DE69113164T2

DE69113164T2 - Verfahren und Vorrichtung für die Steuerung eines Prozesses.

Info

Publication number: DE69113164T2
Application number: DE69113164T
Authority: DE
Inventors: Paul C Badavas
Original assignee: Foxboro Co
Current assignee: Schneider Electric Systems USA Inc
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1991-07-23
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: EP0469771B1; EP0469771A2; JPH05324006A; EP0469771A3; ATE128253T1; DE69113164D1; US5150289A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Prozeßsteuerung und insbesondere auf eine verbesserte Vorrichtung sowie Verfahren für die statistische Steuerung von Prozessen.
Eine Prozeßsteuerung ist ein Verfahren zur Steuerung der Betriebsparameter eines Prozesses durch Überwachung eines oder mehrerer seiner Eigenschaften über die Zeit hinweg. Sie wird dazu eingesetzt, sicherzustellen, daß sich die Qualität und Effizienz des Prozesses während eines einzelnen Laufs oder im Verlauf von mehreren Läufen nicht wesentlich verändert. Während eine Prozeßsteuerung typischerweise bei der Herstellungsindustrie eingesetzt wird, findet sie auch Einsatz in der Dienstleistungsindustrie.
Eine Form einer Prozeßsteuerung, nämlich eine statistische Prozeßsteuerung (SPS) beruht auf einer statistischen Analyse von Prozeßvariablen, um sicherzustellen, daß der Prozeß in einer gewünschten Weise arbeitet. SPS basiert auf der Annahme, daß es eine zufällige Veränderung der Werte jeder Variablen (zum Beispiel der Zugfestigkeit, des Helligkeitsausmaßes usw.) gibt, die als ein Maß für die Prozeßqualität oder -effizienz dient. Wenn diese Variablen ständig ein Normalverteilungsmuster (zum Beispiel eine Gauß-Verteilung) innerhalb gegebener Grenzwerte zeigen, befindet sich der Prozeß unter statistischer Steuerung. Eine Abweichung von dieser Normalverteilung zeigt an, daß sich der Prozeß nicht unter statistischer Steuerung befindet.
Beispielsweise kann die Helligkeit eine Anzeige für die Qualität von Papier sein, das durch einen bestimmten Herstellungsprozeß hergestellt wird. Zur Gewährleistung einer Steuerung des Prozesses werden die Helligkeitswerte in diskreten Abständen während eines Laufs. das heißt während des Prozeßbetriebs, gemessen. Durch grafische Darstellung dieser Werte und durch Vergleich derselben mit einem gewünschten Soll-Helligkeitspegel ist es möglich, unerwünschte Verschiebungen im Prozeß zu erfassen. Sobald der Betreiber aufmerksam geworden ist, kann er Kompensationsschritte wie zum Beispiel eine Vergrößerung oder umgekehrt eine Verringerung der Menge von Bleichmitteln ergreifen, das der Masse zugesetzt wird.
Unter den herkömmlichen SPS-Verfahren befindet sich das kumulative Summen-Verfahren (KUSUM). Bei diesem Verfahren wird eine Form eines sequentiellen Wahrscheinlichkeits- Verhältnistests eingesetzt, bei dem die Annahme, daß der Mittelwert eines Prozesses gleich einem Sollwert ist, gegenüber der alternativen Annahme bewertet wird, daß der Mittelwert von diesem Wert um eine bestimmte Größe abweicht.
Wie es beispielsweise in Ulery: "Software requirements for Statistical Quality Control", Instrument Society of America Paper # 86-2713 (1986) beschrieben ist, werden bei einem KUSUM-Berechnungsverfahren zwei kumulative Werte, nämlich eine Summe SH hohen Werts und eine Summe SL niedrigen Werts verfolgt, die folgendermaßen ausgedrückt werden:
SH (i) = max [0, Yi - k + SH(i-1)]
SL (i) = max [0, - k - Yi + SL(i-1)],
wobei Yi eine standardisierte Variable ist, die gleich dem Abtastmittelwert des beobachteten Werts abzüglich des Sollwerts, dividiert durch die Standardabweichung des Abtast mittelwerts, ist, k einen Schlupfwert bezeichnet, und max[...] eine Funktion ist, die den Wert ihres zahlenmäßig größten Parameters zurückführt bwz. ermittelt.
Herkömmliche SPS-Systeme, die dieses KUSUM-Verfahren anwenden, teilen eine nicht mehr unter Kontrolle stehende Sittiation mit, wenn entweder SH oder SL einen vorbestimmten Alarmwert überschreitet. Typischerweise reagiert ein Betreiber auf das Signal, indem er entscheidet, ob und welche Maßnahme bezüglich des Alarmzustands zu ergreifen ist.
Auch wenn frühere KUSUM-Systeme zumindest beschränkten Erfolg hatten, ermöglichen sie keine exakte Steuerung in einem breiten Bereich oder einer Vielzahl von Verfahren. Demgemäß ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und verbesserte Verfahren für eine statistische Prozeßsteuerung bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Prozeßsteuersystems, das gemessene Prozeßvariablen statistisch interpretiert, um außer Kontrolle geratene Situationen zu erkennen und diese automatisch zu korrigieren.

Kurzfassung der Erfindung

Die Erfindung erreicht die vorstehend angegebenen Zielsetzungen durch Schaffung eines Steuerverfahrens und einer Vorrichtung, bei der eine asymmetrische, nichtlineare Regelung eingesetzt wird, um eine Prozeß-Regelgröße nahe bei einem gewünschten Sollwert zu halten.
Gemäß einem Gesichtspunkt stellte die Erfindung ein System zur Regelung einer Vorrichtung bereit, die einen Prozeß durchführt und auf ein Regelgrößensignal (zum Beispiel auf ein Signal, das die Menge von Bleichmitteln regelt) anspricht, um eine meßbare Eigenschaft (beispielsweise die Helligkeit bzw. Leuchtdichte von Papier) des Prozesses zu verändern. Das System überwacht Werte der Eigenschaft zur Erzeugung von Signalen, die den Mittelwert oder Durchschnitt und die Standardabweichung dieser überwachten Werte repräsentieren. Ein Fehlersignal wird als die Differenz zwischen dem Mittelwertsignal und einem Signal, das einen Sollwert der überwachten Eigenschaft repräsentiert, dividiert durch den Wert des Standardabweichungssignals, erzeugt.
Das System überwacht das Fehlersignal für die Erfassung von ausgewählten Veränderungen des Prozesses unter Erzeugung von zwei auseinanderliegenden oder Extremwert- Akkumulationssignalen. Eines ist ein aufsummiertes Signal hohen Werts, das eine zeitliche Summation von aufeinanderfolgenden Werten des Unterschieds zwischen dem Fehlersignal und einem vorbestimmten, hohen Schlupfwert repräsentiert. Das andere ist ein aufsummiertes Signal niedrigen Werts, das eine zeitliche Summation von aufeinanderfolgenden Werten des Unterschieds zwischen einem negierten Fehlersignal und einem vorbestimmten, niedrigen Schlupfwert repräsentiert. Der hohe Schlupfwert und der niedrige Schlupfwert, die beispielsweise von dem Benutzer während des Laufes bestimmt werden können, sind voneinander unabhängig. Das heißt, daß die Werte grundsätzlich auf unterschiedliche Werte eingestellt werden können, auch wenn der Benutzer die Werte gleich groß einstellen kann. Diese Unabhängigkeit von den auseinanderstrebenden, aufsummierten Signalen erlaubt eine verbesserte, genaue Steuerung eines breiten Bereichs von Herstellungsprozessen.
Ein Stellgrößensignal, das teilweise aus den aufsummierten Signalen hohen und niedrigen Werts erzeugt wird wird automatisch bei der den Prozeß durchführenden Vorrichtung eingesetzt, um die gemessene Eigenschaft auf den Sollwert zu führen. Dieses Stellgrößensignal repräsentiert eine numerische Summe aus einem früheren Wert des Signals und skalierten Werten von zumindest einem der aufsummierten Signale hohen Werts und niedrigen Werts.
Weitere Gesichtspunkte der Erfindung beziehen sich auf Mechanismen für die Gruppenbildung von gemessenen Werten der Prozeß-Steuervariablen für die Erzeugung der vorstehend angegebenen Mittelwerts- und Standardabweichungswerte. In Übereinstimmung mit einem dieser Mechanismen werden aufeinanderfolgende Gruppen aus (n) abgetasteten Werten bei jedem (n)-ten Wert abgetastet. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt werden aufeinanderfolgende Gruppen aus (n) Werten bei jedem (n + m)-ten Wert abgetastet, wobei (n) und (m) jeweils ganze Zahlen sind. Gemäß einem anderen Gesichtspunkt werden aufeinanderfolgende Gruppen durch Zusammenfassung von neu abgetasteten Werten mit abgetasteten Werten aus einer früheren Gruppe gebildet.
Diese und weitere Gesichtspunkte der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung läßt sich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erhalten, bei denen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines als Beispiel dienenden, durch eine Steuereinrichtung gesteuerten Prozesses in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt,
Fig. 2 eine funktionelle Blockdarstellung einer Prozeßsteuerung in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, und
Fig. 3 eine grafische Darstellung zeigt, in der als Beispiel dienende Werte von Signalen bei der Prozeßsteuervorrichtung gemäß dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht sind.

