WO2013017168A1 - Automatisierte rekonfiguration eines regelkreises - Google Patents

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WO2013017168A1
WO2013017168A1 PCT/EP2011/063306 EP2011063306W WO2013017168A1 WO 2013017168 A1 WO2013017168 A1 WO 2013017168A1 EP 2011063306 W EP2011063306 W EP 2011063306W WO 2013017168 A1 WO2013017168 A1 WO 2013017168A1
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controlled system
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reconfiguration
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Inventor
Jan Richter
Jörg NEIDIG
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00—Safety arrangements
    • G05B9/02—Safety arrangements electric
    • G05B9/03—Safety arrangements electric with multiple-channel loop, i.e. redundant control systems

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the automated reconfiguration of a control circuit for
  • This method is switched. This method is used, for example, in flight regulations. This method is also suitable for dealing with early failures, random failures and fatigue failures alike. This solution requires one
  • No. 10,1080 / 00207170701813141 discloses configuration processes for control circuits for the compensation of actuator errors in
  • Control circuits of the control circuits in which a faulty actuator is replaced by a virtual actuator are replaced by a virtual actuator.
  • control circuit for controlling a technical process
  • inventive method for automated reconfiguration of a control circuit for controlling a technical process can be applied to control loops which a rule ⁇ track with physically and / or analytically redundant components, a controller and a fault diagnosis unit for determining and locating in the controlled system
  • a mathematical model of the nominal controlled system and a nominal dynamics of the process is first created in a design phase. Thereafter, in a runtime phase in an error determined by means of the fault diagnosis unit, the control loop is automatically reconfigured on the basis of the created mathematical model by automatically and automatically exchanging signals exchanged between the controller and the controlled system
  • Reconfiguration of a control loop is understood to be a reaction to malfunctions of components of the controlled system of the control loop, which counteracts the malfunctions, so that the effects of the malfunctions on the process controlled by the control loop are reduced.
  • Components of the controlled system are in particular actuators and sensors. Under physically redundant
  • Analytically redundant components are components which, although physically
  • a yaw moment of a ship by means of a rudder on the one hand and by means of two along a transverse axis of the ship offset ship drives on the other hand can be generated, so that the rudder and the two ship drives are analytically redundant components with respect to the generation of the yaw moment.
  • rules are not only rules in the strict sense of rules by means of a closed rule
  • control circuits, controllers and controlled systems also include open impact chains, controls or tax stretches.
  • a core idea of the method according to the invention is the automated reconfiguration of a control loop by means of modifications of signals exchanged between the controller and the controlled system, in particular of actuating signals of the controller for control actions on the controlled system.
  • the controller does not need to be changed or replaced in the event of a fault. The controller thus remains in case of error
  • the invention thus provides a versatile and cost-effective method for the reconfiguration of control loops.
  • the signals exchanged in the controlled system are changed in such a way that faulty components of the controlled system are physically or indirectly connected with respect to the functions of these components
  • control signals of the controller are modified in such a way that the desired effect of a faulty actuator is generated while bypassing this actuator.
  • ⁇ estimates of the measurement signals of the failed
  • a detected error is assigned a modification of the mathematical model created in the design phase and the signals exchanged between the controller and the controlled system are modified in dependence on parameters of the mathematical model created in the design phase and its error-dependent modification.
  • the test of the mathematical model for reconfigurability in the design phase allows to assess in advance, based on the created mathematical model, whether or to what extent the control loop is automatically reconfigurable. In particular, this advantageously makes it possible to make improvements to the controlled system in advance with regard to its automatic reconfigurability and / or refinements of the mathematical model.
  • the mathematical description of possible errors also makes it possible to advantageously use the methods of error analysis and error handling known from the prior art which have already been mentioned for carrying out the method
  • the method according to the invention is advantageous not only for automatic reconfiguration, but also for improving the control loop itself with respect to it
  • the method comprises a design component for creating the mathematical model of the nominal controlled system and the nominal dynamics of the process, a parameterizable reconfiguration component connected between the controller and the controlled system for modifying the signals exchanged between the controller and the controlled system, and one with the fault diagnosis unit of the controlled system , of the
  • Reconfiguration component as a function of an error determined by means of the fault diagnosis unit on the basis of the mathematical model created in the design phase
  • a device according to the invention thus comprises three
  • Components namely a design component, a parameter and a reconfiguration component. This advantageously makes possible a flexible implementation of the method according to the invention which is adapted to the respective control loop.
  • a programmable logic controller or industrial personal computer (industrial PC) or as a unit or software component for a
  • the reconfiguration component can be connected in a simple and efficient manner between a controller and a controlled system and parameterized by the parameterization component.
  • parameterization component is implemented, for example, on a separate hardware or on the same hardware as the reconfiguration component or integrated into a control system for the controlled system.
  • the realization of the parameterization component can advantageously be adapted to the respective control loop.
  • reconfiguration component may be implemented on the same hardware as the controller of the control loop.
  • the reconfiguration component and / or the parameterization component are modularly constructed in each case from a plurality of reconfiguration subcomponents and / or a plurality of parameterization subcomponents, wherein each reconfiguration subcomponent has a
  • Partial controlled system is associated with the controlled system. On the one hand, this further increases the flexibility of the device according to the invention, since it allows an extension, improvement, adaptation or even repair of the device by adding or replacing individual modules
  • Parametriansskomponente are associated with only a part of the controlled system.
  • Parameterization component can be used.
  • the invention can be used particularly advantageously for controlling an automation system designed as a controlled system of a control loop.
  • This use of the invention is particularly advantageous in safety-critical automation systems, since errors in such systems can often cause great damage.
  • 3A schematically shows a controlled system and a controller
  • 3B schematically shows the controlled system and the controller
  • 3C schematically shows the controlled system and the controller
  • FIG. 5 schematically shows a reconfiguration component and a parameterization component of a device for the automated reconfiguration of a partial control path of a control loop.
  • FIG. 1 shows schematically a control circuit 1 for controlling a technical process and a Parametri fürskompo ⁇ component 2 and a configurable Rekonfigurationskomponente 3 of an apparatus for automated
  • the control circuit 1 comprises a controlled system 4, a controller 5 and a fault diagnosis unit 6. In that in FIG. 1
  • reconfiguration ⁇ component 3 and the controller 5 are formed as separate components of a programmable controller 7, and the Parametri fürskomponente 2 and the fault diagnosis unit 6 are integrated in a control system 8 for the control path. 4
  • the controlled system 4 is an automation system with components not shown, which includes actuators and sensors that are implemented in the control loop 1 physically and / or analytically redundant.
