DE102007046962A1

DE102007046962A1 - Aktualisierung und Einsatz dynamischer Prozesssimulation im laufenden Betrieb einer Prozessumgebung

Info

Publication number: DE102007046962A1
Application number: DE102007046962A
Authority: DE
Inventors: Terrence L. Round Rock Blevins; Wilhelm K. Austin Wojsznis; Mark J. Round Rock Nixon
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2008-04-24
Also published as: US9904268B2; US9046881B2; JP5117811B2; HK1116874A1; US9983559B2; US20150261200A1; CN101158872B; CN103631150A; GB2475200B; GB2475200A; HK1151363A1; US20070129917A1; GB201103247D0; GB2444808B; GB2444808A; GB0719214D0; JP2008135010A; CN101158872A; JP5623476B2; JP2013012218A

Abstract

Ein Simulationssystem, das miteinander verbundene Simulationsblöcke aufweist, welche Prozessmodelle nutzen, um Simulationsaktivitäten für eine Prozessanlage durchzuführen, ist in eine Prozesssteuerungsumgebung für die Prozessanlage in einer Weise integriert, dass sich Gebrauch und Aktualisierung des Simulationssystems für die Online-Prozesssimulation einfach gestalten. Das offenbarte Simulationssystem ermöglicht es, sowohl künftige Vorhersagewerte als auch aktuelle Vorhersagewerte von Prozessparametern, die vom Simulationssystem erzeugt werden, für die Funktionsevaluierung und die Betriebsführung der Anlage verfügbar zu machen. Das Simulationssystem ist außerdem mit der in Betrieb befindlichen Prozessanlage verbunden, um verschiedene Online-Messungen aus der Prozessanlage zu erhalten, und nutzt diese Messungen zur automatischen Aktualisierung der im Simulationssystem verwendeten Prozessmodelle, um auf diese Weise das Simulationssystem mit den tatsächlichen Betriebsbedingungen der Prozessanlage zu koordinieren.

Description

ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
Bei der vorliegenden Anmeldung handelt es sich um eine Teilfortführungsanmeldung unter Beibehaltung der Priorität zur US-Patentanmeldung Aktenzeichen 11/014,307 mit dem Titel "Smart Process Objects Used in a Plant Modeling System", die am 16. Dezember 2004 eingereicht wurde und die eine Fortführungsanmeldung unter Beibehaltung der Priorität zur US-Patentanmeldung Aktenzeichen 10/625,481 mit dem Titel "Integration of Graphic Display Elements, Process Modules and Control Modules in Process Plants" ist, die am 21. Juli 2003 eingereicht und am 19. September 2006 als US-Patentanmeldung Nr. 7,110,835 erteilt wurde, und die wiederum eine Teilfortführungsanmeldung zur US-Patentanmeldung Aktenzeichen 10/278,469 mit dem Titel "Smart Process Modules and Objects in Process Plants" ist, die am 22. Oktober 2002 eingereicht wurde, wobei die Offenlegungen der genannten Anmeldungen hiermit ausdrücklich durch Referenz vollständig in diese Anmeldung einbezogen werden.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Prozessanlagen und im Besonderen auf eine intelligente Steuerungs- und Simulationsumgebung, die die Integration und Aktualisierung von Simulationsaktivitäten in bzw. durch ein Online- Steuerungssystem auf einer Systemebene der Prozessanlagen-Steuerungsarchitektur ermöglicht.
ERFINDUNGSHINTERGRUND
Verteilte Prozesssteuerungssysteme, wie sie in der chemischen Industrie, der Petrochemie und in anderen Prozessen eingesetzt werden, umfassen typischerweise ein oder mehrere, über analoge, digitale oder kombinierte analog/digitale Busse kommunikativ mit einer oder mehreren Feldvorrichtungen verbundene Prozesssteuerungsgeräte. Die Feldvorrichtungen, bei denen es sich beispielsweise um Ventile, Ventilsteller, Schalter und Messwertumformer (für z.B. Temperatur-, Druck-, Pegel- und Durchflusssensoren) handeln kann, sind in der Prozessumgebung angeordnet und führen Prozessfunktionen aus, wie Öffnen und Schließen von Ventilen, Messen von Prozessparametern etc. Intelligente Feldvorrichtungen wie z.B. Feldvorrichtungen entsprechend dem bekannten Fieldbus-Protokoll können außerdem Steuerungsberechnungen, Alarmfunktionen und andere Steuerungsfunktionen wahrnehmen, die normalerweise in die Steuerung integriert sind. Die Prozesssteuerungsgeräte, die ebenfalls typischerweise in der Anlagenumgebung angeordnet sind, empfangen Signale entsprechend den Prozessmessungen, die von den Feldvorrichtungen vorgenommen werden, und/oder andere, den Feldvorrichtungen zugehörige Informationen, und führen eine Steuerungsroutine aus, die beispielsweise verschiedene Steuerungsmodule aufruft, die Entscheidungen hinsichtlich der Prozesssteuerung treffen, Steuersignale auf Basis der erhaltenen Information generieren und mit den Steuerungsmodulen oder -blöcken koordinieren, die in den Feldvorrichtungen wie z.B. den HART- und Fieldbus-Feldvorrichtungen ausgeführt werden. Die Steuerungsmodule in der Steuerung übermitteln die Steuerungssignale über die Kommunikationsverbindungen an die Feldvorrichtungen, um den Betrieb des Prozesses zu steuern.
Information von den Feldvorrichtungen und den Steuerungsgeräten wird normalerweise über einen Datenhighway einer oder mehreren anderen Hardwareeinrichtungen, z.B. Operator-Workstations, Personalcomputern, Datenprotokolldiensten, Meldeeinrichtungen, zentralen Datenbanken etc. zur Verfügung gestellt, die typischerweise in Steuerwarten oder an anderen Standorten entfernt von den rauen Bedingungen der Anlagenumgebung untergebracht sind. Diese Hardwareeinrichtungen führen Applikationen aus, die beispielsweise einen Operator in die Lage versetzen, Funktionen betreffend den Prozess zu veranlassen, etwa das Verändern von Einstellungen der Prozesssteuerungsroutine, Modifizieren der Betriebsweise der Steuerungsmodule im Steuerungsgerät oder in den Feldvorrichtungen, Abfragen des aktuellen Prozesszustands, Einsehen von Alarmen, die von den Feldvorrichtungen und den Steuerungsgeräten erzeugt wurden, Simulation des Prozessbetriebs zu Schulungszwecken für das Personal oder für das Testen der Prozesssteuerungssoftware, Verwalten und Aktualisieren einer Konfigurationsdatenbank etc.
Zum Beispiel enthält das von Emerson Process Management angebotene DeltaV^TM Steuerungssystem verschiedene gespeicherte Applikationen, die durch verschiedene Vorrichtungen an mehreren Standorten in einer Prozessanlage ausgeführt werden können. Eine Konfigurierungsapplikation, die in einer oder mehreren Operator-Workstations residiert, ermöglicht es den Benutzern, Prozesssteuerungsmodule zu generieren oder zu verändern und diese Prozesssteuerungsmodule über einen Datenhighway in die dafür bestimmten verteilten Steuerungsgeräte herunterzuladen. Typischerweise bestehen diese Steuerungsmodule aus kommunikativ verbundenen Funktionsblöcken, bei denen es sich um Objekte in einem objektorientierten Programmprotokoll handelt, die auf Basis von ankommenden Eingängen Funktionen innerhalb des Steuerungsschemas erfüllen und Ausgänge für andere Funktionsblöcke innerhalb des Steuerungsschemas bereitstellen. Die Konfigurierungsapplikation kann außerdem einem Entwickler die Möglichkeit geben, Bedienerschnittstellen zu generieren oder zu verändern, die von einer Anzeigeapplikation genutzt werden, um Daten für einen Operator anzuzeigen und um den Operator in die Lage zu versetzen, Einstellungen wie etwa Sollwerte innerhalb der Prozesssteuerungsroutine zu verändern. Jedes zweckgebundene Steuerungsgerät, und in manchen Fällen eine Feldvorrichtung, kann eine Steuerungsapplikation speichern und ausführen, wobei diese die zugeordneten und heruntergeladenen Steuerungsmodule ausführt, um die aktuelle Prozesssteuerungsfunktionalität zu implementieren. Die Anzeigeapplikationen, die in einer oder mehreren Operator-Workstations ausgeführt werden können, erhalten über den Datenhighway Daten von der Steuerungsapplikation und bringen diese Daten für Steuerungssystem-Entwickler, Operatoren oder Benutzer über die Benutzerschnittstellen zur Ausgabe, und können jede beliebige von mehreren Anzeigen, wie z.B. ein Operatordisplay, ein Ingenieurdisplay, ein Technikerdisplay etc. bereitstellen. Eine Datenprotokolldienstapplikation ist typischerweise in einer Datenprotokolldiensteinrichtung gespeichert und läuft in dieser ab, wobei letztere einige oder alle Daten sammelt und speichert, die über den Datenhighway bereitgestellt werden, während eine Konfigurationsdatenbankapplikation in einem weiteren Computer ablaufen kann, der mit dem Datenhighway verbunden ist, um die aktuelle Konfiguration der Prozesssteuerungsroutinen und die damit verbundenen Daten zu speichern. Alternativ kann die Konfigurationsdatenbank in derselben Workstation wie die Konfigurierungsapplikation installiert werden.
Wie oben erwähnt, sind Operatordisplayapplikationen typischerweise auf einer systemweiten Basis in einer oder mehreren der Workstations implementiert und stellen dem Operator oder dem Wartungspersonal vorkonfigurierte Displays hinsichtlich des Betriebszustands des Steuerungssystems oder der Vorrichtungen in der Anlage zur Verfügung. Diese Displays haben typischerweise die Form von Alarmdisplays, die Alarme von den Steuerungsgeräten oder Vorrichtungen innerhalb der Prozessanlage erhalten, von Steuerungsgerätedisplays, die den Betriebszustand der Steuerungsgeräte und anderer Vorrichtungen innerhalb der Prozessanlage anzeigen, von Wartungsdisplays, die den Betriebszustand der Vorrichtungen in der Prozessanlage anzeigen, etc. Diese Displays sind generell vorkonfiguriert, um in bekannter Weise Informationen oder Daten anzuzeigen, die von den Prozesssteuerungsmodulen oder den Vorrichtungen innerhalb der Prozessanlage erhalten werden. In einigen bekannten Systemen werden Displays unter Nutzung von Objekten generiert, die eine Grafik mit einem realen oder logischen Element verknüpfen, und die mit dem realen oder logischen Element kommunikativ verbunden sind, um Daten über das reale oder logische Element zu erhalten. Das Objekt kann die Grafik auf dem Anzeigebildschirm auf Basis der erhaltenen Daten verändern, um beispielsweise darzustellen, dass ein Behälter halb gefüllt ist, um den von einem Durchflussmesser gemessenen Durchfluss zu verdeutlichen, etc. Solange die für die Displays benötigte Information von der Vorrichtungs- oder Konfigurationsdatenbank innerhalb der Prozessanlage geliefert wird, wird die Information ausschließlich zur Bereitstellung eines Displays mit eben dieser Informationen für den Benutzer verwendet. Im Ergebnis müssen alle Informationen und die Programmierung für die Generierung von Alarmen, zur Feststellung von Problemen innerhalb der Anlage etc. mittels der bzw. in den verschiedenen zur Anlage gehörigen Vorrichtungen, wie Steuerungsgeräten und Feldvorrichtungen, bei der Konfigurierung des Prozessanlagensteuerungssystems generiert und konfiguriert werden. Erst dann kann die betreffende Information im laufenden Betrieb der Anlage an das Operatordisplay zur Ausgabe übergeben werden.
Obwohl Fehlererkennung und sonstige Programmfunktionen nützlich sind, um Bedingungen, Fehler, Alarme etc. zu erkennen, die mit den auf verschiedenen Steuerungsgeräten ablaufenden Regelschleifen und mit Problemen in den einzelnen Vorrichtungen in Zusammenhang stehen, ist es schwierig, das Prozesssteuerungssystem geeignet zu programmieren, damit Bedingungen auf Systemebene oder Fehler, die eine Analyse von Daten aus unterschiedlichen und möglicherweise an verschiedenen Stellen der Prozessanlage angeordneten Vorrichtungen erfordern, erkannt werden. Außerdem wurden Operatordisplays normalerweise nicht zur Meldung oder zur Anzeige solcher Informationen zu Bedingungen auf Systemebene an die Operator oder das Wartungspersonal genutzt, und es ist in jedem Fall schwierig, Objekte in Operatordisplays anhand dieser wechselnden Informationsquellen oder Daten für die verschiedenen Elemente des Displays zu animieren. Diese Tatsache ist insbesondere hinsichtlich der Animation und Modellierung von Materialflüssen wie etwa Fluidströmen in Rohren, Bewegungen von Rohmaterialien auf Förderbändern etc. zutreffend, die im Display typischerweise durch eine einfache Linie zwischen zwei Vorrichtungen dargestellt werden. Darüber hinaus gibt es zur Zeit keine vereinheitlichte Form der Erkennung bestimmter Zustände innerhalb einer Prozessanlage, wie z.B. Durchflussbedingungen und Massenbilanzen bei der Bewegung von Materialien durch eine Anlage, und insbesondere kein in einfacher Weise zu implementierendes System zur Realisierung dieser Funktionen auf Basis der Systemebene.
Obwohl der Einsatz der Prozesssimulation in einer in Betrieb befindlichen Prozessumgebung nicht neu ist, kann es dennoch schwierig sein, eine Simulation der Prozessanlage oder eines Abschnitts der Prozessanlage einzurichten oder zu erzeugen, da Simulationsaktivitäten typischerweise getrennt von den Display- und Steuerungsaktivitäten in der Online-Umgebung der Prozessanlage durchgeführt werden müssen. Außerdem ist es nach der Erzeugung der Simulation der Anlage schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, diese Simulation in die Operatordisplays oder die Steuerungsmodule zu integrieren, die in der Anlage implementiert sind. Beispielsweise ist es bekannt, Prozesssimulation mittels HYSYS (ein hochqualitatives Simulationsprogramm (High Fidelity Simulation Program) bei der Auslegung einer Anlage zu implementieren, und zu einem späteren Zeitpunkt diese Simulation ergänzend zur Abwicklung des Anlagenbetriebs heranzuziehen. Einer der Vorteile der Nutzung der Prozesssimulation in Verbindung mit der im Betrieb befindlichen Anlage liegt darin, dass das tatsächliche Anlagenverhalten mit den Auslegungszielen verglichen werden kann. Die derzeitige Technologie zeigt jedoch nur die momentanen Werte der Prozessparameter auf, die in der Simulation errechnet werden. Aber selbst eine einfache Prozesssimulation kann hunderte von konfigurierbaren Prozessparametern umfassen, die jeweils Einfluss auf das Resultat der Simulation nehmen. Im Ergebnis kann es sein, dass die tatsächliche Anlage nicht mit der simulierten Anlage übereinstimmt oder aufgrund von Veränderungen in der Anlage, Verschlechterungen der Anlagenkomponenten etc. nicht für längere Zeit nach der Erzeugung der Simulation mit der simulierten Anlage übereinstimmt. Bei der derzeitigen Technologie werden solche Abweichungen normalerweise dadurch beseitigt, dass ein Techniker die konfigurierbaren Parameter der Simulation in manueller Weise justiert. Diese Vorgehensweise zur Korrektur der Simulation ist jedoch zeitaufwändig, beruht in hohem Maße auf der Erfahrung des Operators und bringt Ungenauigkeiten mit sich.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Simulationssystem ist derart in eine Prozesssteuerungsumgebung integriert, dass der einfache Gebrauch des Simulationssystems sichergestellt ist, und in einer Weise, die die Aktualisierung der Online-Prozesssimulation automatisch und praktisch anwendbar gestaltet. Das offenbarte Simulationssystem ermöglicht es, sowohl künftige als auch die aktuellen Werte von Prozessparametern für die Funktionsevaluierung sowie für die Betriebsführung der Anlage verfügbar zu machen. Außerdem kann das Simulationssystem mit verschiedenen online vorgenommenen Prozess- oder Anlagenmessungen verbunden werden und diese Messungen nutzen, um eine automatische Aktualisierung des bzw. der im Simulationssystem genutzten Prozessmodelle zu bewirken, um dadurch das Simulationssystem mit dem tatsächlichen Betriebszustand der Prozessanlage zu koordinieren.
Das Simulationssystem kann mit intelligenten Prozessobjekten implementiert werden, die sowohl grafische als auch Simulationselemente haben, die zur Darstellung und Modellierung des Betriebs einer Anlage oder eines Abschnitts einer Anlage genutzt werden. Allgemein gesagt, jedes intelligente Prozessobjekt, das eine reale Vorrichtung oder ein Objekt innerhalb der Prozessanlage darstellt (etwa ein Ventil, einen Behälter, eine Rohrleitung etc.), umfasst ein grafisches Element, das in einem Grafikdisplay verwendet werden kann, um das reale Element darzustellen, und ein Modellierungs- oder Simulationselement, beispielsweise einen Algorithmus, der das Verhalten des Prozesselements beim Betrieb in der Anlage modelliert oder simuliert. Insbesondere kann ein intelligentes Prozessobjekt enthalten: ein Displayelement als Anzeige für den Operator, einen Datenspeicher zur Speicherung von Daten, die einem zugeordneten Objekt innerhalb einer Anlage zugehörig sind und von diesem erhalten werden, Eingänge und Ausgänge für die Kommunikation mit anderen Prozessobjekten, Verfahren, die auf die gespeicherten und erhaltenen Daten angewendet werden können, um die Zustände der Anlage oder von Vorrichtungen festzustellen, etwa Lecks, Fehler und andere Bedingungen, und einen Simulationsalgorithmus, der genutzt werden kann, um den Betrieb des Prozessobjekts zu simulieren.
Bei der Konfiguration können mehrere intelligente Prozessobjekte miteinander verbunden werden, um ein Simulationssystem zu erzeugen, das den Betrieb der verschiedenen Abschnitte der Prozessanlage darstellt und simuliert, und um ein Prozessmodul zu erzeugen, das das Verhalten des Abschnitts der Prozessanlage modelliert oder simuliert. Auf diese Weise erhält jedes Prozessmodul (und jedes mit einem Prozessmodul verbundene Display) Eingänge und erzeugt Ausgänge entsprechend der Mengen an Flüssigkeit, Gas oder anderer Materialien, die die Anlage durchlaufen, und modelliert oder simuliert das Verhalten der Prozesselemente in der Prozessanlage hinsichtlich ihres Einflusses auf die Materialien, die die Anlage durchlaufen. Auf diese Weise kann der Grafikdisplayabschnitt des intelligenten Prozessobjekts genutzt werden, um die Arbeitsweise des Elements innerhalb der Anlage (und die Funktion oder den Einfluss des betreffenden Elements in der Anlage) darzustellen, und das Simulationselement des intelligenten Prozessobjekts kann genutzt werden, um den Einfluss des realen Elements auf die Bewegung der Flüssigkeit oder anderer Materialien in der Anlage zu simulieren. Außerdem können auch Daten aus der tatsächlichen Anlage (d.h. wie in der Anlage gemessen) abgerufen und in dem Grafikdisplay dargestellt werden, das unter Nutzung der intelligenten Prozessobjekte erzeugt wurde.
Um eine höher entwickelte und genauere Simulation durchzuführen, können intelligente Verbindungsobjekte bei der Modellierung von Verbindungen zwischen realen Objekten innerhalb der Anlage nützlich sein. Solche Verbindungen können beispielsweise eine Rohrleitungsverbindung, einen Verbindungskanal, eine elektrische Verbindung oder eine verbindende Fördereinrichtung spezifizieren. Dementsprechend kann sich die Verbindung auf einen aus einer Mehrzahl unterschiedlicher Arten von Materialströmen durch die Verbindung beziehen. Das intelligente Verbindungsobjekt kann zur Verbindung gehörige Verbindungsparameterdaten speichern, etwa Informationen zum Verbindungstyp oder zum Verbindungsstatus. Die Ausführung des intelligenten Verbindungsobjekts als Teil eines Simulationssystems ist hilfreich bei der Erzeugung eines Modells des Betriebs der Prozessanlage, da dadurch eine grafische Darstellung der Verbindung und eine Simulation des Materialflusses durch die Verbindung gegeben wird.
Simulation wird außerdem über intelligente Stromobjekte bereitgestellt, die Materialströmen (oder Materialflüssen) innerhalb der Anlage zugeordnet sein können. Solche Ströme können für Flüssigkeiten, Feststoffe oder Gase stehen, die in der Anlage strömen oder sich durch diese bewegen, und jeder Strom kann Eigenschaften oder Parameter aufweisen, etwa Druck, Volumen, Dichte, Durchsatzrate, Zusammensetzung etc., die sich verändern können, wenn der Strom die verschiedenen Elemente des Prozessmoduls durchläuft. Da die Ströme die Ein- und Ausgänge der Prozesssteuerungselemente passieren, werden die Eigenschaften der Ströme generell durch die von den Strömen durchlaufenen Prozesselemente (Ventile, Behälter etc.) beeinflusst, und deshalb können die einzelnen Elemente innerhalb des Prozessmoduls Algorithmen enthalten, um den Einfluss der Prozesselemente auf die an den Eingängen ankommenden Ströme zu simulieren.
Um die Funktion der Grafikdisplays oder der Prozessmodule, die aus intelligenten Prozessobjekten erzeugt werden, zu verwirklichen, führt eine Operator-Workstation oder ein anderer Computer ein Ausführungsprogramm aus, das die erzeugten Grafikdisplays oder Prozessmodule abwickelt. Als Teil dieser Funktion können die Prozessmodule als Durchflussalgorithmen bezeichnete Verfahren abwickeln, die zur Erfassung von Prozesszuständen insbesondere auf einer Systemebenenbasis dienen und den Einfluss der Prozesselemente auf die Ströme durch die Anlage simulieren. Im Ergebnis ermöglichen die aus den intelligenten Prozessobjekten erzeugten Prozessmodule und Grafikdisplays die Implementierung von Routinen zur Erkennung von Bedingungen und Fehlersituationen an der Operator-Displayvorrichtung, und können dabei mit dem Steuerungsgerät und den Feldvorrichtungen der Anlage zusammenarbeiten oder auch die Notwendigkeit der Bereitstellung der entsprechenden Funktionalitäten in diesen eliminieren. Die Prozessmodule stellen außerdem dem Operator oder dem Konfigurierungstechniker einen weiteren Grad der Flexibilität bei der Programmierung in der Prozessanlage zur Verfügung, der genutzt werden kann, um bessere und vollständigere Informationen für den Operator bereitzustellen, wobei Gebrauch und Implementierung weiterhin einfach gehalten sind. Außerdem kann das Grafikdisplay anhand von Informationen animiert werden, die durch die Durchflussalgorithmen der Prozessflussmodule bestimmt oder berechnet werden, um dem Operator zusätzliche Informationen zu vermitteln.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines verteilten Prozesssteuerungsnetzwerkes in einer Prozessanlage, das eine Operator-Workstation aufweist, die eine Displayroutine implementiert, die intelligente Prozessobjekte nutzt, um Prozessmodule und Grafikdisplays zur Simulation des Betriebs der Prozessanlage zu erzeugen;
2 ist ein logisches Blockdiagramm eines Satzes von Applikationen und anderer Objekte einschließlich intelligenter Prozessobjekte und Prozessmodule, der in der Operator-Workstation der 1 gespeichert ist, und der genutzt werden kann, um verbesserte Funktionalitäten in einer Prozessanlage zu implementieren;
3 ist eine vereinfachte Darstellung eines Konfigurationsbildschirms, der von einem Konfigurierungstechniker genutzt werden kann, um ein Prozessgrafikdisplay oder ein Prozessmodul unter Verwendung intelligenter Prozessobjekte zu erzeugen, die in einer Objektbibliothek gespeichert sind;
4 ist eine detaillierte Darstellung eines beispielhaften Prozessgrafikdisplays, das die Darstellung von Strom- und Verbindungselementen innerhalb der Prozessanlage umfasst, die durch die Verbindung der grafischen Displayelemente einer Anzahl intelligenter Prozessobjekte erzeugt wurden;
5 ist eine Darstellung eines Satzes minimierter Prozessgrafikdisplays einschließlich des Prozessgrafikdisplays der 4, die in ein größeres Grafikdisplay der Anlage einbezogen sind;
6 ist eine Darstellung eines Prozessmoduls, das dem Prozessgrafikdisplay der 4 zugeordnet ist, und das außerdem die Einbeziehung einer hochqualitativen Simulationsroutine (High Fidelity Simulation Routine) veranschaulicht;
7A und 7B sind logische Blockdiagramme, die die Kommunikationsverbindungen zwischen einem Grafikdisplay, einem Prozessmodul und einem Steuerungsmodul veranschaulichen, die in eine Prozessanlage integriert sind;
8 ist eine vereinfachte Darstellung eines beispielhaften Prozessmoduls, von dem Blöcke mit Funktionsblöcken innerhalb eines Steuerungsmoduls verbunden sind, um fortgeschrittene Steuerungs- und Simulationsfähigkeiten bereitzustellen;
9 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, das ein Simulationssystem darstellt, das eine Mehrzahl von Simulationsblöcken aufweist, die Prozessmodelle nutzen, um künftige Prozessvorhersagewerte bereitzustellen, und die die Prozessmodelle auf Basis von Prozessmessungen und Benutzereingaben aktualisieren; und
10 ist ein logisches Blockdiagramm, das eine Art und Weise darstellt, in der Prozessmodule und Simulationssysteme, die intelligente Prozessobjekte nutzen, in einem existierenden Prozesssteuerungsnetzwerk erzeugt und implementiert werden können.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nunmehr sei auf 1 verwiesen, die eine detaillierte Darstellung einer beispielhaften Prozessanlage 10 zeigt, in der intelligente Prozessobjekte genutzt werden, um Prozessgrafikdisplays und Prozessmodule zu bilden, wobei beide mit Steuerungsmodulen integriert werden können, um verbesserte Steuerung und Simulation innerhalb der Anlagenumgebung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere nutzt die Prozessanlage 10 ein verteiltes Prozesssteuerungssystem mit einem oder mehreren Steuerungsgeräten 12, die jeweils über Ein-/Ausgangs-(I/O)-Geräte oder -karten 18 wie beispielsweise Fieldbusschnittstellen, Profibusschnittstellen, HART-Schnittstellen, Standardschnittstellen 4–20 mA etc. mit einer oder mehreren Feldvorrichtungen 14 und 16 verbunden sein können. Die Steuerungsgeräte 12 sind außerdem über einen Datenhighway 24, beispielsweise eine Ethernet-Verbindung, mit einem oder mehreren Hosts oder einer oder mehreren Operator-Workstations 20 und 22 gekoppelt. Mit dem Datenhighway 24 kann eine Datenbank 28 verbunden sein, die als Protokolldienst zur Erfassung und Speicherung von Parametern, Statusangaben und anderen Daten dienen kann, die den Steuerungsgeräten und Feldvorrichtungen innerhalb der Anlage 10 zugehörig sind, und/oder als Konfigurationsdatenbank, die die aktuelle Konfiguration des Prozesssteuerungssystems innerhalb der Anlage 10 in der Form speichert, wie diese in die Steuerungsgeräte 12 und die Feldvorrichtungen 14 und 16 heruntergeladen und eingespeichert ist. Während die Steuerungsgeräte 12, die I/O-Karten 18 und die Feldvorrichtungen 14 und 16 typischerweise innerhalb der Anlagenumgebung mit manchmal rauen Bedingungen angeordnet und verteilt sind, sind die Operator-Workstations 20 und 22 und die Datenbank 28 normalerweise in Steuerwarten oder anderen weniger rauen Umgebungen angeordnet, die für das Kontroll- und Wartungspersonal leicht zugänglich sind.
