DE102017117038A1 - Anlagenbausystem mit integrierter simulation und kontrollsystem-konfiguration - Google Patents

Anlagenbausystem mit integrierter simulation und kontrollsystem-konfiguration Download PDF

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Abstract

Die beschriebenen Verfahren und Systeme ermöglichen eine iterative Anlagengestaltung. Diese Verfahre und Systeme können verwendet werden, um mehrere P&ID-Ausgestaltungen und Kontrollstrategien zu testen, bevor eine Anlage aufgebaut wird, so dass Ingenieure physische Layouts und Kontrollstrategien für die jeweilige Einheit testen können, was eine optimale Gestaltung des Anlagen- und Steuerungsschemas zur Steuerung des Prozesses ermöglicht. Die beschriebenen Methoden und das System ermöglichen so eine optimale Gestaltung optimaler physischer Layouts und Kontrollstrategien.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen die Gestaltung von Anlagen und Steuersystemen für die Anlagen.
  • Hintergrund
  • Um ein Steuerschema für einen gesteuerten Prozess zu entwerfen, benötigt ein Steuerungsingenieur Informationen über das physische Layout der Anlage, die zur Beeinflussung des gesteuerten Prozesses verwendeten Aktoren und die Sensoren, die zur Messung verschiedener Aspekte des Prozesses verwendet werden. Typischerweise kann ein Großteil dieser benötigten Informationen aus einem Prozess- und Instrumentierungsdiagramm (P&ID) abgeleitet werden, das manchmal als Leitungs- und Instrumentierungsdiagramm bezeichnet wird.
  • Ein P&ID ist ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen den an einer Anlage verwendeten Geräten zeigt. Diese Geräte können (i) Aktuatoren und andere Prozessgeräte umfassen, die die Beeinflussung von Produkten und/oder Produktströmen erleichtern (z.B. Tanks, Rohre, Pumpen, Ventile, Ventilatoren, Trockner, Kühltürme, Wärmetauscher usw.); (ii) Instrumente, die Messungen verschiedener Aspekte des Verfahrens erhalten (z.B. Sensoren zur Messung von Temperatur, Durchfluss, Druck, Flüssigkeitsniveaus usw.); (iii) Steuerungssystemgeräte, die berechnet, wie die Aktuatoren beeinflusst werden sollten, um gewünschte Prozessoutputs zu erzielen (z.B. basierend auf Messungen, die von den Instrumenten/Sensoren erhalten wurden); und/oder (iv) Kommunikationsgeräte, die die Kommunikation zwischen den Aktoren, Instrumenten/Sensoren und Steuerungssystemgeräten erleichtert.
  • Typischerweise werden P&IDs verwendet, um eine Anlage zu entwerfen, die als eine Art Blaupause oder Roadmap für das Layout der physischen Komponenten in der Anlage fungiert. Beispielsweise kann ein Ingenieur ein computergestütztes Entwurfswerkzeug verwenden, um P&IDs für mehrere Bereiche einer Anlage zu entwerfen. Sobald die P&IDs abgeschlossen sind, wird die Anlage (oder ein Teil der Anlage) durch Installieren von Prozessgeräten (z.B. Rohrleitungen, Tanks, Ventile usw.) und Instrumenten (z.B. Sensoren) gemäß dem durch die P&IDs dargestellten Entwurf aufgebaut.
  • Sobald die Prozessgeräte und die Instrumentierung installiert sind, können Kommunikationsschemata entworfen und Steuersystemkomponenten installiert werden, um mit den Aktuatoren (z.B. Ventilen, Pumpen und anderen Motoren) und Sensoren (z.B. Temperatursensoren, Durchflusssensoren usw.) zu kommunizieren, die in der Anlage installiert sind. Bei der Einrichtung des Kommunikationsschemas für die Anlage kann ein Ingenieur manuell auf die mit den installierten Aktoren und Sensoren eindeutig verbundenen Steuerungssysteminstrumentidentifikatoren (oder "Tags") hochladen. Diese Tags können dann von den Steuersystemkomponenten referenziert werden, um die Aktoren zu steuern und Messungen von den Sensoren zu erhalten. Der Ingenieur wird bei der Durchführung dieser Steuersystemkonfiguration typischerweise auf den P&ID verweisen, um sicherzustellen, dass sich das Steuersystem (i) auf die Messungen oder Rückmeldungen von den passenden Geräten verlässt und (ii) Steuersignale zur Steuerung der passenden Geräte überträgt. Sobald das Steuersystem konfiguriert ist, kann ein Steuerungsingenieur Steuersysteme für die Steuerung der Anlage entwerfen, wobei auf die P&ID verwiesen wird, um das physische Layout der Komponenten in der Anlage zu verstehen.
  • Leider ist diese Anlagenentwurfsprozedur redundant, zeitaufwendig, langwierig und fehleranfällig. In einigen Fällen kann beispielsweise eine Anlage nach einer fehlerhaften Gestaltung konstruiert werden, wie durch die P&IDs dargestellt. Aufgrund der Kosten für den Kauf und die Installation der komplexen Anlagen, die in Prozessanlagen installiert sind, ist die Neugestaltung der Anlage in der Regel keine Option.
  • Zusammenfassung
  • Die beschriebenen Verfahren und Systeme ermöglichen eine iterative Anlagengestaltung. Diese Methoden und Systeme können verwendet werden, um mehrere P&ID-Designs und Kontrollstrategien zu testen, bevor eine Anlage konstruiert wird, so dass Ingenieure physische Layouts und Kontrollstrategien testen können, bevor die Anlage aufgebaut wird. Kurz gesagt, die beschriebenen Methoden und Systeme erleichtern das Design von optimalen physischen Layouts und optimalen Kontrollstrategien.
  • In einer Ausführungsform kann ein Anlagenbausystem eine Anzeige, einen Prozessor umfassen, der kommunikativ mit der Anzeige gekoppelt ist, und einen Speicher, der kommunikativ mit dem Prozessor gekoppelt ist. Der Speicher kann (A) eine P&ID-Routine speichern, die bei der Ausführung bewirkt, dass die Anzeige einen Konfigurationsbereich anzeigt, um die Gestaltung eines Prozess- und Instrumentierungsdiagramms (P&ID) für einen Teil einer Anlage durch einen Benutzer zu erleichtern, basierend auf der Platzierung eines Benutzers im dargestellten Konfigurationsbereich einer Vielzahl von Gerätesymbolen; und (B) eine Geräteobjektgeneratorroutine, die, wenn sie ausgeführt wird, eine Vielzahl von ausführbaren Geräteobjekten auf der Grundlage der Vielzahl von Gerätesymbolen in der P&ID erzeugt, wobei ein Geräteobjekt aus der Vielzahl von Geräteobjekten einem bestimmten Gerätesymbol aus der Vielzahl von Gerätesymbole im P&ID entspricht. Jedes der Geräteobjekte kann (i) ein Namenselement umfassen, das gemäß einem Namen aus dem P&ID definiert ist, das dem bestimmten Gerätesymbol zugeordnet ist; (ii) ein grafisches Element, das gemäß dem jeweiligen Gerätezeichen definiert ist; (iii) ein materielles Input-/Outputelement ("I/O"), das gemäß einem oder mehreren der Vielzahl von Verbindungssymbolen definiert ist, die mit dem bestimmten Gerätesymbol in der P&ID verbunden sind, wobei das materielle I/O-Element materielle Inputs und Outputs für eine physische Gerätekomponente definiert, die dem jeweiligen Gerätesymbol entspricht; (iv) ein Simulationselement, das über Benutzerinputs definiert werden kann, um das Simulationsverhalten für das Geräteobjekt anzugeben; und/oder (v) ein undefiniertes Kommunikations-I/O-Element, das definiert werden kann, um eine Adresse anzugeben, die von einer Steuerung verwendet werden kann, um mit der physischen Gerätekomponente zu kommunizieren.
  • In einer Ausführungsform kann ein Verfahren das Präsentieren eines Konfigurationsbereichs auf einer Anzeige umfassen, um das Design eines Benutzers eines Prozess- und Instrumentierungsdiagramms (P&ID) basierend auf der Platzierung des Benutzers von einer Vielzahl von Gerätesymbolen in dem angezeigten Konfigurationsbereich zu erleichtern. Das Verfahren kann das Erzeugen eines ausführbaren Geräteobjekts, das einer physischen Gerätekomponente entspricht, die durch ein bestimmtes Gerätesymbol repräsentiert wird, aus der Vielzahl von Gerätesymbolen in dem P&ID umfassen. Das erzeugte Geräteobjekt kann (i) ein Namenselement umfassen, das gemäß einem Namen aus dem P&ID definiert ist, das dem bestimmten Gerätesymbol zugeordnet ist; (ii) ein grafisches Element, das gemäß dem bestimmten Gerätezeichen definiert ist; (iii) ein materielles Input-/Outputelement ("I/O"), das gemäß einem oder mehreren der Vielzahl von Verbindungssymbolen definiert ist, die mit dem bestimmten Gerätesymbol in der P&ID verbunden sind, wobei das materielle I/O-Element materielle Inputs und Outputs für eine physische Gerätekomponente definiert, die dem jeweiligen Gerätesymbol entspricht; (iv) ein Simulationselement, das über Benutzerinputs definiert werden kann, um das Simulationsverhalten für das Geräteobjekt anzugeben; und/oder (v) ein undefiniertes Kommunikations-I/O-Element, das definiert werden kann, um es einer Steuerung zu ermöglichen, mit der physischen Gerätekomponente zu kommunizieren.
  • In einer Ausführungsform kann ein Anlagenbausystem eine Einrichtung zum Präsentieren eines Konfigurationsbereichs auf einer Anzeige umfassen, um die Gestaltung eines Benutzers eines Prozess- und Instrumentierungsdiagramms (P&ID) basierend auf der Platzierung des Benutzers von einer Vielzahl von Gerätesymbolen in dem angezeigten Konfigurationsbereich zu erleichtern. Das Anlagenbausystem kann ein Mittel zum Erzeugen eines Geräteobjekts, das einer physischen Gerätekomponente entspricht, die durch ein bestimmtes Gerätesymbol aus der Vielzahl von Gerätesymbolen in der P&ID dargestellt ist, umfassen. Das erzeugte Geräteobjekt kann (i) ein Namenselement umfassen, das gemäß einem Namen aus dem P&ID definiert ist, das dem bestimmten Gerätesymbol zugeordnet ist; (ii) ein grafisches Element, das gemäß dem jeweiligen Gerätesymbol definiert ist; (iii) ein materielles Input/Outputelement ("I/O"), das gemäß einem oder mehreren der Vielzahl von Verbindungssymbolen definiert ist, die mit dem bestimmten Gerätesymbol in der P&ID verbunden sind, wobei das materielle Input/Outputelement materielle Inputs und Outputs definiert für eine physische Gerätekomponente, die dem jeweiligen Gerätesymbol entspricht; (iv) ein Simulationselement, das über Benutzerinputs definiert werden kann, um das Simulationsverhalten für das Geräteobjekt anzugeben; und/oder (v) ein undefiniertes Kommunikations-I/O-Element, das definiert werden kann, um es einer Steuerung zu ermöglichen, mit der physischen Gerätekomponente zu kommunizieren.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Jede der nachstehend beschriebenen Figuren zeigt einen oder mehrere Aspekte des offenbarten Systems und/oder Verfahrens gemäß einer Ausführungsform. Wo immer möglich, bezieht sich die folgende Beschreibung auf die in den folgenden Abbildungen enthaltenen Bezugszeichen.
  • 1A ist ein relationales Diagramm für ein System, das ein Anlagenbausystem gemäß einer Ausführungsform enthält.
  • 1B ist ein Blockdiagramm eines verteilten Prozesssteuerungsnetzes, das sich in einer Prozessanlage gemäß einer Ausführungsform befindet.
  • 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach dem Stand der Technik zum Entwerfen einer Anlage.
