(57)【要約】      （修正有）【課題】非周期的に受信されるプロセス変数計測値を使用してプロセスを制御する際、設定値の変化に対してロバストなコントローラ応答を可能とする。【解決手段】制御ルーチンの反復を実行し、予測されるプロセス応答を制御信号に対して生み出すリセットまたはレート寄与成分を使用して、制御信号を生成する。プロセス変数の新たな計測値がコントローラにとって使用不能なとき、前回のプロセス変数の受信に応答して生成されたリセットまたはレート寄与成分が制御信号の生成時に維持される。しかし、その間も、リセット寄与成分は個々のコントローラの実行サイクル中、反復して再計算され、リセット寄与成分の出力は、実際のプロセス変数計測値がコントローラにおいて受信される時点まで、プロセス入力または制御信号に影響を与える設定点またはフィードフォワードの変化の結果として生じる予測されるプロセスの変化を組み込むようにする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスを制御する方法であって、
制御ルーチンの複数回の反復をコンピュータ処理デバイス上で実行して、前記制御ルーチンのそれぞれの反復の間、
前記制御ルーチンの前回の反復のフィードバック寄与値および前記制御信号の値から、前記制御ルーチンの現在の反復のためのフィードバック寄与値を決定することを含む、前記制御信号の生成において使用するためのフィードバック寄与を生成することと、
新たなプロセス応答指示が受信されたとき、前記フィードバック寄与を使用して、前記制御ルーチンの現在の反復に対する前記制御信号を生成し、前記制御信号に対する新たなプロセス応答指示が前記プロセスから受信されないとき、プロセス応答指示の前回の通信が前記プロセスから受信された前記制御ルーチンの反復から生成された、前記フィードバック寄与を使用して、前記制御信号を生成することと、
前記制御信号を使用して前記プロセスを制御することと、を含む、制御信号を生成することを含む、方法。
【請求項２】
前記フィードバック寄与は、リセット寄与である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フィードバック寄与は、微分寄与を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記プロセス応答指示は、前記制御信号によって影響を受けるプロセスパラメータの計測値である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記プロセスパラメータは、前記制御信号に応答するフィールドデバイスにより制御される、プロセス変数である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記制御ルーチンは、設定点に従ってプロセス変数を制御するための比例―積分―微分（ＰＩＤ）制御ルーチンであり、前記ＰＩＤ制御ルーチンは積分成分および微分成分のうちの１つを含み、
前記フィードバック寄与は、ＰＩＤ制御ルーチンの前記積分成分と前記微分成分のうちの１つにより生成され、
前記プロセス応答指示は、前記プロセス変数または前記プロセス変数に影響を与える前記制御信号に応答するプロセスパラメータのいずれかの計測値を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記制御ルーチンの反復のための前記制御信号に対する前記フィードバック寄与を生成することは、前記制御信号の前回の反復の前記フィードバック寄与値、および前記現在の制御信号と前記制御ルーチンの前記前回の反復の前記フィードバック寄与値との間の差に基づく成分の加算として前記フィードバック寄与を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記フィードバック寄与を決定することは、現在の制御信号と前記制御ルーチンの前記前回の反復の前記フィードバック寄与との間の差にリセット時間およびコントローラの実行期間に依存する係数で乗じたものに基づいて前記成分を生成することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
制御ルーチンの複数回の反復を実行して制御信号を生成することは、前記制御ルーチンのそれぞれの反復の間、設定値、プロセス変数の計測値、および前記フィードバック寄与に基づいて前記制御信号を生成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
プロセスを制御するためのデバイスであって、
プロセッサと、
プロセス変数指示を受信するために、前記プロセッサに結合された通信インターフェースと、
コンピュータ読み取り可能な媒体と、
前記プロセス変数指示に基づいて前記プロセッサ上で制御信号を生成することを実行する、前記コンピュータ読み取り可能な媒体上に格納される、制御ルーチンと、を備え、前記制御ルーチンは、複数の実行サイクルのそれぞれの間、前記制御信号を生成することを実行し、それぞれの実行サイクルの間、前記制御ルーチンは、
前回の制御ルーチンの実行サイクルおよびコントローラの実行サイクルの生成されたフィードバック寄与に従って、前記制御信号に対するフィードバック寄与を生成し、
前記通信インターフェースを介して新たなプロセス変数指示が受信されたとき、前記フィードバック寄与を使用して、現在の実行サイクルのための前記制御信号を生成し、前記通信インターフェースを介して新たなプロセス変数指示が受信されなかったとき、前記通信インターフェースを介してプロセス変数指示の前記前回の通信が受信された前記制御ルーチンの前記実行サイクルから生成された前記フィードバック寄与を使用して、前記制御信号を生成する、デバイス。
【請求項１１】
前記通信インターフェースは、無線伝送を介して前記プロセス変数指示を受信する無線通信ユニットを含む、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記フィードバック寄与はリセット寄与である、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記フィードバック寄与は微分寄与を含み、前記フィードバック寄与は、新たな計測値の検出時に、かつ微分時定数と、最後の計測値の更新からの経過時間とに基づいて更新される、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記制御ルーチンは、設定点に従ってプロセス変数を制御するための比例―積分―微分（ＰＩＤ）制御ルーチンであり、前記ＰＩＤ制御ルーチンは、前記フィードバック成分を生成する積分成分および微分成分のうちの１つを含み、かつ前記プロセス変数指示は、前記プロセス変数、またはプロセス変数に影響を与える前記制御信号に応答するプロセスパラメータのいずれかの計測値を含む、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記制御ルーチンは、前記制御ルーチンの前回の実行サイクルの前記フィードバック寄与と、現在の制御信号と前記制御ルーチンの前回の実行サイクルの前記フィードバック寄与との間の差に基づく成分との加算として、前記フィードバック寄与を反復して決定することにより、前記制御信号に対するフィードバック寄与を生成する、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記制御ルーチンは、現在の制御信号と、前記制御ルーチンの前記前回の実行サイクルの前記フィードバック寄与との差に、リセット時間およびコントローラの実行期間に依存する係数で乗じたものに基づいて前記成分を決定することによって、前記フィードバック寄与を生成する、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記プロセスからの設定点および１組の非周期的計測値に基づいて、プロセスを制御するための制御信号を生成するためのコントローラであって、
設定値を受信する設定点入力と、
プロセス変数の非周期的計測値を受信するプロセス変数入力と、
前記設定値、前記プロセス変数の計測値、およびフィードバック寄与に基づく１組のコントローラの反復のそれぞれの間に制御信号を生成する、前記設定点入力部および前記プロセス変数入力に結合された制御信号生成ユニットと、
前記複数回のコントローラの反復のそれぞれに対して、前記フィードバック寄与の新たな値を生成する継続的に更新されるフィルタであって、前記継続的に更新されるフィルタは、前回のコントローラの反復の前記生成されたフィードバック寄与値および前記制御信号生成ユニットにより生成される前記制御信号に従って、前記フィードバック寄与値のそれぞれの新たな値を生成する、フィルタと、
前記継続的に更新されるフィルタと制御信号生成ユニットとの間に結合されたスイッチであって、新たなプロセス変数の計測値が前記プロセス変数入力において使用不能なとき、前記プロセス変数の計測値の前回の通信の受信の結果として前回のコントローラの反復中に前記継続的に更新されるフィルタによって生成されたフィードバック寄与値を、前記制御信号生成ユニットに提供し、新たなプロセス変数の計測値が、前記プロセス変数の入力部で使用可能なとき、現在のコントローラの反復の結果として、前記継続的に更新されるフィルタにより生成された前記フィードバック寄与値を、前記制御信号生成ユニットに提供する、スイッチと、を備える、コントローラ。
【請求項１８】
前記継続的に更新されるフィルタは、前記フィードバック寄与としてリセット寄与信号を発生させるためのリセット寄与生成ユニットを備える、請求項１７に記載のコントローラ。
【請求項１９】
前記コントローラは、前記フィードバック寄与として微分寄与信号を発生させる微分寄与生成ユニットを含む、請求項１８に記載のコントローラ。
【請求項２０】
前記コントローラは、前記設定点に従ってプロセス変数を制御するための比例−積分−微分（ＰＩＤ）制御ルーチンであり、前記コントローラは、前記継続的に更新されるフィルタを含む、積分成分および微分成分のうちの１つを含み、前記プロセス変数計測値は、プロセス変数、またはプロセス変数に影響を与える前記制御信号に対して応答するプロセスパラメータのいずれかの計測値を含む、請求項１７に記載のコントローラ。
【請求項２１】
前記継続的に更新されるフィルタは、前回のコントローラ反復の前記フィードバック寄与と、前記現在の制御信号と前記前回のコントローラ反復の前記フィードバック寄与との間の差に基づく成分との加算として、前記フィードバック寄与を生成する、請求項１７に記載のコントローラ。
【請求項２２】
