DE69118578T2

DE69118578T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Funktionsstörung in einem Regler

Info

Publication number: DE69118578T2
Application number: DE69118578T
Authority: DE
Inventors: Ryohei Funakoshi; Shigeru Kaseda; Toshihiko Niinomi; Koichi Takahashi
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-05-02
Filing date: 1991-04-29
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2011-04-30
Also published as: EP0455201A3; EP0455201B1; CA2041419A1; EP0455201A2; DE69118578D1; US5249119A

Description

GERÄT UND VERFAHREN ZUM ERKENNEN EINER FEHLFUNKTION EINER STEUEREINHEIT

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und ein Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion einer Steuereinheit für ein Petroleum-, chemisches oder Atomkraftwerk und gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5.
Herkömmlich wird eine Prozeßsteuerung in chemischen Anlagen, usw., vorgesehen, um ein Prozeßsystem, einschließlich Turmbehälter und einer Verrohrung, in einem vorbestimmten Zustand zu halten. In einer gewöhnlichen Prozeßsteuerung werden verschiedene Phasenwerte, wie beispielsweise Strömung, Pegel, Temperatur, Druck, usw., in jeweiligen Elementen der Anlage unter Verwendung vieler Steuer- bzw. Regeleinheiten und Strömungssteuerventilen, die den Elementen zugeordnet sind, auf die entsprechenden Einstell- bzw. Sollwerte eingestellt. Wenn ein Problem oder eine Fehlfunktion in einem Teil eines solchen gesteuerten Systems auftritt, ist es schwierig, das gesamte System geeignet zu steuern bzw. zu regeln.
Zum Beispiel kann eine falsche Indikation oder eine Diskrepanz zwischen dem Phasenwert und dem angezeigten Wert einer Steuereinheit auftreten. Die falsche Indikation muß nicht unmittelbar eine fatale Beschädigung hervorrufen, allerdings wird der Phasenwert, der mit dem Einstell- bzw. Sollwert verglichen wird, nicht korrekt sein, wobei die korrekte Einstellung des gesamten Systems dadurch schwierig gestaltet wird.
Normalerweise wird, wenn ein Sollwert A ist, dann der Phasenwert oder der angezeigte Wert auch A sein. Wenn dort eine falsche Anzeige in einer Steuereinheit auftritt und der angezeigte Wert A' A + a wird, wobei A eine Abweichung bezeichnet, arbeitet das gesteuerte bzw. geregelte System so, um die Abweichung zu beseitigen, um dadurch den angezeigten Wert auf den Einstellwert A zurückzuführen.
Eine solche Wiederholung des Betriebs, um den angezeigten Wert mechanisch konstant zu halten, kann schließlich zu dem Auftreten einer Fehlfunktion führen, wo das Regulierventil vollständig geschlossen ist.
Obwohl der die Abweichung beseitigende Vorgang des geregelten Systems den angezeigten Wert der steuernden Einheit auf A = A' - a zurückführt, beträgt der tatsächliche Phasenwert A" = A - a, der mit der Abweichung a und unterschiedlich zu dem richtigen Einstellwert A beibehalten wird. Wenn eine solche Abweichung dahingehend fortfährt, daß sie beibehalten wird, kann sich eine Fehlfunktion durch das gesamte System ausbreiten.
Um eine solche Fehlfunktion zu vermeiden, sind die Steuereinheiten an entsprechenden Elementen der Anlage, usw., erforderlich, um auch während eines Betriebs der Anlage, usw., überwacht zu werden. Eine Überwachung wird visuell durch einen Bediener durchgeführt. Allerdings ist eine falsche Indikation, wie diejenige, die vorstehend erwähnt ist, schwierig visuell zu erkennen, so daß eine automatische Überwachung durch einen Fehlfunktion-Detektor durchgeführt wird.
Hierbei werden Fehlfunktion-Detektoren verwendet, die eine Abweichung zwischen einem Einstell- bzw. Sollwert und dem tatsächlichen Phasenwert erfassen und einen Alarm abgeben, wenn eine solche Abweichung einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
Da die Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Phasenwert berechnet wird und die Abweichung mit dem Schwellwert in dem Fehlfunktion-Detektor zu jedem Zeitpunkt verglichen wird, zu dem ein Überwachungsvorgang ausgeführt wird, besteht dabei das Problem, daß die Abweichung nicht als eine Fehlfunktion erkannt werden kann, bis sie sich auf einen vorbestimmten Wert erhöht, und daß ein falscher Alarm gegeben wird, wenn eine große Fluktuation auftritt.
Um die Abweichung zu berechnen, kann die Differenz in der Menge zwischen dem zugeführten und dem abgegebenen Material und der Differenz in der Menge zwischen der zugeführten und der abgegebenen Wärme verwendet werden, allerdings würde eine Erkennung der Fehlfunktion verzögert werden, wenn eine kleine Differenz in der Menge zwischen dem zugeführten und dem abgegebenen Material akkumuliert wird, wie in Pegelmeßgeräten der Hochbehälter.
Die EP-A-1 84 020 offenbart ein Gerät zum Diskriminieren der Betriebsfähigkeit/Nichtbetriebsfähigkeit eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors, das eine Einrichtung zum Berechnen einer Differenz zwischen dem Ausgangssensor und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor und einem vorbestimmten Referenzpegel und eine weitere Einrichtung zum Integrieren über ein vorbestimmtes Zeitintervalls die Differenz, die durch die Berechnungseinrichtung berechnet ist, aufweist. Schließlich ist eine Einrichtung zum Vergleichen eines Integrationswerts, der durch die Integriereinrichtung gebildet ist, mit einer vorbestimmten Diskriminierungsreferenz, so daß eine Betriebsfähigkeit/Nichtbetriebsfähigkeit des Sensors in Abhängigkeit eines Ausgangssignals der Vergleichseinrichtung diskriminiert wird. Kurz gesagt arbeitet diese Vorrichtung so, um den tatsächlichen Ausgangswert des Sensors mit einem Referenzwert zu vergleichen, integriert die Abweichung zwischen diesem und vergleicht weiterhin den integrierten Wert mit einem weiteren Referenzwert.