  • 3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Entwerfen einer Anlage gemäß einer Ausführungsform.
  • 4 ist ein relationales Diagramm eines Systems zum Entwerfen einer Anlage gemäß einer Ausführungsform.
  • 5 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Geräteobjekts, das von einem Anlagenbauer gemäß einer Ausführungsform erzeugt werden kann.
  • 6 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Geräteobjekts, das von einem Anlagenbauer gemäß einer Ausführungsform erzeugt werden kann.
  • 7 zeigt eine beispielhafte Schnittstelle für einen Anlagenbauer gemäß einer Ausführungsform.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Verschiedene Techniken, Systeme und Verfahren werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 erläutert. Die nachfolgende Beschreibung wird in die folgenden Abschnitte unterteilt:
    • I. Überblick
    • II. Die Anlage
    • III. Ein Verfahren des Standes der Technik zur Anlagen-Gestaltung
    • IV. Gestalten einer Anlage nach den offenbarten Ausführungsformen
    • V. Zusätzliche Überlegungen
  • I. Überblick
  • 1A ist ein relationales Diagramm für ein System 100, das ein Anlagenbausystem 105 gemäß einer Ausführungsform umfasst. Das System 100 umfasst das Anlagenbausystem 105, eine oder mehrere Datenbanken 28 und/oder einen Prozessmodulsimulator 110. Die eine oder mehrere Datenbank 28 können Leitungs- und Instrumentierungsdiagramme (P&IDs) 35 umfassen, die manchmal als Prozess- und Instrumentierungsdiagramme Diagramme 35 bezeichnet werden; Prozessmodule 31; und/oder Steuermodule 29.
  • Allgemein gesprochen ist das Anlagenbausystem 105 (manchmal auch als Anlagenbauer 105 bezeichnet) ein Computer oder eine Gruppe von Computern, die so konfiguriert sind, dass sie verschiedene Stufen des Entwurfs und der Neukonstruktion für eine Anlage 10 erleichtern. Der Anlagenbauer 105 kann zum Entwerfen einer ganzen Anlage 10 oder eines Teils einer Anlage 10 verwendet werden, die verschiedene Gerätekomponenten 130 umfassen kann. Beispielsweise kann der Anlagenbauer 105 nützlich sein, um eine Erweiterung zu einer bestehenden Anlage zu entwerfen.
  • Die Anlage 10 ist eine Anlage zur Steuerung jeglicher Art von Prozess. Beispielsweise kann die Anlage 10 ein Kraftwerk, eine chemische Verarbeitungsanlage, eine Ölraffinerie oder jede andere Prozessanlage sein. Die Anlage 10 kann verschiedene Gerätekomponenten 130, wie beispielsweise Feldgeräte 14, Rohre 132 zum Bewegen von Material, Tanks 134 zum Fassen von Material und andere Gerätekomponenten 136 umfassen. Zur Herstellung eines Endprodukts (z.B. Elektrizität, raffiniertes Öl, Ethanol usw.), wird ein Steuersystem verwendet, um den Prozess zu überwachen und zu steuern. Diese Überwachung und Steuerung erfolgt über die Feldgeräte 14, die typischerweise Sensoren zur Messung verschiedener Aspekte des Prozesses und/oder Aktuatoren zur Beeinflussung verschiedener Aspekte des Prozesses umfassen. Diese Feldgeräte 14 sind typischerweise kommunikativ mit in der Anlage 10 installierten Steuerungen (nicht gezeigt) verbunden, die für die Steuerung und/oder Überwachung verschiedener Aspekte des Prozesses verantwortlich sind. Die Feldgeräte 14 werden unter Bezugnahme auf 1B näher beschrieben. Die besondere Anordnung der verschiedenen Geräte 130 in der Anlage 10 ist darauf ausgelegt, ein bestimmtes Ziel zu erreichen. So sollte sorgfältiges Denken in die Gestaltung der Anlage 10 eingehen, bevor sie konstruiert wird. Die Anlage 10 wird anhand von 1B näher erläutert.
  • Das Anlagenbausystem 105 erleichtert eine verbesserte Anlagengestaltung. Bemerkenswerterweise ermöglicht der Anlagenbauer 105 die Erzeugung und Verwendung von drei verschiedenen Arten von Einheiten: die P&IDs 35, die Geräteobjekte 39 und die Steuermodule 29. Diese Einheiten können in integrierter Weise erstellt und genutzt werden, um eine verbesserte Anlagengestaltung, Anlagensimulation und Anlagensteuerung bereitzustellen. Die P&IDs 35, die Geräteobjekte 39 und die Steuermodule 29 können in jedem geeigneten Datenspeicher 28 gespeichert sein und können zusammen oder unabhängig voneinander gespeichert sein.
  • A. P&IDs 35
  • Die P&IDs 35 sind Diagramme, die Beziehungen zwischen den in der Anlage 10 verwendeten Geräten zeigen. Jedes P&ID 35 umfasst Symbole 15, die bestimmte Geräteelemente 130 darstellen, die installiert oder für eine potentielle Installation in der Anlage 10 geplant sind. Im Allgemeinen kann ein P&ID 35 als eine Blaupause oder eine Roadmap für einen bestimmten Bereich oder eine Einheit der Anlage 10 betrachtet werden. Beispielsweise kann ein P&ID 35 einen Wasserkühlbereich für die Anlage 10 darstellen und kann Symbole 15 enthalten, die den jeweiligen Tanks 134, Rohren 132, Feldgeräten 14 und andere Einrichtungen 136 entsprechen, die in den Wasserkühlbereich eingeschlossen werden sollen. Die P&IDs 35 werden im Anlagenbauer 105 gestaltet und erzeugt und können über eine Anzeige im Anlagenbauer 105 angezeigt werden.
  • B. Geräteobjekte 39
  • Jedes Geräteobjekt 39 stellt eine bestimmte Gerätekomponente 130 dar, die in der Anlage 10 installiert und geplant ist, und allgemein ein Symbol 15 in einer P&ID 35. Die Geräteobjekte 39 sind Module, Routinen und/oder Datenstrukturen, die von verschiedenen Geräten innerhalb der Anlage 10 für Anlagengestaltung, Simulation und Steuerung referenziert und genutzt werden können. Für jedes Objekt 39 können diese Datenstrukturen Attribute für das Objekt 39 und für die dem Objekt 39 entsprechende Gerätekomponente 130 enthalten.
  • Beispielsweise kann jedes Geräteobjekt 39 einen bestimmten Identifikator ("ID"), der für die Gerätekomponente eindeutig ist, enthalten oder darauf verweisen; ein grafisches Element für die Gerätekomponente (zur Anzeige auf der P&ID und/oder Bedieneranzeige); ein materielles I/O-Element, das andere Geräteobjekte identifiziert, mit denen das Geräteobjekt verbunden ist (und damit die Identifizierung anderer Gerätekomponenten, mit denen die zugrunde liegende Gerätekomponente verbunden ist); Ein Kommunikations-I/O-Element, das ein Mittel (z.B. eine I/O-Geräteadresse) zum Kommunizieren mit der zugrunde liegenden Gerätekomponente identifiziert; Simulationsfunktionalität zur Simulation der zugrunde liegenden Gerätekomponente; und/oder Geräte-/Geräteparameter, die der dargestellten Gerätekomponente 130 entsprechen (z.B. ein Durchmesser oder eine Reynolds-Zahl für ein Rohr). Beispielhafte Geräteobjekte sind in 5 und 6 dargestellt.
  • Ein oder mehrere der Geräteobjekte 39 können als eine als Prozessmodul 31 bezeichnete Sammlung oder Einheit organisiert sein. Im Allgemeinen entspricht jedes Prozessmodul 31 einem bestimmten Bereich oder einer bestimmten Einheit, die in einem der P&IDs 35 dargestellt ist, und kann verwendet werden, um den Betrieb dieses bestimmten Bereichs oder Einheit zu simulieren.
  • Jedes Geräteobjekt 39 kann mehrere Betriebsmodi aufweisen, wie beispielsweise "Simulationsmodus" und "Normalmodus". Während des Normalmodus oder Normalbetriebes kann ein Geräteobjekt 39 von dem Steuersystem referenziert oder anderweitig verwendet werden, um mit den entsprechenden Gerätekomponenten 130 zu kommunizieren. Beispielsweise können die Geräteobjekte 39 im Normalbetrieb: (i) Steuersignale, die von einem Steuermodul 29 empfangen werden, das in einer Steuerung ausgeführt wird, zu einem zugrundeliegenden Feldgerät 14 weitergeleitet umfassend einen Aktuator (wie eine Pumpe oder ein Ventil) und/oder (ii) von einem zugrundeliegenden Feldgerät 14 umfassend einen Sensor (z.B. von einem Strömungssensor oder Niveausensor) empfangene Messungen an das entsprechende Steuermodul 29 weiterleiten. Im Simulationsmodus können die Geräteobjekte 39 die von einem Steuermodul 30 empfangenen Steuersignale weiterleiten zu dem Prozessmodul-Simulator 110 und kann von dem Simulator 110 empfangene simulierte Messungen weiterleiten (was den Betrieb des entsprechenden Geräts, wie z.B. eines Sensors, simulieren kann) an das entsprechende Steuermodul 29.
  • Der Simulator 110 kann ein beliebiges Rechengerät oder ein System sein, das eine Simulationsroutine oder Routinen ausführt, die so konfiguriert sind, dass sie den Betrieb der durch die Geräteobjekte 39 repräsentierten Gerätekomponenten 130 im Prozessmodul 31 simulieren.
  • In einigen Ausführungsformen sind der Simulator 110 und das Anlagenbausystem 105 unterschiedliche Geräte oder Plattformen. In anderen Ausführungsformen sind der Simulator 110 und das Anlagenbausystem 105 das gleiche System oder Gerät. In einigen Fällen kann die Simulationsroutine eine Anwendung, eine Routine oder eine Unterroutine sein, die Teil einer größeren Folge von Anwendungen ist, die das Anlagenbausystem 105 bilden.
  • Im Betrieb analysiert der Simulator 110 einen simulierten Status jedes der Geräteobjekte 39 und führt eine Logik aus, die entworfen ist, um den Betrieb der Gerätekomponenten 130 gemäß dem simulierten Status der Geräteobjekte 39 zu simulieren (z.B. gemäß den simulierten Messungen und Inputs der zugrunde liegenden Gerätekomponenten 130). Wenn zum Beispiel ein simuliertes Ventil an einer Warmwasserleitung, das in einen Tank eintritt, geöffnet wird, können die folgenden stromabwärtigen Gegenstände betroffen sein: ein Strömungssensor an der Heißwasserleitung; ein Temperatursensor für die Flüssigkeit im Tank; und ein Niveausensor für die Flüssigkeit im Tank. Der Simulator 110 kann Messungen für jeden dieser Sensoren in Reaktion auf die simulierte Ventilöffnung simulieren. Abhängig von der Ausführungsform kann der Simulator 110 den Betrieb von Geräten simulieren, die durch mehrere Prozessmodule 31 repräsentiert werden, indem auf die P&ID(s) 35 Bezug genommen wird, um die Beziehungen zwischen den verschiedenen Prozessmodulen 31 zu bestimmen.
  • C. Steuermodule 29
  • Ein „Steuermodul "ist ein Satz von Befehlen, der von einem Prozessor (z.B. einer Steuerung) ausführbar ist, zum Ausführen einer oder mehrerer Operationen zum Bereitstellen oder Ausführen einer Online-Steuerung von zumindest einem Teil eines Prozesses. Die Steuermodule 29 können im Speicher gespeichert werden, z.B. als eine oder mehrere Routinen, Anwendungen, Softwaremodule oder Programme. Die Steuermodule 29 können jede Art von Steuermodul umfassen. Die Steuermodule 29 können auf die Geräteobjekte 39 verweisen, um mit den Feldgeräten 14, die den Geräteobjekten 39 entsprechen, zu kommunizieren.
