DE60004673T2

DE60004673T2 - Multivariable prozesstrendanzeige und darauf abgestimmte verfahren

Info

Publication number: DE60004673T2
Application number: DE60004673T
Authority: DE
Inventors: A.Jamieson Gegory; A. Stephanie GUERLAIN; T. Peter BULLEMER
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: DE60019349D1; PT1194821E; DE60004673D1; AU6070100A; CA2377572A1; EP1194821B1; DK1194821T3; US6577323B1; EP1321840A2; ES2204654T3; WO2001002919A1; CA2377572C; JP2003504712A; EP1321840A3; EP1194821A1; EP1321840B1; DE60019349T2; ATE292815T1; ATE247843T1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Prozeßsteuerung und insbesondere graphische Benutzeroberflächen und Anzeigen zur Prozeßsteuerung.
Allgemeiner Stand der Technik
Es entstehen Anzeigetechnologien, die für vielfältige Anwendungen wichtig sind. Zum Beispiel wurden verschiedene graphische Benutzeroberflächen und Anzeigen für die persönliche Datenverarbeitung, für Finanzdienstanwendungen usw. entwickelt. Durch neuere Fortschritte in der Hardware- und Softwaretechnologie ist die Entwicklung leistungsstarker graphischer Benutzeroberflächen möglich geworden.
Verschiedene Arten von Prozeßsteuersystemen sind zur Zeit im Einsatz, wie zum Beispiel für unter der Steuerung einer einzigen Variablen betreibbare Prozesse bis hin zu Prozessen, die mit Steuerungen gesteuert werden, die mehrere Variablen steuern können. Die Steuerung eines Prozesses wird häufig mit auf Mikropro zessoren basierenden Steuerungen, Computern oder Workstations implementiert, die den Prozeß durch Senden und Empfangen von Befehlen und Daten zu Hardwaregeräten überwachen, um einen bestimmten Aspekt des Prozesses oder den gesamten Prozeß als ganzes zu steuern. Zum Beispiel verwenden viele Prozeßsteuersysteme Instrumente, Steuergeräte und Kommunikationssysteme zur Überwachung und Manipulation von Steuerelementen, wie zum Beispiel Ventilen und Schaltern, um einen oder mehrere Prozeßvariablenwerte (z.B. Temperatur, Druck, Strömung und dergleichen) auf gewählten Zielwerten zu halten. Die Prozeßvariablen werden so gewählt und gesteuert, daß ein gewünschtes Prozeßziel erzielt wird, wie zum Beispiel die Erreichung eines sicheren und effizienten Betriebs von in dem Prozeß verwendeten Maschinen und Geräten. Prozeßsteuersysteme finden vielfältige Anwendung bei der Automatisierung industrieller Prozesse, wie zum Beispiel der Prozesse, die in der chemischen, Erdöl- und Produktionsindustrie verwendet werden.
In den letzten Jahren wurden fortschrittliche Prozeßsteuerungssysteme zur Steuerung von Mehrvariablenprozessen entwickelt. Zum Beispiel basiert eine Art von Prozeßsteuerung auf dem Konfigurieren oder Programmieren fortschrittlicher Steuerungen auf der Grundlage des Wissens von Ingenieuren (z.B. Aufnahme von Vorwärtskopplungs-, Signalauswahl- und Kalkulationsblöcken), um eine Prozeßanlage kontinuierlich in Richtung eines bestimmten bekannten Betriebszustands zu bewegen. Eine andere Art von fortschrittlicher Prozeßsteuerung ist die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung. Techniken der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung haben in der Prozeßindustrie aufgrund ihrer Fähigkeit, unter Anwesenheit von Totzeit, Prozeßzwangsbedingungen und Modellierungsunbestimmtheiten Mehrvariablensteuerziele zu erreichen, Anerkennung gefunden.
Im allgemeinen gehören zu auf Modellen basierenden prädiktiven Steuertechniken Algorithmen, die Steuerbewegungen als Lösung eines Optimierungsproblems zur Minimierung von Fehlern unter Berücksichtigung von Zwangsbedingungen, die entweder vom Benutzer oder vom System auferlegt werden, berechnen. Ein auf Modellen basierender prädiktiver Steueralgorithmus kann im allgemeinen mit Bezug auf einen Mehrvariablenprozeß beschrieben werden. Im allgemeinen umfaßt die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung zwei Hauptteile: erstens wird mit einem Optimierungsprogramm die beste Stelle gefunden, an der der Prozeß in einem stationären Zustand betrieben wird, und zweitens definiert ein dynamischer Steueralgorithmus, wie der Prozeß glatt ohne Verletzung von Zwangsbedingungen zu dem optimalen stationären Zustand bewegt werden kann. Zum Beispiel betrachtet der Optimierer mit einer spezifizierten Frequenz von z.B. einmal pro Minute den aktuellen Zustand des Prozesses und berechnet ein neues Optimum. Aus dem Optimierer weiß die Steuerung, wo die elche Prozeßvariablen sich in dem stationären Endzustand befinden sollten. Der Steueralgorithmus berechnet dann eine dynamische Menge von Änderungen für die Prozeßvariablen, um den Prozeß auf glatte Weise ohne dynamische Verletzungen von Zwangsbedingungen in den stationären Zustand zu überführen. Zum Beispiel können 60–120 Steuerbewegungen in die Zukunft hinaus für eine Prozeßvariable berechnet werden. Im allgemeinen wird eine der berechneten Steuerbewegungen implementiert, und der Rest wird weggeworfen. Diese Schritte werden dann reiteriert. Das Steuerziel für die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung besteht im allgemeinen darin, durch Berechnung unter Verwendung eines auf wirtschaftlichen Werten basierenden Modells optimal gesteuerte Variablen bereitzustellen.
Die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung wird unter Verwendung von Produkten durchgeführt, die von mehreren Firmen erhältlich sind. Zum Beispiel wird die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung von einem Produkt mit dem Namen Dynamic Matrix Control (DMC) von der Firma Asupen Tech (Cambridge, MA) durchgeführt, und von einem Produkt mit dem Namen Robust Multivariable Predicutive Control Technology (RMPCT), das von Honeywell Inc. (Minneapolis, MN) erhältlich ist, wobei es sich um ein Steueranwendungsprodukt mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen handelt, das stark interaktive industrielle Prozesse steuert und optimiert, wie zum Beispiel bei der Verwendung in geeigneten automatisierten Steuersystemen.
Im allgemeinen enthält eine auf Modellen basierende prädiktive Steuerung drei Arten von Variablen: nämlich gesteuerte Variablen, (CVs), manipulierte Variablen (MVs) und Störungsvariablen (DVs) (die manchmal auch als Vorwärtskopplungsvariablen (FFs) bezeichnet werden). Gesteuerte Variablen sind die Variablen, die die Steuerung versucht, innerhalb von Zwangsbedingungen zu halten. Weiterhin kann es auch erwünscht sein, bestimmte der gesteuerten Variablen zu minimieren oder zu maximieren (z.B. die Speisungsdurchsatzprozeßvariable maximieren). Manipulierte Variablen sind die Variablen, wie zum Beispiel Ventile, die die Steuerung öffnen und schließen kann, um ein Ziel der Steuerung (z.B. Maximierung des Zuführungsdurchsatzes) zu erzielen, während alle gesteuerten Variablen innerhalb ihrer Zwangsbedingungen gehalten werden. Störungsvariablen sind die Variablen, die gemessen, aber nicht gesteuert werden können. Störungsvariablen unterstützen die Steuerung bei der Bereitstellung notwendiger Informationen, wie zum Beispiel Informationen bezüglich bestimmter Faktoren, z.B. Außenlufttemperatur. Die Steuerung kann dann erkennen, wie sich solche Faktoren auf andere Prozeßvariablen in der Steuerung auswirken, um so besser vorherzusagen, wie die Anlage auf gemessene Störungen reagieren wird.
Ein Benutzer der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung (z.B. ein Ingenieur, ein Bediener usw.) erhielt gewöhnlich verschiedene Arten von Informationen bezüglich der verschiedenen Prozeßvariablen, darunter Informationen bezüglich gesteuerter Variablen, manipulierter Variablen und Störungsvariablen. Zum Beispiel wurden einem Benutzer in der Vergangenheit mittels verschiedener Schnittstellen und Anzeigen Informationen wie zum Beispiel vorhergesagte Werte, aktuelle Werte und andere relationale Informationen von Variablen in bezug auf andere Variablen bereitgestellt. Der Benutzer kann solche Informationen überwachen und auf vielfältige Weisen mit der Steuerung in Wechselwirkung treten. Zum Beispiel kann der Benutzer die Steuerung ein- und ausschalten, einzelne Prozeßvariablen in die Steuerung aufnehmen oder aus dieser herausnehmen, ver schiedene Arten von Grenzen für Prozeßvariablen, die in der Steuerung enthalten sind, ändern (z.B. Unter- oder Obergrenzen für einzelne Prozeßvariablen), das Modell der Steuerung ändern usw.
Damit der Benutzer jedoch die Gesamtintegrität der Steuerung effektiv überwachen und auf die erforderliche Weise mit der Steuerung in Wechselwirkung treten kann (z.B. Ändern von Grenzen von Prozeßvariablen), müssen dem Benutzer geeignete Steuerungsinformationen angegeben werden. Zum Beispiel sollten einem die Steuerung überwachenden Bediener Informationen bezüglich der Beziehung zwischen manipulierten Variablen und gesteuerten Variablen, der Grenzen, auf die Prozeßvariablen beschränkt werden, der aktuellen Werte der verschiedenen Prozeßvariablen usw. angegeben werden. Solche Informationen sollten so angegeben werden, daß ein Benutzer die Leistung des Prozesses effektiv verstehen und zum Beispiel in der Lage sein kann, Probleme in dem Prozeß zu erkennen und zu lösen. Obwohl verschiedene Arten von Bildschirmanzeigen verwendet wurden, um einem Benutzer Informationen bezüglich der Steuerung zu zeigen (z.B. die in der Honeywell-Produktpublikation mit dem Titel "Robust Multivariable Predictive Control Technology – RMPCT Users Guide for TPS (6/97)" beschriebenen, auf die hiermit vollständig ausdrücklich Bezug genommen wird, und die im folgenden als die "Honeywell-Benutzeranleitung" bezeichnet wird), so daß der Benutzer Parameter, die mit einer oder mehreren Prozeßvariablen in dem gesteuerten Prozeß zusammenhängen, überwachen und manipulieren kann, war die Effektivität einer solchen Schnittstelle unzulänglich und die Benutzer haben möglicherweise Schwierigkeiten, die erforderlichen Überwachungs- und Steuerfunktionen durchzuführen.
Zum Beispiel besteht eine Schwierigkeit bei der parallelen Überwachung mehrerer dynamischer Prozeßvariablen darin, daß im allgemeinen eine große Menge an Bildschirm-Grundfläche für die Präsentation von Textdaten in bezug auf solche Prozeßvariablen reserviert werden muß. Zum Beispiel ist dies ein besonderes Problem für Bediener von Nuklear-, Chemie- und Petrochemieanlagen, bei denen die Anzahl dynamischer Prozeßvariablen groß ist. Im allgemeinen ist eine herkömmliche Lösung für dieses Mehrvariablenüberwachungsproblem die Verwendung von Trendvorgeschichtekurven, die das vorgeschichtliche Verhalten einer oder mehrerer Variablen anzeigen. Dieser Ansatz verbraucht jedoch immer noch zu viel Grundfläche, da er auch für nur einige wenige Prozeßvariablen viel Platz zum parallelen Anzeigen mehrerer Trendvorgeschichtekurven benötigt. Folglich sind Benutzer in der Regel gezwungen, auf mindestens einen Teil der Trendvorgeschichtekurven für die Prozeßvariablen auf serielle Weise zuzugreifen.
Außerdem muß ein Benutzer in einem auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerprozeß zum Beispiel in der Lage sein, potentielle Ursachen für beobachtete Änderungen von gesteuerten Variablen zu deduzieren und muß die Benutzer dabei unterstützen, die Auswirkungen etwaiger geplanter Manipulationen von manipulierten Variablen, z.B. Änderung von Zwangsbedingungen oder Grenzen für eine manipulierte Variable, vorherzusagen. Eine besonders nützliche Bildschirmanzeige, die zur Zeit für eine solche Analyse verwendet wird, ist eine Matrixtabelle, die eine Verstärkungsbeziehung zwischen gesteuerten Variablen und manipulierten Variablen anzeigt. Zum Beispiel ist ein Verstärkungsmatrixschirmbild, das Verstärkungswerte anzeigt, zur Zeit wie in der Honeywell-Benutzeranleitung gezeigt erhältlich. Solche Anzeigen liefern jedoch keine ausreichenden Informationen und Werkzeuge zur Verwendung des Matrixschirmbilds zur Unterstützung des Benutzers bei Problemlösungsaufgaben. Tatsächlich verwenden im allgemeinen nur Prozeßingenieure und nicht Bediener der Steuerungen die Tabellen häufig.
Weiterhin sind zum Beispiel auf Modellen basierende prädiktive Steuerungen im allgemeinen auf Zwangsbedingungen basierende Werkzeuge, wie auch verschiedene andere Steuerungen, z.B. versuchen die Steuerungen, einen Prozeß innerhalb bestimmter Zwangsbedingungen oder Grenzen zu steuern, die für gesteuerte Prozeßvariablen definiert sind. Die Verwendung solcher auf Zwangsbedingungen basierender Techniken zur Steuerung des Prozesses führt zu der problematischen Aufgabe, in der Lage zu sein, die Beziehungen zwischen verschiedenen Zwangsbedingungsgrenzen und den aktuellen Werten für eine Prozeßvariable oder eine Vielzahl von Prozeßvariablen zu überwachen oder zu verfolgen. Zum Beispiel können in einer auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung technische harte Grenzen, Bedienerstellgrenzen, technische physikalische Grenzen und/oder verschiedene andere Grenzen für eine Anzahl verschiedener Prozeßvariablen spezifiziert werden. Ein Benutzer muß im allgemeinen die Beziehungen einer großen Anzahl von Prozeßvariablen überwachen. Traditionell gab es Informationen zur Ausführung dieser Überwachung durch Präsentation solcher Informationen in Textform. Zum Beispiel werden einem Benutzer tabellarische Werte gezeigt, die technische obere und untere harte Grenzen neben dem aktuellen Wert für eine Prozeßvariable darstellen. Der Benutzer muß dann den Text lesen und die Beziehung zwischen den relevanten Grenzen und dem aktuellen Wert formulieren. Wenn eine große Anzahl solcher Prozeßvariablen überwacht wird, ist die Aufgabe des Formulierens solcher Beziehungen schwierig.
Zusätzlich kann es zum Beispiel sein, daß ein Benutzer Parameter für eine Prozeßvariable, z.B. die Einstellung einer oberen und unteren Bedienergrenze für eine Prozeßvariable, effektiv überwachen und manipulieren muß. Bisher waren Schnittstellentechniken, mit denen dem Benutzer Informationen gezeigt und dem Benutzer ein Mittel zum Ändern eines oder mehrerer Parameter einer Prozeßvariablen zur Verfügung gestellt werden, ineffektiv. Zum Beispiel verwendet ein Benutzer in der Regel in erster Linie eine tabellarische Darstellung von Daten in bezug auf eine bestimmte Prozeßvariable, z.B. eine farbcodierte tabellarische Darstellung von Textmaterial. In einem bestimmten Fall wurden jedoch bestimmte graphische Elemente dazu verwendet, eine oder mehrere Teilmengen von Informationen, wie zum Beispiel Grenzen oder aktuelle Werte, mit ergänzendem Text zur Verwendung bei der Überwachung und Manipulation einer Prozeßvariablen zu zeigen. Solche Ansätze haben jedoch mindestens drei Probleme. Erstens sind sie schwierig zu benutzen, da sie entweder eine extensive kognitive Manipulation quantitativer Daten erfordern oder weil sie in ihrer Integration unvollständig sind. Wenn zum Beispiel eine bestimmte Graphik zusammen mit Textmaterial verwendet wurde, zeigte die Graphik dem Benutzer diese Informationen nicht effektiv. Zum Beispiel wurden zur Anzeige von Kenngrößen der bestimmten Prozeßvariablen ein Graph mit einem getrennten Paar von Linien, die Grenzen für eine Prozeßvariable angeben, ein separater Balken, der vom Bediener eingestellte Ober- und Untergrenzen für die Prozeßvariable darstellt, eine separate Linie, die einen derzeitigen Wert der Prozeßvariablen darstellt, und Klemmgrenzen innerhalb der anderen Grenzen verwendet. Bei einer solchen separaten Anzeige der Elemente fehlte es jedoch an einer Integration zur leichten Überwachung der Prozeßvariablen. Zweitens wird, indem die verschiedenen Grenzbeziehungen unabhängig angezeigt werden, wertvolle Bildschirmgrundfläche aufgebraucht, so daß es unmöglich wird, mehr als nur einige wenige Prozeßparameter auf einmal zu zeigen. Dadurch wird wieder ein Benutzer dazu gezwungen, serielle Vergleiche über mehrere Variablen hinweg durchzuführen. Drittens ermöglichen keine der bestehenden graphischen Ansätze eine direkte Manipulation der variablen Grenzen. Anders ausgedrückt muß der Benutzer angegebene Grenzen durch Verwenden eines separaten Bildschirms oder separater Textinformationen ändern.