前記継続的に更新されるフィルタは、前記現在の制御信号と前記前回のコントローラ反復の前記フィードバック寄与との間の前記差にリセット時間およびコントローラの実行期間に依存する係数を乗じたものに基づいて、前記成分を決定することにより、前記フィードバック寄与を生成する、請求項２２に記載のコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許は、非周期の制御通信を使用する無線プロセス制御システムの設定点変更の補正に関し、より具体的には、無線プロセス制御システム内で非周期的に更新されるコントローラを実施する間、発生する設定点変更にロバストに適応するように構成されるデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学、石油、又は他のプロセスに使用されるような分散型または拡張可能なプロセス制御システム等のプロセス制御システムは、少なくとも１つのホストまたはオペレータワークステーションに、およびアナログ、デジタル、又は複合のアナログ／デジタルのバスを介して、１つ以上のフィールドデバイスに、互いに通信的に連結される１つ以上のプロセスコントローラを一般的に含む。例えば、バルブ、バルブポジショナ、スイッチ、トランスミッタ（例えば、温度、圧力、および流量センサ）であってもよいフィールドデバイスは、バルブを開閉することおよびプロセスパラメータを計測すること等のプロセス内の機能を実行する。プロセスコントローラは、フィールドデバイスおよび／またはフィールドデバイスに関する他の情報によってなされるプロセス計測値を示す信号を受信し、制御ルーチンを実行するためのこの情報を使用し、プロセスの動作を制御するためのフィールドデバイスへバスで送信される制御信号を生成する。フィールドデバイスおよびコントローラからの情報は、オペレータワークステーションによって実行される１つ以上のアプリケーションを一般的に使用でき、オペレータが、プロセスの現状を見ること、プロセスの動作を変更すること等のプロセスに関して、任意の望ましい機能を実行できるようにする。
【０００３】
エマーソンプロセスマネージメント社（Ｅｍｅｒｓｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）によって販売されるＤｅｌｔａＶ（登録商標）システム等のいくつかのプロセス制御システムは、制御および／または監視動作を実行するために、コントローラ内、または異なるフィールドデバイス内に配置されるモジュールとして称される、機能ブロックまたは機能ブロックの集まりを使用する。これらの場合、コントローラまたは他のデバイスは、１つ以上の機能ブロックまたはモジュールを含み、かつ実行することができ、そのそれぞれが、（同じデバイス内または異なるデバイス内のいずれか）他の機能ブロックからの入力を受信および／または他の機能ブロックへ出力を提供し、プロセスパラメータを計測もしくは検出、デバイスを監視、デバイスを制御、または比例−微分−積分（ＰＩＤ）の制御ルーチンの実行等の制御動作を実行する等のいくつかのプロセス動作を実行する。プロセス制御システム内の異なる機能ブロックおよびモジュールは、１つ以上のプロセス制御ループを形成するために、互いに（バスを通して）通信するように一般的に構成される。
【０００４】
プロセスコントローラは、流量制御ループ、温度制御ループ、圧力制御ループ等のプロセスに定義され、またはプロセス内に含まれる多数の異なるループのそれぞれに対する異なるアルゴリズム、サブルーチン、または制御ループ（全て制御ルーチンである）を実行するように一般的にプログラムされている。一般的に言えば、それぞれのそのような制御ループは、アナログ入力（ＡＩ）機能ブロック、単一出力制御ブロック等、比例／積分／微分（ＰＩＤ）もしくはファジー理論制御機能ブロック、および出力ブロック等、アナログ出力（ＡＯ）機能ブロック等の１つ以上の入力ブロックを含む。そのようなルーチンを実行する制御ルーチンおよび機能ブロックは、スミスプレディクタ（Ｓｍｉｔｈ  Ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ）またはモデル予測制御（ＭＰＣ）等のＰＩＤ制御、ファジー理論制御、モデルベース技術を含む多数の制御技術にしたがって構成される。
【０００５】
ルーチンの実行を支持するために、一般的な工業用またはプロセスプラントは、１つ以上のプロセスコントローラおよびプロセスＩ／Ｏサブシステムに通信的に接続された集中型の制御室を有し、同様に、１つ以上のフィールドデバイスに接続されている。伝統的に、アナログのフィールドデバイスは、信号伝送および電力の供給の両方のための二線式または四線式の電流ループによってコントローラに接続される。制御室に信号を送信するアナログのフィールドデバイス（例えば、センサまたはトランスミッタ）は、電流が検出されたプロセス変数に比例するように、電流ループを流れる電流を変調する。一方、制御室の制御下での動作を実行するアナログのフィールドデバイスは、ループを通る電流の大きさによって制御される。
【０００６】
データ転送の量の高まりに伴って、プロセス制御システム設計の特に重要な側面は、フィールドデバイスが、プロセス制御システムまたはプロセスプラント内のコントローラおよび他のシステムもしくはデバイスに互いに通信的に連結される方法を含む。一般に、フィールドデバイスがプロセス制御システム内で機能できるようにする様々な通信路、リンク、およびパスは、一般的にまとめて入力／出力（Ｉ／Ｏ）通信網と呼ばれる。
【０００７】
入力／出力（Ｉ／Ｏ）通信網を実行するのに使用される通信ネットワークトポロジーおよび物理接続もしくはパスは、特にネットワークが有害な環境要因または厳しい条件にさらされるとき、フィールドデバイス通信のロバスト性または健全性に大きな影響を有することができる。これらの要因および条件は、１つ以上のフィールドデバイス、コントローラなどの間の通信の健全性を危うくする可能性がある。コントローラとフィールドデバイスとの間の通信は、監視アプリケーションまたは制御ルーチンが、一般的にルーチンのそれぞれの反復に対するプロセス変数の周期的な更新を必要とするために、そのようないかなる障害にも特に敏感である。したがって、障害が起きた制御通信は、プロセス制御システムの効率性および／または利益性の低下、ならびに過剰摩耗もしくは装置に対する損傷と同様に数多くの潜在的に有害な故障を生じる可能性がある。
【０００８】
ロバストな通信を保証するために、プロセス制御システムに使用されるＩ／Ｏ通信ネットワークは、歴史的にハードワイヤードである。残念ながら、ハードワイヤードのネットワークは、多数の複雑性、課題、制限を持ち込む。例えば、ハードワイヤードのネットワークの品質は、時間とともに低下する場合がある。さらに、ハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークは、特に、Ｉ／Ｏ通信ネットワークが、例えば、数エーカーの土地を費やす石油精製所または化学プラントの広い面積にわたって分散された大規模な工業プラントまたは施設に組み込まれる場合に、設置するのに一般的に費用がかかる。必要な長い配線取り付けは、相当量の労働力、材料、費用を一般的に含み、配線インピーダンスおよび電磁妨害から生じる信号劣化を導入する場合がある。これらおよび他の理由により、ハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークは、一般に、再構成、修正、または更新することが難しい。
【０００９】
ハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークに関連する難しさのいくつかを軽減する無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークを使用することが示唆されている。例えば、その全開示が参照により本明細書に明示的に組み込まれる全開示の「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ  Ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ａｃｃｅｓｓ  ｔｏ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｉｎ  ａ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国特許出願公開２００３／００４３０５２号は、ハードワイヤード通信の使用を増やし、または補うために無線通信を活用するシステムを開示する。
【００１０】
制御関連の送信のための無線通信に対する依存は、数ある中でも、信頼性が懸念されるため、伝統的に限定される。上述されたように、現代の監視アプリケーションおよびプロセス制御は、最適な制御レベルを達成するためのコントローラとフィールドデバイスとの間の信頼できるデータ通信に依存する。さらに、一般的なコントローラは、そのプロセスで望ましくない偏差を迅速に修正するために、高速で制御アルゴリズムを実行する。望ましくない環境要因または他の悪条件は、監視および制御アルゴリズムのそのような実行を維持するのに必要な高速通信を妨げ、または妨げる断続的な障害を引き起こす場合がある。幸いにも、無線ネットワークは、過去１０年にわたってよりはるかにロバストになり、いくつかの種類のプロセス制御システムにおいて無線通信の信用できる使用が可能になっている。
【００１１】
しかし、電力消費は今もなお、プロセス制御アプリケーションの無線通信を使用するときに、複雑な要素である。無線フィールドデバイスがＩ／Ｏネットワークから物理的に分離されるため、フィールドデバイスは一般的に、自身の電源を供給する必要がある。したがって、フィールドデバイスは、電池式であり、太陽光発電を引き込み、または振動、熱、圧力等の環境エネルギーを取ってもよい。これらのデバイスにとって、データ伝送に消費されるエネルギーは、総エネルギー消費のかなりの部分を占める場合がある。実際に、計測されるプロセス変数を感知または検出するのに取られるステップ等のフィールドデバイスによって実行される重要な他の動作の間より、無線通信接続を確立および維持するプロセスの間、より多くの電力が消費される場合がある。無線プロセス制御システムの電力消費を低減させることによってバッテリ寿命を長くするために、センサ等のフィールドデバイスが非周期的方法でコントローラと通信する無線プロセス制御システムを実装することが提案されている。１つの事例では、フィールドデバイスは、プロセス変数の著しい変化が検出され、コントローラと非周期的通信につながるときにのみ、コントローラに対してプロセス変数計測値を通信し、または送信してもよい。