  • the fault diagnosis unit 6 errors of these components can be determined and localized, so that by means of
  • Control system 4 can be determined.
  • the Parametri fürskomponente 2 is connected to the failure diagnosis ⁇ unit 6 of the control section 4 and the Rekonfigurationskompo ⁇ component. 3
  • the reconfiguration component 3 can be parameterized as a function of signals of the fault diagnosis unit 6.
  • the reconfiguration component 3 is connected between the controller 5 and the controlled system 4.
  • Reconfiguration component 3 are automatically changed.
  • FIG. 2 schematically shows a design component 10 of a device according to the invention for automated reconfiguration of a personal computer
  • the design component 10 is designed as a computer-aided development tool (computer program). By means of the design component 10 is in a design phase of the inventive method for automated
  • Reconfiguration of a control loop 1 creates a mathematical model of the nominal controlled system 1 and a nominal dynamics of the process to be controlled. This is the design component 10 to another also on the
  • Development tool 11 coupled, are stored in the engineering data of the controlled system 4.
  • the design component 10 generates the mathematical model of the nominal
  • Controlled system 1 and the nominal dynamics of the process to be controlled using this engineering data are controlled using this engineering data.
  • a linear mathematical model is used.
  • the linear mathematical model uses linear Abbil ⁇ compounds of state vectors, the input vectors and output vectors interference vectors which are associated with corresponding matrices. These include a system matrix A, an input matrix B, a (sub-) output matrix C z and an observability matrix S 0 , with respect to the exact definition and Richter, JH et al., "Control reconfiguration after actuator failures by Markov parameter matching", International Journal of Control, Volume 81, Issue 9, 2008, pp. 1382-1398, and Richter, JH: “Reconfigurable Control of Nonlinear Dynamical Systems ", Lecture Notes in Control and Information Sciences, Vol. 408, Springer-Verlag 2011, pp. 55-86, where each is the same
  • the design component 10 After creating the mathematical model, the design component 10 automatically tests the created mathematical model for reconfigurability for possible errors occurring in the controlled system. To do this, each of these errors will be a modification of the created mathematical
  • test criteria are, for example:
  • rank ⁇ M denotes the rank of a matrix M
  • (ker (C z )) denotes the largest stabilizable subspace of ker (C z ).
  • condition [4] is the strongest of these conditions and the complete recoverability of the nominal behavior of the control loop with respect to its setpoint sequence
  • the test result preferably becomes a developer
  • the design component 10 is further designed such that it provides information on which parts or in which areas of the controlled system 4 changes the interpretation
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that a definition of a general reconfiguration strategy takes place interactively with a developer.
  • FIGS. 3A to 3C schematically illustrate the method according to the invention in a transit time phase.
  • the control circuit 1 is automatically reconfigured in an error determined by means of the fault diagnosis unit 6, in that signals exchanged between the controller 5 and the controlled system 4 are changed automatically and depending on the error.
  • FIG. 3A shows the control circuit 1 in a nominal state. In this state, the parameterization component 2 and the reconfiguration component 3 are inactive.
  • 3B shows the control circuit 1 in a state in which an error has occurred in the controlled system 4, which is indicated by a lightning symbol and is caused by one or more faulty components of the controlled system 4. This error is determined by the fault diagnosis unit 6 and communicated to the parameterization component 2.
  • the para ⁇ metritationskomponente 2 modeled mathematically the error, for example, by a modified output matrix B f as in the above described performed in the design phase Rekonfigurationstest.
  • the parameterization component 2 automatically develops a reconfiguration strategy for the reconfiguration of the control loop. For this purpose, it uses methods of error analysis and correction, which from the already cited several times prior art Richter, JH et al: "Control reconfiguration after actuator Failures by Markov parameter matching ", International Journal of Control, Volume 81, Issue 9, 2008, pp. 1382-1398, and
  • Parameterization component 2 automatically in a corresponding parameterization of the reconfiguration component 3 for
  • the parameterization component 2 parameterizes and activates the reconfiguration component 3 so that, as shown in FIG. 3C, it is active according to its parameterization in the
  • Control system 4 engages. It automatically changes these signals in such a way that faulty components of the
  • Control system 4 are replaced with respect to the functions of these components physically or analytically redundant components.
  • the controller 5 remains active and is not changed. So there will be reconfiguration of the
  • Control circuit 1 only suitably changed the signals exchanged between the controller 5 and the controlled system 4.
  • FIG. 4 schematically shows an exemplary embodiment of FIG
  • Parametrianssteilkomponenten 2.1, 2.2 are constructed.
  • each reconfiguration subcomponent 3.1, 3.2, 3.3 is assigned to a partial control path of the controlled system 4.
  • the parameterization subcomponents 2.1, 2.2 and the fault diagnosis unit 6 are integrated into a control system 8.
  • a first reconfiguration subcomponent 3.1 and a second reconfiguration subcomponent 3.2 are each in a first programmable memory Control 7.1 and a second programmable logic controller 7.2 realized while the third Rekonfigura- tion subcomponent 3.3 in a than industrial PC 12th
  • the first two reconfiguration subcomponents 3.1, 3.2 are parameterized by a first parameter subset component 2.1
  • the third reconfiguration subcomponent 3.3 is parameterized by the second parameter subset component 2.2.
  • Each reconfiguration subcomponent 3.1, 3.2, 3.3 is connected between a controller 5, not shown, and its associated partial control path of the control loop 1
  • FIG. 5 shows schematically an embodiment of
  • Partial controlled system 4.1 while avoiding unnecessary reconfiguration costs for further partial control sections 4.2, 4.3, which may be regulated by further controllers 5.2, but for which no automatic reconfiguration is required.
  • a device according to the invention for automatic reconfiguration can be cascaded in a hierarchically structured manner, ie distributed over different hierarchical levels.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Rekonfiguration eines Regelkreises (1) zur Regelung eines technischen Prozesses. Dabei wird zunächst in einer Entwurfsphase ein mathematisches Modell der nominellen Regelstrecke (4) des Regelkreises (1) und einer nominellen Dynamik des Prozesses erstellt. Danach wird in einer Laufzeitphase bei einem mittels der Fehlerdiagnoseeinheit (6) ermittelten Fehler der Regelkreis (1) anhand des erstellten mathematischen Modells automatisch rekonfiguriert, indem zwischen dem Regler (5, 5.1, 5.2) und der Regelstrecke (4) ausgetauschte Signale automatisch und fehlerabhängig abgeändert werden.