Detaillierte Beschreibung des dargestellten Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt als Beispiel einen Prozeß 10 unter Steuerung durch eine Steuereinrichtung 12, die gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung aufgebaut ist. Der Prozeß 10 stellt einen beliebigen herkömmlichen Herstellungs- oder Dienstleistungsprozeß dar, bei dem mehrfache Eingangsgrößen 14a, 14b und 14c zur Erzeugung einer Ausgangsgröße 16 verwendet werden. Zum Beispiel kann der Prozeß 10 ein Papierherstellungsprozeß sein, bei dem Papierbrei, Bleichmittel und Hilfsmittel entlang Eingabelinien 14a, 14b und 14c zur Erzeugung einer Papierrolle 16 zugeführt werden.
Eine dargestellte Quelle 18 liefert eine der Prozeßeingangsgrößen 14b. Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel kann diese Quelle 18 ein chemischer Tank sein, der ein Bleichmittel zuführt. Die Abgabe der Quelle 18 wird durch die Steuereinrichtung 12 über einen Regler 20 geregelt. Der Regler kann zum Beispiel ein herkömmliches Durchflußventil sein, das auf ein über eine Leitung 21 empfangenes Stellgrößensignal zur Steuerung der Menge des dem Prozeß 10 von der Quelle 18 zugeführten Materials anspricht.
Im Betrieb mißt eine herkömmliche Meßeinrichtung, die mit MD bezeichnet ist, eine Eigenschaft, das heißt eine Regelgröße des Prozesses 10. Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel kann die Meßeinricbtung ein optischer Sensor sein, der zur Erzeugung eines Signals ausgelegt ist, das die Helligkeit des gerollten, durch den Prozeß 10 hergestellten Papiers repräsentiert. Das Regelgrößensignal wird der Steuereinrichtung 12 über eine Leitung 22 von der Meßeinrichtung zugeführt. Die Steuereinrichtung 12 erzeugt ihrerseits ein Stellgrößen-Ausgangssignal auf der Grundlage von Untergruppen der gemssenen Werte sowie auf der Basis eines Sollwertsignals, das sie über eine Leitung 26 empfängt. Dieses Sollwertsignal repräsentiert einen gewünschten Wert der Regelgröße, zum Beispiel eine gewünschte Helligkeit des Papiers. Wie nachstehend in größeren Einzelheiten erläutert wird, basiert der Wert des Stellgrößensignals auch auf einem "Niedrig"-Alarmwertsignal, einem "Hoch" -Alarmwertsignal, einem "Niedrig-Schlupfwertsignal, einem "Hoch"- Schlupfwertsignal, einem "Niedrig "-Alarm-Steuereinrichtungsverstärkungssignal und einem "Hoch" -Alarm-Steuereinrichtungsverstärkungssignal. Bei dem gezeigten erläuterten Ausführungsbeispiel werden diese Signale unter Benutzersteuerung mit Hilfe einer Benutzer-Eingabe/Ausgabe-Konsole 24 erzeugt.
Fig. 2 zeigt einen Aufbau der Steuereinrichtung 12 gemäß Fig. 1 in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. Die dargestellte Steuereinrichtung enthält ein Initialisierungselement 27 für die Einstellung der nachstehenden anfänglichen Signalwerte, Der Ausdruck (j) ist eine Indexnummer, die die Position in einer Folge wie etwa einer Zeitfolge identifiziert. Signalname Beschreibung Anfangswert gegenwärtiges aufsummiertes Signal hohen Werts früheres auf summiertes Signal hohen Werts gegenwärtiges aufsummiertes Signal niedrigen Werts früheres auf summiertes Signal niedrigen Werts "Hoch"-Alarmsignal "Niedrig"-Alarmsignal
Das Initialisierungselement 27 legt zudem ein früheres Stellgrößensignal MA(j-1) auf einen Wert, der gleich dem aktuellen Wert der manipulierten Prozeßeingangsgröße, zum Beispiel der anfänglichen Strömungsrate der gemessenen Variablen, ist.
Sobald die Initialisierung abgeschlossen ist, empfängt ein Abtastelement 28 von der Meßeinrichtung MD (Fig. 1) für die Regelgröße Signale, die Werte einer Regelgröße bzw. gesteuerten Variablen X repräsentieren. Das Abtastelement tastet diskrete Werte dieser Werte für die Erzeugung von Untergruppensignalen X(1), X(2), ...X(n) ab, wobei (n) eine ganze Zahl ist die in Übereinstimmung mit der Art des gesteuerten Prozesses 10 bestimmt ist.
Das Abtastelement 28 erzeugt die Untergruppensignale in Abhängigkeit von einem von drei Abtastmechanismen. Der erste Mechanismus erzeugt aufeinanderfolgende Untergruppen von jeweils (n) gemessenen Werten, wobei eine neue Untergruppe jeweils bei (n) Werten gebildet wird. Gemäß diesem Mechanismus kann beispielsweise eine erste Untergruppe die ersten 15 Helligkeitsmessungen enthalten, die während aufeinanderfolgender Zeitintervalle von beispielsweise jeweils drei Minuten gewonnen wurden; eine zweite Untergruppe kann die nächsten 15 Messungen enthalten, usw.
Alternativ erzeugt das Abtastelement 28 aufeinanderfolgende Untergruppen aus jeweils (n) gemessenen Werten, wobei jede neue Untergruppe (m) Intervalle nach dem Abschluß der früheren Untergruppe gebildet wird. Somit kann zum Beispiel eine erste Untergruppe die ersten 15 Helligkeitsmessungen, die von dem Prozeß gewonnen wurden, enthalten; eine zweite Untergruppe kann 15 Messungen enthalten, die 30 Minuten nach der Beendigung der ersten Untergruppe gewonnen wurden; usw. Dieser Abtastmechanismus wird vorzugsweise bei kontinuierlich abgetasteten Variablen für die Verringerung der Korrelation zwischen aufeinanderfolgenden Untergruppen eingesetzt.
Als eine dritte Alternative erzeugt das Abtastelement aufeinanderfolgende Untergruppen aus jeweils (n) gemessenen Werten, wobei jede Untergruppe teilweise aus Werten, die in einer früheren Untergruppe enthalten sind, und teilweise mit neu gemessenen Werten gebildet wird. Damit kann beispielsweise eine erste Untergruppe die ersten fünf Helligkeitsmessungen, die von dem Prozeß erhalten wurden, enthalten, eine zweite Untergruppe kann die letzten vier Werte der ersten Untergruppe zusätzlich zu einem neu gemessenen Wert enthalten, eine dritte Untergruppe kann den dritten bis siebten Helligkeitswert enthalten, usw. Dieser Abtastmechanismus wird vorzugsweise bei Prozessen eingesetzt, bei denen ein relativ langes Zeitintervall zwischen den Messungen der Regelgröße vorliegt, beispielsweise in dem Fall, daß Meßdaten für die Regelgröße manuell eingegeben werden.
Ein Steuersignal, das angibt, welcher der vorstehend erläuterten Abtastmechanismen eingesetzt wird, wird an das Abtastelement 28 über eine Eingangsleitung 29 angelegt. Dieses Steuersignal wird üblicherweise bei oder vor dem Zeitintervall des Prozeßlaufes durch den Benutzer mit Hilfe der Konsole 24 (Fig. 1) bestimmt.
Signale X(1), X(2) . . . X(n), die Untergruppen-Abtastwerte repräsentieren und durch das Abtastelement 28 erzeugt werden, werden an ein statistisches Element 30 angelegt. Dieses Element erzeugt Signale XB(j) und SSD(j), die jeweils den Mittelwert bzw. die Standard-
abweichung jedes Satzes von Untergruppenwerten repräsentieren. Die Mittelwerte und die Standardabweichung werden in Übereinstimmung mit herkömmlichen statistischen mathematischen Methoden in folgender Weise berechnet: (Gleichung 1) (Gleichung2)
wobei:
(n) die Untergruppengröße bezeichnet,
(j) die j-te Untergruppe repräsentiert,
X(i) den i-ten Wert der Regelgröße in der Untergruppe j repräsentiert,
XB (j) den Mittelwert der Untergruppe j darstellt, und