【００１２】
非周期的プロセス変数計測値更新を処理するのに開発された１つの制御技術は、まれに非周期的計測値更新の間のコントローラによって生成される制御信号に対する予測されるプロセス応答の指示を提供および維持する制御システムを使用する。予測されるプロセス応答は、所定の計測値更新の制御信号に対する予測されるプロセス応答を計算する数学的モデルによって開発されてもよい。この技術の一例は、その全開示が参照により本明細書に明示的に組み込まれる、「Ｎｏｎ−Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題する米国特許第７，５８７，２５２号に記載される。特に、この特許は、非周期的プロセス変数計測値更新を受信すると、制御信号に対する予測されるプロセス応答の指示を生成し、次の非周期的プロセス変数計測値更新の到着まで、予測されるプロセス応答の生成された指示を維持するフィルタを有する制御システムを開示する。別の例として、その全開示が参照により本明細書に明示的に組み込まれる「Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｗｉｔｈ  Ｕｎｒｅｌｉａｂｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」と題する米国特許第７，６２０，４６０号は、制御信号に対する予測される応答の指示を提供するが、予測されるプロセス応答のより正確な指示を生成するための最終の非周期的計測値更新から経過した時間の計測値を組み込むためのフィルタをさらに変更する、フィルタを含むシステムを開示する。
【００１３】
しかし、多くの制御アプリケーションにおいて、プロセス制御システムは、プロセス動作の間、設定点変更を受信する場合がある。一般に、周期的に更新される制御システム（例えば、ハードワイヤード制御通信システム）の実行の間、設定点が変更されるとき、設定点と計測されるプロセス変数との間のエラーに対する比例動作を取るように設計されるコントローラが、新たな定常状態値に対するプロセス変数を駆動するためのコントローラ出力を速やかに変更する。しかし、両方の例に上述されたように動作するまれに非周期的計測値更新を受信する無線制御システムにおいて、それぞれの新たな計測値更新によって反映された計測されるプロセス応答は、最終計測値更新が受信された後しばらくして、発生した設定点変更から生じる出力の変更に加えて、最終計測値更新のために取られるコントローラ出力で発生した変化を反映する。この場合、最終計測値更新（米国特許第７，６２０，４６０号に記載されるように）からのコントローラ出力および時間に基づく成分をリセットされるコントローラの計算は、最終計測値更新の後に発生される変化を過度に補正する場合がある。したがって、設定点変更に対するプロセス応答は、設定点変更が最終計測値更新の後に実行されるときに基づき、異なる場合がある。結果として、このシステムは、コントローラが設定点の変更後に制御信号を発生させるときに、予測される応答の前に生成された（そして今、無効になった）指示に依存し続けるため、設定変更に迅速に、またはロバストに反応しない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
新たな制御技術は、コントローラ内の非周期的、無線計測値更新に依存する制御システムに使用される制御ルーチンの動作の間、設定点変更の補正を可能にする。新たな制御技術を実施するコントローラは、コントローラのそれぞれの制御ルーチンの反復のプロセスの予測される応答の新たな指示を生成する継続的に更新されるフィルタを含む。設定点変更が発生するとき、継続的に更新されるフィルタは、予測される応答の指示がそれぞれの制御ルーチンの反復の間、新たに計算されるため、その計算の設定点変更から生じるコントローラ出力の全ての変化を反映する応答を生成する。新たな計測値更新ができるとき、継続的に更新されるフィルタの出力に連結された積分出力スイッチは、制御信号に対する積分フィードバック寄与部としてのフィルタによって提供される予測される応答の新たに計算された指示を使用する。新たな計測値更新がコントローラにおいて利用できないとき、積分出力スイッチは、制御信号に対する積分フィードバック寄与部として予測される応答の前もって計算された指示を搬送する。
【００１５】
コントローラに対する非周期的、無線計測値更新を提供する制御システムに使用される制御ルーチンの動作の間、設定点変更を補正するための制御方法は、コントローラのそれぞれの制御ルーチンの反復の予測される応答の指示を生成するための継続的に更新されるフィルタを実行する。その方法は、制御信号を生成するための制御ルーチンの反復を実行すること、および制御ルーチンのそれぞれの反復の制御信号に対する積分フィードバック寄与を生成することを含む。制御信号に対する応答の指示が利用できないとき、その方法は、応答指示の前の通信から生成された積分フィードバック寄与を維持する。さらに、その方法は、応答指示を受信すると、積分フィードバック寄与を使用して制御信号を生成する。積分フィードバック寄与の生成において、その方法は、先行の制御ルーチンの反復およびコントローラの実行期間の生成された積分フィードバック寄与に従う、積分フィードバック寄与を決定する。
【００１６】
プロセスを制御する方法は、制御ルーチンのそれぞれの反復の間、制御信号を生成し、かつ制御信号を生成するための積分および微分フィードバック寄与を使用することに使用する積分フィードバック寄与を生成することを含む制御信号を生成するための制御ルーチンの複数回の反復をコンピュータ処理デバイス上で実行することを含む。その後、その方法は、制御信号を使用し、プロセスを制御する。一般的に言えば、積分および微分フィードバック寄与を生成することは、制御ルーチンの先行の反復の積分フィードバック寄与値から制御ルーチンの現在の反復の積分フィードバック寄与値を決定することを含む。しかし、制御信号を生成するために積分フィードバック寄与を使用することは、新たなプロセス応答指示が受信されるとき、制御ルーチンの現在の反復の積分フィードバック寄与を使用すること、および新たな制御信号に対する新たなプロセス応答指示がプロセスから受信されないとき、例えば、プロセス応答指示の先行の通信がプロセスから受信された反復等の制御ルーチンの前の反復から生成された積分フィードバック寄与を使用することを含む。
【００１７】
さらに、プロセスを制御するためのデバイスは、プロセッサ、プロセス変数指示を受信するためのプロセッサに連結された通信インターフェース、コンピュータ読み取り可能な媒体、およびコンピュータ読み取り可能な媒体上に格納された制御ルーチンを含む。制御ルーチンは、プロセス変数指示に基づく制御信号を生成するためにプロセッサ上で実行し、制御ルーチンは、制御信号を生成するための複数回の実行サイクルのそれぞれの間、実行する。それぞれの実行サイクルの間、制御ルーチンは、前の制御ルーチン実行サイクルの生成された積分フィードバック寄与に従う、制御信号に対する積分フィードバック寄与を生成する。制御ルーチンは、新たなプロセス変数指示が通信インターフェースを介して受信されるとき、現在の実行サイクルの制御信号を生成するための積分フィードバック寄与を使用し、そうでなければ、新たなプロセス変数指示が通信インターフェースを介して受信されないとき、プロセス変数指示の先行の通信が制御信号を生成するための通信インターフェースを介して受信された制御ルーチンの実行サイクルから生成された積分フィードバック寄与を使用する。
【００１８】
さらに、設定点およびプロセスからの１組の非周期的計測値に基づくプロセスを制御するための制御信号を生成するコントローラは、設定値を受信する設定点入力、プロセス変数の非周期的計測値を受信するプロセス変数入力、および設定点、プロセス変数計測値、および積分フィードバック寄与に基づく１組のコントローラの反復のそれぞれの間、制御信号を生成する設定点入力およびプロセス変数入力に連結される制御信号生成部を含む。その上、コントローラは、複数回のコントローラの反復のそれぞれの積分フィードバック寄与の新たな値を生成する継続的に更新されるフィルタを含み、継続的に更新されるフィルタは、前のコントローラの反復の生成された積分フィードバック寄与および制御信号生成部によって生成された制御信号に従う、積分フィードバック寄与値のそれぞれの新たな値を生成する。さらに、コントローラは、継続的に更新されるフィルタと制御信号生成部との間に連結された積分スイッチを含む。積分スイッチは、新たなプロセス変数計測値がプロセス変数入力で使用できないとき、制御信号生成部に対するプロセス変数計測値の前の通信の受信の結果として、前のコントローラの反復の間、継続的に更新されるフィルタによって生成された積分フィードバック寄与値を提供し、新たなプロセス変数計測値がプロセス変数入力で使用できるとき、制御信号生成部に対する現在のコントローラの反復の結果として、継続的に更新されるフィルタによって生成された積分フィードバック寄与値を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】周期的に更新されたハードワイヤードのプロセス制御システムの一例のブロック図である。
【図２】周期的に更新されたハードワイヤードのプロセス制御システムの一例のプロセス入力に対するプロセス出力応答を例示するグラフである。
【図３】非周期的フィードバック入力を受信するコントローラを有する無線プロセス制御システムの一例を例示するブロック図である。
【図４Ａ】設定点変更または非周期的に更新された無線プロセス制御システムのフィードフォワード障害の強力な補正を可能にするコントローラの一例のブロック図である。
【図４Ｂ】コントローラがいくつかの設定点変更に反応するように、図４Ａのコントローラの一例のプロセス出力反応を例示するグラフである。
【図５】コントローラがフィードバック信号のプロセスおよび／または計測値の遅延を補正する非周期的に更新されるプロセス制御システムの設定点変更補正を実行するコントローラの一例のブロック図である。
【図６】プロセスコントローラが、制御信号を決定するために微分、または変化量寄与を使用する非周期的に更新されたプロセス制御システムの設定点変更補正を実行するコントローラの一例のブロック図である。
【図７】プロセスコントローラがフィールドデバイス、制御要素、またはプロセスの動作の応答に影響を及ぼすための他の下流デバイスから提供される追加のコントローラ入力データを受信する非周期的に更新されたプロセス制御システムの設定点変更補正を実行するコントローラの一例のブロック図である。
