DE60019349T2

DE60019349T2 - Multivariable Prozesstrendanzeige und darauf abgestimmtes Verfahren

Info

Publication number: DE60019349T2
Application number: DE60019349T
Authority: DE
Inventors: Gregory A. Fridley Jamieson; Peter T. Golden Valley Bullemer; Stephanie A. E. White Bear Lake Guerlain
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: ATE292815T1; WO2001002919A1; PT1194821E; CA2377572C; EP1194821A1; ES2204654T3; ATE247843T1; AU6070100A; EP1321840A2; DK1194821T3; DE60004673D1; JP2003504712A; EP1321840A3; EP1321840B1; US6577323B1; DE60004673T2; EP1194821B1; CA2377572A1; DE60019349D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Prozeßsteuerung und insbesondere graphische Benutzeroberflächen und Anzeigen für die Prozeßsteuerung.
Es kommen Anzeigentechnologien auf, die für vielfältige Anwendungen wichtig sind. Zum Beispiel wurden verschiedene graphische Benutzeroberflächen und Anzeigen für die persönliche Datenverarbeitung, Finanzdienstanwendungen usw. entwickelt. Jüngste Fortschritte in der Hardware- und Softwaretechnologie ermöglichen die Entwicklung leistungsstarker graphischer Benutzeroberflächen.
Es werden zur Zeit verschiedene Typen von Prozeßsteuersystemen verwendet, wie zum Beispiel die Steuerung von Prozessen, die unter der Kontrolle einer einzigen Variablen betreibbar sind, bis hin zu Prozessen, die mit Steuerungen gesteuert werden, die mehrere Variablen steuern können. Die Steuerung eines Prozesses wird häufig unter Verwendung von mikroprozessorgestützten Steuerungen, Computern oder Workstations implementiert, die den Prozeß überwachen, indem sie Befehle und Daten zu Hardwareeinrichtungen senden und von diesen empfangen, um entweder einen bestimmten Aspekt des Prozesses oder den gesamten Prozeß als Ganzes zu steuern. Zum Beispiel verwenden viele Prozeßsteuersysteme Instrumente, Steuereinrichtungen 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 ausgewählt und gesteuert, um ein gewünschtes Prozeßziel, wie zum Beispiel einen sicheren und effizienten Betrieb von in dem Prozeß verwendeten Maschinen und Geräten, zu erreichen. Prozeßsteuersysteme finden vielfältig Anwendung bei der Automatisierung industrieller Prozesse, wie zum Beispiel der in der chemischen, Öl- und Produktionsindustrie verwendeten Prozesse.
In den letzten Jahren wurden fortschrittliche Prozeßsteuersysteme zur Steuerung von Mehrvariablenprozessen entwickelt. Eine Art von Prozeß basiert zum Beispiel auf der Konfiguration oder Programmierung erweiterter Steuerungen auf der Basis von Wissen des Technikers bzw. von Technikern (z.B. mit Vorwärtskopplungs-, Signalauswähl- und Kalkulationsblöcken), um eine Prozeßanlage kontinuierlich in Richtung eines bestimmten bekannten Betriebszustands zu steuern. Eine andere Art erweiterter Prozeßsteuerung ist die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung. Techniken der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung haben aufgrund ihrer Fähigkeit, Mehrvariablen-Steuerziele bei Anwesenheit von Totzeit, Prozeßnebenbedingungen und Modellierungsunbestimmtheiten Mehrvariablen-Steuerziele zu erreichen, große Akzeptanz in der Prozeßindustrie gefunden.
Im allgemeinen gehören zu Techniken der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung Algorithmen, die Steuerbewegungen als Lösung für ein Optimierungsproblem zur Minimierung von Fehlern unter Berücksichtigung von Nebenbedingungen, die entweder vom Benutzer oder durch das System auferlegt werden, berechnen. Ein Algorithmus der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung 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 zum Ablaufenlassen des Prozesses im stationären Zustand definiert und zweitens definiert ein dynamischer Steueralgorithmus, wie der Prozeß auf glatte Weise ohne Verletzung etwaiger Nebenbedingungen zu dem stationären Optimum bewegt werden kann. Zum Beispiel betrachtet mit einer spezifizierten Frequenz von z.B. einmal pro Minute der Optimierer den aktuellen Zustand des Prozesses und berechnet ein neues Optimum. Von dem Optimierer weiß die Steuerung, wo sich die Prozeßvariablen im stationären Endzustand befinden sollten. Der Steueralgorithmus berechnet dann eine dynamische Menge von Änderungen für die Prozeßvariablen, um den Prozeß ohne dynamische Verletzungen von Nebenbedingungen auf glatte Weise in den stationären Zustand zu überführen. Zum Beispiel können für eine Prozeßvariable 60–120 Steuerbewegungen in die Zukunft hinein berechnet werden. Im allgemeinen wird eine dieser berechneten Steuerbewegungen implementiert und der Rest 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 ökonomischen Werten basierenden Modells optimale gesteuerte Variablen zu gewährleisten.
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 durch ein DMC-Produkt (Dynamic Matrix Control) durchgeführt, das von Aspen Tech (Cambridge, MA) erhältlich ist, und durch ein RMPCT-Produkt (Robust Multivariable Predictive Control Technology), das von Honeywell Inc. (Minneapolis, MN) erhältlich ist, und das ein Steueranwendungsprodukt mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen ist, das hochinteraktive industrielle Prozesse zum Beispiel bei Verwendung in geeigneten automatisierten Steuersystemen steuert und optimiert.
Eine auf Modellen basierende prädiktive Steuerung enthält im allgemeinen 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 Nebenbedingungen zu halten. Ferner kann es auch erwünscht sein, einen Teil der gesteuerten Variablen zu minimieren oder zu maximieren (z.B. die Förderdurchsatzprozeßvariable zu maximieren). Manipulierte Variablen sind die Variablen, wie zum Beispiel Ventile, die die Steuerung öffnen und schließen kann, um zu versuchen, ein Ziel der Steuerung (z.B. Maximierung des Förderdurchsatzes) zu erzielen, während alle gesteuerten Variablen innerhalb ihrer Nebenbedingungen gehalten werden. Störvariablen sind die Variablen, die gemessen, aber nicht gesteuert werden können. Steuerungsvariablen helfen der Steuerung durch Bereitstellen notwendiger Informationen, wie zum Beispiel Informationen bezüglich bestimmter Faktoren wie etwa der Außenlufttemperatur. Die Steuerung kann dann erkennen, wie sich solche Faktoren auf andere Prozeßvariablen in der Steuerung auswirken werden, um so besser vorherzusagen, wie die Anlage auf gemessene Störungen reagieren wird.
Einem Benutzer der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung (z.B. einem Techniker, einem Bediener usw.) wurden gewöhnlich verschiedene Arten von Informationen bezüglich der verschiedenen Prozeßvariablen bereitgestellt, darunter Informationen bezüglich der gesteuerten Variablen, manipulierten 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 gegeben. Der Benutzer kann auf verschiedene Weisen solche Informationen überwachen und mit der Steuerung in Dialog treten. Zum Beispiel kann der Benutzer die Steuerung ein- und ausschalten, einzelne Prozeßvariablen in die Steuerung einbeziehen und aus dieser herausnehmen, verschiedene Arten von in der Steuerung enthaltenen Prozeßvariablen auferlegten Grenzen ändern (z.B. Unter- oder Obergrenzen für einzelne Prozeßvariablen ändern), 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 Dialog treten kann (z.B. Ändern von Grenzen von Prozeßvariablen), müssen dem Benutzer jedoch geeignete Steuerungsinformationen präsentiert 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. präsentiert werden. Solche Informationen sollten auf eine solche Weise präsentiert werden, daß ein Benutzer die Leistungsfähigkeit 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 Schirmanzeigen zum Präsentieren von Informationen bezüglich der Steuerung für einen Benutzer verwendet wurden (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 ausdrücklich und vollständig Bezug genommen wird und die im folgenden als „Honeywell-Benutzerhandbuch" bezeichnet wird), so daß der Benutzer Parameter in bezug auf eine oder mehrere Prozeßvariablen in dem dadurch gesteuerten Prozeß überwachen und manipulieren kann, war die Effektivität einer solchen Schnittstelle mangelhaft und die Benutzer können Schwierigkeiten haben, die erforderlichen Überwachungs- und Steuerfunktionen durchzuführen.
Eine Schwierigkeit bei der parallelen Überwachung mehrerer dynamischer Prozeßvariablen besteht zum Beispiel darin, daß im allgemeinen viel Schirmgrund fläche der Präsentation von Textdaten in bezug auf solche Prozeßvariablen gewidmet werden muß. Dies ist insbesondere ein Problem für Bediener zum Beispiel von nuklearen, chemischen und petrochemischen Anlagen, bei denen die Anzahl dynamischer Prozeßvariablen groß ist. Eine zweckmäßige Lösung dieses Mehrvariablenüberwachungsproblems ist im allgemeinen die Verwendung von Trendvorgeschichteplots, die das Vorverhalten einer oder mehrerer Variablen anzeigen. Dieser Ansatz ist jedoch insofern zu grundflächenintensiv, als er auch nur für einige wenige Prozeßvariablen viel Platz zum parallelen Anzeigen mehrerer Trendvorgeschichteplots erfordert. Folglich sind Benutzer typischerweise gezwungen, auf mindestens einen Teil der Trendvorgeschichteplots für die Prozeßvariablen auf serielle Weise zuzugreifen.
Ferner muß ein Benutzer in einem auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerprozeß zum Beispiel in der Lage sein, potentielle Ursachen beobachteter Änderungen gesteuerter Variablen zu deduzieren und den Benutzern dabei zu helfen, die Effekte etwaiger geplanter Manipulationen von manipulierten Variablen, z.B. der Änderung von Nebenbedingungen oder Grenzen für eine manipulierte Variable, vorherzusagen. Eine besonders nützliche Schirmanzeige, die zur Zeit für eine solche Analyse benutzt wird, ist eine Matrixtabelle, die eine Verstärkungsbeziehung zwischen gesteuerten Variablen und manipulierten Variablen anzeigt. Zum Beispiel ist in dem Honeywell-Benutzerhandbuch ein Verstärkungsmatrixschirmbild gezeigt, das zur Zeit zum Anzeigen von Verstärkungswerten verfügbar ist. Solche Anzeigen liefern jedoch keine adäquaten Informationen und Werkzeuge zur Benutzung des Matrixschirmbilds, um den Benutzer bei Problemlösungsaufgaben zu unterstützen. Tatsächlich verwenden nur wenige Prozeßtechniker und keine Bediener der Steuerungen die Tabellen häufig.
Weiterhin sind außerdem zum Beispiel auf Modellen basierende prädiktive Steuerungen im allgemeinen Werkzeuge auf der Basis von Nebenbedingungen, wie auch verschiedene andere Steuerungen, z.B. die Steuerungen versuchen, einen Prozeß innerhalb bestimmter Nebenbedingungen oder Grenzen zu steuern, die für gesteuerte Prozeßvariablen definiert sind. Die Verwendung solcher auf Nebenbedingungen basierender Techniken zur Steuerung des Prozesses führt zu der problematischen Aufgabe, in der Lage zu sein, die Beziehungen zwischen den verschiedenen Nebenbedingungsgrenzen und den aktuellen Werten für eine Prozeßvariable oder für mehrere Prozeßvariablen überwachen oder verfolgen zu können. Zum Beispiel können bei einer auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung technische harte Grenzen, vom Bediener gesetzte Grenzen, technische physikalische Grenzen und/oder verschiedene andere Grenzen für eine Anzahl verschiedener Prozeßvariablen spezifiziert werden. Von einem Benutzer wird im allgemeinen gefordert, daß er die Beziehungen einer großen Anzahl von Prozeßvariablen überwacht. Traditionell liegen Informationen zur Ausführung einer solchen Überwachung durch Präsentation solcher Informationen in Textform vor. Zum Beispiel werden einem Benutzer zusätzlich zu dem aktuellen Wert für eine Prozeßvariable tabellarische Werte präsentiert, die technische Ober- und Untergrenzwerte repräsentieren. 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 zum Beispiel von einem Benutzer gefordert sein, Parameter für eine Prozeßvariable effektiv zu überwachen und zu manipulieren, z.B. die Einstellung von Bedienerober- und -untergrenzen für eine Prozeßvariable. Bisher waren Schnittstellentechniken, mit denen dem Benutzer Informationen präsentiert und dem Benutzer eine Möglichkeit gegeben wird, einen oder mehrere Parameter einer Prozeßvariablen zu ändern, ineffektiv. Zum Beispiel verwendet ein Benutzer typischerweise hauptsächlich eine tabellarische Präsentation von Daten in bezug auf eine bestimmte Prozeßvariable, z.B. eine farbcodierte tabellarische Präsentation von Textmaterial. In einem konkreten Fall wurden jedoch bestimmte graphische Elemente verwendet, um eine oder mehrere Teilmengen von Informationen wie zum Beispiel Grenzen und aktuelle Werte mit Unterstützungstext zur Verwendung bei der Überwachung und Manipulation einer Prozeßvariablen zu zeigen. Bei solchen Ansätzen kommt es jedoch mindestens zu drei Problemen. Erstens sind sie schwierig zu benutzen, weil sie entweder extensive kognitive Manipulation quantitativer Daten erfordern oder weil sie in bezug auf ihre Integration unvollständig sind. Wenn zum Beispiel bestimmte Grafiken mit Textmaterial verwendet wurden, präsentierten die Grafiken solche Informationen für den Benutzer nicht effektiv. Zum Beispiel wurden ein Graph mit einem separaten Paar Linien, die Grenzen für eine Prozeßvariable anzeigen, einem separaten Balken, der vom Bediener eingestellte Ober- und Untergrenzen für die Prozeßvariable repräsentiert, einer separaten Linie, die einen derzeitigen Wert der Prozeßvariablen repräsentiert, und Klemmgrenzen innerhalb anderer Grenzen zur Anzeige von Eigenschaften der bestimmten Prozeßvariablen verwendet. Bei einer solchen separaten Anzeige der Elemente fehlt jedoch die Integration zur leichten Überwachung der Prozeßvariablen. Indem die verschiedenen Grenzbeziehungen unabhängig angezeigt werden, wird zweitens wertvolle Schirmgrundfläche benutzt, so daß es unmöglich wird, mehr als nur einige wenige Prozeßparameter auf einmal zu zeigen. Dadurch wird wieder ein Benutzer gezwungen, serielle Vergleiche über mehrere Variablen hinweg durchzuführen. Drittens ermöglichen keine der existierenden graphischen Ansätze eine direkte Manipulation der variablen Grenzen. Anders ausgedrückt, muß der Benutzer angegebene Grenzen ändern, indem er ein separates Schirmbild oder separate Textinformationen verwendet.