  • Jedes der Steuermodule 29 kann aus Funktionsblöcken 30 bestehen, wobei jeder Funktionsblock 30 ein Teil oder eine Unterroutine einer Gesamtsteuerroutine ist (z.B. durch eines der Steuermodule 29 verkörpert). Die Funktionsblöcke 30, die Objekte in einem objektorientierten Programmierprotokoll sein können, führen typischerweise aus: (i) eine Inputfunktion, wie beispielsweise das Empfangen eines analogen oder diskreten Inputsignals, das einem Sender, Sensor oder einer anderen Prozessparameter-Messgerät zugeordnet ist; (ii) eine Steuerfunktion, wie diejenige, die mit einer Steuerroutine verknüpft ist, die eine PID-, Fuzzy-Logik-, etc. Steuerung durchführt; oder (iii) eine Outputfunktion, wie zum Beispiel das Veranlassen einer Steuerung, ein analoges oder diskretes Outputsignal zu übertragen, um den Betrieb eines Aktuators oder eines Geräts (wie eines Ventils) zu steuern, um eine gewisse physische Funktion (z.B. Öffnen oder Schließen des Ventils) in der Prozessanlage 10 auszuführen. Natürlich bestehen Hybrid- und andere Arten von komplexen Funktionsblöcken wie z.B. Modellprädiktive Steuerungen (MPCs), Optimierer usw.
  • Jedes Steuermodul 29 kann in Verbindung mit anderen Steuermodulen 29 und Funktionsblöcken 30 (über Kommunikationsverbindungen in der Anlage 10) arbeiten, um Prozesssteuerkreise innerhalb der Prozessanlage 10 zu implementieren. Während das Feldbusprotokoll, das DeltaV-Systemprotokoll und das Ovationssystemprotokoll Steuermodule und Funktionsblöcke verwenden, die in einem objektorientierten Programmierprotokoll entworfen und implementiert sind, können die Steuermodule 29 unter Verwendung eines beliebigen gewünschten Steuerprogrammierschemas entworfen werden, einschließlich beispielsweise sequentieller Funktionsblock, Leiterlogik usw.; und sind nicht darauf beschränkt, mit Funktionsblöcken oder einer anderen speziellen Programmierungstechnik gestaltet und implementiert zu werden.
  • II. Die Anlage
  • 1B ist ein Blockdiagramm eines verteilten Prozesssteuerungsnetzes, das in einer Prozessanlage 10 gemäß einer Ausführungsform angeordnet ist. Die Prozessanlage 10 kann unter Verwendung des Anlagenbauers 105 (ebenfalls in 1A gezeigt) gestaltet werden. Die Prozessanlage 10 verwendet ein verteiltes Prozesssteuersystem mit einem oder mehreren Steuerungen 12; ein oder mehrere Feldgeräte 14; ein oder mehrere Input-/Output-(I/O-)Geräte (manchmal auch als I/O-Karten bezeichnet) 18; das Anlagenbausystem 105; ein oder mehrere Hosts oder Bediener-Workstations 22; ein Netzwerk 24; und eine Datenbank 28.
  • Das Netzwerk 24 kann jedes geeignete Netzwerk sein, einschließlich drahtloser und/oder drahtgebundener Verbindungen. Die Steuerungen 12, die Workstation 22, der Anlagenbauer 105 und die Datenbank 28 können kommunikativ mit dem Netzwerk 24 verbunden sein und können jeweils als Knoten des Netzwerks 24 betrachtet werden, wenn sie verbunden sind. Während sich die Steuerungen 12, die I/O-Karten 18 und die Feldgeräte 14 typischerweise innerhalb der manchmal rauen Anlagenumgebung befinden und verteilt sind, befinden sich der Anlagenbauer 105, die Bediener-Workstation 22 und die Datenbank 28 häufig in Kontrollräumen oder anderen weniger rauen Umgebungen, die für Steuer- oder Wartungspersonal leichter einschätzbar sind.
  • A. Die Steuerungen 12 und I/O-Geräte 18
  • Jede der Steuerungen 12 (die beispielsweise die von Emerson Process Management vertriebene DeltaVTM-Steuerung sein kann) speichert und führt eine Steuerungsanwendung aus, die eine Steuerstrategie unter Verwendung einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher, unabhängig ausgeführter Steuermodule oder Blöcke 29 implementiert. Die eine oder mehreren Steuerungen 12 können kommunikativ mit dem Netzwerk 24 verbunden sein, so dass die Steuerungen 12 mit anderen mit dem Netzwerk 24 verbundenen Geräte kommunizieren können, wie beispielsweise der Workstation 22 oder dem Computer 20.
  • Ferner können die eine oder die mehreren Steuerungen 12 kommunikativ mit den Feldgeräten 14 unter Verwendung irgendeiner gewünschten Hardware und Software verbunden sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Standard-4-20-ma-Geräte; die I/O-Geräte 18; und/oder jedes intelligente Kommunikationsprotokoll. Jedes I/O-Gerät 18 kann jede Art von I/O-Gerät sein, das irgendein gewünschtes Kommunikations- oder Steuerprotokoll erfüllt. Beispielsweise können die I/O-Geräte 18 Feldbus-Schnittstellen, Profibus-Schnittstellen, HART-Schnittstellen, WirelessHART-Schnittstellen, Standard-4-20-ma-Schnittstellen usw. sein. Im Beispielbetrieb kann die Steuerung 12 einen Batch-Prozess oder einen kontinuierlichen Prozess unter Verwendung von zumindest einigen der Feldgeräte 14 implementieren.
  • A. Die Feldgeräte 14
  • Allgemein gesprochen ist ein Feldgerät 14 ein Gerät, das verwendet wird, um den Prozess zu überwachen und/oder zu steuern. Ein Feldgerät 14 ist im Allgemeinen ein Aktuator, ein Sensor oder eine Kombination davon. Jedes Feldgerät 14 ist kommunikativ mit einer Steuerung 12 (typischerweise über ein I/O-Gerät 18) gekoppelt, obwohl ein Feldgerät 14 in einigen Ausführungsformen direkt mit einer Steuerung 12 gekoppelt sein kann). Einige der Feldgeräte 14 können einen zugeordneten Mikroprozessor aufweisen, der die Kommunikation mit der Steuerung 12 und/oder den I/O-Geräten 18 handhabt.
  • Allgemein gesprochen betätigt ein Aktor (wie z.B. eine Pumpe oder ein Ventil) in Reaktion auf ein Steuersignal von einer Steuerung 12 und ein Sensor gibt eine Messung als Antwort auf die Erfassung eines physikalischen Phänomens aus (z.B. eine Strömung, Temperatur oder dem Niveau eines Materials). Die Messung wird typischerweise über einen an den Sensor gekoppelten Sender an eine Steuerung 12 übertragen.
  • Die Feldgeräte 14 können Standard-4-20-mA-Geräte sein; Intelligente Feldgeräte wie HART, Profibus oder FOUNDATIONTM-Feldbus-Feldgeräte (welche einen Prozessor und einen Speicher umfassen); oder jede andere gewünschte Art von Gerät. Einige dieser Feldgeräte 14, wie beispielsweise Feldbus-Feldgeräte, können Module oder Submodule wie die Funktionsblöcke 30, die der in den Steuerungen 12 implementierten Steuerstrategie zugeordnet sind, speichern und ausführen. Die Funktionsblöcke 30 können in Verbindung mit der Ausführung der Steuermodule 29 innerhalb der Steuerungen 12 ausgeführt werden zur Realisierung der Prozesssteuerung. In einer Ausführungsform ermöglichen die Funktionsblöcke 30, dass ein Feldgerät 14 unabhängig von einer Steuerung arbeitet, die eine Steuerroutine implementiert.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Anlage 10 ein oder mehrere drahtlose Feldgeräte (nicht gezeigt) umfassen, die kommunikativ über einen drahtlosen Zugang mit dem Netzwerk 24 verbunden sind.
  • B. Die Workstation 22
  • Die Workstation 22 kann jedes beliebige Rechengerät sein, das als Benutzeroberfläche für Operatoren oder andere Benutzer arbeitet. Die Workstation 22 kann einen Prozessor und einen Speicher (nicht gezeigt) umfassen und kann eine Benutzerschnittstellenroutine 41 und andere Anwendungen 43 umfassen. Die Benutzerschnittstellenroutine 41 ermöglicht es der Workstation 22, einen Input über eine Input-Schnittstelle (wie eine Maus, eine Tastatur, Touchscreen, etc.) zu akzeptieren und einen Output auf einem Display zu liefern.
  • Insbesondere kann die Workstation 22 einen Output (d.h. visuelle Darstellungen oder Grafiken) bereitstellen, der Aspekte des Prozesses darstellt, der mit der Anlage 10 assoziiert ist, was es einem Benutzer ermöglicht, den Prozess zu überwachen. Der Benutzer kann auch die Steuerung des Prozesses beeinflussen, indem er einen Input an der Workstation 22 bereitstellt. Zur Veranschaulichung: die Arbeitsstation 22 kann Grafiken bereitstellen, die beispielsweise einen Tankfüllprozess darstellen. In einem solchen Szenario kann der Benutzer eine Tankpegelmessung lesen und entscheiden, dass der Tank gefüllt werden muss. Der Benutzer kann dann beispielsweise mit einer Einlassventil-Grafik interagieren, die an der Workstation 22 angezeigt wird, und gibt einen Befehl ein, der bewirkt, dass das Einlassventil sich öffnet.
  • C. Die Datenbank 28
  • Die Datenbank 28 ist eine Sammlung von Daten, die von Geräten in der Anlage 10 für verschiedene Zwecke verwendet werden können. Die Datenbank 28 kann mit dem Netzwerk 24 verbunden sein und kann als Daten-Historian arbeiten, der Parameter, Status und andere Daten sammelt und speichert, die den Steuerungen 12 und Feldgeräten 14 zugeordnet sind, innerhalb der Anlage 10 und/oder als eine Konfigurationsdatenbank, die die aktuelle Konfiguration des Prozesssteuersystems innerhalb der Anlage 10 speichert, wie sie in den Steuerungen 12 und den Feldgeräten 14 heruntergeladen und gespeichert ist. Ein Server (nicht gezeigt) kann auf die Datenbank 28 zugreifen und anderen Geräten den Zugriff auf die gespeicherten Daten bereitstellen. Der Server und/oder die Datenbank 28 können von einem Computer (nicht gezeigt) ähnlich der Workstation 22 oder dem Computer 20 gehostet werden.
  • D. Das Anlagenbausystem 105
  • Der Anlagenbauer 105 enthält einen Computer 20 mit einem Speicher 34 und einem Prozessor 36. Während 1B den Anlagenbauer 105 mit einem einzigen Computer 20 zeigt, es versteht sich, dass das Anlagenbausystem 105 in einigen Ausführungsformen mehrere Computer enthalten kann.
  • Das Anlagenerzeugungssystem 105 kann über eine Inputschnittstelle (z.B. eine Tastatur, eine Maus, einen Touchscreen usw.) einen Input aufnehmen und kann einen Anzeigebildschirm 37 umfassen oder mit diesem verbunden sein. Der Speicher 34 kann eine Anlagenbauroutine 32 speichern, sowie P&IDs 35, Geräteobjekte 39 und Steuermodule 29. Der Speicher 34 kann auch andere nicht dargestellte Anwendungen und/oder Datenstrukturen speichern.