SSD(j) die Abtast-Standardabweichung der Untergruppe () repräsentiert.
Die Ausgangsgröße des statistischen Elements 30, das heißt das den Mittelwert darstellende Signal XB(j) und das die Standardabweichung repräsentierende Signal SSD(j), werden einem Normalisierungselement 32 zugeführt, das ein Fehlersignal Y(j) erzeugt. Das dargestellte Element 32 berechnet das Fehlersignal in folgender Weise:
Y(j) = XB(j) - TAR/SSD(j) (Gleichung 3)
wobei:
TAR den Sollwert für die Regelgröße bezeichnet, und Y(j) die normalisierte Abweichung der Regelgröße vom Sollwert für die Untergruppe (j) repräsentiert.
Für den Fachmann ist ersichtlich, daß das Fehlersignal Y(j) positiv ist, wenn die Größe XB(j) (Gleichung 2) oberhalb des Sollwerts des Signals liegt, und negativ ist, wenn XB(j) unterhalb des Sollwerts des Signals liegt.
Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 2 besitzt die dargestellte Steuereinrichtung 12 ferner ein Element 34 zur Verhinderung einer Division durch null, das zwischen den Standardabweichungs-SSD(j)-Ausgang des statistischen Elements 30 und das Normalisierungselement 32 geschaltet ist. Das Element 34 vergleicht den Wert des Signals SSD(j) mit einem Minimalwertsignal MINSIG. Falls SSD(j) kleiner ist als der Minimalwert, legt das statistische Element 34 SSD(j) auf gleichen Wert wie MINSIG; andernfalls bleibt der Wert von SSD(j) unverändert. Der Wert von MINSIG ist vorzugsweise der kleinste akzeptable Wert für die Vermeidung der Abgabe eines Nulldivisions-Fehlersignals durch das Element 32. MINSIG kann durch den Betreiber während der Ablaufzeit eingegeben werden. Jedoch wird es vorzugsweise durch den Betreiber als ein Vorgabewert eingestellt.
Das Fehlersignal Y(j), das von dem Normalisierungselement 32 abgegeben wird, wird als ein Eingangssignal an ein Aufsummierungselement 35 für hohen Wert und auch an ein Aufsummierungselement 36 für niedrigen Wert angelegt. Das erstere akkumuliert Fehler signalwerte, die um mehr als einen hohen Schlupfwert klein k1 größer sind als der Sollwert, um ein aufsummiertes Signal SH(j) hohen Werts zu erzeugen. Das Element 36 summiert Fehlersignalwerte auf, die um mehr als einen niedrigen Schlupfwert k2 kleiner sind als der Sollwert, um ein aufsummiertes Signal SL(j) niedrigen Werts zu erzeugen.
Wie vorstehend erläutert, sind das hohe Schlupfwertsignal k1 und das niedrige Schlupfwertsignal k2 voneinander unabhängig. Dies bedeutet, daß ein in Übereinstimmung mit dieser Erfindung aufgebautes Prozeßsteuersystem die Eingabe von Werten für k1 und k2, die ungleich sind und/oder in anderer Weise nicht miteinander in Beziehung stehen, ermöglicht und mit diesen arbeiten kann, auch wenn der Benutzer Eingabewerte (über die Leitung 19, Fig. 1) für k1 und k2 eingeben kann, die gleich groß sind oder in anderer Weise mathematisch zusammenhängen, wobei beispielsweise k1 der Hälfte von k2 entspricht. Das Aufsummierungselement 35 für hohen Wert erzeugt ein aktuelles aufsummiertes Signal SH(j) hohen Werts durch anfängliches Subtrahieren des Werts des hohen Schlupfwertsignals k1 von dem Wert des Fehlersignals Y(j) und durch anschließendes Addieren der Differenz zu dem Wert des früheren aufsummierten Signals SH(j-1) hohen Werts.
Das aktuelle aufsummierte Signal SH(j) hohen Werts wird an ein max-Funktionselement 38 geleitet, das dieses Signal mit einem Signal vergleicht, das den Wert NULL repräsen tiert. Falls das max-Funktionselement 38 erkennt, daß das aktuelle aufsummierte Signal SH(j) hohen Werts kleiner ist als NULL, erzeugt das max-Funktionselement 38 ein neues aufsummiertes Signal SH(j) hohen Werts, das gleich NULL ist. Andernfalls läßt das max- Funktionselement 38 das aktuelle aufsummierte Signal SH(j) hohen Werts unverändert.
In gleichartiger Weise erzeugt das Element 36 ein aktuelles aufsummiertes Signal SL(j) niedrigen Werts durch Subtrahieren des Werts des niedrigen Schlupfsignals k2 von dem negierten Wert des Fehlersignals Y(j) und durch Addieren der Differenz zu dem Wert des früheren aufsummierten Signals SL(j-1) niedrigen Werts.
Das aktuelle aufsummierte Signal SL(j) niedrigen Werts wird an ein max-Funktionselement angelegt, das dieses Signal mit einem Signal vergleicht, das den Wert NULL repräsentiert. Falls das max-Funktionselement 40 erkennt, daß das aktuelle aufsummierte Signal SL(j) niedrigen Werts kleiner ist als NULL, erzeugt das max-Funktionselement 40 ein neues aufsummiertes Signal SL(j) niedrigen Werts, das gleich NULL ist. Andernfalls läßt das max-Funktionselement 40 das aktuelle aufsummierte Signal SL(j) niedrigen Werts unverändert.
Mathematisch wird die Betriebsweise der dargestellten Elemente 35, 36, 38 und 40 folgendermaßen ausgedrückt:
SH(j) = max[0, SH(j-1) + Y(j) - k1] (Gleichung 4)
SL(j) = max[0, SL(j-1) Y(j) - k2] (Gleichung 5)
wobei:
SH(j) den Wert des aktuellen aufsummierten Signal hohen Werts repräsentiert,
SH(j-1) den Wert des früheren aufsummierten Signals hohen Werts darstellt,
SL(j) den Wert des aktuellen aufsummierten Signals niedrigen Werts repräsentiert,
SL(j-1) den Wert des früheren aufsummierten Signals niedrigen Werts darstellt,
k1 den Wert des Schlupfsignals hohen Werts repräsentiert,
k2 den Wert des Schlupfsignals niedrigen Werts darstellt und
max[] eine Maximumfunktion repräsentiert, die einen Wert abgibt, der gleich dem größten ihrer Eingangswerte ist.
Das aufsummierte Signal SH(j) hohen Werts wird von dem max-Funktionselement 38 zu einem Vergleicher 42 geleitet, der dieses Signal gegenüber dem Alarmsignal h1 hohen Werts überprüft, um zu erfassen, welches größer ist. Falls der Vergleicher 42 erkennt, daß 25 das aufsummierte Signal SH(j) hohen Werts größer ist, gibt er ein Signal "Ja" an ein Treiberelement 44 ab, das durch Erzeugung eines "Hoch"-Alarmsignals mit dem Wert "Eins", das heißt (HA = 1), reagiert. Andernfalls gibt der Vergleicher 42 ein Signal "Nein" ab, das an ein Treiberelement 46 geleitet wird, das durch Erzeugung eines "Hoch"- Alarmsignals mit dem Wert NULL, das heißt (HA = 0) reagiert.
In gleichartiger Weise wird das aufsummierte Signal SL(j) niedrigen Werts von dem max- Funktionselement 40 zu einem Vergleicher 48 geleitet, der dieses Signal gegenüber dem Alarmsignal h2 niedrigen Werts überprüft, um zu bestimmen, welches größer ist. Falls der Vergleicher 48 erkennt, daß das aufsummierte Signal SL(j) niedrigen Werts größer ist, gibt er ein Signal "Ja" an ein Treiberelement 50 ab, das durch Erzeugung eines "Niedrig"- Alarmsignals mit dem Wert EINS, das heißt (LA = 1), reagiert, andernfalls gibt das Treiberelement 50 ein Signal "NEIN" an ein Treiberelement 52 ab, das durch Erzeugung eines "Niedrig"-Alarmsignals mit dem Wert NULL, das heißt (LA = 0), reagiert.
Wie die vorstehend erwähnten Schlupfwerte können auch das Alarmsignal h1 hohen Werts und das Alarmsignal h2 niedrigen Werts voneinander unabhängig sein. Dies bedeutet, daß ein Prozeßsteuersystem in Übereinstimmung mit dieser Erfindung die Eingabe von Werten für h1 und h2, die ungleich sind und/oder in anderer Weise nicht miteinander in Beziehung stehen, ermöglicht und mit diesen Werten arbeitet, auch wenn der Benutzer Werte für h1 und h2 eingeben kann, die gleich groß sind oder in anderer Weise mathematisch miteinander in Beziehung stehen.