Wie bereits oben erwähnt, sind die Anzeigen, mit denen Informationen für einen Benutzer zur Überwachung und Manipulation von Prozeßvariablen, z.B. Prozeßvariablen einer Steuerung, die eine Steuerung eines kontinuierlichen Mehrvariablenproduktionsprozesses bereitstellt, angezeigt werden, nicht effektiv. Zum Beispiel kommt es bei einem bestimmten Problem zu der Verwendung einer großen Menge von Textinformationen, wobei der Benutzer Beziehungen zwischen verschiedenen Prozeßvariablen der Steuerung (z.B. Beziehungen zwischen aktuellen Werten und Prozeßgrenzen, Beziehungen aus dem Textmaterial zwischen Trends mehrerer Prozeßvariablen usw.) formulieren muß. Weiterhin erfordern solche herkömmlichen Anzeigen, die versuchen, adäquate Informationen für einen Benutzer, z.B. Trendplots, Textinformationen usw. bereitzustellen, unerwünscht viel Schirmgrundfläche.
Aus EP-A-0843244 ist ein diagnostisches Trendanalyseverfahren zur Verwendung bei der Analyse von Triebwerksdaten für Flugzeugtriebwerke bekannt. Aus US-A-5859885 ist ein Informationsanzeigesystem zur Verwendung bei der Steuerung eines Nuklearstromgenerators bekannt.
Die vorliegende Erfindung liefert eine graphische Benutzeroberfläche, die es dem Benutzer erlaubt, seine wahrnehmungsbezogenen Stärken bei der Erkennung und Lösung von Prozeßabnormitäten auszunutzen. Ferner hilft die Oberfläche Benutzern, z.B. Technikern und Bedienern, ein besseres Verständnis einer Mehrvariablensteuerung zu erhalten und zu bestimmen, welche Aktionen sie zur Unterstützung der Steuerung unternehmen können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein computerimplementiertes Verfahren zur Bereitstellung von Echtzeitprozeßinformationen für einen Benutzer für einen in einer Prozeßanlage durchgeführten Mehrvariablenprozeß bereitgestellt, wobei der Mehrvariablenprozeß unter der Kontrolle mehrerer Prozeßvariablen betreibbar ist.
Die obige Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung soll nicht jede Ausführungsform oder jede Implementierung der vorliegenden Erfindung beschreiben. Vorteile zusammen mit einem besseren Verständnis der Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung und die Ansprüche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich und erkennbar. 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 einer Prozeßvariablen-Übersichtsanzeigeregion, wie zum Beispiel der allgemein in 3 gezeigten.
6 ein ausführlicheres Diagramm einer Prozeßvariablendetail- und Änderungsansichtsanzeigeregion, wie zum Beispiel der allgemein in 3 gezeigten.
7A–7G ausführlichere Diagramme einer Prozeßvariablen-Skalenschnittstelle für eine Prozeßvariablendetail- und Änderungsansichtsanzeigeregion, wie zum Beispiel der in 6 gezeigten.
8 ein Diagramm einer Trendschnittstelle, wie zum Beispiel der allgemein in der Prozeßvariablendetail- und Änderungsansichtsanzeigeregion von 3 gezeigten.
9 eine ausführlichere Ansicht der Mehrvariablen-Prozeßmatrixanzeigeregion, wie zum Beispiel der allgemein in 3 gezeigten.
10 eine ausführlichere Darstellung einer Menge von graphischen Zusammenfassungseinrichtungen, z.B. Bubble-Skalen, die zum Beispiel in einer Matrixanzeige wie der in 9 gezeigten verwendet werden.
11 ein Diagramm eines Prozeßvariablen-Detailschirmbilds, das von einem Benutzer aus mehreren verfügbaren Schirmbildern auswählbar ist, wie in dem Anzeigeschirmbild von 3 gezeigt.
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, die in einer Steuerung 14 enthalten sind, 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 optionaler Substeuerungen 16.
Die Prozeßanlage 12 repräsentiert eine oder mehrere Anlagenkomponenten zur Durchführung eines Anlagen prozesses oder einen Teil eines Anlagenprozesses, der unter der Kontrolle einer oder mehrerer Prozeßvariablen einer Steuerung 14 betreibbar ist. Zum Beispiel kann die Prozeßanlage 12 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 Mehrvariablenproduktionsprozesse besonders vorteilhaft.
Die Steuerung 14 und die optionalen 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 verschiedene Teile der hier beschriebenen graphischen Benutzeroberfläche 50 auf eine Steuerung anwendbar sein, die die Steuerung eines Prozesses über eine einzige Prozeßvariable gewährleistet. Die Steuerung 14 ist jedoch vorzugsweise eine auf Nebenbedingungen basierende Steuerung, bei der Grenzen für eine oder mehrere Prozeßvariablen der Steuerung bereitgestellt werden, so daß die Steuerung wirkt, um die eine oder die mehreren Prozeßvariablen während der Steuerung des durch die Anlage 12 durchgeführten Prozesses innerhalb solcher Grenzen zu halten. Obwohl die vorliegende Erfindung für das effektive Überwachen und Manipulieren von Prozeßvariablen einer Steuerung für einen beliebigen Mehrvariablenprozeß nützlich sein kann, ist die hier beschriebene graphische Benutzeroberfläche 50 besonders für das Überwachen und Manipulieren von Prozeßvariablen nützlich, die mit einer auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung assoziiert sind. Der Einfachheit halber wird die Erfindung im weiteren mit Bezug auf eine auf Modellen basierende prädiktive Steuerung 14 beschrieben. Für Fachleute ist jedoch erkennbar, daß die hier beschriebenen Benutzeroberflächentechniken keineswegs auf Mehrvariablenprozesse oder auf Modellen basierende prädiktive Steuerungen beschränkt sind, sondern Anwendung auf verschiedene Steuerungen und verschiedene Prozesse finden können, darunter Einzelprozeßvariablensteuerungen und -prozesse.
Wie bereits in dem Abschnitt über den allgemeinen 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 Nebenbedingungen, 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 zum Ablaufenlassen des Prozesses im stationären Zustand definiert und zweitens definiert ein dynamischer Steueralgorithmus, wie der Prozeß auf glatte Weise ohne Verletzung etwaiger Nebenbedingungen zu dem stationären Optimum bewegt werden kann. Zum Beispiel betrachtet mit einer spezifizierten Frequenz von z.B. einmal pro Minute der Optimierer den aktuellen Zustand des Prozesses und berechnet ein neues Optimum. Von dem Optimierer weiß die Steuerung, wo sich die Prozeßvariablen im stationären Endzustand befinden sollten. Der Steueralgorithmus berechnet dann eine dynamische Menge von Änderungen für die Prozeßvariablen, um den Prozeß ohne dynamische Verletzungen von Nebenbedingungen auf glatte Weise in den stationären Zustand zu überführen. Zum Beispiel können für eine Prozeßvariable 60–120 Steuerbewegungen in die Zukunft hinein berechnet werden. Im allgemeinen wird eine dieser berechneten Steuerbewegungen implementiert und der Rest 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 ökonomischen Werten basierenden Modells (nachfolgend definierte) optimale gesteuerte Variablen zu gewährleisten.
Zum Beispiel kann die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung unter Verwendung von Produkten durchgeführt werden, die von mehreren Firmen erhältlich sind. Wie bereits in dem Abschnitt über den allgemeinen Stand der Technik erwähnt wurde, wird die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung durch ein DMC-Produkt (Dynamic Matrix Control) durchgeführt, das von Aspen Tech (Cambridge, MA) erhältlich ist, und durch ein RMPCT-Produkt (Robust Multivariable Predictive Control Technology), das von Honeywell Inc. (Minneapolis, MN) erhältlich ist und das ein Steueranwendungsprodukt mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen ist, das hochinteraktive industrielle Prozesse steuert und optimiert. Obwohl hier mehrere Steuerungen aufgelistet werden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung nur mit diesen Steuerungen beschränkt. Solche Steuerungen werden lediglich zur Veranschaulichung aufgelistet und die hier beschriebenen graphischen Benutzeroberflächentechniken gelten für alle Steuerungen, bei denen eine Überwachung und/oder Manipulation einer oder mehrerer Prozeßvariablen gewünscht wird. Ferner erfolgt die Beschreibung in bezug auf die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung 14 auf sehr allgemeine Weise, da Fachleute mit solchen Steuerungen und ihren Eingangs- und Ausgangssignalen vertraut sind.
Eine auf Modellen basierende prädiktive Steuerung 14 enthält im allgemeinen 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. Im vorliegenden Kontext sind gesteuerte Variablen die Variablen, die die Steuerung versucht, innerhalb von Nebenbedingungen zu halten. Ferner kann es auch gewünscht sein, einen Teil der gesteuerten Variablen zu minimieren, zu maximieren oder auf einem Zielwert zu halten (z.B. Maximierung einer Förderdurchsatzprozeßvariablen). Manipulierte Variablen sind Variablen wie zum Beispiel Ventile oder „Handles", die die Steuerung öffnen und schließen kann, um zu versuchen, ein Ziel der Steuerung (z.B. Maximierung des Förderdurchsatzes) zu erreichen, während alle anderen Variablen innerhalb ihrer Nebenbedingungen gehalten werden. Störungsvariablen sind die Variablen, die gemessen, aber nicht gesteuert werden können. Störungsvariablen helfen der Steuerung bei der 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 werden, um so besser vorherzusagen, wie die Anlage auf Änderungen dieser Faktoren reagieren wird. Die Substeuerungen 16 können aus einer Teilmenge manipulierter Variablen und gesteuerter Variablen bestehen. In der Regel versuchen solche Substeuerungen 16 jedoch, eine manipulierte Variable über Rückkopplung so zu steuern, daß sie innerhalb bestimmter Grenzen bleibt.
Ein Benutzer der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung 14 (z.B. ein Techniker, ein Bediener usw.) erhält gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene Arten von Informationen bezüglich der verschiedenen Prozeßvariablen, darunter Informationen über die gesteuerten Variablen, manipulierten Variablen und Störungsvariablen der Steuerung 14 durch die graphische Benutzeroberfläche 50 wie später ausführlicher beschrieben werden wird. Der Benutzer kann, wie ebenfalls nachfolgend weiter beschrieben wird, auf verschiedene Weisen solche Informationen überwachen und mit der Steuerung 14 in Dialog treten. 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 Techniker, einem Bediener usw.) die Möglichkeit, die Steuerung 14 zu überwachen, zu verstehen und einzustellen, so daß der Benutzer effektiv mit der Steuerung in Dialog treten kann, um es zum Beispiel dem Benutzer zu ermöglichen, zu wissen, ob die Steuerung in der Lage sein wird, mit einer Prozeßstörung fertig zu werden. Ferner gibt die graphische Benutzeroberfläche 50 dem Benutzer die Möglichkeit, mehrere Prozeßvariablen (z.B. Förderraten, Produktraten, Benutzer definierte Tags usw.) zu überwachen, um nach Dingen wie etwa oszillierenden Variablen zu schauen, wenn die Prozeßvariable gerade optimiert wird, und Schlüsselprozeßvariable zu überwachen, die für die Integrität der Steuerung kritisch sind, und zwar alles auf einem einzigen Anzeigeschirm. Die graphische Benutzeroberfläche 50 gibt einem Benutzer Werkzeuge zur Hand, wie zum Beispiel die Beziehung zwischen manipulierten Variablen und gesteuerten Variablen, eine Anzeige, welche Prozeßvariablen auf Grenzen gehalten werden, und eine Anzeige der Beziehungen zwischen Prozeßvariablen, um bei der Diagnose eines bestimmten Problems in der Steuerung 14 zu helfen.
Zum Beispiel können es verschiedene Situationen erfordern, daß der Benutzer mit der Steuerung 14 in Dialog tritt. Zum Beispiel müssen während der Wartung der Prozeßanlage verschiedene Prozeßvariablen aus der Steuerung herausgenommen werden, um Instrumente zu kalibrieren oder für andere Wartungsaktivitäten. Es kann notwendig sein, zu bestimmen, wie die Dinge zwischen einem Wechsel von Bedienerschichten gelaufen sind; es kann eine Anweisung von der Betriebszentrale oder der Technikabteilung kommen, das Modell, die Nebenbedingungen, Ziele usw. zu ändern; es kann von dem Bediener gefordert werden, Zwischenfälle zu handhaben, indem er entweder die Steuerung unterstützt oder die Steuerung die Störung handhaben läßt oder die Steuerung ausschaltet; oder es können verschiedene andere Diagnoseumstände vorliegen, wie zum Beispiel eine schlecht abgestimmte Steuerung, wobei die Steuerung eine vorübergehende Aktion zur Kompensation einer Störung unternimmt usw.
Wie in 1 gezeigt, empfängt die graphische Benutzeroberfläche 50 im allgemeinen Daten bezüglich der einen oder mehreren Prozeßvariablen von der Steuerung 14. Wie bereits erwähnt wurde, kann die graphische Benutzeroberfläche 50 in bezug auf eine einzige gesteuerte Prozeßvariable benutzbar sein oder empfängt vorzugsweise Daten, die mit mehreren Prozeßvariablen assoziiert sind, von der Steuerung 14.
