DE69322528T2

DE69322528T2 - Fehler/fremdkörpereindringenerkennung für eine übertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69322528T2
Application number: DE69322528T
Authority: DE
Inventors: Ronald Varrennes Quebec J3X 1C1 Gagne; Hilger A. D-2160 Stade Walter
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1993-11-19
Filing date: 1993-11-19
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2013-11-20
Also published as: JP3295089B2; DE69322528D1; EP0775331B1; US5764537A; EP0775331A1; WO1995014262A1; KR960706113A; ES2125436T3; JPH09505420A; AU6013794A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen des Einfrierens oder des Ausfalls eines Erfassungsprozesses und einer Baueinheit in einer gesteuerten Vorrichtung und einem Prozeß. Der Erfassungsprozeß und die Baueinheit umfassen einen Sensor, der ein Sensorausgangssignal erzeugt, das vom Erfassungsprozeß und der Baueinheit weiter in ein Prozeßsignal umgesetzt wird, wobei der Sensor innerhalb des Erfassungsprozesses und der Baueinheit aufgrund von Prozeßstörungen in der gesteuerten Vorrichtung und im Prozeß (kontinuierlichen) Übergangsänderungen unterliegt.
Im Fall der Prozeßsteuerung können Störsignale entweder in der gesteuerten Vorrichtung und im Prozeß (an dem Messungen vorgenommen werden) als Prozeßstörungen oder im Meßverfahren (das unter Verwendung eines erweiterten Erfassungsprozesses und einer Baueinheit implementiert ist) als Meßstörungen erzeugt werden. In diesem Zusammenhang wird der Ausdruck "Störungen" verwendet, um alle Formen von Störungen zu bezeichnen. Es ist normalerweise nicht möglich, die Quelle der Störungen in einem Signal durch Verwenden herkömmlicher Analysetechniken für zeitdiskrete Signale selbst zu identifizieren. Störsignale weisen üblicherweise eine schwingende oder vibrierende Eigenheit auf, wenn eine Serie von diskreten Signalen als Funktion der Zeit analysiert wird; üblicherweise kann das Gesamtschwingungsmuster in einen Satz von Sinuswellen mit charakteristischen Frequenzen aufgelöst werden.
Prozeßstörungen werden von Übergangsveränderungen in der gesteuerten Vorrichtung und im Prozeß selbst in Regionen nahe dem Ort des Meßsensors erzeugt. Es gibt eine Vielfalt von Faktoren, die zu solchen Veränderungen in der gesteuerten Vorrichtung und im Prozeß selbst beitragen, wie z. B. das Vorhandensein von mitgerissenen Gasblasen in einer Flüssigkeit, lokale Veränderungen in einer Flüssigkeitsdichte wie z. B. im Fall von gerührten Öl/Wasser-Gemischen, lokale Veränderungen der Flüssigkeitstemperatur, Turbulenzen und dergleichen.
Meßstörungen werden in jeder Stufe des Erfassungsprozesses und der Baueinheit erzeugt. Die Meßstörungen sind üblicherweise eine Funktion der Qualität des Erfassungsprozesses und der Baueinheit.
Aktuelle Verfahren, die zum Messen von Prozeßvariablen wie Temperatur, Druck und Fluß verwendet werden, ergeben inhärent Signale, die in ihrem Wert sowohl Prozeßstörungen als auch Meßstörungen enthalten. Die Verwendung eines durch Störungen korrumpierten Prozeßsignals ist daher für Prozeßsteuerungsingenieure ein seit langem bestehendes Problem. Meßstörungen sind im Vergleich zur Prozeßstörungskomponente normalerweise die weniger signifikante Komponente in der Gesamtmenge der Störungen, die in einem gegebenen Signal vorhanden sind, wobei die Meßstörungen durch entsprechende Maßnahmen weiter reduziert werden können, wie z. B. durch Erdung der elektrischen Schaltung oder dergleichen. Die folgende Beschreibung konzentriert sich daher auf die Prozeßstörungskomponente und setzt voraus, daß der Einfluß der Meßstörungskomponente bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung im wesentlichen vernachlässigt werden kann.
In einer gesteuerten Vorrichtung und einem Prozeß, in denen eine Steuereinheit oder ein Satz von Steuereinhei ten die Operation einer komplizierten Maschine wie z. B. eines Kernkraftwerkes, eines Kraftfahrzeuges, einer Turbine, eines chemischen Herstellungsprozesses oder dergleichen unterstützen, werden verschiedene Parameter des gesteuerten Prozesses überwacht, um den Zustand des Prozesses zu einem beliebigen Zeitpunkt zu ermitteln. Zu diesem Zweck werden Sensoren und Wandler verwendet, um Sensorausgangssignale zu erzeugen, die die Werte verschiedener Attribute (wie z. B. Temperatur, Druck, Strömungsrate, Drehzahl oder einen Kesselpegel) darstellen, die für die gesteuerte Vorrichtung und den Prozeß charakteristisch sind.
Ein Sensor ist eine Vorrichtung, die so aufgebaut ist, daß sie auf ein gegebenes Ereignis, auf ein Auftreten oder einen Zustand antwortet und ein dementsprechend vorgegebenes Sensorausgangssignal erzeugt, daß den obenerwähnten Zustand, das Auftreten oder das Ereignis als ein analoges oder digitales Signal darstellt (oder in einem eher virtuellen Sinn als eine numerische oder boolsche Größe). Der Ausdruck "Sensor" kann ferner als eine weitere Komponente eine Vorrichtung umfassen, die als interaktive Meßvorrichtung ausgelegt sein kann, die mit der gesteuerten Vorrichtung und dem Prozeß in physikalischem Kontakt steht (ein Wandler), wobei diese allgemeine Vorrichtung im folgenden als in den Sensor integriert betrachtet wird.
Innerhalb des Kontextes der Prozeßsteuerung wird das vom Sensor erzeugte Sensorausgangssignal anschließend in ein Prozeßsignal überführt, das die Darstellung des Sensorausgangssignals als ein Wert ist, der in einem Prozeßsteuerentscheidungsprogramm genutzt werden kann, in welchem eine gesteuerte Vorrichtung (wie z. B. eine Fabrikanlage, ein Flugzeug, ein Schiff oder eine andere solche Vorrichtung, die von einem Echtzeit-Prozeßsteue rungscomputer gesteuert wird) unter Verwendung des Prozeßsteuerentscheidungsprogramms implementiert ist. Eine Anzahl wohlbekannter Techniken wird im Verlauf der Überführung eines Sensorausgangssignals in ein Prozeßsignal verwendet, die jeweils für das bestimmte Signal geeignet sind; einige allgemeine Beispiele für diese Techniken umfassen die Analog/Digital-Umsetzung, die Linearisierung, die Messung über eine Wheatstone-Brücke (wie im Fall bestimmter Wiegezellen und Widerstandstemperaturvorrichtungen), das Multiplexen oder das Empfangen und Interpretieren einer seriellen Datennachricht vom Sensor, wenn der Sensor als Sensorausgangssignal eine serielle Datennachricht ausgibt. Die Implementierung dieser Techniken kann erreicht werden durch eine Kombination einer Prozeßcomputer-Integralsensorausgangs-Konditionierungssoftwareeinrichtung, die in einer bevorzugten Ausführungsform in der Computerverarbeitungseinheit ausgeführt wird, die das Prozeßsteuerentscheidungsprogramm ausführt.