Es ist bekannt, dass jedes der Steuerungsgeräte 12, bei denen es sich beispielsweise um die DeltaV^TMController von Emerson Process Management handeln kann, eine Steuerungsapplikation speichert und ausführt, die unter Nutzung einer beliebigen Zahl verschiedener, unabhängig ausgeführter Steuerungsmodule oder -blöcke 29 eine Steuerungsstrategie implementiert. Jedes der Steuerungsmodule 29 kann aus allem aufgebaut werden, was üblicherweise als Funktionsblöcke bezeichnet wird, wobei jeder Funktionsblock ein Teil oder eine Unterroutine einer umfassenden Steuerungsroutine ist und in Verbindung mit anderen Funktionsblöcken arbeitet (über als Links bezeichnete Kommunikationsverbindungen), um Prozessregelschleifen innerhalb der Prozessanlage 10 zu implementieren. Ebenso ist wohlbekannt, dass Funktionsblöcke, die Objekte in einem objektorientierten Programmprotokoll sein können, typischerweise eine der Eingangsfunktionen wahrnehmen, die etwa einem Messwertumformer, einem Sensor oder anderen Einrichtungen zur Messung von Prozessparametern zugeordnet ist, eine Steuerungsfunktion wie z.B. eine solche, die einer Steuerungsroutine zugeordnet ist, die PID, Fuzzy-Logik etc. ausführt, oder eine Ausgangsfunktion, die die Funktion einer Vorrichtung wie z.B. eines Ventils steuert, um physikalische Vorgänge innerhalb der Prozessanlage 10 zu bewirken. Selbstverständlich existieren auch Hybrid- und andere Arten komplexer Funktionsblöcke wie z.B. modellprädiktive Steuerungen (MPCs), Optimierer etc. Während das Fieldbus-Protokoll und das DeltaV-Systemprotokoll Steuerungsmodule und Funktionsblöcke nutzen, die in einem objektorientierten Programmierprotokoll entworfen und implementiert wurden, könnten die Steuerungsmodule unter Verwendung eines jeden beliebigen gewünschten Programmierschemas einschließlich z.B. sequentieller Funktionsblöcke, Kontaktpläne etc. erstellt werden, und sind nicht darauf beschränkt, mittels der Funktionsblocktechnik oder einer anderen bestimmten Programmiertechnik erstellt und implementiert zu werden.
In der in 1 dargestellten Prozessanlage 10 können die mit den Steuerungsgeräten 12 verbundenen Feldvorrichtungen 14 und 16 standardmäßige Vorrichtungen für 4–20 mA, intelligente Feldvorrichtungen wie z.B. HART-, Profibus- oder FOUNDATION^TM-Fieldbus-Feldvorrichtungen, die einen Prozessor und einen Speicher enthalten, oder Vorrichtungen eines beliebigen anderen Typs sein. Einige dieser Vorrichtungen, etwa die Fieldbus-Feldvorrichtungen (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 16 in 1), können Module oder Untermodule speichern und ausführen, z.B. Funktionsblöcke, die der Steuerungsstrategie zugeordnet sind, die in den Steuerungsgeräten 12 implementiert ist. Die Funktionsblöcke 30, die in 1 als in zwei verschiedene der Fieldbus-Feldvorrichtungen 16 einbezogen dargestellt sind, können in Verbindung mit der Ausführung der Steuerungsmodule 29 in den Steuerungsgeräten 12 ausgeführt werden, um in bekannter Weise die Prozesssteuerung zu implementieren. Es ist klar, dass die Feldvorrichtungen 14 und 16 beliebige Typen von Vorrichtungen sein können, z.B. Sensoren, Ventile, Messwertumformer, Positionierer etc., und dass die I/O-Vorrichtungen 18 beliebige Ausführungen von I/O-Vorrichtungen sein können, die jedem gewünschten Kommunikations- oder Steuerungsprotokoll wie z.B. HART, Fieldbus, Profibus etc. entsprechen.
In der Prozessanlage 10 der 1 beinhaltet die Workstation 20 ein Paket Operator-Schnittstellenapplikationen und weitere Datenstrukturen 32, auf die jeder entsprechend autorisierte Benutzer (hierin manchmal als Konfigurierungstechniker und manchmal als Operator bezeichnet, obwohl auch weitere Benutzer in Frage kommen) zugreifen kann, um diese einzusehen und Funktionalitäten hinsichtlich Vorrichtungen, Einheiten etc. innerhalb der Prozessanlage 10 bereitzustellen. Das Applikationspaket 32 für die Operator-Schnittstellen ist in einem Speicher 34 der Workstation 20 abgelegt, und jede der Applikationen bzw. jedes Objekt aus dem Applikationspaket 32 ist geeignet gestaltet, um von einem Prozessor 36 ausgeführt zu werden, der der Workstation 20 zugehörig ist. Obwohl das gesamte Applikationspaket 32 als in der Workstation 20 gespeichert dargestellt ist, könnten einige dieser Applikationen oder anderen Objekte in anderen Workstations oder Computereinrichtungen, die sich innerhalb der Prozessanlage 10 befinden oder dieser zugehörig sind, gespeichert sein und in diesen ablaufen. Des Weiteren kann das Applikationspaket dazu dienen, Ausgänge für die Displays eines Anzeigebildschirms 37 zu liefern, der der Workstation 20 zugeordnet ist, oder auch für beliebige andere Anzeigebildschirme oder Anzeigevorrichtungen, einschließlich Handhelds, Laptops, anderer Workstations, Druckern etc. Ebenso können die Applikationen des Applikationspakets 32 aufgeteilt und auf zwei oder mehreren Computern oder Maschinen ausgeführt werden, und dabei konfiguriert sein, um miteinander zusammenzuarbeiten.
Allgemein gesagt, das Applikationspaket 32 bewirkt oder ermöglicht die Generierung und die Nutzung dreier unterschiedlicher Typen von Objekten, deren Funktion zusammengefasst werden kann, um verbesserte Steuerungs-, Simulations- und Anzeigefunktionen innerhalb der Prozessanlage 10 bereitzustellen. Genauer gesagt, das Applikationspaket 32 kann genutzt werden, um Prozessgrafikdisplays 35 (die allgemein ein Operatordisplay bereitstellen, das einem Abschnitt der Prozessanlage zugehörig ist), Prozessmodule 39 (die allgemein eine Simulation eines Abschnitts einer Prozessanlage bereitstellen) und Prozesssteuerungsmodule wie die Steuerungsmodule 29, die allgemein die Online-Steuerung des Prozesses bereitstellen oder durchführen, zu erzeugen und zu implementieren. Die Prozesssteuerungsmodule 29 sind allgemein im Stand der Technik wohlbekannt und können jede Art von Steuerungsmodulen wie z.B. Funktionsblock-Steuerungsmodule etc. umfassen. Die Prozessgrafik-Displayelemente 35, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden, sind allgemein Elemente, die von einem Operator oder einem Techniker genutzt werden, oder andere Displays, die Informationen für einen Benutzer wie z.B. einen Operator bereitstellen, und die sich auf Betrieb, Konfiguration oder Einstellungen der Prozessanlage und der enthaltenen Elemente beziehen. Die Prozessmodule 39 sind allgemein eng mit den Prozessgrafik-Displayelementen 35 verbunden und können genutzt werden, Simulationen des Betriebs der Prozessanlage oder einiger der darin enthaltenen verschiedenen Elemente durchzuführen, die in der in den Prozessgrafikdisplays 35 dargestellten Weise miteinander verbunden sind. Die Prozessgrafikdisplays 35 und die Prozessmodule 39 sind als in den Workstations 20 und 22 gespeichert und in diesen ablaufend dargestellt, obwohl die Prozessgrafikdisplays 35 und die Prozessmodule 39 in jeden anderen mit der Prozessanlage 10 verbundenen Computer heruntergeladen und dort ausgeführt werden könnten, wozu auch Laptops, Handhelds etc. zählen.
2 zeigt einige der Applikationen und Datenstrukturen oder anderen Objekte des Applikationspakets 32 der Workstation 20. Insbesondere umfasst das Applikationspaket 32 Steuerungsmodule, Prozessmodule und Grafikdisplay-Konfigurierungsapplikationen 38, die von einem Konfigurierungstechniker genutzt werden, um Steuerungsmodule, Prozessmodule (auch als Prozessflussmodelle bezeichnet) und die zugeordneten Grafikdisplays zu erzeugen. Obwohl die Steuerungsmodul-Konfigurierungsapplikation 38 jede standardmäßige oder bekannte Steuerungsmodul-Konfigurierungsapplikation sein kann, können die Prozessmodul- und die Grafikdisplay-Konfigurierungsapplikation Prozessmodule und Grafikdisplays unter Verwendung eines oder mehrerer intelligenter Prozessobjekte generieren, welche weiter unten in ihren Merkmalen ausführlich beschrieben werden. Obwohl die Prozessmodul- und die Prozessgrafik-Konfigurierungsapplikationen 38 getrennt dargestellt sind, ist es darüber hinaus auch möglich, dass eine Konfigurierungsapplikation beide dieser Elementtypen generieren kann.
Eine Bibliothek 40 intelligenter Prozessobjekte 42 enthält Beispiele oder Schablonen intelligenter Prozessobjekte 42, die von der Konfigurierungsapplikation 38 abgerufen, kopiert und genutzt werden können, um Prozessmodule 39 und Grafikdisplays 35 zu generieren. Dem Fachmann ist bekannt, dass die Konfigurierungsapplikation 38 genutzt werden kann, um ein oder mehrere Prozessmodule 39 zu generieren, von denen jedes aus einem oder mehreren intelligenten Prozessobjekten 42 aufgebaut oder generiert ist und einen oder mehrere Prozessfluss- oder Simulationsalgorithmen 45 enthalten kann, die in einem Prozessmodulspeicher 46 abgelegt sind. Außerdem kann die Konfigurierungsapplikation 38 genutzt werden, um ein oder mehrere Grafikdisplays 35 zu generieren, von denen jedes aus einem oder mehreren intelligenten Prozessobjekten 42 aufgebaut oder generiert wird und eine beliebige Anzahl miteinander verbundener Displayelemente enthalten kann. Eines der Grafikdisplays 35b ist in 2 in expandierter Form dargestellt und umfasst eine Beschreibung einer Gruppe von Prozesselementen wie z.B. Ventile, Behälter, Sensoren und Durchflussmessumformer, die durch Verbindungselemente verbunden sind, die Rohrleitungen, Installationsrohre, Stromkabel, Förderer etc. sein können.
Ein Ausführungsprogramm 48 animiert bzw. implementiert die Grafikdisplays 35 und die Prozessmodule 39 zur Laufzeit, um ein oder mehrere Prozessdisplays für einen Operator zu generieren, die durch die Grafikdisplays 35 definiert sind, und um die mit den Prozessmodulen 39 verbundene Simulationsfunktionalität zu implementieren. Das Ausführungsprogramm 48 kann eine Regeldatenbank 50 nutzen, die die Logik definiert, die in den Prozessmodulen 39 in ihrer Gesamtheit und insbesondere in den intelligenten Prozessobjekten innerhalb dieser Module zu implementieren ist. Das Ausführungsprogramm 48 kann außerdem eine Verbindungsmatrix 52 nutzen, die die Verbindungen zwischen den Prozesselementen innerhalb der Anlage 10 und ebenso in den Prozessmodulen 39 definiert, um die Funktionalität für die Prozessmodule 39 zu implementieren.
2 zeigt eines der intelligenten Prozessobjekte 42e in detaillierterer Form. Auch wenn das intelligente Prozessobjekt 42e als eine der Vorlagen für intelligente Prozessobjekte dargestellt ist, versteht es sich von selbst, dass andere intelligente Prozessobjekte allgemein die gleichen oder ähnliche Elemente, Merkmale, Parameter etc. enthalten wie in Bezug auf das intelligente Prozessobjekt 42e beschrieben, und dass die spezifischen Eigenschaften oder Werte dieser Elemente, Merkmale und Parameter in Abhängigkeit von Art und Nutzung des intelligenten Prozessobjekts von einem intelligenten Prozessobjekt zum nächsten intelligenten Prozessobjekt geändert oder variiert werden können. Darüber hinaus ist es möglich, obwohl das intelligente Prozessobjekt 42e ein Objekt in einer objektorientierten Programmierumgebung sein kann und somit zugeordnete Datenspeicher, Eingänge und Ausgänge sowie Verfahren enthält, das intelligente Prozessobjekt anhand beliebiger anderer gewünschter Programmierbeispiele oder -protokolle zu erzeugen und zu implementieren.
Es ist klar, dass das intelligente Prozessobjekt 42e vor dem Instanzieren ein Objekt ist, das einem realem Objekt eines bestimmten Typs zugeordnet ist, etwa einem physikalischen oder logischen Objekt innerhalb der Prozessanlage 10 der 1. Nach dem Kopieren und Instanzieren kann das intelligente Prozessobjekt 42e jedoch mit einem ganz bestimmten realen Objekt innerhalb der Prozessanlage verbunden werden. In jedem Fall umfasst das intelligente Prozessobjekt 42e einen Datenspeicher 53, der genutzt wird, um Daten zu speichern, die von dem logischen Objekt, das dem intelligenten Prozessobjekt 42e zugeordnet ist, erhalten werden oder zu diesem gehören. Der Datenspeicher 53 enthält allgemein einen Datenspeicher 53a, der allgemeine oder permanente Information über das Objekt enthält, dem das intelligente Prozessobjekt 42e zugehörig ist, z.B. Hersteller, Revisionsstand, Name, Typ etc. Ein Datenspeicher 53b kann variable oder sich verändernde Daten aufnehmen, etwa Parameterwerte, Statusangaben, Ein- und Ausgangsdaten, Kosten oder andere Daten über das Objekt, dem das intelligente Prozessobjekt 42e zugehörig ist, einschließlich Daten, die zur Existenz des Objekts in der Vergangenheit gehören, oder die angeben, wie dieses derzeit in der Prozessanlage 10 vorliegt. Selbstverständlich kann das intelligente Prozessobjekt 42e konfiguriert oder programmiert werden, um diese Daten (z.B. Daten zu Kosten) auf einer regelmäßigen oder nicht regelmäßigen Basis zu erhalten, und zwar über jede gewünschte Kommunikationsverbindung von dem Objekt selbst, vom Protokolldienst 28 über den Ethernet-Bus 24 oder auf jede andere gewünschte Weise. Ein Datenspeicher 53c kann eine grafische Darstellung des Objekts speichern, zu dem das intelligente Prozessobjekt 42e gehört und die für das aktuelle Display für den Operator über eine Operatorschnittstelle, z.B. den mit der Workstation 20 der 1 verbundenen Bildschirm 37, genutzt wird. Selbstverständlich kann die grafische Darstellung Platzhalter (durch Unterstriche innerhalb des Datenspeichers 53c angedeutet) für Informationen bezüglich des Objekts enthalten, etwa für Informationen, die durch die Parameter oder andere variable Daten über das Objekt festgelegt werden, wie sie im Datenspeicher 53b gespeichert sind. Diese Parameterdaten können in den grafischen Platzhaltern angezeigt werden, wenn die grafische Darstellung als Teil eines der Grafikdisplays 35 auf einer Displayvorrichtung 37 für den Operator zur Anzeige gebracht wird. Die grafische Darstellung (und das intelligente Prozessobjekt 42e) können außerdem vordefinierte Verbindungspunkte enthalten (durch ein "X" im Datenspeicher 53c gekennzeichnet), die es einem Operator oder einem Konfigurierungstechniker ermöglichen, stromaufwärts oder stromabwärts liegende Komponente zu einem Prozesselement hinzuzufügen, wie in der grafischen Darstellung verdeutlicht. Diese Verbindungspunkte dienen natürlich auch dazu, das intelligente Prozessobjekt 42e über die Elemente zu informieren, die mit dem intelligenten Objekt im Rahmen der Konfiguration innerhalb eines Prozessmoduls in Verbindung stehen, und können außerdem einen Typ eines Verbindungselements spezifizieren, der zu verwenden ist, etwa eine Rohrleitung, ein Kanal etc., ein dem Element zugeordneter Strom etc.
Das intelligente Prozessobjekt 42e kann außerdem einen oder mehrere Eingänge 54 und Ausgänge 56 enthalten, um die Kommunikation mit anderen intelligenten Prozessobjekten innerhalb oder außerhalb eines Prozessmoduls, in dem das intelligente Prozessobjekt 42 verwendet wird, zu ermöglichen. Die Verbindungen der Eingänge 54 und der Ausgänge 56 mit anderen intelligenten Prozessobjekten können durch einen Konfigurierungstechniker im Zuge der Konfiguration eines Prozessmoduls konfiguriert werden, indem einfach andere intelligente Prozessobjekte mit diesen Eingängen und Ausgängen verbunden werden, oder durch die Spezifikation spezieller Verbindungen, die zwischen den intelligenten Prozessobjekten anzuordnen sind. Einige dieser Eingänge und Ausgänge können als mit den intelligenten Prozessobjekten verbunden definiert werden, und zwar an den vordefinierten Verbindungspunkten für die weiter oben erläuterten intelligenten Prozessobjekte. Die Eingänge 54 und die Ausgänge 56 können auch durch einen Satz Regeln in der Regeldatenbank 50 und durch die Verbindungsmatrix 52, die die Verbindungen zwischen verschiedenen Vorrichtungen oder Objekten innerhalb der Anlage 10 festlegt, bestimmt oder definiert werden. Allgemein gesagt, die Eingänge 54 und die Ausgänge 56, die zugeordnete Datenspeicher oder Puffer enthalten, werden genutzt, um die Kommunikation von Daten von anderen intelligenten Prozessobjekten zum intelligenten Prozessobjekt 42e abzuwickeln, oder um die Kommunikation von Daten, die im intelligenten Prozessobjekt 42e gespeichert sind oder von diesem generiert werden, nach anderen intelligenten Prozessobjekten abzuwickeln. Die Ein- und Ausgänge können auch genutzt werden, um die Kommunikation zwischen den intelligenten Prozessobjekten 42e und anderen Objekten innerhalb des Prozesssteuerungssystems, z.B. Steuerungsmodulen in den Steuerungsgeräten 12, den Feldvorrichtungen 14, 16, etc. abzuwickeln.
Wie in 2 gezeigt, enthält das intelligente Prozessobjekt 42e außerdem einen Verfahrensspeicher 58, der genutzt wird, um kein, ein oder mehrere Verfahren 60 (in 2 als Verfahren 60a, 60b und 60c dargestellt) zu speichern, bei denen es sich um Algorithmen handeln kann, die bei der Ausführung eines Prozessmoduls, in dem das intelligente Prozessobjekt 42e verwendet wird, durch das intelligente Prozessobjekt 42e implementiert werden müssen. Die im Verfahrensspeicher 58 gespeicherten Verfahren 60 nutzen generell die in den Datenspeicherabschnitten 53a und 53b gespeicherten Daten sowie von anderen intelligenten Prozessobjekten erhaltene Daten oder sogar Daten aus anderen Quellen wie der Konfigurationsdatenbank bzw. dem Protokolldienst 28, die über die Eingänge 54 und die Ausgänge 56 ausgetauscht werden, um Angaben über die Prozessanlage 10 oder ein Objekt innerhalb der Anlage 10 zu erhalten. Beispielsweise können die Verfahren 60 unzureichende oder schlechte Betriebsbedingungen in Verbindung mit dem Objekt feststellen, das durch das intelligente Prozessobjekt 42e definiert ist, oder Fehlersituationen in Verbindung mit diesem oder anderen Objekten innerhalb der Prozessanlage 10 etc. Die Verfahren 60 können auf Basis des Typs oder der Klasse des intelligenten Prozessobjekts vorkonfiguriert oder bereitgestellt sein, und werden zur Laufzeit generell mit jeder Ausführung des intelligenten Prozessobjektes 42e im Ausführungsprogramm 48 mit ausgeführt. Einige beispielhafte Verfahren 60, die innerhalb eines intelligenten Prozessobjekts wie z.B. dem intelligenten Prozessobjekt 42e bereitgestellt sein können, beinhalten die Erkennung von Leckagen, Totbändern, Totzeiten, Bewegungen, Veränderungen, die Überwachung von Zuständen, Kostenberechnungen oder andere Bedingungen im Zusammenhang mit dem Objekt.
Die Verfahren 60 können auch bereitgestellt sein, um die Simulation der Einwirkung des dem intelligenten Prozessobjekt zugeordneten Prozessobjekts auf den Materialstrom durch das Prozessobjekt zu unterstützen. Die Verfahren 60 können folglich bereitgestellt sein, um Massenbilanzen, Energiebilanzen, Durchflüsse, Temperaturen, Zusammensetzungen, Dampfzustände und andere Parameter auf Systemebene oder Stromebene, die das Material in der Anlage 10 betreffen, zu berechnen, um die Funktion des Elements zu simulieren und um dabei erwartete Ausgangswerte auf Basis bereitgestellter Eingänge etc. zu berechnen. Natürlich sind dies nur einige der Verfahren, die in einem intelligenten Prozessobjekt 42e gespeichert und ausgeführt werden können, und es können viele andere Verfahren genutzt werden, wobei solche Verfahren generell durch den Typ des repräsentierten Objekts, die Art und Weise, in der das Objekt in eine Prozessanlage eingebunden ist und in dieser genutzt wird, sowie von weiteren Faktoren bestimmt werden. Dabei ist unbedingt anzumerken, dass, obwohl das intelligente Prozessobjekt 42e Verfahren speichern und ausführen kann, welche Bedingungen oder Fehler etc. auf Systemebene erkennen, diese Verfahren auch genutzt werden können, um andere Informationen über Vorrichtungen, logische Elemente wie Prozesssteuerungsmodule und -schleifen und andere nicht der Systemebene zugehörige Objekte zu erhalten. Wenn dies gewünscht wird, können die Verfahren 60 in jeder gewünschten Programmiersprache wie etwa C, C++, C# etc. programmiert oder bereitgestellt werden, oder sie können auf anwendbare Regeln verweisen bzw. solche in der Regeldatenbank 50 festlegen, wobei letztere für die Ausführung des intelligenten Prozessobjekts 42e zur Verfügung stehen muss.
