(57)【要約】      （修正有）【課題】低速または非周期的に受信されるプロセス変数測定値を使用してプロセスを制御する。【解決手段】コンピュータ処理デバイス上で、制御信号を発生させるために、制御ルーチンの各繰り返し中に、コンピュータ処理デバイスを使用して、前記制御信号を生成する際に使用するための積分フィードバック寄与を発生させ、前記複数の繰り返しの各々の間に、前記制御ルーチンの先行する繰り返しの積分フィードバック寄与値及び前記制御信号の値から、前記制御ルーチンの現在の繰り返しに対する現在の積分フィードバック寄与値を決定するために、繰り返しフィルタを使用し、新しいプロセス応答指示を受信する各コントローラ繰り返し中に、前記現在の積分フィードバック寄与を使用し、前記制御信号に対する新しいプロセス応答指示を受信しないコントローラ繰り返し中に、前記制御信号を発生させるために、前記現在の積分フィードバック寄与を使用しないことを含む。【選択図】図４Ａ
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【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、
コンピュータ処理デバイス上で、制御信号を発生させるために、制御ルーチンの複数の繰り返しを実施することであって、前記制御ルーチンの各繰り返し中に、
コンピュータ処理デバイスを使用して、前記制御信号を生成する際に使用するための積分フィードバック寄与を発生させることであって、前記複数の繰り返しの各々の間に、前記制御ルーチンの先行する繰り返しの積分フィードバック寄与値及び前記制御信号の値から、前記制御ルーチンの現在の繰り返しに対する現在の積分フィードバック寄与値を決定するために、繰り返しフィルタを使用することを含む、発生させることと、
新しいプロセス応答指示を受信する各コントローラ繰り返し中に、前記制御ルーチンの前記現在の繰り返しに対する前記制御信号を発生させるために、前記現在の積分フィードバック寄与を使用し、かつ前記制御信号に対する新しいプロセス応答指示を受信しないコントローラ繰り返し中に、前記制御信号を発生させるために、前記現在の積分フィードバック寄与を使用しないことと、を含む、実施することと、
前記プロセスを制御するために、前記制御信号を使用することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記制御信号を発生させるために、各繰り返し中に比例寄与を発生させ、各繰り返し中に前記比例寄与を使用することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセス応答指示が、前記制御信号の影響を受けているプロセスパラメータの測定値である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記プロセスパラメータが、前記制御信号に応答するフィールドデバイスによって制御されるプロセス変数である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記積分フィードバック寄与を決定することが、前記制御ルーチンの前記現在の繰り返しに対する前記制御信号と前記制御ルーチンの前記先行する繰り返しの前記積分フィードバック寄与値との間の差分に、リセット時間及びコントローラ実行期間に依存する係数を乗じたものに基づいて、前記積分フィードバック寄与値を発生させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
制御信号を発生させるために制御ルーチンの複数の繰り返しを実施することが、前記制御ルーチンの各繰り返し中に、設定点値、直前のプロセス変数の測定値、及び前記積分フィードバック寄与に基づいて、前記制御信号を発生させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
制御信号を発生させるために制御ルーチンの複数の繰り返しを実施することが、前記制御ルーチンの各繰り返し中に、設定点値、直前に受信したプロセス応答指示、及び比例ゲイン値から比例成分を発生させることと、前記現在の繰り返し中に発生させた前記比例成分と、以前の繰り返し中に発生させた前記比例成分との間の差分を使用して、前記制御信号を発生させることと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記制御信号を生成する際に使用するための前記積分フィードバック寄与を発生させることが、前記制御ルーチンの先行する繰り返しの積分フィードバック寄与値から、前記制御ルーチンの前記現在の繰り返しに対する現在の積分フィードバック寄与値を決定し、また、新しいプロセス応答指示を受信した最後の繰り返し以来の全ての以前の繰り返しに対する前記制御信号の合計した値を決定することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記制御信号を生成する際に使用するための前記積分フィードバック寄与を発生させることが、前記制御ルーチンの先行する繰り返しの積分フィードバック寄与値から、前記制御ルーチンの前記現在の繰り返しに対する現在の積分フィードバック寄与値を決定し、また、新しいプロセス応答指示を受信した最後の繰り返し以来の全ての以前の繰り返しに対する前記制御信号の合計した値を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
プロセスコントローラであって、前記プロセスコントローラの多数のコントローラ繰り返しの各々の間にプロセス変数を制御するための制御信号を発生させ、
前記プロセスコントローラの前記多数の繰り返しの各々未満の、前記プロセス変数の新しい値を受信する、通信ユニットと、
前記プロセスコントローラの前記繰り返しの各々の間に比例制御信号値を発生させる、比例制御成分であって、
前記プロセス変数に対する設定点値と受信したプロセス変数の値との間の差分を決定する、第１の加算器、及び
前記加算器に連結される比例ゲインユニット、を含む、比例制御成分と、
前記プロセスコントローラの前記繰り返しの各々の間に積分制御信号値を発生させる、積分制御成分であって、
前記プロセスコントローラの以前の繰り返し中に発生させた予備的な積分制御成分の以前の値に基づいて、及び前記プロセスコントローラの現在の繰り返しに対する前記制御信号に基づいて、前記プロセスコントローラの各繰り返し中に、前記予備的な積分制御成分を決定する繰り返しフィルタを含む、積分制御成分と、
前記予備的な積分制御成分及び更なる値を受信する前記繰り返しフィルタに連結される、スイッチであって、前記通信ユニットでの前記プロセス変数の新しい値の受信と関連付けられるプロセスコントローラ繰り返し中に、前記積分制御信号値として、前記繰り返しフィルタによって発生させた前記予備的な積分制御成分を提供するように動作し、また、前記通信ユニットでの前記プロセス変数の新しい値の受信と関連付けられないコントローラ繰り返し中に、前記積分制御信号値として前記更なる値を提供する、スイッチと、
前記制御信号を生成するために、各プロセスコントローラ繰り返し中に、前記比例制御信号値及び前記積分制御信号値を合計する、第２の加算器と、を備える、プロセスコントローラ。
【請求項１１】
前記積分制御成分が、前記繰り返しフィルタに連結される第３の加算器を更に含み、前記第３の加算器が、合計した制御信号値を生成するために、以前のコントローラ繰り返しに対する前記制御信号を合計し、前記第３の加算器が、前記合計した制御信号値を前記繰り返しフィルタへの入力として提供する、請求項１０に記載のプロセスコントローラ。
【請求項１２】
前記第３の加算器が、前記通信ユニットで前記プロセス変数の新しい値を受信した時点で、前記合計した制御信号をリセットする、請求項１１に記載のプロセスコントローラ。
【請求項１３】
前記第３の加算器が、前記通信ユニットで前記プロセス変数の新しい値を受信した時点で、前記合計した制御信号をゼロにリセットする、請求項１２に記載のプロセスコントローラ。
【請求項１４】
前記更なる値が、ゼロである、請求項１１に記載のプロセスコントローラ。
【請求項１５】
前記比例制御成分が、前記比例ゲインユニットに連結される差分ユニットを含む、請求項１１に記載のプロセスコントローラ。
【請求項１６】
前記差分ユニットが、前記比例ゲインユニットと前記第２の加算器との間に連結され、以前のコントローラ繰り返しからの前記比例ゲインユニットの出力と、前記現在のコントローラ繰り返しでの前記比例ゲインユニットの出力との間の差分値を決定し、そして、前記差分値を前記比例制御信号値として前記第２の加算器に提供する、請求項１５に記載のプロセスコントローラ。
【請求項１７】
プロセス内のデバイスを制御するために、前記制御信号を、送信される出力制御信号に変換する、前記第２の加算器に連結される制御信号変換ユニットを更に含む、請求項１０に記載のプロセスコントローラ。
【請求項１８】
前記制御信号が、前記プロセスに送信される前記出力制御信号の変化を表す、請求項１７に記載のプロセスコントローラ。
【請求項１９】
微分制御信号値を決定する微分制御成分を更に含み、前記微分制御成分が、前記第１の加算器に連結される微分ゲインユニットと、以前のコントローラ繰り返しからの前記微分ゲインユニットの出力と、前記現在のコントローラ繰り返しでの前記微分ゲインユニットの出力との間の更なる差分値を決定し、そして、前記更なる差分値を前記微分制御信号値として前記第２の加算器に提供する、前記微分ゲインユニットに連結される第２の差分ユニットとを含み、前記第２の加算器が、前記制御信号を生成するために、前記積分制御信号値を有する前記微分制御信号値と、前記比例制御信号値とを合計する、請求項１０に記載のプロセスコントローラ。
【請求項２０】
前記更なる値が、以前のコントローラ繰り返しにおいて前記スイッチによって出力された積分制御信号値である、請求項１０に記載のプロセスコントローラ。