  • Die Anlagenbauroutine 32 ist eine Anwendung, eine Routine oder ein Modul, die von dem Prozessor 36 ausgeführt wird, um die Erzeugung und Verwendung der P&IDs 35, der Geräteobjekte 39 und der Steuermodule 29 zu ermöglichen. Die Anlagenbauroutine 32 kann eine einzelne Anwendung sein oder eine Reihe von Anwendungen, je nach Ausführungsform. Wenn die Anlagenbauroutine 32 ausgeführt wird, kann das Gerät, das die Anlagenbauroutine 32 ausführt, als "Anlagenbausystem", " Anlagenbaugerät" oder " Anlagenbauwerkzeug" bezeichnet werden. Zum Beispiel kann in einigen Fällen die Workstation 22 die Anlagenbauroutine 32 ausführen und kann bei der Ausführung der Anlagenbauroutine 32 als "Anlagenbauerwerkzeug" oder "Anlagenbaugerät" bezeichnet werden.
  • Auf die Anlagenbauroutine 32 kann von jedem autorisierten Benutzer zugegriffen werden (der hier manchmal als Konfigurationsingenieur oder Bediener bezeichnet wird, obwohl andere Arten von Benutzern vorhanden sein können), um die Funktionalität für den Anlagenbauer 105 zu sehen und zu liefern. Die Anlagenbauroutine 32 kann implementiert werden, bevor andere Aspekte der Anlage 10 existieren. Das heißt, die Anlagenbauroutine 32 kann verwendet werden, um das physische Layout der Anlage 10 und/oder das Kommunikationsschema der Anlage 10 zu entwerfen. Die jeweiligen Kommunikationsverbindungen zwischen den Steuerungen 12 und den Feldgeräten 14 können beispielsweise über die Anlagenbauroutine 32 gestaltet werden, bevor die Steuerungen 12, die Feldgeräte 14 und die anderen Gerätekomponenten in der Anlage 10 installiert werden.
  • Während die in dem Speicher 34 gespeicherten Anwendungen und Datenstrukturen als in dem Computer 20 gespeichert dargestellt sind, können einige dieser Anwendungen oder andere Einheiten in anderen Workstations oder Computergeräten, die innerhalb oder mit der Anlage 10 verbunden sind, gespeichert und ausgeführt werden. Weiterhin kann die Anlagenbauroutine 32 Anzeigeoutputs an den Anzeigeschirm 37 oder irgendeine andere gewünschte Anzeige- oder Anzeigegerät, einschließlich Handgeräte, Laptops, andere Workstations, Drucker usw., bereitstellen. Ebenso kann die Anlagenbauroutine 32 (sowie andere in dem Speicher 34 gespeicherte Anwendungen) auf zwei oder mehr Computern oder Maschinen auseinandergenommen und ausgeführt werden und können so konfiguriert sein, dass sie in Verbindung miteinander arbeiten.
  • Obwohl die P&IDs 35 und die Geräteobjekte 39 als am Computer 20 gespeicherten dargestellt sind, könnten sie zu jedem anderen Computer, der mit der Prozesssteuerungsanlage 10 verbunden ist, einschließlich Laptops, Handheld-Geräte usw. heruntergeladen und dort gespeichert werden. In einigen Fällen können beispielsweise die P&IDs 35 und/oder Prozessmodule in der Datenbank 28 gespeichert werden.
  • Ähnlich können, obwohl die Steuermodule 29 als an den Steuerungen 12 gespeichert und ausgeführt dargestellt sind, die Steuermodule 29 von anderen Rechengeräten innerhalb der Anlage 10 gespeichert und/oder ausgeführt werden, insbesondere diejenigen, die mit dem Netzwerk 24 verbunden sind. Beispielsweise können, wie zuvor erwähnt, die Steuermodule 29 in einigen Fällen von der Workstation 22 gespeichert und/oder ausgeführt werden. Abhängig von der Ausführungsform können die Steuermodule 29 von einer Steuerung 12 oder einem Gerät ausgeführt werden, das drahtlos mit dem Netzwerk 24 verbunden ist.
  • III. Ein Verfahren des Standes der Technik zur Anlagen-Gestaltung
  • 2 ist ein Flussdiagramm eines bekannten Verfahrens 200 zum Gestalten einer Anlage. Das Verfahren 200 beginnt mit einem Ingenieur, der eine P&ID mit traditioneller eigenständiger Entwurfssoftware gestaltet hat (Block 205). Der Ingenieur druckt dann den P&ID (Block 210). Nachdem alle notwendigen P&IDs für die Anlage entworfen wurden, wird die Anlage auf Basis der P&IDs konstruiert (Block 215). Das heißt, die Tanks, Pumpen, Ventile, Rohrleitungen, etc. werden gemäß den P&IDs installiert. Während die Anlage im Bau ist, entwirft ein Steuerungsingenieur Steuerungsstrategien zur Steuerung der konstruierten Anlage (Block 222). Sobald die Kontrollstrategien konzipiert und das Steuerungssystem nach den gestalteten Steuerstrategien konfiguriert wurde, wird die Steuerung der Anlage mit den gestalteten Steuerstrategien implementiert (Block 225). In einigen Fällen können die Anlagen- und/oder Kontrollstrategien weniger optimal als ursprünglich geplant sein und können eine Neugestaltung erfordern (Block 230). Wenn neue Steuerungsstrategien neue Geräte oder ein umkonfiguriertes Anlagenlayout erfordern, kann die Konstruktion zur Umsetzung des neuen Designs durchgeführt werden. Diese zusätzliche Konstruktion kann Millionen von Dollar in Arbeits-, Geräte- und Opportunitätskosten in Verbindung mit einer verzögerten Anlagenproduktion kosten.
  • IV. Gestalten einer Anlage nach den offenbarten Ausführungsformen
  • Verschiedene Aspekte des Gestaltens einer Anlage über den Anlagenbauer 105 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3–8 beschrieben.
  • A. Ein Verfahren 300 zum Gestalten einer Anlage
  • 3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zum Gestalten einer Anlage (z.B. der in 1 gezeigten Anlage 10) gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 300 ermöglicht eine iterative Anlagengestaltung. Anders als bei dem bekannten Verfahren 200 erleichtert das Verfahren 300 beispielsweise ein umfangreiches Testen und Simulieren während der Anlagengestaltung. Das Verfahren 300 kann verwendet werden, um mehrere P&ID-Konstruktionen und Steuerungsstrategien zu testen, bevor eine Anlage aufgebaut wird, was es Ingenieuren ermöglicht, die Konstruktion und Steuerung der Anlage zu optimieren, bevor die Anlage aufgebaut wird.
  • 1. Gestallten eines P&ID (Block 305)
  • Das Verfahren 300 beginnt mit einem Benutzer, der den Anlagenbauer 105 verwendet, um ein P&ID 35 (in 1 gezeigt) zu entwerfen. Im Allgemeinen wird ein Benutzer den P&ID 35 entwerfen, indem er verschiedene Symbole (die Anlagengerätekomponenten darstellen) in einem Konfigurationsbereich, der als Teil einer Benutzerschnittstelle für den Anlagenbauer 105 bereitgestellt wird, platziert. Diese Symbole zeigen im Allgemeinen verschiedene Typen oder Kategorien von Prozessgerätekomponenten, wie Ventile, Tanks, Pumpen, etc.
  • In einigen Fällen kann ein Benutzer ein Texteingabefeld oder ein Dropdown-Menü verwenden, um materielle Verbindungen für Geräte anzugeben, die durch ein Symbol repräsentiert werden (z.B. um physisch stromaufwärts oder stromabwärts von dem durch das Symbol repräsentierten Gerät anzugeben) und/oder um Kommunikationsverbindungen für das Gerät zu spezifizieren (z.B. um ein Mittel zur Kommunikation mit Geräten wie einem Feldgerät, das durch das Symbol dargestellt ist, anzugeben).
  • 2. Erzeugen von Geräteobjekten (Block 310)
  • Der Anlagenbauer 105 kann in der Anlage 10 Geräteobjekte 39 (in 1 dargestellt) entsprechend den Symbolen in der P&ID 35 darstellen, die Gerätekomponenten in der Anlage 10 darstellen oder Gerätekomponenten zur potentiellen Installation in der Anlage 10 darstellen. Der Anlagenbauer 105 kann die Geräteobjekte 39 erzeugen, wenn der Benutzer die P&ID 35 entwirft. Beispielsweise kann der Anlagenbauer 105 ein Geräteobjekt 39 erzeugen, wenn ein Symbol (z.B. einer Pumpe oder eines Ventils) aus einer Schablonenbibliothek gezogen und in einen Konfigurationsbereich für die Gestaltung der P&ID 35 abgelegt wird.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Anlagenbauer 105 Geräteobjekte 39 erzeugen, nachdem der Benutzer die Konstruktion des P&ID 35 beendet hat (z.B. wenn der Benutzer den P&ID 35 in den Speicher speichert). Die Geräteobjekte 39 können in dem Speicher des Anlagenerzeugersystems 105 (in 1 gezeigt) gespeichert werden. In einer Ausführungsform können die Geräteobjekte 39 in der Datenbank 28 (in 1 gezeigt) gespeichert werden.
  • 3. Assoziieren von Simulationsfunktionalität mit den Geräteobjekten (Block 315)
  • Der Anlagenbauer 105 kann Simulationsfunktionalität mit den erzeugten Geräteobjekten 39 verknüpfen. Insbesondere können die Geräteobjekte 39 in einer Weise verknüpft werden, die derjenigen entspricht, die in der P&ID 35 gezeigt ist, um ein Prozessmodul 31 zu schaffen, z.B. für einen durch die P&ID 35 dargestellten Bereich oder Einheit. Das erzeugte Prozessmodul 31 kann einer Simulatorroutine zugeordnet sein, die ein Benutzer über den Anlagenbauer 32 konfigurieren kann.
  • Um ein Prozessmodul 31 zu erzeugen, kann der Anlagenbauer 105 die Geräteobjekte 39 auf der Grundlage von Verbindungen zwischen Symbolen, die in dem P&ID 35 dargestellt sind, verknüpfen. Der Anlagenbauer 105 kann eine Schnittstelle bereitstellen, um es einem Benutzer zu ermöglichen, die vom Prozessmodul-Simulator bereitgestellte Simulationsfunktionalität zu gestalten und/oder zu modifizieren.
  • 4. Gestalten von Steuerstrategien (Block 320)
  • Steuerungsstrategien können über den Anlagenbauer 105 gestaltet werden. Insbesondere kann der Anlagenbauer 105 verwendet werden, um die in 1 gezeigten Steuermodule 29 zu gestalten. Die Steuermodule 29 können aus Funktionsblöcken bestehen. Insbesondere können die Steuermodule 29 Input- und/oder Outputblöcke umfassen, die auf ein Feldgerät 14 verweisen, indem sie auf ein Geräteobjekt 39 verweisen. Beispielsweise kann ein Inputblock auf ein Geräteobjekt 39 Bezug nehmen, das einen in der Anlage installierten Durchflusssender darstellt, wobei der Inputblock als Input eine Durchflussmessung vom Durchflusssender empfängt. In ähnlicher Weise kann ein Outputblock auf ein Geräteobjekt 39 Bezug nehmen, das ein in der Anlage installiertes Ventil darstellt, was es dem Outputblock ermöglicht, ein Steuersignal als ein Outputsignal zu übertragen, wobei das Steuersignal bewirkt, dass das Ventil z.B. schließt, öffnet oder anderweitig die Position ändert.
  • Ferner kann ein Ingenieur verschiedene Steuerfunktionen spezifizieren, die den bestimmten Wert von Steuersignalen beeinflussen, die von Outputblöcken übertragen werden. In einigen Fällen können diese Steuerfunktionen bis zu einem gewissen Grad vordefiniert werden. Beispielsweise kann ein Ingenieur eine "Tankpegel"-Steuerfunktion mit einer oder mehreren vordefinierten Routinen zum Füllen und/oder Entleeren eines Tanks angeben. Je nach Ausführungsform kann der Ingenieur diese vordefinierten Steuerungsfunktionen für die jeweilige Anwendung anpassen. Beispielsweise kann ein Ingenieur die vordefinierte "Tankpegel"-Steuerfunktion anpassen, indem eine maximale Tankkapazität für den jeweiligen Tank eingegeben wird, der durch die Steuerfunktion "Tankpegel" gesteuert wird.