Wie in 1 gezeigt, enthält die graphische Benutzeroberfläche 50 eine Anzeige 58, die unter der Kontrolle der Anzeigesteuerung 56 und der Computerverarbeitungseinheit 52 betreibbar ist. Zur Übermittlung von Informationen zu der Computerverarbeitungseinheit 52 können verschiedene Benutzereingabeperipheriegeräte 60 verwendet werden. Zu den Benutzereingabeperipheriegeräten 60 können zum Beispiel Schreibstifte, eine Maus, eine Tastatur, ein berührungsempfindlicher Anzeigeschirm oder ein beliebiges anderes Benutzereingabeperipheriegerät, das im allgemeinen für graphische Benutzeroberflächen verwendet wird, gehören. Die Computerverarbeitungseinheit 52 tritt mit einem Speicher 54 in Dialog, um eines oder mehrere darin gespeicherte Programme auszuführen. Unter der Kontrolle der Computerprozeßeinheit 52 ermöglicht der Speicher 54 eine Speicherung verschiedener Informationen, z.B. Schirminformationen, Formatinformationen, anzuzeigende Daten oder beliebige andere Informationen, die aus der vorliegenden Beschreibung in bezug auf die verschiedenen auf der Anzeige 58 angezeigten Schirmbilder hervorgehen werden, darin.
Die Computerverarbeitungseinheit 52 wirkt, um von ihr empfangene Informationen anzupassen. Zum Beispiel werden aus der Modell prädiktiven Steuerung 14 empfangene Informationen für die Ablieferung von Anzeigeinformationen an die Anzeigesteuereinheit 56 zur Anzeige auf einer Schirmanzeige 58 angepaßt. Ferner werden zum Beispiel über die Benutzereingabeperipheriegeräte 60 empfangene Informationen für die Verwendung z.B. Navigation oder Ablieferung zu der Steuerung 14 (z.B. Grenzänderungen für die Steuerung 14) angepaßt. Die Anzeigeoperations- und Benutzereingabesteuerfunktionalität durch die Benutzereingabeperipheriegeräte 60 sind im allgemeinen in der Technik bekannt. Zum Beispiel können Textinformationen bearbeitet, Prozeßvariablen ausgewählt, Hervorhebung durch Anklicken implementiert, und Elemente gezogen werden, um Informationsänderungen einzugeben usw.
Wie in 1 gezeigt, enthält der Speicher 54 ein Modul 70 der graphischen Benutzeroberfläche (GUI) einschließlich Programmierung zur Verwendung bei der Bereitstellung der verschiedenen Anzeigeschirmbilder, die weiter beschrieben werden, und dem Bearbeiten solcher Anzeigeschirmbilder, so wie es auf Echtzeitbasis notwendig ist, während Daten durch die Computerverarbeitungseinheit 52 aus der Steuerung 14 empfangen werden. Zum Beispiel ermöglicht das GUI-Modul 70 den Transfer von Aktuellwertdaten, die aus der Steuerung empfangen werden, direkt zu dem entsprechenden Objekt auf dem Anzeigeschirm. Ferner ist in dem Speicher 54 ein Datenanalysemodul 72 gespeichert, das Programmierung enthält, die bei der Verarbeitung in bezug auf aus der Steuerung 14 empfangene Daten hilft, die in ihrer allgemeinen Beschaffenheit modifiziert werden sollen, bevor solche Daten zur Aktualisierung des Anzeigeschirmbilds bereitgestellt werden. Ferner dient das Datenanalysemodul 72 zur Verarbeitung von Vorgeschichtedaten zur Reduktion solcher Daten auf ein bestimmtes Trendformelement zur Anzeige, wie nachfolgend weiter beschrieben werden wird.
Anzeigefunktionen werden vorzugsweise unter Verwendung eines Standardmonitors durchgeführt (der vorzugsweise groß genug ist, um alle nachfolgend beschriebenen Anzeigeregionen anzuzeigen), und die angezeigten graphischen Elemente werden unter Verwendung von Visual-Basic-Code implementiert. Ferner wird vorzugsweise zur Durchführung der erforderlichen Verarbeitung ein NT-System verwendet. Für Fachleute ist jedoch erkennbar, daß beliebige geeignete Komponenten und beliebiger geeigneter Code mit der Fähigkeit zur Ausführung in den Anzeigeschirmen der graphischen Benutzeroberfläche realisierter Techniken und die einen Dialog mit der Steuerung 14 ermöglichen, verwendet werden können, wie gemäß der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen wird.
2 zeigt ein beispielhaftes Datenflußdiagramm 100 für eine auf Modellen basierende prädiktive Steuerung 14, die mit einer graphischen Benutzeroberfläche 50 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Zu den Daten 102 der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung gehören Prozeßsteuerbefehle 105 zur Steuerung der Prozeßanlage 12 auf eine in der Technik herkömmlich bekannte 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 für die manipulierten Variablen, um den Prozessor auf glatte Weise in den stationären Zustand zu überführen, indem die gewünschten Änderungen für die manipulierten Variablen Vorrichtungen für die Implementierung solcher Änderungen, z.B. den Substeuerungen 16, Ventilen, anderer „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 zugeführt werden und die verschiedene in der Steuerung 14 enthaltene Prozeßvariablen betreffen. Zu den der graphischen Benutzeroberfläche 50 zugeführten Daten 102 der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung gehören mindestens Prädiktionswertdaten, Aktuellwertdaten und Modelldaten 103. Zum Beispiel enthalten die Prädiktionswertdaten die Daten auf der Basis der für die verschiedenen Prozeßvariablen wie oben beschrieben berechneten zukünftigen Steuerbewegungen. Wie oben angegeben, kann zum Beispiel die auf Modellen basierende prädiktive Steuerung 14 60–120 Steuerbewegungen in die Zukunft hinein berechnen, wobei assoziierte vorhergesagte Werte für die Prozeßvariablen, insbesondere für die manipulierten Variablen und gesteuerten Variablen, erzeugt werden.
Die der graphischen Benutzeroberfläche 50 zugeführten Aktuellwertdaten enthalten aktuelle gemessene Werte von einer beliebigen Anzahl von Quellen. Zum Beispiel können aktuelle Werte durch beliebige der Substeuerungen gemessen werden, darunter Sensoren, Ventilpositionen, usw. Ferner können solche Daten direkt von einer Komponente der Prozeßanlage 12 bereitgestellt werden oder können ein für eine Prozeßvariable, z.B. gesteuerte Variable, durch die Steuerung 14 erzeugter Wert sein.
Modelldaten umfassen statische Informationen, wie zum Beispiel die die Steuerung 14 selbst betreffenden, z.B. Verstärkungsbeziehungen zwischen einer gesteuerten Variablen im Vergleich zu einer manipulierten Variablen, Verzögerungswerte, Koeffizienten verschiedener Modellgleichungen usw. Solche Daten sind im allgemeinen feste Daten und werden in vielen Fällen nur einmal der graphischen Benutzeroberfläche zugeführt, im Gegensatz zu den anderen Arten von Daten, die sich kontinuierlich ändern.
Die Prädiktionswertdaten, Aktuellwertdaten und Modelldaten werden der Computerverarbeitungseinheit 52 zugeführt und werden durch das Modul 70 der graphischen Benutzeroberfläche und das Datenanalysemodul 72 so verwendet, wie es erforderlich ist, um die später beschriebenen Schirmbilder anzuzeigen. Zum Beispiel empfängt das Modul 70 der graphischen Benutzeroberfläche Aktuellwertdaten aus der Steuerung 14 und verwendet solche aktuellen Daten zur Aktualisierung von Anzeigeobjekten 108 zur Anzeige. Ferner werden zum Beispiel Benutzereingabedaten 110 über die Computerverarbeitungseinheit 52 dem Modul 70 der graphischen Benutzeroberfläche zugeführt, um zu der auf Modellen basierenden prädiktiven Steuerung 14 zurück übermittelt zu werden. Benutzereingabedaten können zum Beispiel veränderte Grenzen für eine bestimmte Prozeßvariable sein, die der Steuerung 14 zur Verwendung bei der weiteren Steuerung und bei Optimierungsberechnungen zugeführt werden.
Das Datenanalysemodul 72 operiert an aus der Steuerung 14 bereitgestellten Daten, um Daten zur Anzeige der Objekte 108 bereitzustellen. Zum Beispiel kann das Datenanalysemodul 72 aktuelle Daten über einen Zeitraum empfangen und speichern, um so Trends in solchen gespeicherten vorgeschichtlichen Daten für eine oder mehrere Prozeßvariablen zu charakterisieren. Solche Trends können dann wie später beschrieben werden wird, unter Verwendung von graphischen Formelementen, die verallgemeinerten Plots solcher Daten ähneln, angezeigt werden. Ferner kann das Datenanalysemodul 72 Vergleiche zwischen Aktuellwertdaten und gesetzten Grenzen durchführen, um so entsprechende Farbinformationen anzuzeigen, um darüber einen Benutzer auf bestimmte Informationen auf der Anzeige in der graphischen Benutzeroberfläche 50 hinzuweisen. Nach dem Abschluß der Verarbeitung der von ihm empfangenen Daten kann das Datenanalysemodul Daten zur direkten Manipulation von Anzeigeobjekten 108 oder Informationen für das Modul 70 der graphischen Benutzeroberfläche bereitstellen, wobei das Modul 70 der graphischen Benutzeroberfläche eine beliebige erwünschte Manipulation von Anzeigeobjekten 108 gewährleistet.
3 ist ein allgemeines Diagramm eines beispielhaften Anzeigeschirms für die graphische Benutzeroberfläche 50. Das sichtbare Feld des Anzeigeschirms wird im allgemeinen in drei funktionale Bereiche unterteilt, darunter die Mehrvariablen-Prozeßübersichtsanzeigeregion 150, die Mehrvariablen-Prozeßmatrixanzeigeregion 200 und die Prozeßvariablendetail- und Änderungsansichtsanzeigeschnittstellenregion 250.
4 ist eine Objektmodellübersicht 300 für den in 3 gezeigten Anzeigeschirm. Im allgemeinen ist das Hauptdatenobjekt ein Punkt 306 von mehreren Punkten 304, die manipulierte Punkte des variablen Typs, gesteuerte Punkte des variablen Typs oder Punkte des störungsvariablen Typs sein können. Der Punkt weist viele Attribute und mit ihm assoziierte Methoden auf. 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 Anwendung der graphischen Benutzeroberfläche und enthält alle nicht separat auf der Objektmodellübersicht gezeigten Posten/Objekte, z.B. den Iterationszeittakt 157, die allgemeinen Steuerungsinformationen 151, Reiter für Behälter für visuelle Objekte, wie zum Beispiel in der Reiterregion 211, Datum 146 usw. Das Shell-Objekt 302 entspricht der in 3 gezeigten Anzeige-Shell 140.
Die Objektkonnektivität und Steuerung der anderen, separat auf der Objektmodellübersicht gezeigten Posten/Objekte soll durch Beschreiben einiger Objekte zusammenfassend beschrieben werden. Zum Beispiel kann das Prozeßvariablen-Übersichtsanzeigeobjekt 308, das der Trendübersichtsanzeige 152 entspricht, ein Rahmenbehältergehäuse für Graphiken sein. Solche Behälter können für eine Menge von Zustandsinformationen von Punktobjekten repräsentierenden Bildern bestimmt sein. Eine Bildlistensteuerung ist Teil dieses Objekts 308 und enthält alle möglichen Bilder für die Symbole, die nachfolgend ausführlicher beschrieben werden. Während der Systemkonfiguration werden den Punktobjekten die Positionen der möglichen Symbolbilder zugewiesen. Zum Zeitpunkt der Datenaktualisierung fordern die Punktobjekte das Anzeigeobjekt 308 auf, die Symbole anzuzeigen, die für den Zustand der Punkte geeignet sind, der durch Auswertung von Zustandsschätzeralgorithmen, z.B. Reduktionsalgorithmen von Vorgeschichtedaten auf Trendverhalten, wie nachfolgend weiter beschrieben werden wird, bestimmt wird.
Zum Beispiel besitzt ein Punktobjekt, das die Anzeige ändert, das Prozeßvariablenskalaobjekt 308, das der Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 entspricht. Der Benutzer kann über diese Schnittstelle Änderungen an den Punktobjektattributen, z.B. Grenzen, vornehmen, und die Änderung kann durch Verwendung einer Texttabelle oder durch Ziehen eines graphischen Elements, z.B. eines mit einer Maus gezogenen Grenz-Flags erfolgen. Auf ähnliche Weise ist jeder Punkt dafür verantwort lich, 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 Bubble-Skalaobjekt 310 einer zusammenfassenden graphischen Einrichtung 212, das Änderungsansichtsanzeigeobjekt 311 entspricht der Anzeigeschnittstellenregion 250, das Änderungsprotokollierungsobjekt 316 entspricht der Protokollierung 260, das Matrixanzeigeobjekt 312 entspricht der Matrixanzeige 201, das kritische-Parameter-Listen-Objekt 314 entspricht der kritischen-Parameter-Liste 154, das Funktionswertplotobjekt 320 entspricht dem Funktionsplot 159 und das Prozeßvariablendetailanzeigeobjekt 324 entspricht der PV-Detailanzeige, die durch Verwendung des Reiters „PV Detail" in der Reiterregion 211 wählbar ist.
Die Mehrvariablen-Prozeßübersichtsanzeigeregion 150 ist im allgemeinen in vier Funktionalbereiche segmentiert, um Benutzer in bezug auf letzte Änderungen und potentielle Probleme zu orientieren. Diese Übersichtsanzeigeregion 150 liefert konkrete Unterstützung für Schichtänderungen, z.B. Änderung von Bedienern zwischen Schichten, und die periodische Überwachung der Steuerung 14. Im allgemeinen umfassen die vier Funktionalbereiche der Übersichtsanzeigeregion 150 die Steuerungsinformationen 151, die Mehrvariablenprozeßtrendanzeige 152, die kritische-Parameter-Liste 154 und die Trendplotregion 156. Jede dieser vier funktionalen Regionen wird nachfolgend mit der Mehrvariablenprozeßtrendanzeige 152 beschrieben, die im einzelnen mit Bezug auf 5A–5B beschrieben werden wird.