Das "Hoch"-Alarmsignal HA, das durch eines der Treiberelemente 44 oder 46 erzeugt wird, wird an einen Multiplizierer 54 geleitet. Als Reaktion erzeugt der Multiplizierer ein Ausgangssignal, das gleich dem Multiplikationsprodukt aus dem aufsummierten Signal SH(j) hohen Werts, dem "Hoch"-Alarmsignal HA und einer "Hoch"-Alarm-Steuereinrichtungsverstärkung KC1 ist. In gleichartiger Weise wird das "Niedrig"-Alarmsignal HL, das durch eines der Treiberelemente 50 oder 52 erzeugt wird, an einen Multiplizierer 56 geleitet. Dieser Multiplizierer erzeugt ein Ausgangssignal, das das Multiplikationsprodukt der Werte des aufsummierten Signals SL(j) niedrigen Werts, dem "Niedrig"-Alarmsignal HL und einer "Niedrig"-Alarm-Steuereinrichtungsverstärkung KC2 ist.
Wie im obigen Fall können Signale, die die "Hoch"-Alarm-Steuereinrichtungsverstärkung KC1 und die "Niedrig"-Alarm-Steuereinrichtungsverstärkung KC2 repräsentieren, vonein ander unabhängig sein. Dies bedeutet, daß ein Prozeßsteuersystem, das in Übereinstimmung mit den hier gegebenen Lehren aufgebaut ist, die Eingabe von Werten für KC1 und KC2, die nicht gleich sind und/oder nicht miteinander in Beziehung stehen, ermöglicht, obwohl der Benutzer Werte für KC1 und KC2 eingeben kann, die gleich groß sind oder in anderer Weise mathematisch miteinander in Beziehung stehen.
Fig. 2 zeigt weiterhin, daß die Ausgangssignale der Multiplizierer 54 und 56 der dargestellten Steuereinrichtung 12 zu einem Summierelement 58 geleitet werden. Als Reaktion erzeugt dieses ein Differenzsignal, das den Wert des multiplikativen Produktsignals, das durch den Multiplizierer 54 erzeugt wird, abzüglich des Werts des multiplikativen Produktsignals, das durch den Multiplizierer 56 erzeugt wird, repräsentiert.
Das Ausgangssignal des Summierelements 58 wird an ein zweites Summierelement 60 geleitet, das ein zeitlich gesehen aktuelles Stellgrößensignal M(j) erzeugt. Dieses Signal stellt die Summe aus dem Differenzsignal, das von dem Summierelement 58 abgegeben wird, und dem Wert des zeitlich früheren Stellgrößensignals M(j-1) dar. Das Stellgrößensignal M(j) wird an die Prozeßsteuervorrichtung angelegt, wie es vorstehend in Verbindung mit Fig. 1 diskutiert ist, beispielsweise über die Leitung 21.
In mathematischer Hinsicht läßt sich die Arbeitsweise der Summierelemente 58 und 60 folgendermaßen beschreiben:
M(j) = M(j-1) + KC1 * HA * SH(j) - KC2 * LA * SL(j)
(Gleichung 6)
wobei
M(j) den Wert des aktuellen Stellgrößensignals darstellt,
M(j-1) den Wert des früheren Stellgrößensignals repräsentiert,
KC1 die Verstärkung der Steuereinrichtung 12 bezüglich des aufsummierten Signals SH(j) hohen Werts darstellt, und
KC2 die Verstärkung der Steuereinrichtung 12 bezüglich des aufsummierten Signals SL(j) niedrigen Werts repräsentiert.
Das "Hoch"-Alarmsignal HA, das von einem der Treiberelemente 44 und 46 abgegeben wird, wird auch an zwei Vergleicher 62 und 66 angelegt. Der erstere Vergleicher 62 überprüft dieses Signal, um festzustellen, ob es größer als oder gleich EINS ist. Falls dies der Fall ist, erzeugt der Vergleicher 62 ein Signal "Ja", das an ein Element 64 für erneute Initialisierung angelegt wird. Das Signal "Ja" aktiviert das Element 64 für die erneute Initialisierung dahingehend, daß jedes der nachstehenden Signale auf NULL erneut initialisiert wird: (i) das aufsummierte Signal SH(j) hohen Werts; (ii) das frühere aufsummierte Signal SH(j-1) hohen Werts; und (iii) das "Hoch"-Alarmsignal HA. In gleichartiger Weise überprüft der Vergleicher 66 das "Hoch"-Alarmsignal HA, um festzustellen, ob es kleiner als oder gleich NULL ist. Falls dies der Fall ist, erzeugt der Vergleicher 68 ein Signal "Ja", das dann an ein Zuordnungselement 68 geleitet wird, wodurch dieses veranlaßt wird, ein früheres aufsummiertes Signal SH(j-1) hohen Werts zu erzeugen, das gleich dem aktuellen aufsummierten Signal SH(j) hohen Werts ist.
Das "Niedrig"-Alarmsignal LA, das durch eines der Treiberelemente 50 und 52 erzeugt wird, wird auch an zwei Vergleicher 70 und 74 geleitet. Der erstgenannte Vergleicher 70 überprüft dieses Signal, um festzustellen, ob es größer als oder gleich EINS ist. Falls dies der Fall ist, erzeugt der Vergleicher 70 ein Signal "Ja", das an ein Element 72 für erneute Initialisierung geleitet wird. Das Signal "Ja" aktiviert das Element 72 für erneute Initialisierung dahingehend, daß jedes der nachfolgenden Signale auf NULL erneut initialisiert wird; (i) das aufsummierte Signal SL(j) niedrigen Werts; (ii) das frühere aufsummierte Signal SK(j-1) niedrigen Werts; (iii) das "Niedrig"-Alarmsignal LA. Der Vergleicher 74 überprüft das "Niedrig"-Alarmsignal LA, um festzustellen, ob es kleiner als oder gleich NULL ist. Falls dies der Fall ist, erzeugt der Vergleicher 74 ein Signal "Ja", das an ein Zuordnungselement 76 angelegt wird, wodurch dieses veranlaßt wird, ein zeitlich früheres aufsummiertes Signal SL(j-1) niedrigen Werts zu erzeugen, das gleich dem aktuellen aufsummierten Signal SL(j) niedrigen Werts ist.
Die Ausgangssignale der Steuerelemente 64, 68, 72 und 76 sowie des zweiten Summierelements 60 werden an ein Zuordnungselement 78 für die Stellgröße (Stellgrößenzuordnungs-Element) angelegt. Am Ende jedes Prozeßlaufs oder nach einem ausgewählten Betriebsintervall bereitet das Stellgrößenzuordnungs-Element 78 die Steuereinrichtung für den Beginn eines weiteren Laufs oder eines weiteren Betriebsintervalis dadurch vor, daß es ein früheres Stellgrößensignal M(j-1) erzeugt, das gleich dem aktuellen Stellgrößensignal M(j) ist. Das Stellgrößenzuordnungs-Element 78 legt dieses Ausgangssignal und die nachstehenden weiteren Signale an den Abtaster 28 für die Wiederholung des Steuerprozesses an: (i) das aktuelle und das frühere aufsummierte Signal hohen Werts SH(j) und SH(j-1); (ii) das aktuelle und das frühere aufsummierte Signal niedrigen Werts SL(j) und SL(j-1); (iii) das "Hoch"- und "Niedrig"-Alarmsignal HA und LA; und (iv) das aktuelle und das frühere Stellgrößensignal M(j) und M(j-1).
Im Betrieb benutzt eine Prozeßsteuereinrichtung 12, die in der in Fig. 2 dargestellten Weise aufgebaut ist, das Abtastelement 28 zur Erzeugung von aufeinanderfolgenden Sätzen von Untergruppensignalen X(1), X(2), ... X(n), die abgetastete Werte der Regelgröße, zum Beispiel der Papierhelligkeit, repräsentieren. Die Untergruppensignale werden an ein statistisches Element 30 geleitet, das Signale XB(j) und SSD(j) erzeugt, die den Mittelwert bzw. die Standardabweichung der aktuellen Untergruppe darstellen. Die Signale XB(j) und SSD(j) werden in Übereinstimmung mit den vorstehend angegebenen Gleichungen (1) und (2) erzeugt.
Das Mittelwertsignal und Standardabweichungssignal werden bezüglich eines Sollwerts TAR durch das Normalisierungselement 32 normalisiert, das in Abstimmung mit dem Element 34 arbeitet, das ein Fehlersignal Y(j) in Übereinstimmung mit der vorstehend angegebenen Gleichung (3) erzeugt.