Eine weitere Betrachtung des Hintergrunds der Erfindung ergibt, daß das Erfassungsschema, das sich auf einen Erfassungsprozeß und eine Baueinheit bezieht, die zugehörige Steuervorrichtung und das Prozeßsignal jeweils weiter einem Prozeßsteuerungscomputer zugeordnet sind, der bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung innerhalb des Kontextes einer Betriebsart implementiert und ausführt, die allgemein als Echtzeit-Verarbeitung bekannt ist. Die Echtzeit-Verarbeitung ist allgemein als ein Verfahren der Verarbeitung definiert, in dem ein Ereignis eine gegebene Reaktion innerhalb einer aktuellen Zeitgrenze veranlaßt und in der Computermaßnahmen innerhalb des Kontextes der Bedingungen und der aktuellen Zeiten und durch dieselben speziell gesteuert werden. Als eine zugehörige Klassifizierung im Bereich der Prozeßsteuerung bezieht sich die Echtzeit-Verarbeitung auf die Leistungsfähigkeit des zugehörigen Prozesses, logische Operatio nen, Entscheidungsoperationen und quantitative Operationen, die zu einem Prozeßsteuerentscheidungsprogramm gehören, das als Teil einer gesteuerten Vorrichtung und eines Prozesses arbeitet, zu steuern, wobei das Prozeßsteuerentscheidungsprogramm mit einer relativ hohen Frequenz mit einer Periode von normalerweise 20 ms bis 2 s periodisch ausgeführt wird, obwohl andere Zeitperioden ebenfalls verwendet werden können, und wobei einige Operationen mit einem ganzzahligen Vielfachen der Primärprozeßsteuerentscheidungsprogrammausführungsperiode ausgeführt werden können, für Zwecke, die sich entweder auf die Abstimmung, die Empfindlichkeit oder die effiziente Betriebsmittelnutzung beziehen.
In einem kontinuierlich gesteuerten Prozeß können Parameter wie z. B. die Temperatur, der Fluß, die Spannung, der Strom, die Drehzahl, die Höhe oder dergleichen, überwacht werden, um zu ermitteln, wann der Prozeß außerhalb eines Toleranzbereichs liegt.
Natürliche Erscheinungen wie z. B. Störungen sind üblicherweise nicht gleichmäßig verteilt. Statt dessen folgen sie eher einer Normalverteilung, auch als Gauß-Verteilung bekannt, die wohlbekannte glockenförmige Verteilungseigenschaften aufweist. Die durch diese Verteilung erzeugten Zufallszahlen neigen dazu, sich um den Mittelwert der gesamten Gruppe zu häufen. Werte, die vom Mittelwert abweichen, treten weniger häufig auf.
Dies bedeutet, daß in einem statistischen Zusammenhang die von dem Erfassungsprozeß und der Baueinheit abgeleiteten und resultierenden Prozeßsignale in ihren Werten eine zufällige Änderung aufweisen. Wenn diese Prozeßsignale konsistent eine Normalverteilung innerhalb vorgegebener Grenzen aufweisen, wird die gesteuerte Vorrichtung und der Prozeß als stabil und unter der Kontrolle einer Steuervorrichtung befindlich betrachtet.
Im Verlauf der Operation der gesteuerten Vorrichtung und des Prozesses kann der Sensor oder das Sensorausgangssignal des Sensors ausfallen, kann abgeschaltet werden oder kann aufgrund eines zerstörenden Ereignisses oder einer Situation wie z. B. eines Kabelbruchs, eines Kurzschlusses, einer Einfrierung oder irgendeiner anderen Art von Ausfall gestört werden, so daß das Sensorausgangssignal und sein zugehöriges Prozeßsignal nicht den Zustand des gesteuerten Prozesses darstellen und in der Prozeßsteuerungsoperation nachteilige Auswirkungen haben können. Die Ausdrücke Festfrieren oder Einfrieren beziehen sich auf die unerwünschte Einführung eines gewissen mechanischen, elektrischen oder fluiden zerstörenden Elements in den Sensormechanismus oder den Sensorsignalübertragungsmechanismus, das dazu führt, daß das Sensorausgangssignal oder dessen zugehöriges Prozeßsignal entweder weniger dynamisch antworten, oder nicht in derjenigen vorgegebenen Weise dynamisch antworten, für die der Erfassungsprozeß und die Baueinheit ausgelegt wurden, um das Prozeßsignal zu erzeugen, daß das Ereignis, das Auftreten oder den Zustand anzeigt, die der gesteuerten Vorrichtung und dem Prozeß zugeordnet sind.
Beispiele von Erscheinungen, die durch Einfrieren verursacht werden, umfassen Kurzschlüsse, Hochfrequenzstörungen, Fluidphasenänderungen (wie z. B. Verfestigung von flüssigem Teer zu festem Teer in einer Röhre oder einer Leitung, die den Sensor mit der gesteuerten Vorrichtung und dem Prozeß verbindet), Polymerisation eines Monomers zu einem viskoseren Fluid in einer Röhre oder einer Leitung, die den Sensor mit der gesteuerten Vorrichtung und dem Prozeß verbindet, oder das Ablagern fester Parti kel in einer Röhre oder einer Leitung, die den Sensor mit der gesteuerten Vorrichtung und dem Prozeß verbindet.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein ökonomisches und einfaches Verfahren oder eine Vorrichtung zu schaffen zum Ermitteln des Vorhandenseins des Einfrierens oder einer Ausfallerscheinung entweder in der Operation eines Sensors, der ein Sensorausgangssignal erzeugt, oder im zugehörigen umfassenden Erfassungsprozeß und der Baueinheit durch Untersuchen des vom Sensorausgangssignal abgeleiteten Prozeßsignals in einer gesteuerten Vorrichtung und einem Prozeß.
Die Patentzusammenfassungen von Japan, Bd. 11, Nr. 260 (P-608), 22. August 1987, JP-A-62 064 921 bezieht sich auf das Schwingen einer Maschine, das mittels eines Schwingungsbeschleunigungssensors erfaßt wird. Um eine fehlerhafte Erfassung eines Klopfsignals aufgrund von Störungen zu verhindern, ist eine Vergleichsschaltung vorgesehen, die die Standardabweichung der maximalen Amplitude mit einem Referenzwert vergleicht. Wenn die Standardabweichung der maximalen Amplitude die Referenzstandardabweichung überschreitet, wird von der Vergleichsschaltung ein Klopfsignal ausgegeben.