Wenn gewünscht, kann jedes intelligente Prozessobjekt eine Bibliothek mit anwendbaren Algorithmen oder Verfahren beinhalten, die genutzt werden können, das Simulationsverhalten des intelligenten Prozessobjekts festzulegen, wenn dieses in ein Prozessmodul einbezogen ist. Eine solche Bibliothek ist in einem Pull-Down-Menü 61 für das intelligente Prozessobjekt 42e der 2 dargestellt, wobei jedem anderen intelligenten Prozessobjekt ein gleichartiges Menü zugeordnet werden kann. Der Konfigurierungstechniker kann das Simulationsverhalten eines intelligenten Prozessobjekts festlegen, wenn das intelligente Prozessobjekt durch Anwahl einer der Bibliotheken mit Simulationsalgorithmen (als Method 1, Method 2, etc. bezeichnet (Method-Verfahren)) beispielsweise über das Pull-Down-Menü 61 in ein Prozessmodul 39 eingebettet wird. Auf diese Weise kann der Konfigurierungstechniker ein unterschiedliches Simulationsverhalten für ein intelligentes Prozessobjekt festlegen, und zwar je nach Typ oder Art des Prozesses, für den das intelligente Prozessobjekt zur Modellierung verwendet werden soll.
Wenn gewünscht, kann der Konfigurierungstechniker stattdessen einen eigentumsrechtlich geschützten oder einen anderen benutzerseitig beigestellten Algorithmus vorgeben, um das Simulationsverhalten des durch den intelligenten Prozessblock definierten Prozesselements festzulegen. Ein solcher benutzerdefinierter Algorithmus (dargestellt als der mit "User defined" bezeichnete Eintrag im Pull-Down-Menü 61) kann für ein intelligentes Prozessobjekt bereitgestellt und darin gespeichert werden, wenn das intelligente Prozessobjekt in ein Prozessmodul 39 eingebettet oder in diesem verwendet wird. Mit dieser Funktionalität kann das Simulationsverhalten durch den Benutzer spezifisch gestaltet werden, um eine bessere oder genauere Simulation zu erzielen. Wenn gewünscht, und wie weiter unten ausführlicher beschrieben, können die intelligenten Prozessobjekte 42 oder jedes der Prozessmodule 39 einen vom Operator zu betätigenden Schalter (etwa einen elektronischen Schalter bzw. ein Flag) aufweisen, der die Nutzung der Simulationsalgorithmen innerhalb des intelligenten Prozessobjekts sperrt, so dass anstelle dessen das Simulationsverhalten des Prozessmoduls durch ein hochqualitatives Simulationspaket (High Fidelity Simulation Package) oder -programm wie etwa HYSYS bestimmt wird. In diesem Fall erhält das intelligente Prozessobjekt oder das Prozessmodul simulierte Parameter von der hochqualitativen Simulation, anstatt die Simulationsalgorithmen innerhalb der intelligenten Prozessobjekte selbst zu verwenden.
Während der Ausführung eines Grafikdisplays 35 oder eines Prozessmoduls 39 durch das Ausführungsprogramm 48 implementiert das Programm 48 die durch die Eingänge 54 und die Ausgänge 56 definierte Kommunikation mit jedem der intelligenten Prozessobjekte im Grafikdisplay 35 oder im Prozessmodul 39 und kann die Verfahren 60 für jedes dieser Objekte implementieren, um die durch die Verfahren 60 bereitgestellte Funktionalität zu realisieren. Wie oben angemerkt, kann die Funktionalität der Verfahren 60 bei der Programmierung in das intelligente Prozessobjekt einbezogen werden, oder durch einen Satz von Regeln in der Regeldatenbank 50 definiert werden, der vom Ausführungsprogramm 48 basierend auf Typ, Klasse, Identifikation, Tag-Bezeichnung etc. eines intelligenten Prozessobjekts ausgeführt wird, um die durch diese Regeln definierte Funktionalität zu implementieren.
Es ist anzumerken, dass eine Instanz des intelligenten Prozessobjekts 42e einen Tag- bzw. unverwechselbaren Namen im Kontext des Prozessmoduls hat, dem das intelligente Prozessobjekt 42e zugeordnet ist, und der Tag- bzw. unverwechselbare Name kann genutzt werden, Kommunikation nach oder von dem intelligenten Prozessobjekt 42e zu realisieren, und er kann während der Laufzeit vom Ausführungsprogramm 48 durch Referenz angesprochen werden. Prozessmodul-Tags sollten innerhalb der Konfiguration des Steuerungssystems unverwechselbar sein. Durch diese Tagging-Konvention können Elemente innerhalb der Prozessmodule 39 von Elementen in anderen der Prozessgrafikdisplays 35, der Prozessmodule 39 und sogar von den Steuerungsmodulen 29 durch Referenz angesprochen werden. Des Weiteren können die Parameter des intelligenten Prozessobjekts 42e einfache Parameter sein, etwa einfache Werte, strukturierte Parameter oder intelligente Parameter, die die erwarteten Einheiten und Attribute kennen, die diesem zugeordnet sind. Intelligente Parameter können vom Ausführungsprogramm für die Prozessregeln bzw. dem Ausführungsprogramm 48 interpretiert werden, um sicherzustellen, dass alle Signale in den gleichen Einheiten übermittelt oder geeignet konvertiert werden. Außerdem können intelligente Regeln dazu genutzt werden, Gruppen von Alarmen für die intelligenten Prozessobjekte (oder Prozessmodule) zu aktivieren bzw. zu deaktivieren, um eine intelligente Alarmstrategie und/oder eine intelligente Schnittstelle für den Operator zu erzeugen. Des Weiteren können Klassen intelligenter Prozessobjekte mit Komponenten- und Modulklassen innerhalb der Prozesssteuerungsstrategie der Anlage 10 verbunden werden, um eine bekannte Verknüpfung zwischen einem intelligenten Prozessobjekt und den Prozessvariablen zu schaffen, die dieses zu interpretieren hat oder auf die es zugreifen muss.
Intelligente Prozessobjekte, die in Prozessgrafikdisplays oder Prozessmodulen verwendet werden, können außerdem einen Modus für Betrieb, Status und Alarmgebung enthalten, so dass die intelligenten Prozessobjekte zur Laufzeit in unterschiedliche Modi versetzt werden können, wie z.B. Aus, Anfahren und Normalbetrieb, sie können einen mit dem Objekt verbundenen Status annehmen, der auf dem momentanen Betriebszustand basiert, und sie können Alarme auf Basis erkannter Bedingungen bereitstellen, z.B. Bereichsüberschreitung von Parametern, Grenzwertigkeiten, starke Schwankungen etc. Intelligente Prozessobjekte können außerdem eine Klassen/Unterklassenhierarchie aufweisen, so dass sie in Klassenbibliotheken eingeordnet und somit zu einer Misch struktur zusammengefasst werden können etc. Darüber hinaus können intelligente Prozessobjekte Information von anderen Elementen nutzen, etwa von Kontrollmodulen und anderen Objekten, so dass das intelligente Prozessobjekt feststellen kann, ob das ihm zugeordnete Objekt aktiv oder beispielsweise von einem Chargensteuerungsprozess innerhalb der Anlage 10 belegt ist.
Intelligente Prozessobjekte können jedem gewünschten Prozessobjekt, zum Beispiel realen Einrichtungen wie Pumpen, Behältern, Ventilen etc., oder logischen Objekten wie beispielsweise Prozessbereichen, Messungen oder Betätigungselementen, Steuerungsstrategien etc. zugeordnet werden. In manchen Fällen können intelligente Prozessobjekte mit Verbindern wie Rohrleitungen, Installationsrohren, Verkabelungen, Förderern oder jeder anderen Vorrichtung oder jedem anderen Objekt verknüpft werden, durch die Material wie Elektrizität, Gas etc. von einem Punkt innerhalb des Prozesses zu einem anderen Punkt übertragen wird. Intelligente Prozessobjekte, die mit Verbindern verknüpft sind, hierin manchmal als intelligente Links oder Verbindungselemente bezeichnet, sind außerdem mit Tags bezeichnet (auch dann, wenn die aktuelle Vorrichtung oder der Verbinder selbst möglicherweise keinen Tag hat oder nicht mit der Prozessanlage 10 kommunizieren kann) und werden allgemein dazu genutzt, den Materialfluss zwischen anderen Elementen innerhalb des Prozesses darzustellen.
Intelligente Links oder intelligente Verbindungsobjekte weisen typischerweise Eigenschaften oder Parameter auf, die festlegen, wie verschiedene Materialien oder Wirkungen (wie etwa Elektrizität) durch den Verbinder strömen (etwa Dampf, Elektrizität, Wasser, Abwasser etc.). Diese Parameter können Typ und Art des Stroms (etwa generelle Geschwindigkeit, Reibungskoeffizienten, Strömungsform wie z.B. turbulent oder nicht turbulent, elektromagnetischer Fluss etc.) durch den Verbinder und die mögliche Richtung bzw. die möglichen Richtungen des Stroms durch den Verbinder beschreiben. Intelligente Links können Programmierung oder Verfahren enthalten, die sicherstellen, dass die Einheiten von Quell- und Zielobjekt, zwischen die der Verbinder eingeschaltet ist, übereinstimmen, und die für den Fall der Nichtübereinstimmung eine Konversion durchführen können. Die Verfahren der intelligenten Links können auch den Strom durch den Verbinder modellieren, wobei sie ein Modell oder einen Algorithmus zur Abschätzung der Geschwindigkeit oder der Art des Stroms durch die realen Verbinder, Länge und Abmessungen der physikalischen Verbindungen, Verzögerungen beim Transport etc. nutzen. Dabei können die gespeicherten Parameter für das intelligente Prozessobjekt (etwa Reibungsbeiwerte) für diese Verfahren genutzt werden. Im Wesentlichen bewirken die intelligenten Links oder Verbindungselemente somit, dass die intelligenten Prozessobjekte von den anderen stromaufwärts oder stromabwärts gelegenen Objekten oder Instanzen Kenntnis haben können. Natürlich können intelligente Links beispielsweise die Verbindungen zwischen anderen Objekten, den Typ des Fluids, etwa Flüssigkeit, Gas, Elektrizität etc. innerhalb des Systems, die stromaufwärts- und die stromabwärts gelegene Seite der Objekte, welche anderen Objekte sich stromaufwärts- und stromabwärts des Objekts für das betreffende intelligente Prozessobjekt befinden, die Richtung von Material-, Flüssigkeits- und elektrischen Strömen etc. in jeder gewünschten oder geeigneten Weise definieren. In einem Ausführungsbeispiel kann die Matrix 52 vor der Ausführung der Prozessflussmodule erzeugt werden und somit für die intelligenten Links die Verbindungen zwischen den verschiedenen Vorrichtungen innerhalb der Anlage und damit die Verbindungen zwischen den verschiedenen intelligenten Prozessobjekten definieren. Tatsächlich kann das Ausführungsprogramm 48 die Matrix 52 nutzen, um die stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Objekte festzustellen und dadurch die Kommunikationsverbindungen zwischen den intelligenten Prozessobjekten und den mit den intelligenten Prozessobjekten verbundenen Verfahren definieren. Außerdem können ein oder mehrere Sätze mit Regeln bereitgestellt werden, die von den intelligenten Prozessobjekten genutzt werden, um miteinander zusammenzuwirken und um wie erforderlich Daten voneinander zu erhalten, die für die Verfahren innerhalb der intelligenten Prozessobjekte benötigt werden, und um die Wirkung von intelligenten Objekten auszuwerten, die Ausgangsverbindungen zugeordnet sind.
Wenn gewünscht, kann das intelligente Prozessobjekt 42e außerdem Hot Links wie z.B. URLs zu Schlüsseldokumentation umfassen, die auf den Typ des Objekts anwendbar ist, oder die spezifisch für die Instanz (je nach kritischem Einfluss und Applikation) der Vorrichtung sein kann, der das intelligente Prozessobjekt 42e zugehörig ist. Die Dokumentation kann vom Lieferanten beigestellt oder benutzerspezifisch sein. Einige Beispiele der Dokumentation enthalten Verfahrensweisen bei der Konfiguration, für das An- und Abfahren der Anlage sowie Betriebs- und Wartungsanleitungen. Wenn gewünscht, kann der Operator das in einem Operatordisplay dargestellte Objekt anklicken, um die instanzspezifische (sofern vorhanden) und allgemeine Dokumentation zu dem Objekt oder der zugeordneten Vorrichtung aufzurufen. Es ist auch möglich, dass der Operator Dokumentation unabhängig von der Systemsoftware hinzufügt, löscht oder ändert, etwa für Wartungsanforderungen, Protokollierung betrieblicher Probleme etc. Des Weiteren können die Hot Links vom Benutzer konfigurierbar oder austauschbar gestaltet sein, so dass es möglich ist, Knowledge-Links (Links zum Wissenshintergrund) zu Objekten in eine Operatorschnittstelle einzufügen, um das rasche Navigieren zu geeigneten Informationen zum jeweiligen Objekt zu ermöglichen, und um die Möglichkeit bereitzustellen, kundenspezifische Arbeitsanweisungen, Anweisungen für das spezifische Objekt oder sogar für die spezifische Instanz des Objekts zu vermitteln.
Obwohl die Prozessmodule und Prozessgrafiken im Vorstehenden so beschrieben wurden, als ob diese jeweils gemeinsam durch die Verbindung verschiedener intelligenter Prozessobjekte erzeugt werden, können sie auch getrennt erzeugt werden. Beispielsweise kann eine Prozessgrafik unter Nutzung intelligenter Prozessobjekte erzeugt werden, wobei nach Abschluss der Erzeugung ein Prozessmodul für die Grafik auf Basis von grafischen Elementen und deren Verbindungen im Grafikdisplay generiert wird. Alternativ kann auch zuerst das Prozessmodul unter Nutzung intelligenter Prozessobjekte erzeugt werden, und nach der Erzeugung kann ein Grafikdisplay für das Prozessmodul in automatischer Weise durch die Konfigurierungsapplikation 38 generiert werden, die dabei Grafikdisplayelemente in den intelligenten Prozessobjekten nutzt, die für Erzeugung des Prozessmoduls verwendet wurden. Außerdem können ein Prozessmodul und ein Grafikdisplay getrennt erzeugt werden, und die einzelnen Elemente in diesen beiden Objekten können manuell durch gegenseitige Referenz (d.h. unter Verwendung der Tag-Eigenschaften der Elemente innerhalb des Grafikdisplays und des Prozessmoduls) miteinander verbunden werden. Durch diesen Mechanismus kann ein intelligentes Prozessobjekt von einer Vielzahl von Displays durch Referenz genutzt werden. In jedem Fall können ein einmal erzeugtes Prozessgrafikdisplay und ein zugeordnetes Prozessmodul unabhängig oder separat ablaufen, obwohl sie typischerweise wie gewünscht oder erforderlich Parameter und Information in beiden Richtungen austauschen.
Für eine umfassendere Darlegung werden nachstehend bestimmte mögliche Merkmale und Beispiele für intelligente Prozessobjekte, die in Prozessgrafikdisplays oder Prozessmodulen verwendet oder zur Generierung dieser genutzt werden können, genauer beschrieben. Danach wird eine Art und Weise beschrieben, in der Prozessgrafikdisplays und Prozessmodule, die unter Verwendung der beschriebenen Elemente und Merkmale erzeugt wurden, mit Steuerungsmodulen integriert werden können, um fortgeschrittene Steuerungs- und Simulationsfähigkeiten bereitzustellen. Es versteht sich von selbst, dass die Elemente und Merkmale der intelligenten Prozessobjekte nicht auf die hierin erläuterten Elemente und Merkmale beschränkt sind, und dass, wenn dies gewünscht wird, andere Merkmale und Elemente genutzt werden können, um in Prozessgrafikdisplays oder Prozessmodulen oder beiden verwendet zu werden oder diese zu erzeugen. Obwohl die nachstehend für die Verwendung in einem oder mehreren Simulationssystemen angegebenen Simulationsprozeduren in Verbindung mit Simulationssystemen beschrieben werden, die unter Nutzung intelligenter Prozessobjekte erstellt werden, ist klar, dass die Verwendung von intelligenten Objekten in diesen Simulationssystemen nicht zwingend erforderlich ist, und es könnten statt dessen andere Arten von Programmiertechniken verwendet werden, um diese Simulationssysteme zu entwickeln oder zu implementieren.
Allgemein gesagt, in der Konfigurierungsapplikation kann ein vordefinierter Satz von grafischen Elementen bereitgestellt werden, um einen Benutzer in die Lage zu versetzen, Operator- oder Grafikdisplays zu erstellen, die die Prozessanlage widerspiegeln. Diese grafischen Elemente sind konzipiert, Online-Messungen und Betätigungselemente, die mit dem Steuerungssystem verbunden sind, in dynamischer Weise darzustellen. Außerdem können nicht gemessene Parameter, die den Prozessbetrieb widerspiegeln, unter Nutzung von Online-Prozesssimulation, die in den Prozessmodulen bereitgestellt wird, berechnet und als integraler Teil der zugehörigen Grafikdisplays zur Anzeige gebracht werden.
Außerdem kann in einer Online- oder einer Offline-Umgebung, wie sie für technische Maßnahmen oder für Simulation zu Schulungszwecken genutzt wird, die durch die Prozessmodule bereitgestellte Prozesssimulation anstelle der Prozessmesswerte in den grafischen Elementen und in den verbundenen Steuerungsmodulen verwendet werden. Diese Werte, die von den zugeordneten Prozessmodulen berechnet werden, können auf Positionen oder Zuständen von Betätigungselementen wie auch auf manuell eingegebenen Störwerten basieren, wie dies in den Prozessgrafiken dargestellt ist. Auf diese Weise können die Grafikdisplays und die Steuerungsmodule sowohl online bzw. im Steuerungsbetrieb als auch in Online- und Offline-Simulationen verwendet werden. Obwohl der statische Teil der grafischen Elemente in vielen Fällen ähnlich den dreidimensionalen Komponenten erscheint, die in bekannten Grafikbibliotheken enthalten sind, werden weitere spezielle Merkmale oder Eigenschaften dieser grafischen Elemente, die mit diesen Elementen zur Anzeige gebrachten Informationen und deren Verbindung zu den Ein-/Ausgängen des Steuerungssystems und zu den Prozesssimulationsmodulen nachstehend unter Bezug auf eine Anzahl von möglichen Typen und Beispielen grafischer Elemente beschrieben.
Allgemein gesagt, die grafischen Elemente und Simulationsalgorithmen in den Prozessmodulen, die einem intelligenten Prozessobjekt zugeordnet sind, gehören jeweils zu einem aus einer Mehrzahl verschiedener Typen von Prozesselementen, zu denen Stromelemente, Prozessverbindungselemente, Betätigungselemente, Verarbeitungselemente, Messelemente und Elemente für angenommene Eigenschaften zählen. Stromelemente definieren allgemein einen Materialstrom in der Prozessanlage und können im Grafikdisplay dargestellt werden, um Zusammensetzung, Dichte, Durchfluss, Temperatur, Druck, Gewicht und/oder beliebige andere Parameter anzugeben, die den Materialstrom beschreiben. Stromelemente können am Eingang des Prozessmoduls definiert werden und für Elemente innerhalb des Prozessmoduls bereitgestellt werden, so dass der Durchfluss von Material durch das Prozessmodul modelliert und im Grafikdisplay dargestellt werden kann. In ähnlicher Weise können Stromelemente am Ausgang oder am Ende des Prozessmoduls dargestellt werden, um das aus dem im Grafikdisplay wiedergegebenen Abschnitt der Prozessanlage austretende Material im Grafikdisplay zu verdeutlichen. Stromelemente können auch genutzt werden, um festzulegen, wie verschiedene Grafikdisplays (und die zugeordneten Prozessmodule) miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann der Ausgangsstrom in einem Prozessmodul den Eingangsstrom eines anderen Prozessmoduls bilden und kann die Werte liefern, die für den Eingangsstrom des anderen Prozessmoduls verwendet werden. Ströme können die folgenden vier Teile beinhalten: Bezeichnung (beispielsweise pH-Strom), Richtung (beispielsweise Eingangsstrom), Messgröße (beispielsweise Durchfluss, Druck, Temperatur) und Zusammensetzung (beispielsweise Stickstoff, Ammoniak etc.). Wenn gewünscht, können Ströme jedoch auch andere Teile oder Parameter haben.
Prozessverbindungselemente definieren die Art und Weise, in der Materialien, beispielsweise Feststoffe, Flüssigkeiten, Dämpfe und Gase innerhalb der Anlage von einer Vorrichtung zu einer anderen geliefert oder bewegt werden. Um den Materialfluss durch den Prozess klar darzustellen, können drei verschiedene Typen von Prozessverbindern, zu denen Rohrleitungen, Kanäle und Förderer zählen, verwendet werden. Selbstverständlich können ebenso gut auch andersartige Verbindungselemente wie Elektrokabel verwendet werden, um den Energiefluss in elektrochemischen Prozessen etc. zu veranschaulichen. Rohrleitungen werden generell genutzt, um Flüssigkeiten und Dampf oder Gasströme unter hohem Druck innerhalb der Anlage darzustellen (und zu simulieren). Kanäle werden allgemein genutzt, um die Bewegung von Gasen unter geringem Druck innerhalb der Anlage darzustellen (und zu simulieren). Förderer werden allgemein genutzt, um die Bewegung von Feststoffen zwischen Prozesseinheiten darzustellen (und zu simulieren). Im Ergebnis definiert jedes Prozessverbindungselement denjenigen Typ eines Verbinders, etwa eine Rohrleitungsverbindung, einen Verbindungskanal oder eine Fördereinrichtung, die genutzt wird, um Material am Ein- oder Ausgang einer Vorrichtung an- bzw. abzutransportieren.
Wenn gewünscht, werden die Eigenschaften des Materials, das durch eine Verbindung übertragen wird, durch den stromaufwärts gelegenen Eingang bestimmt. Diese Informationen zusammen mit einer Verbindungsstatusvariablen, die festlegt, ob die Verbindung vollständig ist, können als Eigenschaften des Verbindungselements auf dem Grafikdisplay zur Verfügung gestellt werden. Ein Verbindungselement kann an einem Verarbeitungselementausgang, einem Betätigungselementausgang oder einem Stromelementausgang beginnen. In ähnlicher Weise kann ein Verbindungselement an einem Verarbeitungselementeingang, einem Betätigungselementeingang oder einem Stromelementeingang enden.
Die Eigenschaften eines Verbindungselements können automatisch angezeigt werden, wenn der Cursor im Grafikdisplay auf das Verbindungselement geführt wird. Außerdem können die einem Verbindungselement zugeordneten Eigenschaften auch dauerhaft zur Anzeige gebracht werden, indem ein Messelement oder ein Element für angenommene Eigenschaften (weiter unten erläutert) auf das Verbindungselement gesetzt wird. Wenn gewünscht, kann ein Verbindungselement erzeugt werden, indem die linke Maustaste über einem Elementausgang (etwa einem Stromausgang, einem Verarbeitungselementausgang, einem Betätigungselementausgang) niedergedrückt wird, und während des Niederhaltens der Maustaste der Cursor auf einen Elementeingang positioniert wird. Für die erfolgreiche Einrichtung der Verbindung müssen die Typen der Ein- und Ausgänge (Rohrleitung, Kanal oder Förderer) der stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Elemente übereinstimmen. Die Verbindung wird automatisch entsprechend dem Typ des stromaufwärts gelegenen Elements angelegt.
Wenn gewünscht, können Rohrleitungselemente im Prozessgrafikdisplay als Rohrleitungsverbindung dargestellt oder beschrieben werden, Kanalelemente (beispielsweise für Luft oder Gas) können als ein Kanal dargestellt werden, und Förderelemente können als Förderband dargestellt werden. Verbindungen durch Rohrleitungselemente, Kanalelemente und Förderelemente können automatisch zwischen Verarbeitungselementen geführt werden, und es können Pfeile außerhalb der Darstellung dieser Elemente eingetragen werden, um die jeweilige Durchflussrichtung anzuzeigen. Wenn ein stromaufwärts gelegener Ausgang mit zwei Verbindungen übereinstimmt, kann ein T-Element in die Rohrleitung, den Kanal oder den Förderer eingefügt werden. In ähnlicher Weise können T-Elemente genutzt werden, um mehrere Ausgänge zusammenzufassen. Die Farbe oder andere Grafikeigenschaften eines Förderelements können verändert werden, um dessen Status zu verdeutlichen, z.B. Betrieb/Stillstand, Durchfluss/kein Durchfluss, zugesetzt etc. Allgemein gesagt, der Materialfluss entlang eines Förderers wird durch den Antriebsmotor des Förderers bestimmt. Folglich kann ein Betätigungselement als Antriebsmotor (bei dem es sich um ein nachstehend genauer beschriebenes Betätigungselement handelt) mit dem Förderer verbunden werden. Zusätzlich können Messelemente (weiter unten beschrieben) mit Rohrleitungs-, Kanal- und Förderelementen verbunden werden, um Messungen an den Rohrleitungs-, Kanal- oder Förderelementen wie z.B. die Geschwindigkeit des Förderers oder den Durchfluss von Material in einer Rohrleitung oder einem Kanal, die Eigenschaften des Materials auf oder in dem Förderer, der Rohrleitung oder dem Kanal, beispielsweise Feuchte oder Gewicht anzeigen zu können. Darüber hinaus kann ein Eigenschaftsanzeigeelement hinzugefügt werden, um Eigenschaften des Materials auf oder in der Rohrleitung, dem Kanal oder dem Förderer anzuzeigen, die nicht gemessen werden, beispielsweise die Zusammensetzung des Materials.
