DE3908879C2 - Echtzeit-Computersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Echtzeit-Computersystem nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 (EP 0 246 517 A1). Ein solches System ist in der Lage, Expertenmaßnahmen zur Durchführung von Folge­ rungen ähnlich einem tatsächlichen menschlichen Experten aus­ zuführen, und zwar auf der Basis des Wissens des Experten, und außerdem eine übliche Datenverarbeitung vorzunehmen, mit Ausnahme der Experten-Datenverarbeitung, die auf Echtzeitbasis durchgeführt wird.

Bei den meisten üblichen Computersystemen zur Durchführung einer Experten-Datenverarbeitung handelt es sich entweder um Expertencomputersysteme zur ausschließlichen Verwendung einer Experten-Datenverarbeitung, oder um allgemeine Echtzeit-Compu­ tersysteme zur Durchführung sowohl normaler Datenverarbeitun­ gen auf Echtzeitbasis als auch einer Experten-Datenverarbei­ tung, wobei diese beiden Verarbeitungsarten gleichzeitig ne­ beneinander existieren.

Die EP 0 246 517 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern des Be­ triebs eines Hochofens, bei dem wahre/falsche Daten erhalten werden, indem Ausgangsdaten von Sensoren von dem Hochofen mit Standarddaten verglichen werden. Die wahren/falschen Daten werden zum wissensbasierten Folgern eines Hochofen-Betriebs­ zustands verwendet. D. h., das anzuzeigende Endergebnis wird durch die Expertenverarbeitung unter Verwendung der Ergebnisse aus der Echtzeit-Verarbeitung erhalten. Die Hauptverarbeitung ist die Expertenverarbeitung, und die Echtzeit-Verarbeitung, welche die Sensordaten liefert, ist eine Hilfsverarbeitung.

Die US-Patentschrift 4 730 259 offenbart ein Expertensystem, welches Fol­ gerungen mittels einer Matrix zu steuern vermag und darüber­ hinaus Matrix-Koeffizienten lernen kann. Ferner offenbart die­ se Entgegenhaltung eine äußere Schnittstelle zur Herstellung einer Verbindung mit einer außerhalb des Systems befindlichen Meß- und Betätigungseinrichtung. Dabei können bei diesem Sy­ stem die Matrix-Koeffizienten auf einen Optimalwert einge­ stellt werden. Andererseits ist dieses System jedoch nicht in der Lage, eine brauchbare Anpassung vorzunehmen, beispielswei­ se wenn ein neuer Meßpunkt hinzugefügt oder wenn die Vorver­ arbeitung von auszuwertenden Daten durchgeführt werden soll. Der Grund hierfür ist, daß die Echtzeit-Datenverarbeitung und die Experten-Datenverarbeitung sich gegenseitig in ihrer Wirk­ samkeit begrenzen, weil die beiden Verarbeitungseinheiten nicht vollständig unabhängig voneinander sind.

Echtzeit-Expertencomputersysteme sind auch aus der DE-Z: In­ formationstechnik it, 29. Jahrgang, Heft 5/1987, S. 334-349 bekannt.

Im Fall der Verwirklichung einer Experten-Datenverarbeitung unter Verwendung eines Expertencomputersystems erfolgt aus­ schließlich eine Experten-Datenverarbeitung, und solche Syste­ me können somit eine Datenverarbeitung auf der Grundlage künstlicher Intelligenz bei hoher Geschwindigkeit durchführen und verwenden dabei Vorrichtungen mit mannigfaltiger Support­ funktion, die Mensch-Maschine-Schnittstellenfunktionen mit Hochleistungs-Kathodenstrahlröhren oder dergleichen einsetzen. Weil es sich aber bei diesen Systemen um in sich geschlossene Systeme, also abgeschlossene, unabhängige Systeme handelt, muß die Bedienungsperson die Folgerungsdaten eingeben, die für die Experten-Datenverarbeitung erforderlich sind und/oder Ent­ scheidungen über die Ergebnisse der Schlußforderungen treffen, und zwar mittels einer üblichen Eingabe-Ausgabe-Einheit. Bei diesen Systemen besteht somit das Problem, daß sie nicht für Echtzeit-Datenverarbeitungen geeignet sind, die mittels Compu­ tersystemen durchgeführt werden, welche mit äußeren Vorgängen koordiniert werden sollen.

Wird andererseits eine Experten-Datenverarbeitung unter Ver­ wendung eines allgemeinen Echtzeit-Computers durchgeführt, dann können die normale Verarbeitung der eingegebenen für die Experten-Datenverarbeitung benötigten Folgerungsdaten, die auf der Grundlage der Folgerungsresultate durchgeführte Steuerung und dergleichen auf Echtzeitbasis durchgeführt werden, und zwar ohne Eingriffe durch die Bedienungsperson. Weil jedoch die normale Datenverarbeitung und die Experten-Datenverarbei­ tung nebeneinander im gleichen Computersystem ablaufen, wird der Computer sehr hoch belastet. Dies führt zu dem Problem, daß eine Experten-Datenverarbeitung großen Umfangs nicht durchgeführt werden kann, weil dadurch die normale Datenver­ arbeitung behindert würde.

Bei einem Expertensystem zur Durchführung einer Prozeßsteue­ rung werden die Prozeßinformationen aus der Prozeß-Eingabeein­ heit abgerufen und es werden daraus Folgerungen auf der Grund­ lage dieser Informationen gezogen, wobei dann die Ergebnisse der Folgerungen über die Prozeß-Ausgangseinheit dem Prozeß zugeführt werden, oder die Resultate der Folgerungen werden als Ausgabe auf die Anzeigeeinheit (Kathodenstrahlröhre) gege­ ben.