"Real-Time Fault Detection of the Space Shuttle Main Engine" von H. V. Panossian und V. R. Kemp, Proceedings of the 30th IEEE Conference on Decision and Control, Bd. 3/3, Dezember 1991, Brighton, GB, S. 2609-2610, offenbart einen Echtzeit-Ausfallerfassungsalgorithmus, der auf Online-Basis am Space-Shuttle-Haupttriebwerk implementiert werden soll. Er liefert eine Grenze auf Signalbasis und eine Trendprüfung auf der Grundlage von Informationen von komplexen Schätzungen auf Modellbasis. Die berechneten Anfangswerte, die erwarteten Werte und die Standardabweichungen sollen als Basislinien für den Normalbetrieb dienen. Das gemessene Prozeßsignal wird mit den Anfangswerten oder den erwarteten Werten verglichen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 13 definiert. Die abhängigen Ansprüche definieren bestimmte Ausführungsformen der Erfindung.
Ein Verfahren zum Erfassen einer wahrscheinlichen Einfrier- oder Ausfallerscheinung im Betrieb eines Sensors, der ein Sensorausgangssignal oder ein vom Sensorausgangssignal abgeleitetes Prozeßsignal in einer gesteuerten Vorrichtung und einem Prozeß erzeugt, umfaßt die Schritte des Ermittelns einer Schätzung der Standardabweichung des Prozeßsignals im Echtzeit-Verarbeitungsmodus, das Vergleichen der Schätzung der Standardabweichung des Prozeßsignals mit wenigstens einem vorgegebenen Referenzwert und das Erzeugen eines Unannehmbarkeitssignals, wenn das Vergleichsergebnis zur Ermittlung einer unannehmbaren Abweichung zwischen den verglichenen Werten führt.
In einer bevorzugten Ausführungsform schafft dieses Verfahren eine einfache Erfassung der Einfriererscheinung (oder Ausfallerscheinung) entweder (1) im Betrieb eines Sensors (der ein Sensorausgangssignal erzeugt) oder (2) im Betrieb der zugehörigen Komponenten (in der gesamten Erfassungsbaueinheit), die das Sensorsausgangssignal in ein Prozeßsignal umsetzen, wenn das Verfahren im gleichen Echtzeit-Computerprozessor ausgeführt wird, der das Prozeßsignal für die Verwendung durch ein Prozeßsteuerentscheidungsprogramm speichert, in welchem eine gesteuerte Vorrichtung (wie z. B. eine Fabrikanlage, ein Flugzeug, ein Schiff oder eine andere solche Vorrichtung, die von einem Echtzeit-Prozeßsteuerungscomputer gesteuert wird) durch die Verwendung des Prozeßsteuerentscheidungsprogramms implementiert ist.
Eine Vorrichtung zum Erfassen umfaßt eine Einrichtung zum Ermitteln einer Schätzung der Standardabweichung eines Prozeßsignals im Echtzeit-Verarbeitungsmodus, eine Einrichtung zum Vergleichen der Schätzung der Standardabweichung des Prozeßsignals mit wenigstens einem vorgegebenen Referenzwert und eine Einrichtung zum Erzeugen eines Unannehmbarkeitssignals, wenn der Vergleich eine unannehmbare Abweichung zwischen den verglichenen Werten feststellt.
Es ist klar, daß die Erfindung ein sehr weites Anwendungsgebiet besitzt und daß das Verfahren und die Vorrichtung zum Erfassen des Einfrierens oder des Ausfalls eines Erfassungsprozesses und einer Baueinheit, eines dem Erfassungsprozeß und der Baueinheit zugeordneten Sensors, des vom Sensor erzeugten Sensorausgangssignals oder des vom Sensor erzeugten weiter abgeleiteten Prozeßsignals in einer gesteuerten Vorrichtung und einem Prozeß in anderen Gebieten angewendet werden kann; welche Echtzeit-Daten oder häufig aktualisierte Daten verwenden, und nicht nur auf diejenigen Felder beschränkt ist, in denen herkömmliche Typen von Sensoren oder Wandlern verwendet werden.
Ferner ist klar, daß die Erfindung auf eine große Anzahl unterschiedlicher Arten von Sensoren oder Wandler angewendet werden kann.
Die obigen und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung können besser verstanden werden unter Bezugnahme auf die folgende genaue Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden sollte, in welchen:

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 in einer vereinfachten Blockschaltbildform die betreffenden Hardware- und Softwarekomponenten zeigt, die die Operation einer Regelschleife ermöglichen, die ein Prozeßsteuerentscheidungsprogramm enthält, das in einem Prozeßsteuerungscomputer ausgeführt wird;
Fig. 2 in einer vereinfachten Blockschaltbildform die Prozeßdynamik und die Steuerblockschaltbild-Regelschleife zum Erfassen des Einfrierens und des Ausfalls eines Erfassungsprozesses und einer Baueinheit gemäß der Erfindung zeigt; und
Fig. 3 ein Flußdiagramm ist, das die Schritte des Erfassungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten Blockschaltbildform eine gesteuerte Vorrichtung und einen Prozeß 1 mit zugehörigem und integriert angeschlossenen Sensor 2, wobei der Sensor ferner versehen ist mit einem Wandler 3 und einem Sensorausgangssignalübertragungssystem 4. Der Wandler 3 und das Sensorausgangssignalübertragungssystem 4 stehen in Wechselwirkung, um ein Sensorausgangssignal 5 entsprechend den Verfahren zu erzeugen, die im Stand der Technik wohlbekannt sind. Das Sensorausgangssignal 5 wird zu einer Sensorausgangssignalempfangs-Hardware 6 mittels eines Kommunikationsverfahrens übertragen, das entweder auf einer elektrischen oder optischen Einrichtung oder auf einer Hochfrequenzeinrichtung beruht, wie im Stand der Technik allgemein bekannt ist. Die Sensorausgangssignal-Empfangshardware 6, die am Prozeßsteuerungscomputer 7 angefügt ist, sowie eine Sensorsignalkonditionierungssoftware 8, die im Prozeßsteuerungscomputer 7 ausge führt wird, stehen ferner in Wechselwirkung, um ein Prozeßsignal 9 zu erzeugen.
Das Prozeßsignal xk 9 kann anschließend während der Ausführung eines Prozeßsteuerentscheidungsprogramms 10, das im Prozeßsteuerungscomputer 7 ausgeführt wird, genutzt werden. Das Prozeßsteuerentscheidungsprogramm 10 erzeugt anschließend ein Steuersignal 11 im Prozeßsteuerungscomputer 7. Das Steuerungssignal 11 steht ferner mit einer Steuersignalkonditionierungssoftware 12 in Wechselwirkung, die im Prozeßsteuerungscomputer 7 ausgeführt wird, sowie mit einer eng zugeordneten Steuersignalsendehardware 13, die am Prozeßsteuerungscomputer 7 angefügt ist, um ein Steuerausgangssignal 14 zu erzeugen, das mittels eines Kommunikationsverfahrens (das entweder auf einer elektrischen oder optischen Einrichtung oder einer Hochfrequenzeinrichtung beruhen kann, wie im Stand der Technik allgemein bekannt ist) zu einer Steuervorrichtung 15 übertragen wird, die ein Steuersignalempfangssystem 10 und eine eng gekoppelte Feldsteuervorrichtung 17 umfaßt, die die gesteuerte Vorrichtung und den Prozeß 1 beeinflussen.
