespeichert werden. Ein mit einer derartigen Bibliothek ausgestatteter
Konstrukteur kann Prozesssteuerungslösungen konstruieren, indem
er auf einem Computerbildschirm diverse Funktionen oder Elemente
logisch miteinander verbindet, die mit den durch rechteckige Kästen dargestellten
Funktionsblöcken
ausgewählt
werden, um bestimmte Aufgaben auszuführen. Der Mikroprozessor oder
Computer ordnet jeder der durch die Funktionsblöcke definierten Funktionen
oder jedem der durch die Funktionsblöcke definierten Elemente vordefinierte,
in der Bibliothek gespeicherte Schablonen zu und setzt jede der
Programmfunktionen oder jedes der Elemente entsprechend den vom
Konstrukteur gewünschten
Verbindungen miteinander in Verbindung. Ein Konstrukteur konstruiert
ein komplettes Prozesssteuerungsprogramm mittels logischer Sichten
vordefinierter Funktionen, ohne die Konstruktion jemals zu den räumlichen
Abmessungen der Raffinerie- oder Produktionsanlage in Beziehung
zu setzen.
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Eine
Schwierigkeit in Verbindung mit den erzeugten grafischen Sichten
ist, dass lediglich logische Verbindungen gezeigt werden. Derzeit
wird die räumliche
Anordnung der Anlage nicht mit der Konfiguration des Prozesssteuerungssystem korreliert und
kann während
der Verwaltung des Systems nicht referenziert werden. Beim Konfigurieren
des Prozesssteuerungssystems müssen
räumliche
Informationen manuell gemessen und in das Tool eingegeben werden.
Bei der Verwaltung des Prozesssteuerungssystems müssen die
physikalischen Standorte von Geräten
und Steuerungen manuell bestimmt werden, was oftmals einen erhöhten Zeitaufwand
für die
Behebung eines Problems oder für
die Verwaltung des Prozesssteuerungssystems erforderlich macht.
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Benötigt wird
ein Verfahren zur Konfigurierung eines Prozesssteuerungssystems,
das die räumliche
Anlage der Anlage berücksichtigt
und es Bedienern des Systems ermöglicht,
den räumlichen Standort
von Prozesssteuerungsgeräten
und Steuerungen rasch zu erreichen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung dient dazu, räumliche Informationen für eine Anlage
zu verwenden, um ein in der Anlage enthaltenes Prozesssteuerungssystem
zu konfigurieren und zu verwalten. Das Prozesssteuerungssystem kann
einem Standardprotokoll entsprechen. Ein derartiges System ermöglicht auf
vorteilhafte Weise die effiziente Konstruktion und Verwendung eines
Prozesssteuerungssystems und gewährleistet
gleichzeitig, dass die physikalischen Eigenschaften des Systems
dem Standard entsprechen. Darüber
hinaus ermöglicht
ein derartiges System auch auf vorteilhafte Weise effizientere Diagnoseverfahren,
Online-Debugging, Alarmverwaltung und Gerätewartung.
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Das
Tool kann optional eine automatische Generierung der Anordnung des
Prozesssteuerungsnetzwerks, die auf die räumliche Anordnung der Anlage übertragen
wird, bieten. In einer anderen Ausführung dient das Tool zur Analyse
der auf die räumliche
Anordnung der Anlage übertragenen
Anordnung des Prozesssteuerungsnetzwerks, um zu gewährleisten,
dass die Anordnung des Netzwerks den Kriterien eines Standardprotokolls
wie beispielsweise des Feldbus-Protokolls entspricht. Das Tool kann
optional blinkende Gerätedarstellungen
vorsehen, um aktive Alarme im Netzwerk anzuzeigen.
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In
einer anderen Ausführung
wird das Prozesssteuerungsnetzwerk zunächst mittels logischer Verbindungen
konfiguriert, wobei die Konfiguration zu einem späteren Zeitpunkt
auf die räumliche
Anordnung der Anlage übertragen
und verwendet wird, um das Prozesssteuerungsnetzwerk mittels der
auf die Netzwerkanordnung übertragenen
räumlichen
Informationen zu verwalten.
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In
einer anderen Ausführung
weist ein Prozesssteuerungskonfigurierungs- und Verwaltungssystem eine Mehrzahl
von Funktionsblöcken
auf, die eine Mehrzahl von Geräten
in Bezug auf eine räumliche
Anordnung einer Anlage repräsentieren,
in der das Prozesssteuerungssystem implementiert ist. Das Konfigurierungs-
und Verwaltungssystem stellt weiterhin Prozesssteuerungsinformationen
und Prozesssimulationsinformationen in Bezug auf jedes der Mehrzahl
von Geräten
in Bezug auf die räumliche
Anordnung der Anlage bereit. Mittels dieses Systems kann ein Anwender
einen oder mehrere Parameter in Bezug auf die Funktionsblöcke verändern, um
Simulationsinformationen in Bezug auf den Funktionsblock in Bezug
auf die räumliche
Anordnung der Anlage zu erzeugen und zu betrachten.
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In
einer weiteren Ausführung
kann das Konfigurierungs- und Verwaltungssystem weiterhin auch geografische
Positionierungsdaten in Bezug auf diverse Geräte in Bezug auf die räumliche
Anordnung der Anlage bereit stellen. In einer weiteren Ausführung kann
das Konfigurierungs- und Verwaltungssystem die räumliche Anordnung der Anlage,
die Prozesssteuerungsinformationen bezüglich diverser Geräte, Prozesssimulationsinformationen
bezüglich
diverser Geräte
etc. in dreidimensionaler Form und/oder auf einem Handheld-Gerät darstellen.
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Andere
Anwendungen der vorliegenden Offenlegungsschrift erschließen sich
dem technisch Versierten bei der Lektüre der folgenden Beschreibung
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen.
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Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung kann unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen besser verständlich
werden und ihre zahlreichen Objekte, Merkmale und Vorteile können sich
dem technisch Versierten unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
besser erschließen.
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1A ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Prozesssteuerungssystems und
zeigt eine Workstation einschließlich eines Tools entsprechend
einer generalisierten Ausführung
der vorliegenden Erfindung, das eine räumliche Konfigurierungs- und
Verwaltungsmöglichkeit
bietet.
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1B ist
ein Blockdiagramm des Controller-/Multiplexer- und Prozessanteils
des in 1A dargestellten Prozesssteuerungssystems.
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm und zeigt die Prozesssteuerungsumgebung
in einer Konfigurierungsimplementierung und eine Verwaltungs- oder
Laufzeitimplementierung.
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3 ist
ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Tools entsprechend der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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4 ist
eine Bildschirmdarstellung des Konfigurierungsteils des Tools und
zeigt logische Verbindungen zwischen Funktionen und Geräten eines
Prozesssteuerungssystems.
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5A–5C sind
Ansichten des Bildschirmdarstellung des räumlichen Teils und zeigen die
physikalischen Verbindungen zwischen Funktionen und Geräten eines
Prozesssteuerungssystems sowie deren relative Positionen in der
räumlichen
Anordnung der Anlage.
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6 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer alternativen Implementierung
des Prozesssteuerungssystems.
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7A–7C zeigen
Beispiele für
grafische Darstellungen von Geräte
des Prozesssteuerungssystems repräsentierenden Prozesselementen.
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Detaillierte Beschreibung der Offenlegung
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Eine
Prozesssteuerungsumgebung 100 ist in 1a dargestellt
und veranschaulicht eine Steuerungsumgebung für die Implementierung eines
digitalen Steuerungssystems, einer Prozesssteuerung oder dergleichen.
Die Prozesssteuerungsumgebung 100 weist einen Bedienrechner 102,
einen Labor-Arbeitsplatzrechner 104 und einen Engineering-Arbeitsplatzrechner 106 auf,
die miteinander elektrisch über
ein lokales Netzwerk ("LAN") 108 oder
eine andere bekannte Kommunikationsverbindung verbunden sind, um
Daten und Steuerungssignale zwischen den diversen Rechnern und einer
Mehrzahl von Controllern/Multiplexern 110 zu übertragen
und zu empfangen. Die Rechner 102, 104 und 106 sind
beispielsweise Computer, die der IBM-kompatiblen Architektur entsprechen.
Die Rechner 102, 104 und 106 sind in
der Darstellung über
das LAN 108 mit einer Mehrzahl von Controllern/Multiplexern 110 verbunden,
die die elektrische Schnittstelle zwischen den Workstations und
einer Mehrzahl von Prozessen 112 bilden. In einer Vielzahl
unterschiedlicher Ausführungen
weist das LAN 108 je nach Aufgaben und Anforderungen der
Prozesssteuerungsumgebung 100 eine einzelne Workstation
auf, die direkt mit einem Controller/Multiplexer 110 verbunden
ist, oder alternativ eine Mehrzahl von Rechnern wie beispielsweise
drei Rechnern 102, 104 und 106 sowie
viele Controller/Multiplexer 110. In einigen Ausführungen
steuert ein einzelner Prozess-Controller/Multiplexer 110 mehrere
verschiedene Prozesse 112 oder alternativ einen Teil eines
einzelnen Prozesses.
