DE10394083T5

DE10394083T5 - Vorsteuernde Kompensation von Hochfrequenzrauschen in einem verteilten Prozesssteuerungssystem

Info

Publication number: DE10394083T5
Application number: DE10394083T
Authority: DE
Inventors: Marion A. Keyes
Original assignee: Rosemount Analytical Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2005-12-22
Also published as: JP2006514765A; US7103426B2; AU2003267316A1; CN100545775C; JP5183617B2; US20040148038A1; JP2010113725A; CN1745351A; WO2004070486A1

Abstract

Steuerungssystem zum Einsatz in einem verteilten Prozesssteuernetzwerk, wobei das Steuerungssystem die folgenden Bestandteile umfasst:
Steuereinheit zur Erzeugung eines Steuersignals auf der Grundlage von Messungen von mindestens einer Prozessvariablen, wobei die Messungen der Prozessvariablen mit einer ersten Frequenz erfolgen;
eine gesteuerte Vorrichtung, die mit der Steuereinheit kommuniziert;
eine Messvorrichtung, die mit der Steuereinheit kommuniziert und so eingestellt ist, dass sie die Messwerte der Prozessvariablen mit einer zweiten Frequenz erfasst, wobei die zweite Frequenz höher als die erste Frequenz ist und wobei die Messvorrichtung die Messwerte der Prozessvariablen mit der ersten Frequenz an die Steuereinheit übermittelt;
eine in einem Speicher enthaltene Modellierungsroutine, die so konzipiert ist, dass sie von einem Prozessor ausgeführt wird, und die so eingestellt ist, dass sie die mit der zweiten Frequenz durchgeführten Messungen der Prozessvariablen dergestalt verwendet, dass ein Rauschmodell des innerhalb der Prozessvariablen vorliegenden Hochfrequenzrauschens abgeleitet wird; und
ein Signalverknüpfungsglied, das mit...

Description

TECHNISCHER EINSATZBEREICH
Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf verteile Prozesssteuernetzwerke sowie im Besonderen auf die Reduzierung von Hochfrequenzrauschen innerhalb verteilter Prozesssteuernetzwerke.
BESCHREIBUNG DER TECHNIK
Große, kontinuierliche Fertigungsprozesse, wie sie beispielsweise in der Chemie-, Papier- und Erdölindustrie zum Einsatz gelangen, verwenden zahlreiche strategisch angeordnete Vor-Ort-Geräte zur Überwachung und Steuerung zentraler Prozessparameter innerhalb des Herstellungsprozesses. Die zentralen Prozessparameter können beispielsweise mittels Durchflussmessgeräten, Geschwindigkeitssensoren, Druckgebern oder Thermoelementen gemessen oder überwacht bzw. mittels Geräten wie beispielsweise Ventilstellern, Servomotoren, Heizelementen etc. verändert oder gesteuert werden.
Historisch wurden Fertigungsprozesse mittels manueller Steuerungssysteme gesteuert, wobei beispielsweise der Bediener ein Manometer abliest und ein entsprechendes Druckventil betätigt, um zentrale Prozessparameter zu überwachen und zu steuern. Herstellungsprozesse, in denen frühe Steuerungssysteme eingesetzt wurden, verwendeten unter anderem lokale Druckregler, Druckgeber und Ventilsteller zur Steuerung zentraler Prozessparameter an diskreten Orten innerhalb des Prozesses. Lokale Drucksteuerungssysteme wurden schließlich durch elektromechanische Systeme ergänzt, die die Möglichkeit einer nahezu deterministischen Steuerung lokaler Prozessparameter mittels individueller Prozesssteuerungskreise boten. Ein vereinfachtes Beispiel eines derartigen Prozesssteuerungskreises ist schematisch in 1 dargestellt. Der Prozesssteuerungskreis 10 beinhaltet eine Steuereinheit, bei der es sich um einen digitalen Computer wie beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) handeln kann, die eine Prozesssteuerungsroutine 16 ausführt, bei der es sich um ein Software-Programm oder um eine festverdrahtete Kombination analoger Elemente wie beispielsweise Schalter, Kondensatoren und Induktoren handeln kann, die so angeordnet sind, dass sie eine Prozesssteuerungsroutine ausführen. Die Steuerungseinheit ist so gestaltet, dass sie eine Steuerungsoperation ausführt, um ein Steuersignal U zu erzeugen, das anschließend an einen Prozess 14 übermittelt wird. Das Steuersignal U weist den Prozess 14 an, entsprechend der innerhalb der Steuereinheit 12 ausgeführten Prozesssteuerungsroutine 16 eine bestimmte Funktion – beispielsweise Öffnen eines Ventils, Verstellen des Hubs eines Zylinders, Ändern einer Temperatureinstellung etc. – auszuführen. Die Durchführung des Prozesses als Reaktion auf das Steuersignal U wird durch eine Prozessvariable X beschrieben, die beispielsweise die Durchströmgeschwindigkeit in einem Ventil, den Hub eines Zylinders oder die Temperatur in einem chemischen Bad repräsentiert. Die Prozessvariable X wird von einer Messvorrichtung 18 gemessen, die einen Prozessvariablenausgang Y erzeugt. Anschließend übermittelt die Messvorrichtung 18 den Prozessvariablenausgang Y als Rückmeldesignal an die Steuereinheit 12. Die Steuereinheit 12 vergleicht ihrerseits den Prozessvariablenausgang Y mit einem gespeicherten Sollwert SP, um ein Fehlersignal E zu bestimmen. Die Steuereinheit 12 führt sodann die Prozesssteuerungsroutine 16 aus, wobei es sich um eine PI-Steuerung (proportional-integral), eine PID-Steuerung (proportional-integral-differential), eine Fuzzy-Logik oder jede andere Art von Steuerungstechnik handeln kann, bei der auf der Grundlage des Fehlersignals E und des Sollwerts SP ein geändertes Steuerungssignal U erzeugt wird. Auf diese Weise veranlasst die Steuereinheit den Steuerkreis 10, den Prozessvariablenausgang Y auf einen Wert gleich dem gewünschten Sollwert SP wird zu führen.