【図８】プロセスコントローラがフィールドデバイスの実際のコントローラ入力データまたは黙示のコントローラ入力データのいずれかの使用に適応する非周期的に更新されたプロセス制御システムの設定点変更補正を実行するコントローラの一例のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
新たな制御技術では、コントローラが、計測値更新の間になされた設定点変更をより正確に補正するように、非周期的な方法のフィードバック信号として、プロセス計測値信号を受信することができ、それによって、よりロバストなコントローラ力学を提供する。特に、コントローラ内の継続的に更新されるフィルタは、フィールドデバイスから非周期的にプロセス変数計測値更新を受信するにもかかわらず、コントローラのそれぞれの制御ルーチン反復の間、予測されるプロセス応答（フィードバック寄与とも呼ばれる）の指示を生成する。継続的に更新されるフィルタは、一部分においては、最終制御ルーチン反復および制御ルーチン実行期間から予測される応答の前に生成された指示を使用し、それぞれの制御ルーチン反復の間、予測される応答の指示を生成する。加えて、コントローラ内の積分出力スイッチは、制御信号に対する、最新の計測値指示に基づく積分（リセットとしても知られる）および／または微分（変化量としても知られる）寄与等のフィードバック寄与として継続的に更新されるフィルタの出力を提供する。一般的に言えば、積分出力スイッチは、最終計測値更新が制御信号に対する積分すなわちリセット寄与としてコントローラによって受信されたとき、継続的に更新されるフィルタによって生成された予測されるプロセス応答を維持する。新たな計測値更新が利用できるとき、積分出力スイッチは、継続的に更新されるフィルタ（新たな計測値更新の指示に基づく）によって生成された予測されるプロセス応答の新たな指示を保持し、制御信号の積分または変化量寄与として新たな予測されるプロセス応答を提供する。結果として、継続的に更新されるフィルタを使用するコントローラは、それぞれのコントローラ反復の間、プロセスの新たな予測される応答を決定し、それぞれの新たな予測されるプロセス応答は、新たな計測値がコントローラで使用可能なときにのみ、制御信号の積分すなわちリセット成分が変更されるとしても、計測値更新の間の時になされ、制御信号の変化の間、コントローラ出力に影響を与え、設定点変更またはフィードフォワード変更の影響を反映する。
【００２１】
本明細書に記載される制御方法を実行するのに使用されてもよい、図１に示されるプロセス制御システム１０は、それぞれが表示画面１４を有する、データヒストリアン１２および１つ以上のホストワークステーションまたはコンピュータ１３（任意の種類のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等であってもよい）に接続されたプロセスコントローラ１１を含む。また、コントローラ１１は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）カード２６および２８を介してフィールドデバイス１５〜２２に接続される。データヒストリアン１２は、任意の望ましい種類のメモリの種類を有する任意の望ましい種類のデータ収集部、およびデータを格納するための任意の所望または既知のソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェアであってもよい。図１では、コントローラ１１は、ハードワイヤード通信ネットワークおよび通信スキームを使用して、フィールドデバイス１５〜２２に通信可能に接続される。
【００２２】
一般に、フィールドデバイス１５〜２２は、センサ、バルブ、トランスミッタ、ポジショナ等の任意の種類のデバイスであってもよく、一方、Ｉ／Ｏカード２６および２８は、任意の所望の通信またはコントローラプロトコルに適合する、任意の種類のＩ／Ｏデバイスであってもよい。コントローラ１１は、メモリ２４に格納される１つ以上のプロセス制御ルーチン（あるいは、それらの任意のモジュール、ブロック、またはサブルーチン）を実行または監督するプロセッサ２３を含む。一般的に言えば、コントローラ１１は、任意の望ましい方法でプロセスを制御するためにデバイス１５〜２２、ホストコンピュータ１３、およびデータヒストリアン１２と通信する。さらに、コントローラ１１は、機能ブロックとしてよく参照されるものを使用して、制御戦略またはスキームを実行し、それぞれの機能ブロックは、プロセス制御システム１０内のプロセス制御ループを実行するための他の機能ブロック（リンクと呼ばれる通信を介して）とともに動作する総制御ルーチンのオブジェクトまたは他の部分（例えば、サブルーチン）である。機能ブロックは一般的に、トランスミッタ、センサ、または他のプロセスパラメータ計測デバイスと関連するものなどの入力機能の１つ、ＰＩＤ、ファジーロジック等を実行する制御ルーチンと関連するものなどの制御機能、制御、またはプロセス制御システム１０内のいくつかの物理的機能を実行するための、バルブ等のいくつかのデバイスの動作を制御する出力機能を実行する。当然ながら、ハイブリッドおよび他の種類の機能ブロックが存在し、かつ本明細書に使用されてもよい。機能ブロックは、後述されるように、コントローラ１１または他のデバイスに格納され、それらによって実行されてもよい。
【００２３】
図１の分解ブロック３０によって示されるように、コントローラ１１は、制御ルーチン３２および３４として示される、多数の単ループ制御ルーチンを含んでもよく、所望する場合は、制御ループ３６として示される、１つ以上の拡張制御ループを実行してもよい。それぞれのそのような制御ループは一般的に、制御モジュールと呼ばれている。単一ループ制御ルーチン３２および３４は、適切なアナログ入力（ＡＩ）およびアナログ出力（ＡＯ）機能ブロックに接続される、単一入力／単一出力のファジーロジック制御ブロックおよび単一入力／単一出力ＰＩＤ制御ブロックをそれぞれ使用して単一ループ制御を実行するように示され、バルブ等のプロセス制御デバイスと、温度および圧力トランスミッタ等の計測デバイスと、あるいはプロセス制御システム１０内の任意の他のデバイスと関連していてもよい。拡張制御ブロック３８の入力および出力は、他の種類の入力を受信し、かつ他の種類の制御出力を提供するために、任意の他の望ましい機能ブロックまたは制御成分に接続されてもよいが、拡張制御ループ３６は、１つ以上のＡＩ機能ブロックに通信的に接続された入力および１つ以上のＡＯ機能ブロックに通信的に接続された出力を有する拡張制御ブロック３８を含むように示される。拡張制御ブロック３８は、任意の種類の多重入力、多重出力制御スキームを実施してもよく、モデル予測制御（ＭＰＣ）ブロック、ニューラルネットワークモデリングまたは制御ブロック、多変数ファジーロジック制御ブロック、実時間オプティマイザーブロック等を構成または含んでもよい。拡張制御ブロック３８を含む、図１に示される機能ブロックは、スタンドアロンのコントロール１１によって実行することができ、あるいは、ワークステーション１３のうちの１つまたはフィールドデバイス１９〜２２のうちの１つ等の任意の他の処理デバイスまたはプロセス制御システムの制御要素によって配置され、実行することができることが理解されるであろう。例として、それぞれトランスミッタおよびバルブであってもよい、フィールドデバイス２１および２２は、制御ルーチンを実行するための制御要素を実行してもよく、そのようなものとして、１つ以上の機能ブロック等の制御ルーチンの部分を実行するための処理または他の構成要素を含む。より具体的には、フィールドデバイス２１は、アナログ入力ブロックと関連するロジックおよびデータを格納するためのメモリ３９Ａを有してもよく、一方、フィールドデバイス２２は、ＰＩＤまたは図１に示されるようなアナログ出力（ＡＯ）ブロックと通信する他の制御ブロックと関連するロジックおよびデータを格納するためのメモリ３９Ｂを有する、アクチュエータを含んでもよい。
【００２４】
図２のグラフは一般的に、制御ループ３２、３４、および３６（および／またはフィールドデバイス２１および２２または他のデバイス内に常駐する機能ブロックを組み込む、任意の制御ループ）のうちの１つ以上の実行に基づいて、プロセス制御システムのプロセス入力に応答して発生されるプロセス出力を示す。実行される制御ルーチンは一般的に、太矢印４０による時間軸に沿って図２に示される制御ルーチン実行の時間の多数のコントローラ反復にわたって周期的な方法で実行する。従来の場合では、それぞれの制御ルーチン反復４０は、例えば、トランスミッタまたはフィールドデバイスによって提供される細矢印４２により示される更新されたプロセス計測値によって支持される。図２に示されるように、一般的に、周期的制御ルーチン実行時間４０のそれぞれの間の制御ルーチンによって生成され、受信される複数の周期的プロセス計測値４２がある。制御実行の計測値を同期化することに関連する制限を避けるために、多くの既知のプロセス制御システム（または制御ループ）は、２〜１０倍の係数によってプロセス変数計測値をオーバーサンプリングするように設計される。そのようなオーバーサンプリングは、プロセス変数計測値が、それぞれの制御ルーチン実行または反復の間、制御スキームで使用するために現在のものであることを確実にするのを助ける。また、制御変化を最小化するために、従来の設計は、フィードバックに基づく制御がプロセス応答時間より４〜１０倍早く実行されるべきであることを特定する。プロセス応答時間は、プロセス時定数（τ）（例えば、プロセス変数変化の６３％）に、プロセス入力のステップ変化４４の後のプロセス遅れ、またはむだ時間（ＴＤ）（図２の下側の線４５に示される）を加えたものと関連する時間であるように、図２のグラフのプロセス出力応答曲線４３に描写される。いずれにしても、これらの従来の設計要件を満たすために、プロセス計測値更新（図２の矢印４２によって示される）は、制御ルーチン実行率より十分に早い率でサンプリングされ、コントローラに提供され、次第に、プロセス応答時間より十分に早く、さらに高くなる。
【００２５】
しかし、プロセスからの頻繁かつ周期的計測値のサンプルを取得することは、例えば、コントローラが１つ以上のフィールドデバイスから無線で計測値を受信する、プロセス制御環境でコントローラが動作するとき、実用的ではなく、または可能でさえない場合がある。特に、これらの場合では、コントローラは、非周期的プロセス変数計測値の受信のみ可能であってもよく、かつ／または、非周期的または周期的プロセス変数計測値の間の時間でさえ、制御ルーチン実行率（図２の矢印４０によって示される）よりさらに大きくてもよい。図３は、プロセス制御データの非周期的無線通信またはコントローラ１１でのプロセス変数計測の使用を実行してもよい、例示無線プロセス制御システム１０を描写する。