【請求項２１】
制御ルーチンの多数の繰り返しの各々の間に、速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法であって、
コンピュータ処理デバイスを介して、前記制御ルーチンの前記多数の繰り返しの各々未満の、制御されているプロセス変数の新しい値を受信することと、
コンピュータ処理デバイスを使用して、前記制御ルーチンの前記多数の繰り返しの各々の間に、制御信号を生成する際に使用するための、差分に基づく積分フィードバック寄与を発生させることであって、合計した制御信号を生成するために、新しいプロセス変数値を受信した前記制御ルーチンの最後の繰り返し以来の前記制御ルーチンの各繰り返し中に発生させた前記制御信号を合計すること、前記合計した制御信号を繰り返しフィルタに提供すること、及び前記制御ルーチンの先行する繰り返しの積分フィードバック寄与値及び前記合計した制御信号から、前記制御ルーチンの現在の繰り返しに対する現在の積分フィードバック寄与値を決定するために、前記多数の繰り返しの各々の間に、前記繰り返しフィルタを使用することを含む、発生させることと、
新しいプロセス変数値を受信する各繰り返し中に、前記制御ルーチンの前記現在の繰り返しに対する前記制御信号を発生させるために、前記現在の積分フィードバック寄与値を使用し、かつプロセスから新しいプロセス変数値を受信しない繰り返し中に、前記制御信号を発生させるために、前記現在の積分フィードバック寄与値を使用しないことと、
前記プロセス変数を制御するために、前記制御信号を使用することと、を含む、速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法。
【請求項２２】
コンピュータ処理デバイスを使用して、前記制御ルーチンの前記繰り返しの各々の間に、差分に基づく比例寄与を発生させることと、前記制御信号を発生させるために、前記制御ルーチンの前記繰り返しの各々の間に、前記比例寄与を使用することとを更に含む、請求項２１に記載の速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法。
【請求項２３】
前記新しいプロセス変数値が、前記制御信号の影響を受けているプロセスパラメータの測定値である、請求項２１に記載の速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法。
【請求項２４】
前記積分フィードバック寄与を決定することが、前記制御ルーチンの前記現在の繰り返しに対する前記合計した制御信号と、前記制御ルーチンの前記先行する繰り返しの前記積分フィードバック寄与値との間の差分に、リセット時間及びコントローラ実行期間に依存する係数を乗じたものに基づいて、前記現在の積分フィードバック寄与値を発生させることを含む、請求項２１に記載の速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法。
【請求項２５】
前記プロセスから新しいプロセス変数値を受信しない繰り返し中に、前記制御信号を発生させるために、前記現在の積分フィードバック寄与値を使用しないことは、前記プロセスから新しいプロセス変数値を受信しない繰り返し中に、前記制御信号を発生させるために、固定値を前記現在の積分フィードバック寄与として使用することを含む、請求項２１に記載の速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法。
【請求項２６】
固定値が、ゼロである、請求項２１に記載の速度に基づくプロセス制御信号を発生させる方法。
【請求項２７】
速度に基づくプロセスコントローラであって、前記プロセスコントローラの多数のコントローラ繰り返しの各々の間にプロセス変数を制御するための制御信号を発生させ、
前記プロセスコントローラの前記多数の繰り返しの各々未満の、前記プロセス変数の新しい値を受信する、通信ユニットと、
前記プロセスコントローラの前記繰り返しの各々の間に積分制御信号値を発生させる、積分制御成分であって、
前記プロセスコントローラの以前の繰り返し中に発生させた予備的な積分制御成分の以前の値に基づいて、及び前記プロセスコントローラの現在の繰り返しに対する前記制御信号に基づいて、前記プロセスコントローラの各繰り返し中に、前記予備的な積分制御成分を決定する繰り返しフィルタを含む、積分制御成分と、
前記予備的な積分制御成分及び更なる値を受信する前記繰り返しフィルタに連結される、スイッチであって、前記通信ユニットでの前記プロセス変数の新しい値の受信と関連付けられるプロセスコントローラ繰り返し中に、前記積分制御信号値として、前記繰り返しフィルタによって発生させた前記予備的な積分制御成分を提供するように動作し、また、前記通信ユニットでの前記プロセス変数の新しい値の受信と関連付けられないコントローラ繰り返し中に、前記積分制御信号値として前記更なる値を提供する、スイッチと、
前記コントローラ繰り返しの各々の間にプロセスを制御する際に使用するための制御信号を発生させるために、前記積分制御信号値を受信するように連結される、制御信号発生器と、を備える、速度に基づくプロセスコントローラ。
【請求項２８】
前記プロセスコントローラの前記繰り返しの各々の間に比例制御信号値を発生させる、比例制御成分であって、
前記プロセス変数に対する設定点値と受信した前記プロセス変数の値との間の差分を決定する、第１の加算器、及び
前記加算器に連結される比例ゲインユニット、を含む、比例制御成分を更に備え、
前記制御信号発生器が、前記制御信号を生成するために、各プロセスコントローラ繰り返し中に、前記比例制御信号値及び前記積分制御信号値を合計する、第２の加算器を含む、請求項２７に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。
【請求項２９】
前記比例制御成分が、前記比例ゲインユニットに連結される差分ユニットを含む、請求項２８に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。
【請求項３０】
前記差分ユニットが、前記比例ゲインユニットと前記第２の加算器との間に連結され、以前のコントローラ繰り返しからの前記比例ゲインユニットの出力と、前記現在のコントローラ繰り返しでの前記比例ゲインユニットの出力との間の差分値を決定し、そして、前記差分値を前記比例制御信号値として前記第２の加算器に提供する、請求項２９に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。
【請求項３１】
微分制御信号値を決定する微分制御成分を更に含み、前記微分制御成分が、前記第１の加算器に連結される微分ゲインユニットと、以前のコントローラ繰り返しからの前記微分ゲインユニットの出力と、前記現在のコントローラ繰り返しでの前記微分ゲインユニットの出力との間の更なる差分値を決定し、そして、前記更なる差分値を前記微分制御信号値として前記第２の加算器に提供する、前記微分ゲインユニットに連結される第２の差分ユニットとを含み、前記第２の加算器が、前記制御信号を生成するために、前記積分制御信号値を有する前記微分制御信号値と、前記比例制御信号値とを合計する、請求項２８に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。
【請求項３２】
前記積分制御成分が、前記繰り返しフィルタに連結される更なる加算器を含み、前記加算器が、合計した制御信号値を生成するために、以前のコントローラ繰り返しに対する前記制御信号を合計し、前記加算器が、前記合計した制御信号値を前記繰り返しフィルタへの入力として提供する、請求項２７に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。
【請求項３３】
前記加算器が、前記通信ユニットで前記プロセス変数の新しい値を受信した時点で、前記合計した制御信号をリセットする、請求項３２に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。
【請求項３４】
前記加算器が、前記通信ユニットで前記プロセス変数の新しい値を受信した時点で、前記合計した制御信号をゼロにリセットする、請求項３２に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。
【請求項３５】
前記更なる値が、ゼロである、請求項２７に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。
【請求項３６】
プロセス内のデバイスを制御するために、前記制御信号発生器によって生成される前記制御信号を、送信される出力制御信号に変換する、前記制御信号発生器に連結される制御信号変換ユニットを更に含む、請求項２７に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。
【請求項３７】