Wie bereits erwähnt, sind die Anzeigen, mit denen einem Benutzer Informationen zur Überwachung und Manipulation von Prozeßvariablen, wie z.B. Prozeßvariablen einer Steuerung, die einen kontinuierlichen Mehrvariablenproduktionsprozeß steuert, angezeigt werden, nicht effektiv. Zum Beispiel kommt es bei einem besonderen Problem zu der Verwendung einer großen Menge an Textinformationen, wodurch der Benutzer Beziehungen zwischen verschiedenen Prozeßvariablen der Steuerung formulieren muß (z.B. Beziehungen zwischen aktuellen Werten und Prozeßgrenzen, Beziehungen aus dem Textmaterial zwischen Trends mehrerer Prozeßvariablen usw.). Außerdem erfordern solche herkömmlichen Anzeigen, die versuchen, adäquate Informationen für einen Benutzer bereitzustellen, z.B. Trendkurven, Textinformationen usw., eine unerwünschte Menge an Bildschirmgrundfläche.
Aus EP-A-0843244 ist ein Diagnosetrendanalyseverfahren zur Verwendung bei der Analyse von Motorendaten für Flugzeugmotoren bekannt. Aus US-A-5859885 ist ein Informationsanzeigesystem zur Verwendung bei der Steuerung eines Kernenergiegenerators bekannt.
Die vorliegende Erfindung liefert eine graphische Benutzeroberfläche, durch die der Benutzer seine wahrnehmungsbezogenen Stärken bei der Erkennung und Lösung von Prozeßabnormalitäten ausnutzen kann. Außerdem hilft die Schnittstelle Benutzern, z.B. Ingenieuren und Bedienern, dabei, ein besseres Verständnis einer multivariablen Steuerung zu erhalten und zu bestimmen, welche Aktionen sie unternehmen können, um die Steuerung zu unterstützen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Bereitstellung von Echtzeit Prozeßinformationen für einen Benutzer für einen in einer Prozeßanlage durchgeführten Mehrvariablenprozeß bereitgestellt, wobei der Mehrvariablenprozeß unter der Steuerung mehrerer Prozeßvariablen betreibbar ist, wobei das System folgendes umfaßt:
eine Steuerung, die betreibbar ist, um eine oder mehrere der mehreren Prozeßvariablen zu steuern und solche Prozeßvariablen darstellende Daten bereitzustellen; und
eine graphische Benutzeroberfläche, die die Prozeßvariablen darstellende Daten von der Steuerung empfängt, um auf einem einzigen Anzeigebildschirm mehrere Anzeigebereiche anzuzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Anzeigebereiche folgendes enthalten:
einen Übersichts-Trendanzeigebereich, um ein oder mehrere Trendformelemente anzuzeigen, wobei jedes Trendformelement mindestens einer Prozeßvariablen der mehreren Prozeßvariablen entspricht und Vorgeschichtedaten für die entsprechende Prozeßvariable darstellt, und
einen Prozeßvariablen-Datenanzeigebereich, um eine graphische Darstellung von Einzelheiten anzuzeigen, die einer gewählten Prozeßvariablen der mehreren Prozeßvariablen zugeordnet sind, die durch ein Benutzereingabegerät gewählt wird.
Bei einer Ausführungsform des Systems umfassen die mehreren Anzeigebereiche weiterhin einen Matrixanzeigebereich, um ein Array von Informationen anzuzeigen, das mindestens eine der einer oder mehreren Prozeßvariablen der mehreren Prozeßvariablen zugeordnete Eigenschaft beschreibt, die in Zuordnung zu dem Array aufgelistet ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Systems enthält die Steuerung eine modellgestützte Steuerung, wobei die mehreren Variablen gesteuerte Variablen, manipulierte Variablen und/oder Störungsvariablen umfassen und wobei weiterhin einer oder mehreren der Prozeßvariablen mindestens eine Menge von benutzerdefinierten Hoch- und Tiefgrenzen zugeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein durch Computer implementiertes Verfahren bereitgestellt, das einem Benutzer Echtzeit-Prozeßinformationen für einen in einer Prozeßanlage durchgeführten Mehrvariablenprozeß bereitstellt, wobei der Mehrvariablenprozeß unter der Kontrolle mehrerer Prozeßvariablen betreibbar ist, mit den folgenden Schritten:
Bereitstellen von Daten, die eine oder mehrere der Prozeßvariablen darstellen; und
Anzeigen mehrerer Anzeigebereiche auf einem einzigen Anzeigeschirmbild als Funktion der die eine oder die mehreren Prozeßvariablen darstellenden Daten, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Anzeigens der mehreren Anzeigebereiche folgendes umfaßt:
Anzeigen eines Übersichts-Trendanzeigebereichs, der ein oder mehrere Trendformelemente enthält, wobei jedes Trendformelement mindestens einer Prozeßvariablen der mehreren Prozeßvariablen entspricht und Vorgeschichtedaten für die entsprechende Prozeßvariable darstellt, und
Anzeigen eines Prozeßvariablen-Detailanzeigebereichs, um eine graphische Darstellung von Einzelheiten anzuzeigen, die einer gewählten Prozeßvariablen der mehreren Prozeßvariablen zugeordnet sind, die von einem Benutzer gewählt wird.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird außerdem ein Matrixanzeigebereich angezeigt, um ein Array von Informationen anzuzeigen, das mindestens eine der einen oder den mehreren Prozeßvariablen der mehreren Prozeßvariablen zugeordnete Eigenschaft beschreibt, die in Zuordnung zu dem Array aufgelistet ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfaßt das Verfahren ein Navigieren zu Einzelheiten, die einer gewählten Prozeßvariablen zugeordnet sind, die in dem Prozeßvariablen-Detailanzeigebereich angezeigt wird, durch Interaktion mit einer Prozeßvariablen, die in dem Matrixanzeigebereich und/oder dem Übersichts-Trendanzeigebereich dargestellt ist.
Die obige Kurzdarstellung der vorliegenden Erfindung soll nicht jede Ausführungsform oder jede Implementierung der vorliegenden Erfindung beschreiben. Vorteile und ein besseres Verständnis der Erfindung ergeben sich durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung und die Ansprüche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Prozeßsystems mit einer graphischen Benutzeroberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ein Datenflußdiagramm der in 1 gezeigten graphischen Benutzeroberfläche.
3 eine Schirmanzeige, die allgemein die Komponenten der graphischen Benutzeroberfläche von 1 zeigt.
4 eine Objektmodellübersicht über die graphische Benutzeroberfläche von 1.
5A und 5B ausführlichere Diagramme eines Prozeßvariablen-Übersichtsanzeigebereichs, wie zum Beispiel dem allgemein in 3 gezeigten.
6 ein ausführlicheres Diagramm eines Prozeßvariablen-Detail- und Ansichtsänderungsanzeigebereichs, wie zum Beispiel dem allgemein in 3 gezeigten.
7A–7G ausführlichere Diagramme einer Prozeßvariablen-Skalaschnittstelle für einen Prozeßvariablen-Detail- und Ansichtsänderungsanzeigebereich, wie in 6 gezeigt.
8 ein Diagramm einer Trennschnittstelle wie der allgemein in dem Prozeßvariablen-Detail- und Ansichtsänderungsanzeigebereich von 3 gezeigten.
9 eine ausführlichere Ansicht des Mehrvariablenprozeßmatrixanzeigebereichs, wie zum Beispiel dem allgemein in 3 gezeigten.
10 eine ausführlichere Darstellung einer Menge von zusammenfassenden graphischen Einrichtungen, wie z.B. Röhrenlibellen, die zum Beispiel in einer, wie in 9 gezeigten, Matrixanzeige verwendet werden.
11 ein Diagramm eines Prozeßvariablen-Detailschirmbilds, das von einem Benutzer aus mehreren verfügbaren Schirmbildern, wie in dem Anzeigeschirmbild von 3 gezeigt, ausgewählt werden kann.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
1 ist ein Blockschaltbild eines Prozeßsystems 10 mit einer graphischen Benutzeroberfläche 50 zur Unterstützung von Benutzern bei der Überwachung und Manipulation einer oder mehrerer Prozeßvariablen in einer Steuerung 14, die betreibbar ist, um einen durch eine Prozeßanlage 12 durchgeführten Prozeß zu steuern. Das Prozeßsystem 10 enthält die Prozeßanlage 12 zur Durchführung eines Prozesses unter der Kontrolle der Steuerung 14 und einer oder mehrerer wahlweiser Substeuerungen 16.
Die Prozeßanlage 12 stellt eine oder mehrere Anlagenkomponenten zur Durchführung eines Anlagenprozesses oder eines Teils eines Anlagenprozesses dar, die unter der Kontrolle einer oder mehrerer Prozeßvariablen einer Steuerung 14 betreibbar sind. Die Prozeßanlage 12 kann zum Beispiel eine petrochemische Raffinerie zur Durchführung eines petrochemischen Prozesses, eine Nuklearanlage, eine chemische Anlage usw. sein. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendeine bestimmte Prozeßanlage 12 beschränkt, sondern ist bei der Steuerung kontinuierlicher Multivariablen-Produktionsprozesse besonders vorteilhaft.
Die Steuerung 14 und die wahlweisen Substeuerungen 16 können eine beliebige Steuervorrichtung enthalten, die eine oder mehrere Prozeßvariablen zur Verwendung bei der Steuerung eines durch die Prozeßanlage 12 durchgeführten Prozesses enthält. Zum Beispiel können die verschiedenen hier beschriebenen Teile der graphischen Benutzeroberfläche 50 auf eine Steuerung anwendbar sein, die die Steuerung eines Prozesses über eine einzige Prozeßvariable gewährleistet. Vorzugsweise ist die Steuerung 14 jedoch eine auf Zwangsbedingungen basierende Steuerung, bei der Grenzen für die eine oder die mehreren Prozeßvariablen der Steuerung vorgesehen sind, so daß die Steuerung wirkt, um die eine oder die mehreren Prozeßvariablen während der Steuerung des durch die Anlage 12 durchgeführten Prozesses in diesen Grenzen zu halten. Obwohl die vorliegende Erfindung zur effektiven Überwachung und Manipulation von Prozeßvariablen einer Steuerung für einen beliebigen Mehrvariablenprozeß nützlich sein kann, ist die hier beschriebene graphische Benutzeroberfläche 50 besonders für die Überwachung und Manipulation von Prozeßvariablen nützlich, die einer auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung zugeordnet sind. Der Einfachheit halber erfolgt die Beschreibung der Erfindung hier in bezug auf eine auf Modellen basierende prädiktive Steuerung 14. Für Fachleute ist jedoch erkennbar, daß die hier beschriebenen Benutzeroberflächentechniken auf keinerlei Weise auf Mehrvariablenprozesse oder auf Modellen basierende prädiktive Steuerungen begrenzt sind, sondern auf verschiedene Steuerungen und verschiedene Prozesse allgemein anwendbar sein können, darunter Einzelprozeßvariablensteuerungen und -prozesse.
Wie bereits in dem Abschnitt über den Stand der Technik beschrieben wurde, enthält eine auf Modellen basierende prädiktive Steuerung 14 Algorithmen, die Steuerbewegungen als Lösung eines Optimierungsproblems zur Minimierung von Fehlern unter Berücksichtigung von Zwangsbedingungen, die entweder vom Benutzer oder vom System auferlegt werden, berechnen. Eine auf Modellen basierende prädiktive Steuerung ist in der Regel eine Steueranwendung mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen, die mehrere Variablen zur Verwendung bei der Steuerung eines Prozesses enthält. Im allgemeinen besteht die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung aus zwei Hauptteilen: erstens wird mit einem Optimierungsprogramm die beste Stelle definiert, an der der Prozeß im stationären Zustand betrieben werden kann, und zweitens definiert ein dynamischer Steueralgorithmus, wie der Prozeß auf glatte Weise ohne Verletzung jeglicher Zwangsbedingungen in das Optimum des stationären Zustands überführt werden kann. Zum Beispiel betrachtet der Optimierer mit einer spezifizierten Frequenz, z.B. einmal pro Minute, den aktuellen Zustand des Prozesses und berechnet ein neues Optimum. Aus dem Optimierer weiß die Steuerung, wo sich Prozeßvariablen in dem letzten stationären Zustand befinden sollten. Der Steueralgorithmus berechnet dann eine dynamische Menge von Änderungen für die Prozeßvariablen, um den Prozeß auf glatte Weise ohne dynamische Verletzungen von Zwangsbedingungen in den stationären Zustand zu überführen. Zum Beispiel können 60–120 Steuerbewegungen in die Zukunft hinein für eine Prozeßvariable berechnet werden. Im allgemeinen wird eine der berechneten Steuerbewegungen implementiert und der Rest verworfen. Diese Schritte werden dann reiteriert. Das Steuerziel für die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung besteht im allgemeinen darin, durch Berechnung unter Verwendung eines auf ökonomischen Werten basierenden Modells optimale gesteuerte Variablen (unten definiert) bereitzustellen.
Die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung kann zum Beispiel unter Verwendung von Produkten durchgeführt werden, die von mehreren Firmen erhältlich sind. Wie bereits in dem Abschnitt über den Stand der Technik erwähnt wurde, wird die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung zum Beispiel von einem Produkt mit dem Namen Dynamic Matrix Control (DMC) von der Firma Aspen Tech (Cambridge, MA), und von einem Produkt mit dem Namen Robust Multivariable Predictive Control Technology (RMPCT), das von Honeywell Inc. (Minneapolis, MN) erhältlich ist, wobei es sich um ein Steueranwendungsprodukt mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen handelt, das stark interaktive industrielle Prozesse steuert und optimiert, durchgeführt. Obwohl hier mehrere Steuerungen aufgelistet werden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung nur mit diesen Steuerungen beschränkt. Die Steuerungen werden lediglich zur Veranschaulichung aufgelistet und die hier beschriebenen Techniken für graphische Benutzeroberflächen sind auf alle Steuerungen anwendbar, wenn eine Überwachung und/oder Manipulation einer oder mehrerer Prozeßvariablen erwünscht ist. Außerdem erfolgt die Beschreibung in bezug auf die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung 14 sehr allgemein ausgedrückt, da Fachleute mit solchen Steuerungen und ihren Eingangs- und Ausgangssignalen vertraut sind.
Im allgemeinen enthält eine auf Modellen basierende prädiktive Steuerung 14 drei Arten von Variablen: nämlich gesteuerte Variablen, (CVs), manipulierte Variablen (MVs) und Störungsvariablen (DVs) (die manchmal auch als Vorwärtskopplungsvariablen (FFs) bezeichnet werden), obwohl andere Steuerungen andere Arten von Variablen enthalten können. Gesteuerte Variablen sind hier die Variablen, die die Steuerung versucht, innerhalb von Zwangsbedingungen zu halten. Weiterhin kann es auch erwünscht sein, bestimmte der gesteuerten Variablen zu minimieren oder zu maximieren oder auf einem Zielwert zu halten (z.B. die Speisungsdurchsatzprozeßvariable maximieren). Manipulierte Variablen sind die Variablen, wie zum Beispiel Ventile oder "Handles", die die Steuerung öffnen und schließen kann, um ein Ziel der Steuerung (z.B. Maximierung des Zuführungsdurchsatzes) zu erzielen, während alle anderen gesteuerten Variablen innerhalb ihrer Zwangsbedingungen gehalten werden. Störungsvariablen sind die Variablen, die gemessen, aber nicht gesteuert werden können. Störungsvariablen unterstützen die Steuerung durch die Bereitstellung notwendiger Informationen, wie zum Beispiel Informationen bezüglich bestimmter Faktoren, z.B. Außenlufttemperatur. Die Steuerung 14 kann dann erkennen, wie sich solche Faktoren auf andere Prozeßvariablen in der Steuerung auswirken, um so besser vorherzusehen, wie die Anlage auf Veränderungen solcher Faktoren reagieren wird. Die Substeuerungen 16 können aus einer Teilmenge manipulierter Variablen und gesteuerter Variablen bestehen. In der Regel versuchen solche Substeuerungen 16 jedoch, über Rückkopplung eine manipulierte Variable so zu steuern, daß sie innerhalb bestimmter Grenzen bleibt.