Die JP-A-12 69729 offenbart eine Regelvorrichtung für eine hydraulische Kupplung, die einen Kupplungssteuerbereich, der einen Zielöldruck einstellt, und einen Öldrucksensor zum Liefern eines Signals, das für den tatsächlichen Öldruck kennzeichnend ist, besitzt. Darauffolgend wird die Abweichung zwischen dem Sollzieldruck und dem tatsächlichen Öldruck gebildet und integriert. Schließlich wird bestimmt, ob der integrierte Wert einen Referenzwert übersteigt, und falls dies der Fall ist, wird ein Sensorfehler bestimmt bzw. erkannt.
Aus der US-A-4 509 110 ist ein System zum Erkennen des Fehlers in einem Regelsystem bekannt. Das System weist ein mathematisches Modell des Steuersystems auf und ein Fehlersignal wird kontinuierlich berechnet, das die Differenz zwischen dem Modellausgang und dem tatsächlichen Ausgang des Regelsystems ist. Die Fehersignale, die einen vorbestimmten Minimalwert oder einen Unempfindlichkeitsbereich überschreiten werden integriert, bis der Wert des Integrals ein spezifiziertes Niveau erreicht, das ein Fehlersignal triggert.
Die US-A-4 885676 offenbart ein Erkennungs- und Korrekturgerät für eine Regelschleifeninstabilität, das eine Einrichtung zum Überwachen des Fehersignals aufweist, das die Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgang des gesteuerten bzw. kontrollierten Geräts ist. In dem Fall, wo Änderungen in dem Fehlersignal größer als eine gegebene Grenze erfaßt werden, und zwar für eine vorbestimmte Anzahl von Malen über eine festgelegte Zeitperiode, wird das Fehlersignal in der Größe auf einen vorbestimmten Wert reduziert und bei dem Steuergerät anstelle des ursprünglich erzeugten Fehlersignals angewandt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät und ein Verfahren zum Erkennen bzw. Erkennen einer Fehlfunktion in einer Steuer- bzw. Regeleinheit zu schaffen, die zum Erkennen bzw. Erkennen einer Fehlfunktion der steuernden Einheit schnell und in geeigneter Weise geeignet sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Gerät gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 5 besitzt, und durch ein Verfahren, das die Schritte des Anspruchs 1 aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Abweichung zwischen dem Einstellwert bzw. Einstellwert und dem tatsächlichen Phasenwert in der Steuereinheit integriert und der integrierte Wert wird mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen, um eine Fehlfunktion zu erkennen bzw. zu Erkennen. Beim Integrieren der Abweichungen kann ein Näherungsintegriersystem, das allgemein verwendet wird, viele Male angewandt werden. Alternativ kann ein einfaches, akkumulierendes System oder ein System, das Abweichungen gemäß den jeweiligen Zuständen der Abweichungen zu unterschiedlichen Zeiten akkumuliert, verwendet werden.
Die Einstell- bzw. Sollwerte in den Steuereinheiten werden unter konstanten Zeitintervallen überwacht, und wenn sich die momentanen Sollwerte zu Werten hin geändert haben, die zu den Sollwerten in dem vorangegangenen Zyklus unterschiedlich sind, wird die Integration oder der Vergleich weggelassen und eine übermäßige Reaktion auf die Änderungen in den momentanen Sollwerten sollten vermieden werden.
Wenn sich die momentane Abweichung verglichen mit der Abweichung in dem vorangegangen Zyklus erniedrigt, wird vorzugsweise die Integration weggelassen, wodurch eine unnötige Fehlfunktion-Erkennung vermieden wird, zum Beispiel dann, wenn die Fluktuationen unterdrückt werden, um dadurch die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Steuerung bzw. Regelung zu verbessern.
Wenn der Phasenwert und der Sollwert miteinander übereinstimmen, sind die Abweichungen 0 an den jeweiligen Zeitpunkten und die Integration der Abweichungen wird bei 0 beibehalten. Wenn sich der Phasenwert von dem Einstellwert aufgrund des Auftretens einer Fehlfunktion, wie beispielsweise eine falsche Indikation in der Regeleinheit, unterscheidet, werden die jeweiligen Abweichungen sequentiell integriert.
Wenn die Abweichungen zeitweilig auftreten, wird der integrierte Wert auf dem Wert der Abweichungen beibehalten. Wenn die Abweichung dahingehend fortfährt, daß sie auftritt, wird der integrierte Wert schnell über die Zeit erhöht.
Deshalb wird eine Fortdauer der Abweichung sicher und schnell erfaßt, gerade wenn sie klein ist, da das Auftreten der Fehlfunktion als solche bestimmt wird, wenn der integrierte Wert der Abweichung den vorbestimmten Schwellwert überschritten hat.
Keine zeitweiligen Fluktuationen werden erfaßt, um dadurch die geeignete Bestimmung einer Fehlfunktion sicherzustellen. Demzufolge wird die vorstehende Aufgabe gelöst.
FIG. 1 zeigt ein Schaltkreisdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
FIG. 2 zeigt ein Blockdiagramm des wesentlichen Bereichs der Ausführungsform;
FIG. 3 zeigt ein Flußdiagramm, das für die Betriebsweise der Ausführungsform kennzeichnend ist;
FIG. 4 zeigt eine graphische Darstellung einer falschen Indikation in der Ausführungsform;