前記制御信号が、前記プロセスに送信される前記出力制御信号の変化を表す、請求項３６に記載の速度に基づくプロセスコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許は、非周期的制御または低速のフィードバックプロセス変数通信を使用する、プロセス制御システムにおける速度に基づく制御を提供するための方法及びシステムの補償に関し、より具体的には、プロセス動力学と比較して低速なレートでプロセス変数フィードバックを受信するときに、制御を実施するときのプロセスをロバストに制御するように構成されるデバイス及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学、石油、または他のプロセスで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などのプロセス制御システムは、典型的に、アナログバス、デジタルバス、またはアナログ及びデジタルを組み合わせたバスを介して、相互に、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、及び１つ以上のフィールドデバイスに通信可能に連結される、１つ以上のプロセスコントローラを含む。例えば、弁、弁ポジショナ、スイッチ、及び送信機（例えば、温度、圧力、及び流量センサ）であり得るフィールドデバイスは、弁を開くまたは閉じること、及びプロセスパラメータを測定することなどのプロセス内の機能を行う。プロセスコントローラは、フィールドデバイスによって作成されるプロセス測定値及び／またはフィールドデバイスに関する他の情報を示す信号を受信し、この情報を使用して、制御ルーチンを実施して制御信号を発生させ、該制御信号は、プロセスの動作を制御するために、バスを通じてフィールドデバイスに送信される。フィールドデバイス及びコントローラからの情報は、典型的に、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が利用することができる。オペレータが、プロセスの現在の状態を確認すること、プロセスの動作を修正することなどの、プロセスに関する任意の所望の機能を行うことを可能にする。
【０００３】
Ｅｍｅｒｓｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔによって販売されるＤｅｌｔａＶ（登録商標）システムなどの、いくつかのプロセス制御システムは、コントローラまたは異なるフィールドデバイスに位置する、モジュールと称される機能ブロックまたは一群の機能ブロックを使用して、制御動作及び／または監視動作を行う。これらの事例において、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、他の機能ブロック（同じデバイス内または異なるデバイス内のいずれか）からの入力を受信し、及び／または他の機能ブロックに出力を提供し、プロセスパラメータの測定若しくは検出、デバイスの監視、デバイスの制御、または比例−積分−微分（ＰＩＤ）制御ルーチンの実施などの制御動作の実行などの、何らかのプロセス動作を行う。プロセス制御システム内の異なる機能ブロック及びモジュールは、全般的に、（例えば、バスを通じて）互いに通信して、１つ以上のプロセス制御ループを形成するように構成される。
【０００４】
プロセスコントローラは、典型的に、プロセスに関して定義されるか、または、フロー制御ループ、温度制御ループ、圧力制御ループなどのプロセス内に含まれる、多数の異なるループの各々に対して、異なるアルゴリズム、サブルーチン、または制御ループ（これらは全て制御ルーチンである）を実行するようにプログラムされる。全般的に言えば、そのような各制御ループは、アナログ入力（ＡＩ）機能ブロックなどの１つ以上の入力ブロック、比例−積分−微分（ＰＩＤ）またはファジー論理制御ブロックなどの単一出力の制御ブロック、及びアナログ出力（ＡＯ）機能ブロックなどの出力ブロックを含む。制御ルーチン、及びそのようなルーチンを実施する機能ブロックは、ＰＩＤ制御、ファジー論理制御、及びスミス予測器またはモデル予測制御（ＭＰＣ）などのモデルベースの技法を含む多数の制御技法、に従って構成されている。
【０００５】
ルーチンの実行をサポートするために、典型的な工業プラント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及びプロセスＩ／Ｏサブシステムと通信可能に接続される集中制御室を有し、プロセスコントローラ及びプロセスＩ／Ｏサブシステムは、１つ以上のフィールドデバイスに接続される。伝統的に、アナログフィールドデバイスは、信号伝送及び電力供給の双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ている。制御室に信号を伝送するアナログフィールドデバイス（例えば、センサまたは電送機）は、電流が検知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。一方で、制御室の制御下でアクションを行うアナログ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】
データ転送量の増加に伴って、プロセス制御システム設計の１つの特に重要な態様は、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に、及び他のシステムまたはデバイスに互いに通信可能に連結される様式を含む。全般に、フィールドデバイスがプロセス制御システム内で機能することを可能にする様々な通信チャネル、リンク、及び経路は、一般的に、集合的に入力／出力（Ｉ／Ｏ）通信ネットワークと称される。
【０００７】
Ｉ／Ｏ通信ネットワークを実施するために使用される通信ネットワークトポロジー及び物理的な接続または経路は、特にネットワークが有害な環境要因または厳しい条件を受けるときに、フィールドデバイス通信のロバスト性または健全性にかなりの影響を及ぼすことがあり得る。これらの要因及び条件は、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損ない得る。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、典型的に、ルーチンの各繰り返しに対するプロセス変数の周期的な更新を必要とするので、任意のそのような途絶に特に敏感である。したがって、損なわれた制御通信は、プロセス制御システムの効率性及び／または利益性の低下、及び過剰な摩耗または装置に対する損傷、並びに任意の数の潜在的に有害な故障をもたらし得る。
【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で使用する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。残念なことに、ハードワイヤードネットワークは、数多くの複雑性、課題、及び制限を導入する。例えば、ハードワイヤードネットワークの品質は、時間とともに劣化し得る。更に、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精油所または化学プラントといった広い面積にわたって分散される大規模な工業プラントまたは施設と関連付けられる場合に、ハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークは、典型的に、設置に費用がかかる。必要な長い配線取り付けは、典型的に、かなりの労働力、材料、及び費用を伴い、また、配線インピーダンス及び電磁妨害から生じる信号劣化を導入する場合がある。これらの及び他の理由により、ハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークは、全般的に、再構成、修正、または更新することが困難である。
【０００９】
無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークを使用して、ハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークと関連付けられる問題点のいくつかを軽減することが提案されてきた。例えば、その開示全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる、米国特許出願公開第２００３／００４３０５２号、名称「Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ  Ｒｅｄｕｎｄａｎｔ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ａｃｃｅｓｓ  ｔｏ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｉｎ  ａ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ」は、ハードワイヤード通信の使用を増やす、または補うために無線通信を利用するシステムを開示している。
【００１０】
制御関連の伝送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、伝統的に制限される。上で説明されるように、最新の監視アプリケーション及びプロセス制御は、最適な制御レベルを達成するために、コントローラとフィールドデバイスとの間の信頼性のあるデータ通信に依存する。更に、典型的なコントローラは、そのプロセスにおいて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、監視及び制御アルゴリズムのそのような実行をサポートするために必要な高速通信を妨害または阻止する間欠的干渉を生じさせる場合がある。幸運にも、無線ネットワークは、過去２０年にわたってはるかにロバストになり、いくつかのタイプのプロセス制御システムにおいて無線通信の信頼性のある使用を可能にしてきた。
【００１１】
しかし、電力消費は、依然として、プロセス制御アプリケーションで無線通信を使用するときの、複雑化要因である。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ので、フィールドデバイスは、典型的に、それ自体の電力源を提供する必要がある。故に、フィールドデバイスは、バッテリ式とするか、太陽エネルギーを引き出すか、または振動、熱、圧力などの環境エネルギーを取り出すことができる。これらのデバイスにとって、データ伝送のため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、測定されているプロセス変数を検知または検出するためになされるステップなどのフィールドデバイスによって行われる他の重要な動作中よりも、無線通信接続を確立し、維持するプロセス中のほうが、より多くの電力を消費する場合がある。無線プロセス制御システムの電力消費を低減させ、したがって、バッテリ寿命を延ばすために、センサなどのフィールドデバイスが非周期的な、低速の、または間欠的な様式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施することが提案されてきた。１つの事例において、フィールドデバイスは、プロセス変数のかなりの変化が検出され、コントローラと非周期的通信につながるときにだけ、コントローラと通信、またはコントローラに対してプロセス変数の測定値を送信することができる。