Bisher wurde die Vor-Datenverarbeitung und die Nach-Datenver­ arbeitung für das Expertensystem durch gesonderte Programme durchgeführt. Dabei besteht die Vor-Datenverarbeitung in einem Verarbeitungsschritt zur Verarbeitung der von einem Sensor kommenden Daten, so daß diese für die Experten-Datenverarbei­ tung geeignet sind. Bei der Nach-Datenverarbeitung handelt es sich dagegen um einen Verfahrensschritt zur Bereitstellung von Führungs-Ausgangsdaten für einen Drucker oder einen Anzeige­ schirm aus den Folgerungsresultaten des Expertensystems, oder zur Abgabe dieser Daten zur Prozeß-Ausgangseinheit. Wenn je­ doch die Folgerungsregeln des Expertensystems sich ändern, so daß Änderungen der notwendigen Vor-Datenverarbeitung und Nach- Datenverarbeitung erforderlich sind, dann ist die Durchführung einer solchen Änderung schwierig, weil die Vor-Datenverarbei­ tung und die Nach-Datenverarbeitung Funktionen entsprechen, die sich von denjenigen des Expertensystems unterscheiden. Weil die Vor-Datenverarbeitungseinheit und die Nach-Datenver­ arbeitungseinheit kein Bestandteil des Expertensystems sind, muß dann, wenn das Expertensystem mit dem Prozeß als Objekt aufgebaut werden soll, dieses unabhängig durch Programmierung oder dergleichen entwickelt werden. Wenn somit das Expertensy­ stem abgeändert oder ergänzt werden soll, dann ist es aus dem erwähnten Grund äußerst mühsam, die erforderlichen Modifika­ tionen der Folgerungen der Vor-Datenverarbeitungseinheit und der Nach-Datenverarbeitungseinheit durchzuführen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein System mit einer Unterstützungsfunktions-Vorrichtung zu schaffen, dessen Leistungsfähigkeit gleich der Leistungsfähigkeit eines ausschließlich für die Experten-Datenverarbeitung bestimmten Computers ist, wobei das System in der Lage sein soll, eine umfangreiche Experten-Datenverarbeitung auf Echtzeitbasis durchzuführen, ohne dabei die übliche Datenverarbeitung zu behindern, und das in der Lage ist, eine übliche Datenverar­ beitung durchzuführen, wie etwa eine automatische Steuerung unter Verwendung der Ergebnisse der Experten-Datenverar­ beitung. Darüberhinaus soll das System in der Lage sein, die Vor-Datenverarbeitung und die Nach-Datenverarbeitung für das Expertensystem mit großer Wirksamkeit durchzuführen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Echtzeit-Computersystem mit den Merkmalen von Anspruch 1.

Bei dem System nach der Erfindung führt das erste Computersy­ stem die übliche Betriebsdatenverarbeitung und die Sammlung der Folgerungsdaten durch, die auf Echtzeitbasis verarbeitet werden sollen. Das zweite Computersystem führt die Experten- Datenverarbeitung zur Erzielung von Folgerungen unter Verwen­ dung der Folgerungsdaten durch. Außerdem führt das erste Com­ putersystem die übliche Betriebsdatenverarbeitung unter Ver­ wendung der Folgerungsergebnisse durch. Weil die normale Be­ triebsdatenverarbeitung und die Experten-Datenverarbeitung zeitlich verteilt durchgeführt werden, kann auf Echtzeitbasis eine große Anzahl von Experten-Datenverarbeitungsvorgängen durchgeführt werden, ohne daß dadurch die normale Betriebsda­ tenverarbeitung behindert wird.

Weiterhin sind bei dem System nach der Erfindung eine Einga­ be/Editierungs-Funktion für den Prozeß und eine Mensch/Maschi­ ne-Schnittstellenfunktion mit einer Ausgabevorrichtung/einem Bildschirm für den Prozeß mit dem Expertensystem gekoppelt, wobei die Funktionen mittels einer üblichen Prozeßüber­ wachungssteuerung durchgeführt werden, womit die Eingabe/Edi­ tierungsfunktion für den Prozeß als Folgerungs-Vorverar­ beitungseinheit wirkt, während die Ausgabe/Bildschirm-Mensch/ Maschine-Schnittstellenfunktion als Folgerungs-Nachverarbei­ tungseinheit dient. Die Vorverarbeitung und die Nachverarbei­ tung können somit durch die Funktion der Echtzeit-Über­ wachungssteuerung realisiert werden. Damit ist bei der Ver­ wirklichung des Prozeß-Expertensystems weder die Bereitstel­ lung eines Programms für die Vorverarbeitung und noch für die Nachverarbeitung des Expertensystems zu irgendeiner Zeit er­ forderlich.

Weil die Funktion der Vorverarbeitung und der Nachverarbeitung und die aufgebaute Informationsbank (Wissensbank, Wissensbasis) beim erfindungsgemäßen System durch Ändern der Systemdefinition geändert werden, ergibt sich, daß dann, wenn eine Änderung der Verarbeitung des Systems auftritt, die Vorverarbeitung und die Nachverarbeitung in geeigneter Weise durchgeführt werden, so daß die am meisten brauchbare Informationsbank Verwendung findet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Systems nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Erläuterungsskizze zur Erläuterung der Verfah­ rensweise des Systems von Fig. 1,

Fig. 3 eine Erläuterungsskizze zur Erläuterung der Verfah­ rensweise bei einer Ausführungsform, die es erlaubt, ein Ausgangssignal als Führung (Anleitung) für eine Bedienungs­ person abzugeben;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Systems nach einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung, bei welcher im Computersy­ stem eine Folgerungs-Vorverarbeitungseinheit und eine -Nachverarbeitungseinheit vorgesehen sind,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Systems nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfin­ dung, die dadurch erhalten wird, daß die Aus­ führungsform von Fig. 5 in die Experten-Datenverar­ beitungseinheit und die Echtzeit-Verarbeitungsein­ heit aufgeteilt wird,

Fig. 7 ein Blockschaltbild des Inhalts der Vorverar­ beitungseinheit und der Nachverarbeitungseinheit im
Falle eines Echtzeit-Überwachungssteuerungssystems gemäß Fig. 5, und

Fig. 8 ein Blockschaltbild des Inhalts der Vorverar­ beitungseinheit und der Nachverarbeitungseinheit bei dem verteilten System von Fig. 6.