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In
der Prozesssteuerungsumgebung 100 wird eine Prozesssteuerungsstrategie
entwickelt, indem beispielsweise auf dem Engineering-Arbeitsplatzrechner 106 eine
Softwaresteuerungslösung entwickelt
und über
das LAN 108 zum Bedienrechner 102, zum Labor-Arbeitsplatzrechner 104 und
zum Controller/Multiplexer 110 zur Ausführung übertragen wird. Der Bedienrechner 102 liefert
Schnittstellenanzeigen zu der im Controller/Multiplexer 110 implementierten
Steuerungs-/Überwachungsstrategie
und kommuniziert mit einem oder mehreren der Controller/Multiplexer 110 zur
Darstellung der Prozesse 112 und zur Veränderung
der Steuerungsattributwerte entsprechend den Anforderungen der konstruierten Lösung. Die
Prozesse 112 werden von einem oder mehreren Feldgeräten gebildet,
die intelligente Feldgeräte
oder konventionelle (unintelligente) Feldgeräte sein können.
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Darüber hinaus
kommuniziert der Bedienrechneer 102 optische und akustische
Rückmeldungen
bezüglich
des Status und der Bedingungen der gesteuerten Prozesse 112 an
den Bediener. Der Engineering-Arbeitsplatzrechner 106 weist
einen Prozessor 116 und ein Display 115 sowie
ein oder mehrere Eingabe-/Ausgabe- oder Bedienerschnittstellengeräte 118 wie
beispielsweise eine Tastatur, einen Lichtstift und dergleichen auf.
Der Rechner weist weiterhin einen Speicher 117 auf, der
sowohl einen flüchtigen
als auch einen nicht-flüchtigen
Speicher beinhaltet. Der Speicher 117 weist ein Steuerungsprogramm
auf, das auf dem Prozessor 116 ausgeführt wird, um Steuerungsoperationen
und Funktionen der Prozesssteuerungsumgebung 100 zu implementieren.
Der Speicher 117 weist weiterhin ein Konfigurierungs- und
Verwaltungs-Tool (auch als Steuerungsstudio-Tool bezeichnet) auf.
Der Bedienrechner 102 und andere (nicht dargestellte) Workstations
innerhalb der Prozesssteuerungsumgebung 100 weisen mindestens
eine (nicht dargestellte) Zentraleinheit auf, die elektrisch mit
einem (nicht dargestellten) Display und einem (nicht dargestellten)
Bedienerschnittstellengerät
verbunden ist, um eine Interaktion zwischen einem Bediener und dem
Prozessor zu ermöglichen.
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Das
Tool 120 dient der Konfigurierung des Prozesssteuerungsnetzwerks
und der Sicherstellung, dass das Prozesssteuerungsnetzwerk einem gewünschten
Standardprotokoll wie beispielsweise dem Feldbus-Protokoll entspricht.
Das Tool 120 kann auch während der Verwaltung des Prozesssteuerungsnetzwerks
verwendet werden, um eine effizientere Fehlerbehebung und Wartung
zu bieten. Das Tool 120 ist vorzugsweise eine im Speicher 117 gespeicherte
Software, kann jedoch auch auf einem computerlesbaren Medium enthalten
sein und wird vom Prozessor 116 des Engineering-Arbeitsplatzrechners 106 ausgeführt. Das
computerlesbare Medium kann eine Floppy Disk, eine CD-ROM oder jeder
andere Typ von Medium sein, auf dem Software gespeichert werden
kann. Das Tool 120 ermöglicht Bildschirmpräsentationen,
die auf dem Display 115 des Engineering-Arbeitsplatzrechners 106 angezeigt werden,
das lediglich die logische Verbindung des Prozesses 112 anzeigen
oder das physikalische Verbindungen beinhalten kann, die die räumlichen
Merkmale des Grundrisses der Raffinations- oder Produktionsanlage
beinhalten.
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Während das
Tool der vorliegenden Erfindung im Detail in Verbindung mit einem
Prozesssteuerungssystem beschrieben wird, das Feldbus-Geräte verwendet,
sei darauf hingewiesen, dass das Tool der vorliegenden Erfindung
mit Prozesssteuerungssystemen verwendet werden kann, die andere
Typen von Feldgeräten
und Kommunikationsprotokollen beinhalten einschließlich Protokollen,
die auf anderen als Zwei-Draht-Bussen und auf Protokollen, die lediglich
eine analoge oder sowohl eine analoge als auch eine digitale Kommunikation
unterstützen,
basieren. So kann beispielsweise das Tool der vorliegenden Erfindung
in jedem Prozesssteuerungssystem verwendet werden, das mittels des
HART-, PROFIBUS- oder einem anderen Kommunikationssystem oder mittels aller
anderen Kommunikationsprotokolle kommuniziert, die derzeit existieren
oder die in Zukunft entwickelt werden können.
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Es
erfolgt eine allgemeine Beschreibung des Feldbus-Protokolls, der
entsprechend diesem Protokoll konfigurierten Feldgeräte, der
Art und Weise, auf die eine Kommunikation in einer Prozesssteuerungsumgebung,
die das Feldbus-Protokoll implementiert, erfolgt, sowie von Beispielen
von Einschränkungen von
Werten, die nach dem Feldbus-Protokoll erforderlich sind. Es ist
jedoch darauf hinzuweisen, dass das Feldbus-Protokoll in der Technik
bekannt und in zahlreichen Artikeln, Broschüren und Spezifikationen im
Detail beschrieben ist, die unter anderem von der Fieldbus Foundation,
einer gemeinnützigen
Organisation mit Sitz in Austin, Texas, veröffentlicht und verteilt werden
und von dieser bezogen werden können. Insbesondere
wird das Feldbus-Protokoll einschließlich Einschränkungen
von Werten, die im Rahmen des Feldbus-Protokolls erforderlich sind,
im Detail beschrieben in "Wiring
and Installation 31.25 Kbits/sec. Voltage Mode Wire Medium Application Guide" [Verdrahtung und
Installation 31,25 kbit/s. Anwendungsanleitung für Spannungsmodus-Drahtmedium]
Foundation Fieldbus, 1996.
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Allgemein
ist das Feldbus-Protokoll ein digitales, serielles, bidirektionales
Kommunikationsprotokoll, das eine standardisierte physikalische
Schnittstelle für
einen Zwei-Draht-Kreis oder -Bus darstellt, der Prozesssteuerungsausrüstungen
wie beispielsweise Sensoren, Steller, Steuerungen, Ventile etc. verbindet,
die sich innerhalb einer Mess-, Steuerungs- und Regelungs- oder
Prozesssteuerungsumgebung befinden. Das Feldbus-Protokoll stellt letztlich ein lokales
Netzwerk für
Feldinstrumente (Feldgeräte)
innerhalb eines Prozesses dar und versetzt diese Feldgeräte in die
Lage, an über
einen Prozess verteilten Orten Prozesssteuerungsfunktionen auszuführen und
vor und nach der Ausführung
dieser Steuerungsfunktionen miteinander zu kommunizieren, um eine übergeordnete
Steuerungsstrategie zu implementieren. Da das Feldbus-Protokoll
eine Verteilung von Steuerungsfunktionen in einem kompletten Prozesssteuerungsnetzwerk
ermöglicht,
reduziert das Protokoll die Komplexität der zentralen Prozesssteuerung
oder beseitigt deren Notwendigkeit vollständig. Die dezentrale Natur
des System erhöht jedoch
die Komplexität
bei der Verwaltung des Systems und der Bestimmung des physikalischen
Standorts von Problemgeräten
bei der Störungsbeseitigung
und bei der Verwaltung des Systems.
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Das
Feldbus-Protokoll ermöglicht
eine Verwaltung der Feldgeräte
und des gesamten Prozesssteuerungssystems, indem es eine Kommunikation über Gerätebeschreibungen
und Funktionsblöcke bietet.
Feldgeräte
sind Feldinstrumente wie beispielsweise Geber und Ventile mit Prozessoren,
die die Leistung und den Status der Geräte überwachen. Eine Gerätebeschreibung ähnelt einem
Treiber für das
Gerät.
Für Feldgeräte beinhaltet
die Gerätebeschreibung
die Kalibrierungsverfahren, Parameterverfahren und weitere Informationen,
die das Steuerungssystem benötigt,
um mit dem Feldgerät
zu kommunizieren. Die Feldgeräte
teilen dem Steuerungssystem Standardbetriebsparameter mit, sie führen eine
Selbstdiagnose aus und sind in der Lage, dem Steuerungssystem Geräteprobleme
wie beispielsweise ein fehlkalibriertes Instrument zu melden. Jedes
Feldgerät
hat eine einzigartige physikalische Gerätekennzeichnung und eine entsprechende
Netzwerkadresse.