  • 5. Testen der Steuerstrategien (Block 325)
  • Die Steuerstrategien werden durch Simulation der Anlagensteuerung unter Verwendung der simulierten Funktionalität, die mit den erzeugten Geräteobjekten 39 verbunden ist, getestet. Um die Anlagensteuerung zu simulieren, können die Steuermodule 29 und die zuvor beschriebene Simulationsroutine, die einem Prozessmodul 31 zugeordnet ist, ausgeführt werden. In gewisser Weise behält die Simulationsroutine für jedes der Geräteobjekte 39 einen Simulationszustand, der sich jeweils in Reaktion auf empfangene Steuersignale und Änderungen der Simulationszustände anderer Geräteobjekte 39 ändern kann.
  • Während der Simulation wechselwirken die Objekte 39 im Prozessmodul 31 mit der Simulationsroutine, die mit den Objekten 39 verbunden ist, und nicht mit tatsächlichen Feldgeräten. Das heißt, die von den Steuermodulen 29 erzeugten Steuerausgaben können von der Simulationsroutine verarbeitet werden, anstatt an die Feldgeräte 14 gesendet zu werden, und Steuereingaben, die von den Steuermodulen 29 empfangen werden, können Werte oder Signale sein, die durch die Simulationsroutine erzeugt werden, anstatt Messungen, die durch die Feldgeräte 14 erhalten werden.
  • Beispielsweise kann ein Steuermodul 29 so konfiguriert sein, dass es ein Steuersignal an ein Ventilobjekt 39 überträgt. Im Normalbetrieb wird der Steueroutput an ein Ventil weitergeleitet, das dem Ventilobjekt 39 (oder einem I/O-Gerät entspricht, das mit dem Ventil verbunden ist). Im Simulationsmodus kann jedoch der Steueroutput durch die Simulationsroutine verarbeitet werden, anstatt auf das Ventil übertragen zu werden. Die dem Prozessmodul 31 zugeordnete Simulationsroutine kann den Steueroutput verarbeiten, wobei die Ventilbetätigung in Reaktion auf die Steuerausgabe simuliert wird. Die Simulationsroutine kann beispielsweise einen simulierten Ventilzustand aktualisieren. Die Simulationsroutine kann auch dazu führen, dass verschiedene andere Geräteobjekte 39 auf die simulierte Änderung der Ventilstellung reagieren. Beispielsweise kann die Simulationsroutine logische Gebote enthalten, dass sich ein Tank füllt, wenn ein simuliertes Einlassventil öffnet. Verschiedene Simulationsoutputs, die den Prozessoutputs entsprechen (z.B. Pegelmessungen, Temperaturmessungen, Durchflussmessungen, Druckmessungen usw.), können dann auf die simulierte Tankfüllung reagieren. Kurz gesagt, simuliert die Simulationsroutine den tatsächlichen Betrieb des Prozesses und reagiert auf Steuersignale, die von den Steuermodulen 29 entsprechend empfangen werden.
  • 6. Neugestalten des P&ID und/oder der Steuerstrategien falls nötig (Block 330)
  • Bei Bedarf können die P&ID und/oder Kontrollstrategien im Lichte der Tests neu gestaltet werden.
  • 7. Konstruieren der Anlage basierend auf den gestalteten P&IDs (Block 335)
  • Schließlich wird die Anlage auf der Grundlage der gestalteten (und möglicherweise neu gestalteten) P&IDs 35 konstruiert.
  • Das Verfahren 300 kann ganz oder teilweise durch ein oder mehrere hierin beschriebene Systeme oder Geräte implementiert sein. Beispielsweise enthält das Verfahren 300 Operationen, die durch den in 1 gezeigten Anlagenbauer 105 durchgeführt werden können. Ein Satz von Befehlen (z.B. ausführbar durch einen Prozessor) zum Durchführen einer oder mehrerer Operationen des Verfahrens 300 kann im Speicher gespeichert werden, z.B. als eine oder mehrere Routinen, Anwendungen, Softwaremodule oder Programme. Während die oben beschriebenen Vorgänge in einer sequentiellen Reihenfolge vorliegen, wird der Fachmann erkennen, dass es möglich sein kann, dass die Operationen in alternativen Sequenzen durchgeführt werden.
  • B. Ein relationales Diagramm eines Systems 400 zum Gestalten einer Anlage
  • 4 ist ein relationales Diagramm eines Systems 400 zum Gestalten einer Anlage gemäß einer Ausführungsform. Das System 400 umfasst die Anlagenbauroutine 32 (ebenfalls in 1A gezeigt), die ein P&ID 435, ein Prozessmodul 431 und/oder ein Steuermodul 429 erzeugen kann. Die Anlagenbauroutine 32 kann durch das Anlagenbausystem 105 implementiert werden, das in den 1A und 1B gezeigt ist.
  • Die Anlagenbauroutine 32 kann verschiedene Unterroutinen, wie beispielsweise eine P&ID-Entwerfer-Unterroutine 402, eine Geräteobjektgenerator-Unterroutine 404, eine Prozessmodul-Simulator-Unterroutine 406 und/oder eine Steuermodul-Gestalter-Unterroutine 408 umfassen. In einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere dieser Unterroutinen eigenständige Anwendungen sein, die Teil einer größeren Anlagenbauer-Folge sind. Die P&ID 435 stellt ein spezielles Beispiel eines der in den 1A und 1B gezeigten P&IDs 35 dar. Ähnlicherweise repräsentieren das Prozessmodul 431, das Steuermodul 429, die Geräteobjekte 439, die Symbole 415 und die Funktionsblöcke 430 besondere Beispiele für das Prozessmodul 31, das Steuermodul 29, die Geräteobjekte 39, die Symbole 15 und die Funktionsblöcke 430, die in den 1A und 1B gezeigt sind.
  • Im Beispielbetrieb erzeugt die P&ID-Gestalter-Subroutine 402 die P&ID 435 basierend auf einem Input von einem Benutzer. Der erzeugte P&ID 435 kann ein oder mehrere Symbole 415a–i enthalten, die Gerätekomponenten darstellen, die potentiell in einer Anlage installiert werden können (z.B. die in 1A gezeigten Gerätekomponenten 130). Insbesondere kann das P&ID 435 Rohrsymbole 415a–415d, Ventilsymbole 415f und 415h, ein Tanksymbol 415g und ein Pegelsendersymbol 415i umfassen. Beispielsymbole werden nachfolgend anhand von 7 näher erläutert.
  • Basierend auf der speziellen Gestaltung des erzeugten P&ID 435 erzeugt die Geräteobjektgenerator-Unterroutine 404 ein oder mehrere Geräteobjekte 439a–439i. Jedes der erzeugten Objekte 439 entspricht einem Symbol 415. Der Generator 404 kann jedes Objekt 439a–i erzeugen, wenn das jeweilige Symbol 415a–i erzeugt wird. Alternativ kann der Generator 404 die Objekte 439a–i erzeugen, nachdem die Symbole 415a–i beispielsweise erzeugt, verknüpft und gespeichert wurden.
  • Die Geräteobjekte 439a–i können jeweils eine Simulationsfunktionalität aufweisen, die von der Prozessmodul-Simulator-Unterroutine 406 bereitgestellt werden kann. Die Unterprogramm-Unterroutine 406-Unterroutine ist so konfiguriert, dass sie eine oder mehrere Gerätekomponenten simuliert und durch den Simulator 110 implementiert werden kann, der in 1A dargestellt ist.
  • Weiterhin können eines oder mehrere der Geräteobjekte 439a–i mit Gerätekomponenten verbunden werden, nachdem die Gerätekomponenten in der Anlage installiert sind. Beispielsweise kann jedes der Geräteobjekte 439a–i ein Kommunikations-I/O-Element umfassen, das so konfiguriert sein kann, dass es auf die Gerätekomponente (z.B. Feldgerät) bezogen ist, die dem bestimmten Geräteobjekt 439a–i entspricht. Das Ventilobjekt 439f kann beispielsweise ein Kommunikations-I/O-Element umfassen, das konfiguriert ist (z.B. über die Anlagenbauroutine 32), um auf ein in der Anlage installiertes Ventil zu verweisen. Dementsprechend kann das Objekt referenziert oder verwendet werden, um mit dem entsprechenden Ventil zu kommunizieren (z.B. um ein Steuersignal zu senden, das bewirkt, dass das Ventil sich öffnet oder schließt).
  • Darüber hinaus kann der Generator 404 automatisch die erzeugten Objekte 439 so konfigurieren, dass sie gemäß den physikalischen Beziehungen verknüpft sind, die durch die P&ID 435 dargestellt sind. Das heißt, die Objekte 439 können gemäß den Verbindungen zwischen den Symbolen 415 in dem P&ID verknüpft werden 435. Als Ergebnis können eines oder mehrere der erzeugten Objekte 439 so konfiguriert sein, dass sie eine oder mehrere unterschiedliche materielle I/O-Verbindungen aufweisen. Beispielsweise kann das Ventilobjekt 439f so konfiguriert sein, dass es zwei materielle I/O-Verbindungen aufweist: das Rohrobjekt 439a und das Rohrobjekt 439b. Diese materielle I/O-Verbindungen zeigen an, dass ein Ventil (entsprechend dem Objekt 439f) den Materialfluss von einem ersten Rohr (entsprechend dem Objekt 439a) zu einem zweiten Rohr (entsprechend dem Objekt 439b) oder umgekehrt steuern kann, abhängig von der jeweiligen Konfiguration. Ähnlich kann sich der Prozessmodul-Simulator 406 auf materielle I/O-Verbindungen zwischen den Objekten 439 verlassen, um den Materialfluss durch die durch das Prozessmodul 431 dargestellten Gerätekomponenten zu simulieren.
  • Wie erwähnt, können die Objekte 439 automatisch basierend auf dem speziellen Entwurf des P&ID 435 erzeugt und konfiguriert werden. Beispielsweise enthält das P&ID 435 ein Ventilsymbol 415f, das mit einem Rohrsymbol 415b verbunden ist, das mit einem Tanksymbol 415g verbunden ist. Basierend auf diesen Beziehungen zwischen den Symbolen 415 kann das Ventilobjekt 439f (entsprechend dem Ventilsymbol 415f) so konfiguriert sein, dass es mit dem Rohrobjekt 439b (entsprechend dem Rohrsymbol 415b) verbunden ist, das so konfiguriert sein kann, dass es mit dem Tankobjekt 439g (entsprechend dem Tanksymbol 415g) verbunden ist.
  • In einigen Fällen kann ein Benutzer materielle I/O-Verbindungen für ein bestimmtes Geräteobjekt 439 manuell definieren, beispielsweise mit einem Dropdown-Box. Beispielsweise kann ein Benutzer die Anlagenbauroutine 32 verwenden, um einen Sender oder Sensor, der nicht in dem P&ID 435 gezeigt ist, mit einem Geräteobjekt 439 zu verbinden. Beispielsweise kann die Anlage einen Strömungssender aufweisen, der dem durch das Ventil dargestellten Ventilobjekt 439f zugeordnet ist, aber das ist in dem P&ID 435 nicht dargestellt. In einem solchen Beispiel kann ein Benutzer einen Strömungssender mit dem Ventilobjekt 439f verbinden. Als weiteres Beispiel kann eine Anlage ein Gerät einschließlich eines in sich geschlossenen Steuersystems, wie z.B. eines PLC, umfassen. Beispielsweise kann eine Anlage einen Kessel auf einem Gestell enthalten, der von einem PLC gesteuert wird. Während diese in sich geschlossenen Steuerungssysteme in der Regel in das größere Regelschema der Anlage integriert werden können, kann der P&ID 435 Geräte (z.B. den Kessel), aber nicht die entsprechende, in sich geschlossene Steuerung (zB die SPS für den Kessel) darstellen. Dementsprechend kann in einem derartigen Beispiel ein Benutzer ein in sich geschlossenes Steuersystem mit einem in der P&ID 435 dargestellten Gerät verbinden. In einigen Ausführungsformen kann der Anlagenbauer 32 auf den Benutzer antworten, der das nicht dargestellte Gerät verbindet, indem er automatisch die P&ID 435 aktualisiert um das neu hinzugefügte Gerät darzustellen. Beispielhafte Geräteobjekte werden unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben.