【００２６】
図３の制御システム１０は、同様に番号付される同様の要素を備える、図１の制御システム１０と事実上、類似する。しかし、図３の制御システム１０は、コントローラ１１および潜在的に互いに無線で通信的に連結される、多数のフィールドデバイス６０〜６４および７１を含む。図３に示されるように、無線で接続されるフィールドデバイス６０は、アンテナ６５に接続され、アンテナ７４と無線で通信するように協働し、同様に無線Ｉ／Ｏデバイス６８に連結される。さらに、フィールドデバイス６１〜６４は、無線交換部６６に有線で接続され、同様にアンテナ６７に次第に接続される。フィールドデバイス６１〜６４は、さらなる無線Ｉ／Ｏデバイス７０に接続されるアンテナ７３とアンテナ６７を通して無線で通信する。また、図３に示されるように、フィールドデバイス７１は、アンテナ７３および７４のうちの１つまたは両方と通信するアンテナ７２を含み、それによって、Ｉ／Ｏデバイス６８および／または７０とも通信する。Ｉ／Ｏデバイス６８および７０は、同様に有線バックプレーン接続（図３に図示せず）を介してコントローラ１１に通信的に接続する。この場合、フィールドデバイス１５〜２２は、Ｉ／Ｏデバイス２６および２８を介してコントローラ１１に配線で接続されたままである。
【００２７】
図３のプロセス制御システム１０は一般的に、トランスミッタ６０〜６４または後述されるようなフィールドデバイス７１等の他の制御要素によって計測され、感知され、または計算されるデータの無線伝送を使用する。図３の制御システム１０において、新たなプロセス変数計測値または他の信号値は、特定の条件が満たされるときのように、非周期的にデバイス６０〜６４および７１によってコントローラ１１に伝送されることが推測されるであろう。例えば、プロセス変数値がコントローラ１１に対するデバイスによって送信された最終プロセス変数計測値に関して所定量によって変化するとき、新たなプロセス変数計測値はコントローラ１１に送信されてもよい。当然ながら、非周期的方法でプロセス変数計測値を送信するときに決定する他の方法は、同様にまたはその代わりに実行されてもよい。
【００２８】
理解されるように、図３のトランスミッタ６０〜６４のそれぞれは、１つ以上の制御ループもしくは制御ルーチンに使用するため、または監視ルーチンに使用するために、それぞれのプロセス変数（例えば、流量、圧力、温度、またはレベル信号）を示す信号をコントローラ１１に伝送してもよい。フィールドデバイス７１等の他の無線デバイスは、無線でプロセス制御信号を受信してもよく、かつ／または任意の他のプロセスパラメータの他の信号指示を伝送するように構成されてもよい。一般的に言えば、図３に示されるように、コントローラ１１は、入力信号を処理するプロセッサ上で実行する通信スタック８０、入力信号が計測値更新を含むとき、検出するためのプロセッサ上で実行するモジュールまたはルーチン８２、および計測値更新に基づいて制御を実行するためのプロセッサ上で実行する１つ以上の制御モジュール８４を含む。検出ルーチン８２は、通信スタック８０を介して提供されるデータが新たなプロセス変数計測値または他の種類の更新を含むことを示すためのフラグまたは他の信号を生成してもよい。次に、新たなデータおよび更新フラグは、さらに詳細に後述されるように、所定の周期的実行率でコントローラ１１によってその次に実行される、制御モジュール８４（機能ブロックであってもよい）のうちの１つ以上に提供されてもよい。その代わりに、または加えて、新たなデータおよび更新フラグは、１つ以上の監視モジュール、またはコントローラ１１もしくは制御システム１０の他の部分で実行されるアプリケーションに提供されてもよい。
【００２９】
図３の無線（または他の）トランスミッタは一般的に、非周期な結果になり、フィールドデバイス６０〜６４および７１とコントローラ１１との間で、不規則な、あるいは頻度の低いデータ伝送を含む。しかし、上述されたように、フィールドデバイス１５〜２２からコントローラ１１までの計測値の通信は、コントローラ１１内の制御ルーチンの周期的実行を次第に支持するために、周期的方法で実行されるように伝統的に構築される。結果として、コントローラ１１の制御ルーチンは、コントローラ１１のフィードバックループに使用されるプロセス変数計測値の周期的更新のために一般的に設計される。
【００３０】
フィールドデバイスのいくつかとコントローラ１１との間の無線通信によって組み込まれる、非周期的あるいは別の理由で使用できない計測値更新（および他の使用できない通信伝送）に適応するために、コントローラ１１の制御および監視ルーチンは、後述されるように、非周期的または他の断続的更新を使用するとき、および特に、これらの更新がコントローラ１１の実行率より少ない頻度で生じるとき、プロセス制御システム１０が適切に機能できるように再構築または修正されてもよい。非周期的な制御関連通信を使用して、動作するように構成される例示の制御スキームが図４Ａにより詳細に示され、プロセス１０１に連結されるプロセスコントローラ１００を概略的に示す。コントローラ１００（図１および図３のコントローラ１１、または、例えば、図３の無線フィールドデバイスのうちの１つ等のフィールドデバイスの制御要素であってもよい）によって実行される制御スキームは一般的に、通信スタック８０の機能性、更新検出モジュール８２、および図３に関連して示され、記載される、制御モジュール８４のうちの１つ以上を含む。
【００３１】
図４Ａの例示システムにおいて、コントローラ１００は、例えば、ワークステーション１３（図１および３参照）のうちの１つまたはプロセス制御システム１０内もしくは関連して任意の他のソースから設定点信号を受信し、コントローラ１００の出力からプロセス１０１へ提供される１つ以上の制御信号１０５を生成するために動作する。制御信号１０５を受信することに加えて、プロセス１０１は、矢印１０４によって示される概略的に計測された、または計測されない障害を受ける場合がある。プロセス制御アプリケーションの種類に応じて、設定点信号は、ユーザによって、ルーチンを調整する等などのプロセス１０１の制御の間の任意の時間で変更されてもよい。当然ながら、プロセス制御信号１０５は、バルブと関連するアクチュエータを制御してもよく、プロセス１０１の動作の応答に影響を及ぼすための任意の他のフィールドデバイスを制御してもよい。プロセス制御信号１０５の変化に対するプロセス１０１の応答は、トランスミッタ、センサ、または他のフィールドデバイス１０６によって計測され、または感知され、例えば、図３に示されるトランスミッタ６０〜６４のうちの任意の１つに対応してもよい。トランスミッタ１０６とコントローラ１００との間の通信リンクは、無線接続を含んでもよく、点線を使用して図４Ａに示される。
【００３２】
簡易な実施形態において、コントローラ１００は、ＰＩ制御ルーチン等の単一入力、単一出力の閉ループ制御ルーチンを実行してもよく、これはＰＩＤ制御ルーチンの一形態である。したがって、コントローラ１００は、いくつかの標準のＰＩコントローラ要素を含み、それらは通信スタック８０、加算ブロック１０８、比例ゲイン要素１１０、さらに加算ブロック１１２、およびハイロー（高低）リミッタ１１４を含む制御信号生成部を含む。また、制御ルーチン１００は、フィルタ１１６および選択ブロック１１８を含む積分出力スイッチを含む直接フィードバック経路も含む。フィルタ１１６は、高低リミッタ１１４の出力に連結され、スイッチのブロック１１８は、フィルタ１１６の出力に連結され、積分もしくはリセット寄与またはコントローラ１００によって生成される制御信号の成分を加算ブロック１１２に提供する。
【００３３】
コントローラ１００の動作の間、加算ブロック１０８は、設定点信号をコントローラ１００内の通信スタック８０から提供された、直前に受信されたプロセス変数計測値と比較し、エラー信号を生成する。比例ゲイン要素１１０は、例えば、エラー信号を比例寄与または制御信号の成分を生成するための比例ゲイン値ＫＰで乗じることによってエラー信号上で動作する。次に、加算ブロック１１２は、ゲイン要素１１０（すなわち、比例寄与）の出力を積分もしくはリセット寄与または本質的に制限されない制御信号を生成するためのフィードバック経路によって生成される制御信号の成分と結合する。次に、リミッタブロック１１４は、加算ブロック１１２の出力上で高低制限を実行し、プロセス１０１を制御するために送信される制御信号１０５を生成する。
【００３４】
重要なことは、コントローラ１００のフィードバック経路内のフィルタ１１６およびブロックもしくはスイッチ１１８は、次のような方法で、制御信号の積分またはリセット寄与成分を生成するために動作する。リミッタ１１４の出力を受信するように連結されるフィルタ１１６は、リミッタ１１４の出力値および制御アルゴリズム１００の実行期間または時間に基づいて、制御信号１０５に対する予測されるプロセス応答の指示を生成する。フィルタ１１６は、この予測されるプロセス応答信号をスイッチまたはブロック１１８に提供する。スイッチまたはブロック１１８は、新たなプロセス変数計測値が受信されるときはいつでも、スイッチまたはブロック１１８の出力でフィルタ１１６の出力をサンプリングおよびクランプし、次のプロセス変数出力が通信スタック８０で受信されるまで、この値を維持する。そのようなものとして、スイッチ１１８の出力は、最終計測値更新でサンプリングされたフィルタ１１６の出力を残す。
【００３５】
フィルタ１１６によって生成されるように、加算器１０８の出力の変化に対する予測されるプロセス応答は、より詳細に後述されるような１次モデルを使用して近似されてもよい。しかし、さらに一般的に、予測されるプロセス応答は、プロセス１０１の任意の適切なモデルを使用して生成されてもよく、コントローラ１００のフィードバック経路に組み込まれるモデル、または制御信号に対する積分、すなわちリセット寄与を決定することと関連するフィルタもしくはモデルに制限されない。例えば、予測されるプロセス応答を提供するためのモデルを使用するコントローラは、制御ルーチン１００がＰＩＤ制御スキームを実行するように、微分寄与を組み込んでもよい。例示の種類の微分寄与を組み込むいくつかの例は、図６〜図８に関連して後述される。
【００３６】
より詳細に図４Ａのフィルタ１１６の動作を説明する前に、伝統的なＰＩコントローラが積分、すなわちリセット寄与を決定するためのポジティブフィードバックネットワークを使用して実行されてもよいことを注意することが有用である。数学的に、伝統的なＰＩ実行に対する伝達関数は、制約されない制御のための標準の公式、すなわち出力が制限されない場合と等しいことを示すことができる。特に、
【数１】