Ein Benutzer der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung 14 (z.B. ein Ingenieur, ein Bediener usw.) erhielt gewöhnlich verschiedene Arten von Informationen bezüglich der verschiedenen Prozeßvariablen, darunter Informationen bezüglich gesteuerter Variablen, manipulierter Variablen und Störungsvariablen der Steuerung 14 von der graphischen Benutzeroberfläche 50, wie weiter unten beschrieben. Der Benutzer kann solche Informationen überwachen und auf vielfältige Weisen mit der Steuerung 14 in Wechselwirkung treten, ebenfalls weiter unten beschrieben. Zum Beispiel kann der Benutzer verschiedene Arten von Grenzen ändern, die in der Steuerung enthaltenen Prozeßvariablen auferlegt werden (z.B. Änderung von Unter- oder Obergrenzen für einzelne Prozeßvariablen).
Die graphische Benutzeroberfläche 50 gibt einem Benutzer (z.B. einem Ingenieur, einem Bediener usw.) die Möglichkeit, die Steuerung 14 so zu überwachen, zu verstehen und einzustellen, daß der Benutzer effektiv mit der Steuerung in Wechselwirkung treten kann, damit der Benutzer zum Beispiel wissen kann, ob die Steuerung in der Lage sein wird, mit einer Prozeßstörung fertig zu werden. Außerdem gibt die graphische Benutzeroberfläche 50 dem Benutzer die Möglichkeit, mehrere Prozeßvariablen zu überwachen (wie z.B. Zuführungsraten, Produktraten, benutzerdefinierte Etiketten usw.), um Dinge wie oszillierende Variablen im Auge zu behalten, wenn die Prozeßvariable optimiert wird, und um Schlüsselprozeßvariablen zu überwachen, die für die Integrität der Steuerung entscheidend sind, und zwar alles auf einem einzigen Anzeigeschirmbild. Die graphische Benutzeroberfläche 50 gibt einem Benutzer Werkzeuge, wie zum Beispiel die Beziehung zwischen manipulierten Variablen und gesteuerten Variablen, einer Anzeige der Prozeßvariablen, die auf Grenzen beschränkt sind, und eine Anzeige der Beziehungen zwischen Prozeßvariablen, um eine Diagnose eines bestimmten Problems in der Steuerung 14 zu erleichtern.
Zum Beispiel kann es in verschiedenen Situationen erforderlich sein, daß der Benutzer mit der Steuerung 14 in Wechselwirkung tritt. Zum Beispiel müssen während der Wartung der Prozeßanlage verschiedene Prozeßvariablen aus der Steuerung herausgenommen werden, um Instrumente zu kalibrieren oder andere Wartungsaktivitäten durchzuführen. Es kann notwendig sein, zu bestimmen, wie die Dinge zwischen einem Wechsel von Bedienerschichten abgelaufen sind; es kann eine Anweisung von der Verwaltung oder der technischen Abteilung kommen, das Modell, die Zwangsbedingungen, die Ziele usw. zu ändern; es kann erforderlich sein, daß der Bediener Unruhen bearbeitet, indem er entweder die Steuerung unterstützt oder die Steuerung die Störung bearbeiten läßt, oder durch Ausschalten der Steuerung; oder es kann verschiedene andere Diagnoseumstände geben, wie zum Beispiel, wenn die Steuerung nicht gut abgestimmt ist, die Steuerung vorübergehende Maßnahmen zur Kompensation der Störung unternimmt; usw.
Wie in 1 gezeigt, empfängt im allgemeinen die graphische Benutzeroberfläche 50 Daten bezüglich der einen oder mehreren Prozeßvariablen von der Steuerung 14. Wie bereits erwähnt, kann die graphische Benutzeroberfläche 50 mit Bezug auf eine einzige gesteuerte Prozeßvariable verwendbar sein oder empfängt bevorzugt Daten, die mehreren Prozeßvariablen zugeordnet sind, aus der Steuerung 14.
Die graphische Benutzeroberfläche 50 enthält, wie in 1 gezeigt, eine Anzeige 58, die unter der Kontrolle der Anzeigesteuerung 56 und der Computerverarbeitungseinheit 52 betreibbar ist. Verschiedene Benutzereingabeperipheriegeräte 60 können zur Übermittlung von Informationen zu der Computerverabeitungseinheit 52 verwendet werden. Zu Benutzereingabeperipheriegeräten 60 können zum Beispiel Schreibstifte, eine Maus, eine Tastatur, ein Berührungsanzeigeschirm oder ein beliebiges anderes Benutzereingabeperipheriegerät gehören, die allgemein für graphische Benutzeroberflächen verwendet werden. Die Computerverarbeitungseinheit 52 tritt mit einem Speicher 54 in Wechselwirkung, um eines oder mehrere darin gespeicherte Programme auszuführen. Unter der Steuerung der Computerprozeßeinheit 52 stellt der Speicher 54 eine Speicherung verschiedener Informationen bereit, wie z.B. Schirminformationen, Formatinformationen, anzuzeigende Daten, oder jegliche andere Informationen, wie aus der vorliegenden Beschreibung in bezug auf die verschiedenen auf der Anzeige 58 angezeigten Schirmbilder hervorgeht.
Die Computerverarbeitungseinheit 52 paßt von ihr empfangene Informationen an. Zum Beispiel werden aus der modellprädiktiven Steuerung 14 empfangene Informationen an die Ablieferung von Anzeigeinformationen an die Anzeigesteuereinheit 56 zur Anzeige auf einer Schirmanzeige 58 angepaßt. Außerdem werden zum Beispiel über Benutzereingabeperipheriegeräte 60 empfangene Informationen zur Benutzung, z.B. Navigation oder Ablieferung zu der Steuerung 14 angepaßt, wie z.B. Grenzenänderungen für die Steuerung 14. Der Anzeigebetrieb und die Benutzereingabesteuerfunktionalität durch die Benutzereingabeperipheriegeräte 60 sind allgemein in der Technik bekannt. Zum Beispiel können Textinformationen editiert, Prozeßvariablen ausgewählt, durch Anklicken ein Hervorheben implementiert, Elemente auf Eingangsänderungen von Informationen gezogen werden usw.
Der in 1 gezeigte Speicher 54 enthält ein Modul 70 für die graphische Benutzeroberfläche (GUI), einschließlich einer Programmierung zur Verwendung bei der Bereitstellung der verschiedenen Anzeigeschirmbilder, wie hier weiter beschrieben wird, und zum Editieren solcher Anzeigeschirmbilder je nach Bedarf auf Echtzeitbasis, während Daten von der Computerverarbeitungseinheit 52 aus der Steuerung 14 empfangen werden. Zum Beispiel ermöglicht das GUI-Modul 70 den Transfer von Daten bezüglich aktueller Werte, die aus der Steuerung empfangen werden, direkt zu dem entsprechen den Objekt auf dem Anzeigeschirmbild. Außerdem ist in dem Speicher 54 ein Datenanalysemodul 72 gespeichert, das eine Programmierung enthält, die die Verarbeitung in bezug auf die aus der Steuerung 14 empfangenen Daten unterstützt, die in ihrer allgemeinen Beschaffenheit modifiziert werden sollen, bevor diese Daten zur Aktualisierung des Anzeigeschirmbilds bereitgestellt werden. Zum Beispiel dient das Datenanalysemodul 72 zur Verarbeitung von Vorgeschichtedaten, um solche Daten auf ein bestimmtes Trendformelement zur Anzeige auf später beschriebene Weise zu reduzieren.
Vorzugsweise werden Anzeigefunktionen unter Verwendung eines Standardmonitors durchgeführt (der vorzugsweise groß genug ist, um alle nachfolgend beschriebenen Anzeigebereiche anzuzeigen), und die angezeigten graphischen Elemente werden vorzugsweise mit Code in Visual Basic implementiert. Weiterhin dient zur Durchführung der erforderlichen Verarbeitung vorzugsweise ein NT-System. Für Fachleute ist jedoch erkennbar, daß jegliche geeigneten Komponenten und jeglicher geeigneter Code, die die in den Anzeigeschirmbildern der graphischen Benutzeroberfläche realisierten Techniken ausführen können und eine Wechselwirkung mit der Steuerung 14 ermöglichen, verwendet werden können, wie gemäß der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen.
2 zeigt ein beispielhaftes Datenflußdiagramm 100 für eine auf Modellen basierende prädiktive Steuerung 14, ausgestattet mit einer graphischen Benutzeroberfläche 50 gemäß der vorliegenden Erfindung. Daten 102 der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung umfassen Prozeßsteuerbefehle 105 zur Steuerung der Prozeßanlage 12 auf in der Technik wohlbekannte Weise. Zum Beispiel berechnet die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung 14 mit einer spezifizierten Frequenz einen optimalen stationären Zustand, der vorschreibt, wo sich die Werte bestimmter Prozeßvariablen befinden sollten. Danach berechnet die Steuerung eine dynamische Menge von Änderungen an den manipulierten Variablen, um den Prozessor auf glatte Weise in den stationären Zustand zu überführen, indem die gewünschten Änderungen für die manipulierten Variablen Vorrichtungen zur Implementierung solcher Änderungen, z.B. den Substeuerungen 16, Ventilen, anderen "Handles" usw. zugeführt werden. Anders ausgedrückt werden die Prozeßsteuerbefehle 105 zur Steuerung der manipulierten Variablen bereitgestellt.
Die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung 14 erzeugt verschiedene Werte, die als Daten der graphischen Benutzeroberfläche 50 im Zusammenhang mit den verschiedenen in der Steuerung 14 enthaltenen Prozeßvariablen zugeführt werden. Die der graphischen Benutzeroberfläche 50 zugeführten Daten 102 der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung umfassen mindestens Prädiktionswertdaten, Aktuellwertdaten und Modelldaten 103. Zum Beispiel umfassen die Prädiktionswertdaten die Daten, die auf den zukünftigen Steuerbewegungen basieren, die, wie oben beschrieben, für die verschiedenen Prozeßvariablen berechnet werden. Wie oben erwähnt, kann zum Beispiel die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung 14 60–120 Steuerbewegungen bis in die Zukunft hinein berechnen, wobei für die Prozeßvariablen zugeordnete vorhergesagte Werte erzeugt werden, und zwar insbesondere für die manipulierten Variablen und die gesteuerten Variablen.
Die der graphischen Benutzeroberfläche 50 zugeführten Aktuellwertdaten umfassen aktuell gemessene Werte von einer beliebigen Anzahl von Quellen. Zum Beispiel können aktuelle Werte von einer beliebigen der Substeuerungen gemessen werden, darunter Sensoren, Ventilpositionen usw. Außerdem können solche Daten direkt von einer Komponente der Prozeßanlage 12 bereitgestellt werden oder können ein Wert sein, der für eine Prozeßvariable, wie zum Beispiel eine gesteuerte Variable, von der Steuerung 14 erzeugt wird.
Modelldaten umfassen statische Informationen, wie zum Beispiel die, die mit der Steuerung 14 selbst zusammenhängen, z.B. Verstärkungsbeziehungen zwischen einer gesteuerten Variablen im Vergleich zu einer manipulierten Variablen, Verzögerungswerte, Koeffizienten verschiedener Modellgleichungen usw. Im allgemeinen sind solche Daten feste Daten und werden in vielen Fällen einmal der graphischen Benutzeroberfläche zugeführt, im Gegensatz zu den anderen Arten von Daten, die sich kontinuierlich ändern.
Die Prädiktionswertdaten, die Aktuellwertdaten und die Modelldaten werden der Computerverarbeitungseinheit 52 zugeführt und werden von dem graphischen Benutzeroberflächenmodul 70 und dem Datenanalysemodul 72 so verwendet, wie es zur Anzeige der hier weiter beschriebenen Schirmbilder erforderlich ist. Zum Beispiel empfängt das graphische Benutzeroberflächenmodul 70 Aktuellwertdaten aus der Steuerung 14 und verwendet diese aktuellen Daten zur Aktualisierung von anzuzeigenden Anzeigeobjekten 108. Außerdem werden zum Beispiel über die Computerverarbeitungseinheit 52 zur Kommunikation zurück zu der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung 14 dem graphischen Benutzeroberflächenmodul 70 Benutzereingabedaten 110 zugeführt. Zum Beispiel können die Benutzereingabedaten veränderte Grenzen für eine bestimmte Prozeßvariable umfassen, die der Steuerung 14 zur Verwendung bei weiteren Steuer- und Optimierungsberechnungen zugeführt werden.
Das Datenanalysemodul 72 verarbeitet Daten, die aus der Steuerung 14 bereitgestellt werden, um Daten zum Anzeigen von Objekten 108 bereitzustellen. Zum Beispiel kann das Datenanalysemodul 72 aktuelle Daten über einen Zeitraum hinweg empfangen und speichern, um so Trends in solchen vorgeschichtlichen gespeicherten Daten für eine oder mehrere Prozeßvariablen zu charakterisieren. Solche Trends können dann auf noch ausführlicher beschriebene Weise unter Verwendung von graphischen Trendformelementen, die verallgemeinerten Kurven solcher Daten ähneln, angezeigt werden. Außerdem kann das Datenanalysemodul 72 Vergleiche zwischen Aktuellwertdaten und eingestellten Grenzen durchführen, um so entsprechende Farbinformationen als Mittel zum Warnen eines Benutzers über bestimmte Informationen auf der Anzeige in der graphischen Benutzeroberfläche 50 anzuzeigen. Nachdem es mit der Verarbeitung der von ihm empfangenen Daten fertig ist, kann das Datenanalysemodul Daten zur direkten Manipulation von Anzeigeobjekten 108 bereitstellen, oder kann dem graphischen Benutzeroberflächenmodul 70 Informationen zuführen, wobei das graphische Benutzeroberflächenmodul 70 eine etwaige erwünschte Manipulation von Anzeigeobjekten 108 ermöglicht.
3 ist ein allgemeines Diagramm eines beispielhaften Anzeigeschirmbilds für die graphische Benutzeroberfläche 50. Im allgemeinen ist das sichtbare Feld des Anzeigeschirmbilds in drei funktionale Bereiche aufgeteilt, darunter ein Mehrvariablenprozeß-Übersichtsanzeigebereich 150, ein Mehrvariablenprozeß-Matrixanzeigebereich 200 und ein Prozeßvariablendetail- und -änderungsansichts-Anzeigeschnittstellenbereich 250.
4 ist eine Objektmodellübersicht 300 für das in 3 gezeigte Anzeigeschirmbild. Im allgemeinen handelt es sich bei dem Hauptdatenobjekt um einen Punkt 306 von mehreren Punkten 304, die Punkte des Typs manipulierte Variable, gesteuerte Variable oder Störungsvariable sein können. Dem Punkt sind viele Attribute und Methoden zugeordnet. Jeder Punkt ist dafür verantwortlich, sich selbst in dem entsprechenden Anzeigeobjekt bzw. in den entsprechenden Anzeigeobjekten anzuzeigen. Jeder Punkt wird entsprechend aktualisiert, wenn sich Daten ändern, und aktualisiert Anzeigeobjekte so, wie es notwendig ist.
Das Shell-Objekt 302 ist der Behälter für die graphische Benutzeroberflächenanwendung und enthält alle Elemente/Objekte, die in der Objektmodellübersicht nicht separat gezeigt sind, z.B. den Iterationszeittakt 157, allgemeine Steuerungsinformationen 151, Sortierfelder für Behälter für visuelle Objekte, wie zum Beispiel in dem Sortierfeldbereich 211, das Datum 146 usw. Das Shell-Objekt 302 entspricht der Anzeige-Shell 140 (siehe 3).
Die separat in der Objektmodellübersicht gezeigte Objektkonnektivität und Steuerung der anderen Elemente/Objekte wird nun zusammenfassend durch Beschreibung einiger der Objekte beschrieben. Zum Beispiel kann das Prozeßvariablenübersichtsanzeigeobjekt 308, das der Trendübersichtsanzeige 152 entspricht, ein Rahmenbehältergehäuse für Graphik sein. Solche Behälter können für eine Menge von Bildern dienen, die Zustandsinformationen von Punktobjekten darstellen. Eine Bildlistensteuerung ist Teil dieses Objekts 308 und enthält alle möglichen Bilder für die Symbole, die später ausführlicher beschrieben werden. Während der Systemkonfiguration werden die Positionen der möglichen Symbolbilder den Punktobjekten zugewiesen. Zum Zeitpunkt der Datenaktualisierung fordern die Punktobjekte von dem Anzeigeobjekt 308 an, die entsprechenden Symbole für den Zustand der Punkte anzuzeigen, die durch die Auswertung von Zustandsschätzeralgorithmen bestimmt werden, wie z.B. Vorgeschichtedaten zu Trendverhaltensreduktionsalgorithmen, wie später ausführlicher beschrieben wird.