【００１２】
非周期的プロセス変数測定値更新を取り扱うために開発された１つの制御技法は、低頻度なまたは非周期的な測定値更新の間にコントローラによって生成される制御信号に対して予想されるプロセス応答の指示を提供し、維持する制御システムを使用する。予想されるプロセス応答は、所与の測定値更新のための制御信号に対して予想されるプロセス応答を算出する数学的モデルによって開発することができる。この技法の一例は、その開示全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる、米国特許第７，５８７，２５２号、名称「Ｎｏｎ−Ｐｅｒｉｏｄｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ａｎｄ  Ｏｔｈｅｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」で説明されている。具体的には、この特許は、非周期的プロセス変数測定値更新を受信すると、制御信号に対して予想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測定値更新の到着まで、予想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している。別の例として、その開示全体が参照により本明細書に明示的に組み込まれる、米国特許第７，６２０，４６０号、名称「Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｗｉｔｈ  Ｕｎｒｅｌｉａｂｌｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」は、制御信号に対して予想される応答の指示を提供するが、最後の非周期的測定値更新以来経過した時間の測定値を組み込んで、予想されるプロセス応答のより正確な指示を生成するために、フィルタを更に修正するフィルタを含む、システムを開示する。
【００１３】
しかしながら、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、プロセス動作中に、設定点変化を受信する場合がある。全般的に、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）の実行中に、設定点が変化したときに、設定点と測定されたプロセス変数との間のエラーに対する比例アクションを行うように設計されるコントローラは、新しい定常状態値に向かってプロセス変数を駆動するために、コントローラ出力を直ちに変化させる。しかしながら、上述の双方の例において説明されるように動作する、低頻度で非周期的な測定値更新を受信する無線制御システムにおいて、各新しい測定値更新によって反映される、測定されたプロセス応答は、最後の測定値更新を受信した後しばらくして行われる設定点変化によって生じる出力の変化に加えて、最後の測定値更新のために取り込まれるコントローラ出力において行われる変化を反映する。この事例において、（米国特許第７，６２０，４６０号で説明されるように）コントローラ出力、及び最後の測定値更新以来の時間に基づいてコントローラのリセット成分を算出することは、最後の測定値更新の後に行われる変化を過剰に補償する場合がある。したがって、設定点変化に対するプロセス応答は、最後の測定値更新の後に設定点変化がいつ行われたかに基づいて、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化後に制御信号を発生させるときに、以前に発生させた（及び現在古くなった）予想される応答の指示に依存し続けるので、設定点変化に対して迅速に、またはロバストに応答しない。この問題を解決するために、その開示全体が参照により明示的に組み込まれる、米国特許出願公開第２０１３／０１８４８３７号、名称「Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｓｅｔｐｏｉｎｔ  Ｃｈａｎｇｅｓ  ｉｎ  ａ  Ｎｏｎ−Ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  Ｕｐｄａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ」は、いかなる新しいプロセス変数測定値も受信しない時間中に、制御された変数の動作を追跡するために、コントローラ内のフィードバックループにおいて連続的に更新されるフィルタを使用し、また、コントローラで新しいプロセス変数測定値を受信したときに、このコントローラの出力を使用するが、別様には、プロセス変数の測定値を受信して制御信号を発生させた最も近時からのフィルタの出力を使用する、システムを開示している。このシステムにおいて、発生させた制御信号は、プロセス変数の測定値を受信する時間の間にプロセス変数の設定点が変化したときに、より良好に応答し、より良好に動作する。
【００１４】
更に、バッテリ駆動の送信機を無線制御システムにおいて使用するときには、長時間のバッテリ寿命を維持するようにシステムをセットアップすることが望ましい。例えば、現在の送信機及びバッテリ技術を使用して３〜５年のバッテリ寿命を得るためには、全般的に、８秒以上の通信更新レートを使用することが必要である。しかしながら、プロセスの制御を維持するために、プロセスの応答時間と関連付けられるレートの少なくとも４倍の時間（すなわち、プロセス応答時間の逆数）であるレートで受信するプロセスフィードバック測定値をそれでも有することが重要であるので、そのような低速の更新レートを使用することは、３０秒以上のプロセス応答時間を有するプロセスに対するＰＩＤ（比例−積分−微分）に基づく無線制御の使用を制限する。
【００１５】
なお更に、移動するべき最終的な位置を示す、弁または他の被制御要素に提供される位置出力、例えば４〜２０ｍａの信号またはデジタル信号を生成することを使用するものを含む、無線制御に対処するために使用することができる、様々なタイプのＰＩＤアルゴリズムが存在する。しかしながら、例えばある特定の時間量にわたって移動可能な要素に通電することによって、弁または他の被制御要素をある特定の方向にある特定の量だけ移動させるように指示する、速度に基づく制御信号を提供する、他のＰＩＤアルゴリズムも存在する。そのような速度に基づく制御信号は、一般に、電気モーターとともに使用され、また、（特定の期間にわたって移動させるために移動可能な要素に通電しなければならない、弁の時間量を示すように変調されるパルス幅を有する）パルス信号の形態で制御信号を提供する。速度に基づくコントローラは、移動可能な要素によって取得される実際の位置を示す信号ではなく、位置信号の変化を生成する傾向がある。したがって、速度に基づく制御アルゴリズムは、増分（増加／減少）出力をアクチュエータに提供するために使用される傾向があり、よって、位置フィードバックを提供することができないアクチュエータを制御する際に使用することができる。
【発明の概要】
【００１６】
制御技法は、制御されたプロセス変数の測定値がプロセスコントローラへのフィードバックとして提供されるレートに関して高速な動力学を有する、プロセスまたは制御ループのロバストな制御を可能にする。具体的には、本制御技法は、位置または速度の形態のＰＩＤアルゴリズムを使用して、プロセスを制御することができ、プロセス変数の測定値またはフィードバック信号が、プロセス応答時間に等しいか、更にはそれよりも長い時間間隔でコントローラに提供される。具体的には、本制御技法は、フィードバック時間間隔よりも２〜４倍短い応答時間を有するプロセスにおいて、ロバストな制御を提供するために使用することができる。そのような状況は、例えば、プロセス変数のフィードバック測定値が、無線で、間欠的に、またはプロセスの応答時間よりも短いか、応答時間に近いか、若しくは応答時間よりも長い時間間隔でコントローラに提供される無線制御を使用するときに起こり得る。
【００１７】
開示される速度ＰＩＤ制御ルーチンは、アクチュエータが増分入力を必要とし、かついかなる位置フィードバックもコントローラに利用できないときに無線測定値を使用して制御を行うために、位置または増分入力を必要とするアクチュエータにインターフェースするときに有線測定値によって制御を行うために、及び従来の設置物並びに無線測定値が制御に使用される新しい設置物に対処するために、などの、数多くの異なる状況において使用することができる。更に、速度の形態のＰＩＤアルゴリズムの調整は、プロセスゲイン及び動力学に基づいて行うことができ、また、無線通信レートから独立している。なお更に、速度の形態のＰＩＤ制御ルーチンは、通信の喪失時に最後の出力位置を自動的に保持し、通信が再確立されたときにバンプレスな復旧を提供する。
【００１８】