Eine Abweichung der Regelgröße von dem Sollwert wird durch Elemente 34 - 40 erfaßt. die Fehlersignalwerte oberhalb und unterhalb der Sollgröße aufsummieren. Unabhängige Variable k1 und k2, die von dem Benutzer angegeben werden können, stellen einen Schlupf bei diesem Aufsummierungsvorgang dar. Die aufsummierten Fehlerwerte werden durch das Signal SH(j) und SL(j) repräsentiert, die Werte haben, die sich gemäß den vorstehend angegebenen Gleichungen (4) und (5) ausdrücken lassen.
Statistisch signifikante Verschiebungen in dem Prozeß werden durch Elemente 42 - 50 erfaßt, die die Alarmsignale HA und LA auf EINS legen, falls die aufsummierten Variablen SH(j) und SL(j) unabhängige Alarmschranken h1 bzw. h2 überschreiten. Falls ein Alarm signalisiert wird, aktualisieren Elemente 54 - 60 das Stellgrößensignal M(j) durch Addition (oder Subtraktion) eines skalierten Werts des Fehlersignals. Dieser Vorgang läßt sich mathematisch durch die vorstehend angegebene Gleichung (6) ausdrücken.
Vor einer nachfolgenden Interaktion des Betriebs setzt die Steuereinrichtung 12 Signalwerte über Elemente 62 - 78 zurück, wie es vorstehend im Detail erläutert ist.
Eine statistische Prozeßsteuereinrichtung 12, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, läßt sich durch spezielle Hardware oder durch Programmierung einer allgemeinen digitalen Datenverarbeitungseinrichtung realisieren. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Steuereinrichtung 12 durch einen programmierbaren digitalen Datenprozessor wie etwa den Intelligent Automatic Series Application Processor 20 oder den Intelligent Automatic Series Control Processor 36 realisiert, die beide vom Patentinhaber im Handel erhältlich sind. Steuervariable- bzw. Regelgrößensignale vom Prozeß 10 sowie Alarmwert-Signale, Schlupfwertsignale und Steuereinrichtungsverstärkungen können als Eingangsgrößen an solche Steuereinrichtungen in herkömmlicher Weise angelegt werden. Die gewünschten Stellgrößensignale, die durch diese Steuereinrichtungen erzeugt werden, können auch an den Prozeß 10 in herkömmlicher Weise angelegt werden.
Fig. 3 zeigt eine als Beispiel dienende Darstellung, in der die Werte von Signalen aufgetragen sind, die bei der Prozeßsteuervorrichtung erzeugt werden, die in Übereinstimmung mit der Erfindung steht und gemäß der vorstehenden Beschreibung arbeitet. Auf der x-Achse 80 ist die Untergruppennummer (zum Beispiel Zeit) dargestellt, die durch die vorstehend angegebene Variable j repräsentiert ist. Auf der y-Achse 82 sind die Zahlenwerte des aufsummierten Signals SH(j) hohen Werts, des aufsummierten Signals SL(j) niedrigen Werts und des Fehlersignals Y(j) aufgetragen. Eine horizontale Linie TAR bezeichnet einen Sollwert für die Regelgröße; eine Linie +k1 bezeichnet den Wert des "Hoch"- Schlupfsignals; eine Linie +h1 bezeichnet den Wert des Alarmsignals hohen Werts; eine Linie -k2 bezeichnet den Wert des "Niedrig "-Schlupfsignals; und eine Linie -h2 bezeichnet den Wert des Alarmsignals niedrigen Werts.
Bei dieser Darstellung sind numerische Angaben im Bereich der y-Achse 82 relativ zu dem Sollwert TAR zu interpretieren. Aus Gründen der Klarheit sind in dem linken Bereich (Untergruppen # 1 bis # 12) der Darstellung lediglich Änderungen des aufsummierten Signals SH hohen Werts dargestellt, während in dem rechten Abschnitt (beginnend mit der Untergruppe # 13) lediglich Änderungen des mit SL bezeichneten aufsummierten Signals niedrigen Werts dargestellt sind.
In der Untergruppe # 1 steht der Prozeß 10 unter mit geschlossener Schleife erfolgender Steuerung (Regelung) durch die Steuereinrichtung 12, wobei eine Initialisierung ausgeführt wird, wie es vorstehend in Verbindung mit dem Initialisierungselement 27 (Fig. 2) beschrieben wurde. In den Untergruppen # 2 und # 3 bleibt der Wert des Fehlersignals Y oberhalb der Sollgröße TAR, was zu einer Zunahme des aufsummierten Signals SH hohen Werts führt. In der Untergruppe # 4 nimmt jedoch der Wert des Fehlersignals ab, wodurch SH verringert wird. Da der Prozeß weiterhin oberhalb des Sollwerts arbeitet, vergrößert sich in den Untergruppen # 5 bis # 13 das aufsummierte Signal SH allmählich. In der letzten dieser Untergruppen überschreitet das aufsummierte Signal hohen Werts das Alarmsignal h1 hohen Werts, wodurch ein "Hoch"-Alarm signalisiert wird (das heißt, es wird veranlaßt, daß das "Hoch"-Alarmsignal HA auf EINS gesetzt wird).
Als Ergebnis des "Hoch"-Alarmsignals legt der Prozeß 12 das Stellgrößensignal M(j) an den Prozeß 10 an und setzt die aufsummierten Signale zurück. Dies ist durch die Untergruppe # 13 veranschaulicht, bei der SL NULL ist.
Die Untergruppen # 14 bis # 23 veranschaulichen in gleichartiger Weise die Wirkung einer allmählichen Drift des Prozeßbetriebs unter den Sollwert für das aufsummierte Signal SL niedrigen Werts. Wie vorstehend überschreitet das Signal SL in der Untergruppe # 23 den "Niedrig"-Alarmwert (-h2), wodurch der Prozessor 12 zur Erzeugung eines "Niedrig"- Alarmsignals veranlaßt wird. Auch hier legt der Prozessor 12 bei einem Prozeß, der unter statistischer Regelung in der vorstehend beschriebenen Weise arbeitet, das Stellgrößensignal M(j) an den Prozeß an und setzt die aufsummierten Signale zurück.
Es ist damit ersichtlich, daß diese Erfindung ein verbessertes statistisches Prozeßsteuerge rät und Verfahren schafft, das eine asymmetrische, nichtlineare, automatische Rückkopplungssteuerung mit geschlossener Schleife (Regelung) bereitstellt. Das System benutzt die aufsummierte Abweichung von Untergruppen-Mittelwerten abzüglich des Sollwerts, dividiert durch die Untergruppen-Standardabweichung, um die Stellgröße jedesmal dann zu modifizieren, wenn der aufsummierte Wert ein Entscheidungsintervall oberhalb oder unterhalb des Soliwerts überschreitet. Das System erlaubt den Einsatz von unabhängigen Schlupfvariablen, Alarmwerten und Steuereinrichtungsverstärkungen, um die Steuerung auf einen gegebenen Prozeß zuzuschneiden oder an diesen anzupassen und hierdurch die Regelgröße näher bei einem gewünschten Sollwert zu halten,
Für den Fachmann ist ersichtlich daß das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel lediglich ein Beispiel ist und daß andere Ausführungsformen, die die hier gegebenen Lehren beinhalten, im Rahmen der beanspruchten Erfindung liegen. Eine in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebaute Steuerung kann somit zum Beispiel eine Mehrzahl von Stellgrößensignalen überwachen. Weiterhin kann die Steuerung zum Beispiel Alarmwertsignale, Schlupfwertsignale und/oder Steuereinrichtungsverstärkungen von Speicherbänken lesen, statt daß diese Signale vom Benutzer eingegeben werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung eines Prozesses, der mittels einer auf ein Regelgrößensignal ansprechenden Einrichtung zur Veränderung einer ersten Eigenschaft des Prozesses durchgeführt wird, wobei die Vorrichtung als Verbesserung aufweist