Durch die zunehmende Verbreitung mikroprozessorbasierter, verteilter Steuernetzwerke (DCNs) ist die Prozesssteuerungsindustrie in der Lage, von Systemen, die wie die eingangs beschriebenen Systeme auf eine Vor-Ort-Steuerung angewiesen sind, abzukommen und verteilte Systeme einzuführen, die eine umfassendere Gesamtsteuerung des Prozesses ermöglichen und gleichzeitig ein physikalisch weniger komplexes Steuerungssystem benötigen. Ein typisches verteiltes Steuernetzwerk beinhaltet oftmals eine oder mehrere, an geeigneter Stelle angeordnete Bedienerschnittstellen (UIs) wie beispielsweise Personal Computer oder industrietaugliche Touch-Screen-Computer. Die Bedienerschnittstelle kann so ausgeführt werden, dass sie ein Überwachungsprogramm enthält und ausführt, das so konzipiert ist, dass die Daten der einzelnen Steuereinheiten erfasst und dem Bediener angezeigt werden. Die Bedienerschnittstelle ist typischerweise über ein Computer-Netzwerk mit einem oder mehreren Steuereinheiten verbunden, mit denen sie mittels eines Open-Source-Kommunikationsprotokolls wie beispielsweise dem Ethernet-Protokoll kommuniziert. Die Steuereinheit kann so konzipiert sein, dass sie eine globale Prozesssteuerungsroutine enthält und ausführt, die die Operationen zahlreicher lokaler Prozesssteuerungsroutinen für über den gesamten physikalischen Prozess verteilte Steuerungs- und Überwachungsgeräte integriert und überwacht. Diese – in der Regel als Feldgeräte bezeichneten – Steuerungs- und Überwachungsgeräte sind mit der Steuereinheit verbunden, sodass zentrale Prozessparameter wie beispielsweise Temperatur, Druck und Durchströmgeschwindigkeit überwacht und gesteuert werden können. Das System kann weiterhin ein oder mehrere als "intelligente Geräte" bezeichnete Feldgeräte beinhalten, die unabhängig von der Steuereinheit oder in Verbindung mit dieser in der Lage sind, begrenzte Steuerungsabläufe oder andere Operationen wie beispielsweise Kalibrierung, Alarmerzeugung etc. auszuführen.
Das verteilte Steuernetzwerk kann so konfiguriert werden, dass es jede Anzahl von Sub-Netzwerken oder kleineren Netzwerken, die über eine Steuereinheit mit der Bedienerschnittstelle interagieren, beinhaltet. Die tatsächliche Konfiguration eines jeden Sub-Netzwerks kann unterschiedlich sein, abhängig beispielsweise von den zu überwachenden und zu steuernden Prozessparametern, dem vom jeweiligen Sub-Netzwerk verwendeten Kommunikationsprotokoll wie beispielsweise dem HART^®-Protokoll, dem Protokoll der Foundation FIELDBUS^® und dem PROFIBUS^®-Protokoll sowie den Hardware-Anforderungen der einzelnen mit dem jeweiligen Sub-Netzwerk verbundenen Geräte. Ein mit einer Anzahl intelligenter Geräte wie beispielsweise Fieldbus-Geräten konfiguriertes Sub-Netzwerk kann, falls gewünscht, als unabhängiges Prozesssteuernetzwerk innerhalb des verteilten Haupt-Steuernetzwerks arbeiten. Ein auf diese Weise mit Sub-Netzwerken konfiguriertes verteiltes Steuernetzwerk benötigt weniger häufig Eingaben von der Steuereinheit, was wiederum bedeutet, dass innerhalb der Steuereinheit Rechenkapazität freigesetzt wird, die sodann für andere Funktionen oder für die Ausführung detaillierterer Steuerungsroutinen genutzt werden kann.
Innerhalb eines typischen verteilten Steuernetzwerks wird die Kommunikation zwischen der Steuereinheit und den Feldgeräten generell gemultiplext, um die erforderliche Bandbreitenverfügbarkeit innerhalb des Netzwerks zu gewährleisten und um zu verhindern, dass die Steuereinheit mit Informationen überladen wird, wenn alle Geräte gleichzeitig versuchen, miteinander zu kommunizieren. Die Kommunikation wird typischerweise so gesteuert, dass jedem Feldgerät (bzw. Sub-Netzwerk) ein Kommunikationsfenster zugeteilt wird, wobei es sich im Wesentlichen um ein reserviertes Zeitintervall innerhalb des Abfragezyklus der Steuereinheit handelt, während dessen Informationen zwischen Steuereinheit und Feldgerät ausgetauscht werden können. Diese Art periodischer Kommunikation gewährleistet, dass während jedes Zeitintervalls jeweils nur ein Feldgerät mit der Steuereinheit kommuniziert, sodass vermieden wird, dass die Steuereinheit mit Informationen überladen wird. Periodische Kommunikation ermöglicht einerseits zwar eine effektive Verwaltung von Steuereinheitsressourcen und Netzwerkbandbreite, erzeugt andererseits jedoch auch eine unvermeidliche Kommunikationsverzögerung zwischen der Steuereinheit und dem einzelnen Feldgerät, da die Kommunikation zum oder vom Feldgerät so lange zurückgestellt werden muss, bis das dem Gerät zugeteilte Kommunikationsfenster innerhalb des Abfragezyklus erscheint.