Die Steuerungsinformationen 151 erscheinen oben in der Übersichtsanzeigeregion 150 in Form einer Anzahl von Textfeldern und Pulldown-Menüs. Erstens befindet sich in der oberen linken Ecke der Region 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 man eine Pulldown-Menüschaltfläche verwenden, um es dem Benutzer zu ermöglichen, aus einer Liste anderer Namen auszuwählen. Unter diesen Posten befinden sich die Steuerungsbetriebsarten 153 und Statusanzeige 155. Statusanzeigen können zum Beispiel Anzeigen, wie etwa Optimierung, Handhabung von Nebenbedingungen usw. umfassen. Wie bei der Benutzung eines Pulldown-Menüs kann der Benutzer eine Steuerungsbetriebsart 153 auswählen, wie zum Beispiel ein, aus, warm usw. 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-Parameter-Liste 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 von oder außerhalb ihrer Grenzen oder Prozeßvariablen, die andere Kriterien erfüllen. Die kritische-Parameter-Informationen liefern ausführliche Informationen über eine kleine Menge von Variablen, die bestimmte Kriterien für Kritizität erfüllen. Zum Beispiel kann eine solche kritische-Parameter-Liste 154 dergestalt benutzerdefiniert sein, daß beliebige bestimmte verfügbare Eigenschaften regelmäßig aktualisiert werden können.
Die Trendregion 156 kann eine beliebige Anzahl von Trendplots enthalten, die eine bestimmte Gesamtfunktionalität des Systems repräsentieren. Wie zum Beispiel in der Trendregion 156 gezeigt ist, gibt ein Zielfunktionswertplot 159 einem Benutzer Einsichten darüber, wie gut die Steuerung den Prozeß optimiert. Ferner kann zum Beispiel ein Energieplot gezeigt sein, der dafür ausgelegt ist, dem Benutzer ein Gefühl dafür zu geben, wie hart die Steuerung arbeitet, um die manipulierten Variablen einzustellen. Wie durch den Zielfunktionswertplot 159 gezeigt, können verschiedene Farbschattierungen benutzt werden, um Schranken anzuzeigen, um dem Benutzer weitere Informationen zu geben, wenn zum Beispiel die Plotwerte den Benutzer darauf aufmerksam machen sollten, daß die Steuerung nicht effektiv arbeitet.
In 5A und 5B ist die Mehrvariablen-Prozeßübersichtstrendanzeige 152 ausführlicher gezeigt. Die Trendanzeige 152 codiert vorgeschichtliche Trends für Prozeßvariablen zu Trendformelementen. Jedes Trendformelement repräsentiert ein Trendverhalten. Vorzugsweise repräsentiert jedes der Trendformelemente eines einer vorbestimmten Menge von Prozeßtrendverhalten. Solche Trendformelemente können jedoch dynamische Trends zeigen, z.B. Plots von tatsächlichen Datenpunkten, wie zum Beispiel gewählten oder abgetasteten Datenpunkten. Im vorliegenden Kontext bedeutet vorgeschichtlich einen beliebigen Zeitraum vor einer aktuellen Referenzzeit.
Wie in einer beispielhaften Menge von Trendelementen nachfolgend beschrieben wird, gehören zu den Prozeßtrendverhalten vorzugsweise Verhalten, die die Änderungsrate der Prozeßvariablen (d.h. Geschwindigkeit (erste Ableitung)) und die Änderungsrate der Geschwindigkeit (d.h. Beschleunigung (zweite Ableitung)) anzeigen. Der Zweck der Mehrvariablen-Prozeßtrendanzeige 152 besteht darin, dem Benutzer eine Übersicht auf hoher Ebene des Zustands des Prozesses und der Steuerung zu geben. Die Trendanzeige 152 verläßt sich auf die Fähigkeit des menschlichen Benutzers, Abnormitäten in visuellen Mustern zu erkennen.
Die Trendanzeige 152 ist eine graphische Anzeige für die Ergebnisse eines Signaltrendanalysealgorithmus des Datenanalysemoduls 72, der an Daten aus der Steuerung 14 durchgeführt wird. Diese Art von Massendatenanzeige liefert 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 unerwartete Zustandsänderung) und unterstützt Navigationen für die graphische Benutzeroberfläche 50.
Die Mehrvariablen-Prozeßübersichtstrendanzeige 152 enthält ein Feld von Übersichtsanlagenkomponentensymbolen mit darin eingebetteten Trendformelementen 176. Die Trendformelemente 176 können zum Beispiel Teil eines Feldes einer Bitmap (z.B. einer 16 × 16-Pixel-Bitmap) sein, der hier als Prozeßvariablentrendsymbol 172 bezeichnet wird. Die Anlagenkomponentensymbole 161–164 sind vorzugsweise so geformt, daß sie einer Anlagenkomponente der Prozeßanlage 12 entsprechen. Ferner werden vorzugsweise solche Anlagenkomponentensymbole 161–164 auf der Trendanzeige 152 gemäß ihrem funktionalen Ort in dem gesteuerten kontinuierlichen Mehrvariablenprozeß angeordnet.
In den durch die Anlagenkomponentensymbole 161–164 definierten Rahmen eingebettet sind die Prozeßvariablentrendsymbole 172; jedes enthält ein Trendformelement 176. In die Anlagenkomponentensymbole 161–164 ist für jede mit dieser bestimmten Anlagenkomponente der Prozeßanlage assoziierte Prozeßvariable 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 mit einer bestimmten Anlagen komponente 161 assoziiert sind. Das Anlagenkomponentensymbol 162 enthält zwei Prozeßvariablentrendsymbole 172, das Anlagenkomponentensymbol 163 enthält dreizehn Prozeßvariablentrendsymbole 172 und das Anlagenkomponentensymbol 164 enthält acht Prozeßvariablentrendsymbole 172. Vorzugsweise werden die Trendformelemente sehr nahe beieinander positioniert, so daß ein Benutzer Muster von Änderungen zwischen solchen positionierten Trendformelementen 176 wahrnehmen kann.
Das Prozeßvariablentrendsymbol 172 übermittelt mehrere Arten von Informationen. Erstens liefert der Signaltrendanalysealgorithmus, der Teil des Datenanalysemoduls 72 der graphischen Benutzeroberfläche 50 ist, die Reduktion des Trendverhaltens einer Prozeßvariablen auf primitive Trendelemente, die Verhaltenstypen repräsentieren. 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 repräsentiert ein verschiedenes Trendverhalten. Zur Veranschaulichung repräsentieren die sieben graphischen Elemente 180–186 die folgenden Trendverhalten, die die Änderungsrate (d.h. Geschwindigkeit) von Prozeßvariablenwerten und außerdem die Änderungsrate der Geschwindigkeit (d.h. Beschleunigung) für die Prozeßvariablenwerte anzeigen. Das Trendformelement 180 repräsentiert ein stationäres Verhalten, das Trendformelement 181 ein Verhalten des rampenförmigen Herauffahrens, das Trendformelement 182 ein Verhalten des rampenförmigen Herunterfahrens, das Trendformelement 183 ein Verhalten einer Zunahme mit abnehmender Rate, das Trendformelement 184 ein Verhalten einer Zunahme mit zunehmender Rate, das Trendformelement 185 ein Verhalten des Abnehmens mit abnehmender Rate und das Trendformelement 186 ein Verhalten des Abnehmens 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 dem Vergleichen und Bestimmen, welches Trendverhalten die Vorgeschichtedaten für die analysierte Prozeßvariable besser repräsentiert, gewährleistet der Algorithmus die Anzeige des entsprechenden Trendformelements 180–186, das dem bestimmten Trendverhalten entspricht. Vorzugsweise wird auf diese Weise jede Prozeßvariable auf ein Trendverhalten reduziert und es wird ein entsprechendes Trendformelement für die Prozeßvariable angezeigt.
Im allgemeinen und vorzugsweise weisen die Trendformelemente 176 jeweils eindimensionale Formen auf. Die eindimensionalen Formen ähneln vorzugsweise einem generischen Plot des bestimmten Trendverhaltens, dem sie entspricht, z.B. einer horizontalen geraden Linie für stationäres Verhalten.
Für Fachleute ist aus der vorliegenden Beschreibung erkennbar, daß jeder beliebige Algorithmus, der Vorgeschichtedaten für eine Prozeßvariable auf eines einer Menge von Trendverhalten reduzieren kann, gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann. Ferner können verschiedene Arten von Trendelementformen zur Repräsentation der verschiedenen Arten von Trendverhalten verwendet werden. Verschiedene Literaturstellen beschreiben geeignete Algorithmen für die Trendanalyse, darunter: Xia, Betty Bin. „Similarity Search in Time Series Data Sets", M.S. Thesis, Simon Fraser University (1997); Bakshi, B.R. und Stephanopoulos, G. "Representation of Process Trends-III. Multiscale Extraction of Trends from Process Data", Computers & Chemical Engineering, Band 18, Seiten 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 patternrecognition 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, Seiten 495–510 (Mai 1990). Jeder Algorithmus, der Vorgeschichtedaten, vorzugsweise neuere Vorgeschichtedaten auf Trendverhalten reduziert, die durch ein Trendprimitivelement dargestellt werden können, z.B. durch durch einfache Linienelemente repräsentierte verallgemeinerte Plots, kann gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Außerdem können mit Farbcodierung andere Eigenschaften der Prozeßvariablen 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 widerzuspiegeln. Zum Beispiel kann das Trendformelement 176 in dem Anlagenübersichtssymbol 162 schwarz gefärbt werden, um zu kennzeichnen, daß der aktuelle Wert für die Prozeßvariable innerhalb der benutzerdefinierten Grenzen liegt, oder kann gelb gefärbt werden, um zu kennzeichnen, daß der aktuelle Wert der Prozeßvariablen innerhalb eines bestimmten Prozentsatzes der benutzerdefinierten Grenzen liegt, oder kann rot gefärbt werden, um zu kennzeichnen, daß der aktuelle Wert für die Prozeßvariable um mindestens einen bestimmten Prozentsatz außerhalb von benutzerdefinierten Grenzen liegt. Solche Grenzen werden später mit Bezug auf andere Teile der graphischen Benutzeroberfläche 50 weiter beschrieben.
Ferner kann Farbcodierung für den Hintergrund 177 eines Prozeßvariablentrendsymbols 172 verwendet werden, wie in dem Anlagenkomponentensymbol 162 gezeigt. Zum Beispiel kann man Farben einer Farbpalette in einen beliebigen Algorithmus, Alarm oder Sensor einbringen, der sich für eine bestimmte Anwendung eignet. Wenn zum Beispiel eine Alarmsituation für die Prozeßvariable ersichtlich ist, kann der Hintergrund 177 des Trendsymbols eine grüne Farbe sein.
Jedes der Prozeßvariablentrendsymbole 172 ist mit einer entsprechenden Prozeßvariablen verknüpft, für die der Trendanalysealgorithmus ausgeführt wird. Die Prozeßvariablentrendsymbole 172 werden in assoziierte statische Anlagenkomponentensymbole 161–164 oder Bitmaps eingebettet, die die Anlagenkomponente widerspiegeln, 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 weiter erweitert, indem die Trendsymbole 172 in Gruppen von Prozeßvariablentypen (z.B. manipulierte Variablen, Steuervariablen und Störvariablen) gruppiert werden. Wie zum Beispiel in 5A gezeigt, werden mit Bezug auf das Anlagenkomponentensymbol 161 die manipulierten Variablen 166 in der oberen Region des Anlagenkomponentensymbols 161 gruppiert, die Störungsvariablen 168 unter den manipulierten Variablen 166 und die gesteuerten Variablen 170 in der unteren Region des Anlagenkomponentensymbols 161. Die Gruppierung von Variablen nach Typ wird durch dünne Linien getrennt, um die Gruppen zu unterscheiden.
Die Prozeßvariablentrendsymbole 172 müssen nicht in Anlagenkomponentensymbole 161–164 eingebettet werden, um effektiv zu sein. Zum Beispiel können solche Trendsymbole 172 in einem Format von Zeilen und Spalten angeordnet, mit Text, der den Namen der Prozeßvariablen angibt, positioniert oder auf beliebige andere Weise konfiguriert werden, die dabei nützlich sein kann, dem Benutzer dabei zu helfen, betreffende Informationen daraus auszumachen.
Ferner können Trendformelemente 176, die das Verhalten der Prozeßvariablen repräsentieren, alleine oder als Teil einer Bitmap, wie zum Beispiel der des Trendsymbols 172, das einen Hintergrund für das Trendformelement bereitstellt, angezeigt werden. Für Fachleute ist erkennbar, daß in einem Trendsymbol 172 zur Repräsentation des Verhaltenstrends mehr als ein Trendformelement verwendet werden kann. Zum Beispiel kann man ein Trendformelement mit einem Winkel von 45° nach aufwärts in dem Trendsymbol 172 zusammen mit einem Symbol, das eine abnehmende Rate, z.B. ein D, darstellt, verwenden, um eine bestimmte Rate zu repräsentieren, mit der die Prozeßvariable rampenförmig herauffährt. Ähnlich kann man eine beliebige Anzahl von Kombinationen primitiver Trendformen verwenden, um Verhaltenstrends für die Prozeßvariable zu repräsentieren. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Menge von Trendformelementen und auch nicht auf eine Menge dadurch repräsentierter Verhaltenstrends beschränkt. Genauso können Elemente, die Grenzen für die Prozeßvariable repräsentieren, in dem Trendsymbol angezeigt werden, wie z.B. eine Linie an der Oberseite des Symbols 172 für eine Obergrenze. Zum Beispiel kann man mit der Anzeige einer Grenzlinie zeigen, daß der aktuelle Wert für die Prozeßvariable sich einem benutzerdefinierten Obergrenzwert nähert.