FIG. 5 zeigt eine graphische Darstellung, die eine Öffnungsgradeinstellung entsprechend der falschen Indikation in der Ausführungsform darstellt;
FIG. 6 zeigt eine graphische Darstellung einer Änderung in der Strömung entsprechend der Öffnungsgradeinstellung in der Ausführungsform;
FIG. 7 zeigt eine graphische Darstellung einer Änderung in der Differenz in der Menge zwischen dem zugeführten und dem abgeführten Material entsprechend der Öffnungsgradeinstellung in der Ausführungsform;
FIG. 8 zeigt eine graphische Darstellung einer Akkumulation der Abweichungen in der Fehlfunktion-Interpretation in der Ausführungsform;
FIG. 9 zeigt eine graphische Darstellung der Betriebsweise der Ausführungsform, wenn keine Erhöhung oder Erniedrigung in der Abweichung interpretiert wird, wenn der angezeigte Wert in einem zulässigen Bereich fluktuiert;
FIG. 10 zeigt eine graphische Darstellung der Betriebsweise der Ausführungsform, wenn keine Erhöhung oder Erniedrigung in der Abweichung interpretiert wird, wenn der angezeigte Wert fortfährt, aufzutreten;
FIG. 11 zeigt eine graphische Darstellung der Betriebsweise der Ausführungsform, wenn eine Erhöhung oder Erniedrigung in der Abweichung interpretiert wird, wenn der angezeigte Wert in einem zulässigen Bereich fluktuiert;
FIG. 12 zeigt eine graphische Darstellung der Betriebsweise der Ausführungsform, wenn eine Erhöhung oder Erniedrigung in der Abweichung interpretiert wird, wenn der angezeigte Wert fortfährt, aufzutreten;
FIG. 13 zeigt eine graphische Darstellung, die für die Betriebsweise jeder der Systeme bei der Interpretation einer Fehlfunktion in der Ausführungsform kennzeichnend ist;
FIG. 14 zeigt ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. In FIG. 1 ist ein Einlaßrohr 11 mit einem Strömungssteuerventil 12 mit einem Reaktionsbehälter 10 einer chemischen Anlage verbunden. Ein Einlaßrohr 13 ist mit einer Auslaßpumpe 14 und einem Strömungssteuerventil 15 mit dem Reaktionsbehälter 10 verbunden. Eine PID- (Proportional-, Integral- und Differential-) Regelnheit 16 ist mit einem Strömungssteuerventil 15 verbunden, um den Grad einer Öffnung des Steuerventils 15 gemäß dem ermittelten Wert von dem Durchflußmesser 17 eiinzustellen, um die Störmung durch das Auslaßrohr 13 konstant aufrecht zu erhalten.
Mit dem Reaktionsgefäß 10 befestigt ist ein Pegelmeßgerät 18, wobei der Ausgang davon mit einer Regeleinheit 19 verbunden ist. Die Regeleinheit 19 gibt an das Strömungssteuerventil 12 eine solche, manipulierte Variable MV ab, daß der Phasenwert PV (angegebenes Ventil), der durch das Pegelmeßgerät 18 erfaßt wird, mit einem Einstellwert SV, der extern eingestellt ist, um den Grad einer Öffnung des Strömungssteuerventus 12 einzustellen, um eine Einlaßströmung von dem Einlaßrohr 11 einzustellen, um den Pegel der Flüssigkeit in dem Reaktionsbehälter 10 konstant zu halten, übereinstimmt. Die Einstellwerte an der Regeleinheit 19 sind P = 30, I = 2000s und D = 0s.
Eine Bedienungstafel 20 ist mit der Regeleinheit 19 verbunden, um extern einen Einstellwert SV einzustellen, und ein Fehlfunktions-Detektor 21 ist gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Regeinheit 19 verbunden.
Wie in FIG. 2 dargestellt ist, umfaßt der Fehlfunktions-Detektor 21 einen Fluktuationsmonitor bzw. eine -überwachungseinrichtung 30 und eine Abnormalitätserkennungseinheit 40.
In dem Fluktuationsmonitor 30 startet der Abtasttaktzeitgeber 31 wiederholt eine Fluktuation-Interpretationseinheit 32 unter konstanten Zyklen, zum Beispiel von 10 Sekunden.
Die Fluktuation-Interpretationseinheit 32 liest einen Einstellwert SV für die Regeleinheit 19 von der Einstellwerteingabeeinheit 33, liest einen zuvor eingestellten Wert SVold aus einem Speicher 34 für den vorangegangenen Einstellwert und vergleicht SV mit SVold.
Der Ausgang der Eingabeeinheit 33 wird in dem Speicher 34 für den vorangegangenen Einstellwert zu jedem Zeitpunkt aufgezeichnet, zu dem die Fluktuation-Interpretationseinheit 32 ihren Betrieb abschließt. Der frühere Einstellwert SVold stellt den Einstellwert SV, der einem Zyklus vorangeht, dar.
Deshalb bestimmt, wenn sich der momentane Einstelert SV von dem frühreren Einstellwert SVold unterscheidet, die Steuereinheit, daß der Einstellwert geändert worden ist, beendet ihren Betrieb und kehrt zu ihrem Bereitschaftszustand zurück, wo sie auf den Start für den nächsten Abtastzyklus wartet. Wenn der momentane und der frührere Einstellwert gleich sind, bestimmt die Steuereinheit, daß kein Einstellwert geändert worden ist und startet die Abnormalitätserfassungseinheit 40.
Die Abnormalitätserfassungseinheit 40 umfaßt eine Abweichungsberechnungseinheit 41, die den Phasenwert PV des Pegel meßgeräts 18 von der Phasenwerteingabeeinheit 42 beim Starten liest, berechnet die Abweichung E = PV - SV und liefert die Abweichung E zu der bedingten Integralrechnungseinheit 43, die eine vorherige Abweichung Eold von dem Speicher 44 für eine frühere Abweichung und einen früher integrierten Wert Sold von dem Speicher 45 für einen früher integrierten Wert ausliest.
Die Ausgänge von den Berechnungseinheiten 41 und 43 werden in Speichern 44 und 45 jeweils zu jedem Zeitpunkt gespeichert, zu dem die bedingte Integralberechnungseinheit 43 ihren Betrieb abschließt. Der frühere Abweichungs- und der integrierte Wert Eold und Sold stellen die Abweichung E und den integrierten Wert S jeweils dar, der einem Zyklus vorausgeht.