Description

Beschreibung
Automatisierte Rekonfiguration eines Regelkreises
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Rekonfiguration eines Regelkreises zur
Regelung eines technischen Prozesses.
Technische Anlagen unterliegen Fehlern oder Ausfällen ihrer Komponenten, beispielsweise Aktoren oder Sensoren. Fehler können prinzipiell nicht ausgeschlossen werden, d. h. zur Aufrechterhaltung des Betriebes muss auf Fehler in geeigneter Weise reagiert werden. Dieses Problem bezieht sich insbe¬ sondere auf technische Anlagen, bei denen funktionierende Steuerungen in Form von geschlossenen Regelkreisen wesentlich für den korrekten Betrieb sind. Ausfälle von Aktoren und Sensoren öffnen den Regelkreis und beenden den anforderungsgerechten Betrieb der Anlage. Andere Fehler dieser
Komponenten, beispielsweise Degradation, verändern das
Regelkreisverhalten häufig zum Nachteil. Diese Phänomene reduzieren die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Anlage und führen zu finanziellen Verlusten sowie zu Schäden an Gütern oder Personen. Klassisch wird das Problem durch
Austausch defekter Komponenten umgangen.
Dem Problem wird häufig mittels Hardwareredundanz begegnet. Dabei werden kritisch wichtige Hardware-Komponenten (Aktoren, Sensoren) vor Inbetriebnahme der Anlage mehrfach installiert. Ein Teil der Komponenten wird im Normalbetrieb verwendet und laufend überwacht, die übrigen Komponenten verbleiben
einsatzbereit. Zeigt die Überwachung einen Ausfall einer Komponente an, so wird nach einer einfachen Entscheidungs¬ logik auf eine Ersatzkomponente umgeschaltet. Das Verfahren eignet sich zum Umgang mit Frühausfällen , Zufallsausfällen, und Ermüdungsausfällen gleichermaßen. Es impliziert hohe Anlagenmehrkosten aufgrund der mehrfachen Installation von Komponenten. Es findet insbesondere in sicherheitskritischen Anwendungen Einsatz, beispielsweise in der Kerntechnik oder in der Luftfahrt.
Ferner ist bekannt, alternativ oder zusätzlich offline für eine endliche Anzahl vor Inbetriebnahme durchdachter Fehlerfälle dedizierte Regelungen zu entwerfen, zwischen denen dann online in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fehlerfall
umgeschaltet wird. Dieses Verfahren wird beispielsweise in Flugregelungen eingesetzt. Auch dieses Verfahren eignet sich zum Umgang mit Frühausfällen, Zufallsausfällen und Ermüdungsausfällen gleichermaßen. Diese Lösung erfordert einen
erheblichen Zeit- und Rechenaufwand für den Entwurf der vorab entworfenen Steuerungen, und erheblichen Speicherbedarf für das Bereithalten dieser Regelungen. Außerdem ist die Lösung in der Regel unvollständig, denn alle nicht bedachten
Fehlerfälle werden nicht behandelt.
Richter, J. H. et al : "Control reconfiguration after actuator failures by Markov parameter matching", International Journal of Control, Volume 81, Issue 9, 2008, S. 1382-1398, DOI :
10.1080/00207170701813141, offenbart Konfigurationsverfahren für Regelkreise zur Kompensation von Aktorfehlern in
Regelstrecken der Regelkreise, bei denen ein fehlerhafter Aktor durch einen virtuellen Aktor ersetzt wird.
Richter, J. H.: "Reconfigurable Control of Nonlinear
Dynamical Systems", Lecture Notes in Control and Information Sciences, Vol. 408, Springer-Verlag 2011, S. 55-86, ISBN 978- 3-642-17627-2, DOI: 10.1007/978-3-642-17628-9 offenbart lineare Lösungen von Rekonfigurationsproblemen für Regelkreise, wobei die Lösungen auf mathematischen Modellierungen des nominellen Verhaltens und von Fehlern von Regelstrecken basieren . Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur automatisierten Rekonfiguration eines Regelkreises zur Regelung eines technischen Prozesses anzugeben .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der
Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur automatisierten Rekonfi- guration eines Regelkreises zur Regelung eines technischen Prozesses ist auf Regelkreise anwendbar, die eine Regel¬ strecke mit physikalisch und/oder analytisch redundanten Komponenten, einen Regler und eine Fehlerdiagnoseeinheit zur Ermittelung und Lokalisierung von in der Regelstrecke
auftretenden Fehlern aufweisen. Bei dem Verfahren wird zunächst in einer Entwurfsphase ein mathematisches Modell der nominellen Regelstrecke und einer nominellen Dynamik des Prozesses erstellt. Danach wird in einer Laufzeitphase bei einem mittels der Fehlerdiagnoseeinheit ermittelten Fehler der Regelkreis anhand des erstellten mathematischen Modells automatisch rekonfiguriert, indem zwischen dem Regler und der Regelstrecke ausgetauschte Signale automatisch und
fehlerabhängig abgeändert werden.
Unter einer nominellen Regelstrecke wird hier eine
Regelstrecke in einem fehlerfreien Zustand verstanden.
Entsprechend wird unter einer nominellen Dynamik eines
Prozesses ein fehlerfreier Ablauf des Prozesses verstanden. Unter einer Rekonfiguration eines Regelkreises wird eine Reaktion auf Fehlfunktionen von Komponenten der Regelstrecke des Regelkreises verstanden, welche den Fehlfunktionen entgegenwirkt, so dass die Auswirkungen der Fehlfunktionen auf den mittels des Regelkreises geregelten Prozess reduziert werden. Komponenten der Regelstrecke sind dabei insbesondere Aktoren und Sensoren. Unter physikalisch redundanten
Komponenten werden mehrfach installierte identische Komponenten verstanden, die einander ersetzen können,
beispielsweise zwei identische Hydraulikaktoren zur Bewegung eines Schiffsruders. Unter analytisch redundanten Komponenten werden Komponenten verstanden, die zwar physikalisch
verschieden sind, mittels derer aber bezüglich wenigstens einer Funktion eine gleichartige Wirkung erzielt werden kann. Beispielsweise kann ein Giermoment eines Schiffes mittels eines Ruders einerseits und mittels zweier entlang einer Querachse des Schiffes zueinander versetzter Schiffsantriebe andererseits erzeugt werden, so dass das Ruder und die beiden Schiffsantriebe analytisch redundante Komponenten bezüglich der Erzeugung des Giermomentes sind.