Wenn gewünscht, kann jedes der Verbindungselemente für die Rohrleitungen, die Kanäle oder die Förderer grafisch und dynamisch eine ausgefallene Verbindung wiedergeben (z.B. durch Farbwechsel), und dass eine gewählte Eigenschaft (Druck, Temperatur, Länge etc.) außerhalb der konfigurierten Grenzen liegt (z.B. durch Farbwechsel). Des Weiteren können durch das zugeordnete Prozessmodul berechnete Parameter in der Grafik angezeigt werden. Beispielsweise können Parameter, die durch die stromaufwärts gelegene Verbindung bereitgestellt werden, ein guter oder schlechter Status der Verbindung, Grenzwerte für einen oder mehrere ausgewählte Parameter des Verbindungselements etc. im Grafikdisplay angezeigt werden, um Informationen zum Verbindungselement oder den Strom durch das Verbindungselement für den Operator bereitzustellen.
Allgemein gesagt, Betätigungselemente sind Elemente, die eine Betätigungsfunktion in Bezug auf den Strom ausführen, und können zwischen verschiedene Verbindungselemente oder zwischen ein Verarbeitungselement und ein Verbindungselement eingefügt werden. Beispiele für Betätigungselemente sind etwa ein Regelventil (mit Stellelement), ein Absperrventil (mit Stellelement), eine Pumpe (mit Motor), eine Zwangsbelüftung (mit Motor), eine Eigenbelüftung (mit Motor), einen Abzug (mit Absperrventil), einen Schieber (mit Antrieb), einen Förderer (mit drehzahlregelbarem Motor), einen Antriebsmotor für Förderer (der mit einem Förderelement verbunden werden kann) etc.
Die grafische Darstellung der Ventilelemente kann in dynamischer Weise die jeweils gegebene Ventilstellung (z.B. durch Animation), ein Ventilversagen (z.B. durch Farbwechsel), die voll geöffnete/geschlossene Ventilstellung (z.B. durch Farbwechsel), und Angaben wie AO, DO, DC, Sollwert, PV, OUT, Modus etc. (z.B. als Ziffernfolge oder in anderer Form) des zugeordneten Steuerblocks, der das Ventil steuert, wiedergeben. Das den Ventilelementen zugeordnete Simulationselement (im Prozessmodul verwendet) kann Simulationsalgorithmen enthalten, die Parameter berechnen, die dem Ventilstellelement zugeordnet sind, etwa Austrittsdruck, Massenstrom, Fluidtemperatur, Fluidzusammensetzung, Eintritts- und Austrittsdruck. Diese simulierten oder berechneten Parameter können, wenn gewünscht, in der Prozessgrafik zur Anzeige gebracht werden. Jedoch müssen der Operator oder der Konfigurierungstechniker normalerweise den Bezug zu einem AO-, DO- oder DC-Block in einem dem Ventil zugeordneten Steuerungsmodul konfigurieren, ebenso den Ventiltyp (beispielsweise linear, schnellöffnend, proportional wirkend, Bemessung etc.) und die Durchstellzeit aus der geöffneten in die geschlossene Stellung. Selbstverständlich können die Algorithmen, die für die Simulation der Einwirkung des Ventils auf das das Ventil durchströmende Material verfügbar sind, abhängig vom Typ des Ventils und den Bemessungsdaten sein.
Die grafische Darstellung von Pumpenelementen kann in dynamischer Weise den Motorstatus (beispielsweise durch Farbwechsel), den zugeordneten DO- oder DC-Funktionsblockmodus und den Sollwert (beispielsweise als Zeichenfolgen), die Motordrehzahl (bei variabler Antriebsdrehzahl), den AO-Sollwert, PV, OUT, Modus (bei variabler Antriebsdrehzahl) und andere gewünschte Parameter wiedergeben. Ebenso kann die Prozesssimulation (im Prozessmodul genutzt) für das Element Parameter festlegen oder berechnen, z.B. Austrittsdruck, Fluidzusammensetzung, Fluidtemperatur und Massenstrom, wobei die Parameter im Grafikdisplay zur Anzeige gebracht werden können. Der Benutzer muss möglicherweise eine Pumpenkennlinie auf Basis des Pumpentyps festlegen. Jedoch kann der Benutzer den Bezug zum DO- oder DC-Block, der dem Ein-/Ausschalten des Motors zugeordnet ist, den Bezug zum zugeordneten AO-Funktionsblock für Antriebe mit variabler Drehzahl (sofern vorhanden), und die Pumpenkennlinie (beispielsweise den Zusammenhang Förderdruck/Förderstrom) für die Definition des Pumpenbetriebs konfigurieren.
Die grafische Darstellung eines Betätigungselements für Zwangsbelüftung oder Eigenbelüftung kann eine Form haben, die in dynamischer Weise den Motorstatus, Modus und Sollwert des DO- oder DC-Funktionsblocks, die Motordrehzahl (bei variabler Antriebdrehzahl), den AO-Sollwert, den PV-, OUT-, DO-, oder DC-Funktionsblockmodus (bei variabler Antriebsdrehzahl) und andere gewünschte Parameter widerspiegelt, von denen jeder im Grafikdisplay zur Anzeige gebracht werden kann. Das Prozesssimulationselement (in einem Prozessmodul genutzt) für dieses Element kann Parameter wie den Austrittsdruck, Gaszusammensetzung und -temperatur und den Gasmassenstrom festlegen oder berechnen, wobei diese Parameter im Grafikdisplay zur Anzeige gebracht werden können. Der Benutzer kann den Bezug zum zugeordneten DC-Block für Ein-/Ausschalten des Motors, den Bezug zu einem AO-Block für drehzahlgeregelte Antriebe (so fern vorhanden) und die Lüfterkennlinie (Druck/Durchsatz-Kurve) konfigurieren, um den simulierten Betrieb des Lüfters festzulegen.

In einigen Fällen kann ein bestimmter Typ eines Betätigungselements nur mit einem bestimmten Typ einer Verbindung verwendet werden, z.B. einer Rohrleitung, einem Kanal oder einem Förderer. Die nachstehende Tabelle definiert einige beispielhafte Einschränkungen für Verbindungen typischer Betätigungselemente.

	Rohrleitung	Kanal	Förderer
Regelventil	X
Absperrventil	X
Pumpe	X
Abzug	X
Zwangsbelüftung		X
Eigenbelüftung		X
Schieberantrieb		X
Beschickung	X		X
Motorantrieb			X

Verarbeitungselemente umfassen Anlagenkomponenten, die die Materialien oder die Ströme in der Anlage in bestimmter Weise verarbeiten. Allgemein gesagt, alle Eingänge und Ausgänge zu den und von den Verarbeitungselementen werden durch Verbindungselemente realisiert. Standard-Verarbeitungselemente umfassen Behälter (stehend und liegend), Beheizungen, statische Mischer, Reaktoren, Mischer, Luftvorwärmer und alle anderen Elemente, die eine einfache oder standardmäßige Verarbeitungsaktivität ausführen. Für Standard-Verarbeitungselemente kann der Benutzer die Anzahl der Eingänge und Ausgänge des Elements zusammen mit den physikalischen Eigenschaften der Komponente, z.B. Größe, Volumen etc., festlegen. Der Simulationsalgorithmus und die statische Darstellung der Standard-Verarbeitungselemente können so voreingestellt sein, dass sie vom Benutzer nicht verändert werden können, aber wie oben beschrieben zum Zeitpunkt der Konfigurierung auswählbar sind. Wenn gewünscht, können selbstverständlich andere, typischerweise komplexere Anlagenkomponenten (wie beispielsweise Destillationskolonnen, Verdampfer, Abscheider, Kessel etc.) als kundenspezifische Verarbeitungselemente implementiert werden. Die statische Darstellung, die Anzahl der Ein- und Ausgänge und der Simulationsalgorithmus solcher kundenspezifischer Verarbeitungselemente können modifiziert werden, um den kundenseitigen Schnittstellenanforderungen zu genügen. Sobald ein kundenspezifisches Verarbeitungselement definiert ist, kann es als Vorlage oder Schablone gespeichert werden, die erneut herangezogen werden oder als Ausgangspunkt für die Erzeugung anderer Verarbeitungselemente dienen kann.
Das Standard-Verarbeitungselement für Behälter (sowohl stehende als auch hegende) kann auf Basis der Rohrleitungsverbindungen zum Behälter konfiguriert werden, und das Behälterelement kann den Füllstand im Behälter (z.B. unter Nutzung dynamischer Animation) und die Füllstände 100% und Null (beispielsweise durch Farbwechsel) in dynamischer Weise darstellen. Die Prozessmodulsimulation für den Behälter kann Parameter wie die Austrittstemperatur, die Zusammensetzung am Austritt, die Flüssigkeitstemperatur und den simulierten Füllstand im Behälter berechnen und über das Grafikdisplay zur Anzeige bringen. Um jedoch den Behälter in das System einzubeziehen, muss der Benutzer oder der Konfigurierungstechniker möglicherweise die Anzahl der Ein- und Ausgänge, die Gesamtheit der Verbindungen zum Behälter, die Behältereigenschaften, z.B. die Größe (beispielsweise Durchmesser und Höhe) etc. konfigurieren.
Das Verarbeitungselement für Beheizungen kann den Wärmeübertragungskoeffizienten (beispielsweise durch Farbwechsel), die Produkttemperatur am Ausgang, die Produkttemperatur am Eingang, den Austrittsdruck (unter Annahme eines festen Druckabfalls) etc. in dynamischer Weise berechnen und über das Grafikdisplay zur Anzeige bringen. Ein Benutzer oder ein Konfigurierungstechniker muss möglicherweise die Gesamtheit der Verbindungen zur Beheizung, die Heizfläche und den Wärmeübergangskoeffizienten im sauberen Zustand konfigurieren.
Selbstverständlich können auch andere Verarbeitungselemente, etwa ein statischer Mischer, ein Reaktor, ein Mischer, ein Luftvorwärmer, ein Wärmetauscher etc., über Anzeige- und Simulationsfähigkeiten verfügen, die auf die jeweiligen Typen dieser Vorrichtungen zugeschnitten sind. Nicht standardmäßige Verarbeitungselemente wie Destillationskolonnen, Verdampfer, Abscheider, Kessel etc. können grafisch dargestellt werden, indem ein kundenspezifisches Verarbeitungselement genutzt wird, für das die dem Behälter zugeordnete Simulation benutzerseitig beschrieben oder festgelegt werden kann, wenn diese nicht in einer Standardauswahl zur Verfügung steht. Die Verarbeitung in diesen Elementen kann als ein Sprungantwortmodell bezüglich eines jeden Eingangs nach jedem Ausgang des Behälters beschrieben oder definiert werden. Eingänge können Gas- und/oder Flüssigkeitsströme sein. Wahlweise kann der Benutzer die Gleichungen definieren, die die Zusammenhänge zwischen den Ein- und Ausgängen des Verarbeitungselements beschreiben, und diese Gleichungen können in dem Prozessmodul gespeichert werden, das das Element nutzt, um Simulation durchzuführen. Wenn gewünscht, können einige einfache statische Grafikdarstellungen bereitgestellt werden, um den Benutzer bei der raschen Erzeugung der statischen Grafiken zu unterstützen, die einem kundenspezifischen Verarbeitungselement zugeordnet sind. Wenn diese einfachen Grafiken verwendet werden, muss der Benutzer möglicherweise nur die gewünschte Anzahl von Eingangs- und Ausgangsverbindungen und den Verbindungstyp (beispielsweise Rohr, Kanal oder Förderer) angeben, der vom kundenspezifischen Verarbeitungselement unterstützt wird. Daraufhin wird die Grafikkomponente zur Anzeige gebracht und kann unmittelbar zur Erzeugung der Operatorgrafik genutzt werden. Wenn der Benutzer für den Simulationsalgorithmus die Sprungantwort wählt, können, wenn gewünscht, die Verstärkungsfaktoren und die gewünschte Dynamik für jeden Ein- und Ausgang des Prozesselements spezifiziert werden. Falls der Benutzer einen kundenspezifischen Algorithmus wählt, kann dem Benutzer ein Editor für mathematische Ausdrücke bereitgestellt werden, um den Simulationsalgorithmus festzulegen. Je nach gewähltem Verfahren können die Eigenschaften der Ausgänge des kundenspezifischen Verarbeitungselements unterschiedlich berechnet werden. Des Weiteren kann der Benutzer auf einen oder mehrere Algorithmen Bezug nehmen, die in einer getrennten Softwareumgebung definiert wurden.
Außerdem können mehrere vordefinierte Vorlagen oder Schablonen für die Erzeugung von kundenspezifischen Verarbeitungselementen bereitgestellt werden. Diese Vorlagen können beispielsweise eine Vorlage für Kessel enthalten, die einen kundenspezifischen Algorithmus aufweist, der den austretenden Sauerstoff (O₂), das austretende Kohlenmonoxid (CO), den erzeugten Dampf, den Wasserstand in der Kesseltrommel und den Kesselzug berechnet. Eine solche Vorlage kann auf Basis eines Eingangs für einen einzelnen Brennstoff verwendet werden. Durch Modifikation der Vorlage ist es jedoch möglich, Kessel für mehrere Brennstoffe zu simulieren. Andere vordefinierte Vorlagen können eine speziell angepasste Vorlage für einen Kessel-Drallabscheider umfassen, der in Verbindung mit dem kundenspezifischen Verarbeitungselement für Sprühtrockner verwendet werden kann, und der ein Sprungantwortmodell für die Modellierung der Funktion des Abscheiders enthalten kann. Ebenso können eine Vorlage für Destillierkolonnen, ein Sprühtrockner und ein Verdampfer ein Sprungantwortmodell verwenden, um die erwartete Prozessantwort zu definieren. In einem Verdampfer können auf Basis des Energieeintrags und der Konzentration des Eingangsstroms die Konzentration des Ausgangsstroms und die erzeugte Dampfmenge berechnet werden. Mehrere Verdampferelemente können zusammen mit Wärmetauscher- und Abzugselementen miteinander verbunden werden, um einen mehrfach wirkenden Verdampfer zu erzeugen. In ähnlicher Weise kann ein Verarbeitungselement aus einer speziell angepassten kundenspezifischen Kessel-Kamin-Vorlage zusammen mit dem Kessel-Verarbeitungselement verwendet werden. In diesem Fall können die Eigenschaften des Eingangs, wenn gewünscht, ohne Modifikation durch den Kamin geführt werden, oder sie können Emissionsreduzierungen widerspiegeln, die im Kamin stattfinden.
Andere Typen von Elementen, die zur Erzeugung von Grafikdisplays und Prozessmodulen verwendet werden können, umfassen Messelemente und Eigenschaftselemente. Messelemente enthalten Geberelemente, die im Grafikdisplay verwendet werden können, um auf die Messwerte zuzugreifen, die einem physikalischen Messwertumformer und Schalterelementen zugeordnet sind. Generell kann das Geberelement in dynamischer Weise schlechte oder unsichere Zustände, den Modus des zugeordneten AI-Funktionsblocks im Steuerungsmodul, den Messwert und dessen Einheiten etc. wiedergeben, die einem realen Messwertumformer (Sensor) zugeordnet sind, und ebenso auch andere Daten, die dem realen Messwertumformer zugeordnet sind. In einem Offline-Modus (oder Simulationsmodus) kann das Geberelement verwendet werden, um anstatt auf den dem AI- oder PCI-Block zugeordneten Wert auf den Simulationswert, der vom Prozessmodul bereitgestellt wird, zuzugreifen und diesen darzustellen, oder es kann verwendet werden, um einen Messwert für den zugeordneten AI-Block im Steuerungsmodul als eine Messung bereitzustellen, die in der simulierten Steuerungsroutine zu verwenden ist. Das Geberelement kann zu einem Verbindungselement oder zu einem Verarbeitungselement hinzugefügt werden, und wenn ein solches Geberelement zum Display hinzugefügt wird, muss der Benutzer generell den zugehörigen AI-, PCI- oder DI-Block im Steuerungsschema angeben, der die Messung bereitstellt. Im Online-Modus kann der Wert der Messung unmittelbar beim Messelement angezeigt werden. Im Offline-Modus (oder Simulationsmodus) kann der simulierte Wert für die Messung (wie vom entsprechenden Prozessmodul ermittelt) automatisch zur Anzeige gebracht werden. Im Online-Betrieb kann der Benutzer die Wahl treffen, dass im Fall eines Ausfalls der Messung die Steuerung und das Display auf den simulierten Wert umgeschaltet werden.
Ein Schalterelement kann einen schlechten oder unsicheren Zustand, den Modus des zugeordneten DI (z.B. manuell oder OS) und den diskreten Wert eines Schalters (Ein, Aus etc.) in dynamischer Weise wiedergeben. In einem Offline-Simulationsmodus kann der Benutzer das Schalterdisplayelement nutzen, um auf die Schalterparameter im Grafikdisplay und im Steuerungsmodul zuzugreifen und diese zu verändern, indem er einen Simulationswert oder einen manuellen Wert und den Status anwählt und manuell den Wert und den Status des Schalters eingibt. Der Benutzer muss jedoch das Schalterelement generell konfigurieren, indem er einen Bezug zu einem zugeordneten DI-Block im Steuerungsschema und einen Bezug zu der Elementeigenschaft für das Auslösen des Schalters bereitstellt und außerdem die Grenzwerte und das Totband angibt, die bzw. das zu einer Statusänderung des Schalters gehören bzw. gehört.
Ein Element für angenommene Eigenschaften zeigt allgemein eine angenommene Eigenschaft des Systems auf, die durch das Prozessmodul bestimmt ist, und kann zu einem Verbindungs- oder Verarbeitungselement hinzugefügt werden, um eine beliebige Eigenschaft des betreffenden Elements zur Anzeige zu bringen. Wenn das Element auf ein Verbindungselement oder auf eine Ausrüstungskomponente gesetzt wird, kann der Benutzer auf die angezeigten Eigenschaften zugreifen und diese auswählen. Somit können die simulierten Eigenschaften, die nicht durch eine physikalische Messung zugänglich sind, durch den Einsatz des Elements für angenommene Eigenschaften aufgezeigt werden. Ein Element für angenommene Eigenschaften kann in dynamischer Weise eine gute/schlechte Verbindung, den/die angenommenen Eigenschaftswert(e) und eine Eigenschaft, die sich außerhalb zugeordneter Grenzen oder zulässiger Veränderungen bewegt, widerspiegeln. Der Benutzer muss generell den Bezug zu der/den anzuzeigenden Eigenschaft(en) sowie die Grenzwerte und die Farbwechsel für das Element für den Fall konfigurieren, dass die Eigenschaft außerhalb der Grenzwerte liegt.
Es ist klar, dass durch die Verknüpfung von Geberelementen und von Elementen für angenommene Eigenschaften mit Verarbeitungselementen, Betätigungselementen und Verbindungselementen während des Online-Betriebs und während der Online- und Offline-Simulation auf die den Ein- und Ausgängen dieser Prozesselemente zugeordneten Eigenschaften Bezug genommen werden kann. Außerdem können die Eigenschaften auch im Grafikdisplay sichtbar gemacht werden.
Allgemein gesagt, ein Operator kann die Konfigurierungsapplikation 38 aufrufen bzw. ausführen, um ein oder mehrere Prozessmodule 39 oder Grafikdisplays für die Implementierung während des Betriebs des Prozesses 10 oder für die Implementierung in einer Simulationsumgebung zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel stellt die Konfigurierungsapplikation 38 dem Konfigurierungstechniker ein Konfigurierungs display wie beispielsweise in 3 gezeigt zur Verfügung. Wie aus 3 hervorgeht, umfasst ein Konfigurierungsdisplay 64 einen Bibliotheks- oder Vorlagenabschnitt 65 und einen Konfigurierungsabschnitt 66. Der Vorlagenabschnitt 65 enthält eine Darstellung eines Satzes von Vorlagen für intelligente Prozessobjekte 67, zu dem auch die intelligenten Prozessobjekte 42 der 2 gehören können, und der alle der oben beschriebenen Verbindungs-, Mess-, Strom- und Verarbeitungselemente sowie Elemente für angenommene Eigenschaften beinhalten kann. Wenn gewünscht, können auch nicht intelligente Elemente 68, die nur durch ein Grafiksymbol definiert sind, bereitgestellt werden. Im Wesentlichen handelt es sich bei den Vorlagen 67 und 68 um generische Objekte, die mittels Drag & Drop in den Konfigurierungsabschnitt 66 gezogen werden können, um eine Instanz eines intelligenten Prozessobjekts innerhalb eines Prozessmoduls oder eines Grafikdisplays (oder in beiden) zu erzeugen. Dargestellt ist ein teilweise fertiges Prozessgrafikdisplay 35c, das ein Ventil, zwei Behälter, zwei Pumpen, einen Durchflussmesswandler und zwei Sensoren enthält, die durch Strompfadverbinder verbunden sind, bei denen es sich um intelligente Links oder Verbinderelemente wie oben beschrieben handeln kann, die einen Stromausgang bereitstellen. Es ist anzumerken, dass das Grafikdisplay 35c sowohl aus intelligenten Prozessobjekten als auch aus nicht intelligenten Elementen aufgebaut werden kann.
Für die Erzeugung eines Grafikdisplays wie beispielsweise dem Grafikdisplay 35c (oder eines Prozessmoduls) kann der Konfigurierungstechniker das intelligente Prozessobjekt 67 und die Elemente 68, die im Vorlagenabschnitt 65 dargestellt sind, auswählen und in den Konfigurierungsabschnitt 66 ziehen und dort an jeder beliebigen Stelle ablegen. Generell wird der Konfigurierungstechniker ein oder mehrere intelligente Prozessobjekte 67a für Vorrichtungen oder nicht intelligente Elemente 68, die für Vorrichtungen stehen, auswählen und in den Konfigurierungsabschnitt 66 ziehen. Danach verbindet der Konfigurierungstechniker die intelligenten Prozessobjekte für Vorrichtungen innerhalb des Konfigurierungsabschnitts 66 mit intelligenten Prozessobjekten 67b für Verbinder und kann Eingangs- und Ausgangsströme 67c in das Display einfügen. Darüber hinaus können nicht intelligente Elemente zum Display hinzugefügt werden. Während dieses Prozesses kann der Konfigurierungstechniker die Eigenschaften eines jeden der intelligenten Prozessobjekte über Pop-up-Menüs etc. verändern, und er kann insbesondere die Verfahren, Parameter, Tags, Bezeichnungen, Hot Links, Modi, Klassen, Ein- und Ausgänge etc. verändern, die diesen intelligenten Prozessobjekten zugeordnet sind. Wenn der Prozess- oder Konfigurierungstechniker ein Prozessmodul mit allen gewünschten Elementen erzeugt hat, die typischerweise eine Prozesskonfiguration, einen Bereich etc. darstellen, kann der Konfigurierungstechniker Regeln oder andere Funktionalitäten definieren, die dem Modul zugeordnet sind. Solche Regeln können Ausführungsregeln sein, etwa solche, die der Ausführung von Verfahren auf Systemebene zugeordnet sind, z.B. Berechnungen von Massenbilanzen und Durchflössen. Der Prozesstechniker oder der Operator können außerdem Trends und Beschriftungen hinzufügen, die im Online-Betrieb des Prozessdisplays nützlich sind. Nach der Erzeugung des Grafikdisplays 35c kann der Konfigurierungstechniker das Display in einem Speicher sichern und zu diesem oder einem späteren Zeitpunkt instanzieren und das Display in geeigneter Weise zum Ausführungsprogramm 48 herunterladen, so dass das Ausführungsprogramm 48 ein Grafikdisplay bereitstellen kann. Selbstverständlich könnte der Konfigurierungstechniker auf gleiche oder ähnliche Weise ein Prozessmodul erzeugen, obwohl für Prozessmodulelemente möglicherweise andere Grafiken zur Darstellung gebracht werden als für Prozessgrafik-Displayelemente. Darüber hinaus kann der Operator im Betrieb der Anlage verschiedene aktuelle Detailebenen anwählen. Eine solche Detailebene könnte beispielsweise die Zusammensetzung an jeder Verbindung aufzeigen.
