專(zhuān)利名稱(chēng)：控制過(guò)程的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用條件驅(qū)動(dòng)的任務(wù)管理來(lái)控制過(guò)程應(yīng)用的方法。本發(fā)明 尤其涉及用于使用條件驅(qū)動(dòng)的任務(wù)管理來(lái)控制批量過(guò)程的方法。
背景技術(shù)：
過(guò)程控制是一 個(gè)非常發(fā)達(dá)的領(lǐng)域。普通的過(guò)程控制以及特別的批量過(guò) 程控制均為人們所熟知。用于控制批量過(guò)程的方法以將批量過(guò)程描述成由 針對(duì)該過(guò)程的順序功能圖表所述的步驟開(kāi)始。
過(guò)程控制器的使用也為人們所熟知?？蓪㈨樞蚬δ軋D表中所述的步驟 編程到過(guò)程控制器的存儲(chǔ)器中，所述控制器用來(lái)控制和/或監(jiān)測(cè)某一具體 批量過(guò)程。然后可執(zhí)行這些步驟以實(shí)施某一具體批量配方的步驟。改變這 種編程配方的步驟將要求改變過(guò)程控制器或配方服務(wù)器的編碼程序，所述 服務(wù)器已配置成適于向過(guò)程控制器提供編程配方。
對(duì)過(guò)程控制器或配方服務(wù)器重新編程會(huì)趨于限制控制系統(tǒng)的靈活性， 并且趨于阻止過(guò)程操作者與過(guò)程控制配方互動(dòng)以應(yīng)對(duì)某一具體批量執(zhí)行中 的實(shí)時(shí)問(wèn)題。
需要這樣一種控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許過(guò)程操作者在如下方面具有更大
的靈活性響應(yīng)實(shí)時(shí)過(guò)程條件來(lái)改變批量配方，以應(yīng)對(duì)(除了其它變量以 外)成分質(zhì)量和設(shè)備性能方面的趨勢(shì)和異常。
發(fā)明概述
一種方法控制某個(gè)過(guò)程。該方法包括提供第一控制器的步驟。第一控 制器的配置使其能夠基于輸入和輸出之間的預(yù)定關(guān)系來(lái)接收這些輸入和控 制這些輸出。該方法還包括將過(guò)程定義為配方，所述配方依次包含一組任 務(wù)。配方中的至少一個(gè)任務(wù)以子任務(wù)來(lái)定義，所述子任務(wù)以條件來(lái)定義。
下列公式表述所述至少一個(gè)任務(wù)、其子任務(wù)和所述子任務(wù)的條件之間的關(guān)
系
任務(wù)<formula>formula see original document page 5</formula>任務(wù)(i)代表配方的第i個(gè)任務(wù)，G(i,j)代表任務(wù)(i)的第j個(gè)子 任務(wù)，C(i,j,k)代表G(i,j)子任務(wù)的第k個(gè)條件，"門(mén)"代表"與，， 關(guān)系，并且"U"代表"或"關(guān)系。該方法將至少一個(gè)條件C(i，j,k)與 控制器的真實(shí)輸入或虛擬輸入相關(guān)聯(lián)。當(dāng)至少一個(gè)任務(wù)任務(wù)(i)的至少一 個(gè)子任務(wù)G(i，j)的所有條件C(i,j，k)得到滿(mǎn)足時(shí)，該方法改變至少一 個(gè)真實(shí)輸出或虛擬輸出的值。
在另一方面，該方法控制過(guò)程設(shè)備。在此方面，由任務(wù)構(gòu)成的過(guò)程控 制配方定義某個(gè)過(guò)程。多個(gè)子任務(wù)的交集定義至少一個(gè)任務(wù)。多個(gè)條件的 并集定義至少一個(gè)子任務(wù)。所提供的控制器具有與過(guò)程設(shè)備的元件相關(guān)聯(lián) 的離散的輸入和輸出地址。該方法將至少一個(gè)條件與所提供的控制器的某 個(gè)輸入或輸出地址相關(guān)聯(lián)，并且將至少一個(gè)任務(wù)與控制器的某個(gè)具體輸出 地址相關(guān)聯(lián)。當(dāng)任務(wù)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，該方法改變與該任務(wù)相關(guān)聯(lián)的具 體輸出地址的值。
發(fā)明詳述
貫穿本發(fā)明的此說(shuō)明書(shū)，提供了涉及或組成本發(fā)明的各種元件的示例 性形式。這些示例性形式將被本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解為用作所述元件的實(shí) 例，但不用作對(duì)具體元件或作為整體的本發(fā)明的定義性限制。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中， 一種方法控制某個(gè)過(guò)程。該過(guò)程可為批量 過(guò)程或連續(xù)過(guò)程。示例性批量過(guò)程包括混合、釀造、烘焙和其它烹飪過(guò) 程。該方法所適用的示例性連續(xù)過(guò)程包括煉鋼、玻璃制造、紙張和其它材 料纖維網(wǎng)的制造。