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Für die Verwaltung
von Feldgeräten
stehen zahlreiche Kommunikationstypen zur Verfügung. Hierzu gehören beispielsweise:
Sammeln von Port- und Kommunikationsstatistiken, Abfrage des Status des
Feldgeräts,
Betrachten und Ändern
von Betriebsmittelkonfiguration und -Parametern, Veranlassen eines
Haupt-Reset oder eines Selbsttests des Feldgeräts, Anzeige des Status der
Sensoren sowie Verändern
der Ober- und Untergrenze sowie der Nullstellung des Sensors. Durch
Bereitstellung räumlicher Informationen
mittels der oben aufgeführten
Verwaltungskommunikationsprozesse sind die Verwaltungsmerkmale des
Prozesssteuerungssystem effizienter und leichter zu nutzen.
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1B zeigt
den Controller-/Multiplexer- und Prozessteil des Prozesssteuerungsnetzwerks 100 in 1A gemäß den Feldbus-Protokoll.
Das Netzwerk weist einen Controller/Multiplexer 110 auf, der über einen
Bus 142 mit einem oder mehreren Prozessen 112 verbunden
ist, die aus einer Mehrzahl von Feldgeräten bestehen. Der Bus 142 weist
eine Mehrzahl von Abschnitten oder Segmenten mit entsprechenden
Längen
sowie anderen Merkmalen auf. Der Bus 142 kann weiterhin
auch einen oder mehrere Verbindungskästen 144 (JB1, JB2,
JB3) aufweisen, die oftmals auch als "Bausteine" bezeichnet werden. Jede Anschlussdose 144 kann
mit einem oder mehreren Busgeräten 146 und
mit dem Bus 142 verbunden werden. Der Controller/Multiplexer 110 ist
ebenfalls mit mindestens einer Stromversorgung 148 verbunden.
Das in 1b dargestellte Netzwerk dient lediglich
veranschaulichenden Zwecken und es existieren zahlreiche andere
Arten, auf die ein Prozesssteuerungsnetzwerk mittels des Feldbus-Protokolls konfiguriert
werden kann.
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Das
Prozesssteuerungsnetzwerk 100 weist eine Anzahl räumlicher
Merkmale auf wie beispielsweise die Abzweigungslänge eines bestimmten Kommunikationsabschnitts,
die Gesamtlänge
des Busses, die Gesamtzahl der mit einer bestimmten Anschlussdose
verbundenen Prozesssteuerungsgeräte
sowie den physikalischen Standort der Steuerungen und Geräte in Bezug
auf die Anordnung der Raffinerie- oder Produktionsanlage. Diese
räumlichen
Merkmale können
während
der Konfigurierung des Systems mittels der räumlichen Informationen bezüglich der
physikalischen Anordnung der Anlage automatisch gemessen und berechnet
werden. Das Prozesssteuerungsnetzwerk 100 weist weiterhin
eine Anzahl nicht-räumlicher
Merkmale auf wie beispielsweise den Spannungsabfall über die
Kommunikationsabschnitte, den Gesamt-Stromverbrauch eines Segments
und die Typen von Geräten
im System. Diese nicht-räumlichen
Merkmale werden vom Anwender bei der Konfigurierung des Systems
eingegeben. Das Tool 120 analysiert diese Merkmale, um
zu bestimmen, ob das Prozesssteuerungsnetzwerk dem gewünschten
Standardprotokoll entspricht.
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Sobald
die Konfiguration des Prozesssteuerungssystem abgeschlossen ist,
kann das Tool 120 einschließlich der die räumliche
Anordnung des Systems in der Anlage definierenden Daten für die Verwaltung
des Prozesssteuerungssystems mittels beliebiger oder aller der Workstations 102, 104 oder 106 verwendet
werden. Die Funktion der Verwaltung des Prozesssteuerungssystems
beinhaltet Funktionen wie beispielsweise Diagnoseverfahren, Online-Debugging,
Alarmüberwachung
und Gerätewartung.
Wenn während
des Diagnoseverfahrens oder Alarmüberwachung ein Ventil oder
ein anderes Gerät ausfällt, kann
die Darstellung des Geräts
auf dem Anzeigegerät
in den räumlichen
Sicht der Anlage blinken und leicht lokalisiert werden. Der Kennzeichnungsname
des Geräts
sowie der räumliche
Standort des Geräts
können
zur Identifizierung des Ventils oder anderen Geräts verwendet werden. Beim Online-Debugging
können
die Werte der Anschlüsse
und Attribute in den Funktionsblöcken
in der räumlichen Sicht
der Anlage gezeigt werden, sodass der Anwender die aktuellen Bedingungen
des Systems leichter feststellen kann. Bei der Gerätewartung
können durch
Auswahl eines Geräts
in der räumlichen
Sicht die aktuellen Bedingungen und Informationen über das
Gerät wie
beispielsweise die aktuelle Strömungsgeschwindigkeit
oder die letzten Wartungsaufzeichnungen erhalten werden.
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Die
Prozesssteuerungsumgebung 100 existiert in einem Konfigurierungsmodell
oder einer Konfigurierungsimplementierung 210 und einem
Verwaltungs- oder Laufzeitmodell oder einer Verwaltungs- oder Laufzeitimplementierung 220,
wie in 2 dargestellt. In der Konfigurierungsimplementierung 210 werden
die Komponentengeräte,
Objekte, Verbindungen und Beziehungen innerhalb der Prozesssteuerungsumgebung 100 definiert
und auf die räumlichen
Informationen bezüglich
der physikalischen Anordnung der Anlage bezogen. In der Laufzeitimplementierung 220 werden
Operationen der verschiedenen Komponentengeräte, Objekte, Verbindungen und
Beziehungen ausgeführt.
Die Konfigurierungsimplementierung 210 und die Laufzeitimplementierung 220 werden über eine
ASCII-basierte Download-Sprache miteinander verbunden. Die Download-Sprache erzeugt Systemobjekte
entsprechend den von einem Anwender gelieferten Definitionen und
erzeugt aus den gelieferten Definitionen Instanzen. Zusätzlich zum
Herunterladen von Definitionen lädt
die Download-Sprache auch Instanzen und Instanzenwerte herauf. Die
Konfigurierungsimplementierung 210 wird aktiviert, um in
der Laufzeitimplementierung 220 mittels einer Installationsprozedur ausgeführt zu werden.
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Die
Prozesssteuerungsumgebung 100 weist multiple Teilsysteme
auf, wobei einige der Untersysteme sowohl eine Konfigurierungs-
als auch eine Laufzeitimplementierung aufweisen. So liefert beispielsweise
ein Prozessgrafik-Teilsystem 230 benutzerdefinierte Sichten
und Bedienerschnittstellen zur Architektur der Prozesssteuerungsumgebung 100. Das
Prozessgrafik-Teilsystem 230 weist einen Prozessgrafik-Editor 232 als
Teil der Konfigurierungsimplementierung 210 sowie einen
Prozessgrafik-Viewer
als Teil der Laufzeitimplementierung 220 auf. Der Prozessgrafik-Editor 232 ist
mit dem Prozessgrafik-Viewer 234 über eine Schnittstelle 236 zwischen den
Teilsystemen in der Download-Sprache verbunden. Die Prozesssteuerungsumgebung 100 weist weiterhin
ein Steuerungs-Teilsystem 240 auf, das Steuerungsmodule
und Ausrüstungsmodule
in einem Definitions- und Moduleditor 242 konfiguriert
und installiert und das die Steuerungsmodule und Ausrüstungsmodule
in einem Laufzeit-Controller ausführt. Der Definitions- und Moduleditor 242 arbeitet
innerhalb der Konfigurierungsimplementierung 210 und der
Laufzeit-Controller arbeitet innerhalb der Laufzeitimplementierung 220,
um kontinuierliche und Ablaufsteuerungsfunktionen zu liefern. Der
Definitions- und Moduleditor 242 ist mit dem Laufzeit-Controller 244 über eine
Schnittstelle 246 zwischen den Teilsystemen in der Download-Sprache
verbunden. Die multiplen Teilsysteme sind über eine Schnittstelle 250 zwischen
den Teilsystemen miteinander verbunden.
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Die
Konfigurierungsimplementierung 210 und die Laufzeitimplementierung 220 sind
mit einer Master-Datenbank 260 verbunden, um den Zugang zu
gemeinsamen Datenstrukturen zu unterstützen. Diverse lokale (Nicht-Master-)
Datenbanken 262 sind mit der Master-Datenbank 260 verbunden,
um beispielsweise Konfigurationsdaten von der Master-Datenbank 260 zu
den lokalen Datenbanken 262 entsprechend den Anweisungen eines
Anwenders zu übertragen.