Die Sequenz des Auftretens, die in Fig. 1 dargestellt ist, tritt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einer relativ hohen Frequenz in einer Periode von üblicherweise 20 ms bis 25 auf, obwohl andere Zeitperioden ebenfalls verwendet werden können. Der Prozeßsteuerungscomputer 7 ist die operative physikalische Vorrichtung, die die logischen, entscheidungstreffenden und quantitativen Prozeßsteuerungsoperationen dynamisch ausführt, die den Elementen der Fig. 1 zugeordnet sind.
Die Fig. 2 zeigt in einer vereinfachten Blockschaltbildform einen Fall einer allgemein bezeichneten Prozeßdyna mik und eine Steuerblockschaltbild-Regelschleife, die virtuell den Steuerkomponenten der Fig. 1 zugeordnet werden können, die eine Steuervorrichtung 21, eine gesteuerte Vorrichtung und einen Prozeß 22 (entsprechend der gesteuerten Vorrichtung und dem Prozeß 1) sowie einen Erfassungsprozeß und eine Baueinheit 23 umfassen.
Der Erfassungsprozeß und die Baueinheit 23 der Fig. 2 umfassen den Wandler 3, das Sensorausgangssignalübertragungssystem 4, das Sensorausgangssignal 5, die Sensorausgangssignalempfangshardware 6 und die Sensorsignalkonditionierungssoftware 8 der Fig. 1, wenn diese im Kontext der Prozeßsteuerung und der Dynamik interpretiert wird. Die Steuervorrichtung 21 ist im Prozeßsteuerentscheidungsprogramm 10 der Fig. 1 logisch resident und umfaßt ferner die Elemente der Fig. 1, die bezeichnet sind mit Steuersignal 11, Steuersignalkonditionierungssoftware 12, Steuersignalsendehardware 13, Steuerausgangssignal, Steuersignalempfangssystem 16 und Feldsteuervorrichtung 17.
Dem Prozeßsteuerungscomputer 7 der Fig. 1 sind die Steuervorrichtung 21, der Erfassungsprozeß und die Baueinheit 23 und ein Kombinationsoperator 24, der in Fig. 2 gezeigt ist, als die operativen physikalischen Vorrichtungen zugeordnet, die die zugehörigen logischen, entscheidungsfindenden und quantitativen Prozeßsteuerungsoperationen dynamisch ausführen, die den Elementen der Fig. 1, 2 und 3 zugeordnet sind.
Ein Referenzeingangssignal r wird dem Kombinationsoperator 24 zugeführt, der ein Addierer sein kann, wobei entweder das Referenzeingangssignal r oder das Prozeßsignal xk vom Erfassungsprozeß und der Baueinheit 23 negiert wird und dem Kombinationsoperator 24 zugeführt wird. Der Ausgang vom Kombinationsoperator 24 wird als Fehlersignal e der Steuervorrichtung 21 zugeführt, die einen manipulierten Eingang m für die gesteuerte Vorrichtung und den Prozeß 22 als Ausgang der Steuervorrichtung 21 erzeugt. Es ist zu beachten, daß der manipulierte Eingang m (Fig. 2) der gesteuerten Vorrichtung und des Prozesses 2 nicht das Steuerausgangssignal 14 (Fig. 1) ist, sondern die Schnittstellenmodifikation der Umgebung der gesteuerten Vorrichtung und des Prozesses 1, die von der Feldsteuervorrichtung 17 verursacht wird (z. B. die Änderung der effektiven inneren Querschnittsöffnung in einer Leitung, die durch teilweises Schließen eines analogen Steuerventils verursacht wird). Die gesteuerte Vorrichtung und der Prozeß 22 können irgendein mechanischer oder chemischer Prozeß oder ein System wie z. B. ein Reaktor, ein zu füllende r Behälter, ein Thyrister, ein Motor oder dergleichen sein. Die Ausdrücke "gesteuerte Vorrichtung und Prozeß", "gesteuerte Umgebung" oder "gesteuertes System" sollen auch Situationen umfassen, in denen ein Mensch ein Teil der Regelschleife sein kann. Diesbezüglich zeigt die Fig. 1 das bevorzugte vollautomatische Szenario, schließt jedoch halbautomatische Ansätze nicht aus.
Das zu messende und vom Erfassungsprozeß und der Baueinheit 23 angezeigte Prozeßattribut x kann irgendeine inhärente Erscheinung sein, die der gesteuerten Vorrichtung und dem Prozeß 22 zugeordnet ist, wie z. B. eine Temperatur, ein Fluß, eine Spannung, ein Strom, eine Drehzahl, eine Höhe oder dergleichen.
Die Erfindung geht von der Idee aus, daß das Prozeßattribut x über eine Zeitspanne eine Zufallsverteilung in der Größe aufweisen sollte, und daß daher der Erfassungsprozeß und die Baueinheit 23 entsprechende Änderungen der Größe des Prozeßsignals xk ausgeben sollten, wenn der Erfassungsprozeß und die Baueinheit 23 richtig arbeiten.
Wie für einen Fachmann der Prozeßsteuerung klar ist, kann eine ungenaue Entsprechung zwischen dem Prozeßattribut x und dem Prozeßsignal xk entweder in der Größe oder der dynamischen Wiedergabetreue die Eignung der Steuervorrichtung 21 zum wirksamen Steuern der gesteuerten Vorrichtung und des Prozesses 22 verhindern, sofern nicht die Steuervorrichtung 21 eine Einrichtung oder einen Mechanismus zum wirksamen Erfassen und Kompensieren der ungenauen Entsprechung zwischen dem Prozeßattribut x und dem Prozeßsignal xk besitzt. Die vorliegende Erfindung ist eine Einrichtung und ein Mechanismus zum Erfassen einer solchen ungenauen Entsprechung, wobei die Kompensation im Stand der Technik im allgemeinen verstanden ist, sobald der Status, der die ungenaue Entsprechung zwischen dem Prozeßattribut x und dem Prozeßsignal xk anzeigt, identifiziert ist.
Der Erfassungsprozeß und die Baueinheit 23 geben das Prozeßsignal xk aus, um ein Signal zu erzeugen, das einen Analogwert innerhalb des Kontextes eines vorgegebenen Meßbereichs anzeigt, der beschränkt oder begrenzt ist durch einen negativen Vollausschlagwert (NVA-Wert) und einen positiven Vollausschlagwert (PVA-Wert).
Ein möglicher Lösungsansatz, der zum Erfassen des Maßes der Änderung als Funktion der Zeit im Prozeßsignal xk verwendet werden kann, besteht darin, im Echtzeit-Verarbeitungsmodus mittels des Prozeßsteuerungscomputers 7 in Fig. 1 eine Schätzung der Standardabweichung δk des Prozeßsignals xk zu ermitteln und durch Setzen eines ersten vorgegebenen Werts LL als unterer Grenzwert der Schätzung der Standardabweichung des Prozeßsignals und eines zweiten vorgegebenen Werts HL als einen oberen Grenzwert die Schätzung der Standardabweichung des Prozeßsignals zu ermitteln. Diese verschiedenen Ermittlungen sind innerhalb der Steuervorrichtung 21 implementiert, die wie oben erwähnt im Prozeßsteuerentscheidungsprogramm 10 logisch resident ist, welches vom Prozeßsteuerungscomputer 7 ausgeführt wird. Wenn diese Schätzung der Standardabweichung unterhalb des unteren Grenzwerts LL oder oberhalb des oberen Grenzwerts HL liegt, ist ein Einfrieren oder Ausfallen des Sensors aufgetreten. Die Ermittlung einer Schätzung der Standardabweichung δk wird im folgenden genauer beschrieben.