Anhand von Fig. 1 wird nun der Aufbau eines Echtzeit-Experten­ computersystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfin­ dung beschrieben. Bei dem Echtzeit-Computersystem 1 handelt es sich um ein System zur Durchführung einer normalen Betriebs­ datenverarbeitung und zum Sammeln von Folgerungsdaten und die­ ses System entspricht somit einem ersten Computersystem. Das Expertencomputersystem 2 entspricht einem zweiten Computersy­ stem zur Durchführung der Experten-Datenverarbeitung. Mit dem Expertencomputersystem 2 ist eine Eingabe/Ausgabe-Einheit 33 verbunden. Die Einheit 33 wird durch einen Bildschirm, ein Tastenpult, eine Eingabemaus oder dergleichen verwirklicht und führt Eingabe/Ausgabe-Operationen in üblicher Weise durch. Das Expertencomputersystem 2 weist eine Eingabe/Ausgabe-Verbind­ ungseinheit 32 auf, welche die Verbindung zwischen der Einga­ be/Ausgabe-Einheit 33, einer Informationsbank-Editiereinheit 28 und einer Folgerungsdaten-Speichereinheit 25 usw. her­ stellt, wie später noch erläutert werden wird. Eine Informa­ tionsbank-Speichereinheit 29 speichert die Informationsbank (Wissensbank, Wissensbasis), die dadurch erhalten wird, daß das Wissen des Experten in Da­ ten umgesetzt wird, welche vom Computer verarbeitet werden können. Die Informationsbank-Editiereinheit 28 ermöglicht es der Bedienungsperson Editieroperationen durchzuführen, wie etwa Ergänzungen, Streichungen und Änderungen des in der Ein­ heit 29 gespeicherten Wissens. Eine Informationsbank-Umset­ zungsspeichereinheit 30 speichert Umsetzungsdaten für die Um­ setzung des in der Speichereinheit 29 gespeicherten Wissens in ein ausführbares Wissen. Die Folgerungsdaten-Speichereinheit 25 speichert die von der Bedienungsperson mittels der Eingabe/ Ausgabe-Einheit 33 eingegebenen Folgerungsdaten. Eine Folge­ rungseinheit 26 verwendet die Folgerungsdaten da­ zu, die Folgerungen zu ziehen, die eine Bedienungsperson auf der Grundlage des ausführbaren Wissens ziehen würde, das in der Einheit 33 gespeichert ist. Eine Folgerungsergebnis-Spei­ chereinheit 27 dient zum Speichern des Ergebnisses der von der Einheit 26 gezogenen Folgerungen. Das Ergebnis der Folgerung wird über die Eingabe/Ausgabe-Verbindungseinheit 32 der Ein­ gabe/Ausgabe-Einheit 33 zugeführt. Weiterhin sind eine Verbin­ dungseinheit 21, eine Folgerungsdaten-Einstelleinheit 22, eine Folgerungs-Starteinheit 23 und eine Folgerungsergebnis-Ausgabe­ einheit 24 vorgesehen.

Die Verbindungseinheit 21 hat die Funktion einer Schnittstelle zum Verbinden des Echtzeit-Computersystems 1 mit der Folge­ rungsdaten-Einstelleinheit 22, der Folgerungs-Starteinheit 23 und der Folgerungsergebnis-Ausgabeeinheit 24. Die Einheit 22 empfängt die vom Echtzeit-Computersystem 1 gesammelten Folge­ rungsdaten und speichert sie in der Speichereinheit 25. Wenn das Echtzeit-Computersystem 1 einen Befehl ausgibt die Verar­ beitung zur Herbeiführung einer Folgerung zu starten, dann empfängt die Starteinheit 23 diesen Befehl und erlaubt der Einheit 26 eine Folgerung zu ziehen. Die Folgerungsergebnis- Ausgabeeinheit 24 gibt das in der Speichereinheit 27 gespei­ cherte Folgerungsergebnis aus. Die so abgegebene Folgerung wird dann dem Echtzeit-Computersystem 1 zugeführt.

Die vom Echtzeit-Expertencomputersystem durchgeführte Verar­ beitung wird nun anhand der Fig. 2 erläutert. Das Echtzeit- Computersystem 1 sammelt die Folgerungsdaten (Schritt 101) und führt diese dem Expertencomputersystem 2 zu, und fordert eine Empfangsbestätigung (Schritt 102). Im Expertencomputersystem 2 empfängt die Folgerungsdaten-Einstelleinheit 22 die Folge­ rungsdaten über die Verbindungseinheit 21 und speichert diese in die Speichereinheit 25 ein, um so mitzuteilen, daß der Emp­ fang abgeschlossen ist (Schritt 103). Wenn das Folge­ rungsergebnis benötigt wird, macht das Echtzeit-Computersystem 1 eine entsprechende Anfrage und startet die Durchführung ei­ ner Folgerung (Schritt 104). Als Folge davon erlaubt die Starteinheit 23 der Folgerungseinheit 26 die Folgerung durch­ zuführen und anzuzeigen, daß der Befehl abgeschlossen worden ist (Schritt 105). Dann fordert das Echtzeit-Computersystem 1 das Auslesen des Folgerungsergebnisses an (Schritt 106). Die Folgerungsergebnis-Ausgabeeinheit 24 entspricht dieser Anfor­ derung und gibt das Resultat der Folgerung aus (Schritt 107). Auf der Grundlage des Folgerungsergebnisses führt dann das Echtzeit-Computersystem 1 die übliche Verarbeitung der Be­ triebsdaten durch (Schritt 108).