Wie oben erwähnt, kann die Prozessgrafik oder das Prozessmodul mit einer spezifischen Tag-Bezeichnung versehen sein. Beispielsweise können intelligente Prozessobjektelemente in einem Grafikdisplay oder einem Prozessmodul über eine Tag-Bezeichnung einschließlich eines Aliasnamens verfügen, die/der zur Laufzeit z.B. durch das Ausführungsprogramm 48 auf Basis weiterer Faktoren eingetragen oder gewählt werden kann, etwa entsprechend einer Ausrüstungskomponente oder einem ausgewählten Pfad innerhalb des Prozesssteuerungssystems. Der Gebrauch von Aliasnamen und der indirekte Bezug im Rahmen von Prozesssteuerungssystemen ist im US-Patent Nr. 6,385,496 detailliert beschrieben, das an die Rechtsnachfolgerin der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und das durch Referenz hierin einbezogen wird. Jede dieser Techniken kann genutzt werden, um Aliasnamen in Tags für die hierin beschriebenen intelligenten Prozessobjekte bereitzustellen und auszuwerten. Durch die Nutzung von Aliasnamen und Ähnlichem kann das gleiche Prozessmodul verschiedene Darstellungen für Gruppen von Ausrüstungskomponenten etc. umfassen oder für deren Unterstützung herangezogen werden.
Das Display 64 in 3 zeigt Tabulatoren (View 1, View 2 und View 3) für verschiedene Ansichten eines Prozessmoduls oder eines Grafikdisplays. Diese Tabulatoren können dazu verwendet werden, auf verschiedene Ansichten für verschiedene dem Prozess zugeordnete Nutzer unter Verwendung einiger derselben darin vorkommenden intelligenten Prozessobjekte zuzugreifen und diese zu erzeugen.
Allgemein gesagt, wenn der Konfigurierungstechniker ein Prozessmodul oder ein Grafikdisplay erzeugt, speichert die Konfigurierungsapplikation 38 automatisch die intelligenten Prozessobjekte zusammen mit den Verbindungen zwischen diesen in einer Datenbank. Diese Datenbank kann dann zum Erzeugen weiterer Prozessmodule und Grafikdisplays genutzt werden, die zum Beispiel unter Verwendung eines oder mehrerer intelligenter Prozessobjekte unterschiedliche Ansichten bereitstellen können. Dabei kann der Konfigurierungstechniker beim Erzeugen der zweiten Ansicht einfach auf das bereits erzeugte und in der Datenbank gespeicherte intelligente Prozessobjekt und mit diesem gegebenenfalls gespeicherte Verfahren etc. Bezug nehmen, um das betreffende intelligente Prozessobjekt in die zweite Ansicht zu bringen. Auf diese Weise kann die Datenbank während der Erzeugung der Prozesssteuerungsmodule und der Grafikdisplays mit Einträgen versehen und jederzeit zur Erstellung und Ausführung weiterer Ansichten, Module und Grafikdisplays unter Verwendung von in der Prozessfluss-Datenbank bereits vorhandenen intelligenten Prozessobjekten genutzt werden. Bei Verwendung einer solchen Datenbank kann jedes intelligente Prozessobjekt in der Datenbank Prozessmodule unterstützen oder in Prozessmodulen genutzt und durch Referenz in mehreren Grafikdisplays verwendet werden. Es versteht sich auch, dass die Prozessmodule durch Aufbau von Displays für diese Module und anschließende Spezifizierung von Durchflussalgorithmen, die in den Prozessmodulen verwendet oder diesen zugeordnet werden sollen, erstellt werden können. Natürlich können einzelne Prozessmodule auf verschiedene Computern verteilt und von diesen ausgeführt werden, wobei die Prozessmodule für einen gemeinsamen Betrieb auf demselben oder auf verschiedenen Computern kommunikativ miteinander verbunden werden können. Wenn von dieser Möglichkeit Gebrauch gemacht wird, wird extern auf Eingangs- und Ausgangsströme verwiesen, um die Prozessmodule miteinander zu verbinden.
Wie oben erwähnt, kann der Konfigurierungstechniker im Zuge der Erzeugung des Prozessmoduls oder des Grafikdisplays den Simulationsalgorithmus des Prozessmoduls anhängen oder bereitstellen. Diese Simulationsalgorithmen können für die Berechnung oder Bestimmung bestimmter Eigenschaften auf Prozess- oder Systemebene, wie zum Beispiel Massenbilanzberechnungen, Durchflussberechnungen, Wirkungsgradberechnungen, wirtschaftliche Berechnungen etc. bezüglich des abgebildeten oder von dem Prozessmodul modellierten Prozesses vorkonfiguriert werden. Infolgedessen können die Prozessmodule selbst Modus-, Status- und Alarmverhalten aufweisen, Workstations zugeteilt und als Teil der Display-Downloads heruntergeladen werden. Wenn dies gewünscht wird, können die Simulationsalgorithmen von dem Ausführungsprogramm 48 ausgeführt werden, um Berechnungen für Massen- oder Wärmebilanzen, die Durchflusslenkung, die Durchflusswirksamkeit, die Optimierung des Durchflusses, wirtschaftliche Berechnungen zur Prozesssimulation oder andere gewünschte Berechnungen unter Verwendung der in den intelligenten Prozessobjekten des Prozessmoduls bereitgestellten Daten durchzuführen. Des Weiteren können diese Simulationsalgorithmen auf Parameter aus der Steuerungsstrategie, d.h. den Steuerungsmodulen, die den Steuerungsgeräten, Feldvorrichtungen etc. zugeordnet sind und in diese heruntergeladen werden, zugreifen und umgekehrt Daten oder Informationen für diese Steuerungsmodule bereitstellen.
Damit die Prozessalgorithmen die Gesamtheit aller auf allen Displays konfigurierten Prozessobjekte und Verbindungen ausführen können, wird das Ausführungsprogramm 48 benötigt. Somit laufen die Simulationsalgorithmen (in den Prozessmodulen) grundsätzlich unabhängig davon ab, ob ein zugeordnetes Grafikdisplay geladen, d.h. aufgerufen, wird und einem Benutzer Informationen anzeigt. Die Simulationsalgorithmen können selbstverständlich einer Querkontrolle über den gesamten Prozess 10 oder über festgelegte Untermengen des Prozesses 10 unterworfen werden. Außerdem ist klar, dass während der Ausführung eines bestimmten Prozessmoduls das Ausführungsprogramm 48 eine Angabe für einen Operator auf einer Bedienerschnittstelle bereitstellen kann, welche die miteinander verbundenen Objekte und Instanzen in dem Prozessmodul basierend auf dem dem betreffenden Prozessmodul zugeordneten Grafikdisplay abbildet. Die Parameter, Grafiken etc. des Displays werden von der Konfiguration und den Verbindungen zwischen den intelligenten Elementen in dem Prozessmodul bestimmt. Ferner können Alarme und andere Informationen, die auf diesem oder anderen Displays bereitgestellt werden sollen, von den Methoden in den intelligenten Prozessobjekten und den einem bestimmten Prozessmodul zugeordneten Simulationsalgorithmen definiert und generiert werden. Wenn dies gewünscht wird, kann das Ausführungsprogramm 48 ein Display eines Prozessmoduls für mehr als eine Bedienerschnittstelle bereitstellen oder so konfiguriert oder eingestellt werden, dass kein Display bereitgestellt wird, obwohl das Ausführungsprogramm 48 weiterhin das Prozessflussmodul ausführt und dadurch die diesem zugeordneten Verfahren, Alarmgebungen, Ablaufalgorithmen etc. durchführt.
Wenn gewünscht, kann ein Prozessmodul automatisch aus einem Grafikdisplay erzeugt werden (oder umgekehrt), wobei die für das Prozessmodul verfügbare Funktionalität von den Grafikelementen des Prozesses bestimmt wird. Es sollte klar sein, dass das Prozessmodul vorzugsweise als Hintergrund für das Grafikdisplay des Prozesses erstellt wird. Infolgedessen hat der Benutzer beim Konfigurieren eines Grafikdisplays des Prozesses die Möglichkeit, zusätzliche Informationen für das Prozessmodul, wie zum Beispiel Massen- oder Energieströme, einzubeziehen. Diese Ströme werden im Prozessmodul dazu verwendet, die von den Simulationsfunktionsblöcken benötigten Anfangsbedingungen festzulegen.
Darüber hinaus können Prozessmodule, da es sich bei diesen um in einem Computer eingesetzte Softwaremodule handelt, auf Steuerungsmodule verweisen und von diesen als Verweise für die Nutzung der den Steuerungsmodulen zugeordneten Parameter, Steuerungsstrategien, Displays etc. verwendet werden. Wenn diese Fähigkeit genutzt wird, kann ein Prozessmodul auch unabhängig von dem Grafikdisplay des Prozesses erzeugt werden.
Allgemein gesagt werden Prozessmodule aus Verarbeitungselementen, Strömen und den diesen zugeordneten Verbindungen erstellt. Da zwischen den Grafikelementen des Prozesses und den Simulationselementen (in den Prozessmodulen) eine eins-zu-eins Entsprechung besteht, kann ein Nutzer ein Grafikdisplay erstellen und automatisch das entsprechende Prozessmodul aus diesem Display generieren. Wenn gewünscht, kann der Nutzer natürlich auch das Prozessmodul und anschließend unter Verwendung der Grafiken in den intelligenten Prozessobjekten automatisch aus diesem Modul das Grafikdisplay erzeugen. Für die automatische Generierung eines Prozessmoduls kann es jedoch notwendig sein, dass der Nutzer die den Messelementen und den Elementen für angenommene Eigenschaften zugeordneten Eigenschaften des Betätigungselements, der Verbindung oder des Verarbeitungselements identifiziert. Es kann auch erforderlich sein, dass ein Nutzer vor Erzeugung der Prozessgrafiken oder, in einigen Fällen, vor Erstellung der Steuerungsmodule eine Prozesssimulation erzeugt. Nach Erstellung der Simulation ist es möglich, die Verweise auf die I/O-Blöcke in dem Steuerungsmodul einzufügen. Beim Erzeugen des zugehörigen Grafikdisplays ist es auch möglich, zum Setzen der Eigenschaftsverweise auf das vorhandene Prozessmodul zu wechseln.
Es ist möglich, dass die Prozessgrafik nicht immer alle Einzelheiten enthält, die zum Erstellen der Prozesssimulation benötigt werden. Es ist daher wünschenswert, einen Editor bereitzustellen, damit der Nutzer die Simulation oder die Prozessmodule editieren kann, die automatisch aus einer Prozessgrafik erzeugt wurden. Da möglicherweise mehrere Prozessgrafiken dieselbe Ausrüstungskomponente darstellen müssen, kann es außerdem notwendig sein, dass bei der Erstellung einer Prozessgrafik für ein Element auf ein vorhandenes Prozessmodul verwiesen werden kann.
Allgemein gesagt hat die den Verarbeitungselementen entsprechende Simulation eine gemeinsame Struktur. Wenn dies gewünscht wird, werden die Blockeingangsverbindungen und die Parameter der Simulation in dem Prozessmodul gespeichert, sodass sich ein Verweis auf ein Steuerungsmodul erübrigt. Ferner kann die Anzahl der von der Simulation unterstützten Eingangs- und Ausgangsverbindungen als erweiterbar festgelegt werden. Ergebnisse aus der Simulationsausführung können sich in den Simulationsausgangsverbindungen oder als Parameter der Simulation widerspiegeln, und der Simulationsalgorithmus kann als Sprungantwort festgelegt oder vom Benutzer eingegeben werden. Wenn der Simulationsalgorithmus vom Benutzer eingegeben wird, kann der Benutzer unabhängig eine Dynamik für jeden Ausgang spezifizieren.
Des Weiteren kann ein gemeinsamer Parametersatz für Eingangs- und Ausgangsverbindungen unterstützt werden. Die den Eingangs- und Ausgangsverbindungen zugeordneten Parameter können zwischen Blöcken als Matrixparameter oder -struktur ausgetauscht werden und Parameter, wie zum Beispiel einen Verbindungsstatus (z.B. gut, schlecht, begrenzt etc.), einen Massenstromparameter, einen Druckparameter, einen Temperaturparameter, einen Parameter für spezifische Wärme, einen Dichteparameter oder einen beliebigen anderen gewünschten Parameter beinhalten. In einigen Fällen können auch andere Parameter, wie zum Beispiel die Zusammensetzung eines Stroms, bereitgestellt und in dem Simulationsalgorithmus genutzt werden. Zur Unterstützung dieser Anforderung kann ein normales und ein erweitertes Stromelement bereitgestellt werden. Als Bestandteil der erweiterten Stromelementkonfiguration kann der Nutzer zum Definieren des Stromelements einen Satz vordefinierter Datengruppen wählen. Erweiterte Verbindungen dieser Art dürfen jedoch nur für den Anschluss an einen Block verwendet werden, der diese Information nutzt. Im Allgemeinen können die erweiterten Parameter eine Gruppenbezeichnung und eine Anzahl spezifischer Elemente beinhalten. So kann zum Beispiel ein Brennstoffstrom zu einem Verarbeitungselement für Kessel die Komponenten des Brennstoffs einschließlich einer Brennstoffzusammensetzung, d.h. den Kohlenstoff-, Wasserstoff-, Schwefel-, Sauerstoff-, Feuchtigkeits- und Stickstoffgehalt des Brennstoffs (falls erwünscht, sämtlich als Massenprozente), enthalten. Als weiteres Beispiel kann ein Verarbeitungselement für Turbogeneratoren einen Dampfstrom nutzen, während die Verbindungen zu der zugehörigen Simulation einen erweiterten Parametersatz nutzen können, der Dampfzustandsdaten, das heißt die Enthalpie des in die Stufe einströmenden Dampfes (als Ist-Wert), die Enthalpie des aus der Stufe austretenden Dampfes (als Ist-Wert), die Dampfenthalpie (bei isentroper Entspannung) etc. beinhaltet.
Der erweiterte Gruppensatz kann auch verwendet werden, wenn Simulationselemente in einem Prozessmodul als Schnittstelle zu hochqualitativen Simulationsprogrammen (High Fidelity Simulation Packages) genutzt werden. In diesem Fall kann die Zusammensetzung einiger Ströme in der Prozessgrafik sichtbar gemacht werden. Wenn gewünscht, kann auch ein interaktiver Editor bereitgestellt werden, um die Erzeugung oder Modifizierung der in einem Grafikdisplay angegebenen Werte zu erleichtern und die Darstellung von zugehörigen Beschriftungen und Einzelheiten für Steuerungsmodule in den Grafikdisplays zu ermöglichen.
4 zeigt ein beispielhaftes Grafikdisplay 100, das mit den oben beschriebenen Elementen und Konfigurierungsapplikationen erzeugt werden kann. Im Einzelnen zeigt das Grafikdisplay 100 einen Abschnitt einer Prozessanlage, der aus Wasser, Säure und einer Base weißen Essig erzeugt. In der Darstellung in 4 umfasst das Grafikdisplay 100 des Prozesses vier Stromelemente 102 an Eingängen, welche die Ströme des Baseneinsatzes, des Säureneinsatzes, des Wassereinsatzes und des Kühlwassers festlegen. Der Baseneinsatzstrom 102 wird durch ein Rohrleitungsverbindungselement 104 einem Betätigungselement in Form eines Ventils 106 zugeführt. Der Ausgang des Ventils 106 ist über ein Rohrleitungsverbindungselement 104 mit einem ersten Eingang eines Mischers 108 verbunden. Auf ähnliche Weise ist der Säureeinsatz 102 mit einem Geberelement 110 und dann einem weiteren Ventil 112 verbunden, das mit dem Mischer 108 verbunden ist. Der Säureeinsatz 102 und der Geber 110, der Geber 110 und das Ventil 112 und das Ventil 112 und der Mischer 108 sind über Rohrleitungsverbindungselemente 114 verbunden.
Wie ersichtlich, ist ein Ausgang des Mischers 108 über Rohrleitungen und zwei Geber 124 und 126 mit einem Wärmetauscher 122 verbunden. Der Kühlwasserstrom 102 wird dem Wärmetauscher 122 über ein Ventil 128 zugeführt und tritt über ein Ventil 130 aus dem Wärmetauscher aus, um ein Stromelement 131 für das Rücklaufwasser zu bilden. Ebenso wird der Ausgang des Wärmetauschers 122 über ein Geberelement 132 und ein Ventil 134 geführt, um ein ausgangsseitiges Essigsäure-Stromelement 136 bereitzustellen. Auch wenn dies im Einzelnen nicht immer dargestellt ist, sind die Elemente in dem Grafikdisplay in allen Fällen über Rohrleitungsverbindungselemente miteinander verbunden.
Es versteht sich, dass die Darstellung der Display-Boxen 140, die als Eigenschaften der Displayelemente selbst generiert werden oder als eigene Elemente in der Form von Geberelementen oder Elementen für angenommene Eigenschaften oder als Elemente, die auf Blöcke in Steuerungsmodulen verweisen, vorliegen können, in dem Grafikdisplay 100 den Zweck hat, Parameter anzuzeigen oder offen zu legen, wie zum Beispiel Prozessvariable (PV), Sollwerte (SP), OUT-Werte etc., die den verschiedenen Elementen zugeordnet sind. Wenn der Benutzer einen Cursor auf einigen der Elemente positioniert, kann das Display 100 zusätzlich weitere den angesprochenen Elementen zugeordnete Werte darstellen. Wenn der Cursor auf einem der Stromelemente (beispielsweise dem Essigsäure-Stromausgang 136) positioniert wird, kann die Grafik zum Beispiel die Zusammensetzung, den Druck, die Temperatur, die Dichte, die Durchflussrate etc. des Säurestroms an dieser Stelle im Prozess anzeigen. Die auf dem Grafikdisplay 100 angezeigten Werte und Parameter können natürlich von einem angesprochenen realen Geber im Prozesssteuerungssystem (beispielsweise von einem AI-Block im Steuerungssystem) geliefert werden, oder von einem Prozessmodulsimulationselement, das die Funktionalität des Elements simuliert. Das Grafikdisplay 100 in 4 kann einem Benutzer während des Betriebs des Prozesses angezeigt werden, bei dem weißer Essig erzeugt wird, oder zum Beispiel zum Implementieren einer Simulation des Prozesses zur Nutzung bei Entwicklungs- oder Operator-Schulungsaktivitäten.
5 zeigt, wie verschiedene Grafikdisplays (und entsprechend verschiedene Prozessmodule) miteinander verbunden werden können, um übergeordnete Displays (oder Prozessmodule) zu bilden, die einen größeren Teil der Prozessanlage abbilden (oder simulieren). In dem Display 150 in 5 ist die Prozessgrafik 100 in eine Box komprimiert, die eine Bezeichnung oder ein Label und einen als Verbindungspunkte dargestellten Satz von Stromeingängen und -ausgängen aufweist. Wenn gewünscht, kann der Benutzer die Prozessgrafik 100 in 5 expandieren, um die in 4 gezeigte Grafik zu erhalten, indem er die Grafik auswählt und beispielsweise zweimal anklickt. Daneben sind weitere komprimierte Grafikdisplays 152 und 154 in der Zeichnung über Eingangsstromelemente 156 und 158 mit dem Baseneinsatz, dem Säureeinsatz und dem Wassereinsatz sowie mit dem Kühlwassereinsatz verbunden. Der Stromausgang 136 des Prozessgrafikdisplays 100 ist mit einem Stromeingang 160 eines Aufnahmebehälters 162 für weißen Essig verbunden. Auf ähnliche Weise sind die Stromausgänge der Prozessgrafikdisplays 152 und 154 mit Stromeingängen der Aufnahmebehälter 163 und 164 für Malzessig und Einlegeessig verbunden. Selbstverständlich sind die Prozessgrafiken 152 und 154 so konfiguriert, dass sie Grafiken für Abschnitte der Prozessanlage bereitstellen, in denen Malzessig und Einlegeessig hergestellt wird, wobei Daten und grafische Ansichten dieser Abschnitte der Prozessanlage durch Expandieren dieser Displays sichtbar gemacht werden können.
Aus 5 geht jedoch hervor, dass verschiedene grafische Abschnitte der Prozessanlage über Verbindungen zwischen Stromelementen miteinander verbunden werden können. Dabei können die Stromelemente in ein Display aufgenommen werden, um die einem Verbindungselement zugeordneten Anfangseigenschaften festzulegen. Des Weiteren können Stromelemente als Verbindungspunkte zwischen Displays verwendet werden. Bei solchen aus der Darstellung laufenden Verbindungen zwischen Displays kann der Benutzer den Strom anklicken, um unmittelbar das zugehörige Display aufzurufen, das die angesprochene Verbindung enthält. Allgemein gesagt wird somit die Masse/Zusammensetzung des Stromelements normalerweise dazu verwendet, die Anfangseigenschaften eines Prozesseingangs, d.h. die Anfangszusammensetzung des Einsatzguts etc., oder einen Link zu einer Stromverbindung in einem anderen Display festzulegen. Verbindungen können am Eingang oder Ausgang des Stromelements für Masse-/Zusammensetzung hergestellt werden. Für Stromelemente kann der Benutzer die Bezeichnung des Stroms (die innerhalb des Systems unverwechselbar sein sollte), die Eigenschaften des Stroms (wenn ein Eingang oder eine Eingangsverbindung nicht angesprochen wird), den Massenanteil der verschiedenen Komponenten des Stroms (wenn dieser aus mehr als einer Komponente besteht), den Druck oder Massenstrom, die Temperatur, die spezifische Wärme, die Dichte, die Art der benötigten Verbindung (Rohr, Kanal, Förderer) und den angesprochenen Eingangsstrom (wenn dieser dazu verwendet wird, auf einen Strom auf einem anderen Display zuzugreifen) konfigurieren. Ebenso kann ein Energieflusselement genutzt werden, um die einer Prozesseingabe, z.B. der Wärmeübertragung etc., zugeordnete Anfangsenergie oder einen Link zu den Energieeigenschaften einer Stromverbindung auf einem anderen Display festzulegen.
Während 5 die Nutzung von Strömen zur gegenseitigen Verbindung verschiedener komprimierter Grafikdisplays veranschaulicht, könnte dasselbe Vorgehen auch genutzt werden, verschiedene Prozessmodule miteinander zu verbinden (und deren gegenseitige Verbindung zu veranschaulichen). Dabei könnten Prozessmodule komprimiert werden, um eine Bezeichnung und Stromelementeingänge und -ausgänge darzustellen, und diese komprimierten Prozessmodule könnten unter Verwendung von Abbildungen von Kommunikationsverbindungen oder Links zwischen den Stromausgängen und den Stromeingängen verschiedener Prozessmodule kommunikativ in andere Prozessmodule eingebunden oder mit diesen verbunden werden.
6 zeigt ein Prozessmodul 100a, das dem Grafikdisplay 100 in 4 entspricht. Wie ersichtlich, umfasst das Prozessmodul 100a Blöcke, die intelligente Objektsimulationen für jedes der in dem Grafikdisplay in 4 abgebildeten realen Elemente darstellen. Zum besseren Verständnis wurde jeder Simulationsblock in 6, der einem Element in 4 entspricht, mit der gleichen Bezugsziffer und dem Zusatz "a" bezeichnet. So stellt der Mischer-Simulationsblock 108a in 6 eine Simulation dar, die dem in 4 abgebildeten Mischer 108 entspricht. Gleichermaßen entsprechen die Ventil-Simulations blöcke 106a, 112a und 118a den in 4 abgebildeten Ventilen 106, 112 und 118 und sind mit diesen kommunikativ verbunden.
Somit umfasst das Prozessmodul 100a in 6 ein Prozesssimulationselement (das als Funktionsblock dargestellt werden kann, der einem intelligenten Prozessobjekt zugeordnet ist oder von diesem spezifiziert wird) für jedes in dem Grafikdisplay 100 abgebildete Element, wobei diese Simulationsblöcke in der in dem Grafikdisplay 100 spezifizierten Weise unter Verwendung der dort spezifizierten Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Wenn dies gewünscht wird, kann das Prozessmodul 100a nach Erzeugung des Grafikdisplays 100 oder schon während der Erzeugung des Grafikdisplays 100 automatisch erzeugt werden.