１つの事例において、新しい制御技法を実施するコントローラは、全般的に、異なる構造を含み該構造では、差分、比例、積分、及び微分制御信号成分を発生させ、それらを使用して、差分または移動に基づく制御信号を生成し、該信号は、次いで、被制御デバイス、例えば弁に送信されて、被制御デバイスの動作、したがってプロセスを制御する。この差分または速度に基づく制御形態は、低速なプロセス変数のフィードバック測定値の存在下で、標準的なＰＩＤ制御よりも良好に動作する制御信号を発生させる。具体的には、この制御技法を使用するコントローラは、各コントローラの繰り返し中に、以前の比例制御信号成分と新しく算出された比例制御信号成分との間の差分を表す、差分の比例値を発生させ、この差分の比例値は、コントローラからの各新しい制御信号の基準として使用される。しかしながら、コントローラで新しいプロセス変数測定値信号が利用することができるときに、様々な他の制御信号成分、例えば微分制御信号成分及び／または積分制御信号成分を、差分の比例制御信号成分に加えること、または該成分と組み合わせることができる。これらの２つの制御信号成分はまた、新しく算出された値と以前に算出された値との間の差分に基づくこともできる。具体的には、新しい微分成分は、コントローラ繰り返し中に算出することができ、その時点で、プロセス変数測定値の新しく受信した値をコントローラで利用することができる。同様に、新しい積分成分は、連続的に更新されるフィルタを使用して発生させることができ、該フィルタは、コントローラの各制御ルーチンの繰り返しに対するプロセスの予想される応答の新しい指示を発生させる。しかしながら、連続的に更新されるフィルタの出力は、プロセス変数測定値の新しい値を受信したときにだけ、新しい積分要素を発生させるために使用される。それ以外のときには、積分制御信号成分は、ゼロに設定される。
【００１９】
本明細書で開示される速度に基づくＰＩＤ制御技法は、差分の形態を使用して、（プロセス変数のフィードバック信号がコントローラの入力に存在する時間の間であっても）設定点変化に迅速に適合する制御信号を生成するが、それでも、制御されているプロセスの応答時間の逆数よりも遅い（例えば、それよりも２〜４倍も遅い）、応答時間の逆数に近い、または応答時間の逆数よりも速いレートで受信されるフィードバック信号を含む、低速に受信される（例えば、間欠的な）フィードバック信号の存在下で、ロバストで安定した制御を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】例示的な、周期的に更新されるハードワイヤードプロセス制御システムのブロック線図である。
【図２】プロセス応答時間を含む、例示的な、周期的に更新されるハードワイヤードプロセス制御システム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】低速または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実施例を例示するブロック線図である。
【図４Ａ】周期的に更新されるハードワイヤードプロセス制御システムにおける設定点変化またはフィードフォワード外乱のロバストな補償を可能にする、例示的なコントローラのブロック線図である。
【図４Ｂ】コントローラがいくつかの設定点変化に応答するときの、図４Ａの例示的なコントローラのプロセス出力応答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におけるプロセス及び／または測定値の遅延を補償する、非周期的に更新されるプロセス制御システムにおいて設定点変化の補償を行う例示的なコントローラのブロック図である。
【図６】プロセスコントローラが微分寄与またはレート寄与を使用して制御信号を決定する、非周期的に更新されるプロセス制御システムにおいて設定点変化の補償を行う例示的なコントローラ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、または他の下流のデバイスから提供される追加的なコントローラ入力データを受信して、プロセスの動作の応答に影響を及ぼす、非周期的に更新されるプロセス制御システムにおいて設定点変化の補償を行う例示的なコントローラ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に対する実際または暗黙いずれかのコントローラ入力データの使用に適応する、非周期的に更新されるプロセス制御システムにおいて設定点変化の補償を行う例示的なコントローラのブロック図である。
【図９】低速に受信したプロセス変数測定値信号に応答して、プロセス制御システムにおける設定点変化またはフィードフォワード外乱のロバストな補償を可能にする、例示的な速度に基づくＰＩコントローラのブロック図である。
【図１０】低速に受信したプロセス変数測定値信号に応答して、プロセス制御システムにおける設定点変化またはフィードフォワード外乱のロバストな補償を可能にする、例示的な速度に基づくＰＩＤコントローラのブロック図である。
【図１１Ａ】一次制御変数における設定点変化に応答し、８秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な従来技術の速度に基づくＰＩＤコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。
【図１１Ｂ】一次制御変数における設定点変化に応答し、８秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な本発明による速度に基づくＰＩＤコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。
【図１２Ａ】一次制御変数における設定点変化に応答し、３秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な従来技術の速度に基づくＰＩＤコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。
【図１２Ｂ】一次制御変数における設定点変化に応答し、３秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な本発明による速度に基づくＰＩＤコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。
【図１３Ａ】外乱変化に応答し、８秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な従来技術の速度に基づくＰＩＤコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。
【図１３Ｂ】外乱変化に応答し、８秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な本発明による速度に基づくＰＩＤコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。
【図１４Ａ】外乱変化に応答し、３秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な従来技術の速度に基づくＰＩＤコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。
【図１４Ｂ】外乱変化に応答し、３秒のプロセス応答時間を有する、有線及び無線双方の構成における、例示的な本発明による速度に基づくＰＩＤコントローラのシミュレーションされたプロセス応答を例示するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
制御技法は、プロセス測定値フィードバック信号が低速または間欠的に受信されるプロセスループにおいて制御を行うために使用することができ、特に、プロセス測定値フィードバック信号を、プロセス応答時間の逆数などの、制御されているプロセス動力学と関連付けられるレートよりも遅い、レートと同程度の、レートよりも僅かに速いレートで受信するときに有用である。このコントローラは、例えば、低速な及び／または非周期的様式で、特に、制御されているプロセス動力学のプロセス応答レート（すなわち、制御されているプロセス変数に対するプロセス応答時間の逆数）未満である、プロセス応答レートと同程度である、または別様にはプロセス応答レートに類似するレートで、プロセス測定値信号をフィードバック信号として受信するコントローラにおいて使用することができる。１つの事例において、制御技法は、比例寄与信号を微分寄与信号及び積分寄与信号のうちの１つ以上と組み合わせることによって、弁などのプロセスデバイスを制御する際に使用するための制御信号を生成する。速度に基づくＰＩＤアルゴリズムが使用される１つの事例において、コントローラは、設定点と、直前に受信したプロセス変数測定値のフィードバック信号との間の差分から、比例寄与値を生成する。この誤差信号は、次いで、ゲイン信号を乗じて、コントローラの最後の実行サイクル以来のこの信号の変化を決定する差分ユニットに提供される。更に、微分ユニットは、誤差信号を受信し、基本的にはコントローラで最後の測定信号を受信して以来の誤差信号を経時的に微分して、誤差信号に対する微分算出を行うことができる。微分モジュールまたは算出の出力はまた、変化検出ユニットまたは差分ユニットにも提供され、微分算出の現在の出力と、制御信号の算出に使用される以前の値との間の差分を決定する。同様に、積分算出ユニットが、制御信号の差分を比例ユニット及び微分ユニットによる生成物として受信し、積分する（例えば、合計する）。加算器の出力は、加算器の出力をフィルタ処理して積分寄与信号を生成するために、フィルタに提供される。しかしながら、この積分寄与は、加算器に提供され、新しいフィードバック値がコントローラに提供されたときにだけ、この寄与と制御信号の出力とを合計する。すなわち、積分寄与は、全てのコントローラ繰り返しに対してゼロに設定されるが、コントローラで新しいフィードバック信号を利用することができるものは除く。
【００２２】