Im folgenden wird die genaue Operation, die die Ermittlungen der Schätzung der Standardabweichung und des Zustands eines bestimmten Signals zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt ermöglicht, mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben, die in einem funktionalen Schaubild (Flußdiagramm) die Auswertung des Prozeßsignals xk bezüglich seines Status hinsichtlich des Einfrierens oder des Ausfalls unter Verwendung des Erfassungsschemas zeigt, die ein Teil der Steuervorrichtung 21 ist, was ein kritischer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist.
Das Erfassungsschema wird verwendet, um das Prozeßsignal xk auszuwerten, das in der bevorzugten Ausführungsform im Prozeßsteuerungscomputer 7 in einem Abtastintervall (oder einer Periode) Ts aktualisiert wird, welche gleich einer Sekunde oder irgendeiner anderen Zeitspanne in Abhängigkeit von der Stetigkeit des Prozesses, der Meßvorrichtungen und anderer Umstände sein kann. Dieses abgetastete Prozeßsignal xk, wobei k ein periodischer Index der diskreten Zeit im Prozeßsteuerungscomputer 7 ist, ist eines von einem Satz von Prozeßsignalen, die letztendlich dem Prozeßsteuerungscomputer 7 als Serie zeitdiskreter Werte zugeführt werden, die ein bestimmtes Attribut der gesteuerten Vorrichtung und des Prozesses 1 darstellen für die Verwendung und Nutzung seitens des Prozeßsteuerentscheidungsprogramms 10. Am Anfang der Ausführung des Prozeßsteuerentscheidungsprogramms 10, das dem Hochfahren des Prozeßsteuerungscomputers 7 folgt, wird der Periodenindex k auf 0 gesetzt; selbstverständlich kann k angepaßt oder periodisch durchgezählt werden, um es an die Grenzen der verfügbaren Register n des Prozeßsteuerungscomputers 7 unter Verwendung von Verfahren anzupassen, die im Stand der Technik verstanden sind.
Die Operation des Erfassungsschema-Unterabschnitts der Steuervorrichtung 21 wird im Prozeßsteuerungscomputer 7 ausgeführt und beginnt mit dem Schritt "START" 31. Der Periodenindex k wird im Schritt 32 auf die ganze Zahl 0 gesetzt, wobei das Prozeßsignal xk für die aktuelle Zeitperiode Ts in einem Schritt 33 "LESE xk" vom Erfassungsschema-Unterabschnitt der Steuervorrichtung 21 gelesen wird.
Als nächstes untersucht der Prozeßsteuerungscomputer 7 im Schritt 34 den Wert des Prozeßsignals xk mit Bezug auf den Wert, der der Nullgröße für das Attribut der gesteuerten Vorrichtung und dem Prozeß 1 zugeordnet ist. Wenn die Entscheidung gleich JA ist, wird der Status des Kabelbruchmonitors in einem Schritt 35 "Live-Null?" ausgewertet, um festzustellen, ob das Vorhandensein einer Unterbrechung oder einer allgemeinen Diskontinuität angezeigt wird (was einen Fehler beziehungsweise NEIN in Bezug auf "Live-Null?" anzeigt). Wenn das Ergebnis des Schritts 35 "Live-Null?" gleich NEIN ist, wird im Schritt 36 eine erste Nachricht ausgegeben, die ein Problem in der Integrität der physikalischen Komponenten des Erfassungsprozesses und der Baueinheit 23 anzeigt. Diesbezüglich oder in Bezug auf die weitere Verwendung des Ausdrucks kann "ausgegebene Nachricht" irgendeine Nachricht, ein Statusindikatorwert, der an die Datenbank irgendeiner Steuervorrichtung 21 ausgegeben wird, die im Prozeßsteuerungscomputer 7 ausgeführt wird, ein Alarm, eine Ausgabe an den Drucker, eine rote Lampe oder dergleichen sein, die vom Erfassungsschema an die entsprechende Datenbank einer Steuervorrichtung 21 ausgegeben wird, die im Prozeßsteuerungscomputer 7 ausgeführt wird; ferner kann auch ein Mensch eine Anzeige der Nachricht über eine geeignete interaktive Vorrichtung erhalten. Nach dem Erzeugen der Ausgangsnachricht im Schritt 36 rückt das Erfassungsschema zum Schemaiterationendeschritt 37 vor.
Wenn eine Unterbrechung oder eine allgemeine Diskontinuität nicht angezeigt wird (was eine Annehmbarkeit oder JA bezüglich des Schritts "Live-Null?" 35 anzeigt), werden weitere Auswertungen der Plausibilität durchgeführt, wie im Schritt 38 "PLAUSIBILITÄT?" gezeigt ist. Beispiele dieser Typen von Auswertungen umfassen eine Kreuzreferenz zu Daten von anderen Ausrüstungselementen oder die Korrelation der Nullgrößenanzeige mit dem Moment, der Wärme oder den Massetransfergleichgewichten.
Ein spezielles Szenario, das die Kreuzreferenz zu anderen Ausrüstungselementen illustriert, ist der Vergleich der Prozeßsignalwerte xk zweier identischer Sensoren 2, die zum Messen des gleichen Attributs der gesteuerten Vorrichtung und des Prozesses 1 dienen. Ein spezielles Szenario, das die Korrelation der Nullgrößenanzeige mit dem Moment, der Wärme oder den Massentransfergleichgewichten illustriert, ist ein Flußmesser, der mit einem Strom verbunden ist, der von einer Pumpe gefördert wird. Wenn der Flußmesser einen Wert eines Null-Flusses im Strom anzeigt und der Stromwert des die Pumpe antreibenden Motors anzeigt, daß die Pumpe mit erhöhter Last arbeitet, sollte der Schritt "PLAUSIBILITÄT?" 38 den Wert NEIN anzeigen, selbst wenn der Schritt "Live-Null" 35 einen Wert JA anzeigt, da die Momentenübertragung, die vom Stromwert angegeben wird, das Vorhandensein eines Flusses anzeigen würde, obwohl der Flußsensor einen Fluß von 0 anzeigt. Wenn das Ergebnis der Auswertung des Schritts "Plausibilität?" 38 gleich NEIN ist, wird im Schritt 39 eine zweite Nachricht ausgegeben, die ein Problem bezüglich der Plausibilität des Erfassungsprozesses und der Baueinheit 23 anzeigt. Das Erfassungsschema rückt anschließend zum Schemaiterationendeschritt 37 vor.