Prozesssteuerungssysteme, die sich dieses periodischen Kommunikationskreises bedienen, arbeiten oftmals mit einem, an der Verarbeitungsgeschwindigkeit der Steuereinheit gemessen, relativ langsamen Abfragezyklus, da die Reaktionszeit der überwachten und gesteuerten Prozessparameter typischerweise um Größenordnungen langsamer ist als der Abfragezyklus. Die Verwendung eines schnelleren Kommunikationskreises verbietet sich generell aus Kostengründen und ist in der Regel auch nicht erforderlich. Andererseits ist ein Steuerungssystem, das mit einem langsamen Abfragezyklus arbeitet, jedoch nicht in der Lage, hochfrequente Prozessschwankungen auszugleichen, deren Dauer generell kürzer ist als die Zeit für die Hin- und Rückkommunikation zwischen der Messvorrichtung und der Steuereinheit, die das kompensierende Steuersignal erzeugt.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren und eine Vorrichtung, die hochfrequente Prozessschwankungen oder Rauschen in einem verteilten Steuernetzwerk kompensiert, beinhaltet eine Messvorrichtung, die in der Lage ist, Hochfrequenzprozessparameterdaten zu erfassen, eine Modellierungsroutine, die unter Verwendung der Hochfrequenzprozessparameterdaten ein Modell des Hochfrequenzrauschens in einem Prozessparameter entwickelt, sowie eine Kompensationsroutine, die unter Verwendung des entwickelten Modells ein Steuersignal anpasst, um auf diese Weise das innerhalb des Prozessparameters vorhandene Hochfrequenzrauschen zu kompensieren. Die Messvorrichtung kann eine Prozessvariable mit einer relativ hohen Frequenz messen und eine Teilmenge der gemessenen Daten (beispielsweise die Niederfrequenzdaten) an eine Standard-Steuereinheit übermitteln, die ein Steuersignal erzeugt, um den gemessenen Prozessparameter auf jede bekannte Weise zu steuern. Die Hochfrequenzprozessparameterdaten können jedoch direkt an die Modellierungsroutine übermittelt werden, um die Kommunikationsverzögerung zu minimieren und eine optimale Nutzung der Netzwerkbandbreite zu erreichen. Die Modellierungsroutine analysiert die Hochfrequenzdaten und entwickelt ein mathematisches Modell des Hochfrequenzrauschens innerhalb der Prozessvariablen. Das resultierende mathematische Modell kann sodann von der Kompensationsroutine verwendet werden, um das von der Steuereinheit erzeugte Steuerungssignal zu verändern, bevor dieses Signal an die gesteuerte Vorrichtung übermittelt bzw. von dieser genutzt wird. In einer Ausführung kann die Kompensationsroutine oder die Modellierungsroutine das Model nutzen, um eine Transferfunktion für das hochfrequente Rauschen zu entwickeln, und anschließend die Transferfunktion invertieren. Die resultierende invertierte Transferfunktion des hochfrequenten Rauschens kann sodann mit dem Steuersignal multipliziert werden, um ein angepass tes Steuersignal zu erzeugen, das das hochfrequente Rauschen innerhalb des gesteuerten Prozessparameters kompensiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines auf früherer Technik basierenden Steuerungssystems;
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines verteilten Steuerungsnetzwerks einschließlich eines Sub-Netzwerks, das hochfrequentes Rauschen kompensiert;
3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das den Datenfluss innerhalb einer Ausführung eines Systems zur Kompensation von hochfrequentem Rauschen veranschaulicht;
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das den Datenfluss innerhalb einer anderen Ausführung eines Systems zur Kompensation von hochfrequentem Rauschen veranschaulicht; und
5 ist ein schematisches Blockdiagramm, das den Datenfluss innerhalb einer anderen Ausführung eines Systems zur Kompensation von hochfrequentem Rauschen veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
2 zeigt ein verteiltes Steuerungsnetzwerk 20 (DCN) einschließlich zweier Bedienerschnittstellen (UIs) 22, die mit einem physikalischen Kommunikationsnetzwerk 24 kommunizieren, bei dem es sich um ein Ethernet oder jedes andere gewünschte Kommunikationsnetzwerk handeln kann. Das verteilte Steuerungsnetzwerk 20 beinhaltet weiterhin die Sub-Netzwerke 26 und 28, von denen jedes einzelne oder beide Sub-Netzwerke jedes beliebige proprietäre oder Open-Source-Kommunikationsprotokoll wie beispielsweise das HART^®- oder PROFIBUS^®-Protokoll sowie das Protokoll der Foundation FIELDBUS^® verwenden kann bzw. können. Das in 2 dargestellte Sub-Netz werk beinhaltet eine Steuereinheit 30, bei der es sich um einen Personal Computer, eine speicherprogrammierbare Steuerung, einen Stand-alone-Prozessor etc. handeln kann, die unter anderem so ausgelegt sind, dass sie Prozesssteuerungsroutinen speichern und ausführen und mit den Bedienerschnittstellen 22 kommunizieren können. Die Steuereinheit 30 kommuniziert über ein lokales physikalisches Netzwerk 32, bei dem es sich um eine proprietäre oder Open-Source-Backplane-Platine handeln kann, mit einem Paar von Eingabe-/Ausgabe-Geräten (E/A-Geräten) 34a und 34b. Das E/A-Gerät 34a kommuniziert in der dargestellten Form über einen Bus oder in einer Ringkonfiguration, wie sie beispielsweise mit dem PROFIBUS-Protokoll verbunden ist, während das E/A-Gerät 34b in der dargestellten Form in der vom HART-Protokoll vorgeschriebenen Punkt-zu-Punkt-Anordnung kommuniziert. Die E/A-Geräte kommunizieren in der dargestellten Form mit einer Vielzahl von Feldgeräten 36a–36f unter Verwendung der HART- und PROFIBUS-Kommunikationsprotokolle. Die E/A-Geräte 34a und 34b könnten, falls gewünscht, jedes beliebige andere aus einer Anzahl bekannter Kommunikationsprotokolle für die Kommunikation zwischen der Steuereinheit 30 und den damit verbundenen Feldgeräten 36a–36f verwenden. Die Feldgeräte 36a–36f können unter anderem Messvorrichtungen wie beispielsweise Temperatur-, Druck, Durchströmgeschwindigkeitsmessgeräte oder Steuerungsvorrichtungen wie beispielsweise Ventile und Steller zur Steuerung eines Prozessparameters beinhalten.
Entsprechend beinhaltet das in 2 dargestellte Sub-Netzwerk eine Steuereinheit 38, die über ein physikalisches Netzwerk 40 mit einem Paar von E/A-Geräten 42a, 42b verbunden ist. Das E/A-Gerät 42a ist mit mehreren Feldgeräten 44a–44c verbunden, bei denen es sich beispielsweise um HART-Geräte handeln kann. Das E/A-Gerät 42b ist über eine Fieldbus-Schleife 48 mit mehreren Fieldbus-Geräten 50–56 verbunden. Die Fieldbus-Geräte 50–56 sind selbstverständlich in der Lage, voneinander unabhängig zu arbeiten und (über das E/A-Gerät 42b) direkt mit der Steuereinheit oder über die Fieldbus-Schleife 48 miteinander zu kommunizieren. Die Fieldbus-Geräte 54 und 56 sind beispielsweise intelligente Geräte, die einen Prozessor 58 bzw. 60 sowie einen Speicher 62 bzw. 64 enthalten. Die Fieldbus-Geräte 54 und 56 sind in der Lage, Routinen wie beispielsweise Funktionsblöcke oder Steuerungsmodule zu speichern, die auf den Prozessoren 58 und 60 ausgeführt werden können. Die Speicher 62 und 64 können auch für die Speicherung von Daten verwendet werden, beispielsweise zur Speicherung der von den intelligenten Geräten 54 und 56 erfassten Prozessvariablendaten oder zur Speicherung anderer Daten, die von einem anderem Gerät wie beispielsweise dem Gerät 50 oder 52 über die Fieldbus-Schleife 48 übertragen werden.