Ein Teil der Master-Datenbank 260 ist eine persistente
Datenbank 270. Die persistente Datenbank 270 ist
ein Objekt, das die Zeit überdauert, sodass
die Datenbank auch dann noch existiert, wenn der Erzeuger der Datenbank
nicht mehr existiert, und das raumunabhängig existiert, sodass die Datenbank
in einen Adressraum verschoben werden kann, der sich von dem Adressraum
unterscheidet, in dem die Datenbank erzeugt worden war. Die gesamte
Konfigurierungsimplementierung 210 wird in der persistenten
Datenbank 270 gespeichert.
-
Die
Laufzeitimplementierung 220 ist mit der persistenten Datenbank 270 und
mit lokalen Datenbanken 262 verbunden, um auf Datenstrukturen
zuzugreifen, die von der Konfigurierungsimplementierung gebildet
wurden. Insbesondere holt die Laufzeitimplementierung 220 ausgewählte Ausrüstungsmodule,
Anzeigen und dergleichen aus den lokalen Datenbanken 262 und
der persistenten Datenbank 270. Die Laufzeitimplementierung 220 ist
mit anderen Teilsystemen verbunden, um Definitionen zu installieren und
auf diese Weise Objekte zu installieren, die verwendet werden, um
Instanzen zu erzeugen, wenn die Definitionen noch nicht existieren,
um Laufzeitinstanzen zu instanzieren und um Informationen von diversen
Quell- und Zielobjekten zu übertragen.
-
3 ist
ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Tools 120 veranschaulicht.
Die einzelnen Schritte des Tools 120 arbeiten entsprechend
einer "Assistenten"-Funktionalität der Art, wie sie in diversen
Programmen vorliegt, die unter einem WINDOWSTM-Betriebssystem
laufen. Jeweils nach Abschluss eines Schrittes geht der Anwender
durch Betätigen
einer "WEITER"-Schaltfläche oder
dergleichen zum nächsten
Schritt weiter. Wenn der Anwender nicht fortfahren möchte, kann
er das Tool durch Betätigen
einer "BEENDEN"-Schaltfläche oder
dergleichen verlassen.
-
In
Schritt 310 versorgt der Anwender das Tool mit Informationen über die
nicht-räumlichen
Eigenschaften des Prozesssteuerungsnetzwerks. Diese Informationen
beinhalten Informationen über
den Kunden, die verwendeten Geräte,
Kalibrierungsdaten, Kennzeichnungsnamen, Kabeltyp, Stromversorgungsmerkmale
und Karten-, Segment und Verbindungskonfigurationsinformationen.
Die Kundeninformationen können
den Namen des Kunden aufweisen, den Namen des Unternehmens, den
Standort der Anlage, in der sich das Netzwerk befindet, den Namen
des Vertreters, der das Tool bereit stellt, sowie den Namen eines
Ansprechpartners für
diesen Vertreter. Die Kartenkonfigurationsinformationen können dem
Anwender Informationen über
den Typ der eingesetzten Karten und Informationen über Operationen,
die für
die Analyse des Prozesssteuerungsnetzwerks 100 verwendet
werden, zur Verfügung
stellen. Die Segmentkonfigurationsinformationen können die
Spannung der Stromversorgung und den Kabeltyp (einschließlich Informationen über den Aderdurchmesser
innerhalb des Kabels sowie andere Merkmale des Kabels) beinhalten.
Die Verbindungskonfigurationsinformationen können Informationen über Geräte, die
mit der Verbindung gekoppelt sind, sowie Informationen darüber, wie
die Kopplung mit der Verbindung konfiguriert ist, einschließlich Informationen
bezüglich
des Abzweigkabeltyps und des Typs des an die Abschlussdose angeschlossenen
Instruments beinhalten. In der bevorzugten Ausführung ist das Instrument ein
Gerät,
das dem Feldbus-Protokoll entspricht. Der Anwender kann dem Instrument
optional ein Identifikationskennzeichnung zuordnen.
-
Um
eine Karte zu konfigurieren, wählt
ein Anwender eine Steuerungskarte aus einer Liste verfügbarer Steuerungskarten
aus. Nachdem die Karte ausgewählt
wurde, können
dem Tool die dazu gehörenden
Informationen für
die ausgewählte
Steuerungskarte übergeben
werden. Im wesentlichen konfiguriert der Anwender durch Auswahl
einer Steuerungskarte ein Segment für das Netzwerk. In der bevorzugten
Ausführung
kann jede Steuerungskarte zwei Segmente steuern. Je nach Steuerungskarte können von
einer Steuerungskarte jedoch auch mehr oder weniger Segmente gesteuert
werden. Während die
Segmente konfiguriert werden, kann der Anwender eine Zusammenfassung
der Informationen aufrufen, die dem Tool 120 übergeben
wurden.
-
In
Schritt 320 übergibt
der Anwender dem Tool räumliche
Informationen bezüglich
der Anlage. Insbesondere werden die physikalische Anordnung der
Anlage einschließlich
Grundfläche,
Instrumententyp, Größe und Standort
sowie Gitternetzdarstellungen übergeben.
Diese Informationen können
dem Tool von einem Anwender übergeben
oder aus einem anderen Tool wie beispielsweise einem 3D-Toolkit wie
beispielsweise Open Inventor von TGS importiert werden.
-
In
Schritt 330 werden Funktionsblöcke erzeugt und aktiviert.
Im Feldbus-Protokoll
bewirken Funktionsblöcke
die Steuerung des Systemverhaltens und können Funktionen wie beispielsweise
Kalibrierungsverfahren, Parameterverfahren und Kommunikationsverfahren
beinhalten. Jedes Feldbus-Gerät
kann mehrere Funktionsblöcke
haben. Die Anordnung der Blöcke
und die Verbindungen zwischen den Blöcken bestimmen die Funktion
der Feldbus-Geräte.
-
In
Schritt 340 wird die physikalische Anordnung des Prozesssteuerungssystems
auf die räumlichen
Informationen bezüglich
der Anordnung der Anlage angewandt. Funktionsblöcke und Geräte werden miteinander verdrahtet,
was in der Regel auf Gitternetzen und der Verdrahtung anderer Geräte in der Anlage
basiert. Die Anordnung kann manuell vom Anwender durchgeführt werden
oder das Tool 120 kann die physikalische Anordnung des
Prozesssteuerungssystems 120 automatisch generieren. Informationen
wie beispielsweise die Länge
eines Kabelsegments von einer Steuerung zu einem Anschluss oder
von einem Anschluss zu einem anderen Anschluss sowie die Länge eines
Abzweigs können
aus der räumlichen
Anordnung der Raffinerie- oder Produktionsanlage automatisch generiert
und berechnet werden. In einer anderen Ausführung kann die Verbindung der
Funktionsblöcke
und Geräte
zunächst logisch
vorgenommen und zu einem späteren
Zeitpunkt auf die räumlichen
Informationen bezüglich
der Anlage angewandt werden.
-
In
Schritt 350 wird die Konfiguration des Prozesssteuerungssystems
auf Übereinstimmung
mit den Anforderungen des ausgewählten
Protokolls überprüft. Sämtliche
Abzweigungslängen
eines Segments werden überprüft, um zu
gewährleisten,
dass die Abzweigungslängen
eine vordefinierte Abzweigungslänge
entsprechend der Definition durch das Standardprotokoll nicht überschreiten.
Die Abzweigungslängen
werden durch die Anzahl der Instrumente am Segment (pro Segment)
begrenzt. Dies bedeutet, dass die zulässige Abzweigungslänge pro Segment
je größer ist,
desto weniger Instrumente angeschlossen sind. Weiterhin wird auch
die Anzahl der Geräte
pro Segment überprüft, um zu
gewährleisten, dass
die Anzahl der Geräte
eine vorher festgelegte Anzahl von Geräten nicht übersteigt. Die Anzahl der zulässigen Geräte kann
je nach der vom Prozesssteuerungsnetzwerk verwendeten Steuerung schwanken.
In der bevorzugten Ausführung
erlaubt die Steuerung die Verbindung von 16 Geräten pro Segment mit dem Bus.
Der derzeitige Feldbus-Standard gestattet jedoch den Anschluss von
bis zu 32 Geräten
pro Segment an den Bus. Der Gesamt-Stromverbrauch pro Segment wird
geprüft,
um zu gewährleisten,
dass der Stromverbrauch den vom Standardprotokoll maximal zugelassenen
Stromverbrauch nicht überschreitet.
In der bevorzugten Ausführung
beträgt
der maximal zulässige
Stromverbrauch 375 mA pro Segment. Die Gesamt- Segmentkabellänge (einschließlich Abzweigungslänge) wird geprüft, um zu
gewährleisten,
dass die Länge
die vom Standardprotokoll maximal zugelassene Segmentlänge nicht überschreitet.