Ferner wird in diesem Dokument unter Regeln nicht nur Regeln im strengen Sinne von Regeln mittels eines geschlossenen
Regelkreises mit einer Rückführung einer Ausgangsgröße auf einen Eingang eines Reglers gefasst, sondern dieser Begriff wird auch auf Steuern in einer offenen Wirkungskette (ohne Rückkopplung) ausgedehnt. Entsprechend werden unter die
Begriffe Regelkreise, Regler und Regelstrecken auch jeweils offene Wirkungsketten, Steuerungen bzw. Steuerstrecken gefasst .
Eine Kernidee des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die automatisierte Rekonfiguration eines Regelkreises mittels Abänderungen von zwischen dem Regler und der Regelstrecke ausgetauschten Signalen, insbesondere von Stellsignalen des Reglers für Stelleingriffe auf die Regelstrecke. Dadurch braucht der Regler im Fehlerfall nicht verändert oder ersetzt werden. Der Regler verbleibt somit auch im Fehlerfall
unverändert im Regelkreis und trägt weiter zur Regelung bei. Dies reduziert vorteilhaft Kosten und Ausfallzeiten durch Fehlfunktionen der Regelstrecke. Außerdem ermöglicht es die Anwendung des Verfahrens auf eine Vielzahl verschiedener Regelkreise, ohne die Regler oder Regelstrecken dieser
Regelkreise verändern zu müssen. Die Erfindung stellt somit ein vielseitig einsetzbares und kostengünstiges Verfahren zur Rekonfiguration von Regelkreisen bereit. Vorzugsweise werden die zwischen dem Regler und der
Regelstrecke ausgetauschten Signale dabei derart abgeändert, dass fehlerhafte Komponenten der Regelstrecke durch bezüglich der Funktionen dieser Komponenten physikalisch oder
analytisch redundante Komponenten ersetzt werden.
Beispielsweise werden im Fall von Aktorfehlern Stellsignale des Reglers derart abgeändert, dass die gewünschte Wirkung eines fehlerhaften Aktors unter Umgehung dieses Aktors erzeugt wird. Im Fall eines Sensorausfalls werden beispiels¬ weise Schätzwerte für die Messsignale des ausgefallenen
Sensors ermittelt und anstelle dieser Messsignale verwendet. Dadurch werden die Auswirkungen fehlerhafter Komponenten vorteilhaft automatisch reduziert oder ganz eliminiert, ohne dass aktiv in die Regelstrecke eingegriffen oder der Regler verändert oder ersetzt werden muss. Vorzugsweise wird einem ermittelten Fehler eine Modifizierung des in der Entwurfsphase erstellten mathematischen Modells zugeordnet und die zwischen dem Regler und der Regelstrecke ausgetauschten Signale in Abhängigkeit von Parametern des in der Entwurfsphase erstellten mathematischen Modells und dessen fehlerabhängiger Modifizierung abgeändert.
Durch die Zuordnung einer Modifizierung des erstellten mathematischen Modells zu einem ermittelten Fehler wird der Fehler mathematisch beschrieben und es können vorteilhaft aus dem oben genannten Stand der Technik nach Richter, J. H. et al : "Control reconfiguration after actuator failures by
Markov parameter matching", International Journal of Control, Volume 81, Issue 9, 2008, S. 1382-1398, und Richter, J. H.: "Reconfigurable Control of Nonlinear Dynamical Systems", Lecture Notes in Control and Information Sciences, Vol. 408, Springer-Verlag 2011, S. 55-86, bekannte Methoden der Fehleranalyse und Fehlerbehebung zur automatischen Rekonfiguration verwendet werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in der Entwurfsphase nach der Erstellung des mathematischen Modells dieses Modell automatisch auf Rekonfigurierbarkeit bei möglichen in der Regelstrecke auftretenden Fehlern getestet. Dabei wird jedem dieser Fehler eine Modifizierung des erstellten mathematischen Modells zugeordnet und die Rekonfigurierbarkeit anhand von wenigstens einem vorgegebenen mathematischen Testkriterium beurteilt, in das Parameter des erstellten mathematischen Modells und dessen Modifizierung eingehen .
Der Test des mathematischen Modells auf Rekonfigurierbarkeit in der Entwurfsphase erlaubt, im voraus anhand des erstellten mathematischen Modells zu beurteilen, ob bzw. inwieweit der Regelkreis automatisch rekonfigurierbar ist. Insbesondere ermöglicht dies vorteilhaft, im voraus Verbesserungen der Regelstrecke hinsichtlich dessen automatischer Rekonfigurierbarkeit und/oder Verfeinerungen des mathematischen Modells vorzunehmen. Die mathematische Beschreibung möglicher Fehler ermöglicht auch hier vorteilhaft die Verwendung aus dem bereits genannten Stand der Technik bekannter Methoden der Fehleranalyse und Fehlerbehandlung zur Durchführung der
Tests .
In dieser Ausgestaltung der Erfindung wird ein negatives Testergebnis des Tests der Rekonfigurierbarkeit vorzugsweise zur Verbesserung der Regelstrecke hinsichtlich ihrer
automatischen Rekonfigurierbarkeit verwendet.
Dadurch wird das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft nicht nur zur automatischen Rekonfigurierung, sondern auch zur Verbesserung des Regelkreises selbst bezüglich seiner
automatischen Rekonfigurierbarkeit verwendet.
In einer besonders bevorzugten Variante dieser Ausgestaltung wird die Entwurfsphase mit dem Test auf automatische Rekonfigurierbarkeit des dabei erstellten mathematischen Modells bereits in die Planung des Regelkreises integriert.
Dadurch kann die automatische Rekonfigurierbarkeit
vorteilhaft bereits in der Planungsphase des Regelkreises berücksichtigt werden. Insbesondere werden auf diese Weise aufwändige spätere Verbesserungen des Regelkreises
hinsichtlich seiner automatischen Rekonfigurierbarkeit vorteilhaft vermieden.
In einer zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird die automatische und fehlerabhängige
Abänderung der zwischen dem Regler und der Regelstrecke ausgetauschten Signale anhand des erstellten mathematischen Modells in der Entwurfsphase interaktiv entwickelt.