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß gemäß dieser er­ sten Ausführungsform eine Vielzahl von Experten-Maßnahmen durchgeführt werden kann, ohne dabei den üblichen Verarbei­ tungsbetrieb zu behindern. Die Verwendung der Eingabe/Ausgabe- Einheit 33 erlaubt die Nutzung von Vorrichtungen mit einer Vielzahl von Unterstützungsfunktionen gestützt auf eine Mensch-Maschine-Schnittstellenfunktion mit einer Hoch­ leistungs-Bildröhre in gleicher Weise wie bei Systemen, die ausschließlich für die Experten-Datenverarbeitung bestimmt sind. Da die Verarbeitung unter Verteilung der Daten auf die übliche Betriebsdatenverarbeitung und auf die Informationsbank erfolgt, ist das Editieren der Informationsbank einfach und die Wartung verbessert. Durch Vergrößerung des Expertencompu­ tersystems und Verbindung mit dem Echtzeit-Computersystem kön­ nen viele Arten von Experten-Betriebsweisen erfolgen, und zwar gleichzeitig und parallel. Zusätzlich ist es möglich, auf ein­ fache Weise ein Expertencomputersystem als Standardzubehör zu anderen Echtzeit-Computersystemen zu schaffen.

Ein Echtzeit-Computersystem gemäß einer konkreteren zweiten Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand von Fig. 3 be­ schrieben, welche dessen Verfahrensablauf zeigt. Dieses System dient zur Aufstellung eines Plans für einen geeigneten Prozeß­ ablauf für eine Bedienungsperson. Das Echtzeit-Computersystem 1 nimmt Daten des Prozesses von einem Sensor zur Überwachung des Prozesses auf, wie dies bei einer üblichen Betriebsweise der Fall ist, sammelt aber zugleich die Prozeßdaten, die für eine Folgerung notwendig sind. Das Expertencomputersystem 2 nimmt dann eine Folgerung vor, wie sie für den Prozeßablauf geeignet ist.

Das Echtzeit-Computersystem 1 sammelt Prozeßdaten (Schritt 111), um diese Daten für die normale Betriebsverarbeitung zu verarbeiten (Schritt 112). Das Ergebnis wird als Prozeßüber­ wachungsinformation angezeigt (Schritt 113). Prozeßdaten für eine Folgerung aus den gesammelten Prozeßdaten werden auf das Expertencomputersystem 2 übertragen, und zwar mit der Auffor­ derung einer Annahmebestätigung (Schritt 114). Das Experten­ computersystem 2 empfängt die Prozeßdaten für die Vornahme von Folgerungen und stellt die Daten ein (Schritt 115). Das Echt­ zeit-Computersystem 1 fordert dann den Start des Expertencom­ putersystems 2 an (Schritt 116). Aufgrund dieser Anforderung führt das Expertencomputersystem 2 eine Folgerung zur Führung eines Prozeßschrittes durch und meldet, daß die Folgerung ab­ geschlossen ist (Schritt 117). Das Echtzeit-Computersystem 1 fordert dann das Auslesen des Folgerungsergebnisses an (Schritt 118). Daraufhin gibt das Expertencomputersystem 2 das Folgerungsergebnis aus (Schritt 119). Als Folge davon zeigt dann das Echtzeit-Computersystem 1 das Ergebnis als Führung des Prozeßablauf s an (Schritt 120). Die Bedienungsperson führt dann den Prozeß auf der Grundlage der Prozeßüberwachungsinfor­ mation und/oder der Prozeßführung durch, der durch das Echt­ zeit-Computersystem 1 angezeigt worden ist. Weiterhin kann die Bedienungsperson die Informationsbank im Expertencomputersy­ stem 2 überprüfen, und zwar auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform.

Mit der eben beschriebenen zweiten Ausführungsform kann eine Expertenverarbeitung als eine vielschichtige Prozeßführung mit Folgerungen durchgeführt werden, ohne daß dabei die normale Datenverarbeitung beeinträchtigt wird. Die optimale Prozeßfüh­ rung steht somit in Einklang mit dem zeitlichen Ablauf des Prozesses. Somit kann dann also selbst eine bezüglich des Pro­ zeßablaufs unkundige Person den Prozeßablauf überwachen und steuern wie ein tatsächlicher Experte. Weil die Datenverarbei­ tung auf Echtzeitbasis durchgeführt wird, ist es möglich, schnelle Entscheidungen in Abhängigkeit von Änderungen in den Ablaufbedingungen des Prozesses zu treffen. Darüberhinaus kann dieses System Erkenntnisse über den Prozeßablauf als eine In­ formationsbank speichern und diese Informationsbank in der gleichen Weise fortlaufend speichern und editieren wie dies bei Systemen der Fall ist, die ausschließlich für die Exper­ tendatenverarbeitung bestimmt sind.

Fig. 4 zeigt ein System einer Ausführungsform, bei welcher die Vorverarbeitungseinheit und die Nachverarbeitungseinheit für die Folgerungen in dem Expertencomputersystem von Fig. 1 un­ tergebracht sind.