Ferner enthält die Mehrvariablen-Prozeßübersichtstrendanzeige 152 einen Statusbalken 160, um Benutzern dabei zu helfen, zusätzliche Informationen über die Trendsymbole 172 zu entnehmen. Wenn zum Beispiel eine Maus über ein Übersichtstrendsymbol 172 geführt wird, wird eine Beschreibung der dem Trendsymbol entsprechenden Prozeßvariablen zusammen mit einer Kurzbeschreibung zusätzlicher Informationen, wie zum Beispiel einem Problem-Flag oder einer Textwarnung über eine nahe Grenze oder beliebigem anderen Textmaterial, das erwünscht wird, 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 der Abnahme mit abnehmender Rate. Der Statusbalken 160 kann dazu wirken, die Erwartung eines abnormen Signals eines Benutzers zu bestätigen oder die Problemlöseaktivität, die folgen sollte, anzuleiten.
Die Mehrvariablen-Prozeßübersichtstrendanzeige 152 ermöglicht ferner eine Navigation zu ausführlicheren Informationen. Zum Beispiel ist jedes der Trendsymbole 172 mit einer bestimmten Zeile oder Spalte der Mehrvariablen-Prozeßmatrixanzeige 201 verknüpft, wie später mit Bezug auf 9 und 10 weiter beschrieben werden wird. Ferner können jedes der Trendsymbole 172 oder nur das Trendformelement mit der Prozeßvariablendetail- und Änderungsansichtsanzeigeschnittstellenregion 250 verknüpft werden. Wenn ein Benutzer eines der Trendsymbole 172 wählt, wird eine entsprechende Zeile/Spalte einer Matrixanzeige 201 hervorgehoben und weitere ausführlichere Informationen in bezug auf die dem gewählten Trendsymbole 172 entsprechende Prozeßvariable werden in der Prozeßvariablendetail- und Änderungsansichtsanzeigeschnittstellenregion 250 angezeigt.
Für Fachleute ist aus der vorliegenden Beschreibung erkennbar, daß die Mehrvariablen-Prozeßübersichtstrendanzeige 152 Benutzern dabei hilft, die Leistungsfähigkeit eines Mehrvariablenprozesses zu überwachen. Bei einem stabilen Prozeß erscheinen die Trendsymbole 172 flach und unscheinbar. 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 übergehenden Prozeßvariablen und warnt ihn über solche Änderungen. Im Kontext der vollständigen Prozeßschnittstelle können die einzelnen Trendsymbole 172 mit ausführlicheren Informationen über die übergehende Prozeßvariable verknüpft werden, wie oben beschrieben, zum Beispiel durch Auswahl durch Klicken mit einer Maus oder Auswahl mit einer Tastatur.
Ferner ist für Fachleute erkennbar, daß die in der Prozeßvariablendetail- und Änderungsansichtsanzeigeschnittstellenregion 250 für ein gewähltes Übersichtstrendsymbol 172 gezeigten ausführlicheren Informationen besonders insofern vorteilhaft sind, als sowohl die Anzeigeregion 150 als auch die Anzeigeschnittstellenregion 250 auf einem einzigen Schirmbild angezeigt werden. Folglich wird die Navigation extrem leicht für den Benutzer und der Benutzer kann mehr als eine Art von Informationen auf demselben Schirmbild auswerten.
Die Prozeßvariablendetail- und Änderungsansichtsanzeigeschnittstellenregion 250 ist in 6 weiter im Detail gezeigt. Die Prozeßvariablendetail- und Änderungsansichtsanzeigeschnittstellenregion 250 ermöglicht dem Benutzer ein Manipulieren von Steuergrenzen einer Prozeßvariablen und die Ansicht sowohl einer visuellen als auch einer geschriebenen Vorgeschichte der Grenzbereiche und aktuellen Werte einer Prozeßvariablen. Die Anzeigeschnittstellenregion 250 versucht, den Benutzer dabei zu unterstützen, präzise, gut informierte Grenzänderungen in einem sinnvollen Kontext vorzunehmen.
Die Prozeßvariablendetail- und Änderungsansichtsanzeigeschnittstellenregion 250 enthält einen Trend vorgeschichte-/-prädiktionsplot 252, die Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 und die Schaltflächenschnittstelle 258. Für Fachleute ist erkennbar, daß 6 etwas von der Anzeigeregion 250 von 3 modifiziert ist. Im allgemeinen sind jedoch nur Teile des Anzeigeschirms umgeordnet und es werden verschiedene Namen für verschiedene Schaltflächen in bezug auf die Schaltflächenschnittstelle 258 vorgesehen.
Die Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 der Anzeigeschnittstellenregion 250 ermöglichen dem Benutzer im allgemeinen eine Ansicht und Manipulation von aktuellen Grenzen im Kontext des aktuellen Werts der Prozeßvariablen, wie später weiter beschrieben werden wird. Die Schaltflächenschnittstelle 258 ermöglicht dem Benutzer, Prädiktionen und die Auswirkung einer kleinen Änderung auf eine Grenze anzusehen, der Steuerung zu befehlen, diese Änderungen auszuführen und die Grenzen auf in einem vorherigen Steuerintervall verwendete Werte zurückzuführen. Zum Beispiel bewirkt die Schaltfläche „What If" 601, daß die Steuerung eine Iteration in der Gestalt ausführt, daß Prädiktionen in der Anzeigeregion 260 in bezug auf eine durch den Benutzer wie weiter oben beschrieben vorgenommene veränderte Grenze erzeugt und betrachtet werden können. Die „Enter"-Schaltfläche 602 befiehlt der Steuerung dann, diese Grenzänderungen auszuführen, wenn dies der Benutzer wünscht. Die „Restore"-Schaltfläche 603 stellt außerdem, wenn sie ausgewählt wird, die in dem vorherigen Steuerungsintervall benutzten Werte für die Grenzen wieder her, wenn der Benutzer nicht wünscht, Grenzänderungen auszuführen.
Der Trendvorgeschichte-/-prädiktionsplot 252 liefert erweiterte Trendfähigkeit und Flexibilitätszeitmaßstabmanipulationen. 8 zeigt ein ausführlicheres Diagramm des Trendvorgeschichte-/-prädiktionsplots 252. Zusätzlich zu einer Kurve 350 der Vorgeschichtewerte einer bestimmten Prozeßvariablen zeigt dieser Plot 252 außerdem eine Prädiktionstrendkurve 352 des erwarteten Verhaltens für die Prozeßvariable. Ferner können der Zeitmaßstab (z.B. ein kürzerer oder längerer Zeitraum) und/oder der Zeitrahmen (z.B. ein früherer oder späterer Zeitraum), der in dem Trendvorgeschichteplot 350 und dem Prädiktionsplot 352 widergespiegelt wird, eingestellt werden.
Der vertikale Maßstab 357 des Trendvorgeschichte-/-prädiktionsplot 252 stimmt mit dem durch die Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 spezifizierten Maßstab überein, wie später weiter beschrieben werden wird. Anders ausgedrückt, sind technische harte Ober- und Untergrenzen für den Plot 252 und die Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 äquivalent. Durch diese Äquivalenz wird es leicht, den Trend mit der Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 zu vergleichen. Zwei Balken, ein Balken oben 354 und ein Balken unten 355, zeigen die Vorgeschichte von für die Prozeßvariable gesetzten Grenzen. Zum Beispiel spiegelt der untere Balken 355 das Δ zwischen der vom Bediener eingestellten Untergrenze und den technischen harten Untergrenzeneinstellungen wider, und der obere Balken 354 zeigt das Δ zwischen der vom Bediener eingestellten Obergrenze und den technischen harten Obergrenzeneinstellungen. Wie in 8 zu sehen ist, spiegelt der untere Balken 355 wider, daß das Δ über das gesamte Zeitfenster hinweg gleich bleibt, während der obere Balken 354 dicker wird, wodurch ein zunehmendes Δ gezeigt wird. Die Farbe des Nebenbedingungsvorgeschichtebalkens kann sich als Funktion des nahe-Grenze-Status des aktuellen Werts der Prozeßvariablen zu benutzerdefinierten Grenzen ändern. Wenn zum Beispiel der aktuelle Wert der Prozeßvariablen zwischen dem vom Bediener eingestellten Ober- und Untergrenzwert liegt, weist der Nebenbedingungsvorgeschichtebalken eine bestimmte Farbe, z.B. grau auf. Wenn der aktuelle Wert in der Nähe des harten Bediener-Ober- oder – Untergrenzwerts liegt, dann nimmt der Balken eine andere Farbe, z.B. gelb an. Wenn zum Beispiel der aktuelle Wert der Prozeßvariablen entweder die vom Bediener eingestellte Ober- oder die Untergrenze um mehr als 1% überschreitet, dann nimmt der Balken ferner noch eine andere Farbe, z.B. rot an.
Ferner ist in der Prozeßvariablendetail- und Änderungsansichtsanzeigeschnittstellenregion 250 wie in 6 gezeigt eine Änderungsprotokollierung 260 enthalten. Die Änderungsprotokollierung 260 dokumentiert automatisch kritische Informationen über Grenzänderungen und ermutigt Benutzer dazu, diese zu erklären. Wenn der Benutzer über die Schaltflächenschnittstelle 258 eine Grenzänderung "eingibt", werden ein Protokollierungseintrag mit Feldern, die die Prozeßvariable und verschiedene Parameter, wie zum Beispiel alte und neue Werte, ein Datum und einen Zeitstempel 270, 272 und den Handelnden spezifizieren, bereitgestellt.
Die Prozeßvariablenskalenschnittstelle 256 ist in 7A–7B in größerem Detail gezeigt und wird mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen dieser beschrieben. Die verschiedenen Prozeßgrenzen, die mit der hier beschriebenen graphischen Benutzeroberfläche 50 implementiert werden können, können eine beliebige Anzahl von Mengen von Grenzen umfassen und die vorliegende Erfindung ist nicht insbesondere auf irgendeinen bestimmten Typ von Menge oder irgendeine Anzahl von Mengen beschränkt. Es werden jedoch vorzugsweise vier Arten von Grenzen in der Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 verwendet, wie mit Bezug auf 7A–7G beschrieben werden wird. Zuerst wird jedoch eine Definition jeder der vier Grenzen angegeben, um so ein Verständnis der Prozeßvariablenskalenschnittstelle 256 zu erleichtern.
Im vorliegenden Kontext bedeuten technische physikalische Grenzwerte, Grenzwerte, die die physikalischen Grenzen eines Geräts oder Instruments definieren. Sie repräsentieren den größtmöglichen Umfang einer sinnvollen Quantifizierung einer Prozeßvariablen. Zum Beispiel können sie technische physikalische Grenzen für Meßwerte sein, die ein Sensor bereitstellen kann.
Im vorliegenden Kontext sind technische harte Grenzwerte die Grenzwerte, die von einem Benutzer, insbesondere einem Steuertechniker, gesetzt werden, um einen Bereich herzustellen, über den ein Bediener oder ein anderer Benutzer vom Bediener gesetzte Grenzwerte sicher setzen kann.
Im vorliegenden Kontext sind vom Bediener gesetzte Grenzwerte Grenzwerte, durch die Bediener Einfluß auf die Steuerung 14 ausüben. Solche Grenzen stellen den Bereich her, in dem die Steuerlösung frei zu wirken ist, wenn ihr genug Freiheitsgrade gewährt werden.
Schließlich sind im vorliegenden Kontext weiche Optimierungsgrenzen, die hier ansonsten auch als Delta-Soft-Bänder bezeichnet werden, Pseudogrenzen, die ein Offset innerhalb der vom Bediener gesetzten Grenzen beschreiben, die die Optimierungsberechnungen zu respektieren versuchen werden.
Die Prozeßvariablenskalaschnittstelle 256 enthält eine Prozeßvariablenskala 280 mit einer Skalenachse 285 (nicht allgemein auf dem Schirmbild angezeigt) und eine Skala 282, die sich entlang der Skalenachsen 285 und parallel zu dieser erstreckt. Ein oder mehrere Balken 284 erstrecken sich entlang der Skalenachse 285. Jeder Balken repräsentiert eine Menge von oberen und unteren Prozeßgrenzwerten für eine bestimmte Prozeßvariable. Ferner wird entlang der Skalenachse 285 eine graphische Form, wie zum Beispiel ein Zeiger 297 angezeigt, der den aktuellen Wert der Prozeßvariablen repräsentiert.
Obwohl die sich entlang der Skalenachse 285 erstreckenden graphischen Balkenelemente 284 eine beliebige Anzahl verschiedener Arten von Grenzen relativ zu der spezifischen Prozeßvariablen repräsentieren können, repräsentieren das graphische Balkenelement bzw. die graphischen Balkenelemente 284 vorzugsweise technische harte Grenzwerte oder vom Bediener gesetzte Grenzwerte. Wahlweise können ein oder mehrere zusätzliche graphische Formen (z.B. ein Zeiger 298) entlang der Skala 282 positioniert werden, die einen oder mehrere vorhergesagte Werte für die Prozeßvariable anzeigen. Zum Beispiel kann der vorhergesagte Wert ein zukünftiger Wert oder ein stationärer vorhergesagter Wert sein. Ferner könnte man mit der zusätzlichen graphischen Form bzw. den zusätzlichen graphischen Formen Vorgeschichtewerte anzeigen z.B. einen Mittelwert, Extremwerte usw.
Wie in 7A gezeigt, gehört zu dem einen oder den mehreren graphischen Balken 284 ein erster Balken 281, der sich entlang der Skalenachse 285 erstreckt. Ein erstes oberes Ende 286 des ersten Balkens 281 repräsentiert eine technische harte Obergrenze und ein zweites Ende 288 repräsentiert eine technische harte Untergrenze. Ferner gehört zu dem einen bzw. den mehreren graphischen Balkenelementen 284 ein zweiter Balken 283, der vorzugsweise im Inneren des ersten Balkens 281 angezeigt wird. Der zweite Balken 283 repräsentiert vom Bediener gesetzte Grenzen. Ein erstes Ende 290 des zweiten Balkens 283 repräsentiert eine vom Bediener gesetzte Obergrenze und ein zweites Ende 291 des zweiten Balkens 283 eine vom Bediener gesetzte Untergrenze. Es ist zu bemerken, daß die Grenzen auch in Textform neben der Skala gezeigt sind. Zum Beispiel ist der technische harte Obergrenzwert in dem Textfeld 301 gezeigt, der vom Bediener gesetzte Obergrenzwert in dem Textfeld 302, der vom Bediener gesetzte Untergrenzwert in dem Textfeld 304 und die technische harte Untergrenze in dem Textfeld 305. Der aktuelle Wert der Prozeßvariablen ist in dem Textfeld 303 gezeigt.