  • Die Steuermodul-Gestalter-Unterroutine 408 kann das Steuermodul 429 erzeugen, beispielsweise basierend auf Benutzereingaben. Allgemein gesprochen ist das Steuermodul 429 eine Steuerroutine oder ein Satz von Routinen, die konfiguriert sind, um eine oder mehrere Gerätekomponenten entsprechend den Objekten 439 zu steuern. Das Steuermodul 429 kann einen oder mehrere Funktionsblöcke 430 umfassen. In diesem Fall umfasst das Steuermodul 429 einen analogen Input(AI)-Block 430a, einen PID-Block 430b und einen analogen Output(AO)-Block 430c.
  • Das Steuermodul 429 ist konfiguriert, um einen Tankfüllvorgang für einen Tank durchzuführen, der durch das Tankobjekt 439g dargestellt ist. Insbesondere kann der AI-Block 430a so konfiguriert sein, dass er eine Steuereingabe von dem Niveausenderobjekt 439i empfängt. Im Normalbetrieb kann das Objekt 439i eine Messung von einem Niveausensor empfangen, der an dem Tank installiert ist, und kann diese Messung an den AI-Block 430a weiterleiten. Selbstverständlich tritt der normale Betrieb des Prozesses mit in der Anlage installierten realen Gerätekomponenten erst dann auf, wenn die Gerätekomponenten in der Anlage installiert und mit den entsprechenden Geräteobjekten 439 verknüpft sind, auf die sich die Funktionsblöcke 430 beziehen.
  • Während des Simulationsmodus kann das Niveausenderobjekt 439i eine simulierte Messung empfangen, die durch den Simulator 406 erzeugt wird, und kann diese simulierte Messung an den AI-Block 430a weiterleiten. Der AI-Block 430a kann dann die tatsächliche oder simulierte Messung an den PID-Block 430b weitergeben.
  • Der PID-Block 430b kann eine Logik ausführen, um einen Output basierend auf der tatsächlichen oder simulierten Messung zu erzeugen, die von dem AI-Block 430a empfangen wird. Beispielsweise kann die Logik in dem PID-Block 430b so konfiguriert sein, dass sie einen Output erzeugt, um ein Einlassventil (z.B. ein Ventil entsprechend dem Ventilobjekt 439f) zu öffnen, um den Tank zu füllen, wenn die Niveaumessung niedrig ist, und kann einen Ausgang erzeugen um das Ventil zu schließen, um das Füllen des Tanks zu beenden, wenn die Niveaumessung hoch ist. Die Logik kann in einigen Fällen andere Variablen berücksichtigen, z.B. einen gewünschten Sollwert für das Tankniveau.
  • Der erzeugte Output kann an den AO-Block 430c weitergegeben werden, der so konfiguriert sein kann, dass er auf das Ventilobjekt 439f verweist. Dementsprechend kann der AO-Block 430c den erzeugten Output an das Ventilobjekt 439f weitergeben. Wenn das Ventilobjekt 439f im Normalbetrieb arbeitet, wird es das Outputsignal an ein in der Anlage installiertes Ventil weiterleiten. Wenn das Ventilobjekt 439f im Simulationsmodus arbeitet, kann es das Outputsignal an den Simulator 406 weitergeben. Der Simulator 406 kann dann eine laufende Simulation entsprechend dem Prozessmodul 431 basierend auf dem empfangenen Output aktualisieren. Beispielsweise kann der Simulator 406 einen simulierten Ventilzustand aktualisieren, der den simulierten Materialfluss durch simulierte Rohre, an denen das Ventil befestigt ist, beeinflussen kann. Zur Veranschaulichung: ein Outputsignal zum Schließen eines Ventils kann dazu führen, dass der Simulator 406 den simulierten Materialfluss durch Rohrleitungen, die mit einem simulierten Tank verbunden sind, verlangsamen oder stoppen, was bewirkt, dass ein simulierter Tankfüllvorgang verlangsamt oder stoppt.
  • Vorteilhafterweise ermöglicht die mit der Anlagenbauroutine 32 verbundene Simulationsfunktionalität eine iterative Anlagengestaltung. Insbesondere kann ein Benutzer das P&ID 435 und das Steuermodul 429 vor dem Installieren der durch die P&ID 435 dargestellten Gerätekomponenten entwerfen. Dies ermöglicht es dem Benutzer, physische Layouts und Steuerungsstrategien für die durch die P&ID 435 dargestellte bestimmte Einheit zu testen. Herkömmlicherweise sind Gestaltungsbetrachtungen in Bezug auf Kontrollstrategien nicht wesentlich in Anlagenentwurfsentscheidungen berücksichtigt worden. In vielen Fällen würde dies zum Bau einer Anlagen- oder Anlagengebiets führen, wobei das physische Layout der Anlage keine optimale Kontrolle ermöglicht hat. Die Anlagenbauroutine 32 behebt dieses Anlagengestaltungsproblem, indem es den iterativen Prozess des Gestaltens, des Testens und der Neukonstruktion ermöglicht.
  • C. Ein Beispielgeräteobjekt 500
  • 5 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Geräteobjekts 500, das durch den in den 1A und 1B gezeigten Anlagenbauer 105 gemäß einer Ausführungsform erzeugt werden kann. Das Geräteobjekt 500 stellt ein besonderes Beispiel eines der in den 1A und 1B gezeigten Geräteobjekte 39 dar. Jede der folgenden Einheiten kann mit den Geräteobjekten 500 kommunizieren, sie verwenden oder anderweitig in Verbindung stehen: andere Geräteobjekte 39 (ebenfalls in den 1A und 1B gezeigt); der P&ID-Entwerfer 402 (ebenfalls in 4 gezeigt); die Benutzerschnittstellenroutine 41 (ebenfalls in 1B gezeigt); ein oder mehrere der I/O-Geräte 18 (ebenfalls in 1B gezeigt); ein oder mehrere Feldgeräte 16 (ebenfalls in den 1A und 1B gezeigt); die Simulatorroutine 406 (ebenfalls in 4 gezeigt); und ein oder mehrere Steuermodule 29 (ebenfalls in den 1A und 1B gezeigt).
  • Das Geräteobjekt 500 kann verschiedene Daten enthalten oder auf sie verweisen. Beispielsweise kann das Geräteobjekt 500 mindestens eines umfassen aus: einer ID 512, einem grafischen Element 514, einem materielle I/O-Element 516, einem Kommunikations-I/O-Element 518 und/oder einem Simulationselement 520.
  • Im Allgemeinen ist die ID 512 eine Variable, die eine Kennung oder einen Namen enthält, die für das Geräteobjekt 500 eindeutig ist. Die ID 512 kann manchmal als ein Tag bezeichnet werden. Die ID 512 kann einen Code oder eine Kennung enthalten, der für einen bestimmten Gerätetyp eindeutig ist. Beispielsweise kann die ID 512 "CV500" sein, wobei die Buchstaben "CV" anzeigen, dass das Objekt 500 ein Steuerventil darstellt. Die ID 512 kann auch eine Zeichenfolge von Zahlen oder Buchstaben enthalten, die für das Objekt 500 eindeutig sein können.
  • Das grafische Element 514 enthält oder verweist (z.B. über einen Zeiger) eine grafische Darstellung der dem Objekt 500 entsprechenden Gerätekomponenten. Die grafische Darstellung kann generisch (z. B. eine generische Grafik eines Ventils) sein oder kann in der Natur spezifischer sein (z.B. eine detaillierte Grafik eines bestimmten Ventils). In einigen Fällen kann die Grafik die gleiche Grafik sein, die in der P&ID enthalten ist, die verwendet wurde, um das Objekt 500 zu erzeugen. Die Grafik kann von der Benutzerschnittstelle 41 verwendet werden, um eine Benutzerschnittstelle zum Überwachen oder Steuern des Anlagenbetriebs anzuzeigen.
  • Das materielle I/O-Element 516 enthält oder verweist auf andere Geräteobjekte 39, die Gerätekomponenten darstellen, mit denen die durch das Objekt 500 dargestellte Gerätekomponente irgendwie physisch verbunden ist. Wenn beispielsweise das Objekt 500 ein Ventil oder einen Tank repräsentiert, kann das materielle I/O-Element 516 auf Geräteobjekte 39 Bezug nehmen, die Einlass- und Auslassrohre darstellen, die mit dem Tank oder dem Ventil verbunden sind. Als weiteres Beispiel kann das materielle I/O-Element 516 auf Geräteobjekte 39 Bezug nehmen, die Sensoren oder Aktuatoren darstellen, die an einer geringen physischen Entfernung relativ zu der zugehörigen Gerätekomponente angebracht oder anderweitig angeordnet sind. Wenn beispielsweise das Objekt 500 einen Tank repräsentiert, kann das materielle I/O-Element 516 auf Geräteobjekte 39 Bezug nehmen, die einen Drucksensor darstellen, der den Druck innerhalb des Tanks erfasst, einen Niveausensor, der ein Flüssigkeitsniveau innerhalb des Tanks erfasst usw.
  • Das Kommunikations-I/O-Element 518 enthält oder verweist auf die dem Objekt 500 entsprechende Gerätekomponente. Beispielsweise kann das Kommunikations-I/O-Element 518 eine Adresse zum Kommunizieren mit einem geeigneten Feldgerät 14 oder mit einem I/O-Gerät 18, die mit dem Feldgerät 14 gekoppelt ist. Demgemäß kann das Objekt 500 (z.B. durch ein Steuermodul 29, das durch eine Steuerung implementiert wird) referenziert werden, um mit einem Feldgerät 14 zu kommunizieren (um beispielsweise ein Steuersignal an das Feldgerät 14 zu senden oder eine Messung vom Feldgerät 14 zu erhalten). In einigen Fällen kann das Objekt 500 nicht auf eine entsprechende Gerätekomponente verweisen. Zum Beispiel ist während der Gestaltungsphase eine entsprechende Gerätekomponente noch nicht vorhanden oder noch nicht installiert. Ferner kann in einigen Fällen die Gerätekomponente nicht mit dem Objekt 500 kommunizieren. Beispielsweise kann das Objekt 500 einen Tank darstellen, der keine Kommunikationsfähigkeiten aufweist. In solch einem Beispiel kann das Objekt 500 nicht mit dem Tank selbst kommunizieren, und das Kommunikations-I/O-Element 518 kann auf nichts hinweisen (z.B. kann einen Nullwert enthalten). Mit diesem kann der Tank beispielsweise einen zugehörigen Niveauanzeiger aufweisen, der durch ein anderes Objekt 39 repräsentiert werden kann, das auf den Niveauanzeiger verweist und das von einem Steuergerät verwendet werden kann, um Messungen zu empfangen, die durch den Niveauanzeiger erhalten werden.