In der bevorzugten Ausführung
beträgt
die maximal zulässige
Segmentlänge
6232 Fuß oder
1900 Meter. Die Mindestspannung pro Segment wird geprüft, um zu
gewährleisten, dass
die an jedem mit dem Prozesssteuerungsnetzwerk verbundenen Gerät anliegende
Spannung größer oder
gleich der vom Standardprotokoll vorgegebenen Spannung ist. In der
bevorzugten Ausführung beträgt diese
Spannung 12,5 Volt. Wenn einer oder mehrere der Werte nicht innerhalb
der vom Protokoll definierten Grenzen liegen, kann der Anwender
zu Schritt 340 zurückkehren,
um die Konfiguration des Prozesssteuerungsnetzwerks zu ändern.
-
Sobald
das Prozesssteuerungsnetzwerk konfiguriert ist, kann der Anwender
beginnen, das Prozesssteuerungsnetzwerk mittels der bereit gestellten
nicht-räumlichen
und räumlichen
Informationen zu verwalten (Schritt 360). Für die Verwaltung von
Feldgeräten
stehen zahlreiche Kommunikationstypen zur Verfügung. Hierzu gehören beispielsweise: Sammeln
von Port- und Kommunikationsstatistiken, Abfrage des Status des
Feldgeräts,
Betrachten und Ändern
von Betriebsmittelkonfiguration und -Parametern, Veranlassen eines
Haupt-Reset oder Selbsttests des Feldgeräts, Anzeige des Status der
Sensoren sowie Verändern
der Ober- und Untergrenze sowie der Nullstellung des Sensors. Durch
Bereitstellung räumlicher
Informationen mittels der oben aufgeführten Verwaltungskommunikationsprozesse
sind die Verwaltungsmerkmale des Prozesssteuerungssystems effizienter
und leichter zu nutzen.
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Die
räumlichen
Informationen bezüglich
der Anlage können
vollständig
dreidimensional einschließlich
dreidimensionaler Wände,
Geräte,
Workstations etc. sein. Die räumlichen
Informationen bezüglich
der Anlage können
auch eine zweidimensionale Blaupause der Anlage sein, auf die die
Konfiguration des Prozesssteuerungssystems aufgetragen ist, sowie
jede Kombination von zwei oder drei Dimensionen, die für die Anwendung
des Anwenders geeignet ist.
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In
anderen Ausführungen
kann das Tool dem Anwender ein Verfahren bieten, um eine Teileliste
für die
Konstruktion des Prozesssteuerungsnetzwerks zu erhalten. Das Tool
kann weiterhin die Anordnung des Prozesssteuerungssystems innerhalb
der physikalischen Anordnung der Anlage bereit stellen und gewährleisten,
dass die Anforderungen des Protokolls erfüllt sind. In einer anderen
Ausführung
kann der Anwender das System konfigurieren, ohne die räumlichen
Informationen der Anlage bereit zu stellen, und zu einem späteren Zeitpunkt
die räumlichen Informationen
zur Verwendung bei der Verwaltung des Prozesssteuerungssystems ergänzen. Es
ist ersichtlich, dass die Funktionen zwar mit einer bestimmten Abfolge
von Ereignissen beschrieben werden, der Umfang der Erfindung jedoch
auch jede andere Reihenfolge umfasst, in der die Informationen bereit
gestellt oder die Schritte ausgeführt werden.
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4 zeigt
eine Bildschirmdarstellung des Konfigurierungsteils des Tools mittels
der logischen Verbindungen des Prozesssteuerungssystems im Hauptsteuerungsfenster
des Tools 120. Die Bildschirmdarstellung des Tools 120 weist
Pulldown-Menüs 402 mit
Texten, ein Piktogramm-Menü 404,
eine Schablonenpräsentation 406 sowie
eine Bildschirmdarstellung 408 mit einem Diagrammanteil
auf. Die Schablonenpositionen 420 werden innerhalb der Schablonenanteilpräsentation 406 angezeigt.
Das Anwenderdiagramm der Konstruktion der Prozesssteuerungsumgebung
wird im Diagrammteil der Bildschirmdarstellung angezeigt. Das Diagramm
der Prozesssteuerungskonstruktionsumgebung wird als Prozesssteuerungsumgebungssicht
bezeichnet. Jede der Darstellungen im Hauptfenster kann vom Anwender
mittels der bekannten Fenstertechniken in ihrer Größe verändert und
an anderer Stelle angeordnet werden. Das Tool 120 verfolgt
die Position und Größe der Flächen des
Hauptfensters durch Führung
ständiger
Objektdaten einschließlich
Koordinaten innerhalb der zweidimensionalen Anzeige sowie Eigenschaften
und anderer Informationen.
-
Bei
der Konstruktion einer Prozesssteuerungsumgebung mittels logischer
Verbindungen betätigt
ein Anwender einfach eine Schablonenposition aus der Schablonenanteildarstellung 406,
zieht die betätigte
Schablonenposition an eine gewünschte Stelle
innerhalb des Diagrammteils 408 der Bildschirmdarstellung
und legt die betätigte
Schablonenposition an einem gewünschten
Ort ab. Das Steuerungsstudio-Objektsystem 130 erzeugt sodann
eine Diagrammposition, die es dem Diagramm ermöglicht, ein Objekt mit sämtlichen
Informationen zu erzeugen, die für
die Konfigurierung einer Prozesssteuerungsumgebung erforderlich
sind. Da die Schablonenpositionen Objekte sind, die sämtliche
Informationen beinhalten, die für
das Diagramm erforderlich sind, um eine Prozesssteuerungsumgebung
zu konfigurieren, wenn die Prozesssteuerungsumgebung innerhalb des
Diagrammteils fertig gestellt ist, kann diese Konstruktion direkt
in die entsprechenden Teile der Prozesssteuerungsumgebung heruntergeladen
werden.
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4 und 5A–5C zeigen
Bildschirmdarstellungen des räumlichen
Anordnungsteils des Tools unter Verwendung räumlicher Informationen der
Anlage in der Anordnung des Prozesssteuerungssystems. Das Tool ermöglicht eine
Betrachtung unter unterschiedlichen Winkeln und mit unterschiedlichen
Vergrößerungen
der räumlichen
Anordnung des Prozesssteuerungssystems. Die Präsentation kann in Graustufen
oder in Farbe erfolgen. Die Bildschirmdarstellungen können innerhalb
eines Fensters des Tools 120 auf eine Weise analog zum
Fenster 408 für
die Bildschirmdarstellung des Diagrammanteils enthalten sein. Andere
Arten der Darstellung der räumlichen
Informationen sind jedoch ebenfalls im Umfang der Erfindung enthalten.
-
Bei
der Konstruktion einer Prozesssteuerungsumgebung unter Verwendung
der räumlichen Informationen
der Anlage beginnt ein Anwender, indem er entweder die physikalische
Anordnung der Anlage importiert oder die Anordnung im Diagrammteil
des Hauptsteuerungsfensters des Tools 120 erzeugt. Um Feldgeräte oder
Funktionen hinzuzufügen,
betätigt
ein Anwender einfach eine Schablonenposition aus der Schablonenanteildarstellung 408, zieht
die betätigte
Schablonenposition an eine gewünschte
Stelle in der räumlichen
Darstellung der Anlage innerhalb des Diagrammteils 408 der
Bildschirmdarstellung und legt die betätigte Schablonenposition an
einem gewünschten
Ort ab. Zusätzlich
zu rechteckigen Darstellungen von Funktionen beinhalten die Schablonenpositionen
dreidimensionale Darstellungen von Positionen, die in einer Raffinerie- oder
Produktionsanlage vorkommen, wie beispielsweise Ventile, Pumpen,
Tanks, Rohre etc. Ein räumlicher
Anteil des Steuerungsstudio-Objektsystems 130 erzeugt sodann
eine Diagrammposition mit den Informationen, die zum Konfigurieren
einer Prozesssteuerungsumgebung innerhalb der räumlichen Anordnung der Anlage
erforderlich sind. Da die Schablonenpositionen Objekte sind, die
sämtliche
Informationen beinhalten, die für
das Diagramm erforderlich sind, um eine Prozesssteuerungsumgebung
innerhalb der räumlichen
Anordnung einer Anlage zu konfigurieren, wenn die Prozesssteuerungsumgebung innerhalb
des Diagrammteils fertig gestellt ist, kann diese Konstruktion direkt
in die entsprechenden Teile der Prozesssteuerungsumgebung einschließlich des räumlichen
Teils des Steuerungsstudio-Objektsystems heruntergeladen werden.