Die schraffierten Regionen neben dem ersten und zweiten Ende 290, 291 des zweiten Balkens 283, die den vom Bediener gesetzten Ober- bzw. Untergrenzwert repräsentieren, sind die weichen Optimierungsgrenzen. 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 Delta-Soft-Untergrenze überlappen (z.B. wenn die Delta-Soft-Ober- und -Untergrenzen im Vergleich zu der Region, die durch die vom Bediener gesetzte Ober- und Untergrenze definiert wird, groß sind), die diagonalen Schraffierungsmarkierungen an einem Punkt, z.B. einer Linie auf dem Graphen (siehe 7C) relativ zu dem jeweiligen Anteil der Delta-Soft-Ober- und -Untergrenzen konvergieren. Dieses neu auftretende Merkmal der graphischen Anzeige repräsentiert genau einen Pseudosollwert, d.h, den Zieloptimierungswert, der von dem Optimierungsalgorithmus verwendet wird, wenn sich die Delta-Soft-Bänder überlappen. Die Steuerung 14 versucht, wenn überhaupt möglich, die Prozeßvariable auf den Pseudosollwert zu steuern.
Die Prozeßvariablenskala 280 enthält ferner ein Obergrenzenmanipulationsflag 292 und ein Untergrenzenmanipulationsflag 293. Diese Manipulationsflags 292, 293 können von einem Benutzer zur Änderung der gesetzten Grenzwerte verwendet werden. Abhängig von dem Autoritätsniveau eines Benutzers werden zum Beispiel die Manipulationsflags auf die Grenzbalken fixiert, so daß der Benutzer diese manipulieren kann, wenn er dazu autorisiert ist. Obwohl (wie in 7A gezeigt) z.B. nur das Obergrenzenmanipulationsflag 292 und das Untergrenzenmanipulationsflag 293 als sich von den vom Bediener gesetzten Grenzwerten erstreckend gezeigt sind, so daß Grenzen von einem autorisierten Benutzer modifiziert werden können, können sich zusätzliche Manipulationsflags von den Enden des ersten Balkens 281 auf ähnliche Weise erstrecken, um es so einem Benutzer, z.B. einem Techniker mit der ordnungsgemäßen Autorität, zu erlauben, die technischen harten Grenzwerte zu modifizieren. Ferner können sich solche Manipulationsflags von Enden der Delta-Soft-Bänder 295, 296 erstrecken, um es einem Benutzer zu ermöglichen, die weichen Optimierungsgrenzen zu modifizieren.
Die angezeigten Grenzen und der aktuelle Wert für eine Prozeßvariable sind auf einer einzigen Skala entlang einer einzelnen Skalenachse 285 gezeigt, um einen gleichförmigen Bezugsrahmen zu erzeugen. Benutzer können an den Grenzen Änderungen vornehmen, indem sie traditionelle Texteintragsänderungen in den Textfeldern 301–302 und 304–305 vornehmen, oder durch Ziehen der Manipulationsflags 292, 293 entlang der Skalenachse 285. Diese Kombination von Merkmalen fördert sinnvolle Änderungen an Grenzen, da es dem Benutzer ermöglicht, in einem gleichförmigen Bezugsrahmen mit relevanten Informationen in Wechselwirkung zu treten.
Die Skala 282 der Prozeßvariablenskala 280 stellt sich automatisch ein, um sicherzustellen, daß die Daten der Skala in einem sinnvollen Kontext angezeigt werden. Wie zum Beispiel in 7C gezeigt ist, wird, wenn der aktuelle Wert einer Prozeßvariablen, der durch den Pfeil 297 repräsentiert wird, außerhalb des technischen harten Grenzbereichs liegt, die Skala 282 dann dynamisch umkalibriert, um auf der Skala 282 den Bereich der vom Bediener gesetzten Grenzwerte plus einer zusätzlichen Reserve von 20% zu zeigen. Anders ausgedrückt, wechselt die Skala von einem Endwert von 2.000 zu einem Endwert von 2.200. Nur ein Ende der Skala 282, an dem die Exkursion stattfindet, wird zurückgesetzt, und die anderen graphischen Elemente werden eingestellt, so daß sie auf die neue Skala passen. Die Skala 282 stellt sich inkrementell ein, während der aktuelle Wert der Prozeßvariablen weiter von dem technischen harten Grenzbereich wegwandert. Jedesmal, wenn der Pfeil innerhalb von 5% des Endes der Skala 282 kommt, wird zum Beispiel der Bereich der Skala um zusätzliche 20% des technischen harten Grenzbereichs eingestellt. Eine solche zusätzliche Umskalierung ist zum Beispiel in 7D gezeigt, während sich der aktuelle Wert 2.160 nähert, wie durch den Zeiger 297 gezeigt. Der Skalenbereich wird dann auf 2.640 erhöht, also zusätzliche 20% des in 7C gezeigten vorherigen Skalenbereichs.
Mit einer Farbcodierung des Zeigers 297 oder anderer Elemente der Prozeßvariablenskala 280 können Beziehungen zwischen dem aktuellen Wert der Prozeßvariablen und den vom Benutzer definierten Grenzen für die Prozeßvariable widergespiegelt werden. Zum Beispiel kann die graphische Form bzw. der Zeiger 297 eine bestimmte Farbe aufweisen, z.B. grau, wenn der aktuelle Wert der entsprechenden Prozeßvariablen innerhalb des technischen harten Ober- bzw. Untergrenzwerts liegt (siehe 7B). Wenn der aktuelle Wert der entsprechenden Prozeßvariablen in der Nähe entweder des technischen Ober- oder Untergrenzwerts liegt (z.B. innerhalb von 1%), dann kann der Zeiger 297 eine andere Farbe aufweisen, z.B. gelb (siehe 7C). Wenn der aktuelle Wert der entsprechenden Prozeßvariablen, wie durch den Aktuellwertzeiger 297 repräsentiert, um mindestens einen bestimmten Prozentsatz außerhalb der technischen harten Ober- bzw. Untergrenze liegt, dann kann der Zeiger 297 noch eine 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 repräsentierten technischen harten Grenzen. In einem solchen Fall können die technischen physikalischen Grenzen für die Prozeßvariable entlang der Skalenachse 285 repräsentiert werden, wie durch den gestrichelt gezeichneten Balken 299 gezeigt. Ferner könnte ein solcher Balken 299 eine bestimmte Farbe aufweisen, wodurch der Benutzer auf solche Exkursionen des aktuellen Werts aufmerksam gemacht wird, oder das graphische Element 299 kann eine einfache Linie oder ein Zeiger auf der Skala 282 sein, die bzw. der die technischen physikalischen Grenzen für die Prozeßvariable repräsentiert. Auf bestimmte Weise werden die technischen physikalischen Grenzen jedoch entlang der Skalenachse 285 repräsentiert.
Zwei weitere beispielhafte Ausführungsformen von Fällen, bei denen die Prozeßvariablenskala 280 ein anderes Erscheinungsbild aufweisen kann, liegen vor, wenn die Prozeßvariable eine Störungsvariable ist und wenn die technischen harten Grenzwerte nicht definiert sind. Wie zum Beispiel in 7E gezeigt, ist für eine Störungsvariable die Prozeßvariablenskala 280 relativ einfach und besteht nur aus einer Skala 282 und einem Zeiger 297 für den aktuellen Wert der Störungsvariablen. Es sollte beachtet werden, daß die Einfachheit der Störungsvariablenskala ein Ergebnis des Umstandes ist, daß Störungsvariablen nicht steuerbar sind, sondern lediglich der Steuerung Informationen liefern.
7F repräsentiert eine beispielhafte Prozeßvariablenskala 280, wenn keine technischen harten Grenzwerte definiert wurden. Wie dort gezeigt, werden solche Grenzen einfach von der Prozeßvariablenskala 280 entfernt. Wenn die technischen. harten Grenzwerte nicht definiert sind, basiert die Skala 282 auf vom Bediener gesetzten Grenzen. Zum Beispiel kann die Skala 120% des Bereichs der vom Bediener gesetzten Grenzen betragen.
Außerdem sind andere beispielhafte Ansichten der Prozeßvariablenskala 280 möglich. Wenn zum Beispiel ein gemeldeter Wert einer Prozeßvariablen nicht innerhalb des technischen oberen oder unteren Grenzbereichs liegt, oder Daten empfangen werden, die nicht rational sind, dann kann die Hintergrundfarbe zu einem helleren Gelb wechseln und/oder ein Pfeil kann in einem Schattenmodus gezeigt werden, der sich an dem letzten bekannten guten Wert befindet. Der Schattenpfeil dient zum Anzeigen, daß der Wert der Prozeßvariablen unbestimmt ist. Der Schattenpfeil könnte einen Analysiererwert repräsentieren, der bei der aktuellen Steuerungsiteration nicht aktualisiert wurde, oder den letzten bekannten guten Wert für eine Variable repräsentieren, die ihr Signal verloren hat.
Wie in 7G gezeigt, überlappen sich die schraffierten Regionen für das Delta-Soft-Obergrenzband und das Delta-Soft-Untergrenzband 295, 296, wenn das Delta-Soft-Obergrenzband plus das Delta-Soft-Untergrenzband größer als der Bereich zwischen dem unteren und oberen vom Bediener gesetzten Grenzwert ist. Wenn dies geschieht, treffen sich die beiden schraffierten Bänder an einer Linie die bei (vom Bediener gesetzter unterer Grenzwert) + [(Delta-Soft-Untergrenzband)/(Delta-Soft-Obergrenzband + Delta-Soft-Untergrenzband)] liegt. Wenn eine solche Delta-Soft-Überlappung auftritt, sollte der durch den Zeiger 297 repräsentierte aktuelle Wert am Schnittpunkt der schraffierten Regionen, d.h. am Pseudosollwert, optimiert werden. Dementsprechend können die Delta-Soft-Ober- und -Untergrenzbänder so gesetzt werden, daß eine Prozeßvariable bereitgestellt wird, die auf einen Ruhewert, d.h. Pseudosollwert, optimiert ist, wie in 7G gezeigt. Es versteht sich, daß der Bereich des Delta-Soft-Obergrenzbandes im Vergleich zu dem Delta-Soft-Untergrenzband bestimmt, wo sich innerhalb 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, optimiert sich der aktuelle Wert an einer Position zwei Drittel aufwärts der vom Bediener gesetzten Untergrenze in den schraffierten Regionen, die die Delta-Soft-Überlappung repräsentieren, wie durch die obige Berechnung angezeigt, d.h. (vom Bediener gesetzter unterer Grenzwert) + [(Delta-Soft-Untergrenzband)/(Delta-Soft-Obergrenzband + Delta-Soft-Untergrenzband)].
Benutzer können auf vielerlei Weise die Grenzen manipulieren, zu denen sie Zugang haben. Zum Beispiel werden hier mindestens zwei repräsentiert. Benutzer können eine traditionelle Texteingabe verwenden, wie zum Beispiel in bezug auf die Textfelder 301–302 und 303–304, die rechts der Prozeßvariablenskala 280 angezeigt werden. Alternativ dazu können sie mit den Grenzflags 292, 293 die fraglichen Grenzen direkt manipulieren. Dies könnte zum Beispiel durch Klicken auf das Grenzflag und Ziehen dieses zu dem neuen Wert erreicht werden. Wenn der Benutzer die beiden Bedienergrenzflags auf einen selben Wert zieht, erscheint eine einzige schwarze Linie, wobei die beiden Grenzflags sichtbar sind. Dies ist dann ein Anzeiger für die Sollwertsteuerung. Vorzugsweise wird dem Benutzer nicht erlaubt, das vom Bediener gesetzte Untergrenzflag 293 auf einen Wert zu ziehen, der größer als das vom Bediener gesetzte Obergrenzflag 292 ist oder umgekehrt. Ungeachtet der zum Vornehmen einer Änderung verwendeten Technik werden die Textfelder rechts der Prozeßvariablenskala 280 blau, bis die Enter- oder Restore-Schaltfläche der Schaltflächenschnittstelle 258 betätigt wird, um so entweder die Änderung in Grenzen zu implementieren oder zuvor angezeigte Grenzen wiederherzustellen.
Die Prozeßvariablenskala 280 dient zum Überwachen und Manipulieren von mit einer bestimmten Prozeßvariablen assoziierten Parametern, vorzugsweise in einem kontinuierlichen Mehrvariablenprozeß. Durch die Integration der Repräsentation relevanter Informationen, z.B. der Balkenskala, und die Fähigkeit zur Änderung steuerbarer Parameter kann ein Benutzer schwierige Steueränderungen vornehmen.
Die Mehrvariablen-Prozeßmatrixanzeigeregion 200 enthält die Mehrvariablen-Prozeßmatrixanzeige 201 und andere Anzeigen, wie zum Beispiel Prozeßvariablendetail, wie mit Bezug auf 11 gezeigt und weiter beschrieben. Zum Beispiel wird durch Klicken auf den Matrix-Reiter in dem Reiterteil 211 der Region 200 die Matrixanzeige 201 angezeigt, während durch Klicken oder Auswählen des Prozeßvariablendetailreiters der Reiterregion 211 wie in 11 gezeigt die Prozeßvariablendetailanzeige 230 angezeigt wird.
Die Mehrvariablen-Prozeßmatrixanzeige 201 enthält im allgemeinen ein Matrix-Array von Informationen 218, das Informationen enthält, die mindestens eine Beziehung zwischen einer oder mehreren gesteuerten Variablen und einer oder mehreren manipulierten Variablen beschreiben, oder Informationen, die eine oder mehrere Eigenschaften einer oder mehrerer Prozeßvariablen beschreiben. Vorzugsweise werden eine oder mehrere gesteuerte Variablen 204 entlang einer ersten Achse des Matrix-Array 218 und eine oder mehrere manipulierte Variablen 206 entlang einer zweiten Achse des Matrix-Array 218 angezeigt. Wie in 9 gezeigt, können ferner Störungsvariablen 208 entlang derselben Achse mit den manipulierten Variablen 206 angezeigt werden.