2013149253.tif 000002
図４Ａに示されるようなコントローラ１００内のポジティブフィードバック経路を使用する１つ有利な点は、コントローラ出力が、すなわちリミッタ１１４によって高くまたは低く制限されるとき、リセット寄与をワインドアップすることが自動的に防がれることである。
【００３７】
いずれにしても、後述される制御技術は、コントローラがプロセス変数の非周期的更新を受信するとき、リセット、すなわち積分寄与を決定するためのポジティブフィードバック経路を使用可能にし、一方、新たなプロセス変数計測値の受信の間に生じる設定点変更またはフィードフォワード変更の場合、ロバストなコントローラ応答をさらに可能にする。具体的に、ロバストな設定点変更をコントローラ動作に提供するために、フィルタ１１６は、フィルタのこの出力が加算ブロック１１２に提供されるかどうかにかかわらず、コントローラ１００のそれぞれまたは全ての実行の間、予測されるプロセス応答の新たな指示または値を計算するように構成される。結果として、コントローラ１００が通信スタック８０からの新たなプロセス計測値更新を受信する直後に、生成されるフィルタ１１６の出力のみが加算ブロック１１２の積分、すなわちリセット寄与として使用されるとしても、フィルタ１１６の出力は、コントローラルーチンのそれぞれの実行サイクル中に、新たに再生される。
【００３８】
特に、フィルタ１１６によって生成されるような予測される応答の新たな指示は、現在のコントローラ出力（すなわち、リミッタ１１４の後の制御信号）、前回の（すなわち、すぐ前の）コントローラの実行サイクルの間に生成されるフィルタ１１６によって生成される予測される応答の指示、およびコントローラの実行期間からのそれぞれのコントローラの実行サイクルの間、計算される。結果として、フィルタ１１６は、それぞれのコントローラの実行サイクルの間、新たなプロセス応答推定を生成するために実行されるため、継続的に更新されるように、本明細書に記載される。それぞれのコントローラの実行期間の間、新たな予測されるプロセス応答またはフィルタを生成するための継続的に更新されるフィルタ１１６によって実行されてもよい、方程式例が下記に示される。
【数２】
2013149253.tif 000003
【００３９】
ここで、新たなフィルタ出力ＦＮは、すぐ前回のフィルタ出力ＦＮ−１（すなわち、現在のフィルタ出力値）に、現在のコントローラ出力値ＯＮ−１と現在のフィルタ出力値ＦＮ−１との間の差にリセット時間ＴＲｅｓｅｔおよびコントローラの実行期間ΔＴに依存する係数を乗じたもの、として決定される減衰成分を加えたものとして反復して決定されることが分かるであろう。この方法で継続的に更新するフィルタを使用して、制御ルーチン１００は、新たなプロセス変数計測値が受信されるとき、積分制御信号入力を計算すると、予測されるプロセス応答を決定することをより良くすることができ、それにより、設定点の変化または２つのプロセス変数計測値の受信の間に生じる他のフィードフォワード障害に対してより敏感である。より具体的には、設定点の変化（新たなプロセス計測値の受信なしでの）は、制御信号の比例寄与成分を変更する加算ブロック１０８の出力でエラー信号の変化をすぐに生じ、これにより、制御信号を変更することが分かるであろう。結果として、フィルタ１１６は、変更された制御信号に対するプロセスの新たに予測される応答をすぐに生成し始め、これにより、新たなプロセス計測値を受信するコントローラ１００の前の出力を更新する。次に、コントローラ１００が新たなプロセス計測値を受信して、フィルタ出力のサンプリングが制御信号の積分、すなわちリセット寄与成分として使用されるスイッチ１１８によって加算器１１２の入力にクランプされるとき、フィルタ１１６は、少なくともある程度は、設定点の変化に対するプロセス１０１の応答に反応し、または組み込む、予測されるプロセス応答を繰り返す。
【００４０】
従来、米国特許第７，５８７，２５２号および第７，６２０，４６０号に記載されるシステムにおいてそうであったように、非周期的に更新されるコントローラのフィードバック経路に使用されるリセット寄与フィルタは、新たなプロセス変数計測値が使用できるとき、予測される応答の新たな指示のみを計算する。結果として、リセット寄与フィルタは、設定点変更またはフィードフォワード障害が任意の計測値更新から完全に独立したため、プロセス変数計測値の受信の間に生じた設定点変更またはフィードフォワード障害を補正しなかった。例えば、設定点変更またはフィードフォワード障害が２つの計測値更新の間に生じた場合、予測される応答の新たな指示の計算が最終計測値更新および現在のコントローラ出力１０５以来の時間に基づくため、コントローラの予測されるプロセス応答が歪められる可能性があった。結果として、フィルタ１１６は、コントローラでの２つのプロセス変数計測値の受信の間に生じた設定点変更（または他のフィードフォワード障害）に起因した、プロセス（または制御信号）の時間変更を計算し始めることができなかった。
【００４１】
しかし、理解されるように、図４Ａの制御ルーチン１００は、非周期的計測値の計算を基準とすることによって予測されるプロセス応答を提供し、一方、加えて、設定点の変更（またはコントローラ１００に対するフィードフォワード入力として使用される任意の計測される障害）によって引き起こされる変更を計算するための２つの計測値の受信の間に予測される応答を決定する。したがって、上述された制御技術は、予測されるプロセス応答に影響を与えるかもしれない、設定点変更、計測される障害のフィードフォワード動作等に適応することができ、それにより、さらにロバストな制御応答を提供する。
【００４２】
理解されるように、図４Ａに示される制御技術は、制御ブロックまたはルーチン１００のそれぞれの実行に対する継続的に更新されるフィルタ１１６（例えば、リセット寄与フィルタ）を介して予測される応答の指示を計算する。ここで、コントローラ１００は、継続的に更新されるフィルタ１１６を構成し、制御ブロックのそれぞれの実行に対する予測される応答の新たな指示を計算する。しかし、フィルタ１１６の出力が、加算ブロック１１２に対する入力として使用されるべきである場合、通信スタック８０および、いくつかの例において、更新検出モジュール８２（図３）は、新たなプロセス変数計測値が受信されるとき、積分出力スイッチ１１８に対する新たな値フラグを生成するためにトランスミッタ１０６からの入力データを処理する。この新たな値フラグは、スイッチ１１８を通知し、加算器１１２の入力に対するこのコントローラ反復に対するフィルタ出力値をサンプリングおよびクランプする。
【００４３】
新たな値フラグが通信されるかどうかにかかわらず、継続的に更新されるフィルタ１１６は、制御ルーチンのそれぞれの反復に対する予測される応答の指示を計算し続ける。この予測される応答の新たな指示は、制御ブロックのそれぞれの実行の積分出力スイッチ１１８に搬送される。新たな値フラグの存在に応じて、積分出力スイッチ１１８は、継続的に更新されるフィルタ１１６からの予測される応答の新たな指示を許可する間に切り替え、加算ブロック１１２を通し、制御ブロックの最終実行の間、加算ブロック１１２にすでに搬送された信号を維持する。より具体的には、新たな値フラグが通信されるとき、積分出力スイッチ１１８により、継続的に更新されるフィルタ１１６からの予測される応答の直前に計算された指示は、加算ブロック１１２にわたすことができる。反対に、新たな値フラグが存在しない場合、積分出力スイッチ１１８は、加算ブロック１１２に対する最終制御ブロック反復からの予測される応答の指示を再送信する。言い換えれば、積分出力スイッチ１１８は、新たな値フラグがスタック８０から通信されるたびに、予測される応答の新たな指示にクランプするが、新たな値フラグが存在しない場合、いかなる予測される応答の新たな計算された指示も加算ブロック１１２に到着できない。
【００４４】
この制御技術によって、新たな計測値が通信されるかどうかにかかわらず、継続的に更新されるフィルタ１１６が予測されるプロセス応答をモデル化し続けることができる。制御出力が設定点変更または計測される障害に基づくフィードフォワード動作の結果として変更する場合、新たな値フラグの存在に関係なく、継続的に更新されるフィルタ１１６は、それぞれの制御ルーチン反復で予測される応答の新たな指示を計算することによって予測されるプロセス応答を正しく反映する。しかし、予測される応答の新たな指示（すなわち、リセット寄与または積分成分）は、新たな値フラグが通信されるとき（積分出力スイッチ１１８を介して）、コントローラ計算にのみ組み込まれる。
【００４５】
図４Ｂに示されるグラフ２００は、コントローラ１００がいくつかの設定点変更に反応するように、定常状態値に対するプロセス出力信号２０２を駆動して、図４Ａのコントローラ１００の模擬動作を描写する。図４Ｂにおいて、プロセス出力信号２０２（太線として示される）は、プロセス制御システムの無線動作の間、設定値信号２０４（より細い線として示される）と相対して示される。グラフ２００の下部の時間軸に沿う矢印によって示されるように、設定点変更が生じるとき、コントローラ１０２は、新たな設定値（すなわち、定常状態値）に反応するプロセス出力を駆動する制御信号を生成することによって応答する。例えば、図４Ｂに示されるように、設定点変更は、より高い値からより低い値まで、大きさが著しく変化する設定値信号２０４によって証拠とされるように、時間Ｔ１で生じる。応答して、コントローラ１０２は、時間Ｔ１と時間Ｔ２との間の出力信号２０２によって示されるような滑らかな過渡曲線の新たな定常状態または設定値に対する設定点と関連するプロセス変数を駆動する。同様に、図４Ｂにおいて、第２の設定点変更は、より低い値からより高い値まで著しく変化する設定値信号２０４の大きさによって証拠とされるように、時間Ｔ２で生じる。応答して、コントローラ１０２は、時間Ｔ２と時間Ｔ３との間の出力信号２０２によって示されるような滑らかな過渡曲線の新たな定常状態または設定値に対する設定点変更と関連するプロセス変数を制御する。結果として、図４Ｂから分かるように、上述された制御ルーチンを実行するコントローラ１００によって、ロバストな方法で非周期的無線制御システムにおける設定点変更の補正が可能になる。フィードフォワード障害は、制御動作に計測され、含まれてもよいため、上述された制御ルーチンを実行するコントローラ１００によって、非周期的無線制御システムにおける制御出力のフィードフォワード変更の補正が可能になる場合がある。
【００４６】