Die Berechnungseinheit 43 nimmt einen Vergleich Eold x E≤0 vor. Wenn der Zustand Eold x E≤0 erfüllt oder der Abweichungswert E und der frühere Abweichungswert Eold sich im Vorzeichen unterscheiden, setzt sie den integrierten Wert S auf 0 durch Interpretieren der Abweichung dahingehend, daß sie sich in einem nicht stabilen Zustandsbereich befindet.
Wenn Eold x E> 0 ist oder wenn der Abweichungswert E und der frühere Abweichungswert Eold dasselbe Vorzeichen besitzen, berechnet sie den integrierten Wert S durch Bestimmen, daß die Abweichungen mit derselben Tendenz fortfahren, aufzutreten.
Die Berechnungseinheit 43 nimmt den Vergleich E ≥ Eold unter Verwendung des momentanen und des vorangegangenen Abweichungswerts E und Eold vor.
Wenn E ≥ Eold ist, bestimmt sie, daß die Abweichung dahingehend tendiert, daß sie sich erhöht, und addiert die Abweichung E zu dem früher integrierten Wert Sold, um einen integrierten Wert S auszugeben.
Wenn E ≥ Eold ist, bestimmt sie, daß die Abweichung dahingehend tendiert, sich zu erniedrigen, und hält den früher integrierten Wert Sold so bei, wie er ist, und führt die Abweichung E zusammen mit dem eingestellten, integrierten Wert S in dem entsprechenden Prozeß zu der Fehlfunktion-Interpretationseinheit 46 zu.
Die Fehlfunktion-Interpretationseinheit 46 liest einen Schwellwert D aus dem Schwellwertspeicher 47, berechnet den absoluten Wert E x S des Produkts des aufgenommenen, integrierten Werts S und der Abweichung E, vergleicht das Ergebnis mit dem Schwellwert D und startet eine Fehlfunktion-Hinweisanzeigeeinheit 48, wenn der absolute Wert E x S dem Schwellwert D gleicht oder ihn übersteigt.
Die Fehlfunktion-Hinweisanzeigeeinheit 48 kann Alarmeinrichtungen umfassen, die um das Raktionsgefäß 10 vorgesehen sind, oder Anzeigen auf der Bedienungstafel 20.
Der Fehlfunktion-Detektor der vorliegenden Erfindung führt die nachfolgenden Betriebsweisen durch.
Wie in FIG. 3 dargestellt ist, überwacht der Fehlfunktion-Detektor 21 Fluktuationen in jedem der Einstellwerte bzw. Sollwerte unter konstanten Zyklen unter Verwendung einer Fluktuation-Überwachungseinheit 30. Nachdem eine konstante Abtastzeit verstrichen ist (Schritt P1), liest sie einen eingestellten Wert SV (Schritt P2), vergleicht SV und SVold (Schritt P3) und kehrt zu ihrem Bereitschaftszustand zurück, wenn dort eine Änderung in dem Einstellwert SV (Schritt P1) vorhanden ist.
Falls keine Änderung in dem Einstellwert vorhanden ist, erfaßt die Abnormalitätserkennungseinheit 40 eine mögliche Fehlfunktion auf der Basis des integrierten Werts der Abweichungen. Sie berechnet die Abweichung E = PV -SV (Schritt P4), prüft, ob die Abweichung E dahingehend fortfährt, daß sie auftritt, und zwar auf der Basis Eold x E≤0 (Schritt P5) und setzt den integrierten Wert S auf 0 zurück, wenn die Abweichung E nicht fortfährt (Schritt P6).
Wenn E dahingehend fortfährt, aufzutreten, prüft sie eine Erhöhung oder Erniedrigung in der Abweichung auf der Basis von E ? Eold (Schritt P7), berechnet die Integration S = Sold + E, wenn sich die Abweichung erhöht (Schritt P8), und stellt den integrierten Wert S auf Sold ein, wenn sich die Abweichung erniedrigt (Schritt P9).
Darauffolgend berechnet sie den absoluten Wert E x S des Produkts des integrierten Werts S und der Abweichung E, vergleicht das Ergebnis mit dem Schwellwert D (Schritt P10), kehrt zu ihrem Bereitschaftszustand zurück, wenn der absolute Wert E x S kleiner als der Schwellwert D ist (Schritt P1), und zeigt das Auftreten einer Fehlfunktion an, wenn der absolute Wert E x S den Schwellwert D überschritten hat (Schritt P11).
Unter Bezugnahme auf die FIG. 4-8 wird eine Fehlfunktion-Erfassung, die vorgenommen wird, wenn eine falsche Indikation in dem Pegelmeßgerät 18 in der vorliegenden Ausführungsform auftritt, beschrieben werden. In einem normalen Zustand stimmen der Phasenwert und der angezeigte Wert in dem Pegelmeßgerät 18 überein und sie werden auf den Wert PV entsprechend dem Einstellwert SV durch die Regeleinheit 19 (siehe FIG. 4) beibehalten.
Es wird angenommen, daß eine falsche Indikation an dem Pegelmeßgerät 18 zum Zeitpunkt t auftritt und daß der angezeigte Wert PV, kleiner als PV wird. Dies bedeutet, daß sich der erscheinende Pegel PV in dem Reaktionsgefäß 10 auf PV, erniedrigt hat, und demzufolge erhöht die Regeleinheit 19 eine Strömung auf der Einlaßseite durch eine Abweichung PV, - PV, um den erniedrigten Pegel auf PV zurückzuerhalten.
Das Strömungssteuerventil 12 wird auf einem Öffnungsgrad von VA beibehalten bis zum Zeitpunkt t, während es auf einen Grad einer Öffnung von VA' durch die Regeöeinheit 19 nach t geöffnet wird (siehe FIG. 5).
Deshalb wird die Einlaßströmung VI pro Stunde von dem Einlaufrohr 11 konstant bis zu dem Zeitpunkt t beibehalten und erhöht sich schrittweise gemäß dem Grad einer Öffnung des Steuerventils 12 und ändert sich zu einer Strömung VI' nach t (siehe FIG. 6). Eine Balance VB einer Materialströmung, die durch das Reaktionsgefäß 10 hindurchführt, die durch die Differenz in der Menge zwischen den zugeführten und den ausgelassenen Materialien/die durchschnittliche Strömung durch den Einlauf und den Auslauf x % dargestellt ist, ist im wesentlichen bis zur Zeit t konstant, während sie sich graduell gemäß einer Erhöhung in der Strömung erhöht, und sich die Differenz nun, die mit VB' bezeichnet ist, monoton nach der Zeit t (siehe FIG. 7) erhöht.