Weiterhin ist zum Beispiel das Prozeßvariablenskalaobjekt 308, das der Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 entspricht, in Besitz eines Punktobjekts, das die Anzeige ändert. Der Benutzer kann über diese Schnittstelle Änderungen an den Punktobjektattributen vornehmen, wie z.B. Grenzen, und die Änderung kann durch Verwendung einer Texttabelle oder durch Herüberziehen eines Graphikelements, z.B. eines mit einer Maus herüber gezogenen Grenz-Flags, erfolgen. Auf ähnliche Weise ist jeder Punkt dafür verantwortlich, sich selbst als das entsprechende Prozeßvariablenskalaobjekt 308 anzuzeigen.
Es versteht sich, daß jedes der Objekte in 4 einem in 3 angezeigten Objekt entspricht. Zum Beispiel entspricht das Röhrenlibellenobjekt 310 einer zusammengefaßten graphischen Einrichtung 212, das Ansichtsänderungsanzeigeobjekt 311 entspricht dem Anzeigeschnittstellenbereich 250, das Protokolländerungsobjekt 316 entspricht der Protokollierung 260, das Matrixanzeigeobjekt 312 der Matrixanzeige 201, das kritische Parameterlistenobjekt 314 der kritischen Parameterliste 154, das Funktionswertkurvenobjekt 320 entspricht der Funktionskurve 159, und das Prozeßvariablendetailanzeigeobjekt 324 entspricht einer PV-Detailanzeige, die durch Verwendung des Sortierfelds "PV Detail" in dem Sortierfeldbereich 211 wählbar ist.
Der Mehrvariablenprozeßübersichtsanzeigebereich 150 ist im allgemeinen in vier Funktionsbereiche segmentiert, um Benutzer zu neueren Änderungen und potentiellen Problemen hin zu orientieren. Dieser Übersichtsanzeigebereich 150 unterstützt insbesondere Schichtänderungen, z.B. Personaländerungen zwischen Schichten, und eine periodische Überwachung der Steuerung 14. Im allgemeinen enthalten die vier Funktionsbereiche des Übersichtsanzeigebereichs 150 Steuerungsinformationen 151, eine Mehrvariablenprozeßtrendanzeige 152, eine kritische Parameterliste 154 und einen Trendkurvenbereich 156. Jeder dieser vier Funktionsbereiche wird nachfolgend beschrieben, wobei die Mehrvariablenprozeßtrendanzeige 152 insbesondere mit Bezug auf 5A-5B beschrieben wird.
Die Steuerungsinformationen 151 erscheinen oben in dem Übersichtsanzeigebereich 150 in Form einer Anzahl von Textfeldern und Pulldown-Menüs. Erstens befindet sich in der linken oberen Ecke des Bereichs ein Textfeld 142 mit dem Namen des aktiven Steuerungsmodells. Neben dem Textfeld 142 mit dem Namen des aktiven Steuerungsmodells befindet sich eine Textanzeige 144, die den Namen der bestimmten angezeigten Steuerung zeigt. Wenn mehr als eine Steuerung verfügbar ist, kann der Benutzer mit einer Pulldown-Menüschaltfläche aus einer Liste anderer Namen auswählen. Unter diesen Elementen befinden sich die Steuerungsbetriebsarten 153 und die Statusanzeige 155. Die Statusanzeigen können zum Beispiel Anzeigen, wie zum Beispiel Optimierung, Behandlungszwangsbedingungen usw., umfassen. Der Benutzer kann zum Beispiel durch Verwendung eines Pulldown-Menüs eine Steuerungsbetriebsart 153, wie zum Beispiel Ein, Aus, Warm usw., wählen. Die Betriebsart kann sich als Funktion des Zustands der Steuerung ändern. Als letztes markiert ein Takt 157 die Sekunden seit dem Anfang der letzten Steuerungsausführung.
Die kritische Parameterliste 154 gibt benutzerspezifizierte Informationen über eine Menge von standortspezifischen Parametern. Diese Parameter könnten eine vordefinierte Menge kritischer Prozeßvariablen oder eine dynamische Liste sein, wie zum Beispiel Prozeßvariablen in der Nähe oder außerhalb ihrer Grenzen, oder Prozeßvariablen, die andere Kriterien erfüllen. Die kritischen Parameterinformationen geben ausführliche Informationen über eine kleine Menge von Variablen, die bestimmte Kriterien dafür, kritisch zu sein, erfüllen. Eine solche kritische Parameterliste 154 kann zum Beispiel vom Benutzer definiert werden, so daß beliebige bestimmte Kenngrößen, die verfügbar sind, regelmäßig aktualisiert werden können.
Der Trendbereich 156 kann eine beliebige Anzahl von Trendkurven enthalten, die einen Teil der Gesamtfunktionalität des Systems darstellen. Wie zum Beispiel in dem Trendbereich 156 gezeigt, gibt eine Zielfunktionswertkurve 159 einem Benutzer Einblicke darüber, wie gut die Steuerung den Prozeß optimiert. Zum Beispiel kann eine Energiekurve gezeigt werden, die dafür ausgelegt ist, dem Benutzer einen Eindruck darüber zu geben, wie hart die Steuerung arbeitet, um die manipulierten Variablen einzustellen. Wie durch die Zielfunktionswertkurve 159 gezeigt, können verschiedene Farbschattierungen verwendet werden, um Grenzen anzuzeigen, um dem Benutzer weitere Informationen zu geben, zum Beispiel, wann die Kurvenwerte den Benutzer warnen sollten, daß die Steuerung nicht effektiv funktioniert.
Die Mehrvariablenprozeß-Übersichtstrendanzeige 152 ist in 5A und 5B ausführlicher gezeigt. Die Trendanzeige 152 codiert Vorgeschichtetrends für Prozeßvariablen zu Trendformelementen. Jedes Trendformelement stellt ein Trendverhalten dar. Vorzugsweise stellt jedes der Trendformelemente eine vorbestimmte Menge von Prozeßtrendverhaltensweisen dar. Solche Trendformelemente können jedoch dynamische Trends zeigen, z.B. Kurven tatsächlicher Datenpunkte, wie zum Beispiel gewählte oder abgetastete Datenpunkte. Vorgeschichte bedeutet hierbei einen beliebigen Zeitraum vor einer aktuellen Bezugszeit.
Wie in der nachfolgenden beispielhaften Menge von Trendelementen beschrieben, enthalten die Prozeßtrendverhaltensweisen vorzugsweise Verhaltensweisen, die die Änderungsrate der Prozeßvariable (d.h. Geschwindigkeit (erste Ableitung)) und die Änderungsrate der Geschwindigkeit (d.h. Beschleunigung (zweite Ableitung)) anzeigen. Der Zweck der Mehrvariablenprozeßtrendanzeige 152 besteht darin, dem Benutzer eine Übersicht auf hoher Ebene über den Zustand des Prozesses und der Steuerung zu geben. Die Trendanzeige 152 verwendet die Fähigkeit des Menschen, Anomalien in visuellen Mustern zu erkennen.
Die Trendanzeige 152 ist eine graphische Darstellung für die Ergebnisse eines Signaltrendanalysealgorithmus des Datenanalysemoduls 72, der an Daten aus der Steuerung 14 ausgeführt wird. Diese Art von Massendatenanzeige gibt eine leicht wahrgenommene Anzeige des Status vieler Prozeßvariablen, an denen der Algorithmus ausgeführt wird. Der Algorithmus kann andere Arten von Informationen visuell codieren (z.B. Abweichung von vorhergesagten Werten, Auswahl einer Variablen und unerwarteter Zustandswechsel) und unterstützt Navigation für die graphische Benutzeroberfläche 50.
Die Mehrvariablenprozeß-Übersichtstrendanzeige 152 enthält ein Feld von Übersichtsanlagekomponentensymbolen, in die Trendformelemente 176 eingebettet sind. Die Trendformelemente 176 können zum Beispiel Teil eines Felds oder einer Bitmap sein, wie zum Beispiel einer 16×16-Pixel-Bitmap, die hier als ein Prozeßvariablentrendsymbol 172 bezeichnet wird. Die Anlagenkomponentensymbole 161–164 sind vorzugsweise so geformt, daß sie einer Anlagenkomponente der Prozeßanlage 12 entsprechen. Weiterhin sind diese Anlagenkomponentensymbole 161–164 auf der Trendanzeige 152 gemäß ihrem funktionalen Ort in dem gesteuerten kontinuierlichen Multivariablenprozeß angeordnet.
In dem durch die Anlagenkomponentensymbole 161–164 definierten Rahmen sind die Prozeßvariablentrendsymbole 172 eingebettet; jedes enthält ein Trendformelement 176. In die Anlagenkomponentensymbole 161–164 ist für jede Prozeßvariable, die dieser bestimmten Anlagenkomponente der Prozeßanlage zugeordnet ist, ein Prozeßvariablentrendsymbol 172 eingebettet. Wie zum Beispiel in 5A gezeigt, enthält das Anlagenkomponentensymbol 161 zwei manipulierte Variablen 166, zwei Störungsvariablen 168 und vier gesteuerte Variablen 170, die einer bestimmten Anlagenkomponente 161 zugeordnet sind. Das Anlagenkomponentensymbol 162 enthält zwei Prozeßvariablentrendsymbole 172, das Anlagenkomponentensymbol 163 enthält dreizehn Prozeßvariablentrend symbole 172 und das Anlagenkomponentensymbol 164 enthält acht Prozeßvariablentrendsymbole 172. Vorzugsweise sind die Trendformelemente sehr nahe beieinander positioniert, damit ein Benutzer Muster von Änderungen zwischen solchen positionierten Trendformelementen 176 wahrnehmen kann.
Das Prozeßvariablentrendsymbol 172 übermittelt mehrere Arten von Informationen. Erstens gewährleistet der Signaltrendanalysealgorithmus, der Teil des Datenanalysemoduls 72 der graphischen Benutzeroberfläche 50 ist, die Reduktion des Trendverhaltens einer Prozeßvariablen auf primitive Trendelemente, die Verhaltenstypen darstellen. Wie zum Beispiel in 5B gezeigt, ist eine Menge von Trendformelementen 176 gezeigt. Die Menge von Trendformelementen 176 enthält sieben graphische Elemente 180–186; jedes dieser stellt ein verschiedenes Trendverhalten dar. Zur Veranschaulichung stellen die sieben graphischen Elemente 180–186 die folgenden Trendverhaltensweisen dar, die die Änderungsrate (d.h. Geschwindigkeit) von Prozeßvariablenwerten und außerdem die Änderungsrate der Geschwindigkeit (d.h. Beschleunigung) für die Prozeßvariablenwerte anzeigen. Das Trendformelement 180 stellt ein stationäres Verhalten dar, das Trendformelement 181 ein rampenförmiges Herauffahren, das Trendformelement 182 ein rampenförmiges Herunterfahren, das Trendformelement 183 das Verhalten einer Zunahme mit abnehmender Rate, das Trendformelement 184 das Verhalten einer Zunahme mit zunehmender Rate, das Trendformelement 185 das Verhalten einer Abnahme mit abnehmender Rate und das Trendformelement 186 das Verhalten einer Abnahme mit zunehmender Rate.
Der Signaltrendanalysealgorithmus reduziert aus der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung 14 empfangene Vorgeschichtedaten auf eines der Trendformelemente 180–186 der Menge von Trendformelementen 176. Nach einem Vergleich und einer Bestimmung, welches Trendver halten die Vorgeschichtedaten für die analysierte Prozeßvariable besser darstellt, liefert der Algorithmus die Anzeige des entsprechenden Trendformelements 180–186 entsprechend dem bestimmten Trendverhalten. Vorzugsweise wird jede Prozeßvariable auf diese Weise auf ein Trendverhalten reduziert, und ein entsprechendes Trendformelement wird für die Prozeßvariable angezeigt.
Im allgemeinen und vorzugsweise weisen die Trendformelemente 176 jeweils eindimensionale Formen auf. Die eindimensionalen Formen ähneln vorzugsweise einer generischen Kurve des bestimmten Trendverhaltens, dem es entspricht, z.B. einer horizontalen geraden Linie bei einem stationären Verhalten.
Für Fachleute ist aus der vorliegenden Beschreibung erkennbar, daß gemäß der vorliegenden Erfindung jeder beliebige Algorithmus verwendet werden kann, der Vorgeschichtedaten für eine Prozeßvariable auf eine Menge von Trendverhaltensweisen reduzieren kann. Außerdem können verschiedene Arten von Trendelementformen zur Darstellung der verschiedenen Arten von Trendverhaltensweisen verwendet werden. Verschiedene Literaturstellen beschreiben für die Trendanalyse geeignete Algorithmen, darunter: Xia, Betty Bin; "Similarity Search in Time Series Data Sets", Mu.S. Thesis, Simon Fraser University (1997); Bakshi, B.R. und Stephanopoulos, G. "Representation of Process TrendsIII. Multiscale Extraction of Trends from Process Data", Computers & Chemical Engineering, Band 18, S. 267–302 (1994); Janusz M., und Venkatasubramanian, V. "Automatic Generation of qualitative description of process trends for fault detection and diagnosis", Engng. Applic. Artif. Intell. 4, 329–339 (1991); Rengaswamy R. und Venkatasubramanian, V., "A syntactic pattern-recognition approach for process monitoring and fault diagnosis", Engng. Applic. Artif. Intell., 8, 35–51 (1995) und Cheung, J.T.-Y. und Stephanopoulos, G., "Representation of process trends. I. A formal representation framework", Computers & Chemical Engineering, Band 14, Nr. 4–5, S. 495–510 (Mai 1990). Jeder Algorithmus, der Vorgeschichtedaten, vorzugsweise neuere Vorgeschichtedaten, auf durch ein Trendprimitivenelement, z.B. verallgemeinerte Kurven, die durch einfache Linienelemente dargestellt werden, anzeigbare Trendverhaltensweisen reduziert, kann gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Außerdem können andere Kenngrößen der Prozeßvariablen mit Farbcodierung definiert werden. Zum Beispiel kann das in dem Prozeßvariablenübersichtssymbol 172 angezeigte Trendformelement 176 farbcodiert werden, um die Beziehung zwischen einem aktuellen Wert der Prozeßvariablen und benutzerdefinierten Grenzen für die Prozeßvariable wiederzugeben. Zum Beispiel kann das Trendformelement 176 in dem Anlagenübersichtssymbol 162 schwarz gefärbt werden, um anzuzeigen, daß der aktuelle Wert für die Prozeßvariable in den benutzerdefinierten Grenzen liegt, oder gelb, um anzuzeigen, daß der aktuelle Wert der Prozeßvariablen innerhalb eines bestimmten Prozentsatzes der benutzerdefinierten Grenzen liegt, oder rot, um anzuzeigen, daß der aktuelle Wert für die Prozeßvariablen um mindestens einen bestimmten Prozentsatz außerhalb von benutzerdefinierten Grenzen liegt. Diese Grenzen werden später ausführlicher mit Bezug auf andere Teile der graphischen Benutzeroberfläche 50 beschrieben.
Außerdem kann eine Farbcodierung für den Hintergrund 177 eines Prozeßvariablentrendsymbols 172 verwendet werden, wie in dem Anlagenkomponentensymbol 162 gezeigt. Zum Beispiel können Farben einer Farbpalette in einen beliebigen Algorithmus, Alarm oder Sensor eingebunden werden, der für eine bestimmte Anwendung geeignet ist. Wenn zum Beispiel eine Alarmsituation für die Prozeßvariable ersichtlich ist, kann der Hintergrund 177 des Trendsymbols grün gefärbt sein.