Wenn der Wert des Prozeßsignals xk nicht 0 ist oder das Ergebnis der Auswertungen des Schritts "PLAUSIBILITÄT?" 38 gleich JA ist, untersucht das Erfassungsschema, das im Prozeßsteuerungscomputer 7 ausgeführt wird, als nächstes im Schritt 40, ob der positive Vollausschlag (PVA) für das Prozeßsignal xk vom Prozeßsignal erreicht oder überschritten ist. Dies kann bedeuten, daß ein Kurzschluß aufgetreten ist. Im Schritt 41 untersucht das Erfassungsschema, ob die Größe des Werts für das Prozeßsignal xk den negativen Vollausschlag (NVA) erreicht oder unterschritten hat. Dies kann bedeuten, daß ein Kabelbruch, eine Unterbrechung oder eine allgemeine Diskontinuität aufgetreten ist. Wenn die Feststellung gleich JA ist, wird in jedem Fall im Schritt 42 eine geeignete PVA- Nachricht oder NVA-Nachricht ausgegeben. In jedem Fall rückt das Erfassungsschema anschließend zum Schemaiterationendeschritt 37 vor.
Wenn die PVA- und NVA-Prüfungen beide ein Ergebnis gleich NEIN liefern, wird der Periodenindex k in einem Schritt 44 um den ganzzahligen Wert 1 erhöht "k = k + 1". Wenn der Periodenindex k nach der Operation des Schritts 44 gleich 1 ist (Schritt 45), wird das vorherige Abtastperiodenprozeßsignal xk-1 der vorherigen Abtastperiode gleich dem Prozeßsignal xk gesetzt (Schritt 46) und im Schritt 47 die Abweichung dk des Prozeßsignals xk vom vorherigen Abtastperiodenprozeßsignal xk-1 auf 0 gesetzt; anschließend wird im Schritt 48 die Schätzung der Standardabweichung δk auf 0 gesetzt (da ein Wert von k, der gleich der ganzen Zahl 1 ist, anzeigt, daß das Erfassungsschema durch die erste Iteration läuft). Eine Neuheitgewichtungsvariable N wird ebenfalls im Schritt 49 auf 0 gesetzt; diese Neuheitgewichtungsvariable N wird in dieser Beschreibung der Fig. 3 an einer späteren Stelle beschrieben. Das Entscheidungsschema rückt anschließend zum Schemaiterationendeschritt 37 vor.
Wenn der Periodenindex k nach der Operation des Schritts 44 ungleich 1 ist, wird die Abweichung dk des Prozeßsignals xk vom Prozeßsignal xk-1 der vorangehenden Abtastperiode entsprechend der folgenden Formel berechnet, die im Schritt S0 des Erfassungsschemas berechnet wird:
dk = xk - xk-1 (1)
Die Neuheitgewichtungsvariable N wird im folgenden bei der Vorbereitung für die weitere Beschreibung des nächsten Abschnitts des Erfassungsschemas beschrieben.
In der in Fig. 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist ein kritisches Merkmal der Erfindung die fortlaufende Echtzeit-Aktualisierung der Schätzung der Standardabweichung δk. Wie im Stand der Technik der Statistik allgemein bekannt ist, beruht eine Schätzung der Standardabweichung üblicherweise formal auf einem Satz von Datenwerten, wobei die Anzahl der Datenwerte im Satz eine diskrete ganze Zahl ist, die als Teil der Berechnung der Schätzung der statistischen Standardabweichung verwendet wird. In der vorliegenden Erfindung wird eine Echtzeit- Verarbeitungsmodus-Aktualisierung der Schätzung der Standardabweichung δk durchgeführt, um eine Empfindlichkeit des Verfahrens der Erfindung gegenüber neuen Werten des Prozeßsignals xk zu ermöglichen. Das Neuheitsattribut in der Schätzung der Standardabweichung δk ist jedoch nur ein Teil der Ermöglichung der Empfindlichkeit in der Operation der vorliegenden Erfindung; eine zweite Kompo nente im Merkmal der Empfindlichkeit wird ermöglicht durch implizites Begrenzen des Einflusses des älteren Satzes von Prozeßsignalwerten xk, die die Änderung des Schätzwertes der Standardabweichung δk bewirken, und starkes Bevorzugen der neuesten Datenwerte des Prozeßsignals xk. Der Grund für dieses Attribut im Verfahren stammt vom grundsätzlichen negativen Trägheitseffekt der Antworthebelwirkung, und bezieht sich auf diese, die eine immer ansteigende Sollgröße der in einem Prozeßdynamikintegral enthaltenen Daten begleitet, eine Erscheinung, die in klassischen Regelungsmodellen durch die Verwendung der Reglerentwürfe mit proportionaler Komponente P (proportional), PI (proportional-integral) und PID (proportional, integral, ableitend) und durch Begrenzen des Maximums des Steuerungsintegrals in den Reglermodellen PI und PID kompensiert wird.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist die Schätzung der Standardabweichung δk eine Schätzung der Standardabweichung, die die neueren Sätze der diskreten Wertes des Prozeßsignals xk stark "gewichtet" in die Änderungsrate der Schätzung der Standardabweichung δk einbringt, anstelle einer klassischen gleichmäßigen Gewichtung aller früheren diskreten Werte des Prozeßsignals xk in der Schätzung der Standardabweichung für den Satz aller Werte des Prozeßsignals xk, die vom Erfassungsschema gelesen worden sind; auf diese Weise ist die Schätzung der Standardabweichung günstigerweise empfindlich, da sie den neuesten Wert des Prozeßsignals xk enthält, während sie weiter implizit die zusätzliche Beschränkung des Grades der annehmbaren Neuheit des Rests des impliziten Satzes der gesammelten neuen Werte des Prozeßsignals xk einschließt. Die Neuheitgewichtungsvariable N im Erfassungsschema wird verwendet, um im Verfahren diese Wirkung hervorzurufen.
In dem mit 51 bezeichneten Satz von Schritten in Fig. 3 wird zuerst der Wert von N bezüglich eines festen Werts von L in einem Schritt 52 "N < L?" geprüft. (Die Größe von L ist für das bestimmte Prozeßsignal xk, das bewertet wird, spezifisch und wird so gewählt, daß sie für die Prozeßdynamikzeitkonstanten geeignet ist, die sich auf das jeweils einzelne Prozeßsignal xk beziehen). Wenn das Ergebnis des Schritts 52 (N < L?) gleich JA ist, kann anschließend der diskrete Wert von N im Schritt 53 um einen Wert der ganzen Zahl 1 für die bestimmte Iteration des implementierten Erfassungsschema erhöht werden. Wenn jedoch das Ergebnis gleich NEIN ist, wird anschließend der Wert von N für alle zukünftigen Iterationen des Erfassungsschemas auf L begrenzt. Nach dem Ermitteln des Werts N wird die Absolutwertabweichung der Abweichung dk (des Prozeßsignals xk vom vorherigen Abtastperiodenprozeßsignal xk-1) im Schritt S4 erhalten.