全般的に言えば、コントローラ内の積分寄与ユニットの連続的に更新されるフィルタは、フィールドデバイスからプロセス変数測定値更新を低速または非周期的に受信するにもかかわらず、コントローラの各制御ルーチン繰り返し中に、予想されるプロセス応答（フィードバック寄与とも呼ばれる）の指示を発生させる。連続的に更新されるフィルタは、部分的には、各制御ルーチン繰り返し中に、予想される応答の指示を発生させるために、最後の制御ルーチン繰り返し及び制御ルーチン実行期間からの以前に発生させた予想される応答の指示を使用する。加えて、コントローラ内の積分出力スイッチは、連続的に更新されるフィルタの出力を、最新の測定値の指示に基づく積分（リセットとしても知られる）寄与などのフィードバック寄与として、制御信号に提供する。全般的に言えば、積分出力スイッチは、新しい測定値信号を利用することができないコントローラの各繰り返し中の、制御信号に対する積分またはリセット寄与として、速度の形態のＰＩＤコントローラにおいて、最後の測定値更新をコントローラによって受信した時間に連続的に更新されるフィルタによって発生させられるような予想されるプロセス応答、またはゼロ値を提供する。新しい測定値更新を利用することができるときに、積分出力スイッチは、（新しい測定値更新の指示に基づいて）連続的に更新されるフィルタによって発生させた、予想されるプロセス応答の新しい指示にクランプし、制御信号の積分寄与として、新しい予想されるプロセス応答を提供する。その結果、コントローラは、連続的に更新されるフィルタを使用して、各コントローラ繰り返し中に、プロセスの新しい予想される応答を決定し、各新しい予想されるプロセス応答は、コントローラで新しい測定値を利用することができるときにだけ制御信号の積分またはリセット成分が変化する場合であっても、測定値更新の間の時間に行われたものであり、また、制御信号の展開中にコントローラ出力に影響を及ぼす、設定点変化またはフィードフォワード変化の影響を反映する。
【００２３】
図１には、説明される制御方法を実施するために使用することができる、プロセス制御システム１０が例示される。プロセス制御システム１０は、データヒストリアン１２に、及び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（任意のタイプのパーソナルコンピュータ、ワークステーションなどとすることができる）に接続することができ、各々が、表示画面１４を有する、プロセスコントローラ１１を含む。コントローラ１１はまた、入力／出力（Ｉ／Ｏ）カード２６及び２８を介して、フィールドデバイス１５〜２２にも接続される。データヒストリアン１２は、データを記憶するための任意の所望のタイプのメモリ、及び任意の所望の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を有する、任意の所望のタイプのデータ収集ユニットとすることができる。図１において、コントローラ１１は、ハードワイヤード通信ネットワーク及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。
【００２４】
全般的に、フィールドデバイス１５〜２２は、センサ、弁、送信機、位置決め器などの任意のタイプのデバイスとすることができ、一方で、Ｉ／Ｏカード２６及び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準拠する任意のタイプのＩ／Ｏデバイスとすることができる。コントローラ１１は、メモリ２４に記憶される１つ以上のプロセス制御ルーチン（または任意のモジュール、ブロック、またはそのサブルーチン）を実施または監督する、プロセッサ２３を含む。全般的に言えば、コントローラ１１は、任意の所望の様式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、及びデータヒストリアン１２と通信する。更に、コントローラ１１は、一般に機能ブロックと称されるものを使用して、制御ストラテジまたはスキームを実施し、各機能ブロックは、プロセス制御システム１０内でプロセス制御ループを実施するために、（リンクと呼ばれる通信を介して）他の機能ブロックとともに動作する、制御ルーチン全体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、典型的に、プロセス制御システム１０内でいくつかの物理的機能を行うために、送信機、センサ、若しくは他のプロセスパラメータ測定デバイスと関連付けられるような入力機能、ＰＩＤ、ファジー論理制御などを行う制御ルーチンと関連付けられるような制御機能、または弁などのいくつかのデバイスの動作を制御する出力機能、のうちの１つを行う。当然、ハイブリッド及び他のタイプの機能ブロックが存在し、本明細書で利用することができる。機能ブロックは、下で説明されるように、コントローラ１１または他のデバイスに記憶し、それによって実行することができる。
【００２５】
図１の分解ブロック３０で例示されるように、コントローラ１１は、制御ルーチン３２及び３４として例示される、いくつかの単一ループ制御ルーチンを含むことができ、また、所望であれば、制御ループ３６として例示される、１つ以上のアドバンスト制御ループを実施することができる。各制御ループは、典型的に、制御モジュールと称される。単一ループ制御ルーチン３２及び３４は、弁などのプロセス制御デバイス、温度及び圧力送信機などの測定デバイス、また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付けることができる、適切なアナログ入力（ＡＩ）及びアナログ出力（ＡＯ）機能ブロックにそれぞれ接続される単一入力／単一出力ファジー論理制御ブロック及び単一入力／単一出力ＰＩＤ制御ブロックを使用して、単一ループ制御を行うように例示される。アドバンスト制御ループ３６は、１つ以上のＡＩ機能ブロックに通信可能に接続される入力及び１つ以上のＡＯ機能ブロックに通信可能に接続される出力を有する、アドバンスト制御ブロック３８を含むように例示されるが、アドバンスト制御ブロック３８の入力及び出力は、他のタイプの入力を受信し、他のタイプの制御出力を提供するために、任意の他の所望される機能ブロックまたは制御要素に接続することができる。アドバンスト制御ブロック３８は、任意のタイプの多重入力、多重出力制御スキームを実施することができ、また、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、多変数ファジー論理制御ブロック、リアルタイムオプティマイザブロックなどを構成するか、または含むことができる。アドバンスト制御ブロック３８を含む、図１に例示される機能ブロックは、スタンドアロンのコントローラ１１によって実行することができ、または代替的に、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つなどの、プロセス制御システムの任意の他の処理デバイスまたは制御要素の中に位置させて、実行することができることが理解されるであろう。一例として、フィールドデバイス２１及び２２は、それぞれ、送信機及び弁とすることができ、また、制御ルーチンを実施するための制御要素を実行することができ、よって、１つ以上の機能ブロックなどの、制御ルーチンの一部を実施するための処理構成要素及び他の構成要素を含むことができる。より具体的には、図１に例示されるように、フィールドデバイス２１は、アナログ入力ブロックと関連付けられる論理及びデータを記憶するためのメモリ３９Ａを有することができ、一方で、フィールドデバイス２２は、アナログ出力（ＡＯ）ブロックと通信しているＰＩＤまたは他の制御ブロックと関連付けられる論理及びデータを記憶するためのメモリ３９Ｂを有するアクチュエータを含むことができる。
【００２６】
図２のグラフは、全般的に、制御ループ３２、３４、及び３６（並びに／またはフィールドデバイス２１及び２２若しくは他のデバイスの中に存在する機能ブロックを組み込んでいる任意の制御ループ）のうちの１つ以上の実施に基づいて、プロセス制御システムのプロセス入力に応答して展開される、プロセス出力を例示する。実施されている制御ルーチンは、全般的に、図２において太い矢印４０による時間軸に沿って示されている制御ルーチンの実行回数によって、多数のコントローラ繰り返しを通じて、周期的様式で実行する。従来の事例において、各制御ルーチン繰り返し４０は、例えば送信機または他のフィールドデバイスによって提供される、細い矢印４２によって示される更新されたプロセス測定値によってサポートされる。図２に例示されるように、典型的には、周期的制御ルーチン実行時間４０の各々の間に制御ルーチンによってなされ、受信される、複数の周期的プロセス測定値４２が存在する。測定値と制御の実行との同期化と関連付けられる制限を回避するために、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、プロセス可変測定値を２〜１０倍の係数で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、各制御ルーチンの実行または繰り返しの間に制御スキームにおいて使用するためのプロセス変数測定値が最新であることを確実にすることを補助する。また、制御の変動を最小にするために、従来の設計では、フィードバックに基づく制御が、プロセス応答時間よりも４〜１０倍速く実行されるべきであること、及び新しいプロセス変数測定値を各コントローラ繰り返し時に利用することができることが定められている。プロセス応答時間は、プロセス時定数（τ）（例えば、プロセス変数の変化の６３％）に、プロセス入力のステップ変化４４の実施後のプロセス遅延またはむだ時間（ＴＤ）（図２の下側の線４５で示される）を加えたものと関連付けられ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に表される。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、プロセス測定値更新（図２の矢印４２によって示される）は、制御ルーチン実行レート（図２の矢印４０によって示される）よりもはるかに速い、よって、プロセス応答時間よりもはるかに速いか、または高いレートでサンプリングされ、コントローラに提供される。