Wie oben erwähnt, weist jedes der Prozesssimulationselemente in dem Prozessmodul 100 eine Simulationsfunktionalität auf (z.B. einen Algorithmus, Regeln, eine Übertragungsfunktion etc.), die auf dem Verhalten der in dem Prozess verwendeten mechanischen Vorrichtung und der Art des/der an den Eingängen zu diesen Simulationselementen bereitgestellten Stroms/Ströme basiert. Diese Simulationen werden in 6 durch die SIM-Blöcke in den einzelnen Verarbeitungs-, Betätigungs- und Geberelementen veranschaulicht. Dadurch kann die Dynamik der Vorrichtungen und die Auswirkungen auf die Ströme innerhalb des Prozessmoduls 100a modelliert oder simuliert werden. Zu den Eigenschaften, die für Betätigungs- und Verarbeitungselementen zugeordnete Simulationsblöcke zur Verfügung stehen können, zählen u.a. die Austrittstemperatur (basierend auf der Eintrittstemperatur, den Durchflussmengen und der Wärmekapazität), die Austrittsströme (basierend auf den Eintrittsmassenströmen und der Ansammlung im Element), der Austrittsdruck (basierend auf dem angenommenen Druckverlust über die Einheit oder dem austrittsseitigen Druck) und die Zusammensetzung des Austrittsstroms (basierend auf einer idealen Mischung und der Zusammensetzung des Eintrittsstroms). Wenn kundenspezifische Berechnungen implementiert werden, kann die den Austrittseigenschaften zugeordnete inhärente Dynamik hinzugefügt werden, beispielsweise auf der Basis einer Antwort erster Ordnung plus Totzeit auf Veränderungen in den Prozesseingaben. Wenn gewünscht, kann der Benutzer die jeder berechneten Eigenschaft zugeordnete Totzeit und Verzögerung spezifizieren. Für Prozessmessungselemente, z.B. Geber und Schalter, und Verbindungselemente kann angenommen werden, dass die angesprochene Eigenschaft keine Dynamik erhält. Wenn gewünscht, können jedoch Übergänge und andere Eigenschaften modelliert werden. In vielen Fällen können sich jedoch die Eigenschaften aus der eingangsseitigen Verbindung unmittelbar in der ausgangsseitigen Verbindung widerspiegeln.
Mit dem Prozessmodul 100a kann der Betrieb des in der Prozessgrafik 100 abgebildeten Abschnitts der Anlage simuliert werden. Da Werte aus den Simulationselementen innerhalb des Prozessmoduls 100a automatisch an die Grafiken des Grafikdisplays 100 übertragen und dort angezeigt werden und im Steuerungsmodul verwendet werden können, ist diese Simulation in das Display 100 integriert. Dementsprechend kann der Schulungsleiter das Display auch dazu verwenden, Eigenschaften in der von dem Prozessmodul 100a durchgeführten Simulation vorzugeben oder zu ändern.
Wenn dies gewünscht wird, können die Simulationsmerkmale durch Festlegung von I/O-Verweisen auf Mess- und Betätigungselemente und anschließende Nutzung dieser Verweise für die automatische Erzeugung der Schnittstellentabelle für das DCS, die nach dem Stand der Technik beispielsweise in HYSYS zur Durchführung von Eingaben und Ausgaben in einer Simulation verwendet wird, durch eine hochqualitative Simulation (High Fidelity Simulation), beispielsweise HYSYS, CAPE etc. ergänzt werden. Für jede HYSYS-Komponente (oder jede andere hochqualitative Simulationskomponente) können Standardvorlagen für Verarbeitungselemente festgelegt werden, die zum Erstellen einer hochqualitativen Prozesssimulation verwendet werden können. Eine hochqualitative Simulation 165 dieser Art ist in der Darstellung in 6 kommunikativ mit dem Prozessmodul 100a verbunden. In diesem Falle hat der Benutzer die Möglichkeit, die in jedem der Simulationselemente im Prozessmodul 100a bereitgestellte Simulation zu sperren und stattdessen die von der hochqualitativen Simulation 165 bereitgestellten Simulationsparameter zu verwenden. Der Benutzer kann die Verwendung der hochqualitativen Simulation 165 durch Aktivieren eines Schalters 166 (beispielsweise eines elektronischen Schalters, eines in dem Prozessmodul 100a gesetzten Merkers etc.) spezifizieren.
Bei Einstellung des Schalters 166 für eine Verwendung der hochqualitativen Simulation 165 fungieren die zugehörigen Simulationsfunktionsblöcke im Prozessmodul 100a allgemein gesagt als Schattenblöcke, d.h. ihr Simulationsalgorithmus (SIM-Block) wird nicht ausgeführt und die Blockparameter werden stattdessen von der hochqualitativen Simulation 165 gelesen und geschrieben. Die Blöcke im Prozessmodul 100a übertragen jedoch weiterhin dieselben Parameter und andere Informationen an die Prozessgrafik und das Steuerungsmodul und empfangen weiterhin Informationen von der Prozessgrafik 100 (zur letztendlichen Nutzung in der hochqualitativen Simulation 165) und dem Steuerungsmodul 29.
Diese Art der Verwendung des Prozessmoduls ermöglicht folglich einen einfachen und bequemen Anschluss eines hochqualitativen Simulationsprogramms (eines Software-Produkts) in einer Prozessanlage in einer Weise, die einem Operator, Techniker etc. (unter Verwendung des dem Prozessmodul 100a zugeordneten Prozessgrafikdisplays 100) eine Einsichtnahme und Nutzung ermöglicht. Insbesondere können die Stromparameter der Prozessmodule mit in der hochqualitativen Simulation modellierten Strömen verbunden oder diesen zugeordnet werden, wobei die Pfade innerhalb des Prozessmoduls automatisch strukturiert oder den Pfaden innerhalb der hochqualitativen Simulation zugeordnet werden können. Praktisch werden die Prozessmodule in diesem Falle als Variable oder Daten-Platzhalter verwendet, die eine bequeme Abbildung von Daten in dem hochqualitativen Simulationsprogramm auf die in der Steuerungs- und Simulationsumgebung der Prozessanlage verwendeten Steuerungsmodule und Grafikdisplays ermöglichen.
Darüber hinaus reduzieren oder eliminieren die Prozessmodule und die zugehörigen Grafikdisplays die Notwendigkeit der Bereitstellung eines eigenen Displays für die hochqualitative Simulation, das nach dem Stand der Technik typischerweise mit hohen Kosten für den Benutzer vom Anbieter der hochqualitativen Simulation erzeugt wird. Da die Prozessmodule bereits mit den Grafikdisplays verbunden sind, wenn die Prozessmodule mit einen hochqualitativen Simulationsprogramm verbunden werden, können die Grafikdisplays stattdessen dazu verwendet werden, von dem hochqualitativen Simulationsprogramm berechnete Informationen für den Benutzer bereitzustellen und den Benutzer oder Operator in die Lage zu versetzen, Einfluss auf die Eingaben in das hochqualitative Simulationsprogramm zu nehmen. Da die Prozessmodule kommunikativ mit den Steuerungsmodulen verbunden sind, können die von dem hochqualitativen Simulationsprogramm generierten Parameter oder Daten ferner in den Steuerungsmodulen für die Durchführung von Online-Steuerungsaktivitäten genutzt werden. Bei dieser Art der Nutzung der Prozessmodule kann ein hoch-qualitatives Simulationsprogramm nicht nur in die Steuerungsmodule integriert, sondern auch parallel zu diesen ausgeführt werden.
Aus dem oben Gesagten geht hervor, dass die Prozessmodule und Grafikdisplays in integraler Weise erzeugt und ausgeführt werden können, damit ein Operator einen Abschnitt der Prozessanlage 10 zusammen mit dem Prozessmodul, das die von dem Grafikdisplay dargestellte Prozessanlage simuliert, betrachten kann. Vorteilhafterweise können das Prozessmodul und das Grafikdisplay zusätzlich in ein oder mehrere Steuerungsmodule, von dem bzw. denen Steuerungsaktivitäten bezüglich des Abschnitts oder Teils der Prozessanlage durchgeführt werden, integriert (z.B. kommunikativ damit verbunden) werden. Das heißt, dass die in 1 dargestellten Steuerungsmodule 29 in eines oder mehrere der in 1 dargestellten Prozessmodule 39 und Grafikdisplays 35 kommunikativ integriert werden können. Natürlich können die Steuerungsmodule 29, die Prozessmodule 39 und die Grafikdisplays 35 auch in beliebigen anderen Computern oder Vorrichtungen innerhalb der Anlage 10 implementiert werden, die nicht in 1 dargestellt sind, wenn dies in einem bestimmten Fall gewünscht wird oder erforderlich ist.
In 7A und 7B wird die Integration eines Steuerungsmoduls 29, eines Prozessmoduls 39 (das als Teil eines Simulationssystems verwendet wird) und eines Grafikdisplays 35 ausführlicher dargestellt. Im Einzelnen umfasst das Grafikdisplay 35 ein mit einem Eingang eines Umlaufbehälters 182 verbundenes Ventil 180 und eine Pumpe 184 mit einem Ventil 186, das in Reihe mit einem Ausgang des Umlaufbehälters 182 geschaltet ist. Die Elemente 180–186 sind über Rohrleitungsverbindungselemente (nicht bezeichnet) miteinander verbunden. An den Eingängen und Ausgängen des Grafikdisplays 35 sind Stromelemente zur Festlegung der Materialströme an diesen Punkten vorgesehen.
Im Ergebnis der Konfiguration des Grafikdisplays 35 umfasst das Prozessmodul 39, das zeitgleich mit dem Grafikdisplay 35 erzeugt werden kann, Prozesssimulationselemente in der Form eines Ventilelements 180a, eines Behälterelements 182a, eines Pumpenelements 184a und eines Ventilelements 186a, die den im Grafikdisplay 35 abgebildeten realen Elementen entsprechen. Das Steuerungsmodul 29, das mindestens einige der dem Grafikdisplay 35 zugeordneten (in diesem abgebildeten) realen Elemente steuert, umfasst einen Satz miteinander verbundener Funktionsblöcke, die Steuerungsaufgaben in oder in Verbindung mit den von dem Grafikdisplay 35 und dem Prozessmodul 39 abgebildeten Elementen übernehmen. In diesem Beispiel umfasst das Steuerungsmodul 29 zwei Regelschleifen 190 und 192. Die erste Regelschleife 190 weist einen Funktionsblock für einen Analogeingang (AI) auf, der Informationen über den Zustrom von Flüssigkeit in den Behälter 182 empfängt, einen Funktionsblock für eine Proportional-Integral-Differential (PID)-Steuerung, der PID-Steuerung ausführt, und einen Funktionsblock für einen Analogausgang (AO), der das Ventil 180 betätigt, um den gewünschten Zustrom von Material in den Behälter 182 zu bewirken. Ähnlich umfasst die Regelschleife 192 einen AI-Funktionsblock, der Informationen über den von einem Füllstandssensor in dem Behälter 182 gemessenen Füllstand liefert, einen PID-Steuerblock und einen AO-Funktionsblock, der von dem PID-Steuerblock ein Steuersignal für die Betätigung des Ventils 186 zum Regeln des Flüssigkeitsstands im Behälter 182 empfängt. Das Steuerungsmodul 29 umfasst ferner einen Funktionsblock für einen diskreten Eingang (DI), der beispielsweise den Ein-/Aus-Zustand oder den Betrieb der Pumpe 184 anzeigt und, falls gewünscht, von den Regelschleifen 190 und 192 für Steuerungsaktivitäten hinsichtlich des Behälters 182 genutzt werden kann.
Es versteht sich, das jedes Element des Grafikdisplay 35, des Prozessmoduls 39 und des Steuerungsmoduls 29 mit anderen dieser Elemente kommunizieren kann (über zugeordnete Kommunikations-Tags), um zwischen diesen verschiedenen Objekten Informationen auszutauschen, um auf diese Weise bessere oder erweiterte Steuerungs-, Simulations- und Operator-Displays bereitzustellen, wie im Folgenden ausführlicher erläutert. So kann zum Beispiel, wie in 7B dargestellt, der PID-Steuerblock der Schleife 190 so konfiguriert werden, dass er dem Grafikdisplay 35 Informationen für die Anzeige des von dem PID-Steuerungselement genutzten aktuellen Durchfluss-Sollwerts liefert, oder dass er den im Steuerungsmodul 29 zu verwendenden Sollwert aus dem Grafikdisplay 35 ausliest, wie durch die mit Pfeilen versehenen Linien zwischen diesen Elementen angezeigt. Auf ähnliche Weise kann das Behälterelement 182a des Prozessmoduls 39 einen Simulationsausgang für den AI-Funktionsblock der Regelschleife 192 des Prozesssteuerungsmoduls 29 bereitstellen, der den von dem Simulationsalgorithmus in dem Element 182a ermittelten simulierten Füllstand des Behälters anzeigt. Dieser simulierte Behälterfüllstand kann auch auf dem Grafikdisplay 29 als zusätzliche Information für die Einsichtnahme durch den Operator dargestellt werden.
Wenn dies gewünscht wird, kann der AO-Block der Regelschleife 192 Informationen an das Ventil 186 des Grafikdisplays 35 liefern und von diesem erhalten. Zusätzlich kann der AO-Funktionsblock der Schleife 192 so konfiguriert werden, dass er seinen Steuerungsausgang dem Ventilelement 186a des Prozessmoduls 39 bereitstellt. In diesem Fall kann das Ventilelement 186a einen vorhergesagten Wert für die Ventilstellung mit einem in der Regelschleife 192 gemessenen tatsächlichen Wert der Ventilstellung vergleichen, um festzustellen, ob in dem realen Element möglicherweise eine Störung vorliegt. Für den Fall, dass die Differenz einen bestimmten Betrag überschreitet, kann das Prozessmodul 39 eine Software enthalten, die auf dem Grafikdisplay 35 einen Alarm oder eine Warnung generiert, der bzw. die ein potentielles Problem in der Prozessanlage, wie zum Beispiel einen defekten Sensor etc., anzeigt. Wie ebenfalls in 7B dargestellt, kann das Ventilelement 186a dem Grafikdisplay 35 eine simulierte Messung oder einen simulierten Parameter signalisieren, die bzw. der dem Operator angezeigt oder zur Verfügung gestellt werden soll. Eine solche simulierte Messung oder ein solcher simulierter Parameter kann einen simulierten oder vorhergesagten Austrittsstrom des Ventils 186 oder einen beliebigen anderen simulierten Parameter anzeigen, der dem Ventil 186 zugeordnet ist. Natürlich können den Elementen in dem Grafikdisplay 35, dem Prozessmodul 39 und dem Steuerungsmodul 29 auch beliebige andere gewünschte Informationen oder Daten, einschließlich tatsächlich gemessener Daten, simulierter Daten oder Grafikdisplaydaten, zugeführt werden, um die Steuerung, die Simulation oder die Darstellung zu verbessern oder zu erweitern.
Allgemein gesagt, bietet die Möglichkeit ein Prozessmodul in ein Steuerungsmodul und, falls dies gewünscht wird, zusätzlich in ein Grafikdisplay zu integrieren, zahlreiche Vorteile. In einem Fall kann die von dem Prozessmodul durchgeführte Simulation, wie oben erwähnt, eine simulierte oder vorhergesagte Messung, einen simulierten oder vorhergesagten Parameter oder einen anderen simulierten oder vorhergesagten Prozesswert mit einem von dem Steuerungsmodul bereitgestellten gemessenen oder berechneten Parameter vergleichen, um potentielle Probleme innerhalb des Systems zu erkennen. So kann zum Beispiel eine große Differenz zwischen dem von dem Prozessmodul 39 berechneten und dem im Prozess selbst gemessenen Austrittsstrom des Ventils ein Grund sein, einen Alarm zu generieren, der anzeigt, dass an einem Gerät ein Problem besteht. Umgekehrt kann das Steuerungsmodul 29 anhand eines simulierten Parameters eine bessere Steuerung in einer Situation bewirken, in der dem Steuerungsmodul 29 bekannt ist, dass ein defekter Sensor oder ein anderes Element nicht mehr aktiv oder für das Steuerungsmodul verfügbar ist. In diesem Fall kann das Steuerungsmodul 29 automatisch einen gemessenen Wert oder Parameter (der als fehlerhaft bekannt sein kann oder der einen schlechten Zustand aufweist etc.) durch einen von dem Prozessmodul entwickelten simulierten Ausgang ersetzen, ohne dass der Operator eingreifen und dass der Prozess abgefahren werden muss. Die Anzeige simulierter ebenso wie tatsächlicher Steuerungsdaten auf demselben Display kann dem Operator oder Benutzer auch das Erkennen von Problemen in der Anlage erleichtern, was in einem Simulationsmodus und für die Durchführung besserer Entwicklungsaktivitäten etc. hilfreich sein kann.
8 zeigt in einer detaillierteren Darstellung, wie ein Steuerungsmodul 200 kommunikativ in ein Prozessmodul 202 (und dadurch in ein beliebiges dem Prozessmodul 202 zugeordnetes Grafikdisplay) integriert werden kann. Das Steuerungsmodul 200 in 8 umfasst drei AI-Funktionsblöcke 204, 205 und 206, deren Ausgänge mit einem Steuerungsfunktionsblock 207 verbunden sind, der beispielsweise ein Steuerblock mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen, wie zum Beispiel ein modellprädiktiver Steuerungs-Funktionsblock (MPC-Funktionsblock) sein kann. Drei Steuerungsausgänge des Steuerblocks 207 werden an Steuerungseingänge von drei AO-Funktionsblöcken 208, 209 und 210 übergeben, die beispielsweise Ventile innerhalb eines Prozesses steuern können, die verschiedene zu mischende Flüssigkeiten für einen Mischer bereitstellen.
Das Prozessmodul 202 ist dem Abschnitt des Prozesses zugeordnet, in dem sich der Mischer und die vom Steuerungsmodul 200 gesteuerten Ventile befinden. Im Einzelnen weist das Prozessmodul 202 Ventile (Betätigungselemente) 211, 212 und 213 auf, die den Zustrom von drei Strömen (durch Pfeile auf der linken Seite des Prozessmoduls 202 dargestellt) zu einem Mischerelement 214 simulieren. Ein Ventilelement 215 simuliert den Austritt von Flüssigkeit aus dem Mischerelement 214, um einen Austrittsstrom auf der rechten Seite des Prozessmoduls 202 festzulegen, wobei ein Geberelement 217 die gemessene Zusammensetzung der aus dem Mischerelement 214 austretenden Flüssigkeit anzeigen (oder simulieren) kann. Es ist anzumerken, dass die Verbindungselemente der besseren Übersichtlichkeit halber als einfache Linien in dem Prozessmodul 202 dargestellt sind.
In diesem Fall können die AO-Funktionsblöcke 208–210 den Betrieb der Ventile in der von den Ventilen 211–213 (im Prozessmodul 202) dargestellten Prozessanlage steuern, während die Steuerungseingänge zu den AI-Funktionsblöcken 204–206 von einem Zusammensetzungssensor, einem Durchflusssensor oder einem anderen Sensor in der Prozessanlage, der durch den Geber 217 (im Prozessmodul 202) dargestellt wird, bereitgestellt werden können.
Wie ersichtlich, können logische Elemente innerhalb des Prozessmoduls 202 und des Steuerungsmoduls 200 kommunikativ miteinander verbunden werden, um Informationen aus dem Prozessmodul 202 in gewünschter oder zweckmäßiger Weise an das Steuerungsmodul 200 und umgekehrt zu übergeben. In einem Beispiel kann eine Kommunikationsverbindung (durch die gestrichelte Linie 218 dargestellt) zwischen dem Ausgang des Geberelements 217 des Prozessmoduls 202 (das die simulierte Messung der Materialzusammensetzung im Mischer 214 angibt) und einem simulierten Eingang SIM_IN des AI-Blocks 216 in dem Prozesssteuerungsmodul 200 konfiguriert werden. Auf diese Weise wird die simulierte Messung des Flüssigkeitsstands im Mischer 214 an den AI-Block 206 übergeben, und der AI-Block 206 kann diesen simulierten Eingang nutzen, wenn beispielsweise das Signal am Steuerungseingang (IN) des Blocks einen schlechten Zustand aufweist oder aus irgend einem Grunde als defekt bekannt ist. Auf diese Weise kann der AI-Block 206 weiterhin einen Näherungswert der dem AI-Block 206 zugeordneten Messung bereitstellen, wenn die tatsächliche reale Messung nicht gültig oder nicht verfügbar ist, und auf diese Weise das Steuerungsmodul 200 befähigen, weiterhin zu funktionieren und die Steuerung auch mit einem defekten Sensor aufrechtzuerhalten. Eine solche Verbindung kann das Steuerungsmodul 200 auch befähigen, in einem simulierten Modus abzulaufen, bei dem (von dem Simulationsprozess 202 gelieferte) gültige Simulationsdaten während einer Offline-Operator-Schulung oder zum Testen des Steuerungsmoduls 200 genutzt werden.
Stattdessen oder zusätzlich kann eine Kommunikationsverbindung (durch die gestrichelte Linie 219 dargestellt) zwischen dem Ausgang des AO-Blocks 208 im Prozesssteuerungsmodul 200 und einem Eingang des Ventilelements 211, welches das reale, von dem AO-Block 208 in der Prozessanlage gesteuerte Ventil modelliert, konfiguriert werden. Hier kann das Ventilelement 211 anhand von aus dem realen Ventil erhaltenen oder an das reale Ventil gesendeten Daten feststellen, ob die simulierten Daten (d.h. die von dem SIM-Block des Ventilelements 211 berechneten Messungen und Parameter) richtig sind oder den in der realen Steuerungsroutine 200 genutzten Daten entsprechen. Wenn eine signifikante Differenz vorliegt, kann das Prozessmodul 202 einen Alarm oder eine Warnung generieren, der bzw. die ein potentielles Problem anzeigt, oder die realen Daten für eine bessere oder genauere Simulation innerhalb des Prozessmoduls 202 nutzen. So kann zum Beispiel das Ventilelement 211 die tatsächlichen Steuerungsdaten im SIM-Block für die Stellung des Ventilelements 211 dazu verwenden, die tatsächliche Ventilstellung in der Simulation widerzuspiegeln. Natürlich können auch andere Verbindungen zwischen den Elementen in dem Prozessmodul 202 und dem Steuerungsmodul 200 hergestellt werden, um einen Datenfluss in beiden Richtungen zwischen diesen beiden Modulen für eine erweiterte Steuerung und/oder Simulation bereitzustellen. Des Weiteren können beliebige Daten aus dem Prozessmodul 202 oder dem Steuerungsmodul 200 über ein dem Prozessmodul 202 zugeordnetes Grafikdisplay automatisch für den Operator zur Verfügung gestellt werden.
9 zeigt ein Simulationssystem 250 für einen Teil oder einen Abschnitt einer Prozessanlage, wobei das Simulationssystem 250 aus mehreren Simulationsblöcken 252, 254 und 256 und, falls gewünscht, intelligenten Verbindungselementen 260 und 262 für die Verbindung der Simulationsblöcke 252, 254 und 256 besteht. Es versteht sich, dass das Simulationssystem 250 in bestimmten Ausführungsbeispielen parallel zu einer Prozesssteuerungsroutine ausgeführt werden kann (z.B. zeitgleich oder in Verbindung mit dieser), die in der realen Prozessanlage abläuft, und dass das Simulationssystem 250 mit den Komponenten der Prozessanlage (oder mit dem Steuerungssystem der Prozessanlage) in einer im Folgenden ausführlicher beschriebenen Weise verbunden werden kann, um erweiterte und genauere Simulationsaktivitäten durchzuführen.
Wie in 9 dargestellt, umfasst ein Pumpensimulationsblock 252 insbesondere eine Simulationsroutine 271, die ein oder mehrere Prozessmodelle 272 (z.B. Ausrüstungsmodelle) implementiert oder nutzt, um den Betrieb eines Abschnitts einer Prozessanlage, beispielsweise den Betrieb einer Ausrüstungskomponente innerhalb der Prozessanlage, zu simulieren. Im Einzelnen simuliert oder schätzt die Simulationsroutine 271 anhand verschiedener Eingänge zum Block 252, wie sie beispielsweise von anderen Simulationsblöcken, einem Steuerungssystem, einem Nutzer etc. bereitgestellt werden, die von oder an der realen Pumpenvorrichtung innerhalb der simulierten Prozessanlage entwickelte(n) Durchfluss-, Druck- und/oder andere(n) Prozessvariable(n). Diese Durchfluss-, Druck- und/oder anderen simulierten Variablen werden zusammen mit anderen Kennwerten der gepumpten Flüssigkeit oder des gepumpten Materials, wie zum Beispiel Viskosität, Materialbilanz etc., an ein Verbindungsobjekt 260 übergeben, das diese Messungen an den Ventilsimulationsblock 254 weitergibt. Wenn gewünscht, kann als Verbindungsobjekt 260 ein intelligentes Verbindungsobjekt verwendet werden, das die von dem Block 252 auf der Basis des simulierten Betriebs der Verbindungsstruktur innerhalb der Prozessanlage entwickelten simulierten Ausgangsvariablen verarbeitet, um für den Simulationsblock 254 simulierte Durchflusselemente, Druckelemente etc. bereitzustellen. Das Verbindungsobjekt 260 muss natürlich kein intelligentes Verbindungsobjekt sein, sondern könnte auch einfach als Link zwischen dem Pumpensimulationsblock 252 und dem Ventilsimulationsblock 254 ausgeführt werden, um eine Anzeige der von dem Pumpensimulationsblock 252 entwickelten und ausgegebenen Druck-, Durchfluss- oder anderen simulierten Prozessvariablen zu liefern.