該方法包括提供第 一控制器的步驟。第 一控制器可為任何過(guò)程控制 器，包括可編程邏輯控制器和分布式控制器、基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的控制器和 其它如本領(lǐng)域已知的控制器。作為一個(gè)具體實(shí)例，可提供可得自
Rockwell Automation, Milwaukee, WI 的 ControlLogix Logix5563作 為第一控制器。
第 一控制器的配置使其能夠基于輸入地址和輸出地址之間的預(yù)定關(guān)系 來(lái)接收輸入數(shù)據(jù)和控制輸出值。接收輸入數(shù)據(jù)和控制輸出值涉及電信號(hào)、 光信號(hào)、或其它信號(hào)的接收和產(chǎn)生。輸入和輸出地址可涉及實(shí)際或虛擬的 輸入和輸出元件。示例性輸入源包括傳感器，所述傳感器提供有關(guān)設(shè)備元 件位置、過(guò)程溫度、重量、體積和其它參數(shù)的具體信息。示例性輸出包括 閥動(dòng)器、馬達(dá)起動(dòng)器、螺線(xiàn)管、信號(hào)器、指示燈、以及包括定時(shí)器在內(nèi)的 內(nèi)部虛擬輸出、計(jì)數(shù)器、保持寄存器和其它已知的虛擬輸出。輸入和輸出 在性質(zhì)上可為模擬的或數(shù)字的，在位置上可相對(duì)于控制器的物理位置為本 地的或遠(yuǎn)程的。如本領(lǐng)域已知的那樣，所提供的控制器可為控制器網(wǎng)絡(luò)的 一部分。提供控制器網(wǎng)絡(luò)可提供如下能力將附加過(guò)程和附加設(shè)備引入到 具體過(guò)程配方的執(zhí)行中。另外，控制器網(wǎng)絡(luò)還可有利于接駁源自與任何具 體控制器處于本地和遠(yuǎn)程關(guān)系的多個(gè)位置的具體控制器和具體配方。
該方法還包括將過(guò)程定義為配方。配方包含一組任務(wù)。配方中的至少 一個(gè)任務(wù)以子任務(wù)來(lái)定義，所述子任務(wù)以條件來(lái)定義。下列公式表述該至 少一個(gè)任務(wù)、其子任務(wù)和這些子任務(wù)的條件之間的關(guān)系
<formula>formula see original document page 6</formula>
任務(wù)(i)代表配方中的第i個(gè)任務(wù)。從配方中的任一單個(gè)任務(wù)直到配 方中的所有任務(wù)均可如此定義。G(i，j)代表任務(wù)(i)的第j個(gè)子任務(wù)， 并且"n，，代表"與，'關(guān)系。C(i，j，k)代表G(i，j)子任務(wù)的第k個(gè) 條件，并且"U"代表"或"關(guān)系。根據(jù)公式，當(dāng)任何條件C(i,j，k)為 邏輯真時(shí)，第i個(gè)任務(wù)的第j個(gè)子任務(wù)G(i,j)得到滿(mǎn)足。同樣，當(dāng)所
有G(i，j)子任務(wù)為邏輯真時(shí)，第i個(gè)任務(wù)得到滿(mǎn)足。該方法將至少一
個(gè)條件C(i, j，k)與控制器的真實(shí)或虛擬輸入相關(guān)聯(lián)。當(dāng)至少一個(gè)任務(wù)任 務(wù)(i)的至少一個(gè)子任務(wù)G(i，j)的所有條件C(i，j，k)得到滿(mǎn)足時(shí)，該 方法改變至少一個(gè)真實(shí)或虛擬輸出的值。
在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法控制某個(gè)過(guò)程設(shè)備。在此實(shí)施例中，由任 務(wù)構(gòu)成的過(guò)程控制配方定義使用該設(shè)備來(lái)執(zhí)行的過(guò)程，以執(zhí)行該過(guò)程的至 少一部分。多個(gè)子任務(wù)的交集定義至少一個(gè)任務(wù)。多個(gè)條件的并集定義至 少 一 個(gè)子任務(wù)。所提供的控制器具有與過(guò)程設(shè)備的元件相關(guān)聯(lián)的離散的輸 入和輸出地址。該方法將至少一個(gè)條件與所提供的控制器的某個(gè)輸入或輸 出地址相關(guān)聯(lián)，并且將至少一個(gè)任務(wù)與控制器的某個(gè)具體輸出地址相關(guān) 聯(lián)。當(dāng)任務(wù)的狀態(tài)變化時(shí)，該方法改變與任務(wù)相關(guān)聯(lián)的具體輸出地址的 值。
在任何實(shí)施例中，可將定義過(guò)程配方的公式存儲(chǔ)在過(guò)程控制器的存儲(chǔ) 器部分中，如本領(lǐng)域所知。