Jedes der Prozeßvariablentrendsymbole 172 ist mit einer entsprechenden Prozeßvariablen verknüpft, für die der Trendanalysealgorithmus ausgeführt wird. Die Prozeßvariablentrendsymbole 172 werden in zugeordnete statische Anlagenkomponentensymbole 161–164 eingebunden, oder in Bitmaps, die die Anlagenkomponente wiedergeben, für die die Prozeßvariable gilt, z.B. gelten zwei Prozeßvariablen für die Anlagenkomponente 162. Die Anlagenkomponentensymbole 161–164 gruppieren die Prozeßvariablentrendsymbole 172 sowohl visuell als auch konzeptuell, um dem Benutzer dabei zu helfen, einzuordnen, wo sich ein Problem für die Steuerung 14 befinden könnte. Eine solche Gruppierung von Trendsymbolen 172 wird durch Gruppieren der Trendsymbole 172 zu Gruppen von Prozeßvariablentypen (z.B. manipulierte Variablen, Steuervariablen und Störungsvariablen) weiter verbessert. Wie zum Beispiel in 5A gezeigt, werden mit Bezug auf das Anlagenkomponentensymbol 161 manipulierte Variablen 166 in dem oberen Bereich des Anlagenkomponentensymbols 161, Störungsvariablen 168 unter den manipulierten Variablen 166 und gesteuerte Variablen 170 in dem unteren Bereich des Anlagenkomponentensymbols 161 gruppiert. Die Gruppierung der Variablen nach Typ werden durch dünne Linien getrennt, um die Gruppen zu unterscheiden.
Die Prozeßvariablentrendsymbole 172 müssen nicht in Anlagenkomponentensymbole 161–164 eingebettet sein, um effektiv zu sein. Zum Beispiel können solche Trendsymbole 172 in einem Zeilen- und Spalten-Format angeordnet, zusammen mit Text, der den Namen der Prozeßvariablen angibt, positioniert oder auf beliebige andere Weise konfiguriert werden, die den Benutzer dabei unterstützt, betreffende Informationen daraus auszumachen.
Außerdem können die Trendformelemente 176, die das Verhalten der Prozeßvariablen darstellen, alleine oder als Teil einer Bitmap, wie der des Trendsymbols 172, die einen Hintergrund für das Trendformelement bereitstellt, angezeigt werden. Für Fachleute ist erkennbar, daß mehr als ein Trendformelement in einem Trendsymbol 172 zur Darstellung des Verhaltenstrends verwendet werden kann. Zum Beispiel kann man mit einem Trendformelement mit einem Winkel von 45°, der sich nach oben in dem Trendsymbol 172 zusammen mit einem Symbol, das eine abnehmende Rate darstellt, z.B. einem D, verwenden, um eine bestimmte Rate darzustellen, mit der sich die Prozeßvariable rampenförmig heraufbewegt. Ähnlich kann man eine beliebige Anzahl von Kombinationen von primitiven Trendformen zur Darstellung von Verhaltenstrends für die Prozeßvariable verwenden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Menge von Trendformelementen oder auf eine dadurch dargestellte Menge von Verhaltenstrends beschränkt. Ähnlich können Elemente, die Grenzen für die Prozeßvariable darstellen, in dem Trendsymbol angezeigt werden, wie z.B. eine Linie oben auf dem Symbol 172 für eine obere Grenze. Zum Beispiel könnte man mit der Anzeige einer Grenzlinie zeigen, daß sich der aktuelle Wert für die Prozeßvariable einem benutzerdefinierten Obergrenzwert nähert.
Ferner enthält die Mehrvariablenprozeß-Übersichtstrendanzeige 152 einen Statusbalken 160, der Benutzern dabei hilft, zusätzliche Informationen über die Trendsymbole 172 zu erfassen. Wenn zum Beispiel eine Maus über ein Übersichtstrendsymbol 172 geführt wird, wird eine Beschreibung der Prozeßvariablen entsprechend dem Trendsymbol zusammen mit einer kurzen Beschreibung zusätzlicher Informationen, wie zum Beispiel einem Problem-Flag oder einer Textwarnung über eine nahe Grenze oder beliebigem anderem gewünschten Textmaterial angezeigt. Der Statusbalken 160 gibt dem Benutzer eine Möglichkeit, bestimmte Informationen zu erhalten, ohne zu zusätzlichen Schirmbildern zu navigieren, wenn der Benutzer einen ungewöhnlichen Zustand sieht, wie zum Beispiel ein Trendformelement 185 für eine Abnahme mit einer abnehmenden Rate. Der Statusbalken 160 kann als Bestätigung für die Erwartung eines Benutzers eines abnormen Signals oder zum Anleiten der Problemlöseaktivität, die folgen sollte, wirken.
Die Mehrvariablenprozeß-Übersichtstrendanzeige 152 ermöglicht weiterhin eine Navigation zu ausführlicheren Informationen. Zum Beispiel ist jedes der Trendsymbole 172 mit einer bestimmten Zeile oder Spalte der Mehrvariablenprozeßmatrixanzeige 201 verknüpft, wie später ausführlicher mit Bezug auf 9 und 10 beschrieben werden wird. Außerdem kann jedes der Trendsymbole 172 oder nur das Trendformelement mit dem Prozeßvariablen-Detail- und Ansichtsänderungsanzeigeschnittstellenbereich 250 verknüpft werden. Wenn ein Benutzer eines der Trendsymbole 172 auswählt, wird eine entsprechende Zeile/Spalte einer Matrixanzeige 201 hervorgehoben, und weiterhin werden ausführlichere Informationen in bezug auf die dem ausgewählten Trendsymbol 172 entsprechende Prozeßvariable in dem Prozeßvariablen-Detail- und Ansichtsänderungsanzeigeschnittstellenbereich 250 gezeigt.
Für Fachleute ist aus der vorliegenden Beschreibung erkennbar, daß die Mehrvariablenprozeß-Übersichtstrendanzeige 152 Benutzern dabei hilft, die Leistung eines Mehrvariablenprozesses zu überwachen. Bei einem stabilen Prozeß erscheinen die Trendsymbole 172 flach und beschreibungslos. Wenn Prozeßvariablen in dem Prozeß von stabilen Zuständen abweichen und beginnen, zu anderen Zuständen überzugehen, werden die Trendsymbole 172 durch geneigte und gekrümmte Linien verzerrt, wie durch die bevorzugten Trendformelemente 176 von 5B dargestellt. Diese Verzerrung ist leicht erkennbar und lenkt die Aufmerksamkeit des Benutzers auf die im Übergang befindlichen Prozeßvariablen und warnt ihn über solche Änderungen. Im Kontext der vollständigen Prozeßschnittstelle können die einzelnen Trendsymbole 172 mit ausführlicheren Informationen über die im Übergang befindliche Prozeßvariable verknüpft werden, wie oben beschrieben, zum Beispiel durch Auswahl durch Klicken mit einer Maus oder Auswahl mit einer Tastatur.
Weiterhin ist für Fachleute erkennbar, daß die in dem Prozeßvariablen-Detail- und Ansichtsänderungsanzeigeschnittstellenbereich 250 für ein gewähltes Übersichtstrendsymbol 172 gezeigten ausführlicheren Informationen besonders insofern vorteilhaft sind, als sowohl der Anzeigebereich 150 als auch der Anzeigeschnittstellenbereich 250 auf einem einzigen Schirmbild angezeigt werden. Folglich wird die Navigation für den Benutzer sehr leicht gemacht und der Benutzer kann mehr als eine Art von Informationen auf demselben Schirmbild auswerten.
Der Prozeßvariablen-Detail- und Ansichtsänderungsanzeigeschnittstellenbereich 250 ist in 6 ausführlicher gezeigt. Der Prozeßvariablen-Detail- und Ansichtsänderungsanzeigeschnittstellenbereich 250 ermöglicht dem Benutzer eine Manipulation von Steuergrenzen einer Prozeßvariablen und das Betrachten sowohl einer visuellen als auch geschriebenen Vorgeschichte der Grenzbereiche und aktuellen Werte einer Prozeßvariablen. Der Anzeigeschnittstellenbereich 250 versucht, den Benutzer dabei zu unterstützen, genaue und gut informierte Grenzänderungen in einem sinnvollen Kontext durchzuführen.
Der Prozeßvariablen-Detail- und Ansichtsänderungsanzeigeschnittstellenbereich 250 enthält eine Trendvorgeschichte-/Prädiktionskurve 252, eine Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 und eine Schaltflächenschnittstelle 258. Für Fachleute ist erkennbar, daß 6 eine leichte Abänderung des in 3 gezeigten Anzeigebereichs 250 darstellt. Im allgemeinen sind jedoch nur Teile des Anzeigeschirmbilds umgeordnet und verschiedenen Schaltflächen werden in bezug auf die Schaltflächenschnittstelle 258 verschiedene Namen gegeben.
Im allgemeinen kann der Benutzer durch die Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 des Anzeigeschnittstellenbereichs 250 aktuelle Grenzen im Kontext des aktuellen Werts der Prozeßvariablen, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, betrachten und manipulieren. Die Schaltflächenschnittstelle 258 ermöglicht dem Benutzer eine Ansicht von Prädiktionen und der Auswirkung, die eine kleine Änderung an einer Grenze haben wird, eine Anweisung der Steuerung, diese Änderungen auszuführen, und ein Zurücksetzen der Grenzen auf Werte, die in einem vorherigen Steuerintervall verwendet wurden. Zum Beispiel initiiert die Schaltfläche "What If" 601 die Steuerung, eine Iteration dergestalt durchzuführen, daß Prädiktionen in bezug auf eine vom Benutzer auf nachfolgend ausführlicher beschriebene Weise vorgenommene veränderte Grenze in dem Anzeigebereich 260 erzeugt und betrachtet werden können. Die "Enter"-Schaltfläche 602 leitet die Steuerung dann an, diese Grenzänderungen auszuführen, wenn der Benutzer dies wünscht. Außerdem werden durch die "Restore"-Schaltfläche 603 bei Anwahl die Grenzen auf die Werte zurückgesetzt, die in dem vorherigen Steuerintervall verwendet wurden, wenn der Benutzer die Grenzänderungen nicht ausführen will.
Die Trendvorgeschichte-/Prädiktionskurve 252 liefert erweiterte Trendfähigkeit und Flexibilitäts-Zeitskala-Manipulationen. 8 zeigt ein ausführlicheres Diagramm der Trendvorgeschichte-/Prädiktionskurve 252. Zusätzlich zu einer Signalkurve 350 von Vorgeschichtewerten einer bestimmten Prozeßvariablen zeigt diese Kurve 252 außerdem eine Prädiktionstrendsignalkurve 352 des antizipierten Verhaltens für die Prozeßvariable. Ferner kann folgendes eingestellt werden: Zeitskala (z.B. eine kürzere oder längere Zeitspanne) und/oder Zeitrahmen (z.B. ein früherer oder späterer Zeitraum), die in der Trendvorgeschichtekurve 350 und in der Prädiktionskurve 352 wiedergegeben werden.
Der vertikale Maßstab 357 der Trendvorgeschichte-/Prädiktionskurve 252 stimmt mit dem Maßstab überein, der von der Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 spezifiziert wird, wie später ausführlicher beschrieben wird. Anders ausgedrückt sind die technischen harten Ober- und Untergrenzen für die Kurve 252 und die Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 äquivalent. Diese Äquivalenz erleichtert einen Vergleich des Trends mit der Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256. Zwei Balken, ein Balken oben 354 und ein Balken unten 355, zeigen die Vorgeschichte von für die Prozeßvariable gesetzten Grenzen. Zum Beispiel gibt der untere Balken 355 das Δ zwischen der vom Bediener eingestellten Untergrenze und der technischen harten Untergrenzeneinstellung an, und der obere Balken 354 zeigt das Δ zwischen der vom Bediener eingestellten Obergrenze und den technischen harten Obergrenzeneinstellungen. Wie in 8 ersichtlich, gibt der untere Balken 355 wieder, daß das Δ über das Zeitfenster hinweg gleichgeblieben ist, während der obere Balken 354 dicker wird, wodurch ein vergrößertes Δ gezeigt wird. Die Farbe des Zwangsbedingungsvorgeschichtebalkens kann sich als Funktion des Nahgrenzenstatus des aktuellen Werts der Prozeßvariablen in bezug auf benutzerdefinierte Grenzen ändern. Wenn zum Beispiel der aktuelle Wert der Prozeßvariablen zwischen dem vom Bediener eingestellten oberen Wert und dem unteren Wert liegt, dann hat der Zwangsbedingungsvorgeschichtebalken eine bestimmte Farbe, z.B. grau. Wenn der aktuelle Wert in der Nähe der harten Bedienerober- oder Untergrenzwerte liegt, dann wechselt der Balken zu einer anderen Farbe, z.B. gelb. Wenn zum Beispiel der aktuelle Wert der Prozeßvariablen entweder die vom Bediener eingestellte Ober- oder Untergrenze um mehr als 1% übersteigt, dann wechselt der Balken zu noch einer anderen Farbe, z.B. rot.
Weiterhin ist in dem Prozeßvariablen-Detail- und Ansichtsänderungsanzeigeschnittstellenbereich 250 eine Änderungsprotokollierung 260 enthalten, wie in 6 gezeigt. Die Änderungsprotokollierung 260 dokumentiert automatisch kritische Informationen über Grenzänderungen und fordert Benutzer dazu auf, Erklärungen für diese zu liefern. Wenn der Benutzer über die Schaltflächenschnittstelle 258 eine Grenzänderung "Eingibt", wird ein Protokollierungseintrag mit Feldern bereitgestellt, die die Prozeßvariable und verschiedene Parameter, wie zum Beispiel alte und neue Werte, ein Datum und ein Zeitstempel 270, 272 und den Handelnden angeben.
Mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen wird die Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 in 7A–7B ausführlicher gezeigt und beschrieben. Die verschiedenen Prozeßgrenzen, die mit der hier beschriebenen graphischen Benutzeroberfläche 50 implementiert werden können, können eine beliebige Anzahl von Mengen von Grenzen enthalten, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Art von Menge oder irgendeine Anzahl von Mengen beschränkt. Vorzugsweise werden jedoch vier Arten von Grenzen in der Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 verwendet, wie mit Bezug auf 7A–7G beschrieben werden wird. Es wird zunächst eine Definition jeder der vier Grenzen angegeben, um das Verständnis der Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 zu erleichtern.
Der Ausdruck technische physikalische Grenzwerte bedeutet hier Grenzwerte, die die physikalischen Grenzen eines Ausrüstungs- oder Instrumentationsgeräts definieren. Sie stellen den größtmöglichen Umfang einer sinnvollen Quantifizierung einer Prozeßvariablen dar. Zum Beispiel kann es technische physikalische Grenzen für Meßwerte geben, die ein Sensor liefern kann.
Harte technische Grenzwerte bedeuten hier die Grenzwerte, die von einem Benutzer, insbesondere einem Steueringenieur, verwendet werden, um einen Bereich festzulegen, über den hinweg ein Bediener oder ein anderer Benutzer sicher vom Bediener eingestellte Grenzwerte setzen kann.
Vom Bediener eingestellte Grenzwerte bedeuten hier Grenzwerte, über die Bediener Einfluß auf die Steuerung 14 ausüben. Solche Grenzen legen den Bereich fest, in dem die Steuerlösung frei wirken kann, wenn ihr ein ausreichender Freiheitsgrad gewährt wird.
Als letztes bedeuten hier Optimierungs-Soft-Grenzen, die hier anderweitig auch als Delta-Soft-Bänder bezeichnet werden, Pseudogrenzen, die ein Offset innerhalb der vom Bediener eingestellten Grenzen beschreiben, die die Optimierungsberechnungen versuchen, einzuhalten.
Die Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 enthält eine Prozeßvariablenskala 280 mit einer Skalenachse 285 (die im allgemeinen nicht auf dem Schirm angezeigt wird) und einen Maßstab 282, der sich zusammen und parallel mit der Skalenachse 285 erstreckt. Ein oder mehrere Balken 284 erstrecken sich entlang der Skalenachse 285. Jeder Balken stellt eine Menge von oberen und unteren Prozeßgrenzwerten für eine bestimmte Prozeßvariable dar. Außerdem wird eine graphische Form, wie zum Beispiel ein Zeiger 297, entlang der Skalenachse 285 angezeigt, um den aktuellen Wert der Prozeßvariablen darzustellen. Obwohl die sich entlang der Skalenachse 285 erstreckenden graphischen Balkenelemente 284 eine beliebige Anzahl verschiedener Arten von Grenzen in bezug auf die spezifische Prozeßvariable darstellen können, stellen das graphische Balkenelement bzw. die graphischen Balkenelemente 284 entweder technische harte Grenzwerte oder vom Bediener eingestellte Grenzwerte dar. Wahlweise können ein oder mehrere zusätzliche graphische Formen, z.B. ein Zeiger 298, entlang der Skala 282 positioniert werden, und geben einen oder mehrere vorhergesagte Werte für die Prozeßvariable an. Zum Beispiel kann der vorhergesagte Wert ein zukünftiger Wert oder ein vorhergesagter stationärer Wert sein. Weiterhin könnte man mit der zusätzlichen graphischen Form bzw. den zusätzlichen graphischen Formen Vorgeschichtewerte angeben, wie z.B. einen Mittelwert, Extremwerte usw.