A. eine Stapelüberwachungseinrichtung (30) zum Überwachen von Werten (Xj) einer ersten Prozesseigenschaft des ablaufenden Prozesses und zum Erzeugen eines Signals, das einen arithmetischen Mittelwert (XB(j)) dieser überwachten Werte repräsentiert, sowie zum Erzeugen eines Signals, das eine Standardabweichung (SSD(j)) dieser überwachten Werte repräsentiert, gekennzeichnet durch:

B. eine mit der Stapelüberwachungseinrichtung gekoppelte Normalisierungseinrichtung (32), die zum Reagieren auf das den Mittelwert repräsentierende Signal und das die Standardabweichung repräsentierende Signal für die Erzeugung eines Fehlersignals (Y(j)), das eine normalisierte Abweichung der überwachten Werte repräsentiert, ausgelegt ist,

C. eine Drifterfassungseinrichtung (35 - 40), die mit der Normalisierungseinrichtung gekoppelt ist und zum Reagieren auf das Fehlersignal (Y(j)) für die Erfassung einer ausgewählten Veränderung der ersten Prozeßeigenschaft ausgelegt ist, wobei die Drifterfassungseinrichtung aufweist

i) eine erste Aufsummierungseinrichtung (35, 38) zum Erzeugen eines auf summierten Signals (SH(j)) hohen Werts, das eine Summe von zeitlich aufeinander folgenden Werten eines Unterschieds zwischen dem Fehlersignal (Y(j)) und einem ersten Schlupfwert (K&sub1;) repräsentiert, und

ii) eine zweite Aufsummierungseinrichtung (86, 40) zum Erzeugen eines auf summierten Signals (SL(j)) niedrigen Werts, das eine Summe von zeitlich aufeinander folgenden Werten eines Unterschieds zwischen einem additiven umgekehrten Wert des Fehlersignals und einem zweiten Schlupfwert (K&sub2;), der von dem ersten Schlupfwert unabhängig sein kann, repräsentiert,