注目すべきは、図４Ａの単純なＰＩコントローラ構成は、制御信号に対するリセット寄与として直接、フィルタ１１６の出力を使用し、この場合、閉ループ制御ルーチンのリセット寄与（例えば、上述された継続的に更新されるフィルタ方程式）は、プロセスが定常状態動作を示すかどうか決定するプロセス応答の正確な説明を提供してもよい。しかし、むだ時間が支配的なプロセスのような他のプロセスは、予測されるプロセス応答をモデル化するために図４Ａのコントローラの追加成分の取り込みを必要とする場合がある。一次モデルによって十分に説明されるプロセスに関して、プロセス時定数は一般的に、ＰＩ（またはＰＩＤ）コントローラに対するリセット時間を決定するように使用されてもよい。より具体的には、リセット時間がプロセス時定数と等しく設定される場合、リセット寄与は一般的に、時間とともに制御ルーチン１００が予測されるプロセス応答を反映するように、比例寄与を無効にする。図４Ａに示される例において、リセット寄与は、プロセス時定数と同じ時定数のフィルタを有するポジティブフィードバックネットワークによって達成されてもよい。他のモデルが使用されてもよいが、ポジティブフィードバックネットワーク、フィルタ、またはモデルは、既知または近似のプロセス時定数を有するプロセスの予測される応答を決定するための便利な機構を提供する。ＰＩＤ制御を必要とするプロセスにとって、ＰＩＤ出力に対する、変化量としても知られる、微分寄与は、新たな計測値が受信されるときにのみ、再計算され、更新される。それらの場合、微分計算は、最終の新たな計測後の経過時間を使用してもよい。プロセス計測値の非周期的受信を使用してより複雑なプロセスを制御するために他のコントローラ成分を使用してもよいが、設定点変更に応答してロバストな制御を提供するために図４Ａのフィルタリング技術を使用してもよい、コントローラのいくつかの例が、図５〜８と併せて後述される。
【００４７】
ここで図５を参照すると、制御技術に従い構成される、代替のコントローラ（または制御要素）１２０は、上述されたように、図４Ａに示されるコントローラ１００と多くの点で類似である。結果として、両方のコントローラに共通である要素は、同様の参照数字によって特定される。しかし、コントローラ１２０は、追加の要素を計測値伝送の間の予測されるプロセス応答を決定する制御ルーチンに組み込む。この場合、プロセス１０１は、相当な量のむだ時間を有すると特徴付けられてもよく、結果として、むだ時間ユニットまたはブロック１２２は、むだ時間補正に対するコントローラモデルに含まれる。むだ時間ユニット１２２の取り込みは一般的に、プロセス応答のより正確な説明に達するのに役立つ。より具体的には、むだ時間ユニット１２２は、任意の望まれる方法で実行されてもよく、スミスプレディクタまたは他の既知の制御ルーチンに共通である方法を含んでもよく、または使用してもよい。しかし、この状況において、継続的に更新されるフィルタ１１６およびスイッチモジュール１１８は、図４Ａのコントローラ１００に関して上述されるような同じ方法で動作し、設定点変更に応答してロバストな制御を提供する。
【００４８】
図６は、微分、すなわち変化量、寄与成分がコントローラ１３０に組み込まれる点において、図４Ａに上述されるコントローラ１００とは異なる別の代替のコントローラ（または制御要素）１３０を描写する。微分寄与を組み込むことによって、コントローラ１３０によって実行される制御ルーチンは、いくつかの場合、比例―積分―微分（ＰＩＤ）制御スキームが実行されるように、追加のフィードバック機構を含む。
【００４９】
図６の制御ルーチンまたは技術は、図４Ａの積分寄与に関連して上述された方法と類似の方法で構成される微分寄与を含み、プロセス計測値の非周期的あるいは別の理由で使用できない更新に適応する。微分寄与は、最終計測値更新後の経過時間に基づいて再構築されてもよい。このようにして、微分寄与のスパイク（および結果としての出力信号）が避けられる。より具体的には、図６の微分寄与は、比例および積分寄与専用の要素と並行して加算ブロック１０８からのエラー信号を受信する微分ブロック１３２によって決定される。他のＰＩＤ構成が使用されてもよいが（例えば、シリアル構成）、比例、積分、および微分寄与は、図６に示されるように、加算ブロック１３４で組み合わせられる。
【００５０】
信用できない伝送および、より一般的に、計測更新の使用不能に適応するために、微分寄与は、通信スタック８０からの新たな値フラグによって示されるように、計測値更新が受信されるまで、最終の決定される値で維持される。この技術によって、制御ルーチンが制御ルーチンの正常または確立された実行率に従って周期的実行を続けることが可能になる。更新された計測値を受信すると、図６に示されるように、微分ブロック１３２は、次の方程式に従う微分寄与を決定してもよい。
【数３】
2013149253.tif 000004
【００５１】
微分寄与を決定するためのこの技術を使用して、プロセス変数（すなわち、制御入力）に対する計測値更新は、出力スパイクの生成なしで１つ以上の実行期間の間に失われる可能性がある。通信が再確立されるとき、微分寄与方程式の項（ｅＮ―ｅＮ−１）は、微分寄与の標準の計算において生成される値と同時値を生成するかもしれない。しかし、標準のＰＩＤ技術に対して、微分寄与を決定する除数は、実行期間である。対照的に、制御技術は、２つの成功裏に受信された計測値の間の経過時間を使用する。実行期間より大きな経過時間を使用して、制御技術は、標準のＰＩＤ技術よりさらに小さい微分寄与および低減されたスパイキングを生成する。
【００５２】
経過時間の決定を容易にするため、通信スタック８０は、図６に示されるような微分ブロック１３２に対する上述される新たな値フラグを提供してもよい。代替の例は、その値に基づいて、新たな計測値または更新の検出を含み、または取り込んでもよい。または、プロセス計測値は、比例または微分成分の計算においてエラーの代わりに使用されてもよい。より一般的に、通信スタック８０は、プロセス１０１内の任意のフィールドデバイス、コントローラの外部のプロセス制御要素等を含む、プロセス１０１の通信インターフェースを実行するために、任意のソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェア（またはそれの任意の組み合わせ）を含み、または組み込んでもよい。しかし、図６のコントローラ１３０において、継続的に更新されるフィルタ１１６およびスイッチモジュール１１８は、図４Ａのコントローラ１００に関して上述されるようにこれらを動作し、設定点変更に応答してロバストな制御を提供する。
【００５３】
図３、図４Ａ、および図５〜図６に関連して記載されるコントローラによって制御されるアクチュエータまたは他の下流要素は、特にコントローラまたは制御要素と下流アクチュエータまたは他の要素との間の不通の期間後の、突然の変更の制御信号をさらに受信してもよい。結果としての制御動作は、いくつかの場合、プラント運転に影響を与えるために十分突然である場合があり、そのような突然の変化は、不安定性の不適切なレベルにつながる場合がある。
【００５４】
コントローラと下流要素との間の通信の消失による突然の制御変更の可能性は、制御信号に対するフィードバック寄与を決定するとき、最終実行期間の間、コントローラ出力の代わりに実際の下流データを組み込むことによって対処されてもよい。一般的に言えば、そのような実際の下流データは、制御信号に対する応答のフィードバック指示を提供し、それにより、制御信号を受信する、下流要素（例えば、プロセス制御モジュール）またはデバイス（例えば、アクチュエータ）によって計測され、または計算されてもよい。そのようなデータは、最終実行からのコントローラ出力等の制御信号に対する暗示される応答の代わりに提供される。図４Ａおよび図５〜図６に示されるように、継続的に更新されるフィルタ１１６は、下流応答の暗示される指示として制御信号１０５を受信する。そのような暗示されるデータの使用は、アクチュエータ等の下流要素が制御信号の通信を受信したことを効果的に推測し、したがって制御信号に適切に応答する。実際のフィードバックデータもまた、制御されるプロセス変数の計測値等の他の応答指示とは異なる。
【００５５】
図７は、下流デバイスまたは制御信号に応答する要素からのアクチュエータ位置データを受信する例示のコントローラ１４０を描写する。下流デバイスまたは要素は多くの場合、アクチュエータ位置の計測値を提供するアクチュエータと対応する。より一般的には、下流デバイスまたは要素は、ＰＩＤ制御ブロック、制御セレクタ、スプリッタ、または制御信号によって制御される、任意の他のデバイスもしくは要素に対応してもよく、または含んでもよい。示される例示の場合において、アクチュエータ位置データは、制御信号に対する応答の指示として提供される。そのようなものとして、アクチュエータ位置データは、プロセス変数の計測値更新がないにもかかわらず、制御ルーチンの継続される実行の期間の間、コントローラ１４０によって使用される。このために、継続的に更新されるフィルタ１１６は、入力フィードバックデータに対するインターフェースを確立する通信スタック１４６を介してアクチュエータ位置データを受信してもよい。この例示の場合において、フィードバックデータは、制御信号に対する応答の２つの指示、アクチュエータ位置、およびプロセス変数を含む。
【００５６】
前の例と同様に、継続的に更新されるフィルタ１１６は、プロセス変数に対する計測値更新がないことに関する状況に適応するように構成される。継続的に更新されるフィルタ１１６は、新たな計測値フラグの受信が加算器１１２で使用された後、フィルタ出力のみが生成されることにかかわらず、そのような欠如の間、その出力を同様に再計算する。しかし、計測値更新を受信すると、継続的に更新されるフィルタ１１６は、制御信号のフィードバックにもはや依存せず、その出力を修正する。むしろアクチュエータからの実際の応答データは、以下に示されるように使用される。
【数４】
2013149253.tif 000005
【００５７】
制御信号に対する応答の実際の指示の使用は、例えば、周期的通信の期間の間、およびアクチュエータ等の下流要素に対するＰＩＤ制御要素から非周期的または失われた通信の期間の後の両方で、制御技術の正確性を向上させるのに役立つ可能性がある。しかし、実際の応答指示の伝送は一般的に、異なるデバイスにおいて実装される場合、フィールドデバイスとコントローラとの間の追加の通信を必要とする。そのような通信は、上述されるように、無線であってもよく、したがって、信用できない伝送または電力制限の影響を受けやすくてもよい。他の理由は、フィードバックデータの使用不能につながる場合がある。
【００５８】