Wie in 7A gezeigt, umfaßt der eine bzw. umfassen die mehreren graphischen Balken 284 einen ersten Balken 281, der sich entlang der Skalenachse 285 erstreckt. Ein erstes oberes Ende 286 des ersten Balkens 281 stellt eine technische harte Obergrenze und ein zweites Ende 288 eine technische harte Untergrenze dar. Vorzugsweise umfaßt der eine oder umfassen die mehreren graphischen Balkenelemente 284 einen zweiten Balken 283, der vorzugsweise innerhalb des ersten Balkens 281 angezeigt wird. Der zweite Balken 283 stellt vom Bediener eingestellte Grenzen dar. Ein erstes Ende 290 des zweiten Balkens 283 stellt eine vom Bediener eingestellte Obergrenze und ein zweites Ende 291 des zweiten Balkens 283 eine vom Bediener eingestellte Untergrenze ein. Es ist ersichtlich, daß die Grenzen auch in Textform neben der Skala gezeigt sind. Zum Beispiel ist der technische harte Obergrenzenwert in dem Textfeld 301, der vom Bediener eingestellte obere Grenzwert im Textfeld 302, der vom Bediener eingestellte untere Grenzwert im Textfeld 304 und die technische harte Untergrenze in dem Textfeld 305 gezeigt. Der aktuelle Wert der Prozeßvariablen ist in dem Textfeld 303 gezeigt.
Die schraffierten Bereiche neben dem ersten und dem zweiten Ende 290, 291 des zweiten Balkens 283, die den vom Bediener eingestellten Ober- bzw. Untergrenzwert darstellen, sind die Optimierungs-Soft-Grenzen. Diese Grenzen definieren das Delta-Soft-Oberband 295 und das Delta-Soft-Unterband 296. Die schraffierten Markierungen sind so ausgelegt, daß, wenn sich die Delta-Soft-Obergrenze und die Delta-Soft-Untergrenze überlappen (z.B. wenn die Delta-Soft-Ober- und -Untergrenze im Vergleich zu dem Bereich, der von den vom Bediener eingestellten Ober- und Untergrenzen definiert wird, groß sind), die diagonalen schraffierten Markierungen an einem Punkt, z.B. einer Linie auf dem Graphen (siehe 7C) in bezug auf den jeweiligen Anteil der Delta-Soft-Ober- und -Untergrenzen konvergieren. Dieses auftauchende Merkmal der graphischen Anzeige stellt genau einen Pseudosollwert dar, d.h. den Zieloptimierungswert, der von dem Optimierungsalgorithmus verwendet wird, wenn sich die Delta-Soft-Bänder überlappen. Wenn überhaupt möglich, wird die Steuerung 14 versuchen, die Prozeßvariable auf dem Pseudosollwert zu steuern.
Die Prozeßvariablenskala 280 enthält ferner ein Obergrenzenmanipulationsflag 292 und ein Untergrenzenmanipulationsflag 293. Diese Manipulationsflags 292, 293 können von einem Benutzer zum Ändern der eingestellten Grenzwerte verwendet werden. Abhängig von dem Autoritätsniveau eines Benutzers sind die Manipulationsflags zum Beispiel durch die Grenzbalken festgelegt, so daß der Benutzer diese manipulieren kann, wenn er autorisiert ist. Obwohl (wie in 7A gezeigt) nur das Obergrenzenmanipulationsflag 292 und das untere Manipulationsflag 293 als sich von den vom Bediener eingestellten Grenzwerten erstreckend gezeigt sind, so daß Grenzen von einem autorisierten Benutzer modifiziert werden können, können sich zum Beispiel zusätzliche Manipulationsflags von den Enden des ersten Balkens 281 auf ähnliche Weise erstrecken, damit ein Benutzer, z.B. ein Ingenieur, mit der ordnungsgemäßen Autorität, die technischen harten Grenzwerte modifizieren kann. Außerdem können sich solche Manipulationsflags von Enden der Delta-Soft-Bänder 295, 296 er strecken, damit ein Benutzer die Optimierungs-Soft-Grenzen modifizieren kann.
Die angezeigten Grenzen und der aktuelle Wert für eine Prozeßvariable sind auf einem einzigen Maßstab entlang einer einzigen Skalenachse 285 gezeigt, um einen gleichförmigen Bezugsrahmen zu erzeugen. Benutzer können Änderungen an den Grenzen vornehmen, indem sie traditionelle Texteintragsänderungen an den Textfeldern 301–302 und 304–305 vornehmen, oder durch Ziehen des Manipulationsflags 292, 293 entlang der Skalenachse 285. Diese Kombination von Merkmalen fördert sinnvolle Änderungen von Grenzen, da sie einem Benutzer ermöglichen, in einem gleichförmigen Bezugsrahmen mit relevanten Informationen in Wechselwirkung zu treten.
Der Maßstab 282 der Prozeßvariablenskala 280 stellt sich automatisch ein, um sicherzustellen, daß die Daten der Skala in einem sinnvollen Kontext angezeigt werden. Wenn ein aktueller Wert einer Prozeßvariablen, der durch den Pfeil 297 dargestellt wird, zum Beispiel wie in 7C gezeigt, außerhalb des technischen harten Grenzbereichs liegt, dann wird der Maßstab 282 dynamisch umkalibriert, um auf dem Maßstab 282 den Bereich der vom Bediener eingestellten Grenzwerte plus einem zusätzlichen Rand von 20% zu zeigen. Anders ausgedrückt wird der Maßstab geändert, so daß er nicht mehr bei 2 000 endet, sondern bei 2 200. Nur ein Ende des Maßstabs 282, wo die Auslenkung stattfindet, wird zurückgesetzt, und die anderen graphischen Elemente werden eingestellt, um in den neuen Maßstab zu passen. Der Maßstab 282 stellt sich inkrementell ein, während der aktuelle Wert der Prozeßvariablen weiter von dem technischen harten Grenzbereich fortläuft. Zum Beispiel wird jedes Mal, wenn der Pfeil innerhalb von 5% des Endes des Maßstabs 282 kommt, der Bereich des Maßstabs um zusätzliche 20% des technischen harten Grenzbereichs eingestellt. Eine solche zusätzliche Neuskalierung ist zum Beispiel in 7B gezeigt, während sich der aktuelle Wert 2 160 nähert, wie durch den Zeiger 297 gezeigt. Der Maßstabsbereich wird dann auf 2 640 erhöht, d.h. zusätzliche 20% des in 7C gezeigten vorherigen Maßstabsbereichs.
Mit einer Farbcodierung des Zeigers 297 oder anderer Elemente der Prozeßvariablenskala 280 können Beziehungen zwischen dem aktuellen Wert der Prozeßvariablen und den benutzerdefinierten Grenzen für die Prozeßvariable wiedergegeben werden. Zum Beispiel kann die graphische Form oder der Zeiger 297 eine bestimmte Farbe haben, wie z.B. grau, wenn der aktuelle Wert der entsprechenden Prozeßvariablen innerhalb des technischen Ober- und Untergrenzwerts liegt (siehe 7B). Wenn der aktuelle Wert der entsprechenden Prozeßvariablen entweder bei dem technischen Obergrenzwert oder dem technischen Untergrenzwert liegt, wie zum Beispiel innerhalb von 1%, dann kann der Zeiger 297 ferner eine andere Farbe aufweisen, z.B. gelb (siehe 7C). Wenn der aktuelle Wert der entsprechenden Prozeßvariablen, der durch den Aktuellwertzeiger 297 dargestellt wird, um mindestens einen bestimmten Prozentsatz außerhalb der technischen harten Ober- und Untergrenze liegt, dann kann weiterhin der Zeiger 297 eine noch andere Farbe aufweisen, z.B. rot (siehe 7D).
Wie in 7D gezeigt, liegt der aktuelle Wert für die Prozeßvariable außerhalb der durch den Balken 281 dargestellten technischen harten Grenzen. In einem solchen Fall können die technischen physikalischen Grenzen für die Prozeßvariable entlang der Skalenachse 285, wie durch den gestrichelten Balken 299 gezeigt, dargestellt werden. Außerdem kann ein solcher Balken 299 eine bestimmte Farbe aufweisen, wodurch der Benutzer über solche Exkursionen des aktuellen Werts gewarnt wird, oder das graphische Element 299 kann eine einfache Linie oder ein Zeiger auf dem Maßstab 282 sein, die bzw. der die technischen physikalischen Grenzen für die Prozeßvariable darstellt. Die technischen physikali schen Grenzen werden jedoch auf eine bestimmte Weise entlang der Skalenachse 285 dargestellt.
Zwei weitere beispielhafte Ausführungsformen von Fällen, in denen die Prozeßvariablenskala 280 eine andere Erscheinung haben kann, sind, wenn die Prozeßvariable eine Störungsvariable ist und die technischen harten Grenzwerte nicht definiert sind. Wie zum Beispiel in 7E gezeigt, ist bei einer Störungsvariablen die Prozeßvariablenskala 280 relativ einfach und umfaßt nur einen Maßstab 282 und einen Zeiger 297 für den aktuellen Wert der Störungsvariablen. Es sollte beachtet werden, daß die Einfachheit der Störungsvariablenskala ein Ergebnis des Umstands ist, daß Störungsvariablen nicht steuerbar sind, sondern lediglich die Steuerungsinformationen liefern.
7F zeigt eine beispielhafte Prozeßvariablenskala 280, wenn die technischen harten Grenzwerte nicht definiert worden sind. Wie dort gezeigt, werden diese Grenzen einfach aus der Prozeßvariablenskala 280 entfernt. Der Maßstab 282, wenn die technischen harten Grenzwerte nicht definiert sind, basiert auf vom Bediener eingestellten Grenzen. Zum Beispiel kann der Maßstab 120% des Bereichs der vom Bediener eingestellten Grenzen betragen.
Außerdem sind andere beispielhafte Ansichten der Prozeßvariablenskala 280 möglich. Wenn zum Beispiel ein gemeldeter Wert einer Prozeßvariablen nicht innerhalb des technischen Ober- oder Untergrenzbereichs liegt oder irrationale Daten empfangen werden, dann kann die Hintergrundfarbe zu einem Hellgelb wechseln und/oder ein Pfeil kann in einem Schattenmodus gezeigt werden, der sich auf dem letzten bekannten guten Wert befindet. Mit dem Schattenpfeil wird angezeigt, daß der Wert der Prozeßvariablen unbestimmt ist. Der Schattenpfeil könnte einen Analysiererwert darstellen, der bei der aktuellen Steuerungsiteration nicht aktualisiert wurde, oder den letzten bekannten guten Wert für eine Variable darstellen, die ihr Signal verloren hat.
Wie in 7G gezeigt, überlappen sich die schraffierten Bereiche für das Delta-Soft-Obergrenzenband und das Delta-Soft-Untergrenzenband 295, 296, wenn das Delta-Soft-Obergrenzenband plus das Delta-Soft-Untergrenzenband größer als der Bereich zwischen den vom Benutzer eingestellten Unter- und Obergrenzwerten ist. Wenn dies passiert, treffen sich zwei schraffierte Bänder an einer Linie, die an der folgenden Stelle positioniert ist: (vom Benutzer eingestellter Untergrenzwert) + [(Delta-Soft-Untergrenzband)/(Delta-Soft-Obergrenzband + Delta-Soft-Untergrenzband)]. Wenn es zu einer solchen Delta-Soft-Überlappung kommt, sollte der durch den Zeiger 297 dargestellte aktuelle Wert an der Überschneidung der schraffierten Bereiche optimiert werden, d.h. ein Pseudo-Sollwert. Folglich können die Delta-Soft-Ober- und -Untergrenzbänder so eingestellt werden, daß eine Prozeßvariable bereitgestellt wird, die auf einen Ruhewert, d.h. einen Pseudo-Sollwert, optimiert ist, wie in 7G gezeigt. Es versteht sich, daß der Bereich des Delta-Soft-Obergrenzbands im Vergleich zu dem Delta-Soft-Untergrenzband bestimmt, wo sich in der Delta-Soft-Überlappung der aktuelle Wert optimieren wird. Wenn zum Beispiel das Delta-Soft-Obergrenzband zweimal so groß wie das Delta-Soft-Untergrenzband ist, wird sich der aktuelle Wert an einer Position optimieren, die zwei Drittel über der vom Bediener eingestellten Untergrenze in den schraffierten Bereichen liegt, die die Delta-Soft-Überlappung darstellen, wie durch die obige Berechnung angegeben, d.h. (vom Bediener eingestellter Untergrenzwert) + [(Delta-Soft-Untergrenzband)/(Delta-Soft-Obergrenzband + Delta-Soft-Untergrenzband)].
Benutzer können auf vielfältige Weise die Grenzen manipulieren, zu denen sie Zugriff haben. Zum Beispiel sind hier mindestens zwei dargestellt. Benutzer können eine traditionelle Texteingabe verwenden, wie zum Beispiel in bezug auf die Textfelder 301–302 und 303–304, die rechts von der Prozeßvariablenskala 280 angezeigt sind. Als Alternative können sie die fraglichen Grenzen mit den Grenzflags 292, 293 direkt manipulieren. Dies könnte zum Beispiel dadurch erreicht werden, daß auf das Grenzflag geklickt und es auf den neuen Wert gezogen wird. Wenn der Benutzer die beiden Bedienergrenzflags auf einen selben Wert zieht, erscheint eine einzige schwarze Linie mit den beiden sichtbaren Grenzflags. Dadurch wird Sollwertsteuerung angezeigt. Vorzugsweise wird dem Benutzer nicht erlaubt, das vom Bediener eingestellte Untergrenzflag 293 auf einen Wert zu ziehen, der größer als das vom Bediener eingestellte Obergrenzflag 292 ist, oder umgekehrt. Ungeachtet der Technik, mit der eine Änderung vorgenommen wird, werden die Textfelder rechts von der Prozeßvariablenskala 280 so lange blau, bis die Enter- oder die Restore-Schaltfläche der Schaltflächenschnittstelle 258 betätigt wird, um so entweder die Änderung der Grenzen zu implementieren oder zuvor angezeigte Grenzen wieder herzustellen.
Die Prozeßvariablenskala 280 dient zum Überwachen und Manipulieren von Parametern, die einer bestimmten Prozeßvariablen zugeordnet sind, vorzugsweise in einem kontinuierlichen Mehrvariablenprozeß. Durch die Integration der Darstellung relevanter Informationen, z.B. der Balkenskala, und der Möglichkeit, steuerbare Parameter zu ändern, kann ein Benutzer schwierige Steueränderungen vornehmen.
Der Mehrvariablen-Prozeßmatrixanzeigebereich 200 enthält eine Mehrvariablen-Prozeßmatrixanzeige 201 und andere Anzeigen, wie zum Beispiel Prozeßvariableneinzelheiten, wie hier weiter mit Bezug auf 11 gezeigt und beschrieben werden wird. Zum Beispiel erhält man durch Anklicken des Matrixsortierfelds in dem Sortierfeldteil 211 des Bereichs 200 eine Anzeige der Matrixanzeige 201, während ein Klicken oder Wählen des Prozeßvariablendetailsortierfelds des Sortierfeldbereichs 211 die Prozeßvariablendetailanzeige 230 anzeigt (siehe 11).
Die Mehrvariablen-Prozeßmatrixanzeige 201 enthält im allgemeinen ein Matrix-Array von Informationen 218, darunter Informationen, die mindestens eine Beziehung zwischen einer oder mehreren gesteuerten Variablen und einer oder mehreren manipulierten Variablen oder Informationen, die eine oder mehrere Kenngrößen einer oder mehrerer Prozeßvariablen beschreiben, beschreiben. Vorzugsweise werden eine oder mehrere gesteuerte Variablen 204 entlang einer ersten Achse des Matrix-Arrays 218 und ein oder mehrere manipulierte Variablen 206 entlang einer zweiten Achse des Matrix-Arrays 218 angezeigt. Wie in 9 gezeigt, können außerdem entlang derselben Achse mit den manipulierten Variablen 206 Störungsvariablen 208 angezeigt werden.