Ebenso weist der Ventilsimulationsblock 254 eine Simulationsroutine 273 auf, die ein oder mehrere Prozessmodelle 274 (die möglicherweise auch Ausrüstungsmodelle enthalten können) umfasst und nutzt, um den Betrieb eines Ventils basierend auf den dem Ventil zugeordneten Messungen oder Bedingungen (Ventilstellung etc.) und den von dem Verbindungsobjekt 260 bereitgestellten simulierten Eingängen zum Ventilsimulationsblock 254 zu modellieren. Auch in diesem Fall kann die Simulationsroutine 273 die Prozessmodelle 274 dazu verwenden, den Betrieb eines realen Ventils innerhalb der Prozessanlage in beliebiger bekannter Weise zu simulieren, um dadurch eine oder mehrere simulierte Ausgangsvariablen zu erzeugen, wie zum Beispiel einen simulierten Austrittsstrom des Ventils, einen simulierten Druck am Ausgang des Ventils, eine simulierte Temperatur der Flüssigkeit in dem oder an dem Ausgang des Ventils etc. Anzeigen dieser simulierten Prozessvariablen können an das Verbinderobjekt 262 übergeben werden, das diese Variablen verarbeiten kann, um Eingänge zum Reaktorsimulationsblock 256 bereitzustellen. Auch in diesem Fall kann das Verbinderobjekt 262 natürlich eine einfache Kommunikationsverbindung sein, welche den Ausgang (die Ausgänge) des Ventilsimulationsblocks 254 an den Eingang des Reaktorsimulationsblocks 256 übergibt.
Wie in 9 gezeigt, weist der Reaktorsimulationsblock 256 außerdem eine Simulationsroutine 275 auf, die ein oder mehrere Prozessmodelle 276 nutzt, um den Betrieb eines Reaktors innerhalb der Prozessanlage zu simulieren, basierend auf Reaktorzuständen und Variablen (Ausrüstungsvariablen) und den von dem Verbinderobjekt 262 bereitgestellten Eingängen zum Reaktorsimulatorblock 256. Die Prozessmodelle 276 werden zur Erzeugung eines oder mehrerer simulierter Ausgänge des Reaktors genutzt, wie z.B. Prozess-Flüssigkeitstemperatur, Druck, Materialbilanzen etc. Wenn, wie hier, die Prozesssimulation in Form eines oder mehrerer Blöcke implementiert wird, welche die Prozessausrüstung repräsentieren, ist klar, dass die Ausgänge dieser Blöcke die auf der Basis der Eingänge zu den Prozesssimulationsblöcken berechneten simulierten Prozessbedingungen repräsentieren.
Als Prozessmodelle 272, 274 und 276 können Prozessmodelle beliebiger Art, einschließlich parametrischer und nicht parametrischer Prozessmodelle, gewählt werden. Die Prozessmodelle 272, 274 und 276 können beispielsweise First Principle Models (Erste-Prinzipien-Modelle) sein, wie zum Beispiel Prozessmodelle erster Ordnung plus Totzeit, Prozessmodelle, die eine Reihe von Impuls- oder Sprungantwort-Eingabe/Ausgabe-Kurven reflektieren, die auf während des Betriebs vorgenommenen tatsächlichen Messungen basieren, d.h. Modelle, die typischerweise in modellpräditiven Steuerungsverfahren (MPC), neuronalen Netzwerkmodellen, Fuzzy-Logik-Modellen, Prozessmodellen der Art, wie sie in dem am 26. September 2006 erteilten US-Patent Nr. 7,113,834 mit dem Titel "State Based Adaptive Feedback Feedforward PID Controller" und dem am 10. Juni 2003 erteilten US-Patent Nr. 6,577,908 mit dem Titel "Adaptive Feedback/Feedforward PID Controller" offenbart werden, wobei die Offenlegungen der genannten Patente hiermit ausdrücklich durch Referenz in diese Anmeldung einbezogen werden, oder Prozessmodelle jeder beliebigen anderen Art. Ferner können die in den Simulationsblöcken 252, 254 und 256 verwendeten Modelle auf jede beliebige Weise erzeugt werden, beispielsweise durch einen Benutzer oder einen Konstrukteur speziell zum Zwecke der Simulation. In einigen Fällen können diese Modelle jedoch auch von einem Abschnitt eines Online-Steuerungssystems kopiert werden, das Prozessmodelle zur Durchführung von Steuerungs- oder Optimierungsaktivitäten nutzt. So generieren MPC-Controller zum Beispiel typischerweise ein Prozessmodell zur Nutzung durch den Controller bei Online-Steuerungsaktivitäten, wobei dieses Prozessmodell zur Nutzung bei der Durchführung von Simulationsaktivitäten für den MPC-Controller oder einen Abschnitt der von dem MPC-Controller gesteuerten Anlage in einen oder mehrere relevante oder zugehörige Simulationsblöcke importiert werden kann.
Abgesehen davon, dass die Konfiguration eines Simulationssystems der in 9 dargestellten Art für Offline-Simulationsaktivitäten eingesetzt werden kann, wurde erkannt, dass es auch möglich ist, das Simulationssystem 250 in einem Online- oder Parallel-Modus zu der Prozessanlage zu betreiben und dabei automatisch oder halbautomatisch die Prozessmodelle 272, 274 und 276 zu aktualisieren, um Veränderungen in der realen Prozessanlage zu berücksichtigen, die nach Erzeugung des Simulationssystems 250 auftreten können, um dadurch ein besseres oder genaueres Simulationssystem bereitzustellen. Insbesondere ist es durch Hinzufügen zusätzlicher Standard-Eingänge zu den Simulationsblöcken des Simulationssystems 250, beispielsweise zu den Blöcken 252, 254 und 256, bei denen die Standard-Eingänge tatsächliche Prozessmessungen darstellen, die den Ausgangsparametern der Simulationsblöcke 252, 254 und 256 zugeordnet sind (z.B. den Block-Ausgangsparametern entsprechen), möglich, als Teil des Simulationsalgorithmus die von den Simulationsblöcken 252, 254 und 256 genutzten Prozessmodelle 272, 274 und 276 automatisch zu korrigieren, um die Differenz zwischen den berechneten (simulierten) Ausgängen und den tatsächlichen Messungen des im ablaufenden oder Online-Prozess gemessenen Parameters auszugleichen.
So weisen die in 9 dargestellten Simulationsblöcke 252, 254 und 256 jeweils einen Modellregenerierungsblock 280 auf, der basierend auf Rückmeldungen, die ihn aus dem realen Prozess und/oder, falls gewünscht, von einem Nutzer erreichen, dazu verwendet werden kann, die Prozessmodelle 272, 274 und 276 innerhalb der Prozesssimulationsblöcke 252, 254 und 256 periodisch zu aktualisieren oder zu regenerieren. Dabei können die Modellregenerierungsblöcke 280 eine Messung nutzen, die für eine tatsächliche Prozessvariable (z.B. eine innerhalb der Prozessanlage und beispielsweise von dem Steuerungssystem gemessene Prozessvariable) kennzeichnend ist, und diese gemessene Prozessvariable (PV) mit dem Ausgang des Simulationsblocks vergleichen, der der gemessenen Prozessvariablen (für denselben Zeitpunkt wie die gemessene Prozessvariable) entspricht. Anhand dieses Vergleichs kann der Modellregenerierungsblock 280 die bei der Entwicklung des simulierten Ausgangs innerhalb des Prozesssimulationsblocks verwendeten Prozessmodelle aktualisieren oder regenerieren. Dementsprechend wird eine einzelne PV-Durchflussmessung 282 als Rückmeldung von der Prozessanlage (z.B. von dem in der Prozessanlage verwendeten Steuerungssystem) zu dem Ventilsimulationsblock 254 dargestellt, die von dem Modellregenerierungsblock 280 innerhalb des Ventilsimulationsblocks 254 genutzt werden soll. Hier ist oder vertritt die PV-Durchflussmessung 284 den gemessenen Austrittsstrom des Ventils innerhalb der Prozessanlage, das von dem Ventilsimulationsblock 254 simuliert wird. Ebenso werden in 9 eine PV-Druckmessung 286 und eine PV-Temperaturmessung 288 als Rückmeldung an den Reaktorsimulationsblock 256 zur Nutzung durch den Modellregenerierungsblock 280 des Reaktorsimulationsblocks 256 dargestellt. In diesem Fall vertreten die PV-Druckmessung 286 und die PV-Temperaturmessung 288 tatsächliche Messungen des Drucks und der Temperatur am Ausgang des Reaktors, der von dem Reaktorsimulationsblock 256 simuliert wird. Selbstverständlich können auch andere Arten und Anzahlen von PV-Messungen an die Simulationsblöcke 252, 254 und 256 rückgemeldet werden, wobei Art und Identität dieser Messungen typischerweise unter Zugrundelegung typischer Eigenschaften des jeweils ausgeführten Prozessmodells oder der jeweils ausgeführten Simulation ausgewählt werden.
In jedem Fall können sich die Simulationsblöcke 252, 254 und 256 bei Verwendung dieser gemessenen Rückmeldungssignale aus der Prozessanlage verändern oder im laufenden Betrieb der Prozessanlage aktualisiert werden, um den Prozessfluss genauer widerzuspiegeln. Im Zuge dieser Aktualisierung können auf die Ausgänge dieser Modelle anzuwendende Ausgleichs- oder Aktualisierungsfaktoren berechnet werden. Auf diese Weise passt sich das Simulationssystem 250 an sich ändernde Bedingungen innerhalb der Prozessanlage, an nicht modellierte Änderungen, an in die Anlage eingeführte oder dieser zugeordnete Nichtlinearitäten und an andere Veränderungen in der Anlage an, um eine genauere Simulation zu ermöglichen.
Abgesehen davon, dass sie eine bessere Simulation durchführen und daher genauere simulierte oder vorhergesagte Prozessvariablen erzeugen, können die von dem Simulationssystem 250 entwickelten angepassten oder regenerierten Prozessmodelle 272, 274 und 276 auch exportiert werden (periodisch oder bei Regenerierung), um andere Aktivitäten innerhalb der Prozessanlage durchzuführen, wie zum Beispiel Steuerungsaktivitäten, Benutzerschnittstellenaktivitäten, Optimierungsaktivitäten etc. So können zum Beispiel in den Simulationsblöcken 252, 254 und 256 generierte oder aktualisierte Sprung- oder Impulsantwortmodelle an einen MPC-Controller übergeben werden, um eine MPC-Matrix und die MPC-Steuerung zu generieren. Ein Beispiel eines kombinierten MPC- und Optimierersystems, in dem diese vom Simulationssystem erzeugten aktualisierten Modelle für eine MPC-Controller-Generierung, Optimierergenerierung etc. verwendet werden können, wird in dem am 23. Mai 2006 erteilten US-Patent Nr. 7,050, 863 mit dem Titel "Integrated Model Predicted Control and Optimization within a Process Control System" offenbart, wobei die Offenlegung des genannten Patents hiermit ausdrücklich durch Referenz in diese Anmeldung einbezogen wird. So kann in diesem Fall ein Simulationsblock erzeugt werden, der mittels eines Sprungantwortmodells oder eines finiten Impulsantwortmodells eine komplexe Ausrüstungskomponente, eine Prozess-Regelschleife oder eine Prozessantwort simuliert. Für eine Simulation dieser Art ist zum Beispiel der Block DeltaV MPC.SIM ausgelegt. Wenn diese Lösung gewählt wird, kann auf einfache Weise eine Korrektur für Online-Messungen, die der in der MPC-Steuerung durchgeführten Korrektur ähnlich ist, implementiert werden, um die Prozessmodelle 272, 274 und 276 zu ändern oder zu korrigieren. Ebenso können die Prozessmodelle 272, 274 und 276 auch Modelle anderer Art sein, beispielsweise Modelle der in den US-Patenten Nrn. 6,577,908 und 7,113,834 beschriebenen Art, und können daher in einer in diesen Patenten beschriebenen adaptiven PID-Steuerungstechnik erneut Verwendung werden. Im Ergebnis können die Simulationsblöcke 272, 274 und 276 ganz oder teilweise unmittelbar in das Steuerungssystem rückübertragen und für die Steuerung der Prozessanlage genutzt werden. Wenn gewünscht, können darüber hinaus verschiedene Sätze oder Kombinationen von Prozessmodellen aus verschiedenen Simulationsblöcken kombiniert und zur Nutzung in Online-Prozessfunktionen, wie zum Beispiel Steuerungs- und Optimiererfunktionen, rückübertragen werden. Des Weiteren kann in einem Fall ein Prozessmodell für eine bei Online-Steuerungsaktivitäten eingesetzte Steuerungs- oder Optimierer- oder andere Routine entwickelt, aus dem Steuerungssystem in das Simulationssystem importiert, in dem Simulationssystem wie oben beschrieben aktualisiert und dann zur Nutzung durch den Controller oder den Optimierer, für den das nicht angepasste Modell ursprünglich erzeugt wurde, an das Steuerungssystem (im aktualisierten oder angepassten Zustand) zurückgegeben werden.
Obwohl die Rückmeldung von Prozessmessungen für eine automatische Regenerierung der in den Simulationsblöcken 252, 254 und 256 verwendeten Prozessmodelle 272, 274 und 276 genutzt werden kann, können die in den Simulationsblöcken 252, 254 und 256 verwendeten Modelle 272, 274 und 276 in einigen Fällen auch durch manuelle Vorgabe eines Benutzers regeneriert werden. So kann es zum Beispiel vorkommen, dass eine Prozessvariablenmessung aus beliebigem Grunde, beispielsweise wegen eines defekten Sensors, eines Übertragungsproblems etc., nicht verfügbar ist, oder dass die gemessene Prozessvariable wegen eines der Messung zugeordneten Moduszustands als fehlerhaft (als möglicherweise ungenau) bekannt ist. In anderen Fällen können Prozessvariable offline gemessen werden, beispielsweise in einem Labor, und daher nicht unmittelbar aus dem Steuerungssystem der Anlage verfügbar sein. Des Weiteren kann es vorkommen, dass eine bestimmte Prozessvariable oder eine andere von einem der Modellregenerierungsblöcke 280 genutzte Variable nicht wirklich gemessen, sondern nur angenommen oder auf andere Weise von einem Benutzer bereitgestellt wird. In diesen Fällen ist es wünschenswert, einem Nutzer die Möglichkeit zu geben, eine Angabe des tatsächlichen Werts einer simulierten Prozessvariablen, die von den Modellregenerierungsblöcken 280 genutzt werden soll, bereitzustellen. Diese Technik wird in 9 durch die UI-Blöcke 290 und 292 (Benutzereingaben) veranschaulicht, die mit einer Benutzerschnittstelle oder anderen Vorrichtung verbunden sein oder kommunizieren können, die es einem Benutzer ermöglicht, eine Prozessvariable zu spezifizieren, die als die "richtige" oder "gemessene" Variable, die dem Ausgang des Simulationsblocks (254 oder 256) entspricht und daher für die Modellregenerierung zu nutzen ist, verwendet werden soll. Auf diese Weise kann ein Benutzer nicht nur veranlassen, dass die Simulationsblöcke 252, 254 und 256 die darin verwendeten Modelle regenerieren, sondern auch die für diese Regenerierung zu verwendenden Werte vorgeben. Auch wenn in der Zeichnung nur zwei UI-Blöcke für die Benutzersteuerung der Rückmeldung an die Simulationsblöcke 254 und 256 gezeigt werden, ist es selbstverständlich möglich, für jeden Simulationsblock eine beliebige Anzahl von UI-Rückmeldungspfaden oder -verbindungen für beliebige gewünschte Rückmeldungsvariablen bereitzustellen und diese UI-Verbindungen zusätzlich oder anstelle von Verbindungen zu Prozessvariablenmessungen bereitzustellen, die von Sensoren oder anderen Elementen innerhalb des Steuerungssystems vorgenommen werden.
Wenn für einen Simulationsblock sowohl eine gemessene Prozessvariable als auch eine vom Benutzer vorgegebene Variable bereitgestellt werden, kann der Simulationsblock außerdem eine dieser Eingaben als Primäreingabe verwenden und die andere Eingabe als Backup-Eingabe, die zu verwenden ist, wenn die Primäreingabe ausfällt, nicht verfügbar ist oder eindeutig falsche Ergebnisse liefert. So kann ein Simulationsblock beispielsweise für die Modellregenerierung automatisch oder primär das vom Prozesssteuerungsnetzwerk rückgemeldete gemessene PV-Signal nutzen. Wenn das gemessene PV-Signal ausfällt, nicht verfügbar ist, als fehlerhaft bekannt ist oder eindeutig falsche Ergebnisse liefert, kann der Modellregenerierungsblock 280 jedoch stattdessen die Benutzereingabe der Prozessvariablen nutzen.
Des Weiteren ist es möglich, als Teil des in einem der Simulationsblöcke 252, 254 oder 256 benutzten Simulationsalgorithmus nicht nur die aktuellen Werte, sondern auch die künftigen Werte der Ausgabeparameter des Blocks zu berechnen. So kann der Ventilsimulationsblock 254, wie in 9 gezeigt, beispielsweise an einer Benutzerschnittstelle (nicht dargestellt) für einen Benutzer ein Diagramm oder einen Trendverlauf 294 des simulierten Austrittsstroms des simulierten Ventils über einen bestimmten künftigen Zeitraum bereitstellen. Diese künftige Durchflusscharakteristik kann durch Betrieb des Simulationssystems 250 über einen gewissen Zeitraum entwickelt werden, um künftige Werte der Ausgangsvariablen über einen bestimmten künftigen Zeithorizont abzuschätzen. Ebenso kann der Reaktorsimulationsblock 256, wie in 9 gezeigt, ein Diagramm oder einen Trendverlauf 296 für die simulierte Ausgangstemperatur auf Basis der darin verwendeten Prozessmodelle oder anderen Algorithmen bereitstellen. Natürlich können Annahmen künftiger Prozessvariablen auch berechnet werden, beispielsweise mit Verfahren, die den unter MPC-Steuerung verwendeten Verfahren für Vorhersagen ähnlich sind. Einige dieser Verfahren werden ausführlicher im US-Patent Nr. 7,050,083 offenbart. Wenn gewünscht, können grafische Elemente oder grafische Schnittstellenelemente von den Simulationsblöcken 252, 254 und 256 bereitgestellt werden, um diese künftigen Werte für Zugriff und Einsichtnahme durch andere Applikationen, durch Benutzerschnittstellen innerhalb der Prozessanlage oder durch andere beteiligte Vorrichtungen zugänglich zu machen.
Ferner versteht es sich, dass die vorhergesagten künftigen Werte oder die simulierten künftigen Werte einer oder mehrerer Prozessvariablen oder anderer Simulationsergebnisse für die Regenerierung oder Aktualisierung von Prozessmodellen innerhalb der Simulationsblöcke in 9 zusätzlich zu, in Verbindung mit oder anstatt einer aktuell vorausgesagten Prozessvariablen und einer an einen Simulationsblock rückgemeldeten, aktuell gemessenen Prozessvariablen verwendet werden können. In diesem Fall können die für eine bestimmte Prozessvariable oder ein anderes Prozesselement berechneten künftigen Werte berechnet und gespeichert werden, und in der Folge kann der aktuelle Werte der Prozessvariablen zu den den einzelnen berechneten künftigen Werten entsprechenden Zeitpunkten gemessen werden. Die Differenz(en) zwischen den aktuell gemessenen Prozesselementwerten zu einem bestimmten Zeitpunkt und dem vorausgesagten künftigen Wert zu dem bestimmten Zeitpunkt können dann dazu verwendet werden, das Prozessmodell zu regenerieren, das in der Simulationsroutine verwendet wird, welche die künftigen Werte entwickelt. Die Verwendung künftiger Werte zum Regenerieren von Prozessmodellen ist insbesondere dann anwendbar, wenn es sich bei den Prozessmodellen um Sprungantwortmodelle oder Impulsantwortmodelle, beispielsweise finite Impulsantwortmodelle, handelt.
Somit können, wie anhand von 9 beschrieben, auf Basis eines Vergleichs eines berechneten Werts und eines gemessenen Werts für dasselbe Prozesselement tatsächliche Prozessmessungen in Simulationsblöcken für eine automatische Korrektur der in dem Simulationsblock verwendeten Prozessmodelle genutzt werden. Des Weiteren kann, wenn Prozessmessungen nicht oder nicht mehr verfügbar sind, beispielsweise wegen eines Ausfalls von Messmöglichkeiten, eine manuelle Eingabe des Werts dazu verwendet werden, das Prozessmodell auf Basis eines Vergleichs zwischen dem eingegebenen Wert und dem berechneten Wert zu korrigieren. Wenn die Prozesssimulation auf einer Sprung- oder finiten Impulsantwort oder anderen Techniken, wie zum Beispiel einem neuronalen Netzwerk, First Principle Models (Erste-Prinzipien-Modelle) oder anderen üblichen Techniken basiert, können die Prozessmodelle darüber hinaus auf Basis der Differenz zwischen dem/den berechneten Wert(en) und dem/den gemessenen Werten automatisch korrigiert werden. Im Einzelnen können dabei Techniken, die vorher im MPC-Modus verwendet worden sind, für Korrekturen des Prozessmodells (der Prozessmodelle) genutzt werden, beispielsweise auch für eine Fehlerkorrektur, bei der auf Basis der Differenz zwischen dem tatsächlichen gemessenen Wert und dem simulierten Wert eines Prozessparameters ein Korrekturfaktor berechnet und auf ein Prozessmodell (oder einen Ausgang eines Prozessmodells) angewendet wird, um auf diese Weise eine Abweichung zwischen dem Prozessmodell und der realen Prozessanlage zu eliminieren. Natürlich können auch andere Korrekturverfahren verwendet werden, wobei einige solcher Korrekturtechniken in der am 9. Dezember 2004 veröffentlichten US-Patentanmeldung Nr. 2004/0249483 A1 mit dem Titel "Multiple-Input/Multiple Output Control Blocks with Non-Linear Predictive Capabilities" (und insbesondere in dem 4 dieser Veröffentlichung betreffenden Beschreibungsteil) und in der am 30. September 2005 eingereichten US-Patentanmeldung Aktenzeichen 11/240,705 mit dem Titel "On-Line Adaptive Model Predictive Control in a Process Control System" (und insbesondere in dem 2–4 dieser Anmeldung betreffenden Beschreibungsteil, in dem ein Verfahren zum Ändern von Prozessmodellen innerhalb einer adaptiven MPC-Steuerungsroutine beschrieben wird) beschrieben werden, wobei die Offenlegungen der genannten Dokumente hiermit ausdrücklich durch Referenz in die vorliegende Anmeldung einbezogen werden.
Ferner können, wenn die Prozesssimulation auf einer Sprung- oder einer finiten Impulsantwort oder anderen Techniken, wie zum Beispiel einem neuronalen Netzwerk, First Principle Models (Erste-Prinzipien-Modelle) und anderen üblichen Techniken basiert, die künftigen Ausgangswerte berechnet und für eine Anzeige gespeichert werden. Auch in diesem Fall können für Modelle, die auf Sprung- und finiten Impulsantworten basieren, die vorher im MPC-Modus verwendeten Techniken zur Berechnung der künftigen Werte genutzt werden. Außerdem kann eine Prozesssimulationsumgebung Betrachtungselemente/-applikationen unterstützen, die es möglich machen, sowohl die aktuellen als auch die künftigen Ausgangswerte der Simulation anzuzeigen. So kann zum Beispiel ein Benutzerschnittstellenfenster bereitgestellt werden, um mit jeder gewünschten Betrachtungstechnik, wie zum Beispiel Trendkurven, Balkendiagrammen, numerischen Ausgaben und Diagrammen etc., den Trend künftiger Ausgangswerte darzustellen.