Bei dieser Ausführungsform erfolgt das Eingeben der Folge­ rungsdaten in den Folgerungsdatenspeicher 25 mittels einer Prozeßeingabeeinheit 41, worauf durch eine Vorverarbeitungs­ einheit 51 eine Vorverarbeitung erfolgt. Diese Vorverarbei­ tungseinheit 51 führt eine Verarbeitung der Prozeßinformation durch, daß die Information eine Form erhält, welche eine Fol­ gerungsverarbeitung erlaubt. Die Folgerungsverarbeitung erfor­ dert oft die Eingabe nicht nur der momentanen Prozeßinforma­ tion sondern auch Informationen über Änderungen oder Werte langwährender Prozeßumstände und Informationen über berechnete Ergebnisse von Vielfach-Prozeßsignalen. Aus diesem Grund ist eine Vorverarbeitung erforderlich.

Im allgemeinen sind die Eingabe/Editierungsfunktionen paket­ weise programmiert, und auf die Grundfunktion beschränkt, so daß dann, wenn Verarbeitungsdefinitionsdaten bereitgestellt werden, keine Notwendigkeit besteht, jedesmal ein neues Pro­ gramm aufzustellen. Ein derartiges Programmpaket oder Pro­ grammabschnitt kann bei der Vorverarbeitungseinheit Verwendung finden.

Das in der Einheit 27 gespeicherte Folgerungsergebnis wird durch die Nachverarbeitungseinheit 52 nachverarbeitet. So setzt die Nachverarbeitungseinheit 52 das Folgerungsergeb­ nis so um, daß es an die Ausgabeeinheit 42 übergeben werden kann, oder es erfolgt eine solche Umsetzung, daß eine direkte Übergabe an die Bildschirmeinheit 5 möglich ist. Da das Folge­ rungsergebnis in Form von Werten oder Führungsinformationen angegeben wird, ist es erforderlich, den gegebenen Wert so umzusetzen, daß er an die Ausgabeeinheit übergeben werden kann, und/oder es ist eine Unterstützungsfunktion für die Übergabe der Führungsinformation an die Bildschirmeinheit not­ wendig.

Die Mensch/Maschine-Schnittstellenfunktion mit der Ausgabevor­ richtung/dem Bildschirm für den Prozeß ist oft paketweise oder abschnittsweise programmiert. Ein derartiger Programmabschnitt kann an die Nachverarbeitungseinheit gegeben werden.

Weil bei der Erfindung diese Vorverarbeitungs- und Nachverar­ beitungseinheiten mit dem Expertensystem gekoppelt sind, kann die Verarbeitung durch eine Echtzeit-Überwachungssteuerungs­ funktion realisiert werden.

Fig. 5 zeigt ein System nach einer weiteren Ausführungsform, wobei die Erfindung in noch konkreterer Weise verwirklicht ist; der durch strichpunktierte Linien umgebene Bereich ent­ spricht dem gleichen Bereich, der auch in Fig. 4 gezeigt ist.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß der Aufbau dieser Ausführungs­ form zusätzlich zu demjenigen von Fig. 4 eine Systemdefini­ tion-Editiereinheit 61, eine Systemdefinitions-Speicher­ einheit 64, eine Systemdefinition-Umformeinheit 65, eine Nachverarbeitungs-Definitions-Speichereinheit 66 und eine Vor­ verarbeitungs-Definitionsspeichereinheit 67 aufweist.

Die Einheit 61 dient zur Bereitstellung der Systemdefinition auf der Basis besonderer Umstände, die dem Prozeß eigen sind, das in der Floppydisk 62 gespeichert ist. Die durch diese Ein­ heit festgelegte Systemdefinition wird in die Speichereinheit 64 eingespeichert.

Ein tatsächliches Beispiel der Systemdefinition ist nachfol­ gend dargestellt. Wird als Beispiel die Reinigung des Filter­ betts einer Abwasseranlage mit drei Filterbetten genommen, dann sind folgende fünf Eingaben erhältlich:
Eingangsdefinitionen:

• 1. Ausgangssignal des Trübungsmessers Momentanwert von PVtag1
• 2. Abweichung der mittleren Trübung Abweichung über 30 Minuten im Mittel von 5 Minuten von PVtag2
• 3. Laufzeit des Filterbettes 1 Kontinuierliche Einschaltzeit des Momentanwertes von DItag10
• 4. Laufzeit des Filterbettes 2 Kontinuierliche Einschaltzeit des Momentanwertes von DItag11
• 5. Laufzeit des Filterbettes 3 Kontinuierliche Einschaltzeit des Momentanwertes von DItag12,

wobei PV und DI Abkürzungen für Prozeßgrößen bzw. digitale Eingangsdaten sind und die tag-Nummern zur Unterscheidung an­ gefügt sind.

Diese Verhältnisse drücken die Eingangskennungen und ihre ent­ sprechenden Prozeßereignisse aus. Soll beispielsweise der Trü­ bungsmesser bezeichnet werden, so erkennt das System dies am Momentanwert von PVtag1.

Die Ausgangssignale im Fall der Reinigung der entsprechenden Filterbette ergeben sich wie folgt:
Ausgangsdefinitionen:

• 1. Reinigungsausgang (Filterbett 1):
  DOtag 10 Start
• 2. Reinigungsausgang (Filterbett 2):
  DOtag 21 Start
• 3. Reinigungsausgang (Filterbett 3):
  DOtag 22 Start

Diese Verhältnisse drücken die Ausgangskennungen und ihre ent­ sprechenden Prozeßereignisse aus. So bestimmt beispielsweise ein Reinigungsausgang (Filterbett 1) den Start der DOtag 20.