Die Fieldbus-Geräte 50–56 sowie die anderen Geräte innerhalb der Sub-Netzwerke 26 und 28 können Funktionen ausführen, die üblicherweise in Standard-Prozesssteuerungskreisen enthalten sind, beispielsweise Funktionen zur Messung und Steuerung von Prozessvariablen auf jede gewünschte oder bekannte Weise. So kann beispielsweise das Feldgerät 50 Daten messen und diese gemessenen Daten periodisch über das E/A-Gerät 42b an die Steuereinheit 38 übertragen. Die Steuereinheit 38 kann unter Verwendung der gemessenen Daten eine bekannte Prozesssteuerungsroutine ausführen und ein Steuersignal über die Schleife 48 an das Gerät 52 übermitteln, bei dem es sich beispielsweise um ein Ventil handeln kann.
Um hochfrequentes Rauschen innerhalb eines Kreises zu kompensieren, kann eines der intelligenten Geräte – beispielsweise das Gerät 54 – Prozessvariablendaten messen oder auf sonstige Weise erfassen, die für eine Prozessvariable repräsentativ sind, für die eine Kompensation hochfrequenten Rauschens durchzuführen ist. In diesem Beispiel erfolgen die Prozessvariablenmessungen in Intervallen, die schneller sind, als es die Steuereinheit 38 für die Durchführung ihrer Standard-Steuerungsroutine erfordert. Allgemein ausgedrückt, erfolgen die Prozessvariablenmessungen in einem Intervall, das mindestens doppelt so schnell ist wie die höchste Rauschfrequenz, die innerhalb der Prozessvariablen zu steuern bzw. zu kompensieren ist. Es ist ersichtlich, dass das exakte Intervall, in dem die Prozessvariablenmessungen zu erfolgen haben, generell von der Art der Modellierung, mit der das innerhalb der Prozessvariablen vorliegende Hochfrequenzrauschen modelliert wird, sowie von weiteren Faktoren abhängt, die die durchgeführte Kompensation zur Reduzierung des Hochfrequenzrauschens beeinflussen.
In diesem Beispiel erfasst das Gerät 54 die Prozessvariablenmessungen und speichert diese in seinem Speicher 62. Die erfassten Prozessvariablenmessungen umfassen sowohl die von der Steuereinheit 38 benötigten Standard-Niederfrequenzmessungen der Prozessvariablen als auch die in dem schnelleren Intervall durchgeführten Messungen, die das innerhalb des Prozesses vorhandene Hochfrequenzrauschen repräsentieren. Dies be deutet, dass die in einem langsameren Intervall durchgeführten Prozessvariablenmessungen (d.h. eine Teilmenge aller im Speicher 62 gespeicherten Prozessvariablenmessungen) von der Steuereinheit 38 für typische Prozesssteuerungsaufgaben verwendet werden können, während die hier beschriebene Kompensation von hochfrequentem Rauschen die Gesamtheit (d.h. die hochfrequenten) der vom Gerät 54 durchgeführten Prozessvariablenmessungen nutzt. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass, obwohl in diesem vereinfachten Beispiel das Gerät 54 sowohl die niederfrequenten Messungen an die Steuereinheit 38 übermittelt als auch gleichzeitig die für die Kompensation benötigten Daten des Hochfrequenzrauschens erfasst und speichert, es auch möglich ist, mehrere Geräte für die Erfassung dieser unterschiedlichen Messungen einzusetzen.
Auf jeden Fall werden die gesamten, für die Prozessvariable repräsentativen Messdaten an eine Modellierungsroutine übermittelt, die unter Verwendung dieser Hochfrequenzmessungen ein Modell ermittelt, das das hochfrequente Rauschen im Prozessparameter repräsentiert. Modellierungsroutinen, die für die Analyse von Prozessvariablendaten eingesetzt werden können, sind bestens bekannt und werden daher hier nicht im Detail beschrieben. Generell können diese Routinen jedoch das hochfrequente Rauschen als Kombination einer oder mehrerer verschiedener Typen von Rauschen wie beispielsweise weißes Rauschen, lineares Rauschen oder anderes zeitvariantes Rauschen modellieren. Selbstverständlich ist es möglich, jede Art von Rauschmodell wie beispielsweise Mustervergleich des Rauschens mit vordefinierten Kompensationsmustern, Mustererkennung oder andere Rauschmodellierungsroutinen zu verwenden. In einer Ausführung kann das Modell eine Fourier-Analyse verwenden, um die Hochfrequenzkomponenten des Fehlers und die Phase der Rauschkomponenten zu bestimmen. So kann das Modell beispielsweise eine gefilterte oder ungefilterte SFT-Technik (schnelle Fourier-Transformation) oder jede andere gleichwertige Methode verwenden, um einen kontinuierlichen Strom der zeitvarianten Fourier-Koeffizienten, die das zyklische Verhalten des Rauschens beschreiben, zu liefern. Mittels eines einfachen kontinuierlichen Äquivalents eines statistischen linearen Fits oder autoregressiver, unabhängiger beweglicher Durchschnitte etc. kann ein Trend kontinuierlich über einen rollierenden Zeithorizont ermittelt werden. Ebenso kann auch der Basiswert mit ähnlichen Methoden bestimmt werden.
Die Modellierungsroutine, die typischerweise in der Messvorrichtung enthalten ist, sich jedoch auch in einem anderen Gerät befinden kann, das mit der Messvorrichtung 54 verbunden ist, erzeugt das mit dem Rauschmodell verbundene Modell bzw. die Modellkoeffizienten. Anschließend überträgt die Modellierungsroutine dieses Modell (bzw. die Modellkoeffizienten) an eine weitere Vergleichsroutine, die das Modell bzw. die Modellkoeffizienten verwendet, um das Hochfrequenzrauschen zu kompensieren. In einer Ausführung kann die Kompensationsroutine (bzw. die Modellierungsroutine, falls gewünscht) eine Transferfunktion für das Modell erzeugen. In einigen Fällen kann es sich bei der Transferfunktion um das Modell selbst handeln. Die Transferfunktion wird sodann auf das von der Steuereinheit 38 erzeugte Steuersignal angewandt, bevor das betreffende Steuersignal an das gesteuerte Gerät übermittelt bzw. von diesem verwendet wird. In diesem Fall kann die Transferfunktion invertiert und mit dem Steuersignal multipliziert werden. Es können jedoch auch andere Methoden verwendet werden, um die Transferfunktion zur Modifizierung des Steuersignals anzuwenden, um ein modifiziertes Steuersignal zu erzeugen, das bei Übertragung zum gesteuerten Gerät das innerhalb des Prozesses vorliegende Hochfrequenzrauschen kompensiert. In einem Beispiel kann ein bestimmtes kompensierendes zyklisches Signal allmählich am Stellglied oder Steuerungsgerät eingeführt werden, um den Hochfrequenzfehler allmählich so zu beeinflussen, dass Größe und Phase des Kompensationssignals mittels eines Online-Optimierungsverfahrens angepasst werden, um den verbleibenden zyklischen Fehler zu minimieren. In einem weiteren Beispiel können die Komponenten des hochfrequenten Fehler- und Kompensationssignals kontinuierlich ermittelt und angepasst werden. Während die vorstehende Beschreibung die Funktionsweise der Hochfrequenzrauschkompensation allgemein beschreibt, steht es selbstverständlich außer Frage, dass die verschiedenen Routinen in verschiedenen Geräten innerhalb des Systems enthalten sein können.