Wenn gewünscht, können die hier beschriebenen Prozessmodule Redundanzfunktionen innerhalb eines Prozesssteuerungsnetzwerks oder einer Prozessanlage bereitstellen und simulieren. Dabei können die Prozessmodule den Betrieb realer redundanter Elemente, wie zum Beispiel redundanter Vorrichtungen, redundanter Steuerblöcke etc. innerhalb der Prozessanlage simulieren und in der Lage sein, den Betrieb realer redundanter Elemente (beispielsweise auch bei Übernahme durch das Backup-Redundanzelement etc.) zu erkennen oder zu simulieren. Wenn dies gewünscht wird, kann außerdem ein Prozessmodul mit seinen Simulationsfähigkeiten anstelle eines von einem Paar redundanter Elemente innerhalb einer Prozessanlage eingesetzt werden. In diesem Fall kann das Prozessmodul (ganz oder teilweise) als Backup-Vorrichtung fungieren, die bei Ausfall der primären (und realen) Vorrichtung oder bei Erkennung eines mit dieser Vorrichtung verbundenen Problems Backup- oder Redundanzdaten (Signale, Berechnungen etc.) bereitstellt. In diesem Fall kann das als redundantes Element fungierende Prozessmodul auf eine beliebige bekannte Weise mit den Steuerungsmodulen (die Steuerungs- oder Erfassungsfunktionen wahrnehmen) kommunikativ verbunden werden, um die Redundanzfähigkeiten bereitzustellen. Diese Nutzung von Prozessmodulen als redundante Elemente innerhalb der Prozessanlage ist besonders dann zweckdienlich, wenn die Prozessmodule in der oben beschriebenen Weise mit einem oder mehreren hochqualitativen Simulationsprogrammen (High Fidelity Simulation Packages) verbunden sind.
Es versteht sich, dass die Funktionalität der hier beschriebenen intelligenten Prozessobjekte, grafischen Displayelemente und Prozessmodule in der Operator-Workstation 20 verwirklicht werden kann und nicht in die Controller, Feldvorrichtungen etc. innerhalb der Anlage 10 heruntergeladen und dort konfiguriert werden muss, was die Implementierung, Betrachtung, Änderung etc. dieser Funktionalität erleichtert. Ferner können mit dieser Funktionalität Festlegungen auf Systemebene leichter vorgenommen werden als innerhalb der Prozessvorrichtungen, Controller etc., da alle auf einer Systemebene gegebenen und die Vorrichtungen betreffenden Informationen typischerweise für die Operator-Workstation 20 im Allgemeinen und insbesondere für das Ausführungsprogramm 48 verfügbar sind, während diese Informationen typischerweise nicht sämtlich jedem Controller und jeder Feldvorrichtung innerhalb der Prozessanlage 10 zur Verfügung gestellt werden. Wenn dies vorteilhaft ist, kann jedoch ein Teil der den Prozessmodulen zugeordneten Logik, wie zum Beispiel Grundelemente, in die Vorrichtungen, Ausrüstungen und Controller innerhalb der Prozessanlage eingebettet werden. Die Nutzung intelligenter Prozessobjekte zur Erzeugung integrierter Prozesssteuerungsmodule und Grafikdisplays befähigt das Ausführungsprogramm 48, beispielsweise automatisch Leckagen zu erkennen und mit minimalem Konfigurierungsaufwand seitens des Benutzers intelligente Alarme zu erzeugen, Durchfluss- und Massenbilanzen innerhalb der Anlage 10 zu berechnen und zu verfolgen, Verluste innerhalb der Anlage 10 zu verfolgen und Diagnosen höherer Ebene für die Anlage 10 bereitzustellen, sowie den Betrieb der Anlage während der Entwicklung und Operator-Schulung zu simulieren.
10 zeigt eine Möglichkeit, das Ausführungsprogramm 48 und die von diesem genutzten Prozessmodule und Grafikdisplays in eine Prozessanlage mit einer verteilten Steuerungsstrategie zu integrieren. Wie in 10 gezeigt, stellen die von den Prozessmodulen erzeugten oder diesen zugeordneten Displayklassen-Definitionen 220 während der Ausführung durch das Ausführungsprogramm 48 Displays für einen Operator bereit und werden an die Steuerungskonfigurationsdatenbank und die Programmierwerkzeuge 222 übergeben, die diese Displayklassendefinitionen innerhalb der Steuerungsstrategiedokumentation in jeder gewünschten Weise nutzen und organisieren können. Prozessalgorithmen 224 können vor Beginn der Laufzeit mit den Displayklassendefinitionen verbunden werden, worauf die Displayklassendefinitionen und die damit verknüpften Durchflussalgorithmen instanziert und an die Laufzeitumgebung 226 für Grafikdisplays/Prozessmodule (die in Form eines oder mehrerer Ausführungsprogramme 48 in einer oder mehreren Workstations implementiert werden kann) übergeben werden können. Die Laufzeitumgebung 126 für Grafikdisplays/Prozessmodule nutzt einen Downloadskript-Analysealgorithmus 228, um den Code während der Ausführung syntaktisch zu analysieren (d.h. eine unmittelbare Objektcodewandlung durchzuführen), und führt mit einem regelbasierten Ausführungsprogramm 230 Durchflussalgorithmen oder andere regelbasierte Abläufe aus, die für die Displayklassen bereitgestellt werden oder mit diesen verknüpft sind. Während dieses Prozesses kann die Laufzeitumgebung 226 für Grafikdisplays/Prozessmodule mit der Laufzeitumgebung 232 für das Steuerungsmodul kommunizieren, wobei diese in dem Prozess zugeordneten Controllern und Feldvorrichtungen ausgeführt werden kann, um für die Laufzeitumgebung 232 des Steuerungsmoduls Daten oder Informationen bereitzustellen oder auf Daten oder andere Informationen aus der Laufzeitumgebung 232 für das Steuerungsmodul zuzugreifen. Die Laufzeitumgebung 226 für Grafikdisplays/Prozessmodule kann natürlich unter Verwendung beliebiger gewünschter oder vorkonfigurierter Kommunikationsnetzwerke, wie zum Beispiel dem in 1 dargestellten Ethernet-Bus 24, mit der Laufzeitumgebung 232 des Steuerungsmoduls kommunizieren. Des Weiteren können zum Integrieren der hier beschriebenen Grafikdisplays, Prozessmodule und Steuerungsmodule in ein Standard-Prozesssteuerungssystem oder eine Prozessanlage auch andere Verfahren verwendet werden.
Nach erfolgter Implementierung kann jeder beliebige Teil der hier beschriebenen Software in einem beliebigen computerlesbaren Speicher, beispielsweise auf einer Magnetplatte, einer Laserplatte oder einem anderen Speichermedium, in einem RAM oder ROM eines Computers oder Prozessors etc., gespeichert werden. Ebenso kann diese Software unter Verwendung eines beliebigen bekannten oder gewünschten Übermittlungsverfahrens, beispielsweise auf einer computerlesbaren Platte oder einer anderen transportablen Computer-Speichereinrichtung oder über einen Übertragungskanal, wie zum Beispiel eine Telefonleitung, das Internet, das World Wide Web, ein beliebiges anderes lokales Datennetz oder überregionales Datennetz etc., an einen Nutzer, eine Prozessanlage oder eine Operator-Workstation übermittelt werden (wobei diese Art der Übermittlung als eine mit der Übermittlung solcher Software über ein transportables Speichermedium gleichzusetzende oder mit dieser austauschbaren Übermittlung angesehen wird). Ferner kann diese Software unmittelbar ohne Modulierung oder Verschlüsselung bereitgestellt oder mit einer beliebigen geeigneten Modulationsträgerwelle und/oder Verschlüsselungstechnik moduliert und/oder verschlüsselt werden, bevor sie über einen Kommunikationskanal übertragen wird.
Obwohl die Erfindung anhand bestimmter Beispiele beschrieben wurde, welche die Erfindung lediglich veranschaulichen und in keiner Weise begrenzen sollen, ist dem Fachmann klar, dass an den offenbarten Ausführungsbeispielen Änderungen, Ergänzungen oder Reduzierungen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

Simulationssystem für die Nutzung zur Simulation des Betriebs eines Abschnitts einer Prozessanlage, das Simulationssystem umfassend: einen oder mehrere Simulationsblöcke, die konfiguriert sind, um eine oder mehrere Ausrüstungskomponenten innerhalb der Prozessanlage zu simulieren, jeder Simulationsblock umfassend: ein Prozessmodell, das einen Abschnitt der Prozessanlage modelliert; eine Simulationseinheit, die das Prozessmodell nutzt, um den Betrieb des Abschnitts der Prozessanlage zu simulieren, um einen simulierten Ausgang für ein Prozesselement zu erzeugen, das mit dem Abschnitt der Prozessanlage verbunden ist; einen Eingang, der geeignet ist, eine Angabe eines tatsächlichen Wertes des Prozesselements zu übernehmen, der dem simulierten Ausgang für das Prozesselement entspricht; und eine Modellregenerierungseinheit, die die Angabe des tatsächlichen Wertes des Prozesselements mit dem simulierten Ausgang des Prozesselements vergleicht, um ein aktualisiertes Prozessmodell für die Nutzung durch die Simulationsroutine zu entwickeln.
Simulationssystem nach Anspruch 1, bei dem das Prozesselement eine Prozessvariable ist.
Simulationssystem nach Anspruch 2, bei dem die Prozessvariable für einen Durchfluss, eine Temperatur oder einen Druck in der Prozessanlage kennzeichnend ist.
Simulationssystem nach Anspruch 1, bei dem der Eingang kommunikativ verbunden ist, um eine Messung des Prozesselements während des Online-Betriebs der Prozessanlage zu übernehmen.
Simulationssystem nach Anspruch 1, bei dem der Eingang mit einer Benutzereingabeeinrichtung kommunikativ verbunden ist, um eine vom Benutzer bereitgestellte Angabe für den Wert des Prozesselements zu übernehmen.
Simulationssystem nach Anspruch 1, bei dem der Eingang kommunikativ verbunden ist, um ein Messsignal zu übernehmen, das kennzeichnend ist für eine tatsächliche Messung des Prozesselements während des Online-Betriebs der Prozessanlage, und um eine vom Benutzer bereitgestellte Eingabe zu übernehmen, die kennzeichnend ist für einen Wert des Prozesselements.
Simulationssystem nach Anspruch 6, bei dem die Modellregenerierungseinheit feststellt, ob das Messsignal verfügbar ist, und das Prozessmodell auf Basis des Messsignals regeneriert, wenn das Messsignal verfügbar ist, und das Prozessmodell auf Basis der vom Benutzer bereitgestellten Eingabe regeneriert, wenn das Messsignal nicht verfügbar ist.
Simulationssystem nach Anspruch 6, bei dem die Modellregenerierungseinheit entscheidet, ob das Messsignal gültig ist, und das Prozessmodell auf Basis des Messsignals regeneriert, wenn das Messsignal gültig ist, und das Prozessmodell auf Basis der vom Benutzer bereitgestellten Eingabe regeneriert, wenn das Messsignal nicht gültig ist.
Simulationssystem nach Anspruch 1, bei dem das Prozessmodell ein First-Principles-Modell ist.
Simulationssystem nach Anspruch 1, bei dem das Prozessmodell ein Impulsantwortmodell ist.
Simulationssystem nach Anspruch 10, bei dem die Modellregenerierungseinheit eine Fehlerkorrektur für das Prozessmodell bereitstellt, die auf der Differenz zwischen der Angabe des Wertes des Prozesselements und dem simulierten Ausgang für das Prozesselement basiert.
Simulationssystem nach Anspruch 1, bei dem das Prozessmodell ein Sprungantwortmodell ist.
Simulationssystem nach Anspruch 12, bei dem die Modellregenerierungseinheit eine Fehlerkorrektur für das Prozessmodell bereitstellt, die auf der Differenz zwischen der Angabe des Wertes des Prozesselements und dem simulierten Ausgang für das Prozesselement basiert.
Simulationssystem nach Anspruch 1, bei dem das Prozessmodell ein neuronales Netzwerkmodell ist.
System für die Nutzung zur Simulation des Betriebs eines Abschnitts einer Prozessanlage, umfassend: ein Simulationssystem, das eine Mehrzahl von Simulationsblöcken und eine oder mehrere Kommunikationsverbindungen aufweist, die die Simulationsblöcke kommunikativ miteinander verbinden, wobei die Simulationsblöcke konfiguriert sind, eine Simulation einer oder mehrerer Ausrüstungskomponenten in der Prozessanlage auszuführen, jeder der Simulationsblöcke umfassend: ein Prozessmodell, das einen Abschnitt der Prozessanlage modelliert; eine Simulationsroutine, die das Prozessmodell nutzt, um den Betrieb des Abschnitts der Prozessanlage zu simulieren, um einen simulierten Ausgang für ein Prozesselement bereitzustellen; einen Eingang, der geeignet ist, eine Angabe eines tatsächlichen Wertes des Prozesselements zu übernehmen, der dem simulierten Ausgang für das Prozesselement entspricht; und eine Modellregenerierungsroutine, die die Angabe des tatsächlichen Wertes des Prozesselements mit dem simulierten Ausgang des Prozesselements vergleicht, um ein aktualisiertes Prozessmodell für die Nutzung durch die Simulationsroutine zu entwickeln; und ein Prozesssteuerungssystem mit einem oder mehreren Steuerblöcken, die mit Elementen innerhalb des Prozesses verbunden sind, um die Online-Steuerung des Prozesses abzuwickeln.
System nach Anspruch 15, bei dem der Eingang eines der Simulationsblöcke mit einer Benutzereingabeeinrichtung kommunikativ verbunden ist, um eine vom Benutzer bereitgestellte Angabe für den tatsächlichen Wert des Prozesselements zu übernehmen.
System nach Anspruch 15, bei dem der Eingang eines der Simulationsblöcke kommunikativ mit einem Ausgang des Prozesssteuerungssystems verbunden ist, um einen online gemessenen Prozesswert als Angabe des tatsächlichen Wertes des Prozesselements zu übernehmen.
System nach Anspruch 17, bei dem der online gemessene Prozesswert für einen Durchfluss, eine Temperatur oder einen Druck innerhalb der Prozessanlage kennzeichnend ist.
System nach Anspruch 17, bei dem der online gemessene Prozesswert eine Prozessvariablenmessung ist, die das Prozesssteuerungssystem während des Online-Betriebs der Prozessanlage vornimmt.
System nach Anspruch 15, bei dem der Eingang des einen der Simulationsblöcke kommunikativ verbunden ist, um ein Messsignal zu übernehmen, das für eine tatsächliche Messung des Prozesselements kennzeichnend ist, die innerhalb des Online-Prozesses vorgenommen wird, und um eine vom Benutzer bereitgestellte Eingabe zu übernehmen, die für den tatsächlichen Wert des Prozesselements kennzeichnend ist.
System nach Anspruch 20, bei dem die Modellregenerierungsroutine für den einen der Simulationsblöcke entscheidet, ob das Messsignal verfügbar oder gültig ist, und das Prozessmodell für den einen der Simulationsblöcke auf Basis des Messsignals regeneriert, wenn das Messsignal verfügbar oder gültig ist, und das Prozessmodell für den einen der Simulationsblöcke auf Basis der vom Benutzer bereitgestellten Eingabe regeneriert, wenn das Messsignal nicht verfügbar oder nicht gültig ist.
System nach Anspruch 15, bei dem das Prozessmodell für einen der Simulationsblöcke ein First-Principles-Modell ist.
System nach Anspruch 15, bei dem das Prozessmodell für einen der Simulationsblöcke ein Impulsantwortmodell oder ein Sprungantwortmodell ist.
System nach Anspruch 23, bei dem die Modellregenerierungsroutine für den einen der Simulationsblöcke eine Fehlerkorrektur für das Prozessmodell für den einen der Simulationsblöcke bereitstellt, die auf einer Differenz zwischen der Angabe des Wertes des Prozesselements und dem simulierten Ausgang für das Prozesselement basiert.
System nach Anspruch 15, bei dem einer der vom Prozesssteuerungssystem genutzten Steuerblöcke ein Prozessmodell umfasst, um eine Online-Prozesssteuerungsaktivität auszuführen, und bei dem das Simulationssystem das von der Modellregenerierungsroutine für einen der Simulationsblöcke entwickelte aktualisierte Prozessmodell für den einen der Steuerblöcke bereitstellt, so dass es durch den einen der Steuerblöcke genutzt werden kann, um die Online-Prozesssteuerungsaktivität auszuführen.
System nach Anspruch 25, bei dem der eine der Steuerblöcke ein modellprädiktiver Steuerblock ist, der MPC-Steuerungsverfahren implementiert, die ein Prozessmodell nutzen.
System nach Anspruch 25, bei dem der eine der Steuerblöcke ein adaptiver PID-Steuerblock ist (PID – Proportional/Integral/Differential), der PID-Steuerung unter Nutzung eines Prozessmodells implementiert.
System nach Anspruch 25, bei dem der eine der Steuerblöcke einen Optimierer umfasst, der Prozessoptimierung unter Nutzung eines Prozessmodells implementiert.
System nach Anspruch 15, bei dem mehrere der Simulationsblöcke den Betrieb von Prozesskomponenten innerhalb der Prozessanlage simulieren, und bei dem eine der einen oder mehreren Kommunikationsverbindungen eine intelligente Kommunikationsverbindung ist, die den Fortschritt eines Prozessguts von einer ersten Prozesskomponente nach einer zweiten Prozesskomponente innerhalb der Prozessanlage modelliert.
Verfahren zur Simulation des Betriebs eines Abschnitts einer Prozessanlage, umfassend: Simulation des Betriebs des Abschnitts der Prozessanlage unter Nutzung eines Prozessmodells für den Abschnitt der Prozessanlage, um einen simulierten Ausgang für ein Prozesselement innerhalb der Prozessanlage zu generieren; Nutzung einer Angabe eines tatsächlichen Wertes des Prozesselements, der dem simulierten Ausgang für das Prozesselement entspricht, um ein aktualisiertes Prozessmodell für die Nutzung durch die Simulationsroutine zu entwickeln; und Nutzung des aktualisierten Prozessmodells zur Simulation des weiteren Betriebs der Prozessanlage.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem der Benutzer die Angabe des tatsächlichen Wertes des Prozesselements vorgeben kann, der für die Entwicklung des aktualisierten Prozessmodells verwendet werden soll.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem ein Prozesssteuerungssystem abläuft, um den Betrieb des Abschnitts der Prozessanlage zu steuern, und zwar in Verbindung mit der Simulation des Betriebs des Abschnitts der Prozessanlage, der Messung des Prozesselements innerhalb der Prozessanlage und unter Verwendung des gemessenen Wertes des Prozesselements als Angabe für den tatsächlichen Wert des Prozesselements.
Verfahren nach Anspruch 32, bei dem die Messung des Prozesselements innerhalb der Prozessanlage die Messung eines Durchflusses, einer Temperatur oder eines Druckes in der Prozessanlage umfasst.
Verfahren nach Anspruch 32, bei dem eine vom Benutzer bereitgestellte Eingabe übernommen wird, die kennzeichnend ist für den tatsächlichen Wert des Prozesselements, und ein Messsignal erhalten wird, das kennzeichnend ist für den tatsächlichen Wert des Prozesselements gemessen während des Betriebs des Prozesssteuerungssystems, und wobei die vom Benutzer bereitgestellte Eingabe oder das Messsignal als Angabe des tatsächlichen Wertes des Prozesselements verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 34, bei dem des Weiteren entschieden wird, ob das Messsignal verfügbar oder gültig ist, und das Messsignal als Angabe des tatsächlichen Wertes des Prozesselements verwendet wird, wenn das Messsignal verfügbar oder gültig ist, und bei dem die vom Benutzer bereitgestellte Eingabe als Angabe des tatsächlichen Wertes des Prozesselements verwendet wird, wenn das Messsignal nicht verfügbar oder nicht gültig ist.
Verfahren nach Anspruch 32, bei dem der Betrieb eines Prozesssteuerungssystems die Nutzung eines Prozessmodells umfasst, um eine Online-Prozesssteuerungsaktivität innerhalb der Prozessanlage auszuführen, und das aktualisierte Prozessmodell für das Prozesssteuerungssystem bereitgestellt wird, wobei das aktualisierte Prozessmodell innerhalb des Prozesssteuerungssystems genutzt wird, um die Online-Prozesssteuerungsaktivität auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 36, bei dem die Nutzung des Prozessmodells zur Durchführung der Online-Prozesssteuerungsaktivität die Implementierung modellprädiktiver Steuerungsfunktionen umfasst, die das Prozessmodell nutzen.
Verfahren nach Anspruch 36, bei dem die Nutzung des Prozessmodells zur Durchführung der Online-Prozesssteuerungsaktivität die Implementierung einer adaptiven PID-Steuerungsroutine (Proportional/Integral/Differential) umfasst, die das Prozessmodell nutzt.
Verfahren nach Anspruch 36, bei dem die Nutzung des Prozessmodells zur Durchführung der Online-Prozesssteuerungsaktivität die Verwendung eines Optimierers umfasst, der das Prozessmodell nutzt, um die Optimierung des Prozesses oder der Steuerung vorzunehmen.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Simulation des Betriebs des Abschnitts der Prozessanlage unter Nutzung eines Prozessmodells die Verwendung eines First-Principles-Modells als Prozessmodell umfasst.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Simulation des Betriebs des Abschnitts der Prozessanlage unter Nutzung eines Prozessmodells die Verwendung eines Impulsantwortmodells oder eines Sprungantwortmodells als Prozessmodell umfasst.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Nutzung der Angabe eines tatsächlichen Wertes des Prozesselements entsprechend dem simulierten Ausgang für das Prozesselement zur Entwicklung des aktualisierten Prozessmodells die Bereitstellung einer Fehlerkorrektur für das Prozessmodell umfasst, die auf der Differenz zwischen der Angabe des Wertes des Prozesselements und dem simulierten Ausgang für das Prozesselement basiert.
Verfahren zur Simulation des Betriebs einer Prozessanlage, umfassend: Speicherung einer Mehrzahl von Simulationsobjekten in einem computerlesbaren Speicher, wobei jedes aus der Mehrzahl der Simulationsobjekte mit einem unterschiedlichen realen Objekt innerhalb der Prozessanlage verbunden ist, jedes der Simulationsobjekte umfassend; ein Prozessmodell, das einen Abschnitt der Prozessanlage modelliert; und eine Simulationsroutine, die das Prozessmodell nutzt, um den Betrieb des Abschnittes der Prozessanlage zu simulieren, um einen simulierten Ausgang für ein Prozesselement zu erzeugen; Bereitstellen einer Möglichkeit für den Benutzer, die Simulationsobjekte kommunikativ miteinander zu verbinden, um ein Simulationssystem zu entwickeln; Ausführen des Simulationssystems auf einem oder mehreren Prozessoren, um während des Online-Betriebs des Prozesses einen simulierten Ausgang für ein Prozesselement zu erzeugen; Regenerieren des Prozessmodells eines der Simulationsobjekte während des Online-Betriebs des Prozesses unter Nutzung eines Vergleichs zwischen der Angabe eines tatsächlichen Wertes des Prozesselements und dem simulierten Ausgang für das Prozesselement.
Verfahren nach Anspruch 43, bei dem die Regenerierung des Prozessmodells die Möglichkeit fix einen Benutzer zur Bereitstellung der Angabe eines tatsächlichen Wertes des Prozesselements umfasst, der für den Vergleich zwischen der Angabe des tatsächlichen Wertes des Prozesselements und dem simulierten Ausgang des Prozesselements verwendet werden soll.
Verfahren nach Anspruch 43, bei dem die Regenerierung des Prozessmodells die Möglichkeit für einen Benutzer zur Bereitstellung der Angabe eines tatsächlichen Wertes des Prozesselements und die Bereitstellung eines Messsignals umfasst, das kennzeichnend ist für eine während des Online-Betriebs des Prozesses vorgenommene Messung des tatsächlichen Wertes des Prozesselements, und dabei außerdem die Nutzung der vom Benutzer bereitgestellten Eingabe oder des Messsignals als Angabe des tatsächlichen Wertes des Prozesselements für die Erzeugung des regenerierten Prozessmodells umfasst.
Verfahren nach Anspruch 43, des Weiteren umfassend die Ausführung eines Prozesssteuerungssystems in Verbindung mit dem Simulationssystem zur Steuerung des Online-Betriebs des Prozesses, wobei die Ausführung des Prozesssteuerungssystems die Verwendung eines weiteren Prozessmodells umfasst, um eine Online-Prozesssteuerungsaktivität innerhalb des Prozesses auszuführen, und weiter umfassend die Bereitstellung des regenerierten Prozessmodells des einen der Simulationsobjekte für das Prozesssteuerungssystem, das als das künftige Prozessmodell zur Durchführung der Online-Prozesssteuerungsaktivität verwendet werden soll.
Verfahren nach Anspruch 46, bei dem die Nutzung des weiteren Prozessmodells für die Durchführung der Online-Prozesssteuerungsaktivität die Implementierung einer modellprädiktiven Steuerung umfasst, die das weitere Prozessmodell nutzt.
Verfahren nach Anspruch 43, bei dem das Prozessmodell für eines der Simulationsobjekte ein Impulsantwortmodell oder ein Sprungantwortmodell ist, und bei dem die Regenerierung des Prozessmodells für das eine der Simulationsobjekte während des Online-Betriebs des Prozesses die Durchführung einer Fehlerkorrektur umfasst, die auf einer Differenz zwischen der Angabe des Wertes des Prozesselements und dem simulierten Ausgang für das Prozesselement basiert.