過(guò)程控制硬件的配置可包括操作者界面，所述界面使過(guò)程操作者能夠 接駁第一控制器。示例性界面具有如下能力觀(guān)察配方執(zhí)行周期的進(jìn)展； 監(jiān)測(cè)輸入和輸出地址、過(guò)程參數(shù)的圖形或文字顯示、過(guò)程流程和該過(guò)程自 身的概觀(guān)的值和/或狀態(tài)。所述界面可允許過(guò)程配方的當(dāng)前配置被過(guò)程操 作人員或其它所需人員觀(guān)察到。
所述界面的硬件可包括如下范圍內(nèi)的硬件從簡(jiǎn)單組合的指示燈和開(kāi) 關(guān)直到且包括專(zhuān)用的人機(jī)界面計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)包括圖形觸摸屏輸入顯 示器。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述界面使過(guò)程操作者能夠以如上所述的子任務(wù)來(lái) 改變至少一個(gè)任務(wù)的定義。在此實(shí)施例中，過(guò)程操作者可由于過(guò)程設(shè)備性 能方面的變化、所進(jìn)入的過(guò)程成分的質(zhì)量或數(shù)量方面的變化或由于其它原 因而選擇重新定義過(guò)程配方任務(wù)，以應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)過(guò)程問(wèn)題，或可由于所需的 過(guò)程輸出方面的變化而選擇改變過(guò)程輸出。在一個(gè)具有這種界面的實(shí)施例 中，過(guò)程操作者或其它有權(quán)使用界面的人員可改變?nèi)蝿?wù)定義。
在一種情況下，過(guò)程操作者可觀(guān)察過(guò)程配方的當(dāng)前配置并且決定改變 任務(wù)定義，以改變?cè)撨^(guò)程的中間結(jié)果或最終結(jié)果。在此實(shí)施例中，操作者 也可根據(jù)對(duì)任務(wù)定義所作的變化來(lái)改變所顯示的過(guò)程配方配置。
在任何實(shí)施例中，第一任務(wù)均可用作第二任務(wù)的條件或子任務(wù)。也就 是講，任務(wù)的執(zhí)行和滿(mǎn)足可為嵌套的，使得第二任務(wù)將僅在第一任務(wù)完成 的情況才完成。
在一個(gè)實(shí)施例中，將可能的任務(wù)編程到控制處理器的存儲(chǔ)器中。各個(gè) 任務(wù)之間的關(guān)系、任務(wù)的排序和任務(wù)的控制參數(shù)不被編程為帶有特異性。
配方使用可通過(guò)界面控制器訪(fǎng)問(wèn)的軟件來(lái)產(chǎn)生。該軟件允許配方根據(jù) 上述的公式來(lái)表述。配方表述完成批量過(guò)程所需的設(shè)備、完成批量過(guò)程所 需的操作順序和與該批量過(guò)程相關(guān)聯(lián)的工作參數(shù)之間的關(guān)系。工作參數(shù)可
(無(wú)限制性地)包括過(guò)程溫度、艙容水平、循環(huán)時(shí)間、流量、馬達(dá)速度、 以及這些的組合。
將所產(chǎn)生的配方命名以有利于以后使用時(shí)指定該配方。然后將命名過(guò) 的配方存儲(chǔ)在界面控制器的存儲(chǔ)器、過(guò)程控制器、或單獨(dú)的存儲(chǔ)系統(tǒng)中。
當(dāng)需要或希望使用具體配方時(shí)，使用界面來(lái)識(shí)別配方，然后將其下載 到過(guò)程控制器的緩沖區(qū)中以供使用。在裝載之前可使所選配方經(jīng)受驗(yàn)證以 減小裝載錯(cuò)誤配方的可能性。
在裝載了配方之后，在過(guò)程控制器中定義各個(gè)任務(wù)之間的關(guān)系和受影 響任務(wù)的工作參數(shù)。然后可由過(guò)程控制器執(zhí)行該配方。配方可按操作人員 的意愿執(zhí)行一次或多次。多次執(zhí)行施配方不要求每次執(zhí)行時(shí)均另外裝載配 方。
可認(rèn)為具體配方中的任務(wù)之間的關(guān)系為同步或異步的。同步任務(wù)以一
對(duì)一方式執(zhí)行。也就是講，對(duì)于任務(wù)1的每一次實(shí)施，同步任務(wù)2均將 執(zhí)行一次。異步任務(wù)以條件監(jiān)察方式執(zhí)行。只要用于執(zhí)行的條件得到滿(mǎn) 足，異步任務(wù)2即可執(zhí)行。例如，配方可使任務(wù)2在任務(wù)1完成時(shí)執(zhí) 行。在此實(shí)例中，任務(wù)1完成時(shí)任務(wù)2開(kāi)始。當(dāng)任務(wù)2完成時(shí)，控制 器檢查任務(wù)1的狀態(tài)。如果任務(wù)1完成，則任務(wù)2將再次執(zhí)行，并且 只要任務(wù)1保持完成狀態(tài)，任務(wù)2就將繼續(xù)執(zhí)行下去。
任何 如果本書(shū)