Um eine solche Fehlfunktion auf der Basis der falschen Indikation zu erkennen, führt der Fehlfunktion-Detektor 21 der vorliegenden Ausführungsform die Betriebsweise durch, die in FIG. 3 dargestellt ist, und zwar auf der Basis der Änderung in der Abweichung von E = PV - SV zu E' = PV - SV aufgrund der Änderung von PV zu PV, in dem angezeigten Wert.
Wie in FIG. 8 dargestellt ist, ist der angezeigte Wert PV im wesentlichen gleich zu dem Einstellwert SV und fluktuiert um diesen in einem kleinen Bereich bis zu der Zeit t in der zum Positiven und zum Negativen gehenden Art und Weise, wobei allerdings die Abweichung E = PV -SV im wesentlichen gleich 0 ist. Der integrierte Wert S wird 0 zu jedem Zeitpunkt, zu dem das Vorzeichen der Abweichung E invertiert wird, und ändert sich in der zum Positiven und Negativen gehenden Art und Weise, ist allerdings im wesentlichen dann 0. Der absolute Wert SI auf der Basis des integrierten Werts S ist sehr nahe
Nach der Zeit t wird die Abweichung E' = PV' - SV < 0, da der angezeigte Wert PV' kleiner als der eingestellte Wert SV ist. Der integrierte Wert S umfaßt eine sequentielle Akkumulation negativer Abweichungen E' und der darauffolgende absolute Wert IS'I erhöht sich schnell monoton. Deshalb wird, wenn der sich ergebende Wert den Schwellwert D zu der Zeit t' überschritten hat, eine Fehlfunktion angezeigt.
Gemäß dieser Ausführungsform werden die folgenden Effekte produziert.
Eine Abweichung E von dem Einstellwert SV wird entsprechend der Änderung von PV zu PV, aufgrund einer falschen Indikation berechnet und der integrierte Wert S der Abweichung wird berechnet, so daß gerade dann, wenn der angezeigte Wert PV klein und konstant ist, der integrierte Wert S eine markante Änderung darstellt. Demzufolge führt ein Vergleich zwischen dem integrierten Wert S und dem Schwellwert D zu einer schnellen und sicheren Erfassung bzw. Erkennung einer Fehlfunktion.
Insbesondere dann, wenn die Abweichung E nur erkannt und verglichen wird, ist die Abweichung E = PV, - SV aufgrund einer falschen Indikation, wie dies vorstehend erwähnt ist, im wesentlichen konstant und schwierig zu erkennen, während demzufolge sichergestellt wird, daß eine solche Abweichung durch Integration gemäß der vorliegenden Ausführungsform erkannt wird.
Zur Erkennung einer falschen Indikation derart, wie dies vorstehend erwähnt ist, könnte die Erkennung der Änderung von VA zu VA' in dem Grad einer Öffnung, der Änderung von VI zu VI' in der Einlaßströrnung oder der Änderung von VB zu VB' in der Differenz der Strömung zwischen dem zugeführten und dem ausgelassenen Material zusätzlich zu der Änderung in dem angezeigten Wert von PV zu PV' ins Auge gefaßt werden. Bei jeder dieser Erkennungen besteht eine hohe Korrelation zwischen dem Pegelmeßgerät 18, das fehlerhaft arbeiten kann, und dem Fehlfunktion-Detektor, die Genauigkeit einer Erkennung ist gering und das Element, das fehlerhaft arbeitet, ist schwierig zu lokalisieren. In den Erkennungssystemen, die früher erwähnt sind, sind der Öffnungsgrad und die Strömungsrate schwierig akkurat zu erkennen. Zusätzlich sind Meßvorrichtungen für diese Erkennungszwecke erforderlich.
Im Gegensatz dazu wird, da die vorliegende Erfindung direkt den angezeigten Wert PV in dem Pegel meßgerät 18 und den Einstellwert SV in der Regeinheit 19 verwendet, eine sichere Erkennung einer Fehlfunktion gerade bei jeder der verschiedenen Erkennungen, die vorstehend erwähnt sind, sichergestellt.
Da der Fluktuation-Monitor 30 den Einstellwert SV in konstanten Zyklen überwacht und eine weitere Verarbeitung vermeidet, nachdem der momentane Wert von dem Wert in dem vorangegangenen Zyklus geändert worden ist, werden eine übermäßige Reaktion auf eine temporäre Fluktuation und eine unnötige Reaktion aufgrund einer Änderung in dem Einstellwert SV vermieden, um dadurch eine Erkennung der Fehlfunktion sicherzustellen.
In dem Fehlfunktion-Detektor 40 akkumuliert die bedingte Integralberechnungseinheit 43 nur aufeinanderfolgende Abweichungen E desselben Vorzeichens, so daß eine temporäre Abweichung E in einer bloßen Fluktuation nicht erfaßt wird, um dadurch eine Erkennung der Fehlfunktion sicherzustellen.
Gerade wenn aufeinanderfolgende Abweichungen E desselben Vorzeichens in der bedingten Integralberechnungseinheit 43 in der vorliegenden Form auftreten, wird eine Erhöhung oder Erniedrigung in der Abweichung unter Verwendung der Beziehung E ≥}Eold erfaßt, um eine Ausführung einer Integration auszuwählen, so daß ein falscher Alarm, aufgrund einer unnötigen Akkumulation der integrierten Werte S, die auftreten wird, wenn sich Fluktuationen etablieren, vermieden wird.
Es wird angenommen, daß dann, wenn keine Selektion aufgrund einer Erhöhung oder Erniedrigung in der Abweichung vorgenommen wird, ein angezeigter Wert PV in einem zulässigen Bereich relativ zu einem Einstelert SV (siehe FIG. 9(A)) fluktuiert. In diesem Fall fährt eine Akkumulation der integrierten Werte S bis zu der Zeit T&sub1;&sub1; fort, wo die Fluktuation auf im wesentlichen 0 zurückkehrt (FIG. 9(B)).
Deshalb ist es, um eine Anzeige eines Alarms aufgrund einer solchen Fluktuation zu verhindern, notwendig, als Schwellwert D einen Wert D&sub1; größer als der maximale Wert Smax eines integrierten Werts S aufgrund der vorangegangenen Fluktuationen auszuwählen.