3 zeigt beispielsweise ein allgemeines Blockdiagramm einer Ausführung eines Systems zur Kompensation von Hochfrequenzrauschen, in dem die oben diskutierten Elemente realisiert sind. In diesem Fall führt die Messvorrichtung Hochfrequenzmessungen Y_HF und Niederfrequenzmessungen Y_LF der Prozessvariablen durch, in der hochfrequentes Rauschen vorliegt. Die Steuereinheit 38 entwickelt ein Fehlersignal E, das als Differenz zwischen den Niederfrequenzmessungen Y_LF und dem Sollwert SP berechnet wird, um ein Steuersignal U zu erzeugen. Selbstverständlich kann die Steuereinheit 38 hier und auch in den folgenden Fällen die Niederfrequenzmessungen Y_LF auf jede übliche Weise, beispielsweise durch regelmäßig getaktete Kommunikation innerhalb eines Fieldbus-Netzwerks, empfangen. Gleichermaßen kann das Steuersignal U mittels jeder gewünschten Kommunikationsart an das gesteuerte Gerät oder an jedes andere Gerät innerhalb des Systems übermittelt werden. In einem spezifischen Beispiel können die Kommunikationsgeräte Datenkompressionsalgorithmen wie beispielsweise Fourier-Datentransformationsalgorithmen zur Datenkompression verwenden und die Daten als Fourier-Sinus- und Cosinus-Koeffizienten oder als andere Arten von Koeffizienten an Stelle von Rohdatenfolgen übermitteln, wobei die Rekonstruktion in den Empfangsgeräten, Workstations, Computern etc. erfolgt.
Wie in 3 gezeigt, kann die Modellierungsroutine 66 mit einer Messvorrichtung 68 zu einem einzigen Feldgerät 67 zusammengefasst oder alternativ mit einem anderen Gerät kombiniert werden, das beispielsweise über das Fieldbus-Netzwerk 48 mit der Messvorrichtung 68 kommuniziert. Die Modellierungsroutine 66 empfängt die Hochfrequenzmessungen Y_HF und verwendet diese Messungen zur Entwicklung einer Hochfrequenzrauschmodelltransformation Z. Da die gesamten, die Hochfrequenzmessungen Y_HF enthaltenden Messdaten typischerweise von großem Umfang sind, ist es generell vorzuziehen, die Modellierungsroutine 66 im selben Feldgerät 67 wie die Messvorrichtung 68 vorzusehen, sodass die Modellierungsroutine 66 direkten Zugriff auf die Daten hat, ohne die Daten über die Fieldbus-Schleife 48 senden zu müssen. Falls gewünscht, kann die Modellierungsroutine 66 jedoch auch in einem anderen Gerät innerhalb des Sub-Netzwerks, beispielsweise im Gerät 54, untergebracht werden und die Daten über die Fieldbus-Schleife 48 empfangen.
Die Modellierungsroutine 66 verwendet die Hochfrequenzmessdaten Y_HF zur Erzeugung des Modells Z, wobei es sich um eine Transferfunktion oder einen Satz von Parametern für ein Modell handeln kann, das repräsentativ für das spezifische Hochfrequenzrauschen innerhalb des Parameters Y oder für beliebige andere Daten, die ein Rauschmodell definieren, ist. Das Modell Z wird sodann in eine Invertierungsroutine 70 (die Bestandteil der Modellierungsroutine 66 sein kann) eingegeben. Die Invertierungsroutine 70 invertiert die Transferfunktion Z, um eine invertierte Transferfunktion (1/Z) zu entwickeln. Selbstverständlich kann jede Art von mathematischer Invertierungsroutine verwendet werden, wobei die Form dieser Routine vom Typ des entwickelten Modells abhängt. Die Invertierungsroutine 70 kann sich zusammen mit der Modellierungsroutine 66 im selben Gerät oder in einem anderen Gerät befinden. Falls sie sich in einem anderen Gerät befindet, wird das Modell Z (bzw. die das Modell Z definierenden Koeffizienten oder Parameter) auf zeitlich gesteuerte oder nicht gesteuerte Weise über ein Kommunikationsnetzwerk wie beispielsweise die Fieldbus-Schleife 48 zur Invertierungsroutine übermittelt.
Entsprechend ist es möglich, die invertierte Transferfunktion (1/Z) oder für diese repräsentative Daten an eine Kompensationsroutine 72 zu übermitteln, die sich im selben Gerät wie die Invertierungsroutine 70 oder in einem anderen Gerät befinden kann. Falls sie sich in einem anderen Gerät befindet, werden die invertierte Transferfunktion oder die für diese repräsentativen Daten auf jede bekannte oder gewünschte Weise über die Kommunikationsschleife wie beispielsweise die Fieldbus-Schleife 48 übertragen. Die Kompensationsroutine 72 multipliziert die invertierte Transferfunktion (1/Z) bzw. wendet diese auf sonstige Weise auf das Steuersignal U an, um ein angepasstes Steuersignal U' zu erzeugen. Die Kompensationsroutine 72 kann sich im selben Gerät wie die gesteuerte Vorrichtung oder in einem anderen Gerät befinden. Wenn sie sich im selben Gerät befindet, kann die Kompensationsroutine 72 das Steuersignal U empfangen, die Kompensation durchführen und sodann das angepasste Steuersignal U' zur gesteuerten Vorrichtung 74 bzw. genauer zu einer Routine übermitteln, die innerhalb der gesteuerten Vorrichtung ausgeführt wird. Wenn sich die Kompensationsroutine 72 in einem anderen Gerät wie beispielsweise einem anderen Feldgerät befindet, sendet die Kompensationsroutine 72 das angepasste Steuersignal U' über das Kommunikationsnetzwerk wie beispielsweise die Fieldbus-Schleife 48 zur gesteuerten Vorrichtung. Wenn das verteilte Steuernetzwerk 20 das Fieldbus-Protokoll verwendet, erfolgt die Kommunikation zwischen der Kompensationsroutine 72 und der Steuereinheit 38 in der Regel innerhalb des planmäßigen Kommunikationsfensters für die betreffende Routine, um auf diese Weise zu gewährleisten, dass die Kompensation in jedes von der Steuereinheit 38 erzeugte Steuersignal U integriert ist.