面文獻(xiàn)中的術(shù)語(yǔ)的任何意義 何意義或定義發(fā)生沖突，將以賦予本書(shū)面文獻(xiàn)中的術(shù)語(yǔ)的意義或定義為 準(zhǔn)。
盡管已用具體實(shí)施方案來(lái)說(shuō)明和描述了本發(fā)明，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員顯而易見(jiàn)的是，在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下可做出許 多其它的變化和修改。因此，有意識(shí)地在附加的權(quán)利要求書(shū)中包括屬于本 發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種控制批量過(guò)程的方法，所述方法的特征在于以下步驟:a)提供第一控制器，所述第一控制器適于基于輸入和輸出之間的預(yù)定關(guān)系來(lái)接收輸入和控制輸出；b)將所述批量過(guò)程定義為包含一組任務(wù)的批量配方；c)根據(jù)下列公式，以子任務(wù)來(lái)定義至少一個(gè)任務(wù)，并且以條件來(lái)定義子任務(wù):其中，“∩”代表“與”關(guān)系，并且“∪”代表“或”關(guān)系；d)將至少一個(gè)條件與所述控制器的輸入相關(guān)聯(lián)；e)當(dāng)至少一個(gè)G(i，j)子任務(wù)的所有C(i，j，k)條件均得到滿(mǎn)足時(shí)，改變與所述至少一個(gè)任務(wù)相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)輸出的值。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括以下步驟 將所述批量配方存儲(chǔ)在所述第一控制器的存儲(chǔ)器部分中。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括以下步驟 向所述第 一控制器提供操作者界面。
4. 如權(quán)利要求3'所述的方法，其中向所述第一控制器提供操作者界 面的步驟包括提供適于使操作者能夠改變至少 一個(gè)任務(wù)的定義的界 面。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，所述方法還包括以下步驟 操作者改變所述至少一個(gè)任務(wù)的定義。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中向所述第一控制器提供操作者界 面的步驟包括提供適于使操作者能夠觀(guān)察批量配方的配置的界面。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，所述方法還包括以下步驟 a)顯示所述批量配方的配置；和b)根據(jù)所述至少一個(gè)任務(wù)的定義的改變來(lái)改變所顯示的批量配方配置。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括以下步驟 將所述至少一個(gè)任務(wù)的滿(mǎn)足用作至少第二任務(wù)的定義中的子任務(wù)。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中以子任務(wù)來(lái)定義至少一個(gè)任務(wù)的 步驟包括根據(jù)下列公式以子任務(wù)定義多個(gè)任務(wù)任務(wù)<formula>formula see original document page 3</formula>其中，"門(mén)，，代表"與，，關(guān)系，并且"u，，代表"或，，關(guān)系。
10. 如權(quán)利要求i所述的方法，其中提供適于基于輸入和輸出之間的 預(yù)定關(guān)系來(lái)接收輸入和控制輸出的第 一控制器的步驟包括第 一控制 器作為處理器網(wǎng)絡(luò)的一部分。
全文摘要
一種方法控制過(guò)程的執(zhí)行。該方法包括以下步驟提供適于基于輸入和輸出之間的預(yù)定關(guān)系來(lái)接收輸入和控制輸出的第一控制器；將過(guò)程定義為包含一組任務(wù)的批量配方；根據(jù)公式(I)和(II)以子任務(wù)來(lái)定義至少一個(gè)任務(wù)，并且以條件來(lái)定義子任務(wù)；其中，符號(hào)(I)代表“與”關(guān)系，并且符號(hào)(II)代表“或”關(guān)系；見(jiàn)公式(Ⅰ)、(Ⅱ)。
文檔編號(hào)G05B19/05GK101375223SQ200780003501
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2007年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月27日
發(fā)明者C·傅 申請(qǐng)人:寶潔公司