Allerdings ist, gerade wenn eine kontinuierliche Abweichung E aufgrund einer falschen Indikation, die geeignet erfaßt werden soll (siehe FIG. 10(A)), auftritt, wenn der Schwellwert D&sub1;, der demzufolge eingestellt ist, verwendet wird, das Zeitintervall zwischen dem Auftreten einer Abweichung E und der Zeit T&sub1;&sub2;, wenn die Abweichung E zu dem integrierten Wert S hinzuaddiert wird und der sich ergebende Wert dann den Schwellwert D&sub1; erreicht (siehe FIG. 10(B)) im wesentlichen eins, so daß eine Ausgabe eines Alarms verzögert werden würde.
Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Erhöhung oder eine Erniedrigung der Abweichung aufgrund von E ≥ Eold erfaßt. Wenn sich die Abweichung E erhöht, wird der integrierte Wert S akkumulativ erhöht, während dann, wenn sich die Abweichung erniedrigt, keine Akkumulation vorgenommen wird, so daß eine Akkumulation integrierter Werte S nur zu der Zeit T&sub2;&sub1; fortfährt, wo eine Erhöhung in einer ähnlichen Fluktuation, wenn eine vorhanden ist, anhält (siehe FIG. 11(A)). Da der integrierte Wert S einen maximalen Wert Smax zu diesem Zeitpunkt T&sub2;&sub1; annimmt, kann ein sehr kleiner Wert D2 < D&sub1; als Schwellwert D verwendet werden.
Deshalb kann, wenn ein solcher Schwellwert D&sub2; verwendet wird, ein Alarm zu einer frühen Zeit T&sub2;&sub2; ausgegeben werden, gerade wenn eine im wesentlichen kontinuierliche Abweichung E (siehe FIG. 12(A)) auftritt.
Durch Prüfen einer Erhöhung oder Erniedrigung in der Abweichung, um eine Ausführung einer Integration in der vorliegenden Ausführungsform auszuwählen, wird die Wahrscheinlichkeit eines Abgebens eines falschen Alarms, wenn sich Fluktuationen etabliert haben, reduziert, die Empfindlichkeit einer Erkennung wird verbessert und eine schnelle Erkennung einer Fehlfunktion wird sichergestellt.
Um ein Abgeben eines falschen Alarms aufgrund von Fluktuationen zu verhindern, würde man vorsehen, daß eine Abweichung E zu dem integrierten Wert S hinzuaddiert wird, wenn eine Abweichung E damit beginnt, sich zu erhöhen, während eine Abweichung E von den integrierten Werten von der Zeit an subtrahiert wird, wenn die Abweichung beginnt, sich zu erniedrigen. Allerdings ist eine ausreichende Akkumulation integrierter Werte S schwierig und eine Erkennung der Fehlfunktion wird verzögert, wenn die natürliche, angezeigte Abweichung eingesetzt wird und kontinuierliche, kleine Fluktuationen auftreten. Demzufolge ist die Anordnung der vorliegenden Erfindung vom Standpunkt einer Stabilität, Zuverlässigkeit und Schnelligkeit einer Fehlfunktionserkennung empfehlenswert.
Zusätzlich berechnet bei der vorliegenden Erfindung die Fehlfunktion-Interpretiereinheit 46 den absoluten Wert E x S des Produkts des integrierten Werts S und der Abweichung E, vergleicht den Schwellwert D und den absoluten Wert E x S und nicht den integrierten Wert S selbst. Deshalb wird eine Abgabe einer falschen Fehlfunktion aufgrund einer unnötigen Akkumulation integrierter Werte S, die aufgrund eines komplizierten Verhaltens von Fluktuationen erzeugt werden würden, vermieden.
Es wird angenommen, daß die Spitze zum Zeitpunkt T&sub3;&sub1; einer Fluktuation in einem angezeigten Wert PV relativ zu einem Einstelert SV innerhalb eines zulässigen Bereichs liegt und daß die Fluktuation durch eine kleine Änderung zur Zeit T&sub3;&sub3; begleitet wird (siehe FIG. 13(A)). In einem solchen Fall akkumuliert die bedingte Integralberechnungseinheit 43 der vorliegenden Ausführungsform integrierte Werte S während der Zeit, zu der Fluktuationen dahin tendieren, sich zu erhöhen (zwischen T&sub3;&sub0; und T&sub3;&sub1; und zwischen T&sub3;&sub2; und T&sub3;&sub3;) (siehe FIG. 13(B)). Unter der Annahme, daß die Fehlfunktion-Interpretiereinheit 46 einen integrierten Wert S selbst bestimmt und daß der Schwellwert D ein Wert D&sub3; ist, der auf der Basis einer Fluktuation eingestellt ist, die nur eine Spitze mit keinen anderen Änderungen umfaßt, kann ein falscher Alarm aufgrund einer Erhöhung in dem integrierten Wert S aufgrund darauffolgender Änderungen abgegeben werden.
Allerdings verwendet die Fehlfunktion-Interpretiereinheit 46 der vorliegenden Ausführungsform den absoluten Wert E x S des Produkts des integrierten Werts S und der Abweichung E. Der absolute Wert gibt Abweichungen E an den jeweiligen Punkten in der Zeit wieder; er ist maximal zu seiner Spitzenzeit T&sub3;&sub1;, und die darauffolgenden Schwingungen sind kleiner gemäß einer kleineren Abweichung E zu der Zeit T&sub3;&sub3; (siehe FIG. 13(C)).
Deshalb verwendet die vorliegende Ausführungsform den absoluten Wert E x S des Produkts des integrierten Werts S und der Abweichung E bei der Bestimmung einer Fehlfunktion und den entsprechenden Wert D&sub1;&sub4; als Schwellwert D, um dadurch die Wahrscheinlichkeit einer Abgabe einer falschen Fehunktion herabzusetzen, gerade wenn das Verhalten der Fluktuationen kompliziert ist und was demzufolge zu einer sicheren Erkennung einer Fehlfunktion führt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt und weist die nachfolgenden Modifikationen auf. Während die Abnormalitäts-Erkennungseinheit 40 eine Integration bei der Abweichung E von der Abweichungsberechnungseinheit 41 gemäß dem Vorzeichen der Abweichung durchführt und den integrierten Wert S auf setzt, wenn das Vorzeichen umgekehrt ist, kann ein einfaches Integrier- oder ein anderes Akkumulationssystem verwendet werden. Die Anordnung zusätzlicher Elemente, wie beispielsweise ein Speicher 44 für eine vorangegangene Abweichung und ein Speicher 45 für einen vorangegangenen, integrierten Wert, können modifiziert werden, wenn dies bei der Umsetzung der vorliegenden Erfindung erforderlich ist.