Die gesteuerten Variablen 204 und die manipulierten Variablen 206 und die Störungsvariablen 208 sind eine Menge von Textetiketten, die entlang den Achsen der Matrix 218 angezeigt werden. Vorzugsweise umfaßt das Matrix-Array von Informationen 218 jegliche Informationen, die eine Beziehung zwischen den gesteuerten Variablen und den manipulierten Variablen 206 beschreiben, wie zum Beispiel Verstärkungswerte, Verstärkungsverzögerungskurven, Verzögerungswerte, Einflußrichtung usw. Vorzugsweise gehören zu solchen Informationen Verstärkungswerte 408. Eine Verstärkungswertematrix, die die Beziehung zwischen gesteuerten Variablen 204 und manipulierten Variablen 206 zeigt, wurde zumindest teilweise in vorherigen Anzeigen zur Verwendung mit Steuerungen verwendet. Wie zum Beispiel auf Seite 93 der Honeywell-Benutzeranleitung beschrieben wird, auf die hiermit vollständig ausdrücklich Bezug genommen wird, wird auf einem Anzeigeschirmbild ein Matrix-Array gezeigt, das Verstärkungswerte für eine Tabelle von manipulierten Variablen, gesteuerten Variablen und Störungsvariablen enthält.
Die in 9 gezeigte Matrixanzeige 201 verwendet die bekannte Verstärkungsmatrix. Ein solches Verstärkungsmatrix-Array 218 ist zum Beispiel eine Tabelle stationärer Verstärkungswerte 408 zwischen manipulierten Variablen und Störungsvariablen, die nach Spalte in einem Array angeordnet werden, relativ zu jeder der gesteuerten Variablen, die in einem Array nach Zeile angeordnet werden. Die Verstärkungswerte 408 weisen sowohl einen Betrag als auch ein Vorzeichen auf. Um die Komplexität der Matrixinformationen zu reduzieren, können die Verstärkungswerte 408 durch die Symbole –/0/+ ersetzt werden, um den Richtungseinfluß zu kennzeichnen, den eine manipulierte oder Störungsvariable auf eine gesteuerte Variable hat, ohne den Verstärkungsbetrag anzugeben. Wenn die Anzahl von Spalte oder Zeilen für eine große Anzahl von Prozeßvariablen den verfügbaren Anzeigeraum übersteigt, können Rollbalken 216 und 214 verwendet werden, um Zugang zu allen Prozeßvariablen zu schaffen.
Obwohl eine Verstärkungsmatrix bekannt ist, liefert die vorliegende Erfindung jedoch zusätzliche oder ergänzende Elemente und/oder Techniken in Kombination mit der bekannten Verstärkungsmatrix, um einem Benutzer die Werkzeuge zur effizienten Benutzung der Verstärkungsmatrix zur Hand zu geben. Wie zum Beispiel in 9 gezeigt, können gewählte Prozeßvariablen in der Matrixanzeige 201 mit einem farbigen Rechteck hervorgehoben werden, das um die gesamte gewählte Spalte oder Zeile herum gezeichnet wird. Eine solche ausgewählte Prozeßvariable wird zum Beispiel durch ein Rechteck 406 gezeigt, das um "C3 yield" und seine zugeordnete Zeile herum konstruiert wird. Durch eine solche hervorgehobene Zeile kann sich ein Benutzer auf eine bestimmte Prozeßvariable konzentrieren, und sie zeigt, wie später ausführlicher beschrieben wird, ausführlichere Informationen bezüglich der Prozeßvariablen in dem Bereich 250.
Ein weiteres ergänzendes graphisches Werkzeug zur Verwendung mit der herkömmlichen Verstärkungsmatrix ist ferner zum Beispiel die Verwendung von Farbe als visueller Hinweis. Unter normalen Bedingungen werden zum Beispiel die Verstärkungswerte in schwarzem Text auf einem weißen Hintergrund angezeigt. Die Textfarbe und die Hintergrundfarbe können jedoch verändert werden, um als visuelle Hinweise zu dienen. Zum Beispiel zeigt ein grau dargestellter Text in einer Spalte oder Zeile, wie zum Beispiel in den Zeilen 403, 405 dargestellt, daß eine Prozeßvariable aus der Steuerung ausgelassen wurde. Außerdem kann eine graue Zeile oder Spalte angeben, daß sich eine Prozeßvariable in einem Zustand befindet, der die Steuerung einen Freiheitsgrad kostet, z.B. wenn die gesteuerte Variable auf einen Sollwert oder bis herauf zu einem Grenzwert beschränkt wird, wie zum Beispiel in den Zeilen 402, 404 und in der Spalte 400 gezeigt. Weiterhin könnten zum Beispiel Spaltenhervorhebungs- oder Zeilenhervorhebungsschirmbilder von einem Pulldown-Menü in dem Werkzeugbalken gewählt werden. Eine Wahlmöglichkeit besteht zum Beispiel darin, eine graue Zeile oder Spalte anzuzeigen, um eine Variable in einem Zustand anzugeben, der nicht Teil der Endlösungsgleichung ist, wenn z.B. eine gesteuerte Variable nicht auf einer Zwangsbedingung oder eine manipulierte Variable auf einer Zwangsbedingung liegt. Eine alternative Möglichkeit ist ferner, die Zeilen und Spalten, die den Variablen zugeordnet sind, die der Benutzer verändern kann, hervorzuheben, um die Integrität der Steuerung zu verbessern (z.B. eine manipulierte Variable auf einer vom Bediener eingestellten Grenze, die innerhalb der technischen harten Grenzen liegt, oder eine gesteuerte Variable, die auf einen Sollwert beschränkt wird). Zusätzlich können andere Annotationstechniken hinzugefügt oder aktuelle Techniken modifiziert werden, um Benutzeranwendungen zu dienen.
Weiterhin und vorzugsweise ist ein ergänzendes graphisches Werkzeug, das einen Teil der Mehrvariablenmatrixanzeige 201 bildet, die zusammenfassende Skalenanzeige 210. Die zusammenfassende Skalenanzeige 210 enthält mehrere graphische Einrichtungen 212. Jede graphische Einrichtung 212 stellt mindestens einen Zustand einer entsprechenden Prozeßvariablen dar. Zum Beispiel kann die graphische Einrichtung 212 eine beliebige graphische Darstellung des Zustands des aktuellen Werts für die durch sie dargestellte Prozeßvariable sein. Weiterhin kann es sich zum Beispiel bei der graphischen Einrichtung 212 sogar um Textinformationen in bezug auf den aktuellen Wert einer bestimmten Prozeßvariablen in Verbindung mit einer oder mehreren Mengen von Grenzwerten, die der Prozeßvariablen zugeordnet sind, handeln.
Vorzugsweise umfaßt die zusammenfassende Skalenanzeige 210 eine graphische Einrichtung 212 für jede in der Matrixanzeige 201 angezeigte Prozeßvariable. Vorzugsweise ist die graphische Einrichtung in der Nähe der Prozeßvariablen positioniert, der sie entspricht, z.B. an einer Position, an der ein Benutzer visuell sowohl den Zustand der Prozeßvariablen, der durch die graphische Einrichtung 212 gezeigt wird, als auch der Verstärkungswerte in dem Matrix-Array 218 bewerten kann. Bevorzugt befindet sich die graphische Einrichtung 212 direkt neben der Textauflistung der Prozeßvariablen, z.B. zwischen dem Matrix-Array 218 und der Auflistung der Prozeßvariablen. Besonders bevorzugt ist jede der graphischen Einrichtungen 212 eine Zusammenfassung oder eine verallgemeinerte graphische Einrichtung, wie später ausführlicher in bezug auf 10 beschrieben werden wird.
Die Matrixanzeige 201 enthält weiterhin einen Freiheitsgradanzeiger 213. Der Freiheitsgradanzeiger 213, der sich in der oberen linken Ecke der Matrixanzeigeschnittstelle 201 befindet, liefert eine Anzeige der Integrität der Steuerung. Der Freiheitsgradanzeiger 213 enthält eine diagonale Linie, die sich von der Verstärkungsmatrix 218 aus erstreckt, eine kleine Box am Ende dieser Linie und eine Ziffer auf jeder Seite der Linie. Die (immer als ein positiver Wert ausgedrückte) Ziffer über der Linie ist ein Zählwert der Anzahl manipulierter Variablen in der Steuerung, die nicht auf einer Zwangsbedingung oder Grenze liegen, d.h. manipulierte Variablen, die man zur Steuerung gesteuerter Variablen verwenden kann. Die (als ein negativer Wert) ausgedrückte Ziffer unter der Linie ist ein Zählwert der Anzahl gesteuerter Variablen, die auf Sollwerte beschränkt werden, oder die auf oder außerhalb von Nebenbedingungen liegen, d.h. gesteuerte Variablen, die durch die Steuerung 14 adressiert werden müssen. Der Wert in der Box stellt die Summe dieses positiven und negativen Werts dar und wird als Freiheitsgradanzeigerwert bezeichnet. Solange die Summe größer oder gleich 0 ist, kann die Steuerung die gesteuerten Variablen auf ihren Sollwerten oder innerhalb ihrer Bereiche halten. Wenn die Summe ein negativer Wert wird, wird vorzugsweise die Hintergrundfarbe der Box zu einer bestimmten Farbe gewechselt, z.B. lila, um anzuzeigen, daß ein wichtiger Übergang stattgefunden hat.
Die Möglichkeit, genaue Freiheitsgradberechnungen durchzuführen, hängt von der Identifikation stationärer Verstärkungskoeffizienten zwischen jeder manipulierten Variablen und Störungsvariablen und jeder gesteuerten Variablen in der Steuerung ab. Dies wird als eine "volle Matrix" bezeichnet. Zur effizienten Steuerung des Prozesses ist keine volle Matrix erforderlich, und sie wird manchmal aus Kosten- und Rechenkomplexitätsgründen nicht bestimmt. Die Daten, die zur Erzeugung eines Freiheitsgradanzeigeelements erforderlich sind, werden deshalb nicht in allen Instantiierungen der Steuerung verfügbar sein.
Ein zusätzliches Merkmal der Matrixanzeige 201 ist die Möglichkeit, die Matrixanzeige 201 als eine Tafel verwenden zu können, auf der auf andere Informationen zugegriffen werden kann. Da alle Prozeßvariablen in der Steuerung 14 in der Matrixanzeige 201 dargestellt sind, kann die Matrixanzeige 201 zum Beispiel im Kontext einer größeren Schnittstelle als ein Navigationswerkzeug verwendet werden. Die Zeilen und Spalten können mit ausführlicheren Informationen für Prozeßvariablen (z.B. in anderen Anzeigebereichen) verknüpft werden, auf die durch einen Auswahlmechanismus, wie zum Beispiel Doppelklicken einer Maus, zugegriffen werden kann. Die Auswahl einer der Prozeßvariablen 204, 206, 208 führt zum Beispiel zu der Anzeige ausführlicher Informationen in dem Prozeßvariablen-Detail- und Ansichtsänderungsanzeigeschnittstellenbereich 250, der auf demselben Schirmbild mit der Matrixanzeige 201 gezeigt wird.
Zusätzlich können die angezeigten Prozeßvariablen als Funktion einer oder mehrerer Kenngrößen, wie zum Beispiel Kenngrößen der Prozeßvariablen, wie zum Beispiel Nähe zu Grenzen, Optimierungskenngrößen usw. oder Kenngrößen der Beziehungen zwischen Prozeßvariablen, wie zum Beispiel stärkste Verstärkungsbeziehung zwischen manipulierten Variablen und gesteuerten Variablen, positive Verstärkungsbeziehungen usw., gefiltert oder sortiert werden. Bei Sortierung als Funktion der einen oder mehreren Kenngrößen werden die angezeigten Prozeßvariablen in der Matrixanzeige umgeordnet, z.B. werden bestimmte Variablen an oberster Stelle der aufgelisteten Variablen angezeigt. Bei Filterung werden nur bestimmte der Prozeßvariablen, die Filterkriterien erfüllen, in der Matrixanzeige angezeigt.
Weiterhin kann die Matrixanzeige 201 zur Darstellung von Informationen über unabhängig ablaufende Rechenalgorithmen dienen. Zum Beispiel kann eine Empfindlichkeitsanalyse bestimmen, wie sehr eine variable Prozeßgrenze gelockert werden kann, bevor eine Änderung anderer Prozeßvariablenwerte stattfindet. Diese Art von Informationen kann auf die Matrixanzeige 201 abgebildet werden, da alle Prozeßvariablen dargestellt sind, und die Verstärkungen wichtige Beiträge zu dem Algorithmus selbst liefern. Zusammengefaßt liefert die Matrixanzeige 201 eine entsprechende Bühne für alle Darstellungen nützlicher Informationen für Benutzer.
Weiterhin enthält die Matrixanzeige 201 einen Rollbalken 421 und etwaiges anderes manipulierbares Element, mit denen der für die Matrixanzeige 201 und die zusammenfassende graphische Anzeige 210 geltende Zeitrahmen verändert werden kann. Anstatt daß aktuelle Werte durch jede der graphischen Einrichtungen 212 dargestellt werden, könnte zum Beispiel ein Wert für ein vergangenes oder zukünftiges Datum dargestellt werden.
Mit der Matrixanzeige 201 kann die stationäre Auswirkung vorhergesagt werden, die eine Änderung einer manipulierten 206 oder Störungsvariablen 208 auf eine gesteuerte Variable 204 haben wird. Mit solchen Informationen können Benutzer besser verstehen, wodurch eine beobachtete Verhaltensänderung in einer gesteuerten Variablen verursacht werden könnte, oder die Auswirkung vorhersagen, die eine geplante Manipulation auf eine gesteuerte Variable haben wird. Um diese Nützlichkeit bereitzustellen, werden die graphischen Einrichtungen 212 vorzugsweise in der Nähe ihrer entsprechenden Prozeßvariablen dargestellt.
Diese zusammenfassenden graphischen Einrichtungen 212, die bei einer Ausführungsform als Röhrenlibellen bezeichnet werden, sind einfache graphische Einrichtungen, die den Zustand einer Prozeßvariablen im Kontext ihrer Steuerparameter und wahlweise ihrer Optimierungsparameter beschreiben. Eine solche einfache graphische Einrichtung 212 soll hauptsächlich einem Benutzer einen allgemeinen Eindruck der Beziehung zwischen dem aktuellen Wert einer Prozeßvariablen und einer oder mehreren benutzerdefinierten Grenzen geben, wie z.B. der vom Bediener eingestellten Grenzen und der technischen harten Grenzen für eine solche Prozeßvariable. Durch die einfache Darstellung solcher Informationen wird dem Benutzer zusammenfassend gezeigt, wo sie Platz zum Manipulieren von Grenzen haben, um einer auf Zwangsbedingungen basierenden Steuerung 14 zu helfen, und der Benutzer kann den aktuellen Status der Prozeßvariablen in Beziehung zu eingestellten Grenzen bewerten. Weiterhin kann man mit solchen einfachen graphischen Einrichtungen 212 den aktuellen Wert einer Prozeßvariablen im Kontext ihres Optimierungsziels zeigen. Dadurch kann der Benutzer bewerten, wie gut dieses Ziel von einer bestimmten Prozeßvariablen erfüllt wird.
Eine beispielhafte Menge zusammenfassender graphischer Einrichtungen 452 ist in 10 gezeigt. Die Menge zusammenfassender graphischer Einrichtungen 452, wie z.B. Röhrenlibellen, stellt verschiedene Zustände für eine Prozeßvariable dar. Im allgemeinen enthält jede der zusammenfassenden graphischen Einrichtungen 452 eine Achse 501 und mindestens ein Paar von Ober- und Untergrenzenelementen (z.B. 500, 502), die auf der Skalenachse angezeigt werden, die benutzerdefinierte Prozeßgrenzwerte für eine entsprechende Prozeßvariable darstellen. Eine graphische Form 504 (z.B. ein kleiner hohler Kreis im Fall einer zusammenfassenden graphischen Einrichtung des Röhrenlibellentyps) dient zur Darstellung eines Zustands, z.B. des aktuellen Werts, der Prozeßvariablen auf der Skalenachse 501 in bezug auf die benutzerdefinierten Prozeßgrenzwerte für die Prozeßvariablen, d.h. die graphische Form 504 wird auf der Achse 501 an einer Position gezeigt, die den aktuellen Wert der Prozeßvariablen angibt. Vorzugsweise wird der aktuelle Wert der Prozeßvariablen dargestellt. Es können jedoch auch vorhergesagte zukünftige Werte und/oder Vorgeschichtewerte zusätzlich zu dem aktuellen Wert oder anstelle des aktuellen Werts gezeigt werden.
Diese sehr simplistische Form der Darstellung des Zustands, z.B. des aktuellen Werts, einer Prozeßvariablen in bezug auf eine oder mehrere Mengen von Grenzen ermöglicht dem Benutzer eine schnelle Bewertung einer bestimmten Prozeßvariablen. Zusätzlich zu der graphischen Form, die den aktuellen Wert der Prozeßvariablen darstellt, kann ein graphisches Symbol, wie zum Beispiel das in den beispielhaften zusammenfassenden graphischen Einrichtungen 452h, 452i und 452j gezeigte, zur Darstellung von Optimierungsinformationen verwendet werden, die der Prozeßvariablen zugeordnet sind, die der graphischen Einrichtung entspricht.