D. eine Prozeßsteuereinrichtung, die mit der Drifterfassungseinrichtung für eine selektive Erzeugung eines Stellgrößensignals (M(j)) gekoppelt ist, das eine Summe aus einem früheren Wert des Stellgrößensignals und einem skalierten Wert von mindestens einem aus dem aufsummierten Signal hohen Werts und dem aufsummierten Signal niedrigen Werts repräsentiert, und

E. eine Regeleinrichtung zum Anlegen des Stellgrößensignals an die den Prozeß durchführende Einrichtung, um das Regelgrößensignal auf einen Sollwert (TAR) zu bringen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Datenüberwachungseinrichtung aufweist

A. eine Meßeinrichtung zum Messen eines Werts der ersten Prozeßeigenschaft,

B. eine mit der Meßeinrichtung gekoppelte Abtasteinrichtung zur Bildung einer Untergruppe von Werten durch (n)-faches Abtasten des ersten Eigenschaftswerts und zur Erzeugung eines hierfür repräsentativen Signals, wobei (n) eine ganze Zahl und größer als 1 ist, und

C. eine Einrichtung zum Reagieren auf die (n)-abgetasteten ersten Eigenschaftswerte zur Erzeugung des den Mittelwert repräsentierenden Signals und des die Standardabweichung repräsentierenden Signals.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Abtasteinrichtung eine Folgeabtasteinrichtung zur Bildung einer Untergruppe durch Abtasten der (n), für den ersten Eigenschaftswert repräsentativen Signale aufweist, wobei jeweils bei (n) Werten begonnen wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Abtasteinrichtung eine Abtasteinrichtung mit einem Überspringen von m aufweist, die zur Bildung einer Untergruppe durch Abtasten der (n), für den ersten Eigenschaftswert repräsentativen Signale ausgelegt ist, wobei jeweils bei (n+m)-Werten begonnen wird und (m) eine ganze Zahl ist, die größer oder gleich 1 ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Abtasteinrichtung eine Abtasteinrichtung mit Bewegung bzw. Schiebung ist, die zur Bildung einer Untergruppe aus vorhergehenden abgetasteten ersten Eigenschaftswerten und Zusammenfassen dieser Werte mit zumindest einem neu abgetasteten Wert ausgelegt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Normalisierungseinrichtung aufweist

A. eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals, das einen numerischen Wert einer Differenz zwischen dem den Mittelwert repräsentierenden Signal und dem den Sollwert repräsentierenden Signal repräsentiert, und

B. eine Einrichtung zum Erzeugen des Fehlersignals als repräsentativen Wert eines Zahlenwerts des durch das die Standardabweichung repräsentierende Signal dividierten, die Differenz repräsentierenden Signals.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei dem die Normalisierungseinrichtung eine Einrichtung zur Verhinderung einer Division durch Null aufweist, die auf das die Standardabweichung repräsentierende Signal mit einem Wert, der kleiner ist als ein gewählter Minimalwert, anspricht und zur Festlegung des die Standardabweichung repräsentierenden Signals auf einen den Minimalwert entsprechenden Wert dient.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, mit einer Einrichtung zur Eingabe des den Sollwert repräsentierenden Signals seitens eines Benutzers.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Drifterfassungseinrichtung aufweist

A. eine erste Eingabeeinrichtung zum Aufnehmen eines durch den Benutzer wählbaren Schlupfwerts, und

B. eine zweite Eingabeeinrichtung zum Aufnehmen eines durch den Benutzer wählbaren zweiten Schlupfwerts.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die erste Aufsummierungseinrichtung aufweist

A. eine Einrichtung zur Erzeugung des aufsummierten Signals hohen Werts als eine Summe aus einem Wert eines früheren aufsummierten Signals hohen Werts und einer Differenz zwischen dem Fehlersignal und einem ersten Schlupfwert, und

B. eine Einrichtung zum Ansprechen auf ein aufsummiertes Signal hohen Werts mit einem Wert von kleiner als Null unter Festlegung dieses Signals derart, daß es einen Wert von Null repräsentiert.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 10, bei der die zweite Aufsummierungseinrichtung aufweist

A. eine Einrichtung zum Erzeugen des aufsummierten Signals niedrigen Werts als eine Summe aus einem Wert eines früheren aufsummierten Signals niedrigen Werts und einer Differenz zwischen einem additiven umgekehrten Wert des Fehlersignals und einem zweiten Schlupfwert, und

B. eine Einrichtung zum Ansprechen auf ein aufsummiertes Signal niedrigen Werts mit einem Wert von kleiner als Null unter Festlegung dieses Signals derart, daß es einen Wert von Null repräsentiert.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Prozeßsteuereinrichtung aufweist

A. eine erste Alarmzustandseinrichtung für das Ansprechen auf ein aufsummiertes Signal hohen Werts mit einem Wert, der größer ist als ein "Hoch"-Alarmwert, für die Erzeugung eines "Hoch"-Alarmsignals und

B. eine zweite Alarmzustandseinrichtung für das Ansprechen auf ein aufsummiertes Signal niedrigen Werts mit einem Wert, der größer ist als ein "Niedrig"-Alarmwert, für die Erzeugung eines "Niedrig"-Alarmsignals, der von dem "Hoch"-Alarmwert unabhängig sein kann.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, mit einer Einrichtung zum Eingeben mindestens des "Hoch"-Alarmsignals und/oder des "Niedrig"-Alarmsignals seitens eines Benutzers.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der die Prozeßsteuereinrichtung eine Einrichtung aufweist, die mindestens auf das "Hoch"-Alarmsignal und/oder das "Niedrig"-Alarmsignal zur Erzeugung des Stellgrößensignals als eine Summe aus einem früheren Wert des Stellgrößensignals und mindestens eines der folgenden Werte anspricht

i) ein Multiplikationsprodukt aus dem aufsummierten Signal hohen Werts und einem "Hoch" -Alarmsteuerungsverstärkungswert, und

ii) ein Multiplikationsprodukt aus dem aufsummierten Signal niedrigen Werts und einem "Niedrig"-Alarmsteuerungsverstärkungswert.

15 Vorrichtung nach Anspruch 14, mit einer Einrichtung zum Eingeben von mindestens einem aus dem "Hoch"-Alarmsteuerungsverstärkungswert und dem "Niedrig"- Alarmsteuerungsverstarkungswert seitens eines Benutzers.