Dadurch kann ein Entwickler in der Entwurfsphase vorteilhaft Einfluss auf die Ausgestaltung der automatischen
Rekonfigurierung nehmen und dabei etwaige Schwachstellen der Rekonfigurationsstrategie ermitteln und beseitigen.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens umfasst eine Entwurfskomponente zur Erstellung des mathematischen Modells der nominellen Regelstrecke und der nominellen Dynamik des Prozesses, eine zwischen den Regler und die Regelstrecke geschaltete parametrierbare Rekonfigura- tionskomponente zur Abänderung der zwischen dem Regler und der Regelstrecke ausgetauschten Signale, und eine mit der Fehlerdiagnoseeinheit der Regelstrecke, der
Entwurfskomponente und der Rekonfigurationskomponente
verbundene Parametrierungskomponente, mittels derer die
Rekonfigurationskomponente in Abhängigkeit von einem mittels der Fehlerdiagnoseeinheit ermittelten Fehler anhand des in der Entwurfsphase erstellten mathematischen Modells
automatisch parametrierbar ist.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst damit drei
Komponenten, nämlich eine Entwurfskomponente, eine Para- metrierungskomponente und eine Rekonfigurationskomponente . Dies ermöglicht vorteilhaft eine flexible und dem jeweiligen Regelkreis angepasste Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Insbesondere ist die Rekonfigurationskomponente
beispielsweise als eine speicherprogrammierbare Steuerung oder ein Industrie-Personal-Computer (Industrie-PC) oder als eine Baueinheit oder Softwarekomponente für eine
speicherprogrammierbare Steuerung oder einen Industrie-PC ausgebildet .
Dadurch kann die Rekonfigurationskomponente in einfacher und effizienter Weise zwischen einen Regler und eine Regelstrecke geschaltet und von der Parametrierungskomponente parametriert werden .
Ferner wird die Parametrierungskomponente beispielsweise auf einer separaten Hardware oder auf derselben Hardware wie die Rekonfigurationskomponente realisiert oder in ein Leitsystem für die Regelstrecke integriert.
Dadurch kann die Realisierung der Parametrierungskomponente vorteilhaft dem jeweiligen Regelkreis angepasst werden.
Ferner kann die Rekonfigurationskomponente auf derselben Hardware wie der Regler des Regelkreises realisiert sein.
Eine derartige Anordnung der Rekonfigurationskomponente spart vorteilhaft Bauraum und Kosten durch den Wegfall zusätzlicher Hardware für die Rekonfigurationskomponente .
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Rekonfigura- tionskomponente und/oder die Parametrierungskomponente modular aus jeweils mehreren Rekonfigurationsteilkomponenten und/oder mehreren Parametrierungsteilkomponenten aufgebaut, wobei jede Rekonfigurationsteilkomponente einer
Teilregelstrecke der Regelstrecke zugeordnet ist. Dies erhöht einerseits weiter die Flexibilität der erfindungsgemäßen Vorrichtung, da sie eine Erweiterung, Verbesserung, Anpassung oder auch Reparatur der Vorrichtung durch Hinzufügen oder Austauschen einzelner Module
erleichtert. Außerdem erleichtert oder ermöglicht die
Modularisierung die Realisierung des erfindungsgemäßen
Verfahrens in großen, insbesondere verteilten Regelkreisen.
Eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Rekonfigurationskomponente und die
Parametrierungskomponente nur einer Teilregelstrecke der Regelstrecke zugeordnet sind.
Dies ermöglicht insbesondere vorteilhaft die Einschränkung der automatischen Rekonfiguration auf relevante Teilregelstrecken unter Vermeidung unnötigen Aufwands für andere
Teilregelstrecken, für die eine automatische Rekonfiguration nicht benötigt wird. Außerdem ermöglicht es eine kaskadierte Ausführung der Erfindung, wobei auf Teilregelstrecken
verschiedener Hierarchieebenen eines Regelkreises jeweils eine Rekonfigurationskomponente und eine zugehörige
Parametrierungskomponente verwendet werden kann.
Die Erfindung kann insbesondere vorteilhaft zur Regelung einer als Regelstrecke eines Regelkreises ausgebildeten automatisierungstechnischen Anlage verwendet werden.
Diese Verwendung der Erfindung ist besonders vorteilhaft bei sicherheitskritischen automatisierungstechnischen Anlagen, da Fehler in derartigen Anlagen oft große Schäden verursachen können .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnunge näher erläutert werden. Dabei zeigen: schematisch einen Regelkreis sowie eine Parametrierungskomponente und eine
Rekonfigurationskomponente einer Vorrichtung zur automatisierten Rekonfiguration des Regelkreises,
FIG 2 schematisch eine auf einem Personal Computer
ausgeführte Entwurfskomponente einer Vorrichtung zur automatisierten Rekonfiguration eines Regelkreises ,
FIG 3A schematisch eine Regelstrecke und einen Regler
eines Regelkreises in einem nominellen Zustand der Regelstrecke,
FIG 3B schematisch die Regelstrecke und den Regler aus
Figur 3A in einem fehlerhaften Zustand der
Regelstrecke,
FIG 3C schematisch die Regelstrecke und den Regler aus
Figur 3B und eine Rekonfigurationskomponente zur Rekonfiguration des Regelkreises,
FIG 4 schematisch eine modular ausgeführte Rekonfigura- tionskomponente und eine modular ausgeführte
Parametrierungskomponente einer Vorrichtung zur automatisierten Rekonfiguration des Regelkreises, und
FIG 5 schematisch eine Rekonfigurationskomponente und eine Parametrierungskomponente einer Vorrichtung zur automatisierten Rekonfiguration einer Teilregelstrecke eines Regelkreises.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Figur 1 zeigt schematisch einen Regelkreis 1 zur Regelung eines technischen Prozesses sowie eine Parametrierungskompo¬ nente 2 und eine parametrierbare Rekonfigurationskomponente 3 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatisierten
Rekonfiguration des Regelkreises 1.
Der Regelkreis 1 umfasst eine Regelstrecke 4, einen Regler 5 und eine Fehlerdiagnoseeinheit 6. In dem in Figur 1
dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rekonfigurations¬ komponente 3 und der Regler 5 als separate Bauteile einer speicherprogrammierbaren Steuerung 7 ausgebildet, und die Parametrierungskomponente 2 und die Fehlerdiagnoseeinheit 6 sind in ein Leitsystem 8 für die Regelstrecke 4 integriert.