Der nächste Schritt in der Ausführung des Erfassungsschemas ist die Berechnung der Schätzung der Standardabweichung δk des Prozeßsignals xk, der im Kontext der Erfindung im Schritt 55 ermittelt wird durch
wobei:
die Schätzung der Standardabweichung δk für einen Periodenindex k auf der Grundlage des Erfassungsschemas unter Verwendung der Neuheitgewichtungsvariablen N, der Schätzung der Standardabweichung δk-1 der Iteration des vorangehenden Periodenindex k-1 und der Absolutwertabweichung yk, die vorher von der Abweichung dk (des Prozeßsignals xk vom vorangehenden Abtastperiodenprozeßsignal xk - 1) wie oben beschrieben abgeleitet wurde, berechnet wird. Diese Gleichung wird aus der wohlbekannten statistischen Beziehung abgeleitet: geschätzter Standardabweichungsmit telwertbereich dividiert durch d&sub2;, wobei d&sub2; für eine Untergruppengröße von 2 gleich 1,128 ist. Der Mittelwertbereich wird erhalten durch eine unendliche exponentiell gewichtete Mittelwertserie. Die Wahl der Gewichtung hängt von der Benutzeranforderung beim Ausgleichen der Empfindlichkeit und der Stabilität des geschätzten Wertes ab.
Anschließend wird im Schritt 56 das Prozeßsignal xk-1 der vorherigen Abtastperiode gleich xk und im Schritt S7 die Schätzung der Standardabweichung δk-1 der vorangehenden Abtastperiode gleich der Schätzung der Standardabweichung δk im Vorgriff auf die kommende Iteration für den nächsten Periodenindex k+1 gesetzt.
Um das Einfrieren oder den Ausfall des Erfassungsprozesses und der Baueinheit 23 zu erfassen, wird die aktuelle Schätzung der Standardabweichung δk des Prozeßsignals xk im Schritt 58 untersucht, ob sie kleiner ist als der untere Grenzwert LL, während die aktuelle Schätzung der Standardabweichung δk des Prozeßsignals xk im Schritt 59 daraufhin untersucht wird, ob sie größer ist als der obere Grenzwert, wenn die Auswertung des unteren Grenzwerts im Schritt 58 zu dem Ergebnis NEIN führt.
Wenn die Schätzung der Standardabweichung δk kleiner ist als der untere Grenzwert LL und im Schritt 58 zum Ergebnis JA führt, wird im Schritt 60 ausgewertet, ob die Möglichkeit zum Umschalten auf einen zweiten Sensor oder Reservesensor besteht. Wenn im Schritt 59 das Ergebnis JA geliefert wird, greift die Steuervorrichtung 21 (in einer nicht beschriebenen, jedoch Fachleuten offensichtlichen Weise) durch die Ausgabe einer fünften Nachricht im Schritt 61, die ein Integritätsproblem der physikalischen Komponenten des Erfassungsprozesses und der Baueinheit 23 aufgrund einer Untergrenzen-Einfrierung anzeigt, auf den alternativen Sensor zurück. Das Erfassungsschema rückt anschließend zum Schemaiterationendeschritt 37 vor.
Wenn ein alternativer Sensor nicht zur Verfügung steht und das Ergebnis im Schritt 60 gleich NEIN ist, greift die Steuervorrichtung 21 (in einer nicht beschriebenen, jedoch Fachleuten offensichtlichen Weise) durch Ausgabe einer sechsten Nachricht im Schritt 62 auf eine Korrekturmaßnahme zurück, die durch das Vorhandensein der Untergrenzen-Einfrierung oder des Ausfalls des Erfassungsprozesses und der Baueinheit 23 gegeben ist. Das Erfassungsschema rückt zum Schemaiterationendeschritt 37 vor.
Wenn die Schätzung der Standardabweichung δk größer ist als der obere Grenzwert HL und im Schritt 59 das Ergebnis JA geliefert wird, wird im Schritt 63 bewertet, ob die Möglichkeit besteht, zu einem zweiten Sensor oder Reservesensor umzuschalten. Wenn im Schritt 63 das Ergebnis JA geliefert wird, greift die Steuervorrichtung 21 (in einer nicht beschriebenen, jedoch Fachleuten offensichtlichen Weise) durch Ausgabe einer siebenten Nachricht im Schritt 64, die ein Integritätsproblem der physikalischen Komponenten des Erfassungsprozesses und der Baueinheit 23 aufgrund eines Hochpegelabweichungsausfalls anzeigt, auf den alternativen Sensor zurück. Das Erfassungsschema rückt anschließend zum Schemaiterationendeschritt 37 vor. Wenn kein alternativer Sensor verfügbar ist und im Schritt 63 das. Ergebnis NEIN geliefert wird, greift die Steuervorrichtung 21 (in einer nicht beschriebenen, jedoch Fachleuten offensichtlichen Weise) durch Ausgeben einer achten Nachricht im Schritt 65 auf eine Korrekturmaßnahme zurück, die durch das Vorhandensein des Hochpegelabweichungsausfalls des Erfassungsprozesses und der Baueinheit 23 gegeben ist. Das Erfassungsschema kehrt anschließend zum Schemaiterationendeschritt 37 zurück.
Wenn die Schätzung der Standardabweichung δk kleiner ist als der obere Grenzwert HL und im Schritt 59 das Ergebnis NEIN geliefert wird, rückt das Erfassungsschema zum Schemaiterationendeschritt 37 vor.
Im Schemaiterationendeschritt 37 überträgt das Erfassungsschema implizit oder explizit die Ausführung der Anweisungen an einen weiteren Unterabschnitt entweder des Prozeßsteuerentscheidungsprogramms 10 oder der Steuervorrichtung 21 (eine von diesen kann alternativ entweder sofort ein weiteres Prozeßsignal zk verarbeiten oder die Ausführung der Anweisungen des anderen Prozeßsteuerentscheidungsprogramms 10 fortsetzen), während es virtuell und effektiv auch an einen Warte- und Halteschritt 66 im Vorgriff auf entweder ein Ereignis oder einen Zeitindikator überträgt, der den Schritt 33 "LESE xk" für die nächste Iteration des Erfassungsschemas einleitet, um den Einfrier- oder Ausfallstatus des Erfassungsprozesses und der Baueinheit 23 für das nächste Prozeßsignal xk zu erfassen, wobei die eben beschriebene Iteration, die für den Periodenindex k geeignet ist, für den Periodenindex k-1 geeignet sein wird.
In einer alternativen Ausführungsform können die in den Schritten 52 und 53 ausgeführten Operationen ersetzt werden durch die Verwendung einer Zeitverzögerung, wobei ein Satz von Zeitperioden k gleich der Neuheitgewichtungsvariablen N übergangen werden dürfen, die dem Schritt "START" 31 vor der Verwendung irgendeiner der Nachrichten 36, 39, 42, 43, 61, 62, 64 oder 65 vom Erfassungsschema im Prozeßsteuerentscheidungsprogramm 10 folgen, wobei der Wert N im Schritt 49 auf einen Wert ungleich 0 gesetzt wird (der sich im Verlauf der Verwendung des Schemas nicht ändert), was die gewünschte Empfindlichkeit des Verfahrens gegenüber der Einfrier erscheinung widerspiegelt. In diesem Fall wird der Schritt 50 in Richtung zum Schritt 54 verlassen.