  • Das Simulationselement 520 enthält oder verweist auf Simulationsdaten und/oder Logiken zum Simulieren der dem Objekt 500 entsprechenden Gerätekomponente. Das Simulationselement 520 kann Variablen, Objekte, Routinen usw. enthalten oder verweisen, die zur Bereitstellung von Simulationsfunktionalität verwendet werden. Zur Veranschaulichung: das Simulationselement 520 kann Variablen spezifizieren, die beispielsweise geschrieben werden können, wenn das Objekt 500 im Simulationsmodus arbeitet. Anstatt ein Steuersignal an die entsprechende Gerätekomponente zu senden, kann beispielsweise der Wert des Steuersignals in eine Variable geschrieben werden, die dann von einer Simulationsroutine genutzt werden kann, die einen Teil des Prozesses simuliert. Als weiteres Beispiel kann das Simulationselement 520 auf eine Simulationsroutine (z. B. Objekt, Routine, Subroutine, Anwendung usw.) verweisen, die konfiguriert ist, um das entsprechende Geräteobjekt zu simulieren. Steuersignale können an diese Simulationsroutine gesendet und Messungen empfangen werden. Beispielsweise kann eine Simulationsroutine einen Strömungssensor darstellen und kann eine Logik zum Simulieren einer Durchflussmessung auf der Grundlage anderer Simulationsfaktoren (z.B. des Status anderer simulierter Geräteobjekte) umfassen. Eine Simulationsroutine, auf die das Simulationselement 520 Bezug nimmt, kann eine simulierte Durchflussmessung bereitstellen, die an eine Steuerung geliefert werden kann (z.B. von einem oder mehreren Steuermodulen 29, die eine Steuerstrategie implementieren, verarbeitet werden).
  • D. Ein Blockdiagram der Geräteobjekts 439f
  • 6 ist ein Blockdiagramm des beispielhaften Geräteobjekts 439f (ebenfalls in 4 gezeigt), das durch den in den 1A und 1B gezeigtem Anlagenbauer 105 erzeugt werden kann, gemäß einer Ausführungsform. Das Geräteobjekt 439f stellt ein besonderes Beispiel eines der in den 1A und 1B gezeigten Geräteobjekte 39. Das Geräteobjekt 439f kann eines oder mehrere umfassen aus: einer ID 612, einem grafischen Element 614, einen materiellen I/O-Element 616, einem Kommunikations-I/O-Element 618 und/oder einem Simulationselement 620. Diese Elemente sind ähnlich zu den unter Bezugnahme auf 5 beschriebenen Elementen 512–518. Wie unter Bezugnahme auf 4 erwähnt, stellt das Geräteobjekt 439f ein bestimmtes, in der Anlage installiertes oder geplantes Ventil dar.
  • Das ID-Element 612 ist eine Variable mit einer Zeichenfolge 622, "CV1", die für das Objekt 439f eindeutig ist. Andere Prozesseinheiten (z.B. Steuerungen, Steuermodule, Simulationsroutinen usw.) können über die Zeichenfolge 622 auf das Geräteobjekt 439f verweisen. Der jeweilige Wert der Zeichenfolge 622 ("CV1" in diesem Fall) kann durch einen Benutzer bezeichnet werden über das Anlagenbausystem 105. Beispielsweise kann der Wert des Zeichenfolge 622 beim Erstellen des P&ID 435 (in 4 gezeigt) spezifiziert werden, und das Anlagenbauwerkzeug 105 kann diesen Zeichenfolgen-Wert für das ID-Element 612 verwenden, wenn das Geräteobjekts 439f erzeugt wird.
  • Das graphische Element 614 enthält oder verweist auf eine Grafik 624. Die Grafik 624 kann die gleiche Graphik sein, die in der P&ID 435 enthalten ist, und kann von der Benutzerschnittstelle 41 verwendet werden, um eine Visualisierung der Gerätekomponente, die dem Objekt 439f entspricht, bereitzustellen. Die für das Grafikelement 614 gewählte spezielle Grafik 624 kann von einem Benutzer über das Anlagenbausystem 105 gewählt werden. Beispielsweise veranschaulicht 7 eine Schnittstelle für den Anlagenbauer 105, die verwendet werden kann, um eine Grafik aus einer Bibliothek oder einem Schablonenbereich auszuwählen.
  • Das materielle I/O-Element 616 enthält oder verweist auf andere Geräteobjekte 39, die Gerätekomponenten darstellen, mit denen die durch das Geräteobjekt 439f dargestellte Gerätekomponente verbunden ist. Insbesondere enthält das materielle I/O-Element 626 ein Feld oder eine Variable zum Spezifizieren von mindestens einem materiellen Input 626 und einem materiellen Output 628. Der materielle Input 626 spezifiziert einen Objektnamen "P1", der dem in 4 dargestellten Geräteobjekt 439a entspricht. Ähnlich spezifiziert der materielle Output 628 einen Objektnamen "P2", der dem in 4 gezeigten Geräteobjekt 439b entspricht. Der materielle Input(s) 626 und der Output(s) 628 können durch den Anlagenbauer 105 auf der Grundlage der in der P&ID 435 gezeigten Verbindungen belegt werden.
  • Das Kommunikations-I/O-Element 618 enthält oder verweist auf die dem Objekt 439f entsprechende Gerätekomponente. Insbesondere enthält das Kommunikations-I/O-Element 618 Felder oder Variablen zum Spezifizieren von Kommunikationsinputs 630 und Kommunikationsoutputs 632. Die Kommunikationsoutputs 632 für das Objekt 439f enthalten eine Adresse "AO-Karte 6, Adresse 02". Dies stellt eine spezielle Adresse für dar ein spezielles I/O-Gerät 18, das mit dem Ventil verbunden ist, das durch das Objekt 439f dargestellt ist. Wenn folglich ein Steuermodul 29 (in den 1A und 1B gezeigt) auf das Objekt 439f Bezug nimmt, um ein Steuersignal zu übertragen, kann das Steuersignal beispielsweise an die durch den Kommunikationsinput 630 spezifizierte bestimmte Adresse übertragen werden, wodurch es der Steuerung ermöglicht wird das Steuermodul 29 zu implementieren zum Öffnen oder Schließen des Ventils beispielsweise. Wie gezeigt, ist das Objekt 439f nicht konfiguriert, um irgendwelche Kommunikationsinputs zu empfangen. Dies kann darauf hinweisen, dass das Ventil keine Sensoren oder Messfunktionalität hat. In einigen Fällen kann ein Ventil einen Sensor, wie einen Durchflusssensor, umfassen. In solch einem Fall kann der Kommunikationsinput 630 eine Adresse zum Kommunizieren mit dem mit diesem Sensor gekoppelten I/O-Gerät (z.B. eine mit dem Durchflusssensor gekoppelte analoge Inputkarte) umfassen.
  • Das Simulationselement 620 enthält oder verweist auf Simulationsdaten und/oder Logik zur Simulation des Ventils entsprechend dem Objekt 439f. Beispielsweise kann das Simulationselement 620 Simulationsinputgrößen 634 und/oder Simulationsoutputvariablen 636 enthalten. Im Simulationsmodus können diese Variablen beschrieben und/oder gelesen werden. Wenn es sich beispielsweise im Simulationsmodus befindet, kann das Steuermodul 429, das auf das Ventilobjekt 439f verweist, ein Steuersignal übertragen (z.B. einen Prozentsatz, der eine Ventilstellung anzeigt, wie beispielsweise 65% offen). Der Wert dieses Steuersignals kann in den Sim-Output 636 geschrieben werden, anstatt an den Kommunikationsoutput 632 übertragen zu werden. Die Simulationsroutine 638 kann dann eine Antwort der Prozesseinheit entsprechend dem Prozessmodul 431 simulieren. Als Beispiel kann die Simulationsroutine 638 einen Tank (dargestellt durch das Objekt 439g) füllen, wenn ein Steuersignal zum Öffnen des Ventils empfangen wird. Die Simulationsroutine 638 kann dann eine simulierte Tankpegelmessung an das in 4 gezeigte Pegelübertragungsobjekt 439i melden. Infolgedessen kann ein Prozessmodul 431 simuliert werden, was es einem Konstrukteur ermöglicht, Anlagenkonstruktionen zu testen und Strategien zu steuern, bevor der Bereich oder die Einheit entsprechend dem Prozessmodul 431 konstruiert wird.
  • In Abhängigkeit von der Ausführungsform kann das Simulationselement 620: (i) auf den Simulator 638 verweisen, ohne explizit auf die Simulationsvariablen 634/636 zu verweisen; (ii) auf die Simulationsvariablen 634/636 verweisen kann, ohne explizit auf den Simulator 638 zu verweisen; oder (iii) sowohl auf die Simulationsvariablen 634/636 als auch auf den Simulator 638 verweisen.
  • E. Ein Beispielinterface 700 für den Anlagenbauer 105
  • 7 zeigt eine beispielhafte Schnittstelle 700 für den Anlagenbauer 105 gemäß einer Ausführungsform. Die Anlagenbauroutine 105 stellt die Schnittstelle 700 (z.B. über den in 1 gezeigten Anzeigebildschirm 37) als Teil der in 4 gezeigten P&ID-Gestaltungsroutine oder Unterroutine 402 bereit. Die Beispielschnittstelle 700 enthält eine Bibliothek 710 und einen Konfigurationsbereich 720. Die Bibliothek 710 enthält eine Anzahl von Schablonen oder Vorlagen, die gezogen und auf den Konfigurationsbereich 720 fallen gelassen werden können, um eine P&ID 35 zu erzeugen. In dem gezeigten Beispiel umfasst der Konfigurationsbereich 720 grafische Symbole, die angeordnet sind, um das P&ID 435 (ebenfalls in 4 gezeigt) zu erzeugen.
  • Im Allgemeinen repräsentieren die in der Bibliothek 710 enthaltenen Vorlagensymbole generische Symbole für bestimmte Kategorien oder Klassen von Gerätekomponenten. Beispielsweise kann die Bibliothek 710 Vorlagensymbole für Tanks, Ventile, Sender, Pumpen, Rohre usw. enthalten. Diese Vorlagensymbole können gezogen und auf den Konfigurationsbereich 720 fallen gelassen werden. Nach dem Ablegen eines Symbols auf den Konfigurationsbereich kann ein entsprechendes Geräteobjekt 439 instanziiert werden. Wenn beispielsweise das Ventilsymbol 415f auf den Konfigurationsbereich 720 fallen gelassen wird, kann das Ventilobjekt 439f instanziiert werden. Ein Benutzer kann dann das instanziierte Objekt über beispielsweise ein Menü konfigurieren, das durch Anklicken des Symbols 415f aktiviert werden kann. In einer Ausführungsform werden die Objekte 439a–i nicht instanziiert, bis das gesamte P&ID 435 erzeugt wird.
  • V. Zusätzliche Überlegungen
  • In dieser Beschreibung können mehrere Instanzen Komponenten, Operationen oder Strukturen implementieren, die als eine einzige Instanz beschrieben sind. Obwohl einzelne Operationen eines oder mehrerer Verfahren als separate Operationen dargestellt und beschrieben werden, können eine oder mehrere der einzelnen Operationen gleichzeitig in bestimmten Ausführungsformen durchgeführt werden.
  • Wie hierin verwendet, bedeutet jede Bezugnahme auf „eine Ausführungsform" oder „eine Ausführungsform", dass ein bestimmtes Element, Merkmal, Aufbau oder Merkmal, das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in mindestens einer Ausführungsform enthalten ist. Das Auftauchen des Ausdrucks "in einer Ausführungsform" an verschiedenen Stellen in der Spezifikation beziehen sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform.
  • Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „umfasst ", „umfassen“, „einschließend", „einschließlich", "hat"," "haben" oder irgendeine andere Variation davon, einen nicht-exklusiven Einschluss abdecken. Beispielsweise ist ein Verfahren, ein Verfahren, ein Artikel oder ein Gerät, die eine Liste von Elementen umfassen, nicht notwendigerweise nur auf diese Elemente beschränkt, sondern können auch andere Elemente enthalten, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder einem solchen Verfahren, Verfahren, Artikel oder Gerät angehören. Weiterhin, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, bezieht sich "oder" auf ein inklusives oder nicht auf ein ausschließliches oder. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Aussagen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).
  • Zusätzlich wird die Verwendung des „ein" oder „ein" verwendet, um Elemente und Komponenten der Ausführungsformen hierin zu beschreiben. Diese Beschreibung und die nachfolgenden Ansprüche sollten gelesen werden, um eines oder mindestens eines zu enthalten. Der Singular enthält auch den Plural, es sei denn, es ist offensichtlich, dass es anders gemeint ist.