【００２７】
しかしながら、プロセスから高頻度で周期的な測定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測定値を無線で受信するプロセス制御環境においてコントローラが動作しているときには、実用的でなく、または不可能な場合さえある。具体的には、これらの事例において、コントローラは、（無線センサ／送信機のバッテリ寿命を節約するために）低速なプロセス変数測定値または非周期的プロセス変数測定値を受信することだけしかできない場合がある。更に、これらの事例において、非周期的、更には周期的プロセス変数測定値の間の時間は、制御ルーチン実行レート（図２の矢印４０によって示される）よりも長くなる場合がある。図３は、プロセス制御データの低速な及び／または非周期的無線通信、またはコントローラ１１でのプロセス変数測定値の使用を実施することができる、例示的な無線プロセス制御システム１０を描写する。
【００２８】
図３の制御システム１０は、図１の制御システム１０に本質的に類似し、同じ要素には同じ番号が付される。しかしながら、図３の制御システム１０は、コントローラ１１に、及び潜在的に互いに無線で通信可能に連結される、多数のフィールドデバイス６０〜６４及び７１を含む。図３に例示されるように、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、次に該アンテナが無線Ｉ／Ｏデバイス６８に連結される。更に、フィールドデバイス６１〜６４は、有線−無線変換ユニット６６に接続され、次に該ユニットがアンテナ６７に次第に接続される。フィールドデバイス６１〜６４は、アンテナ６７を通して、更なる無線Ｉ／Ｏデバイス７０に接続されるアンテナ７３と無線で通信する。同じく図３に例示されるように、フィールドデバイス７１は、アンテナ７３及び７４のうちの一方または双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及び／または７０と通信する。次にＩ／Ｏデバイス６８及び７０は、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に通信可能に接続される。この事例において、フィールドデバイス１５〜２２は、Ｉ／Ｏデバイス２６及び２８を介して、コントローラ１１にハードワイヤードされたままである。
【００２９】
図３のプロセス制御システム１０は、下で説明されるように、全般的に、送信機６０〜６４またはフィールドデバイス７１などの他の制御要素によって測定され、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、新しいプロセス変数測定値または他の信号値は、特定の条件が満たされたときなどに、低速または非周期を基準にデバイス６０〜６４及び７１によってコントローラ１１に伝送されるものとみなされる。例えば、新しいプロセス変数測定値は、デバイスによってコントローラ１１に送信された最後のプロセス変数測定値に対してプロセス変数値が所定の量だけ変化したときに、コントローラ１１に送信することができる。これらの信号はまた、周期的に送信することもできるが、有線プロセス制御信号などの典型的なプロセス制御システムの場合は、はるかに遅いレートであることが普通である。例えば、低速の周期的フィードバックレートは、コントローラ実行レート（コントローラが、制御信号を作成する際に使用するための新しい制御信号を発生させるレート）よりも低くすることができ、また、本明細書で説明される制御技法を使用して、制御されているプロセス動力学の応答レートよりも２〜４倍低いレートなどの、プロセス応答レートまたは応答時間よりも低い、それと同程度の、またはそれに類似するレートとすることができる。ここでは、プロセス応答レートは、プロセス応答時間の逆数である。当然、周期的または非周期的様式でプロセス変数測定値をいつ送信するのかを決定する他の方法を、同様にまたは代わりに実施することができる。
【００３０】
理解されるように、図３の送信機６０〜６４は、１つ以上の制御ループ若しくは制御ルーチンで使用するために、または監視ルーチンで使用するために、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に伝送することができる。フィールドデバイス７１などの他の無線デバイスは、プロセス制御信号を無線で受信することができ、及び／または任意の他のプロセスパラメータを示す他の信号を伝送するように構成することができる。全般的に言えば、図３に例示されるように、コントローラ１１は、入来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と、入来信号が測定値更新を含むときに検出するためにプロセッサ上で実行するモジュールまたはルーチン８２と、測定値更新に基づいて制御を行うためにプロセッサ上で実行する１つ以上の制御モジュール８４とを含む。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しいプロセス変数測定値または他のタイプの更新を含むことを示すために、フラグまたは他の信号を発生させることができる。次いで、下で更に詳細に説明されるように、新しいデータ及び更新フラグは、（機能ブロックとすることができる）制御モジュール８４のうちの１つ以上に提供することができ、次いで、該制御モジュールが、所定の周期的実行レートでコントローラ１１によって実行される。代替として、または加えて、新しいデータ及び更新フラグは、コントローラ１１でまたは制御システム１０の他の部分で実行される１つ以上の監視モジュールまたはアプリケーションに提供することができる。
【００３１】
図３の無線（または他の）送信機は、全般的に、結果として低速または周期的になり、フィールドデバイス６０〜６４及び７１とコントローラ１１との間の不規則な、または別様には頻度の低いデータ伝送を含む。しかしながら、上で述べられるように、フィールドデバイス１５〜２２からコントローラ１１への測定値の通信は、因習的に、コントローラの実行レートよりもはるかに速いレートで、またはプロセスの動的レートよりも少なくともはるかに速いレートで、すなわち、（制御されているプロセスの現象について）プロセス応答時間の逆数で、周期的な様式で行われるように構築されている。その結果、コントローラ１１の制御ルーチンは、全般的に、コントローラ１１のフィードバックループで使用されるプロセス変数測定値の周期的更新のために設計される。
【００３２】
例えばフィールドデバイスのうち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導入される、低速な、非周期的な、または別様には利用できない測定値更新（及び他の利用できない通信伝送）に適応するために、コントローラ１１の制御及び監視ルーチン（複数可）は、下で説明されるように、非周期的または非周期的または間欠的更新を含む低速を使用するときに、特に、これらの更新がコントローラ１１の実行レートよりも低い頻度で起こるときに、更には、そのような更新をプロセス応答レート（例えば、制御されているプロセス変数のプロセス応答時間の逆数）に類似するレート（例えば、２〜４倍低いまたは同程度のレート等）で受信するときに、プロセス制御システム１０が適切に機能することを可能にするように再構築または修正することができる。図４〜図１０には、低速な及び／または非周期的制御に関連する通信を使用して動作するように構成される、例示的な制御スキームが更に詳細に例示される。例えば、図４Ａは、プロセス１０１に連結される位置タイプのプロセスコントローラ１００を概略的に例示する。コントローラ１００（図１及び図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つなどのフィールドデバイスの制御要素とすることができる）によって実施される制御スキームは、全般的に、図３に関連して例示され、説明される通信スタック８０の機能性と、更新検出モジュール８２と、制御モジュール８４のうちの１つ以上とを含み、また、制御デバイスの移動可能な要素が移動するべき位置を示す制御信号を生成する。
【００３３】
図４Ａの例示的なシステムにおいて、コントローラ１００は、例えばワークステーション１３（図１及び図３）のうちの１つから、またはプロセス制御システム１０内の、若しくは該プロセス制御システムと通信している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に提供される１つ以上の制御信号１０５を発生させるように動作する。制御信号１０５を受信する他に、プロセス１０１は、矢印１０４によって概略的に示される、測定された、または測定されていない外乱を受ける場合がある。プロセス制御アプリケーションのタイプに応じて、設定点信号は、ユーザ、調整ルーチンなどによるなどして、プロセス１０１の制御中の任意のときに変化させることができる。当然、プロセス制御信号１０５は、弁と関連付けられるアクチュエータを制御することができ、またはプロセス１０１の動作の応答に影響を及ぼすように任意の他のフィールドデバイスを制御することができる。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、送信機、センサ、または他のフィールドデバイス１０６によって測定または検知され、例えば、図３に例示される送信機６０〜６４のうちの任意の１つに対応することができる。送信機１０６とコントローラ１００との間の通信リンクは、無線接続を含むことができ、破線を使用して図４Ａに例示される。
【００３４】