16. Verfahren zur Steuerung eines Prozesses, der mittels einer Einrichtung durchgeführt wird, die auf ein Regelgrößensignal zur Veränderung einer ersten Eigenschaft des Prozesses anspricht, wobei das Verfahren als Verbesserung die Schritte aufweist

A. Überwachen von Werten einer ersten Prozeßeigenschaft des ablaufenden Prozesses für die Erzeugung eines Signals, das einen arithmetischen Mittelwert (XB(j)) der überwachten Werte repräsentiert, und zur Erzeugung eines Signals, das eine Standardabweichung (SSD(j)) der überwachten Werte repräsentiert, gekennzeichnet durch

B. Normalisieren des die Standardabweichung repräsentierenden Signals zur Erzeugung eines Fehlersignals (Y(j)),

C. Reagieren auf das Fehlersignal zur Erfassung einer ausgewählten Veränderung in mehreren zeitlich aufeinander folgenden Werten der ersten Prozeßeigenschaft, wobei der Schritt des Reagierens auf das Fehlersignal die Schritte enthält

(i) Erzeugen eines aufsummierten Signals (SH(j)) hohen Werts, das eine Summe von zeitlich aufeinander folgenden Werten von Differenzen zwischen dem Fehlersignal (Y(j)) und einem ersten Schlupfwert (K&sub1;) repräsentiert, und

ii) Erzeugen eines aufsummierten Signals (SL(j)) niedrigen Werts, das eine Summe aus zeitlich aufeinander folgenden Werten von Differenzen zwischen einem additiven umgekehrten Wert des Fehlersignals (Y(j)) und einem zweiten Schlupfwert (K&sub2;) repräsentiert, der von dem ersten Schlupfwert unabhängig sein kann,

D. selektives Erzeugen eines Stellgrößensignals (M(j)), das eine Summe aus einem früheren Wert des Stellgrößensignals und einem skalierten Wert von mindestens einem aus dem aufsummierten Signal hohen Werts und dem aufsummierten Signal niedrigen Werts repräsentiert, und

E. Anlegen des Stellgrößensignals an die den Prozeß durchführende Einrichtung, um das Stellgrößensignal auf einen Sollwert (TAR) zu bringen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Überwachungsschritt enthält

A. Messen eines Werts der ersten Prozeßeigenschaft,

B. Bilden einer ersten Untergruppe von Werten durch (n)-faches Abtasten des ersten Eigenschaftswerts und zum Erzeugen eines hierfür repräsentativen Signals, wobei (n) eine ganze Zahl ist, die größer als 1 ist, und

C. Reagieren auf die (n)-fach abgetasteten ersten Eigenschaftswerte zur Erzeugung des den Mittelwert repräsentierenden Signals und des die Standardabweichung repräsentierenden Signals.

18. Verfahren nach Anspruch 17, das weiterhin den Schritt der Bildung der Untergruppe durch Abtasten der (n), den ersten Eigenschaftswert repräsentierenden Signale jeweils beginnend bei (n+m)-Werten aufweist, wobei (m) gleich 0 oder eine ganze Zahl ist, die größer als oder gleich 1 ist.

19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem weiterhin die Untergruppe aus früheren abgetasteten ersten Eigenschaftswerten gebildet wird und diese Werte mit zumindest einem neu abgetasteten Wert zusammengefaßt werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem der Normalisierungsschritt die Schritt aufweist

A. Erzeugen eines Signals, das einen numerischen Wert einer Differenz zwischen dem den Mittelwert repräsentierenden Signal und einem den Sollwert der ersten Eigenschaft reprasentierenden Signal repräsentiert, und

B. Erzeugen des Fehlersignals als repräsentativen Wert eines numerischen Werts des die Differenz repräsentierenden, durch das die Standardabweichung repräsentierende Signal dividierten Signals.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Normalisierungsschritt den Schritt des Reagierens auf ein die Standardabweichung repräsentierendes Signal mit einem Wert, der kleiner ist als ein ausgewählter Minimalwert, unter Festlegung des die Standardabweichung repräsentierenden Signals auf einen Wert gleich dem Minimalwert enthält.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, das weiterhin den Schritt des Empfangens des den Sollwert repräsentierenden Signals von einer Benutzer-Eingabeeinrichtung aufweist.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, bei dem der auf den Fehler reagierende Schritt den Schritt des Empfangens des ersten und des zweiten Schlupfwerts von einer Benutzer-Eingabeeinrichtung aufweist.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, bei dem der Schritt des Erzeugens des aufsummierten Signals hohen Werts die Schritte enthält

A. Erzeugen des aufsummierten Signals hohen Werts als eine Summe aus einem Wert eines früheren aufsummierten Signals hohen Werts und einer Differenz zwischen dem Fehlersignal und einem ersten Schlupfwert, und

B. Reagieren auf ein aufsummiertes Signal hohen Werts mit einem Wert von weniger als Null unter Festlegung des Signals auf einen Wert von Null.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, bei dem der Schritt des Erzeugens eines aufsummierten Signals niedrigen Werts die Schritte enthält

A. Erzeugen des aufsummierten Signals niedrigen Werts als eine Summe aus einem Wert eines früheren aufsummierten Signals niedrigen Werts und einer Differenz zwischen einem additiven umgekehrten Wert des Fehlersignals und einem zweiten Schlupfwert, und

B. Reagieren auf ein aufsummiertes Signal niedrigen Werts mit einem Wert von weniger als Null unter Festlegung des Signals auf ein Wert von Null.

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, das weiterhin den Schritt des Empfangens des ersten und/oder zweiten Schlupfwerts von einer Benutzer-Eingabeeinrichtung aufweist.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, bei dem der Schritt der Erzeugung des Prozeßsteuersignals die Schritte enthält

A. Reagieren auf das hohe aufsummierte Signal (aufsummierte Signal hohen Werts) mit einem Wert von mehr als ein "Hoch"-Alarmwert durch Erzeugung eines "Hoch"-Alarmsignals, und

B. Reagieren auf das aufsummierte "Niedrig"-Signal (aufsummiertes Signal niedrigen Werts) mit einem Wert von mehr als einem "Niedrig"-Alarmwert unter Erzeugung eines "Niedrig"-Alarmsignals, wobei der "Niedrig"-Alarmwert von dem "Hoch"- Alarmwert unabhängig sein kann.

28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem der Schritt der Erzeugung des Prozeßsteuersignals zumindest einen der Schritte enthält

A. Erzeugen des Prozeßsteuersignals als eine Summe aus dem früheren Wert des Prozeßsteuersignals und einem Multiplikationsprodukt aus dem aufsummierten Signal hohen Werts und einer "Hoch"-Alarmsteuerungsverstärkung, und

B. Erzeugen des Prozeßsteuersignals als eine Summe aus dem früheren Wert des Prozeßsteuersignals und einem Multiplikationsprodukt des aufsummierten Signals und einer "Niedrig"-Alarmsteuerungsverstärkung.

29. Verfahren nach Anspruch 28, mit dem Schritt des Empfangens der "Hoch"- Alarmsteuerungsverstärkung und/oder "Niedrig "-Alarmsteuerungsverstärkung von einer Benutzer-Eingabeeinrichtung.