Während sie bei der vorliegenden Erfindung so angeordnet ist, daß der Fluktuation-Monitor 30 die Abnormalitätserkennungseinheit 40 in konstanten Zyklen startet, so lange wie dort keine Änderungen in dem Einstellwert SV vorhanden sind, kann der Fluktuation-Monitor 30 entfernt werden. In diesem Fall besitzt die Abnormalitätserkennungseinheit 40 vorzugsweise die Funktion eines automatischen Startens von sich selbst in konstanten Zyklen und eines Anhaltens ihrer Erfassung nur dann, wenn Änderungen in dem Einstellwert SV vorhanden sind, um dadurch eine unnötige Erfassung aufgrund einer Änderung in dem Einstellwert SV zu vermeiden.
Während beschrieben worden ist, daß die bedingte Integralberechnungseinheit 43 der Abnormalitätserkennungseinheit 40 bestimmt, ob die Abweichung positiv oder negativ ist, und zwar auf der Basis, ob Eold x E > 0 bei der Akkumulation des integrierten Werts S ist und ob sich die Abweichung auf der Basis, ob E ≥ Eold ist, erhöht oder erniedrigt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Anordnung und Bestimmung beschränkt, da eine Erhöhung/eine Erniedrigung in der Abweichung weggelassen werden kann, wenn dies erforderlich ist.
Während beschrieben worden ist, daß die Fehlfunktion-Interpretiereinheit 46 der Abnormalitätserkennungseinheit 40 den absoluten Wert E x S des Produkts des integrierten Werts S und der Abweichung E an dem momentanen Punkt in der Zeit bei der Bestimmung einer Fehlfunktion verwendet und den absoluten Wert mit dem Schwellwert D, der entsprechend geliefert wird, vergleicht, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese besondere Anordnung beschränkt, und der integrierte Wert S an dem momentanen Punkt in der Zeit kann mit dem entsprechenden Schwellwert D anstelle hiervon verglichen werden.
FIG. 14 stellt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Abnormalitätserkennungseinheit 40A dieser Ausführungsform besitzt eine Struktur ähnlich zu derjenigen der Abnormalitätserfassungseinheit 40 der früheren Ausführungsform, während sich die bedingte Integralberechnungseinheit 43A und die Fehlfunktion-Interpretiereinheit 46A dieser Ausführungsform von denjenigen der früheren Ausführungsform unterscheiden. Die Berechnungseinheit 43A dieser Ausführungsform akkumuliert eine Abweichung E, wie sie ist, zu dem integrierten Wert S, so lange wie die Abweichung E und die vorangegangene Abweichung Eoid dasselbe Vorzeichen besitzen. Die Fehlfunktion-Interpretiereinheit 46A der vorliegenden Erfindung vergleicht den integrierten Wert S direkt mit dem Schwellwert D für eine Fehlfunktionserkennung.
Die vorliegende Ausführungsform führt Betriebsweisen grundsätzlich ähnlich zu denjenigen durch, die durch die frühere Ausführungsform durchgeführt sind, und erzeugt Effekte ähnlich zu denjenigen, die durch die frühere Ausführungsform erzeugt werden. Die vorliegende Ausführungsform führt keine Betriebsweisen entsprechend denjenigen an den Schritten P7 und P9 der Verarbeitung der früheren Ausführungsform entsprechend FIG. 3 durch, und zwar aufgrund der Verwendung einer bedingten Integralberechnungseinheit Die vorliegende Ausführungsform verwendet eine Fehlfunktion-Interpretations einheit 46A, so daß sich ihre Verarbeitung von den Inhalten der Verarbeitung an dem Schritt P10 der FIG. 3 unterscheidet, und demzufolge Effekte ähnlich zu denjenigen, die durch die frühere Ausführungsform erzeugt werden, nicht in dieser Hinsicht erwartet werden. Eine sichere und korrekte Erkennung einer Fehlfunktion wird durch eine Fehlfunktionerkennung unter Verwendung eines integrierten Werts S verglichen mit der herkömmlichen Vorrichtung sichergestellt. Die Verwendung einer solchen Konfiguration ist im Hinblick auf eine Vereinfachung vorteilhaft.
Während der Fehlfunktion-Detektor 21, der das Pegelmeßgerät 18 überwacht, in der früheren Ausführungsform beschrieben worden ist, ist die Erfindung auf die Erkennung von Fehlfunktionen in verschiedenen Steuer- bzw. Regeleinheiten anwendbar. Zum Beispiel ist die vorliegende Erfindung zum Erkennen einer Fehlfunktion eines Strömungsmeßgeräts 17, das an dem Auslauf der früheren Ausführungsform vorgesehen ist, anwendbar. In diesem Fall wird die Abweichung zwischen dem erfaßten Wert von dem Strömungsmeßgerät 17 und dem Einstellwert in der Regeleinheit 16 berechnet und integriert und das Ergebnis wird mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen. In Bezug auf die Fehlfunktion-Erkennungseinheit 21 ist es nicht erforderlich, daß sie außenseitig der Regeleinheit 19 vorgesehen wird, sondern sie kann in die Regeinheit eingebaut werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Änderung in dem integrierten Wert aufgrund einer Fehlfunktion in einer markanten Art und Weise unter Verwendung der integrierten Version der Abweichung zwischen dem Einstell- bzw. Sollwert und dem Phasenwert erfaßt und der Einfluß einer Fluktuation, usw., wird vermieden, wie dies erforderlich ist, so daß eine Fehlfunktion der Steuer- bzw. Regeinheit schnell und geeignet erkannt wird.