-
5A–5C zeigen
Beispiels für
räumliche
Bildschirmdarstellungen 452–456 einschließlich eines
Beispiels für
die physikalische Anordnung der Anlage in einer räumlichen
Sicht. Spezifischer ausgedrückt,
zeigt 5A eine Präsentation 452 einer physikalischen
Anordnung einer Anlage über
einer schematischen Ansicht der Anlage. Die räumliche Darstellung beinhaltet
weiterhin eine physikalische und logische Darstellung der diversen
Komponenten der Prozesssteuerungsumgebung. Entsprechend kann ein
Anwender auf vorteilhafte Weise die physikalischen Standorte der
diversen, einer schematischen Sicht der Anlage überlagerten Komponenten der
Prozesssteuerungsumgebung betrachten. 5B und 5C zeigen
vergrößerte und
gedrehte Sichten 454–456 von
Teilen der Diagrammdarstellung in 5A. 5B–5C zeigen
mithin Beispiele dafür,
wie ein Anwender auf Teile der Diagrammdarstellung wie beispielsweise
den in 5A gezeigten Teil zugreifen
kann, um eine bessere Sicht bestimmter Teile der Prozesssteuerungsumgebung zu
erhalten. Es ist ersichtlich, dass die räumliche Darstellung nicht notwendigerweise
der schematischen Ansicht überlagert
sein muss.
-
In
einer alternativen Ausführung
der Prozesssteuerungsumgebung 100 können die in 5A–5C dargestellten
räumlichen
Anordnungen mit einer Blockdarstellung diverser Steuerungssystemelemente
kombiniert werden. So kann beispielsweise in einer Implementierung
der Prozesssteuerungsumgebung eine Blockdarstellung des Prozesses
einer der räumlichen
Anordnungen 452–456 überlagert
werden, um einem Anwender ein besseres Verständnis der Prozessumgebung zu
ermöglichen.
Darüber
hinaus kann eine Simulationsdarstellung des Prozesses ebenfalls
einer derartigen räumlichen
Anordnung überlagert
werden.
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6 zeigt
eine derartige alternative Implementierung der Prozesssteuerungsumgebung 460. Es
sei darauf hingewiesen, dass die Prozesssteuerungsumgebung 460 eine
Anzahl von Elementen ähnlich
den Prozesselementen der in 1A dargestellten
Prozesssteuerungsumgebung 100 aufweist. Die Prozesssteuerungsumgebung 460 weist
jedoch zusätzlich
ein tragbares Computergerät 462 auf,
das kommunikativ mit dem LAN 108 verbunden ist. Das tragbare
Computergerät 462 kann
beispielsweise ein Handheld-Gerät, ein tragbarer
Computer, ein Personal Data Assistant (PDA) etc. sein. In einer
Implementierung kann das tragbare Computergerät 462 auf drahtlose
Weise mit dem LAN 108 verbunden sein.
-
Das
tragbare Computergerät 462 kann
verwendet werden, um eine grafische Darstellung der Prozessanlage
zusammen mit den räumlichen
Anordnungen 452–456 des
Prozesses zu präsentieren. Die
Verwendung des tragbaren Computergeräts 462 zur Betrachtung
der grafischen Darstellung der Prozessanlage ermöglicht es einem Anwender, mit
einem Anlagenbediener zu kommunizieren, während er sich zwischen diversen
Standorten in der Anlage bewegt. Ein Anwender im Feld kann ein derartiges tragbares
Computergerät 462 verwenden,
um mit einem Anlagenbediener zusammen zu arbeiten, während er
die grafische Darstellung der Anlage in Bezug auf die räumlichen
Anordnungen 452–456 betrachtet. In
einer derartigen Situation kann ein Anwender im Feld eine Kombination
von Prozesssteuerungsinformationen, Prozesssimulationsinformationen,
dreidimensionaler Visualisierung des Prozesses und räumlichen
Darstellungen 452–456 der
Anlage verwenden, um mehr Informationen über eine Ausrüstung oder
einen Prozess zu erhalten, für
die bzw. den eine Wartung, Aktualisierung etc. erforderlich sein
kann.
-
Das
in 6 dargestellte tragbare Computergerät 462 weist
einen Prozessor 464, einen Speicher 466, ein Display 468,
ein oder mehrere Eingabe-/Ausgabe- oder Bedienerschnittstellengeräte 470 wie
beispielsweise eine Tastatur, einen Lichtstift, ein Mikrofon etc.
sowie einen drahtlosen Kommunikator 472 auf. Der Speicher 466 kann
ein beliebiger flüchtiger
und/oder nichtflüchtiger
Speicher sein und eine Anzahl von Programmen aufweisen, die im Prozessor 464 ausgeführt werden
können,
sowie eine oder mehrere von den Programmen verwendete Datenbanken
etc.
-
So
weist beispielsweise in einer Implementierung der Speicher 464 ein
grafisches Generierungs- und Speicherungsprogramm 474 auf,
das Blockdarstellungen des Prozesses, die räumlichen Anordnungen 452–456,
Simulationsdarstellungen des Prozesses etc. erzeugt. Das grafische
Generierungs- und Speicherungsprogramm 474 kann eine Kombination
dieser Grafiken auf dem Display 468 darstellen. Der Speicher 466 kann
weiterhin ein Prozesssimulatorprogramm 478 aufweisen, das
Simulationsinformationen in Bezug auf die diversen Elemente des
Prozesses erzeugen kann. Ein im Speicher 466 gespeicherter
Grafikanzeige-Editor 480 kann es einem Anwender ermöglichen, Änderungen der
Blockdarstellung des Prozesses auf dem Display 468 vorzunehmen.
-
Eine
Implementierung des tragbaren Computergeräts 462 kann weiterhin
auch ein geografisches Positionierungssystem 482 aufweisen,
das es einem Anwender ermöglicht,
die geografische Position des tragbaren Computergeräts 462 in
Bezug auf diverse Abschnitte einer Prozessanlage zu bestimmen. Wenn
ein Anwender ein tragbares Gerät
verwendet, um die grafische Darstellung des Prozesses und die räumlichen
Darstellungen 452–456 der
Anlage zu betrachten, kann der Anwender zusätzlich geografische Positionierungsmöglichkeiten
verwenden, um die Position des tragbaren Computergeräts 462 in Bezug
auf diverse Abschnitte der Anlage, die Position diverser Geräte in Bezug
auf den Standort des Anwenders in der Prozessanlage etc. zu bestimmen. Diese
Möglichkeit
versetzt den Anwender in die Lage, ein Prozessgerät, das seiner
sofortigen Aufmerksamkeit bedarf, leichter zu erreichen.
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In
einer alternativen Ausführung
können
geografische Positionierungsgeräte
an einem oder mehreren Standorten innerhalb der Prozessanlage integriert
werden und Informationen bezüglich
der geografischen Position der diversen Teile der Prozessanlage,
diverser Geräte
in der Anlage etc. können
in die räumlichen
Anordnungen 452–456 der Prozessanlage
integriert werden.
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7A zeigt
ein Beispiel einer grafischen Darstellung 500 von Prozesselementen,
die für
die Simulation von Prozessen innerhalb einer Prozessanlage und für die Präsentation
dieser Simulationen zusammen mit den Bildschirmdarstellungen der räumlichen
Anordnungen 452–456 verwendet
werden können.
Die grafische Darstellung 500 kann vom grafischen Generierungs-
und Speicherungsprogramm 474 erzeugt und im Speicher 466 gespeichert werden.
Die grafische Darstellung 500 zeigt einen Recyclingtank 502,
ein Eingangssteuerventil 504 sowie die Ausgangssteuerventile 506 und 508.
Der technisch Versierte erkennt, dass in der grafischen Darstellung 500 eine
Anzahl weiterer Elemente wie beispielsweise Pumpen, Heizungen, Mischer
etc. zusätzlich
dargestellt werden kann.
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Die
grafische Darstellung 500 kann zum Zwecke der Prozesssimulation
und/oder Bedienerschulung mit den räumlichen Anordnungen 452–456 und
einer Blockdarstellung der Prozesssteuerungsumgebung kombiniert
werden. Insbesondere kann diese grafische Darstellung von Prozesselementen mit
einer dreidimensionalen räumlichen
Anordnung kombiniert werden, um den Anwendern eine realistischere
Visualisierung der Anlagenausrüstung,
des Anlagenbetriebs, des Zustands der Anlage, der Standorte von
Ausrüstungsalarmen,
von Wartungsanforderungen etc. zu bieten.
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Die
Präsentation
von Prozesssimulationen zusammen mit einer räumlichen Anordnung der Anlage
verbessert die Fähigkeit
von Anlagenbedienern insgesamt, die Anlage zu bedienen und Diagnoseverfahren
durchzuführen,
die Kenntnis eines Bedieners von Anlagenbedingungen und Anlagenprozessen
zu steigern, Anlagenstillstände
durch Kombination der Prävention
abnormaler Bedingungen mit einer realistischeren Visualisierung
der Orte, an denen Probleme in der Anlage auftreten, zu verringern,
die Effizienz des Projekt-Engineering zu steigern, die Bedienerschulung
zu verbessern, die Effizienz von Simulationsanwendungen zu verbessern
etc.