Die Regelstrecke 4 ist eine automatisierungstechnische Anlage mit nicht näher dargestellten Komponenten, welche Aktoren und Sensoren umfasst, die in dem Regelkreis 1 physikalisch und/oder analytisch redundant realisiert sind. Mittels der Fehlerdiagnoseeinheit 6 sind Fehler dieser Komponenten ermittelbar und lokalisierbar, so dass mittels der
Fehlerdiagnoseeinheit 6 fehlerhafte Komponenten der
Regelstrecke 4 ermittelbar sind. Die Parametrierungskomponente 2 ist mit der Fehlerdiagnose¬ einheit 6 der Regelstrecke 4 und der Rekonfigurationskompo¬ nente 3 verbunden. Mittels der Parametrierungskomponente 2 ist die Rekonfigurationskomponente 3 in Abhängigkeit von Signalen der Fehlerdiagnoseeinheit 6 parametrierbar . Die Rekonfigurationskomponente 3 ist zwischen den Regler 5 und die Regelstrecke 4 geschaltet.
Mittels der Rekonfigurationskomponente 3 können zwischen dem Regler 5 und der Regelstrecke 4 ausgetauschte Signale in Abhängigkeit von der Parametrierung der
Rekonfigurationskomponente 3 automatisch abgeändert werden. Mittels den von der Rekonfigurationskomponente 3
vorgenommenen Abänderungen der zwischen dem Regler 5 und der Regelstrecke 4 ausgetauschten Signale wird der Regelkreis im Falle eines von der Fehlerdiagnoseeinheit 6 ermittelten
Fehlers in unten näher beschriebener Weise rekonfiguriert.
Figur 2 zeigt schematisch eine auf einem Personal Computer ausgeführte Entwurfskomponente 10 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatisierten Rekonfiguration eines
Regelkreises 1.
Die Entwurfskomponente 10 ist als ein rechnergestütztes Entwicklungswerkzeug (Computerprogramm) ausgebildet. Mittels der Entwurfskomponente 10 wird in einer Entwurfsphase des Erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatisierten
Rekonfiguration eines Regelkreises 1 ein mathematisches Modell der nominellen Regelstrecke 1 und einer nominellen Dynamik des zu regelnden Prozesses erstellt. Dazu ist die Entwurfskomponente 10 an ein anderes ebenfalls auf dem
Personal Computer 9 ausgeführtes rechnergestütztes
Entwicklungswerkzeug 11 gekoppelt, in dem Engineering-Daten der Regelstrecke 4 abgelegt sind. Die Entwurfskomponente 10 generiert das mathematische Modell der nominellen
Regelstrecke 1 und der nominellen Dynamik des zu regelnden Prozesses unter Verwendung dieser Engineering-Daten.
Das mathematische Modell modelliert die nominelle
Regelstrecke 4 und Dynamik des Prozesses in einer Weise, die aus dem Stand der Technik bekannt ist und daher hier nicht im Detail beschrieben wird. Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein lineares mathematisches Modells verwendet. Die Verwendung aus dem Stand der Technik bekannter
nichtlinearer Modelle ist ebenso möglich.
Das lineare mathematische Modell verwendet lineare Abbil¬ dungen von Zustandsvektoren, Eingabevektoren, Ausgabevektoren und Störungsvektoren, denen entsprechende Matrizen zugeordnet sind. Dazu zählen ein Systemmatrix A , eine Eingabematrix B, eine (Teil-) Ausgabematrix Cz und eine Beobachtbarkeits- matrix S0 , wobei hinsichtlich der genauen Definition und Bedeutung dieser Matrizen auf Richter, J. H. et al : "Control reconfiguration after actuator failures by Markov parameter matching", International Journal of Control, Volume 81, Issue 9, 2008, S. 1382-1398, und Richter, J. H.: "Reconfigurable Control of Nonlinear Dynamical Systems", Lecture Notes in Control and Information Sciences, Vol. 408, Springer-Verlag 2011, S. 55-86, verwiesen wird, wo jeweils dieselben
Bezeichnungen verwendet werden. Nach der Erstellung des mathematischen Modells testet die Entwurfskomponente 10 das erstellte mathematische Modell automatisch auf Rekonfigurierbarkeit bei möglichen in der Regelstrecke auftretenden Fehlern. Dazu wird jedem dieser Fehler eine Modifizierung des erstellten mathematischen
Modells zugeordnet. Insbesondere wird einem Fehler wie in den oben angegebenen Dokumenten eine fehlerspezifisch
modifizierte Ausgabematrix Bf zugeordnet. Für den Test werden mathematische Testkriterien vorgegeben. Geeignete, aus Richter, J. H.: "Reconfigurable Control of Nonlinear
Dynamical Systems", Lecture Notes in Control and Information Sciences, Vol. 408, Springer-Verlag 2011, S. 55-86, bekannte Testkriterien sind beispielsweise:
(A,Bf) stabilisierbar, [1] im(S0Bf)<^im(S0B) , [2]
Figure imgf000015_0001
im(B) c V*(ker(Cz)) +im(B ) [4]
Dabei bezeichnen im(M) und ker( ) den Bildraum bzw. Nullraum der zu einer Matrix M gehörenden linearen Abbildung, rank{M) bezeichnet den Rang einer Matrix M und " (ker(Cz)) bezeichnet den größten stabilisierbaren Unterraum von ker(Cz) .
Die vier Bedingungen [1] bis [4] charakterisieren in der angegebenen Reihenfolge die Wiederherstellbarkeit von
Stabilität, Markov-Parametern, Gleichgewicht und
vollständiger Dynamik eines Regelkreises 1. Sie stellen in dieser Reihenfolge zunehmende Anforderungen bezüglich einer Rekonfigurierbarkeit , d. h. Bedingung [1] ist die schwächste dieser Bedingungen und formuliert eine
Mindestanforderung für die Rekonfigurierbarkeit , während Bedingung [4] die stärkste dieser Bedingungen ist und die vollständige Wiederherstellbarkeit des nominellen Verhaltens des Regelkreises bezüglich dessen Sollwertfolge
charakterisiert . Dementsprechend werden die Bedingungen [1] bis [4] für jeden untersuchten Fehler bzw. die zu dem jeweiligen Fehler
gehörige modifizierte Ausgabematrix Bf nacheinander getestet bis eine dieser Bedingungen [1] bis [4] nicht erfüllt ist oder alle Bedingungen [1] bis [4] erfolgreich getestet wurden. Der Test gibt somit fehlerabhängig Aufschluss darüber, ob und inwieweit ein Regelkreis 1 rekonfigurierbar ist .