Die gesteuerten Variablen 204 und die manipulierten Variablen 206 und Störungsvariablen 208 sind eine Menge von entlang den Achsen der Matrix 218 angezeigten Textlabels. Vorzugsweise enthält 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, Verstärkungsverzögerungsplots, Verzögerungswerte, Einflußrichtung usw. Besonders bevorzugt umfassen solche Informationen Verstärkungswerte 408. Eine Verstärkungswertematrix, die die Beziehung zwischen gesteuerten Variablen 204 und manipulierten Variablen 206 zeigt, wurde mindestens teilweise in den vorherigen Anzeigen zur Verwendung mit Steuerungen verwendet. Wie zum Beispiel auf Seiten 93 in dem Honeywell-Benutzerhandbuch beschrieben wird, auf das hiermit vollständig Bezug genommen wird, wird auf einem Anzeigeschirm ein Matrix-Array gezeigt, das Verstärkungswerte für eine Tabelle manipulierter Variablen, gesteuerter Variablen und Störungsvariablen enthält.
Die in 9 gezeigte Matrixanzeige 201 verwendet die bekannte Verstärkungsmatrix. Zum Beispiel ist ein solches Verstärkungsmatrix-Array 218 eine Tabelle stationärer Verstärkungswerte 408 zwischen manipulierten Variablen und Störungsvariablen spaltenweise als Array angeordnet, relativ zu jeder der zeilenweise als Array angeordneten gesteuerten Variablen. 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 anzuzeigen, den eine manipulierte oder Störungsvariable auf eine gesteuerte Variable hat, ohne den Verstärkungsbetrag zu spezifizieren. Wenn die Anzahl von Spalten oder Zeilen für eine große Anzahl von Prozeßvariablen den verfügbaren Anzeigeraum übersteigt, kann Rollbalken 216 und 214 Zugang zu allen Prozeßvariablen bereitgestellt werden.
Obwohl eine Verstärkungsmatrix bekannt ist, liefert die vorliegende Erfindung jedoch zusätzliche oder ergänzende Elemente und/oder Techniken in Kombination mit der bekannten Verstärkungsmatrix, um die Werkzeuge für einen Benutzer zur effektiven Verwendung der Verstärkungsmatrix bereitzustellen. Wie zum Beispiel in 9 gezeigt, können gewählte Prozeßvariablen in der Matrixanzeige 201 mit einem farbigen Rechteck, das um die gesamte gewählte Spalte oder Zeile gezeichnet wird, hervorgehoben werden. Eine solche gewählte Prozeßvariable ist zum Beispiel durch ein Rechteck 406 gezeigt, das um „C3 yield" und seine zugeordnete Zeile herum konstruiert wird. Eine solche hervorgehobene Zeile ermöglicht es einem Benutzer, sich auf eine bestimmte Prozeßvariable zu konzentrieren, und zeigt, wie später weiter beschrieben werden wird, ausführlichere Informationen bezüglich der Prozeßvariablen in der Region 250.
Ferner ist zum Beispiel die Verwendung einer Farbe als visueller Hinweis ein weiteres ergänzendes graphisches Werkzeug, das mit der herkömmlichen Verstärkungsmatrix verwendet wird. Zum Beispiel werden unter normalen Bedingungen 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 durch die Zeilen 403, 405 dargestellt, daß eine Prozeßvariable aus der Steuerung herausgenommen wurde. Ferner kann eine grau dargestellte Zeile oder Spalte anzeigen, daß sich eine Prozeßvariable in einem Zustand befindet, der die Steuerung einen Freiheitsgrad kostet, wenn z.B. die gesteuerte Variable auf einen Sollwert oder bis zu einem Grenzwert beschränkt wird, wie in den Zeilen 402, 404 und Spalte 400 gezeigt. Ferner könnten zum Beispiel Spaltenhervorhebungs- oder Zeilenhervorhebungsschirmbilder von einem Pulldown-Menü in dem Werkzeugbalken ausgewählt werden. Zum Beispiel ist eine Möglichkeit, eine grau dargestellte Zeile oder Spalte anzuzeigen, um eine Variable anzuzeigen, die sich in einem Zustand befindet, der nicht Teil der Endlösungsgleichung ist, wenn z.B. eine gesteuerte Variable nicht auf einer Nebenbedingung oder eine manipulierte Variable auf einer Nebenbedingung liegt. Ferner ist eine alternative Möglichkeit das Hervorheben der Zeilen und Spalten, die mit Variablen assoziiert sind, an denen der Benutzer Änderungen vornehmen kann, um die Integrität der Steuerung zu verbessern (z.B. eine manipulierte Variable an einer vom Bediener gesetzten Grenze, die sich innerhalb der technischen harten Grenzen befindet, oder eine auf den Sollwert beschränkte gesteuerte Variable). Zusätzlich können weitere Annotationstechniken hinzugefügt oder derzeitige Techniken modifiziert werden, um Benutzeranwendungen zu dienen.
Ferner und vorzugsweise ist ein ergänzendes graphisches Werkzeug, das einen Teil der Mehrvariablen-Matrixanzeige 201 bildet, die zusammenfassende Skalenanzeige 210. Die zusammenfassende Skalenanzeige 210 enthält mehrere graphische Einrichtungen 212. Jede graphische Einrichtung 212 repräsentiert mindestens einen Zustand einer entsprechenden Prozeßvariablen. Zum Beispiel kann die graphische Einrichtung 212 eine beliebige graphische Repräsentation des Zustands des aktuellen Werts für die von ihr repräsentierte Prozeßvariable sein. Ferner kann es sich bei der graphischen Einrichtung 212 zum Beispiel sogar um Textinformationen in bezug auf den aktuellen Wert einer bestimmten Prozeßvariablen in Kombination mit einer oder mehreren, mit der Prozeßvariablen assoziierten Mengen von Grenzwerten handeln.
Vorzugsweise enthält die zusammenfassende Skalenanzeige 210 eine graphische Einrichtung 212 für jede in der Matrixanzeige 201 angezeigte Prozeßvariable. Vorzugsweise wird die graphische Einrichtung in der Nähe der Prozeßvariablen positioniert, der sie entspricht, z.B. an einer Position, an der ein Benutzer sowohl den Zustand der durch die graphische Einrichtung 212 gezeigten Prozeßvariablen als auch die Verstärkungswerte in dem Matrix-Array 218 visuell bewerten kann. Besonders 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 verallgemeinerte graphische Einrichtung, wie später ausführlicher mit Bezug auf 10 beschrieben wird.
Die Matrixanzeige 201 enthält ferner 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 sich von der Verstärkungsmatrix 218 weg erstreckende diagonalen Linie, eine kleine Box am Ende dieser Linie und eine Ziffer auf jeder Seite der Linie. Die Ziffer über der Linie (die immer als ein positiver Wert ausgedrückt wird) ist ein Zählwert der Anzahl manipulierter Variablen in der Steuerung, die sich nicht auf einer Nebenbedingung oder Grenze befinden, d.h. manipulierte Variablen, die zur Steuerung gesteuerter Variablen benutzt werden können. Die Ziffer unter der Linie (die als ein negativer Wert ausgedrückt wird) ist ein Zählwert, der Anzahl gesteuerter Variablen, die auf Sollwerte beschränkt sind, oder die auf oder außerhalb von Nebenbedingungen liegen, d.h. gesteuerte Variablen, die von der Steuerung 14 behandelt werden müssen. Der Wert in der Box repräsentiert die Summe dieses positiven und negativen Werts und wird als der Freiheitsgradanzeigerwert bezeichnet. Solange die Summe größer oder gleich 0 ist, kann die Steuerung die gesteuerten Variablen auf ihren Sollwerten oder innerhalb ihrer Bereiche erhalten. Wenn die Summe ein negativer Wert wird, wird vorzugsweise die Hintergrundfarbe der Box in eine bestimmte Farbe verwandelt, 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. Eine volle Matrix ist für eine effiziente Steuerung des Prozesses nicht erforderlich und wird manchmal aus Gründen der Kosten und rechnerischen Komplexität nicht erhalten. Die erforderlichen Daten zum Erzeugen eines Freiheitsgradanzeigeelements werden deshalb nicht bei allen Instanziierungen der Steuerung verfügbar sein.
Ein zusätzliches Merkmal der Matrixanzeige 201 ist die Möglichkeit, die Matrixanzeige 201 als eine Tafel zu verwenden, auf der auf weitere Informationen zugegriffen werden kann. Da zum Beispiel alle Prozeßvariablen in der Steuerung 14 in der Matrixanzeige 201 repräsentiert sind, kann die Matrixanzeige 201 im Kontext einer größeren Schnittstelle als ein Navigationswerkzeug benutzt werden. Die Zeilen und Spalten können mit ausführlicheren Informationen für Prozeßvariablen (z.B. in anderen Anzeigeregionen) verknüpft werden, auf die durch einen Auswahlmechanismus, wie zum Beispiel das Doppelklicken einer Maus, zugegriffen werden kann. Zum Beispiel führt das Wählen einer der Prozeßvariablen 204, 206, 208 dazu, daß ausführliche Informationen in der Prozeßvariablendetail- und Änderungsansichtsanzeigeschnittstellenregion 250 angezeigt werden, die auf demselben Schirmbild mit der Matrixanzeige 201 gezeigt wird.
Zusätzlich können die angezeigten Prozeßvariablen als Funktion einer oder mehrerer Eigenschaften, z.B. Eigenschaften der Prozeßvariablen wie zum Beispiel Nähe an Grenzen, Optimierungseigenschaften usw. oder Eigenschaften von Beziehungen zwischen Prozeßvariablen, wie z.B. der stärksten Verstärkungsbeziehung zwischen manipulierten Variablen und gesteuerten Variablen, positiven Verstärkungsbeziehungen usw. gefiltert oder sortiert werden. Bei Sortierung als Funktion einer oder mehrerer Eigenschaften werden die angezeigten Prozeß variablen in der Matrixanzeige umgeordnet, z.B. werden bestimmte Variablen an der obersten Position der aufgelisteten Variablen angezeigt. Bei Filterung werden nur bestimmte der Prozeßvariablen, die Filterungskriterien erfüllen, in der Matrixanzeige angezeigt.
Ferner kann die Matrixanzeige 201 dazu dienen, Informationen über unabhängig ablaufende rechnerische Algorithmen zu präsentieren. Zum Beispiel kann eine Empfindlichkeitsanalyse bestimmen, wie weit eine Variablenprozeßgrenze gelockert werden kann, bevor eine Änderung der anderen Prozeßvariablenwerte stattfindet. Diese Art von Informationen kann auf die Matrixanzeige 201 abgebildet werden, weil alle Prozeßvariablen repräsentiert werden und die Verstärkungen wichtige Kontributoren für den Algorithmus selbst sind. Kurzgefaßt, liefert die Matrixanzeige 201 einen geeigneten Hintergrund für die Präsentation nützlicher Informationen für Benutzer.
Weiterhin enthält die Matrixanzeige 201 einen Rollbalken 421 oder ein beliebiges anderes manipulierbares Element, mit dem der für die Matrixanzeige 201 und die zusammenfassende graphische Anzeige 210 zutreffende Zeitrahmen verändert werden kann. Statt daß aktuelle Werte durch jede der graphischen Einrichtungen 212 repräsentiert werden, könnte zum Beispiel ein Wert für ein vergangenes oder zukünftiges Datum repräsentiert werden.
Mit der Matrixanzeige 201 kann man den stationären Effekt vorhersagen, den eine Änderung an einer manipulierten 206 oder Störungsvariablen 208 auf eine gesteuerte Variable 204 haben wird. Solche Informationen können Benutzern dabei helfen, zu verstehen, wodurch eine beobachtete Verhaltensänderung in einer gesteuerten Variablen verursacht wird, oder die Auswirkung einer geplanten Manipulation auf eine gesteuerte Variable vorherzusagen. Um eine solche Nützlichkeit bereitzustellen, werden die graphischen Einrichtungen 212 vorzugsweise in der Nähe ihrer entsprechenden Prozeßvariablen präsentiert.
Diese zusammenfassenden graphischen Einrichtungen 212, die bei einer Ausführungsform als Bubble-Skalen 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 ist primär dafür bestimmt, einem Benutzer einen allgemeinen Eindruck der Beziehung zwischen dem aktuellen Wert einer Prozeßvariablen und einer oder mehreren vom Benutzer definierten Grenzen, z.B. dem vom Bediener gesetzten Grenzen und den technischen harten Grenzen für eine solche Prozeßvariable, zu geben. Durch die einfache Präsentation solcher Informationen wird dem Benutzer zusammenfassend gezeigt, wo er Raum zur Manipulation von Grenzen hat, um eine auf Nebenbedingungen basierende Steuerung 14 zu unterstützen, und der Benutzer kann den aktuellen Status der Prozeßvariablen in Beziehung zu gesetzten Grenzen bewerten. Ferner 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 durch eine bestimmte Prozeßvariable erreicht wird.
10 zeigt eine beispielhafte Menge von zusammenfassenden graphischen Einrichtungen 452. Die Menge zusammenfassender graphischer Einrichtungen 452, z.B. Bubble-Skalen, illustriert verschiedene Zustände für eine Prozeßvariable. Im allgemeinen enthält jede der zusammenfassenden graphischen Einrichtungen 452 eine Achse 501 und mindestens ein Paar von Ober- und Untergrenzelementen (z.B. 500, 502), die auf der Skalenachse angezeigt werden und vom Benutzer definierte Prozeßgrenzwerte für eine entsprechende Prozeßvariable repräsentieren. Eine graphische Form 504 (z.B. ein kleiner hohler Kreis im Fall einer zusammenfassenden graphischen Einrichtung des Bubble-Skalentyps) dient zur Repräsentation eines Zustands, z.B. des aktuellen Werts, der Prozeßvariablen auf der Skalenachse 501 relativ zu den vom Benutzer definierten Prozeßgrenzwerten für die Prozeßvariable, d.h. die graphische Form 504 ist auf der Achse 501 an einer Position gezeigt, die den aktuellen Wert der Prozeßvariablen anzeigt. Vorzugsweise wird der aktuelle Wert der Prozeßvariablen repräsentiert. Es können jedoch auch zusätzlich zu dem aktuellen Wert oder anstelle des aktuellen Werts vorhergesagte zukünftige Werte und/oder Vorgeschichtewerte gezeigt werden.