Die beispielhaften zusammenfassenden graphischen Einrichtungen 452a–j sollen ausführlicher beschrieben werden, um die durch solche beispielhaften Ausführungsformen dargestellten Zustände zu illustrieren. Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452a stellt einen normalen Zustand dar, wobei vom Bediener eingestellte Grenzen 502 und technische harte Grenzen 500 gezeigt sind. Zum Beispiel können solche technische harte Grenzen und vom Bediener eingestellte Grenzen 502 durch parallele Linien dargestellt werden, die sich orthogonal zu der Skalenachse 501 erstrecken. Für Fachleute ist jedoch erkennbar, daß solche vom Bediener eingestellten Grenzen 502 und technische harte Grenzen 500 durch ein beliebiges graphisches Element dargestellt werden können, dessen Beschaffenheit simplistisch ist, um eine effektive Benutzerbewertung zu ermöglichen. Anstatt paralleler Linien können zum Beispiel andere graphische Elemente, wie etwa Dreiecke, Kurven, Zeiger usw. zur Illustration solcher Grenzen verwendet werden. Die graphische Form 504 ist an einer Position auf der Achse 501 gezeigt, die den aktuellen Wert der Prozeßvariablen darstellt, der die graphische Einrichtung entspricht.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452b stellt einen normalen Zustand dar, wobei vom Bediener eingestellte Grenzen auf die technischen harten Grenzen 500 eingestellt werden. Folglich erscheinen die parallelen Linien im allgemeinen in doppelter Dicke an den äußeren Bereichen der zusammenfassenden graphischen Einrichtung entlang der Skalenachse 501. Die graphische Form 504 ist an einer Position auf der Achse 501 gezeigt, die den aktuellen Wert der Prozeßvariablen darstellt, der die graphische Einrichtung entspricht, z.B. befindet sich in dieser Darstellung der aktuelle Wert auf der Mitte der technischen harten Grenze 500 und der vom Bediener eingestellten Grenze 502.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452c stellt einen normalen Zustand für den aktuellen Wert dar, wenn keine technischen harten Grenzen definiert sind. Folglich ist nur eine Menge paralleler Linien 502, die die vom Bediener eingestellten Grenzen darstellt, in der zusammenfassenden graphischen Einrichtung 452c gezeigt. Die graphische Form 504 ist an einer Position auf der Achse 501 gezeigt, die den aktuellen Wert der Prozeßvariablen darstellt, der die graphische Einrichtung entspricht, z.B. befindet sich bei dieser Darstellung der aktuelle Wert auf der Mitte der technischen harten Grenzen 500 und der vom Bediener eingestellten Grenzen 502.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452d stellt einen aktuellen Wert innerhalb von 0,1% einer der beiden vom Bediener eingestellten Grenzen 502 dar. Bei einer solchen Konfiguration befindet sich die graphische Form 504 direkt neben einer der parallelen Linien, die die vom Bediener eingestellten Grenzen darstellen.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452e stellt einen aktuellen Wert für die Prozeßvariable dar, die um mehr als 1% von den vom Bediener eingestellten Grenzen 502 entfernt ist, aber sich innerhalb der technischen harten Grenzen 500 befindet. Folglich befindet sich die graphische Form 504 zwischen einer vom Bediener eingestellten Grenze 502 und einer technischen harten Grenze 500.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452f stellt einen normalen aktuellen Wert für die Prozeßvariable dar, die auf den Sollwert beschränkt wird. Bei einer solchen Konfiguration wird die graphische Form 504 zwischen die technischen harten Grenzen 500 und auf eine einzige Tangentiallinie gesetzt, wobei die Flügelspitzen 506 gezeichnet sind, um den Ort des Sollwerts zu bezeichnen. Es versteht sich, daß gegebenenfalls ein zusätzliches graphisches Symbol mit der graphischen Form 504 verwendet werden kann, um den Ort eines Sollwerts zu bezeichnen. Zum Beispiel kann anstelle der einzigen Tangentiallinie mit Flügelspitzen 506 ein auf die Skalenachse 501 gerichteter Zeiger verwendet werden.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452g stellt eine Prozeßvariable in einem aufgewundenen Zustand dar. Anders ausgedrückt liegen andere Prozeßvariablen mit Grenzen, die sich auf diese bestimmte Prozeßvariable auswirken, an Grenzen und diese bestimmte Variable ist deshalb aufgewunden. Eine Steuerung 14 kann zur Erkennung eines solchen aufgewundenen Prozeßvariablenzustands verwendet werden, um so der graphischen Schnittstelle eine Anzeige eines solchen Ereignisses zu geben. Wie in 10 gezeigt, wird der aufgewundene Zustand durch eine gestrichelte Linie 508 neben der graphischen Form 504 dargestellt. Die graphische Form 504 ist an einer Position auf der Achse 501 gezeigt, die den aktuellen Wert der Prozeßvariablen darstellt, der die graphische Einrichtung entspricht, z.B. befindet sich bei dieser Darstellung der aktuelle Wert zwischen den technischen harten Grenzen 500 und den vom Bediener eingestellten Grenzen 502. Wenn ein aufgewundener Zustand angezeigt ist, wird die gestrichelte Linie neben der graphischen Form in der Richtung gezeigt, in der sich die Variable nicht bewegen kann. Dieser Zustand zeigt an, daß die Prozeßvariable zwar Bewegungsraum zu haben scheint, sich aber nicht bewegen wird, da sie aufgewunden ist (z.B. hat die signalabwärts befindliche Steuereinrichtung eine physikalische Grenze erreicht, obwohl die gesteuerte Variable innerhalb akzeptabler Grenzen liegt).
Die zusammenfassenden graphischen Einrichtungen 452h, 452i und 452j enthalten jeweils nicht nur Zustände, die den aktuellen Wert der Prozeßvariablen relativ zu einer oder mehreren Mengen von benutzerdefinierten Grenzen darstellen, sondern auch ein graphisches Symbol, das Optimierungsinformationen für die bestimmte Prozeßvariable darstellt. Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452h enthält technische harte Grenzen 500, vom Bediener eingestellte Grenzen 502 und einen Zeiger oder Pfeil 510, der auf die Obergrenzen gerichtet ist, wodurch eine Prozeßvariable angezeigt wird, die maximiert werden soll, oder anders ausgedrückt, eine Prozeßvariable, die einen negativen linearen Koeffizienten aufweist.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452i gleicht sehr der zusammenfassenden graphischen Einrichtung 452h, mit der Ausnahme, daß die Prozeßvariable minimiert werden soll, wie durch das graphische Symbol eines Pfeils oder einer Zeigeeinrichtung 512 angegeben wird, die auf die technische harte Untergrenze gerichtet ist, oder anders ausgedrückt, wird eine Prozeßvariable dargestellt, die einen positiven linearen Koeffizienten aufweist.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452j enthält eine graphische Form 504 und weiterhin mit einem graphischen Symbol 514, z.B. in diesem Fall eine Schraffur, die anzeigt, daß diese bestimmte Prozeßvariable einen von Null verschiedenen quadratischen Koeffizienten aufweist, wodurch angezeigt wird, daß der Optimierer einen Ruhewert für die Prozeßvariable sucht. Die graphische Form 504 ist an einer Position auf der Achse 501 gezeigt, die den aktuellen Wert der Prozeßvariablen darstellt, der die graphische Einrichtung entspricht, z.B. befindet sich bei dieser Darstellung der aktuelle Wert auf der Mitte der technischen harten Grenzen 500 und der vom Bediener eingestellten Grenzen 502.
Die Endpunkte der Achse 501 für jede der graphischen Einrichtungen 452 sind fest, und sie geben einen von zwei Maßstabbereichen wieder. Wenn harte Ingenieur-Grenzwerte angegeben werden, dann wird der Maßstabsbereich auf den Bereich dieser Werte normiert. Wenn die technischen harten Grenzwerte nicht verfügbar sind, dann wird der Maßstabsbereich so eingestellt, daß er die vom Bediener eingestellte obere bzw. untere Grenze +/–20% wiedergibt. In jedem Fall bezeichnen vorzugsweise orthogonal zu der Achse gezeichnete Grenzlinien die vom Bediener eingestellten Grenzwerte. Im allgemeinen werden technische harte Grenzen als dunkelgraue orthogonale Linien gezeichnet, die Endlinien überlagert werden, die sich über mehrere graphische Einrichtungen hinweg erstrecken können, wie durch die Linien 540 und 541 gezeigt. Vorzugsweise sind die Linien, die vom Bediener eingestellte Grenzen darstellen, kürzer als die Linien, die technische harte Grenzen darstellen.
Für Fachleute ist erkennbar, daß jede beliebige graphische Form anstelle eines in diesem veranschaulichenden Beispiel dargestellten kleinen hohlen Kreises 504 verwendet werden kann, um den aktuellen Wert der Prozeßvariablen im Kontext der normierten Bereiche zu zeigen, die im Kontext der vom Benutzer definierten Grenzen definiert sind. Ferner kann man eine Farbcodierung in Verbindung mit der graphischen Form verwenden, so wie sie bei den vorherigen beispielhaften Ausführungsformen gezeigt wurden. Zum Beispiel kann man mit einer Farbe (z.B. grau) einer Farbpalette zeigen, daß der aktuelle Wert der Prozeßvariablen zwischen vom Bediener eingestellten Grenzen liegt (siehe die zusammenfassende graphische Einrichtung 452a), eine andere Farbe (z.B. gelb) kann für die graphische Form verwendet werden, wenn der aktuelle Wert der Prozeßvariablen in der Nähe der vom Bediener eingestellten Grenzen liegt (siehe die zusammenfassende graphische Einrichtung 452d), und eine weitere Farbe (z.B. rot) kann verwendet werden, wenn der aktuelle Wert der Prozeßvariablen die vom Benutzer eingestellten Grenzen übersteigt (siehe die zusammenfassende graphische Einrichtung 452e).
Die Verwendung der zusammenfassenden graphischen Einrichtung 452 gewährleistet eine Überwachung des Verhaltens einer Prozeßvariablen im Kontext ihrer Steuergrenzen und sogar ihrer Optimierungsziele. Ein Benutzer kann dies durch Wahrnehmen der Position der graphischen Form, z.B. Blase, in bezug auf ihre Grenzen, z.B. technische harte Grenzen oder vom Bediener eingestellte Grenzen, durchführen. Zusätzlich kann der Benutzer die Beziehung zwischen den beiden Mengen von Grenzen durch Betrachten des Raums zwischen den jeweiligen oberen und unteren Werten wahrnehmen. Weiterhin kann der Benutzer die Optimierungsleistung der Variablen durch Verwendung von Optimierungswarteschlangen und der Aktuellwertanzeige bewerten, ob sich die Variable mit ihren gegebenen Optimierungszielen wie erwartet verhält. Wiederum können Diskrepanzen zwischen dem erwarteten und dem beobachteten Verhalten den Benutzer dazu führen, die Dinge weiter zu untersuchen.
Es können verschiedene andere Matrixarrays von Informationen in bezug auf mehrere Prozeßvariablen angezeigt werden, wie in dem veranschaulichenden Diagramm von 11 gezeigt. Zum Beispiel ist in 11 eine Matrix-Array-Anzeige 230 von Prozeßvariablenskalen 280 für verschiedene manipulierte Variablen, gesteuerte Variablen und Störungsvariablen gezeigt, wenn ein Benutzer das Sortierfeld "PV Detail" aus dem Sortierfeldbereich 211 in 9 auswählt. Nach Auswahl eines "Trend"-Sortierfelds des Sortierfeldbereichs 211 (siehe 9) kann ähnlich eine Trendansicht mit mehrerer Kurven der Trendvorgeschichte/-prädiktion, wie zum Beispiel den in 6 gezeigten, z.B. die Kurven 252, parallel in einer Displayansicht zu einem Array angeordnet werden. Ähnlich kann nach Auswahl des "Parameter"-Sortierfelds in dem Sortierfeldbereich 211 (siehe 9) eine Ansicht von Einzelheiten und Abstimmschirmbildern bereitstellen.
Alle hier angeführten Patente und Literaturstellen werden hier vollständig so aufgenommen, als ob sie getrennt aufgenommen worden wären. Obwohl die Erfindung mit besonderem Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, können innerhalb eines in Betracht gezogenen Schutzumfangs der Ansprüche, wie Fachleuten wohlbekannt ist, Variationen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.

Claims

System, das einem Benutzer Echtzeit-Prozeßinformationen für einen in einer Prozeßanlage (12) durchgeführten Mehrvariablenprozeß bereitstellt, wobei der Mehrvariablenprozeß unter der Kontrolle mehrerer Prozeßvariablen betreibbar ist, wobei das System folgendes umfaßt: eine Steuerung (14), die betreibbar ist, um eine oder mehrere der mehreren Prozeßvariablen zu steuern und solche Prozeßvariablen darstellende Daten bereitzustellen; und eine graphische Benutzeroberfläche (50), die die Prozeßvariablen darstellende Daten von der Steuerung empfängt, um auf einem einzigen Anzeigebildschirm (58) mehrere Anzeigebereiche anzuzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Anzeigebereiche folgendes enthalten: einen Übersichts-Trendanzeigebereich (150), um ein oder mehrere Trendformelemente anzuzeigen, wobei jedes Trendformelement mindestens einer Prozeßvariablen der mehreren Prozeßvariablen entspricht und Vorgeschichtedaten für die entsprechende Prozeßvariable darstellt, und einen Prozeßvariablen-Datenanzeigebereich (250), um eine graphische Darstellung von Einzelheiten anzuzeigen, die einer gewählten Prozeßvariablen der mehreren Prozeßvariablen zugeordnet sind, die durch ein Benutzereingabegerät gewählt wird.
System (10) nach Anspruch 1, wobei die mehreren Anzeigebereiche weiterhin einen Matrixanzeigebereich (200) enthalten, um ein Array von Informationen anzuzeigen, das mindestens eine der einen oder den mehreren Prozeßvariablen der mehreren Prozeßvariablen zugeordnete Eigenschaft beschreibt, die in Zuordnung zu dem Array aufgelistet ist.
System (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (14) eine modellgestützte Steuerung enthält, wobei die mehreren Variablen gesteuerte Variablen, manipulierte Variablen und/oder Störungsvariablen umfassen und wobei weiterhin einer oder mehreren der Prozeßvariablen mindestens eine Menge von benutzerdefinierten Hoch- und Tiefgrenzen zugeordnet ist.
Durch Computer implementiertes Verfahren, das einem Benutzer Echtzeit-Prozeßinformationen für einen in einer Prozeßanlage (12) durchgeführten Mehrvariablenprozeß bereitstellt, wobei der Mehrvariablenprozeß unter der Kontrolle mehrerer Prozeßvariablen betreibbar ist, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen von Daten, die eine oder mehrere der Prozeßvariablen darstellen; und Anzeigen mehrerer Anzeigebereiche auf einem einzigen Anzeigebildschirm (58) als Funktion der die eine oder die mehreren Prozeßvariablen darstellenden Daten, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Anzeigens der mehreren Anzeigebereiche folgendes umfaßt: Anzeigen eines Übersichts-Trendanzeigebereichs (150), der ein oder mehrere Trendformelemente enthält, wobei jedes Trendformelement mindestens einer Prozeßvariablen der mehreren Prozeßvariablen entspricht und Vorgeschichtedaten für die entsprechende Prozeßvariable darstellt, und Anzeigen eines Prozeßvariablen-Datenanzeigebe reichs (250), um eine graphische Darstellung von Einzelheiten anzuzeigen, die einer gewählten Prozeßvariablen der mehreren Prozeßvariablen zugeordnet sind, die von einem Benutzer gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Anzeigen der mehreren Anzeigebereiche das Anzeigen eines Matrixanzeigebereichs (200) umfaßt, um ein Array von Informationen anzuzeigen, das mindestens eine der einen oder den mehreren Prozeßvariablen der mehreren Prozeßvariablen zugeordnete Eigenschaft beschreibt, die in Zuordnung zu dem Array aufgelistet ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die mehreren Variablen gesteuerte Variablen, manipulierte Variablen und/oder Störungsvariablen umfassen und wobei bei dem Verfahren weiterhin einer oder mehreren der Prozeßvariablen mindestens eine Menge von benutzerdefinierten Hoch- und Tiefgrenzen für eine oder mehrere der Prozeßvariablen bereitgestellt wird.