Selbstverständlich können alternativ oder zusätzlich zu den Bedingungen [1] bis [4] andere bzw. weitere aus dem Stand der Technik bekannte Bedingungen als Testkriterien verwendet werden .
Das Testergebnis wird vorzugsweise einem Entwickler
mitgeteilt, damit er erforderlichenfalls eine angepasste Auslegung der Regelstrecke 4 veranlassen kann, um die
Rekonfigurierbarkeit des Regelkreises 1 zu ermöglichen oder zu verbessern. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Entwurfskomponente 10 ferner derart ausgebildet, dass sie Angaben darüber macht, an welchen Teilen bzw. in welchen Bereichen der Regelstrecke 4 Änderungen der Auslegung
notwendig sind, um die Rekonfigurierbarkeit zu ermöglichen oder zu optimieren.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die
Entwurfskomponente 10 in ein Planungswerkzeug der Regelstrecke 4 integriert, um bereits in der Planungsphase die automatische Rekonfigurierbarkeit des Regelkreises 1 zu berücksichtigen . Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Festlegung einer generellen Rekonfigurations- strategie interaktiv mit einem Entwickler erfolgt.
Die Figuren 3A bis 3C illustrieren schematisch das erfin- dungsgemäße Verfahren in einer Laufzeitphase . Dabei wird der Regelkreis 1 bei einem mittels der Fehlerdiagnoseeinheit 6 ermittelten Fehler automatisch rekonfiguriert, indem zwischen dem Regler 5 und der Regelstrecke 4 ausgetauschte Signale automatisch und fehlerabhängig abgeändert werden.
Figur 3A zeigt den Regelkreis 1 in einem nominellen Zustand. In diesem Zustand sind die Parametrierungskomponente 2 und die Rekonfigurationskomponente 3 inaktiv. Figur 3B zeigt den Regelkreis 1 in einem Zustand, in dem in der Regelstrecke 4 ein Fehler aufgetreten ist, der durch ein Blitzsymbol angedeutet ist und durch eine oder mehrere fehlerhafte Komponenten der Regelstrecke 4 verursacht wird. Dieser Fehler wird von der Fehlerdiagnoseeinheit 6 ermittelt und der Parametrierungskomponente 2 mitgeteilt. Die Para¬ metrierungskomponente 2 modelliert den Fehler mathematisch, beispielsweise durch eine modifizierte Ausgabematrix Bf wie in dem oben beschriebenen in der Entwurfsphase durchgeführten Rekonfigurationstest .
Anhand des modellierten Fehlers und des in der Entwurfsphase erstellten mathematischen Modells der nominellen Regelstrecke 4 und der nominellen Dynamik des Prozesses entwickelt die Parametrierungskomponente 2 automatisch eine Rekonfigura- tionsstrategie zur Rekonfiguration des Regelkreises. Dazu verwendet sie Methoden der Fehleranalyse und -behebung, die aus dem bereits mehrfach zitierten Stand der Technik nach Richter, J. H. et al : "Control reconfiguration after actuator failures by Markov parameter matching", International Journal of Control, Volume 81, Issue 9, 2008, S. 1382-1398, und
Richter, J. H.: "Reconfigurable Control of Nonlinear
Dynamical Systems", Lecture Notes in Control and Information Sciences, Vol. 408, Springer-Verlag 2011, S. 55-86, bekannt sind .
Die dabei entwickelte Lösungsstrategie wird von der
Parametrierungskomponente 2 automatisch in eine entsprechende Parametrierung der Rekonfigurationskomponente 3 zur
Rekonfiguration des Regelkreises 1 umgesetzt.
Die Parametrierungskomponente 2 parametriert und aktiviert die Rekonfigurationskomponente 3, so dass sie wie in Figur 3C gezeigt aktiv entsprechend ihrer Parametrierung in den
Austausch von Signalen zwischen dem Regler 5 und der
Regelstrecke 4 eingreift. Dabei ändert sie diese Signale automatisch derart ab, dass fehlerhafte Komponenten der
Regelstrecke 4 durch bezüglich der Funktionen dieser Kompo- nenten physikalisch oder analytisch redundante Komponenten ersetzt werden. Der Regler 5 bleibt dabei aktiv und wird nicht verändert. Es werden also zur Rekonfiguration des
Regelkreises 1 lediglich die zwischen dem Regler 5 und der Regelstrecke 4 ausgetauschten Signale geeignet geändert.
Figur 4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei dem die Rekonfigurationskomponente 3 und die Parametrierungskomponente 2 modular aus drei
Rekonfigurationsteilkomponenten 3.1, 3.2, 3.3 bzw. zwei
Parametrierungsteilkomponenten 2.1, 2.2 aufgebaut sind. Dabei ist jede Rekonfigurationsteilkomponente 3.1, 3.2, 3.3 einer Teilregelstrecke der Regelstrecke 4 zugeordnet.
Im dargestellten Beispiel sind die Parametrierungsteil- komponenten 2.1, 2.2 und die Fehlerdiagnoseeinheit 6 in ein Leitsystem 8 integriert. Eine erste Rekonfigurationsteil¬ komponente 3.1 und eine zweite Rekonfigurationsteilkomponente 3.2 sind jeweils in einer ersten speicherprogrammierbaren Steuerung 7.1 und einer zweiten speicherprogrammierbaren Steuerung 7.2 realisiert, während die dritte Rekonfigura- tionsteilkomponente 3.3 in einer als Industrie-PC 12
ausgebildeten dezidierten Hardwareeinheit realisiert ist und mit einer dritten speicherprogrammierbaren Steuerung 7.3 verbunden ist.
Die ersten beiden Rekonfigurationsteilkomponenten 3.1, 3.2 werden von einer ersten Parametrierungsteilkomponente 2.1 parametriert , die dritte Rekonfigurationsteilkomponente 3.3 wird von der zweiten Parametrierungsteilkomponente 2.2 parametriert. Jede Rekonfigurationsteilkomponente 3.1, 3.2, 3.3 ist zwischen einen nicht dargestellten Regler 5 und die ihr zugeordnete Teilregelstrecke des Regelkreises 1
geschaltet, so dass sie Signale erfindungsgemäß abändern kann, die zwischen dem Regler 5 und der ihr zugeordneten Teilregelstrecke ausgetauscht werden.