Selbstverständlich können sich die Modellierungsroutine 66, die Invertierungsroutine 70 und die Kompensationsroutine 72 im selben oder in verschiedenen Geräten befinden. Während sich die Modellierungsroutine 66 im Allgemeinen in der Messvorrich tung 68 befindet, um eine Überlastung des Fieldbus-Netzwerks 48 durch zu große Datenmengen zu vermeiden, können sich die Invertierungsroutine 70 und die Kompensationsroutine 72, falls gewünscht, in anderen Geräten befinden, da das Kommunikationsvolumen zwischen diesen Routinen typischerweise erheblich geringer ist. In einem Beispiel befinden sich die Modellierungsroutine 66 und die Invertierungsroutine 70 in der Messvorrichtung 68, während sich die Kompensationsroutine in der gesteuerten Vorrichtung 74 befindet. Allerdings können sich beispielsweise die Invertierungsroutine 70 und die Kompensationsroutine 72 sämtlich in verschiedenen Geräten befinden, beispielsweise innerhalb eines anderen Feldgeräts oder innerhalb der Steuereinheit 38 selbst. In diesem Beispiel empfiehlt sich die Verwendung einer Datenkompressionsroutine wie beispielsweise der bereits diskutierten Datenkompressionsroutine zur Komprimierung der zu übertragenden Daten.
Die Modellierungsroutine 66 berechnet vorzugsweise ein neues Modell entsprechend jeder Periode der Niederfrequenzmessdaten Y_LF, sodass für jedes von der Steuereinheit 38 erzeugte Steuersignal U eine neue Transferfunktion aktualisiert und verwendet wird. Falls gewünscht, kann die Modellierungsroutine 66 jedoch ein neues Rauschmodell erzeugen oder das Rauschmodell in größeren Abständen aktualisieren, sodass die Transferfunktion Z weniger häufig aktualisiert wird. Weiterhin kann die Kompensationsroutine 72 ein angepasstes Steuersignal U' häufiger zur Verfügung stellen, als die Steuereinheit 38 ein Steuersignal U liefert. Dies ist generell von Nutzen, wenn die Transformationsfunktion Z zeitvariant ist oder wenn das Fehler- und das Kompensationssignal kontinuierlich ermittelt und angewandt weiden.
4 zeigt eine weitere Ausführung des Hochfrequenzkompensationssystems, bei der für die verschiedenen Mess-, Modellierungs- und Invertierungskomponenten unterschiedliche Orte dargestellt sind. Bei dieser Ausführung entwickelt, wie bereits weiter oben beschrieben, eine Steuereinheit 76 ein Fehlersignal E als Differenz zwischen den Niederfrequenzmessungen Y_LF und dem Sollwert SP. Zusätzlich enthält die Steuereinheit 76 die Kompensationsroutine 77, die zuvor in 3 mit der Zahl 72 gekennzeichnet wurde, um das angepasste Steuersignal U' zu erzeugen. Das angepasste Steuersignal U' wird zu der gesteuerten Vorrichtung 78 übermittelt, die ihrerseits innerhalb des Prozesses 80 entsprechend der von der Steuereinheit 76 ausgeführten Steuerungsroutine bestimmte Funktionen wie beispielsweise die Anpassung der Temperatur eines Gemischs oder die Veränderung der Stellung eines Ventils zur Einstellung des Durchflusses ausführt.
4 zeigt weiterhin die Messvorrichtung 68 innerhalb eines Gerätes, das sich innerhalb des Prozesses 82 befindet bzw. mit dem die Messvorrichtung 68 kommuniziert. In diesem Beispiel handelt es sich bei der Messvorrichtung 68 um ein intelligentes Gerät, das in der Lage ist, die gesamten Messdaten in seinem lokalen Speicher zu erfassen und zu halten. Die Messvorrichtung 68 kann sodann eine Routine zur Analyse der gesamten Messdaten ausführen, um die Niederfrequenzmessungen Y_LF zu erhalten, die als Rückmeldesignal auf jede bekannte Weise an die Steuereinheit 76 übermittelt werden. Die Messvorrichtung 68 kann die Hochfrequenzmessdaten Y_HF zur Übertragung an eine Modellierungsroutine innerhalb eines anderen Geräts komprimieren oder diese Daten ohne Komprimierung senden. Ungeachtet des Kommunikationsverfahrens werden die Informationen an das Gerät, in dem die Modellierungsroutine 84 gespeichert ist, übertragen. Unter Verwendung der von der Messvorrichtung 68 empfangenen Daten entwickelt die Modellierungsroutine 84 ein Modell Z, wobei es sich um eine Transferfunktion oder jede andere bekannte Kompensationsfunktion handeln kann, die das Hochfrequenzrauschen innerhalb der Prozessvariablen Y repräsentiert. Das Modell Z wird sodann an eine Invertierungsroutine 70 übermittelt, die sich innerhalb des selben Feldgerätes wie die Modellierungsroutine 84 oder in einem anderen Gerät befinden kann und über das Fieldbus-Netzwerk 48 mit dem Gerät 84 kommuniziert. Die Invertierungsroutine 70 berechnet die invertierte Transferfunktion (1/Z) des von der Modellierungsroutine 66 gelieferten Rauschmodells Z. Die resultierende invertierte Transferfunktion (1/Z) wird sodann zu der Kompensationsvorrichtung innerhalb der Steuereinrichtung 38 übermittelt, wo die invertierte Transferfunktion sodann in Verbindung mit dem Fehlersignal E verwendet wird, um das angepasste Steuersignal U' zu erzeugen.
5 zeigt eine weitere Ausführung des Hochfrequenzkompensationssystems, wobei unterschiedliche Orte für die verschiedenen Mess-, Modellierungs- und Invertierungskomponenten gezeigt sind. Die dargestellte Ausführung veranschaulicht eine der zahlreichen Möglichkeiten, mit denen ein aus intelligenten Geräten bestehendes System konfiguriert werden kann, um Verarbeitungseffizienz, Systemauslastung oder andere gewünschte Parameter zu maximieren. In dieser Ausführung wird ein Modell Z – typischer weise eine Transferfunktion, die das innerhalb des Prozesses 80 vorhandene Hochfrequenzrauschen repräsentiert – von der Modellierungsroutine 84 berechnet und zur Steuereinheit 86 übertragen. Bei dieser Konfiguration enthält die Steuereinheit 86 die Invertierungsroutine 70, die zur Berechnung der inversen Transferfunktion (1/Z) verwendet werden kann. Die invertierte Transferfunktion (1/Z) und das Fehlersignal E können sodann verwendet werden, um ein angepasstes Steuersignal U' zu erzeugen, das an das Feldgerät übertragen wird, dessen Aufgabe darin besteht, das Hochfrequenzrauschen innerhalb des Prozesses 80 zu kompensieren.