Diese Werte bilden die Folgerungs-Vorverarbeitungsdefinition bzw. die Folgerungs-Nachverarbeitungsdefinition.

Die Definition der Informationsbank kann folgendermaßen ange­ geben werden:
"Wenn sich das Filterungsvermögen vermindert, dann soll eine Reinigung des Filterbetts erfolgen, welches die längste Laufzeit hat."

• 1. Verminderung des Filtervermögens:
  eine Trübung über einem vorgebenen Wert deutet einen Anstieg der Trübungstendenz.
  eine Trübung über einem vorgeschriebenen Wert:
  der Trübungsmesser zeigt einen Wert über xxx ppm- an.
  Erhöhungstendenz der Trübung:
  Die Abweichung der mittleren Trübung steigt über xxx ppm.
  Trübungsmesser: Eingansdefinition
  Abweichung der mittleren Trübung:
  Eingangsdefinition
• 2. Filterbett mit längster Laufzeit:
  Filterbett mit der längsten Betriebszeit unter den Betriebszeiten von Filterbett 1, Filterbett 2 und Filterbett 3.
  Betriebszeit des Filterbetts 1:
  Eingangsdefinition
  Betriebszeit des Filterbetts 2:
  Eingangsdefinition
  Betriebszeit des Filterbetts 3:
  Eingangsdefinition
  Filterbett: Filterbett mit der längsten Betriebszeit
• 3. Es erfolgt eine Reinigung:
  Es wird ein Reinigungs-Ausgangssignal für das Fil­ terbett mit der längsten Betriebszeit bereitgestellt
  Reinigungs-Ausgangssignal (Filterbett 1):
  Ausgangsdefinition
  Reinigungs-Ausgangssignal (Filterbett 2):
  Ausgangsdefinition
  Reinigungs-Ausgangssignal (Filterbett 3):
  Ausgangsdefinition.

Diese Definition umfaßt, wie oben erwähnt, drei Phasen. Die erste Phase besteht in der Klärung der Frage, was unter Ver­ minderung der Filterfähigkeit verstanden wird, um so festzule­ gen, welches Eingangssignal bereitgestellt werden soll; die zweite Phase besteht in der Durchführung der Reinigung des Filterbetts mit der längsten Betriebs zeit auf der Grundlage der Erfahrung, daß das Filterbett mit der längsten Betriebs­ zeit im allgemeinen am meisten verschmutzt ist; die dritte Phase besteht in der Bereitstellung eines Reinigungs-Ausgangs­ signals.

Die in der Definitions-Speichereinheit 64 gespeicherten Sys­ tem-Definitionen des Eingangs, des Ausgangs und der Informa­ tionsbank werden gemeinsam durch die Systemdefinition-Umformeinheit 65 so verteilt, daß sie eine für die Informationsbank, die Vorverarbeitungsdefinition und die Nachverarbeitungsdefinition geeignete Form haben. Es erfolgt eine Einspeicherung in die Speichereinheit 29 für die Informationsbank, in die Speicher­ einheit 67 für die Vorverarbeitungsdefinition bzw. in die Speichereinheit 66 für die Nachverarbeitungsdefinition.

In der Einheit 30 werden diese Informationsbank, die Vorver­ arbeitungsdefinitionen und die Nachverarbeitungsdefinitionen so umgesetzt, daß sie eine für das Ziehen von Folgerungen ge­ eignete Form erhalten. Diese Operation besteht aus einer Reihe von Beurteilungen des vorverarbeiteten/nachverarbeiteten Be­ stimmungsteils der Definitionen und in einem nachfolgenden Ersetzen oder Umsetzen der Quellentexte der vorverarbeiteten und nachverarbeiteten Prozeß-Eingabe/Ausgabe-Folgerungsfunk­ tionen. Wenn beispielsweise die Eingangsdefinition "Trübungs­ messer" bestimmt wird, dann wird diese durch einen Quellentext für eine Eingabe/Ausgabe-Funktion von "PVget" (PVtag1) er­ setzt, was einem Unterprogramm entspricht, welches beispiels­ weise in C-Sprache geschrieben ist. Dieses Unterprogramm drückt ein tatsächliches Ereignis aus, so daß in diesem Fall der Momentanwert von PVtag1 erhalten wird.

Andererseits werden in der Folgerungs-Vorverarbeitungseinheit 51 und der Folgerungs-Nachverarbeitungseinheit 52 Eingabe/Aus­ gabe-Funktionen bereitgestellt, welche Operationsfolgen ent­ sprechen, die von der Einheit 30 durchführbar sind. Wenn die Einheit 51 Eingangsdaten empfängt, dann wird eine entsprechen­ de Eingangsfunktion mit dem Eingangsdaten verknüpft und an die Einheit 26 gegeben. Wenn die Einheit 52 Ausgangsdaten empfängt, dann wird eine entsprechende Ausgangsfunktion mit den Ausgangsdaten verknüpft und die Ausgabeoperation durchge­ führt.

Durch diesen Aufbau ist es möglich, durch bloße Änderung der Systemdefinition die Informationsbank, die Vorverarbeitungsde­ finition und die Nachverarbeitungsdefinition in gewünschter Weise zu ändern, ohne daß es erforderlich wäre, spezielle Pro­ gramme aufzustellen.

Die Eingabe/Ausgabe-Funktionen können in der Folgerungseinheit 26 bereitgestellt werden.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Konfiguration von Fig. 5 in das Experten-Datenverarbeitungs­ system und das Echtzeit-Verarbeitungssystem aufgeteilt ist, wobei diejenigen Komponenten, die denjenigen von Fig. 5 ent­ sprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und auch auf eine nochmalige Erläuterung verzichtet wird.