Claims

1. Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion einer Steuereinheit, umfassend folgende Schritte:

Integrieren der Abweichung (E) zwischen einem Einstellwert (SV) und einem momentanen Phasenwert (PV) in der Steuereinheit;

Vergleichen des resultierenden integrierten Wertes mit einem vorbestimmten Schwellwert (D) um eine Fehlfunktion zu erkennen, gekennzeichnet durch

Überwachen des Einstellwertes in der Steuereinheit in konstanten Zyklen; und

Aussetzen der Integration oder des Vergleichens, wenn sich der momentane Einstellwert (SV) gegenüber dem Einstellwert (SVold) in dem vorangehenden Zyklus geändert hat.

2. Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion einer Steuereinheit nach Anspruch 1, worin die Integration ausgesetzt wird, wenn die momentane Abweichung (E), verglichen mit derjenigen (Eold) in dem vorgangegangenen Zyklus sich verringert hat.

3. Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion einer Steuereinheit nach Anspruch 1 oder 2, worin der Schwellwert (D) mit einem absoluten Wert verglichen wird, der gleich einem Produkt aus dem integrierten Wert (S) und der Abweichung (E) ist.

4. Verfahren zum Erkennen einer Fehlfunktion einer Steuereinheit nach Anspruch 1, worin die Abweichung (E) akkumuliert wird und zwar aus aufeinanderfolgenden Abweichungen mit gleichem Vorzeichen.

5. Einrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion einer Steuereinheit, umfassend:

eine Einrichtung (43) zum Integrieren der Abweichung (E) zwischen einem Einstellwert (SV) in einer Steuereinheit (19) und dem aktuellen Phasenwert (PV) und Vergleichen des resultierenden integrierten Wertes (S) mit einem vorbestimmten Schwellwert (D), um eine Abnormalität zu erkennen, gekennzeichnet durch

eine Fluktuationsüberwachungseinrichtung (30) zum Überwachen des Einstellwertes (SV) in der Steuereinheit (19) in konstanten Zyklen und Verhindem des Aktivierens einer Abnormalitätserkennungseinrichtung (40), wenn der gegenwärtige Einstellwert (SV) relativ zu dem Einstellwert (SVold) in dem vorangegangenen Zyklus fluktuiert.

6. Einrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion einer Steuereinheit nach Anspruch 5, worin die Fluktuationsüberwachungseinrichtung (30) eine Einrichtung (33) umfaßt zum Eingeben eines gegenwärtigen Einstellwertes (SV) in die Einrichtung, einen Speicher (34) zum Speichern des Einstellwertes in dem vorangegangenen Zyklus und eine Fluktuations-Interpretationseinheit (32) zum Vergleichen des gegenwärtigen Einstellwertes (SV), der von der Eingabeeinheit (33) gelesen wurde mit dem Einstellwert (SVold) des vorangegangenen Zyklusses, der aus dem Speicher (34) gelesen wurde, Aktivieren der Abnormalitätserfassungseinrichtung (40) wenn der gegenwärtige Einstellwert (SV) gleich demjenigen (SVold) in dem vorangegangenen Zyklus ist und Beenden seiner Tätigkeit, wenn der gegenwärtige Einstellwert (SV) verschieden von demjenigen (SVold) in dem vorangegangenen Zyklus ist.

7. Einrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion einer Steuereinheit nach Anspruch 6, worin der Speicher (34) den Ausgang der Eingabeeinheit (33) speichert, nachdem die Fluktuation-Interpretationseinheit ihre Tätigkeit beendet hat.

8. Einrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion einer Steuereinheit nach Anspruch 6 oder 7, worin die Abnormalitätserkennungseinrichtung (40) eine bedingte Integralberechnungseinheit (43) umfaßt zum Aussetzen der Integration, wenn sich die gegenwärtige Abweichung (E) verglichen mit derjenigen (Eold) in dem vorangegangenen Zyklus verringert.

9. Einrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion einer Steuereinheit nach Anspruch 8, worin die bedingte Integralrechnungseinheit (43) bestimmt, ob die gegenwärtige Abweichung (E) das gleiche Vorzeichen, wie diejenige (Eold) in dem vorangegangenen Zyklus besitzt, und die Integration ausführt, wenn die gegenwärtige Abweichung das gleiche Vorzeichen besitzt, wie diejenige in dem vorangegangenen Zyklus und den integrierten Wert (S) auf 0 zurücksetzt, wenn die gegenwärtige Abweichung (E) ein Vorzeichen besitzt, welches verschieden ist von demjenigen (Eold) in dem vorangegangenen Zyklus.

10. Einrichtung zum Erkennen einer Fehlfunktion einer Steuereinheit nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 9, worin die Einrichtung eine Fehlfunktion-Interpretationseinheit (46) umfaßt, zum Berechnen des absoluten Werts des Produkts aus dem integrierten Wert (S) und der Abweichung (E), zum Vergleichen des absoluten Wertes mit dem Schwellwert (D) und zum Erkennen einer Abnormalität, wenn der absolute Wert den Schwellwert (D) erreicht oder überschreitet.

11. Einrichtung zum Erfassen einer Fehlfunktion einer Steuereinheit nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 10, worin die Steuereinheit ein Pegelmeßgerät (18) umfaßt, das in einem chemischen Reaktionsgefäß angeordnet ist.