Figur 5 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei dem die Rekonfigurationskomponente 3 und die (in Figur 5 nicht dargestellte) Parametrierungskomponente 2 nur einer ersten Teilregelstrecke 4.1 der Regelstrecke 4 zugeordnet sind, die mit einem ersten Regler 5.1 geregelt wird. Dies ermöglicht die Einschränkung der erfindungsgemäßen automatischen Rekonfiguration auf eine relevante erste
Teilregelstrecke 4.1 unter Vermeidung unnötigen Rekonfigura- tionsaufwandes für weitere Teilregelstrecken 4.2, 4.3, die möglicherweise von weiteren Reglern 5.2 geregelt werden, für die aber keine automatische Rekonfiguration benötigt wird. Entsprechend können natürlich auch mehrere Teilregelstrecken einer Regelstrecke 4 mit jeweils einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur automatischen Rekonfiguration ausgestattet werden. Insbesondere können erfindungsgemäße Vorrichtungen zur automatischen Rekonfiguration in einer hierarchisch strukturierten Weise kaskadiert, d.h. über verschiedene Hierarchieebenen verteilt, eingesetzt werden. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs¬ beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur automatisierten Rekonfiguration eines Regelkreises (1) zur Regelung eines technischen Prozesses, wobei der Regelkreis (1) eine Regelstrecke (4) mit
physikalisch und/oder analytisch redundanten Komponenten, einen Regler (5, 5.1, 5.2) und eine Fehlerdiagnoseeinheit zur Ermittelung und Lokalisierung von in der Regelstrecke (4) auftretenden Fehlern aufweist, und wobei
- zunächst in einer Entwurfsphase ein mathematisches Modell der nominellen Regelstrecke (4) und einer nominellen
Dynamik des Prozesses erstellt wird, und
- danach in einer Laufzeitphase bei einem mittels der Fehlerdiagnoseeinheit (6) ermittelten Fehler der Regelkreis (1) anhand des erstellten mathematischen Modells automatisch rekonfiguriert wird,
- indem zwischen dem Regler (5, 5.1, 5.2) und der
Regelstrecke (4) ausgetauschte Signale automatisch und fehlerabhängig abgeändert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass fehlerhafte Komponenten der Regelstrecke (4) durch bezüglich der Funktionen dieser
Komponenten physikalisch oder analytisch redundante
Komponenten ersetzt werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem ermittelten Fehler eine Modifizierung des in der Entwurfsphase erstellten
mathematischen Modells zugeordnet wird und die zwischen dem Regler (5, 5.1, 5.2) und der Regelstrecke (4) ausgetauschten Signale in Abhängigkeit von Parametern des in der
Entwurfsphase erstellten mathematischen Modells und dessen fehlerabhängiger Modifizierung abgeändert werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Entwurfsphase nach der Erstellung des mathematischen Modells dieses Modell automatisch auf Rekonfigurierbarkeit bei möglichen in der Regelstrecke (4) auftretenden Fehlern getestet wird, wobei jedem dieser Fehler eine Modifizierung des erstellten
mathematischen Modells zugeordnet wird und die
Rekonfigurierbarkeit anhand von wenigstens einem vorgegebenen mathematischen Testkriterium beurteilt wird, in das Parameter des erstellten mathematischen Modells und dessen
Modifizierung eingehen.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass ein negatives Testergebnis des Tests der Rekonfigurierbarkeit zur Verbesserung der
Regelstrecke (4) hinsichtlich ihrer automatischen
Rekonfigurierbarkeit verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Entwurfsphase mit dem Test auf automatische Rekonfigurierbarkeit des dabei erstellten mathematischen Modells in die Planung des Regelkreises (1) integriert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Entwurfsphase anhand des erstellten mathematischen Modells die automatische und fehlerabhängige Abänderung der zwischen dem Regler (5, 5.1, 5.2) und der Regelstrecke (4) ausgetauschten Signale
interaktiv entwickelt wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend
- eine Entwurfskomponente (10) zur Erstellung des mathema¬ tischen Modells der nominellen Regelstrecke (4) und der nominellen Dynamik des Prozesses,
- eine zwischen den Regler (5, 5.1, 5.2) und die Regel- strecke (4) geschaltete parametrierbare Rekonfigurations- komponente (3) zur Abänderung der zwischen dem Regler (5, 5.1, 5.2) und der Regelstrecke (4) ausgetauschten Signale, und - eine mit der Fehlerdiagnoseeinheit (6) der
Regelstrecke (4), der Entwurfskomponente (10) und der
Rekonfigurationskomponente (3) verbundene
Parametrierungskomponente (2), mittels derer die
Rekonfigurationskomponente (3) in Abhängigkeit von einem mittels der Fehlerdiagnoseeinheit (6) ermittelten Fehler anhand des in der Entwurfsphase erstellten mathematischen Modells automatisch parametrierbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rekonfigurations¬ komponente (3) als eine speicherprogrammierbare Steuerung (7, 7.1 bis 7.4) oder ein Industrie-Personal-Computer (12) oder als eine Baueinheit oder Softwarekomponente für eine
speicherprogrammierbare Steuerung (7, 7.1 bis 7.4) oder einen Industrie-Personal-Computer (12) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Parametrierungskompo- nente (2) auf einer separaten Hardware oder auf derselben Hardware wie die Rekonfigurationskomponente (3) realisiert oder in ein Leitsystem (8) für die Regelstrecke (4)
integriert ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Rekonfigurationskomponente (3) auf derselben Hardware wie der Regler (5, 5.1, 5.2) des Regelkreises (1) realisiert ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die
Rekonfigurationskomponente (3) und/oder die
Parametrierungskomponente (2) modular aus jeweils mehreren Rekonfigurationsteilkomponenten (3.1 bis 3.3) und/oder mehreren Parametrierungsteilkomponenten (2.1, 2.2) aufgebaut sind, wobei jede Rekonfigurationsteilkomponente (3.1 bis 3.3) einer Teilregelstrecke (4.1, 4.2, 4.3) der Regelstrecke (4) zugeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rekonfigurationskompo- nente (3) und die Parametrierungskomponente (2) nur einer Teilregelstrecke (4.1, 4.2, 4.3) der Regelstrecke (4) zugeordnet sind.
14. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13 zur Regelung einer als Regelstrecke (4) eines
Regelkreises (1) ausgebildeten automatisierungstechnischen Anlage .
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