-
Aus 7A ergibt
sich, dass Verbindungen zwischen den grafischen Elementen 502–508 über Rohrsysteme,
Kanäle,
Förderbänder, Drähte etc. ebenfalls
gezeigt werden können.
Wie in 7A dargestellt, ist der Recyclingtank 502 über Rohre
mit den Ventilen 504–508 verbunden. 7A zeigt,
dass das Eingangsventil 504 den Strom von Aufbereitungsfluid in
den Recyclingtank steuert und dass das Eingangsventil 506 den
Fluss von zu recycelndem Fluid steuert, während das Ausgangsventil 508 den
Fluss von Fluid in einen Reaktor steuert. Darüber hinaus kann die grafische
Darstellung 500 auch dynamische Werte in Bezug auf verschiedene
Elemente, Messungen verschiedener Prozessmerkmale sowie Daten aus anderen
Quellen wie beispielsweise Wartungsinformationen in Bezug auf die
Elemente, Simulationsinformationen in Bezug auf die Elemente etc.
veranschaulichen.
-
So
können
beispielsweise Prozessinformationen über den Recyclingtank 502 wertvolle
Informationen bieten wie beispielsweise Informationen darüber, welche
Operation der Recyclingtank 502 ausführt, wie der Recyclingtank 502 angeschlossen
ist, was innerhalb des Recyclingtanks 502 geschieht etc. Die
grafische Darstellung 500 kann weiterhin auch eine oder
mehrere dynamische Simulationswerte in Bezug auf den Recyclingtank 502 zeigen
einschließlich
Zusammensetzungsberechnungen, Massenbilanz, Energiebilanz, anwendungsspezifische
Berechnungen etc., die sich auf das Fluid innerhalb des Recyclingtanks 502 beziehen.
Derartige dynamische Simulationsinformationen können als Antwort auf die Auswahl
der Betriebsumgebung durch einen Anwender geändert und sichtbar gemacht
werden. So kann ein Anwender beispielsweise eine Offline-Simulationsumgebung
wählen,
wenn die sich auf den Recyclingtank 502 beziehenden Simulationsinformationen angezeigt
werden. Alternativ kann der Anwender eine Online-Umgebung wählen, wenn
die sich auf den Recyclingtank 502 beziehenden Ist-Prozessinformationen
mit der grafischen Darstellung angezeigt werden. 7B zeigt
eine exemplarische Online-Darstellung,
die diverse Prozessparameter zeigt, die sich auf den Recyclingtank 502 und
die dazu gehörenden
Prozesselemente beziehen.
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In
einer Ausführung
der grafischen Darstellung 500 können zusätzliche Elemente in Form grafischer
Ebenen ergänzt
werden. So kann beispielsweise eine Trainer-Ebene der grafischen
Darstellung 500 hinzugefügt werden, um diverse trainingsbezogene
Informationen anzuzeigen. 7C zeigt
eine exemplarische Offline-Darstellung
für einen
Anwender mit "Trainer"-Rechten, in der
eine zusätzliche
Informationsebene dargestellt ist. Wenn in einer derartigen Offline-Darstellung
ein Trainer ein grafisches Element wie beispielsweise ein Handventil
auswählt, kann
eine Faceplate 520 dargestellt werden, die es dem Trainer
ermöglicht,
an dem ausgewählten
Element Änderungen
vorzunehmen. So kann die Faceplate 520 beispielsweise einen
Steuerungsknopf 522 aufweisen, der verwendet werden kann,
um das von der Faceplate 520 gesteuerte Handventil zu öffnen oder
zu schließen.
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In
einer derartigen Offline-Umgebung kann die Trainer-Ebene es auch
einem Anwender ermöglichen,
das Verhalten eines Elements mittels der Faceplate 520 zu ändern und
als Reaktion auf eine derartige Änderung
des Verhaltens eine detaillierte Anzeige in Bezug auf Änderungen
von Parametern in Bezug auf diverse Elemente zu präsentieren.
So kann es beispielsweise einem Trainer erlaubt werden, eine Störung des
Prozesses an einem bestimmten Element einzuführen, einen Messwert zu verfälschen, Rauschen
in einen Messwert einzufügen,
den Messwert auf einen festen Wert zu ändern, den Messungsstatus zu ändern etc.
und die Reaktion dieser Änderung
anhand von Parametern zu beobachten, die sich auf diverse Elemente
der grafischen Offline-Darstellung
beziehen.
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In
einem Online-Steuerungssystem gibt es oftmals eine Steuerungslogik,
die so konzipiert ist, dass sie mit einem externen Teil des Systems
arbeitet, und dieser externe Teil des Systems weist oftmals eine
Steuerungsstrategie auf, die gesondert von der in der Offline-Umgebung
enthaltenen Steuerungsstrategie abläuft. Jede beliebige lokale
Steuerungslogik, die mit einem derartigen externen System verbunden
ist, kann ebenfalls in die Offline-Simulationsdarstellung integriert
werden, indem diese externe Steuerungslogik mit den in der grafischen
Darstellung 500 dargestellten Prozesssteuerungselementen kombiniert
wird. So kann es beispielsweise eine separate Steuerungsstrategie
geben, die das Eingangsventil 504 steuert, und eine lokale
Steuerungsstrategie kann mit dem Eingangsventil 504 interagieren,
indem sie Einstellwerte oder Ablesewerte von einer externen Steuerungsstrategie
bereit stellt. Im Offline-Betrieb ist die Steuerungsstrategie, die
das Eingangsventil 504 gesteuert hatte, nicht mehr vorhanden.
Während
der Simulation eines Prozesses, der das Eingangsventil 504 beinhaltet,
kann ein Anwender direkt mit der Simulation des Eingangsventils 504 arbeiten,
wobei der Anwender sich in diesem Fall keine Gedanken über die
externe Steuerungsstrategie zu machen braucht.
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Eine
Implementierung des Tools 120 kann einen Grafikanzeige-Editor
aufweisen, der eine Anzahl von Anzeigepaletten aufweist, um die
Erzeugung von Grafikanzeigen zu unterstützen. Ein derartiger Grafikanzeige-Editor
kann in dem im Speicher 466 gespeicherten Grafikanzeige-Editor 480 implementiert
sein. Ein Anwender kann verschiedene Elemente sowie diverse Eigenschaften
auswählen,
die diesen Elementen von den Paletten zuzuordnen sind, um die Online-Grafikdarstellung
oder die Offline-Grafikdarstellung der Prozessanlage zu editieren.
Anschließend kann
eine derartige grafische Darstellung der dreidimensionalen Darstellung
der Anordnung der Prozessanlage überlagert
werden.
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Der
Grafikanzeige-Editor 480 kann eine Berechnungs- und Steuerungspalette
aufweisen, die Elemente für
den Zugriff auf Informationen von bei der Steuerung und Berechnung
verwendeten Funktionsblöcken
wie beispielsweise einen PID-(Proportional-Integral-Differential-)Funktionsblock,
einen Sollwertfunktionsblock, einen Prozessvariablenfunktionsblock
etc. aufweist. Eine Eigenschaften- und Messungspalette kann Elemente
aufweisen, die für den
Zugriff auf Feldmessungen und simulierte Merkmale in Verbindung
mit diversen Prozessausrüstungen
und Anschlüssen
sowie für
deren Spezifizierung verwendet werden. Eine Stellglieder-Palette
kann Elemente aufweisen, die zum Einstellen oder Regeln von Prozessströmen verwendete
Feldgeräte
repräsentieren.
Eine Verarbeitungspalette kann Elemente aufweisen, die diverse gemeinsame
Prozessausrüstungen
repräsentieren.
Zusätzlich
kann eine anwendungsspezifische Palette Elemente aufweisen, die
es einem Anwender ermöglichen,
in der grafischen Anzeige des betreffenden Prozesses Ausrüstungen
hinzuzufügen,
die für
einen bestimmten Prozess spezifisch sind.
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Eine
Implementierung des Tools 120 kann auch einen Prozesssimulations-Editor aufweisen,
der es einem Anwender ermöglicht,
eine Offline-Simulationsdarstellung zu erzeugen und/oder zu editieren. Der
Prozesssimulations-Editor kann es einem Anwender ermöglichen,
Funktionsblöcke,
Ströme
und die zu diesen gehörenden
Verbindungen zur Simulationsdarstellung hinzuzufügen. Ein derartiger Prozesssimulations-Editor
kann im Prozesssimulator 478 des Speichers 466 gespeichert
sein. Allgemein gesagt, existiert eine Eins-zu-eins-Verbindung zwischen
der grafischen Darstellung von verschiedenen Prozesselementen und
von Simulationsfunktionsblöcken,
die der Repräsentation
dieser Prozesselemente dienen. Es kann daher möglich sein, dass ein Anwender
eine grafische Anzeige mittels des Prozesssimulations-Editors konstruiert
und deren entsprechende Prozesssimulation erzeugt. So kann ein Anwender
beispielsweise Prozesselemente wie beispielsweise ein Ventil, einen
Tank, eine Pumpe etc. als Teil eines Prozessmodels in der Simulationsdarstellung
auswählen.