Weil die Konfiguration dieser Ausführungsform in zwei Teile aufgeteilt ist, unterscheidet sie sich von der Ausführungsform nach Fig. 5 durch einige Komponenten, nämlich eine Defini­ tions-Informationsausgabeeinheit 68 zur Abgabe einer umge­ setzten Systemdefinition, einer Folgerungsdaten-Eingabeeinheit 53 zur Annahme des vorverarbeiteten Ergebnisses der Folge­ rungs-Vorverarbeitungseinheit 51, und einer Folgerungsergeb­ nis-Ausgabeeinheit 54 zur Übertragung des in der Folgerungs­ ergebnis-Speichereinheit 27 gespeicherten Folgerungsergebnisses in die Folgerungs-Nachverarbeitungseinheit 52, wobei diese Komponenten auf der Seite des Experten-Datenverarbeitungssy­ stems vorgesehen sind. Weil die Folgerungs-Starteinheit 23 durch ein Ausgangssignal der Folgerungs-Vorverarbeitungsein­ heit 51 gestartet wird, erfolgt ein automatischer Start eines Folgerungsvorgangs dann, wenn die Vorverarbeitungsdefinition geändert wird.

Die Fig. 7 und 8 sind Blockschaltbilder zur Erläuterung des Aufbaus der Vorverarbeitungseinheit und der Nachverarbei­ tungseinheit. Fig. 7 zeigt den Aufbau für das Echtzeit-Über­ wachungssteuerungssystem mit einer Prozeßsteuereinheit, und Fig. 8 zeigt den Aufbau mit einem Verarbeitungssystem als Echtzeit-Funktionseinheit und einem Verarbeitungssystem als Experten-Funktionseinheit, einschließlich einer Folgerungsein­ heit 140, die voneinander getrennt sind; außerdem ist eine Verbindungsfunktionseinheit (Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle) 130 vorgesehen, welche die Verbindung zwischen den gesonderten Einheiten herstellt.

Die Prozeßsteuereinheit 100 der Funktionseinheiten von Fig. 7 führt die Expertensteuerung durch.

Bei den Ausführungsformen nach diesen Figuren werden die von der Prozeß-Eingabeeinheit 41 aufgenommenen Prozeßwerte einer Überprüfung dahingehend unterworfen, ob eine Prozeßänderung vorliegt, und zwar durch einen Prozeßereignis-Detektor 111 über den Prozeßdateneingang 43. Sind die Prozeßwerte in einen Prozeßdaten-Speicher­ bereich 112 eingespeichert, dann werden sie so verarbeitet, daß sie die Form von Eingabedaten erhalten, und zwar in einem Eingangs­ verarbeitungsbereich 113, worauf sie in einem Eingabedaten-Speicherbe­ reich 114 eingespeichert werden. In anderen Worten, der Pro­ zeßdaten-Speicherbereich 112 nimmt die erforderliche Datenverar­ beitung vor, beispielsweise die Umformung von Analogdaten in binäre Ziffern, die dann einen normalen bzw. einen anormalen Zustand bezeichnen, und zwar unter Verwendung eines vorbe­ stimmten Kriteriums oder eine Majoritätsentscheidung, wenn eine Vielzahl von Eingangsdaten empfangen wird. Der Eingangs­ verarbeitungsbereich nimmt fortlaufend Verfahrenswerte zu je­ dem vorgegebenen Intervall auf und gibt diese in den vorgege­ benen Bereich des Eingabedaten-Speicherbereichs. Die im Bereich 114 gespeicherten Eingabedaten werden so umge­ stellt, daß sie eine Form erhalten, die es ermöglicht, daß sie durch eine Ausgäbeverarbeitungseinheit 44 ausgedruckt werden können. Die so umgestellten Eingabedaten werden somit dem Drucker 9 zugeführt, in welchem sie verarbeitet werden. Ande­ rerseits werden diese Eingabedaten einem statistisch-analyti­ schen Verarbeitungsbereich 115 zugeführt, in welchem eine nu­ merische Rechenoperation erfolgt, die für die Eingangsdefini­ tionen erforderlich ist. Diese numerischen Berechnungen stel­ len Standardableitungen dar, beispielsweise zur Mittelwertbil­ dung. Das erhaltene Ergebnis wird in einem statistisch-analy­ tischen Datenspeicherbereich 116 eingespeichert und auf einem Bildschirm 7 dargestellt, und zwar über einen statistischen­ analytischen Anzeige-Verarbeitungsbereich 46. Die entsprechen­ den Ausgangssignale des Prozeßereignis-Detektors 111, des Prozeßdaten- Speicherbereichs 112, des Eingabedaten-Speicherbereichs 114 und des statistisch-analytischen Datenspeicherbereichs 116 werden direkt auf die Prozeßsteuereinheit 100 von Fig. 7 gege­ ben. Andererseits werden sie einer Folgerungseinheit 140 über eine Verbindungseinheit 130 (Fig. 8) zugeführt, wo eine Folge­ rung in Art einer Expertenentscheidung durchgeführt wird.

Das Folgerungsergebnis wird einem Führungsgrößen-(Anleitungs-)ausgabe-Ver­ arbeitungsbereich 121, einem Nachrichtenausgabe-Verarbeitungs­ bereich 122 und einem Prozeßdaten-Ausgabebereich 123 zuge­ führt, wobei sich diese Komponenten in der Nachverarbeitungs­ einheit 120 befinden. Es gibt einige Arten von Ausgangsprozeß­ daten, wie etwa Daten, die sich auf den Start-Stop-Betrieb von Einheiten beziehen, sowie Daten, die sich auf die Steuerung festgelegter Werte beziehen. Die Führung bzw. Anleitung wird auf dem Bildschirm 6 visuell dargestellt, die Nachricht bzw. der Befehl wird visuell durch den Bildschirm 5 und den Drucker 8 dargestellt, und die Prozeßdaten werden ein zweites Mal über die Prozeßausgabeeinheit 42 dem Verfahren zugeführt.

Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird also selbst dann, wenn eine Änderung der Verarbeitung des Sys­ tems aufgetreten ist, nur eine Änderung bzw. Abänderung der Systemdefinition erforderlich sein, um die Informationsbank und die Definitionen der Vor- und Nachverarbeitungsvorgänge automatisch zu ändern, so daß es nicht erforderlich wird, die Vor-und Nachverarbeitungsvorgänge zu ändern. Darüber hinaus kann die Darstellung des Folgerungsergebnisses des Experten­ systems durch die Darstellungsmethoden der Echtzeit-Überwach­ ungssteuerfunktion in konventioneller Weise übernommen werden. Insbesondere kann ein Expertensystem realisiert werden, das gegenüber der üblichen Echtzeit-Überwachungssteuerfunktion eine geringe Neigung zu physikalischen Störungen hat.

Claims (6)

1. Echtzeit-Computersystem, mit einem ersten Computersystem (1) zum Durchführen einer Betriebs-Datenverarbeitung in Echtzeit und zum Sammeln und Abgeben von Folgerungsdaten und mit einem zweiten Computersystem (2) zum Durchführen einer Experten-Datenverarbeitung zur Folgerung aus den Folgerungsdaten unter Verwendung einer Wissensbasis, wo­ bei das zweite Computersystem einen Wissensspeicher (29) zum Speichern von Wissensdaten für die Durchführung der Folgerung, eine Folgerungseinheit (26) zum Durchführen der Folgerung unter Verwendung der Folgerungsdaten und auf der Basis des gespeicherten Wissens und eine Folge­ rungsergebnis-Ausgabeeinheit (24) zum Ausgeben eines von der Folgerungseinheit erhaltenen Folgerungsergebnisses aufweist, und wobei das erste und das zweite Computersy­ stem durch eine Verbindungsvorrichtung (21) miteinander verbunden sind, und wobei das zweite Computersystem eine Folgerungsdaten-Speichereinheit (25) zum Speichern der vom ersten Computersystem ausgegebenen Folgerungsdaten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge­ rungsergebnis-Ausgabeeinheit (24) mit dem ersten Compu­ tersystem verbunden ist und das erste Computersystem die Betriebs-Datenverarbeitung unter Verwendung des vom zwei­ ten Computersystem ausgegebenen Folgerungsergebnisses durchführt.

2. Echtzeit-Computersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorverarbeitungs­ einheit (51; 110) zum Eingeben von Folgerungsdaten und zum Umformen dieser Daten, so daß aus ihnen auf der Grundlage von Vorverarbeitungsdefinitionen Folgerungen ziehbar sind, und zum Übertragen dieser Daten zu der Folgerungsdaten-Speichereinheit (25),
eine Nachverarbeitungseinheit (52; 120) zum Verarbeiten der von der Folgerungseinheit (26) erhaltenen Folgerungs­ ergebnisse auf der Grundlage von Nachverarbeitungsdefini­ tionen, so daß sie eine für die Ausgabe geeignete Form haben,
eine Systemdefinition-Editiereinheit (61) zum Erzeugen einer Definition, die einen Prozeß-Systemzustand wieder­ gibt,
und eine Systemdefinition-Umformeinheit (65) zum Verän­ dern der Wissensbasis, der Vorverarbeitungsdefinition und der Nachverarbeitungsdefinition auf der Grundlage der erzeugten Systemdefinition.

3. Echtzeit-Computersystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Folgerungs-Start­ einheit (23), welche die Folgerungseinheit (26) veran­ laßt, aus von der Vorverarbeitungseinheit (51; 110) aus­ gegebenen Daten Folgerungen zu bilden.

4. Echtzeit-Computersystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverar­ beitungseinheit (51; 110) und die Nachverarbeitungsein­ heit (52; 120) im ersten Computersystem und dadurch zu­ sätzlich erforderliche Baugruppen (53, 54, 68) im zweiten Compu­ tersystem vorgesehen sind, wobei eine Eingangs/Ausgangs- Schnittstelle (130) im Grenzbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Computersystem vorgesehen ist.

5. Echtzeit-Computersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverar­ beitungseinheit (110) folgende Merkmale aufweist: einen Prozeßereignis-Detektor (111), der Änderungen von Prozeß­ daten erfaßt, einen Prozeßdaten-Speicherbereich (112), in welchem Prozeßdaten gespeichert sind, einen Eingangs­ verarbeitungsbereich (113), dem ein Eingabedatenspei­ cherbereich (114) für die umgeformten Prozeßdaten zuge­ ordnet ist, einen statistisch-analytischen Verarbei­ tungsbereich (115), der eine statistisch-analytische Ver­ arbeitung für Eingangsdefinitionen durchführt, und einen statistisch-analytischen Datenspeicherbereich (116), der das Ergebnis des statistisch-analytischen Verarbeitungs­ bereichs (115) speichert.

6. Echtzeit-Computersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachverar­ beitungseinheit (120) folgende Merkmale aufweist: einen Anleitungsausgabe-Verarbeitungsbereich (121), der Anlei­ tungen auf der Grundlage des Folgerungsergebnisses aus­ gibt, einen Nachrichtenausgabe-Verarbeitungsbereich (122), der Nachrichten aus dem Folgerungsergebnis aus­ gibt, und einen Prozeßdatenausgabebereich (123), der Pro­ zeßdaten auf der Grundlage des Folgerungsergebnisses aus­ gibt.