  • Bezugnahmen auf einen "Speicher" oder "Speichervorrichtung" beziehen sich auf ein Gerät mit computerlesbaren Medien ("CRM"). "CRM" bezieht sich auf ein Medium oder Medien, auf das das relevante Computersystem zugreifen kann, um Informationen (z.B. Daten, computerlesbare Anweisungen, Programmmodule, Anwendungen, Routinen usw.) zu platzieren, zu halten und/oder abzurufen. Anmerkung:
    "CRM" bezieht sich auf Medien, die von der Art her nicht transitorisch sind, und bezieht sich nicht auf entkörperte transitorische Signale wie Radiowellen. Das CRM einer der offenbarten Speichergeräte kann unbeständige und/oder nichtunbeständige Medien und entfernbare und/oder nicht entfernbare Medien umfassen. Das CRM kann RAM, ROM, EEPROM, Flash-Speicher oder andere Speichertechnologie, CD-ROM, digital versatile disc (DVD) oder andere optische Plattenspeicher, Magnetkassetten, Magnetband, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichergeräte oder irgendein anderes Medium, das zum Speichern von Informationen verwendet werden kann und auf die durch das Computersystem zugegriffen werden kann, enthalten, ist aber nicht darauf beschränkt. Eine oder mehrere der offenbarten Speichergeräte können über eine Speicherschnittstelle mit einem Prozessor gekoppelt sein. Eine Speicherschnittstelle ist eine Schaltungsanordnung, die den Datenfluss zwischen der Speichereinrichtung und dem Anschluss des Computersystems verwaltet, mit dem sie gekoppelt ist.
  • Eine „Kommunikationsverbindung" oder „Verbindung" ist ein Weg oder ein Medium, das zwei oder mehr Knoten verbindet (z.B. ein Gerät oder ein System, das mit dem Netzwerk verbunden ist). Eine Verbindung kann eine physische Verbindung und/oder eine logische Verbindung sein. Eine physische Verbindung ist die Schnittstelle und/oder ein Medium/Medien, über die Informationen übertragen werden, und kann verdrahtet oder drahtlos dem Wesen nach sein. Beispiele von physischen Verbindungen können ein Kabel mit einem Leiter zur Übertragung von elektrischer Energie, eine faseroptische Verbindung zur Übertragung von Licht und/oder ein drahtloses elektromagnetisches Signal umfassen, das Informationen über Änderungen an einer oder mehreren Eigenschaften einer elektromagnetischen Welle(n) trägt.
  • Eine logische Verknüpfung zwischen zwei oder mehreren Knoten stellt eine Abstraktion der zugrundeliegenden physischen Verbindungen und/oder Zwischenknoten dar, die die zwei oder mehr Knoten verbinden. Zum Beispiel können zwei oder mehr Knoten über eine logische Verknüpfung logisch gekoppelt sein. Die logische Verknüpfung kann über jede Kombination von physischen Verbindungen und Zwischenknoten (z.B. Routern, Switches oder anderen Netzwerkgeräten) hergestellt werden.
  • Eine Verbindung wird manchmal als "Kommunikationskanal" bezeichnet. In einem drahtlosen Kommunikationssystem bezieht sich der Begriff "Kommunikationskanal" (oder nur "Kanal") im Allgemeinen auf eine bestimmte Frequenz oder ein Frequenzband. Ein Trägersignal (oder Trägerwelle) kann bei der bestimmten Frequenz oder innerhalb des jeweiligen Frequenzbandes des Kanals übertragen werden. In einigen Fällen können mehrere Signale über ein einzelnes Band / einen Kanal übertragen werden. Zum Beispiel können Signale gleichzeitig über ein einzelnes Band / einen Kanal über verschiedene Subbänder oder Subkanäle übertragen werden. Als weiteres Beispiel können Signale manchmal über das gleiche Band übertragen werden, indem Zeitnischen zugeteilt werden, während denen die jeweilige Sender und Empfänger das betreffende Band verwenden.
  • Wörter wie "Verarbeiten", "Berechnen", "Rechnen", "Bestimmen", "Darstellen", "Anzeigen" oder dergleichen können sich auf Aktionen oder Prozesse einer Maschine (z.B. eines Computers) beziehen, die Daten beeinflusst oder transformiert, die als physikalische (z.B. elektronische, magnetische oder optische) Größen innerhalb eines oder mehrerer Speicher (z.B. unbeständiger Speicher, nichtunbeständiger Speicher oder eine Kombination davon), Register oder andere Maschinenkomponenten, die empfangen, speichern, Senden oder anzeigen.
  • Obwohl diese detaillierte Beschreibung verschiedene Ausführungsformen in Betracht zieht, sollte verstanden werden, dass der rechtliche Schutzbereich eines beanspruchten Systems oder Verfahrens durch die Worte der Ansprüche, die am Ende dieses Patents dargelegt sind, definiert ist. Diese detaillierte Beschreibung ist nur als beispielhaft zu verstehen und beschreibt nicht jede mögliche Ausführungsform, da eine Beschreibung jeder möglichen Ausführungsform unpraktisch, wenn nicht unmöglich, wäre.

Claims (11)

  1. Ein Anlagenbausystem umfassend: eine Anzeige; einen Prozessor, der kommunikativ mit der Anzeige gekoppelt ist; einen Speicher, der kommunikativ mit dem Prozessor gekoppelt ist, wobei der Speicher speichert: (A) eine P&ID-Routine, die bei der Ausführung bewirkt, dass die Anzeige einen Konfigurationsbereich anzeigt, um die Gestaltung durch einen Anwender eines Prozess- und Instrumentierungsdiagramms (P&ID) für einen Teil einer Anlage, basierend auf einer Platzierung eines Benutzers von einer Vielzahl von Gerätesymbolen im dargestellten Konfigurationsbereich zu erleichtern; und (B) eine Geräteobjektgenerator-Routine, die bei Ausführung eine Vielzahl von ausführbaren Geräteobjekten auf Grundlage der Vielzahl von Gerätesymbolen in der P&ID erzeugt, wobei ein Geräteobjekt aus der Vielzahl von Geräteobjekten einem bestimmten Gerätesymbol aus der Vielzahl von Gerätesymbolen im P&ID entspricht und umfasst: (i) ein Namenselement, das gemäß einem Namen aus dem P&ID definiert ist, das dem jeweiligen Gerätesymbol zugeordnet ist; (ii) ein grafisches Element, das gemäß dem jeweiligen Gerätezeichen definiert ist; (iii) ein materielles Input-/Outputelement ("I/O"), das gemäß einem oder mehreren der Vielzahl von Verbindungssymbolen definiert ist, die mit dem bestimmten Gerätesymbol in der P&ID verbunden sind, wobei das materielle I/O-Element materielle Inputs und Outputs für eine physische Gerätekomponente, die dem jeweiligen Gerätesymbol entspricht, definiert; (iv) ein Simulationselement, das über Benutzerinputs definiert werden kann, um das Simulationsverhalten für das Geräteobjekt anzugeben; und (v) ein undefiniertes Kommunikations-I/O-Element, das definiert werden kann, um eine Adresse anzugeben, die von einer Steuerung verwendet werden kann, um mit der physischen Gerätekomponente zu kommunizieren.
  2. System nach Anspruch 1, wobei das Anlagenbau-Werkzeug ferner so konfiguriert ist, dass es das Kommunikations-I/O-Element gemäß des Benutzerinputs definiert, die eine von der physischen Gerätekomponente verwendete I/O-Adresse spezifiziert.
  3. System nach Anspruch 1, wobei die physische Gerätekomponente ein Ventil oder eine Pumpe ist und/oder wobei die physische Gerätekomponente ein Temperatursensor, ein Drucksensor, ein Niveausensor oder ein Durchflusssensor ist.
  4. System nach Anspruch 1, wobei der Speicher ferner eine Steuermoduldesignerroutine umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie Steuerroutinen für das Verfahren gemäß Benutzerinputs definiert, wobei die Steuerroutinen auf eines oder mehrere der Vielzahl von Geräteobjekten verweisen, insbesondere wobei die Steuerung das Verfahren steuert, indem sie mit den physischen Gerätekomponenten kommuniziert, die der Vielzahl von Geräteobjekten entsprechen, auf die durch die definierten Steuerroutinen Bezug genommen wird.
  5. System nach Anspruch 4, das weiter einen Simulator umfasst, der so konfiguriert ist, dass er die Ausführung des Prozesses simuliert, basierend auf: (i) den definierten Steuerroutinen, die auf eines oder mehrere der Vielzahl von Geräteobjekten verweisen, und (ii) die Simulationselemente für das eine oder die mehreren der Vielzahl von Geräteobjekten, auf die durch die definierten Steuerroutinen Bezug genommen wird.
  6. Verfahren umfassend: Präsentieren eines Konfigurationsbereichs auf einer Anzeige, um das Design eines Prozess- und Instrumentierungsdiagramms (P&ID) eines Benutzers basierend auf der Platzierung des Benutzers von einer Vielzahl von Gerätesymbolen in dem angezeigten Konfigurationsbereich zu erleichtern; und Erzeugen eines ausführbaren Geräteobjekts, das einer physischen Gerätekomponente entspricht, die durch ein bestimmtes Gerätesymbol aus der Vielzahl von Gerätesymbolen in der P&ID repräsentiert wird, wobei das erzeugte Geräteobjekt umfasst: (i) ein Namenselement, das gemäß einem Namen aus dem P&ID definiert ist, das dem jeweiligen Gerätesymbol zugeordnet ist; (ii) ein grafisches Element, das gemäß dem jeweiligen Gerätezeichen definiert ist; (iii) ein materielles Input-/Outputelement ("I/O"), das gemäß einem oder mehreren der Vielzahl von Verbindungssymbolen definiert ist, die mit dem bestimmten Gerätesymbol in der P&ID verbunden sind, wobei das materielle I/O-Element materielle Inputs und Outputs für eine physische Gerätekomponente, die dem jeweiligen Gerätesymbol entspricht, definiert; (iv) ein Simulationselement, das über Benutzerinputs definiert werden kann, um das Simulationsverhalten für das Geräteobjekt anzugeben; und (v) ein undefiniertes Kommunikations-I/O-Element, das definiert werden kann, um es einer Steuerung zu ermöglichen mit der physischen Gerätekomponente zu kommunizieren.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, weiter umfassend das das Kommunikations-I/O-Element gemäß des Benutzerinput definiert wird, die eine von der physischen Gerätekomponente verwendete I/O-Adresse spezifiziert.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die physische Gerätekomponente ein Ventil oder eine Pumpe ist, und/oder wobei die physische Gerätekomponente ein Temperatursensor, ein Drucksensor, ein Niveausensor oder ein Durchflusssensor ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 6, weiter umfassend das die Steuerroutinen für den Prozess nach Benutzerinput definiert werden, wobei die Steuerroutinen auf eines oder mehrere der Vielzahl von Geräteobjekten verweisen, insbesondere weiter umfassend, dass das Verfahren die Steuerung des Prozesses umfasst, indem über die Steuerung mit den physischen Gerätekomponenten kommuniziert wird, die der Vielzahl von Geräteobjekten entsprechen, auf die durch die definierten Steuerroutinen Bezug genommen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, weiter umfassend die Ausführung des Prozesses auf der Grundlage von: (i) den definierten Steuerroutinen, die auf eines oder mehrere der Vielzahl von Geräteobjekten verweisen, und (ii) die Simulationselemente, die für die eine oder mehrere der Vielzahl von Geräteobjekten definiert sind, auf die durch die definierten Steuerroutinen verwiesen wird.
  11. Computer-lesbares Speichermedium, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10 zu implementieren, wenn die Instruktionen durch mindestens einen Prozessor ausgeführt werden.
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