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Anschließend kann
ein Anwender, um eine derartige Prozesssimulation zu erzeugen, einen
Prozessblock auswählen,
der ein Steuerungsmodul innerhalb eines Prozesssteuerungssystems
repräsentiert,
und Prozesselemente wie beispielsweise ein Stellglied, ein Verbindungselement,
ein Messelement etc. auswählen,
die an den Prozess angefügt
werden sollen. Verbindungen zwischen an ein Steuerungsmodul angefügten Eingabe-/Ausgabeblöcken, an
ein Steuerungsmodul angefügten
Messblöcken
etc. sowie zwischen den Prozesselementen wie beispielsweise den
Stellgliedern etc. können
hergestellt werden, indem man zwischen diesen Blöcken Zeige- und Klickoperationen
durchführt.
-
Die
den Steuerungsmodulen entsprechenden Prozessblöcke können durch die folgenden gemeinsamen
Merkmale charakterisiert werden: (1) die Prozessblock-Eingabeverbindungen
und die Parameter des Prozessblocks können in der Simulation verwendet
werden, (2) die mit einer simulierten Eigenschaft oder einem Parameter
verbundenen Prozessmessungen können
in einem Prozessblock referenziert werden, um eine Korrektur von
Modellfehlern und nicht gemessenen Störungen zu ermöglichen, (3)
die Anzahl der von den Prozessblöcken
unterstützen
Eingaben und Ausgaben kann als erweiterbar definiert werden, (4)
die Ergebnisse aus der Ausführung
der Prozessblöcke
können
sich in den Prozessblock-Ausgabeverbindungen oder als Parameter
der Prozessblöcke
widerspiegeln, (5) ein Prozessblockalgorithmus kann als Stufenantwort
definiert oder vom Anwender auf eine Art und Weise ähnlich einem Berechnungs-/Logiksteuerungsblock
eingegeben werden, wobei ein Anwender im Falle der Eingabe des Prozessblockalgorithmus
die Dynamik gesondert für
jeden Ausgang vorgeben kann, (6) Ortssteuertafel-Eingaben, externe
Systemeingaben und/oder direkt mit einem Verarbeitungselement verbundene
Logik können
in dem diese Verarbeitungselemente enthaltenden Prozessblockalgorithmus
enthalten sein und (7) ein gemeinsamer Parametersatz kann für Eingabe-
und Ausgabeverbindungen zu den Prozessblöcken unterstützt werden.
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Mit
den Eingabe- und Ausgabeverbindungen zu den Prozessblöcken verbundene
Parameter können
zwischen diversen Prozessblöcken
als Array/Struktur von Parametern kommuniziert werden einschließlich beispielsweise
als Verbindungszustand (gut/schlecht), Massenströmungsgeschwindigkeit an der
Verbindung, Druck an der Verbindung, Dichte des Fluids an der Verbindung
etc. Darüber
hinaus kann es auch erforderlich sein, andere Parameter wie beispielsweise
die Zusammensetzung von Dampf an einer Verbindung etc. vorzugeben.
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Um
einen flexibleren Parametersatz zu unterstützen, kann darüber hinaus
ein Array von Verbindungsparametern einen Standard- und einen erweiterten
Parameterstromblock aufweisen. In einem derartigen Fall kann ein
Anwender als Teil des erweiterten Stromblocks einen Satz zuvor definierter
Datengruppen auswählen.
So kann beispielsweise ein erweiterter Parametersatz in Verbindung
mit der Brennstoffzuführung
zu einem einen Kessel repräsentierenden
Funktionsblock Parameter aufweisen, die die Brennstoffzusammensetzung,
das Kohlenstoffgewicht des Brennstoffs, den Wasserstoffgehalt im Brennstoff,
den Schwefelgehalt im Brennstoff, den Sauerstoffgehalt im Brennstoff,
die Feuchtigkeitsmenge im Brennstoff, den Stickstoffgehalt im Brennstoff
etc. angeben. Entsprechend kann ein erweiterter Parametersatz, der
der Dampfzuführung
zu einem einen Turbogenerator repräsentierenden Funktionsblock
zugehört,
Parameter aufweisen, die die eingestellte Dampfzusammensetzung,
die Enthalpie des in den Turbogenerator eintretenden Dampfes, die
Enthalpie des den Turbogenerator verlassenden Dampfes etc. angeben.
Ein derartiger erweiterter Stromblock kann ausschließlich für die Verbindung mit
einem Prozessblock, der diesen erweiterten Parametersatz verwendet,
zugelassen werden. Darüber hinaus
kann dieser erweiterte Parametersatz auch verwendet werden, um eine
hochgenaue Simulation zu ermöglichen,
bei der einige der erweiterten Parameter als sichtbare Prozessgrafik
auf einigen Strömen
zur Verfügung
gestellt werden.
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In
einer Offline-Simulationsumgebung können diversen Funktionsblöcken zugeordnete
Messungselemente einem Anwender bei Anklicken derartiger Elemente
simulierte Messwerte zur Verfügung stellen.
Diese simulierten Messwerte können
zum Vergleich mit tatsächlichen
Messwerten gespeichert werden. Während
des Online-Betriebs können
den Funktionen Messwerte übergeben
werden und die Anwender können
diese tatsächlichen
Messwerte durch Anklicken von Elementen innerhalb der Funktionsblöcke sehen.
Während
des Online-Betriebs kann ein Funktionsblock die tatsächlichen
Messwerte von Parametern mit simulierten Messwerten vergleichen
und einem Anwender eine Anzeige der Differenz zwischen diesen bieten.
Alternativ können
tatsächliche
oder simulierte Messwerte in Form einer dreidimensionalen Grafik
zusammen mit dem Funktionsblock angezeigt werden. Darüber hinaus
können die
Funktionsblöcke
auch die tatsächlichen
Messwerte über
einen Zeitraum speichern und die Trends der Messwerte über die
Zeit mittels der grafischen Darstellung 500 anzeigen.
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Auch
wenn der obige Text eine detaillierte Beschreibung mehrerer unterschiedlicher
Ausprägungen
der Erfindung enthält,
so sei darauf hingewiesen, dass der juristische Umfang der Erfindung
durch die Beschreibung der Ansprüche
am Ende dieser Offenlegungsschrift definiert wird. Die detaillierte
Beschreibung ist lediglich beispielhaft zu verstehen und beschreibt
nicht jede mögliche
Ausprägung
der Erfindung, da eine Beschreibung jeder möglichen Ausprägung nicht
mit realistischem Aufwand möglich,
wenn nicht sogar vollkommen unmöglich,
wäre. Es
könnten unter
Einsatz aktueller Technologien oder unter Einsatz von Technologien,
die erst nach dem Tage der Einreichung dieser Offenlegungsschrift
entwickelt werden, zahlreiche alternative Ausprägungen realisiert werden, die
nach wie vor von den die Erfindung beschreibenden Ansprüchen abgedeckt
wären.
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Innerhalb
der Ansprüche
sind andere Ausführungen
möglich.
So analysiert beispielsweise das Protokoll, in dem die bevorzugte
Ausführung
beschrieben wird, zwar ein Prozesssteuerungsnetzwerk für ein Feldbus-Protokoll,
jedoch ist ersichtlich, dass durch Einstellung der entsprechenden
Einschränkungen
ein beliebiges Protokoll analysiert werden kann. Während die
bevorzugte Ausführung weiterhin
beispielsweise unter einem WINDOWSTM-Betriebssystem
läuft und
eine Präsentation vom
Typ eines Assistenten verwendet, ist jedoch ersichtlich, dass diese
Details nicht dem Zweck dienen, das Gesamtkonzept der Erfindung
einzuschränken.
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Während bestimmte
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, erkennt
der technisch Versierte, dass Änderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dieser Erfindung
in ihren breiteren Aspekten abzuweichen, sodass die beigefügten Ansprüche in ihrem
Rahmen sämtliche
derartige Änderungen
und Modifikationen beinhalten, die innerhalb des wahren Geistes
und Umfangs dieser Erfindung liegen, wozu beispielsweise, nicht
jedoch darauf beschränkt,
Implementierungen in anderen Programmsprachen gehören. Während die
bevorzugte Ausführung
weiterhin als Software-Implementierung beschrieben ist, ist ersichtlich,
dass Hardware-Implementierungen wie beispielsweise Implementierungen als
anwendungsspezifische integrierte Schaltungen ebenfalls in den Umfang
der folgenden Ansprüche fallen.