Claims

1. Verfahren zum Erfassen des Gefrierens oder Ausfallens eines Erfassungsprozesses und einer Erfassungsanordnung in einer geregelten Vorrichtung und einem geregelten Prozeß (1), wobei die Erfassungsanordnung einen Sensor (2), der ein Sensorausgangssignal (5) erzeugt, sowie darauf bezogene Komponenten enthält, die das Sensorausgangssignal in ein vom Sensorausgangssignal abgeleitetes Prozeßsignal umsetzen, wobei der Sensor aufgrund eines Prozeßrauschens in der geregelten Vorrichtung und dem geregelten Prozeß ununterbrochenen, vorübergehenden Veränderungen unterworfen ist, mit den folgenden Schritten:

Bestimmen eines Schätzwerts der Standardabweichung des Prozeßsignals in einem Echtzeit-Verarbeitungsmodus,

Vergleichen des Schätzwerts der Standardabweichung des Prozeßsignals mit wenigstens einem vorgegebenen Referenzwert, und

Erzeugen eines Unannehmbarkeitssignals, falls der Vergleich die Bestimmung einer unannehmbaren Abweichung zwischen den verglichenen Werten zur Folge hat,

wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schätzwert der Standardabweichung des Prozeßsignals unter Verwendung einer Neuheitsgewichtungsvariable (N) bestimmt wird, die den neueren Werten des Prozeßsignals ein Gewicht anheftet oder den Einfluß der älteren Menge von Werten durch Wegnahme der Gewichte begrenzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein erster vorgegebener Referenzwert als unterer Grenzwert (LL-Wert) des Schätzwerts der Standardabweichung des Prozeßsignals gesetzt wird und das Unannehmbarkeitssignal erzeugt wird, falls der Schätzwert der Standardabweichung des Prozeßsignals kleiner als der LL-Wert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein zweiter vorgegebener Referenzwert als oberer Grenzwert (HL-Wert) des Schätzwerts der Standardabweichung des Prozeßsignals gesetzt wird und das Unannehmbarkeitssignal erzeugt wird, falls der Schätzwert der Standardabweichung des Prozeßsignals höher als der HL-Wert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, bei dem das Unannehmbarkeitssignal erzeugt wird, falls der Schätzwert der Standardabweichung des Prozeßsignals kleiner als der erste vorgegebene Wert (LL-Wert) und höher als der zweite vorgegebene Wert (HL-Wert) ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Schätzwert der Standardabweichung des Prozeßsignals ohne Verwendung einer Quadrierungs- oder Quadratwurzelfunktion berechnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schätzwert der Standardabweichung des Prozeßsignals entsprechend der folgenden Gleichung berechnet wird:

wobei k der Zeitindex ist, δk der momentane Schätzwert der Standardabweichung des Prozeßsignals ist, δk-1 der Schätzwert der Standardabweichung des Prozeßsignals eine Abtastperiode vorher ist, N die Neuheitsgewichtungsvariable ist, xk der momentan gemessene Wert des Prozeßsignals ist und xk-1 der gemessene Wert des Prozeßsignals eine Abtastperiode vorher ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem vor Beginn des Schrittes der Bestimmung des Schätzwerts der Standardabweichung des Prozeßsignals in einem Echtzeitverarbeitungsmodus untersucht wird, ob das Prozeßsignal null ist und ein Kabelbruch, ein unterbrochener Schaltkreis oder eine allgemeine Diskontinuität aufgetreten ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem vor Beginn des Schrittes der Bestimmung des Schätzwerts der Standardabweichung des Prozeßsignals in einem Echtzeitverarbeitungsmodus untersucht wird, ob das Prozeßsignal einen vorgegebenen positiven Vollausschlag (PFS) erreicht oder überschritten hat.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem vor dem Beginn des Schrittes des Bestimmens des Schätzwerts der Standardabweichung des Prozeßsignals in einem Echtzeitverarbeitungsmodus untersucht wird, ob das Prozeßsignal einen vorgegebenen negativen Vollausschlag (NFS) erreicht oder unterschritten ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Regelungsschleife der geregelten Vorrichtung die Regelungseinrichtung (21), die geregelte Vorrichtung und den geregelten Prozeß (22), den Erfassungsprozeß und die Erfassungsanordnung (23) sowie einen Kombinationsoperator (24), an den ein Referenzeingangssignal geliefert wird und dessen Ausgang an die Regelungseinrichtung angeschlossen ist, enthält, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß es durch ein Prozeßregelungsentscheidungsprogramm in einem Prozeßregelungscomputer, dem die Regelungseinrichtung, die Erfassungsprozeßanordnung und der Kombinationsoperator zugeordnet sind, ausgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Programm mit einer Frequenz ausgeführt wird, derart, daß ein Programm mit einer Zeitperiode zwischen 20 Millisekunden und 2 Sekunden ausgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Programm mit einer Zeitperiode von einer Sekunde ausgeführt wird.

13. Vorrichtung zum Erfassen des Gefrierens oder Ausfallens eines Erfassungsprozesses und einer Erfassungsanordnung in einer geregelten Vorrichtung und einem geregten Prozeß (1), wobei die Erfassungsanordnung einen Sensor (2), der ein Sensorausgangssignal (5) erzeugt, sowie darauf bezogene Komponenten für die Umsetzung des Sensorausgangssignals in ein vom Sensorausgangssignal abgeleitetes Prozeßsignal enthält, wobei der Sensor aufgrund eines Prozeßrauschens in der geregelten Vorrichtung und dem geregelten Prozeß ununterbrochenen, vorübergehenden Veränderungen unterworfen ist, mit:

einer Einrichtung zum Bestimmen eines Schätzwerts der Standardabweichung des Prozeßsignals in einem Echtzeitverarbeitungsmodus,

einer Einrichtung zum Vergleichen des Schätzwerts der Standardabweichung des Prozeßsignals mit wenigstens einem vorgegebenen Referenzwert und

einer Einrichtung zum Erzeugen eines Unannehmbarkeitssignals, falls der Vergleich die Bestimmung einer unannehmbaren Abweichung zwischen den verglichenen Werten zur Folge hat, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zum Bestimmen des Schätzwerts der Standardabweichung des Prozeßsignals unter Verwendung einer Neuheitsgewichtungsvariable (N), die den neueren Werten des Prozeßsignals ein Gewicht anheftet oder den Einfluß der älteren Menge von Werten durch Wegnahme des Gewichts begrenzt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Regelungsschleife verwendet wird, die eine Regelungseinrichtung (21) eine geregelte Vorrichtung und einen geregelten Prozeß (22), einen Erfassungsprozeß und eine Erfassungsanordnung (23) sowie einen Kombinationsoperator (24) enthält, wobei das Prozeßsignal über den Erfassungsprozeß und die Erfassungsanordnung und den Kombinationsoperator zur Regelungseinrichtung rückgekoppelt wird.