In einigen Fällen kann eine Zeitsynchronisation wünschenswert sein, um eine korrekte Erkennung und Kompensation des Hochfrequenzfehlers zu erreichen. So ist es beispielsweise möglich, ein drahtloses Zeitsynchronisationssystem wie beispielsweise ein auf einem drahtlosen Global Positioning System (GPS) basierendes System oder das nationale Zeitstandardsystem, das von Bolder, Colorado, aus Signale sendet, zu verwenden, um eine zeitliche Synchronisation sämtlicher Daten mittels Zeitstempel zu erreichen. In diesem Beispiel kann jedes Gerät über einen drahtlosen oder sonstigen Empfänger wie beispielsweise einen GPS-Empfänger verfügen, um ein synchronisiertes Zeitsignal zu empfangen, wobei dieses Zeitsignal dann dazu verwendet wird, eine interne Uhr zu aktualisieren. Die Uhr kann sodann für eine präzise Zeitstempelung jedes vom Gerät versandten Signals verwendet werden. Auf diese Weise kann im Hochfrequenzmodell oder in dem Gerät, das das Hochfrequenzkompensationssignal erzeugt, eine korrekte Kompensation der zeitlichen Verzögerung erreicht oder realisiert werden, um die zeitlichen Verzögerungen bei der Übermittlung von Daten von einem Gerät zu einem anderem Gerät zu berücksichtigen.
Weiterhin kann das System zur Kompensation von hochfrequentem Rauschen, falls gewünscht, pseudozufällige binäre Sequenzsignale verwenden, die beispielsweise von der intelligenten Steuereinrichtung wie zum Beispiel dem Ventil oder der Steuereinheit ausgelöst werden, um die Transportverzögerung und die Phase zwischen der Steuereinheit (beispielsweise dem Stellglied) und den gemessenen Variablen an Gebern und/oder Analysatoren oder Geräten zu bestimmen. Diese Zeitverzögerung könnte sodann bei der Bestimmung des Hochfrequenzrauschens sowie als geeignetes Kompensationssignal verwendet werden. Dieses System erfordert selbstverständlich Generatoren und Decoder für pseudozufällige Folgen innerhalb der Geräte und Routinen, die diese pseudozufälligen Folgen auf die Signale, die von einem Gerät zu einem anderen Gerät gesendet werden, aufzubringen bzw. von diesen abzunehmen.
Die hier beschriebenen Techniken können selbstverständlich auf einen Fall mit mehreren Variablen (beispielsweise zur Prozessoptimierung) ausgeweitet werden, indem das Gesamtdifferential der interessierenden Variablen in Bezug auf die mehrfachen Messungen und/oder beteiligten Stellgliedparameter entweder zu Beginn oder kontinuierlich abgeschätzt wird und die gewichteten Eingänge des inversen Störungsmodells mit dem Stellgliedsignalen aufsummiert werden. Die im Gewichtungsprozess angesetzten Gewichtungen können durch Berechnung des Verhältnisses der relevanten partiellen Differentialverstärkung gegenüber dem Gesamtdifferentialeinflussmodell bestimmt werden.
Die Erfindung wird hier unter Hinweis auf spezifische Beispiele beschrieben, die lediglich veranschaulichenden Zwecken dienen und die Erfindung nicht beschränken bzw. einschränken sollen; es ist jedoch es für jeden technisch Versierten ersichtlich, dass Änderungen oder Streichungen an den dargestellten Ausführungen vorgenommen werden können, ohne dass dies eine Abweichung vom Geist und Inhalt der Erfindung bedeutete.
Zusammenfassung
Ein Steuerungssystem beinhaltet eine Messvorrichtung, die in der Lage ist, Hochfrequenzprozessparameterdaten zu erfassen, eine Modellierungsroutine, die unter Verwendung der Hochfrequenzprozessparameterdaten ein Modell des Hochfrequenzrauschens entwickelt, sowie eine Kompensationsroutine, die unter Verwendung des entwickelten Modells ein Steuersignal anpasst, um auf diese Weise das innerhalb des Prozessparameters vorhandene Hochfrequenzrauschen zu kompensieren. Die Messvorrichtung kann eine Prozessvariable mit einer relativ hohen Frequenz messen und eine Teilmenge der gemessenen Daten (beispielsweise die Niederfrequenzdaten) an eine Standard-Steuereinheit übermitteln, die ein Steuersignal erzeugt, um den gemessenen Prozessparameter auf jede bekannte Weise zu steuern. Die Modellierungsroutine analysiert die Hochfrequenzdaten und entwickelt ein mathematisches Modell des Hochfrequenzrauschens innerhalb der Prozessvariablen. Das resultierende mathematische Modell kann sodann von der Kompensationsroutine verwendet werden, um das von der Steuereinheit erzeugte Standard-Steuerungssignal zu verändern, bevor dieses Signal an die gesteuerte Vorrichtung übermittelt bzw. von dieser genutzt wird.