後述されるように、本明細書に記載される制御技術はまた、そのような応答指示が周期的または適時に通信されない状況に対処する可能性がある。すなわち、制御技術の適用は、プロセス変数の計測値更新の欠如に限定される必要はない。むしろ、制御技術は、アクチュエータまたは下流制御要素の出力の位置等の他の応答指示の欠如に関する状況に対処するように有利的に使用されてもよい。さらに、制御技術は、フィールドデバイス（例えば、アクチュエータ）または別の制御要素（例えば、カスケードＰＩＤ制御、スプリッタ等）等の下流要素に対するコントローラ（または制御要素）からの伝送の消失、遅延、または他の使用不能に関する状況に対処するように使用されてもよい。
【００５９】
追加データの、コントローラもしくは制御要素（すなわち、応答指示または下流要素フィードバック）への、またはコントローラもしくは制御要素（すなわち、制御信号）からの、無線または他の信用できない伝送は、通信問題および／または課題の追加の可能性を提供する。上述されたように、下流要素（例えば、アクチュエータ）からのフィードバックは、積分寄与（または他の制御パラメータもしくは寄与）の決定に関係されていてもよい。この例において、制御ルーチンは、上述された例においてフィードバックされる単一プロセス変数よりはむしろ２つのフィードバック信号に依存する。さらに、制御信号が下流要素に達しない場合、プロセスは、制御スキームの利点を受けない。これらの信号のうちのいずれか１つの伝送は、遅延され、または消失される場合があり、したがって、本明細書に記載される技術は、いずれかの偶発性に対処する。
【００６０】
フィルタまたは他の制御計算に関する応答指示の欠如は、更新が受信されるまで、予測される応答（または他の制御信号成分）の指示を維持することによって対処されてもよい。
【００６１】
制御信号が下流要素に達しないとき、下流要素からの応答指示（すなわち、フィードバック）は、変更することはない。そのような場合において、値の変化の欠如は、コントローラ（または制御要素）のロジックを引き起こしてもよく、値の変化が受信されるまで、予測される応答（または他の制御信号成分）の指示を同様に維持する。
【００６２】
制御技術は、実際のフィードバックデータが所望されないか使用できないかのいずれかである状況で実行されてもよい。前者の場合は、制御信号に対する暗示される応答を使用する簡潔さが有益であるそれらの状況において有利であるかもしれない。例えば、実際のフィードバックデータの通信は、問題を含み、または非実用的である場合がある。後者の場合は、上述されたように、アクチュエータ、または位置計測値データを提供するように構成されない他のデバイスを含んでもよい。より古いデバイスは、そのような性能を有しないかもしれない。
【００６３】
そのようなデバイスに適応するために、スイッチまたは他のデバイスは、暗示されるまたは実際の応答指示のいずれかが制御技術によって使用することができるように提供されてもよい。図８に示されるように、コントローラ１５０は、スイッチ１５２に連結され、こんどは暗示されるおよび実際の応答指示の両方を受信する。この場合、制御スキームの実行が応答指示の種類を認識することに依存していないため、コントローラ１５０上述されるコントローラのうちのいずれかと同一であってもよい。スイッチ１５２は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせで実行されてもよい。スイッチ１５２の制御は、コントローラ１５０および任意の制御ルーチンの実行から独立してもよい。代わりに、あるいは追加として、コントローラ１５０は、スイッチ１５２を構成するための制御信号を提供してもよい。さらに、スイッチ１５２は、コントローラそれ自体の一部として実行されてもよく、いくつかの場合において、通信スタックまたはコントローラの他の部分の一部として統合されてもよい。
【００６４】
制御方法、システム、および技術の履行は、いずれか１つの特定の無線構成または通信プロトコルに限定されない。適切な例示の構成および通信支援スキームは、その全開示が参照により本明細書に組み込まれる、２００５年６月１７日に出願された、「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｓｕｐｐｏｒｔ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題する米国特許出願第１１／１５６，２１５号に記載される。実際に、制御ルーチンに対する修正は、制御ルーチンが周期的な方法で、しかしそれぞれの制御反復に対するプロセス変数計測値なしで実行される任意の状況に十分適している。他の例示の状況は、サンプリングされた値が、例えばアナライザによって、または実験用サンプルを使用して、不規則にあるいはよりまれに提供されることを含む。
【００６５】
制御技術の履行は、単一入力、単一出力のＰＩＤ制御ルーチン（ＰＩおよびＰＤルーチンを含む）を使用することに限定されず、むしろ、多数の異なる多重入力および／または多重出力制御スキームならびにカスケード制御スキームに適用されてもよい。より一般的に、制御技術は、１つ以上のプロセス変数、１つ以上のプロセス入力、またはモデル予測制御（ＭＰＣ）等の他の制御信号に関する任意の閉ループモデルベース制御ルーチンの状況で適用されてもよい。
【００６６】
用語「フィールドデバイス」は、制御システムの機能を実行する任意の他のデバイスと同様に、多数のデバイスまたはデバイスの組み合わせ（すなわち、トランスミッタ／アクチュエータのハイブリッド等の複数の機能を提供するデバイス）を含むように本明細書では広い意味で使用される。いずれにしても、コントローラおよび／または、バルブ、スイッチ、流量制御デバイス等の他のフィールドデバイスから受信されるコマンドに応答して動作を実行する制御オペレータまたはアクチュエータと同様に、例えば入力デバイス（例えば、温度、圧力、流量等のプロセス制御パラメータを示す、状態、計測値、または他の信号を提供する、センサおよび計器等のデバイス）を含んでもよい。
【００６７】
留意すべきは、本明細書に記載される任意の制御ルーチンまたはモジュールは、複数のデバイスにわたって、分散された様式で実装され、または実行される、それらの一部を有してもよいことである。結果として、制御ルーチンまたはモジュールは、そのように所望される場合、異なるコントローラ、フィールドデバイス（例えば、スマートフィールドデバイス）、または他のデバイスもしくは制御要素によって実装される部分を有してもよい。同様に、プロセス制御システム内に実装される本明細書に記載される制御ルーチンまたはモジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア等を含む、任意の形態を取ってもよい。そのような機能性の提供における任意のデバイスまたは要素は一般に、それに関連するソフトウェア、ファームウェア、またはハードウェアがコントローラ、フィールドデバイス、またはプロセス制御システム内の任意の他のデバイス（またはデバイスの一群）に配置されるかどうかにかかわらず、「制御要素」として本明細書に参照されてもよい。制御モジュールは、例えば、ルーチン、ブロック、または任意のコンピュータ読み取り可能な媒体に格納される、それらの任意の要素を含むプロセス制御システムの任意の一部または部分であってもよい。そのような制御モジュール、制御ルーチン、またはそれらの任意の部分（例えば、ブロック）は、制御要素として一般に本明細書で参照される、プロセス制御システムの任意の要素またはデバイスによって実装され、実行されてもよい。モジュールまたはサブルーチン、サブルーチン（コードの行など）の一部等の制御手順の任意の一部であってもよい、制御ルーチンは、オブジェクト指向プログラミングの使用、ラダーロジックの使用、シーケンシャル機能チャート、機能ブロック図、または任意の他のソフトウェアプログラミング言語もしくは設計パラダイムの使用などの任意の所望のソフトウェアフォーマットで実装されてもよい。同様に、制御ルーチンは、例えば１つ以上のＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または任意の他のハードウェアもしくはファームウェア要素内にハードコードされてもよい。さらに、制御ルーチンは、グラフィックデザインツールまたは任意の他の種類のソフトウェア／ハードウェア／ファームウェアプログラミングもしくは設計ツールを含む、任意の設計ツールを使用して設計されてもよい。したがって、コントローラ１１は、任意の所望される方法で制御戦略または制御ルーチンを実施するように構成されてもよい。
【００６８】
代わりに、あるいは追加として、機能ブロックは、フィールドデバイス自体、またはプロセス制御システムの他の制御要素に格納され、実装されてもよく、Ｆｉｅｌｄｂｕｓデバイスを使用するシステムであってもよい。制御システム１０の記載が機能ブロック制御戦略を使用して本明細書に提供されるが、制御技術およびシステムは、ラダーロジック、シーケンシャル機能チャート等の他の慣例を使用して、あるいは任意の他の所望のプログラミング言語またはパラダイムを使用して、実施され、設計されてもよい。
【００６９】
実施されるとき、本明細書に記載されるソフトウェアのいずれかは、磁気ディスク、レーザーディスク、または他の記憶媒体上、コンピュータもしくはプロセッサ等のＲＡＭもしくはＲＯＭ内、などの任意のコンピュータ読み取り可能なメモリに記憶されてもよい。同様に、このソフトウェアは、例えば、コンピュータ読み取り可能なディスクもしくは他の可搬型コンピュータ記憶メカニズム上で、または電話回線、インターネット、ワールドワイドウェブ、任意の他のローカルエリアネットワーク、もしくは広域エリアネットワーク等の通信チャンネル上を含む、任意の既知もしくは望まれる送出方法を使用して、ユーザ、プロセスプラント、またはオペレータワークステーションに送出されてもよい（この送出は、可搬型記憶媒体を介してそのようなソフトウェアを提供することと同じである、または取替え可能であると見なされる）。さらに、このソフトウェアは、変調または暗号化せずに直接提供されてもよく、あるいは通信チャンネルによって送信される前に、任意の適切な変調搬送波および／または暗号化技術を使用して変調および／または暗号化されてもよい。
【００７０】
本発明は特定の例を参照して記載され、単に例示的であり本発明を制限しないことが意図されるが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに制御技術に対して変更、追加、または削除が行われてもよいことは当業者に明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2013149253.tif 000014
【外国語明細書】
2013149253000001.pdf