Diese sehr simplistische Form der Repräsentation des Zustands, z.B. des aktuellen Werts, einer Prozeßvariablen relativ zu einer oder mehreren Mengen von Grenzen ermöglicht dem Benutzer eine schnelle Bewertung einer bestimmten Prozeßvariablen. Zusätzlich zu der den aktuellen Wert der Prozeßvariablen repräsentierenden graphischen Form kann ferner ein graphisches Symbol wie das in den beispielhaften zusammenfassenden graphischen Einrichtungen 452h, 452i und 452j zur Repräsentation von mit der der graphischen Einrichtung entsprechenden Prozeßvariablen assoziierten Optimierungsinformationen verwendet werden.
Die beispielhaften zusammenfassenden graphischen Einrichtungen 452a–j werden ausführlicher beschrieben, um die durch solche beispielhafte Ausführungsformen repräsentierten Zustände zu veranschaulichen. Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452a repräsentiert einen Normalzustand, wobei vom Bediener gesetzte Grenzen 502 und technische harte Grenzen 500 gezeigt sind. Zum Beispiel können solche technischen harten Grenzen oder vom Bediener gesetzten Grenzen 502 durch sich orthogonal zu der Skalenachse 501 erstreckende parallele Linien repräsentiert werden. Für Fachleute ist jedoch erkennbar, daß solche vom Bediener gesetzten Grenzen 502 und technischen harten Grenzen 500 durch ein beliebiges graphisches Element mit simplistischer Beschaffenheit, das effektive Benutzerbewertung ermöglicht, repräsentiert werden können. Anstelle von parallelen Linien können zum Beispiel andere graphische Elemente, wie etwa Dreiecke, Kurven, Zeiger usw. zur Darstellung solcher Grenzen verwendet werden. Die graphische Form 504 ist an einer Position auf der Achse 501 gezeigt, die den aktuellen Wert der Prozeßvariablen repräsentiert, der die graphische Einrichtung entspricht.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452b repräsentiert einen Normalzustand, wobei vom Bediener gesetzte Grenzen auf die technischen harten Grenzen 500 gesetzt sind. Folglich erscheinen die parallelen Linien im allgemeinen in doppelter Dicke an den äußeren Regionen für die zusammenfassende graphische Einrichtung entlang der Skalenachse 501. Die graphische Form 504 ist an einer Position auf der Achse 501 gezeigt, die den aktuellen Wert der Prozeßvariablen repräsentiert, der die graphische Einrichtung entspricht, zum Beispiel befindet sich bei dieser Darstellung der aktuelle Wert in der Mitte der technischen harten Grenzen 500 und der vom Bediener gesetzten Grenzen 502.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452c repräsentiert einen Normalzustand für den aktuellen Wert, wobei keine technischen harten Grenzen definiert sind. Folglich ist nur eine Menge paralleler Linien 502, die die vom Bediener gesetzten Grenzen repräsentiert, 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 repräsentiert, der die graphische Einrichtung entspricht, zum Beispiel befindet sich bei dieser Darstellung der aktuelle Wert in der Mitte der technischen harten Grenzen 500 und der vom Bediener gesetzten Grenzen 502.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452d repräsentiert einen aktuellen Wert innerhalb von 0,1% einer der beiden vom Bediener gesetzten Grenzen 502. Bei einer solchen Konfiguration befindet sich die graphische Form 504 direkt neben einer der die vom Bediener gesetzten Grenzen repräsentierenden parallelen Linien.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452e repräsentiert einen aktuellen Wert für die Prozeßvariable, der mehr als 1% außerhalb der vom Bediener gesetzten Grenzen 502, aber innerhalb der technischen harten Grenzen 500 liegt. Folglich befindet sich die graphische Form 504 zwischen einer vom Bediener gesetzten Grenze 502 und einer technischen harten Grenze 500.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452f repräsentiert einen normalen aktuellen Wert für die Prozeßvariable, die auf Sollwert beschränkt ist. Bei einer solchen Konfiguration wird die graphische Form 504 zwischen die technischen harten Grenzen 500 und eine einzige Tangentiallinie gesetzt, wobei Flügelspitzen 506 gezeichnet sind, um den Ort des Sollwerts zu vermerken. Es versteht sich, daß jedes beliebige zusätzliche graphische Symbol mit der graphischen Form 504 verwendet werden kann, um den Ort eines Sollwerts zu vermerken. Zum Beispiel kann im Gegensatz zu der einzigen Tangentiallinie mit Flügelspitzen 506 ein auf die Skalenachse 501 gerichteter Zeiger verwendet werden.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452g repräsentiert eine Prozeßvariable in einem Anschlagzustand. Anders ausgedrückt, liegen andere Prozeßvariablen mit Grenzen, die sich auf diese bestimmte Prozeßvariable auswirken, an Grenzen und deshalb ist diese bestimmte Variable am Anschlag. Mit einer Steuerung 14 kann ein solcher Anschlag-Prozeßvariablenzustand erkannt werden, um so der graphischen Schnittstelle eine Anzeige eines solchen Sachverhalts zuzuführen. Wie in 10 gezeigt, wird der Anschlagzustand durch eine gestrichelte Linie 508 neben der graphischen Form 504 repräsentiert. Die graphische Form 504 ist an einer Position auf der Achse 501 gezeigt, die den aktuellen Wert der Prozeßvariablen repräsentiert, 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 gesetzten Grenzen 502. Wenn ein Anschlagzustand angezeigt wird, wird die gestrichelte Linie neben der graphischen Form in der Richtung gezeichnet, in der sich die Variable nicht bewegen kann. Dieser Zustand zeigt an, daß obwohl die Prozeßvariable scheinbar Bewegungsspielraum hat, dies nicht der Fall ist, weil sie am Anschlag ist (z. B. hat die signalabwärtsbefindliche 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 repräsentieren, sondern enthalten außerdem ein graphisches Symbol, das Optimierungsinformationen für die bestimmte Prozeßvariable repräsentiert. Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452h enthält technische harte Grenzen 500, vom Bediener gesetzte Grenzen 502 und einen Zeiger oder Pfeil 510 in Richtung der Obergrenzen, der eine Prozeßvariable anzeigt, die maximiert werden soll, oder anders ausgedrückt, eine Prozeßvariable, die einen negativen Linearkoeffizienten aufweist.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452i ist der zusammenfassenden graphischen Einrichtung 452h sehr ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Prozeßvariable minimiert werden soll, wie durch das graphische Symbol eines Pfeils oder die Zeigeeinrichtung 512 in Richtung der technischen harten Untergrenze angezeigt wird, oder anders ausgedrückt, repräsentativ für eine Prozeßvariable mit einem positiven Linearkoeffizienten.
Die zusammenfassende graphische Einrichtung 452j enthält eine graphische Form 504 und weiterhin mit einem graphischen Symbol 514, z.B. in diesem Fall einem Fadenkreuz, das 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 repräsentiert, der die graphische Einrichtung entspricht, z.B. befindet sich bei dieser Darstellung der aktuelle Wert in der Mitte der technischen harten Grenzen 500 und der vom Bediener gesetzten Grenzen 502.
Die Endpunkte der Achse 501 für jede der graphischen Einrichtungen 452 sind fixiert und geben einen von zwei Skalenbereichen wieder. Wenn technische harte Grenzwerte spezifiziert sind, wird der Skalenbereich auf den Bereich dieser Werte normiert. Wenn die technischen harten Grenzwerte nicht verfügbar sind, wird der Skalenbereich so gesetzt, daß die vom Bediener gesetzte Ober- bzw. Untergrenze +/– 20% wiedergeben wird. In jedem Fall kennzeichnen vorzugsweise Grenzlinien, die orthogonal zu der Achse gezeichnet werden, die vom Bediener gesetzten Grenzwerte. Im allgemeinen werden technische harte Grenzen als dunkle graue 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 vom Bediener gesetzte Grenzen repräsentierenden Linien kürzer als die die technischen harten Grenzen repräsentierenden Linien.
Für Fachleute ist erkennbar, daß jegliche graphische Form im Gegensatz zu einem kleinen hohlen Kreis 504, der in diesem veranschaulichenden Beispiel präsentiert wird, zum Zeigen des aktuellen Werts der Prozeßvariablen im Kontext der im Kontext der benutzerdefinierten Grenzen definierten normierten Bereiche verwendet werden kann. Ferner kann man Farbcodierung in Verbindung mit der graphischen Form verwenden, genau wie sie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen verwendet wurde. Zum Beispiel kann man mit einer Farbe (z.B. grau) einer Farbpalette zeigen, daß der aktuelle Wert der Prozeßvariablen zwischen vom Bediener gesetzten 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 für die Prozeßvariable in der Nähe der vom Bediener gesetzten 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 Bediener gesetzten Grenzen übersteigt (siehe die zusammenfassende graphische Einrichtung 452e).
Die Verwendung der zusammenfassenden graphischen Einrichtungen 452 gewährleistet eine Überwachung des Verhaltens einer Prozeßvariablen im Kontext ihrer Steuergrenzen und sogar ihrer Optimierungsziele. Ein Benutzer erreicht dies durch Wahrnehmen der Position der graphischen Form, z.B. Bubble, in bezug auf ihre Grenzen, z.B. die technischen harten Grenzen oder vom Bediener gesetzten Grenzen. Zusätzlich kann der Benutzer die Beziehung zwischen den beiden Mengen von Grenzen wahrnehmen, indem er den Raum zwischen den jeweiligen oberen und unteren Werten betrachtet. Ferner kann der Benutzer die Optimierungsleistung der Variablen mit Optimierungswarteschlangen und Aktuellwertanzeige bewerten, z.B. bestimmen, ob die Variable mit ihren gegebenen Optimierungszielen wie erwartet handelt oder nicht. Wieder können Diskrepanzen zwischen erwartetem und beobachtetem Verhalten den Benutzer dazu führen, weitere Untersuchungen anzustellen.
Verschiedene andere Matrix-Arrays von Informationen in bezug auf mehrere Prozeßvariablen können angezeigt werden, wie durch das beispielhafte 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 den Reiter „PV Detail" aus der in 9 gezeigten Reiterregion 211 auswählt. Ähnlich kann nach Auswahl eines „Trend"-Reiters der Reiterregion 211 wie in 9 gezeigt eine Trendansicht mit mehreren Trendvorgeschichte-/-prädiktionsplots, wie zum Beispiel den in 6 gezeigten, z.B. den Plots 252, parallel in einer Anzeigeansicht aufgeordnet werden. Ähnlich kann bei Auswahl des „Parameter"-Reiters in der Reiterregion 211 wie in 9 gezeigt eine Ansicht von Detail- und Abstimmschirmbildern bereitgestellt werden.

Claims

Graphische Benutzeroberfläche zum Bereitstellen von Echtzeitprozeßinformationen für einen Benutzer für einen in einer Prozeßanlage durchgeführten Mehrvariablenprozeß, wobei der Mehrvariablenprozeß unter der Kontrolle mehrerer Prozeßvariablen betreibbar ist, wobei die graphische Benutzeroberfläche folgendes umfaßt: mehrere Trendformelemente, wobei jedes Trendformelement ein Prozeßtrendverhalten repräsentiert; und eine Übersichtstrendanzeige zum Anzeigen eines oder mehrerer Trendformelemente, wobei jedes angezeigte Trendformelement einer der mehreren Prozeßvariablen entspricht, und wobei weiterhin das für eine entsprechende Prozeßvariable angezeigte Trendformelement das Trendformelement ist, das Geschwindigkeit und Beschleunigung von Vorgeschichte-Prozeßvariablenwerten für die entsprechende Prozeßvariable repräsentiert.
Graphische Benutzeroberfläche nach Anspruch 1, wobei die mehreren Trendformelemente eine Menge von Trendformelementen umfassen, wobei jedes Trendformelement eines einer vorbestimmten Prozeßtrendverhaltensmenge repräsentiert, und wobei ferner das für die entsprechende Prozeßvariable angezeigte Trendformelement das Trendformelement der vorbestimmten Menge von Trendformelementen ist, das die Vorgeschichte-Prozeßvariablenwerte für die entsprechende Prozeßvariable repräsentiert.
Computerimplementiertes Verfahren zum Bereitstellen einer graphischen Benutzeroberfläche zur Bereitstellung von Echtzeitprozeßinformationen für einen Benutzer für einen in einer Prozeßanlage durchgeführten Mehrvariablenprozeß, wobei der Mehrvariablenprozeß unter der Kontrolle mehrerer Prozeßvariablen betreibbar ist, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen mehrerer Trendformelemente, wobei jedes Trendformelement einem Prozeßtrendverhalten entspricht; Bereitstellen von Vorgeschichtedaten für eine oder mehrere der mehreren Prozeßvariablen, darunter Vorgeschichte-Prozeßvariablenwerte; Bestimmen eines Prozeßtrendverhaltens, das Geschwindigkeit und Beschleunigung von Vorgeschichte-Prozeßvariablenwerten für eine oder mehrere der mehreren Prozeßvariablen repräsentiert; und Anzeigen von Trendformelementen, die dem für jede der einen oder mehreren der mehreren Prozeßvariablen bestimmten Prozeßtrendverhalten entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 3, weiterhin mit dem Schritt des Anzeigens eines oder mehrerer Anlagenkomponentensymbole, wobei jedes Anlagenkomponentensymbol mindestens eine Anlagenkomponente der Prozeßanlage repräsentiert und eine oder mehrere ihm zugeordnete Prozeßvariablen aufweist, und wobei weiterhin das Anzeigen von Trendformelementen, die dem für jede der einen oder mehreren der mehreren Prozeßvariablen bestimmten Prozeßtrendverhalten entsprechen, das Anzeigen jedes der Trendformelemente in Assoziation mit einem der Anlagenkomponentensymbole umfaßt.