Claims

Steuerungssystem zum Einsatz in einem verteilten Prozesssteuernetzwerk, wobei das Steuerungssystem die folgenden Bestandteile umfasst: Steuereinheit zur Erzeugung eines Steuersignals auf der Grundlage von Messungen von mindestens einer Prozessvariablen, wobei die Messungen der Prozessvariablen mit einer ersten Frequenz erfolgen; eine gesteuerte Vorrichtung, die mit der Steuereinheit kommuniziert; eine Messvorrichtung, die mit der Steuereinheit kommuniziert und so eingestellt ist, dass sie die Messwerte der Prozessvariablen mit einer zweiten Frequenz erfasst, wobei die zweite Frequenz höher als die erste Frequenz ist und wobei die Messvorrichtung die Messwerte der Prozessvariablen mit der ersten Frequenz an die Steuereinheit übermittelt; eine in einem Speicher enthaltene Modellierungsroutine, die so konzipiert ist, dass sie von einem Prozessor ausgeführt wird, und die so eingestellt ist, dass sie die mit der zweiten Frequenz durchgeführten Messungen der Prozessvariablen dergestalt verwendet, dass ein Rauschmodell des innerhalb der Prozessvariablen vorliegenden Hochfrequenzrauschens abgeleitet wird; und ein Signalverknüpfungsglied, das mit dem Steuereinheit und der Modellierungsroutine kommuniziert und aus dem Steuersignal und dem Rauschmodell ein angepasstes Steuersignal erzeugt, wobei das Signalverknüpfungsglied weiterhin mit der gesteuerten Vorrichtung kommuniziert und das angepasste Steuersignal an die gesteuerte Vorrichtung weiterleitet, um das innerhalb der Prozessvariablen vorliegende Hochfrequenzrauschen zu reduzieren.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem die gesteuerte Vorrichtung ein intelligentes Betätigungsorgan ist.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Modellierungsroutine so gestaltet ist, dass ein Rauschmodell erhalten wird, das eine oder mehrere zeitvariante lineare Komponenten, eine zeitvariante zyklische Komponente und eine zeitvariante Weißes-Rauschen-Komponente beinhaltet.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Modellierungsroutine so gestaltet ist, dass mittels Fourier-Analyse eine Schätzung des Hochfrequenzrauschens erfolgt.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem sich der Speicher, in dem die Rauschmodellierungsroutine enthalten ist, in einem anderen Gerät als der Steuereinheit befindet.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem sich der Speicher, in dem die Rauschmodellierungsroutine enthalten ist, innerhalb der gesteuerten Vorrichtung befindet.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem sich der Speicher, in dem die Rauschmodellierungsroutine enthalten ist, innerhalb der Messvorrichtung befindet.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Rauschmodellierungsroutine eine Transferfunktionsroutine zur Bestimmung einer Transferfunktion des Hochfrequenzrauschens innerhalb der Prozessvariablen sowie eine Invertierungsroutine zur Invertierung der Transferfunktion beinhaltet.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 8, bei dem sich die Invertierungsroutine innerhalb der gesteuerten Vorrichtung befindet.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 8, bei dem sich die Invertierungsroutine innerhalb einer anderen Vorrichtung als der Steuereinheit befindet.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 8, bei dem die Invertierungsroutine in die Steuereinheit integriert ist.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 11, bei dem die Invertierungsroutine die Rauschmodelltransferfunktion invertiert und das Signalverknüpfungsglied die resultierende invertierte Rauschtransferfunktion mit dem Steuersignal multipliziert.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit mit einem Netzwerk kommuniziert und so ausgeführt ist, dass das Steuersignal an eine gesteuerte Vorrichtung übertragen wird, die über ein Sub-Netzwerk mit dem Netzwerk kommuniziert.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 13, bei dem die Messvorrichtung mit dem Sub-Netzwerk kommuniziert.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 14, bei dem der Speicher, in dem die Rauschmodellierungsroutine enthalten ist, in die Messvorrichtung integriert ist, und bei dem die Messvorrichtung über das Sub-Netzwerk mit der gesteuerten Vorrichtung kommuniziert.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 15, bei dem das Signalverknüpfungsglied in die gesteuerte Vorrichtung integriert ist.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem mindestens eines der Geräte Steuereinheit, gesteuerte Vorrichtung und Messvorrichtung einen Generator für eine pseudozufällige Folge beinhaltet, der pseudozufällige Folgen erzeugt, und bei dem das Signalverknüpfungsglied mittels der pseudozufälligen Folgen das angepasste Steuersignal erzeugt.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, das zusätzlich eine Datenkompressionsroutine zur Kompression von Daten beinhaltet.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem das Signalverknüpfungsglied das angepasste Steuersignal kontinuierlich bestimmt.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem das Signalverknüpfungsglied so konfiguriert ist, dass es das angepasste Steuersignal erzeugt, um den verbleibenden zyklischen Fehler innerhalb einer Prozessvariablen zu minimieren.
Steuerungssystem gemäß Anspruch 1, das weiterhin eine Quelle einer synchronisierten Zeitquelle beinhaltet, die sich in mindestens zwei der Geräte Steuereinheit, gesteuerte Vorrichtung und Messvorrichtung befindet.
Verfahren zur Reduzierung hochfrequenter Prozessschwankungen innerhalb eines Prozesssteuerungssystems, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Erzeugen eines Steuersignals als Reaktion auf mindestens eine Prozessvariable, die mit einer ersten Geschwindigkeit in einem ersten Gerät empfangen wird; außerhalb des ersten Gerätes sammelndes Erfassen von mindestens einer Prozessvariablen mit einer zweiten Geschwindigkeit, die größer als die erste Geschwindigkeit ist; außerhalb des ersten Gerätes Bestimmen eines Rauschmodells auf der Grundlage der Messungen der mindestens einen Prozessvariablen, die mit der zweiten Geschwindigkeit erfasst wurde; Erzeugen eines angepassten Steuersignals auf der Grundlage des Steuersignals und des Rauschmodells sowie Nutzung des angepassten Steuersignals zur Reduzierung des hochfrequenten Rauschens innerhalb der Prozessvariablen.
Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem der Schritt der Ermittlung des Rauschmodells weiterhin den Schritt der Berechnung einer Transferfunktion beinhaltet, die das innerhalb der Prozessvariablen vorhandene hochfrequente Rauschen repräsentiert.
Verfahren gemäß Anspruch 23, bei dem der Schritt der Erzeugung des angepassten Steuersignals weiterhin den Schritt der Berechnung des inversen Wertes der Rauschmodelltransferfunktion beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 24, bei dem der Schritt der Erzeugung des angepassten Steuersignals weiterhin den Schritt der Multiplikation des Steuersignals mit dem inversen Wert der Rauschmodelltransferfunktion beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 22, das weiterhin den Schritt der Erzeugung pseudozufälliger Folgen sowie den Schritt der Verwendung der pseudozufälligen Folgen zur Erzeugung des angepassten Steuersignals beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 22, das weiterhin den Schritt der Kompression von Daten vor der Übertragung der Daten zwischen zwei oder mehr Geräten innerhalb des Prozesssteuerungssystems beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem der Schritt der Erzeugung des angepassten Steuersignals den Schritt der kontinuierlichen Bestimmung des angepassten Steuersignals sowie weiterhin den Schritt der kontinuierlichen Übermittlung des angepassten Steuersignals zu einer gesteuerten Vorrichtung beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem der Schritt der Erzeugung des angepassten Steuersignals den Schritt der Bestimmung des angepassten Steuersignals beinhaltet, um den verbleibenden zyklischen Fehler innerhalb einer Prozessvariablen zu minimieren.
Verfahren gemäß Anspruch 22, das weiterhin den Schritt der zeitlichen Synchronisierung der Daten innerhalb des Prozesssteuerungssystems durch Verwendung einer Zeitquelle, die in mindestens zwei Geräten innerhalb des Prozesssteuerungssystems enthalten ist, beinhaltet.
Verfahren gemäß Anspruch 22, wobei der Schritt der Bestimmung den Schritt der Verwendung einer Fourier-Analyse zur Bestimmung des Rauschmodells beinhaltet.