簡単な実施形態において、コントローラ１００は、ＰＩＤ制御ルーチンの１つの形態である、ＰＩ制御ルーチンなどの、単一入力、単一出力の閉ループ制御ルーチンを実施することができる。故に、コントローラ１００は、通信スタック８０を含むいくつかの標準ＰＩコントローラ要素と、加算ブロック１０８、比例ゲイン要素１１０、更なる加算ブロック１１２、及び高低リミッタ１１４を含む制御信号生成部とを含む。制御ルーチン１００はまた、フィルタ１１６と、選択ブロック１１８を含む積分出力スイッチとを含む、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、コントローラ１００によって発生させている制御信号の積分またはリセット寄与または成分を加算ブロック１１２に提供する。
【００３５】
コントローラ１００の動作中に、加算ブロック１０８は、誤差信号を生成するために、設定点信号と、コントローラ１００内の通信スタック８０から提供される直前に受信したプロセス変数測定値とを比較する。比例ゲイン要素１１０は、制御信号の比例寄与または成分を生成するために、例えば、誤差信号に比例ゲイン値Ｋｐを乗じることによって、誤差信号に対して動作する。次いで、加算ブロック１１２は、本質的に制限されない制御信号を生成するために、ゲイン要素１１０の出力（すなわち、比例寄与）と、積分若しくはリセット寄与、または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を組み合わせる。次いで、リミッタブロック１１４は、プロセス１０１を制御するために送信される制御信号１０５を生成するために、加算ブロック１１２の出力に対して高低制限を行う。
【００３６】
重要なことに、コントローラ１００のフィードバック経路内のフィルタ１１６及びブロックまたはスイッチ１１８は、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、以下の様式で動作する。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の出力値及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に対する予想されるプロセス応答の指示を生成する。フィルタ１１６は、この予想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、新しいプロセス変数測定値を受信したときには常に、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及びクランプし、通信スタック８０で次のプロセス変数出力を受信するまで、この値を維持する。したがって、スイッチ１１８の出力は、最後の測定値更新でサンプリングしたフィルタ１１６の出力のままである。
【００３７】
フィルタ１１６によって生成されるような、加算器１０８の出力の変化に対する予想されるプロセス応答は、下でより詳細に説明されるように、一次モデルを使用して近似することができる。しかしながら、より全般的には、予想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することができ、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に、または制御信号に対する積分若しくはリセット寄与を決定することと関連付けられるフィルタまたはモデルに限定されない。例えば、予想されるプロセス応答を提供するためにモデルを利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、微分寄与を組み込むことができる。例示的なタイプの微分寄与を組み込むいくつかの実施例は、図６〜図８に関連して下で説明される。
【００３８】
図４Ａのフィルタ１１６の動作をより詳細に論じる前に、積分またはリセット寄与を決定するために、従来のＰＩコントローラを、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することができることに留意することが有用である。数学的に、従来のＰＩを実施するための伝達関数は、制約されない制御に対する、すなわち出力が制限されない場合の標準的な式に等しいことを示すことが分かる。特に：
【数１】
2017076392.tif 000003
図４Ａに示されるように、コントローラ１００内でポジティブフィードバック経路を使用する１つの利点は、コントローラ出力が、高くまたは低く、すなわちリミッタ１１４によって制限されるときに、リセット寄与をワインドアップすることが自動的に防止されることである。
【００３９】
いずれにしても、下で説明される制御技法は、コントローラがプロセス変数の非周期的更新を受信したときに、リセットまたは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することを可能にするが、それでも、新しいプロセス変数測定値の受信の間に起こる設定点変化またはフィードフォワード変化が生じた場合に、ロバストなコントローラ応答を可能にする。具体的には、ロバストな設定点変化をコントローラの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に提供された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、予想されるプロセス応答の新しい指示または値を算出するように構成される。その結果、コントローラ１００が通信スタック８０からの新しいプロセス測定値更新を受信した直後に発生させたフィルタ１１６の出力だけが、加算器１１２において積分またはリセット寄与として使用される場合であっても、コントローラルーチンの各実行サイクル中に、フィルタ１１６の出力が新しく再生される。
【００４０】
具体的には、フィルタ１１６によって生成されるような予想される応答の新しい指示は、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）、最後の（すなわち、直前の）コントローラの実行サイクル中に生成されるフィルタ１１６によって生成される予想される応答の指示、及びコントローラの実行期間から、各コントローラ実行サイクル中に算出される。その結果、各コントローラ実行サイクル中に新しいプロセス応答の推定を生成するために実行されるので、フィルタ１１６は、連続的に更新されるように本明細書で説明される。各コントローラ実行サイクル中に新しい予想されるプロセス応答またはフィルタを生成するために、連続的に更新されるフィルタ１１６によって実施することができる、例示的な式が下に記載される。
【数２】
2017076392.tif 000004
【００４１】
ここで、新しいフィルタ出力ＦＮは、直前のフィルタ出力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との間の差分にリセット時間ＴＲｅｓｅｔ及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を加えて決定される減衰成分を加えて、繰り返し決定されることに気が付くであろう。この様式で連続的に更新するフィルタを使用することで、制御ルーチン１００は、新しいプロセス変数測定値を受信したときに積分制御信号入力を算出したときに、予想されるプロセス応答をより良好に決定することができ、それによって、設定点の変化に対して、または２つのプロセス変数測定値の受信の間に起こる他のフィードフォワード外乱に対してより敏感になる。より具体的には、設定点の変化（新しいプロセス測定値の受信を伴わない）が、加算器１０８の出力での誤差信号の変化を直ちにもたらし、これは、制御信号の比例寄与成分を変化させ、したがって、制御信号を変化させることに気が付くであろう。その結果、フィルタ１１６は、変化した制御信号に対するプロセスの新しい予想される応答を直ちに生成し始め、したがって、コントローラ１００が新しいプロセス測定値を受信する前にその出力を更新する。次いで、コントローラ１００が新しいプロセス測定値を受信し、フィルタ出力のサンプルが、制御信号の積分またはリセット寄与成分として使用されるように、スイッチ１１８によって加算器１１２の入力にクランプされたときに、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の応答に反応した、またはそれを組み込んだ、予想されるプロセス応答を繰り返している。
【００４２】
過去において、米国特許第７，５８７，２５２号及び第７，６２０，４６０号で説明されるシステムでのように、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おいて使用されるリセット寄与フィルタは、新しいプロセス変数測定値を使用することができたときに、予想される応答の新しい指示だけを算出した。その結果、リセット寄与フィルタは、設定点変化またはフィードフォワード外乱が任意の測定値更新から完全に独立していたので、プロセス変数測定値の受信の間に起こった設定点変化またはフィードフォワード外乱を補償しなかった。例えば、設定点変化またはフィードフォワード外乱が２つの測定値更新の間に起こった場合は、予想される応答の新しい指示の算出が最後の測定値更新以来の時間及び現在のコントローラ出力１０５に基づいていたので、コントローラの予想されるプロセス応答が歪められる可能性があった。その結果、フィルタ１１６は、コントローラでの２つのプロセス変数測定値の受信の間に起こった設定点変化（または他のフィードフォワード外乱）から生じた、プロセス（または制御信号）の時間変化を補償し始めることができなかった。
【００４３】
しかしながら、理解されるように、図４Ａの制御ルーチン１００は、非周期的測定値の算出に基づくことによって、予想されるプロセス応答を提供し、一方で、加えて、設定点の変化（またはコントローラ１００へのフィードフォワード入力として使用される任意の測定された外乱）によって引き起こされる変化を補償するために、２つの測定値の受信の間の予想される応答を決定する。したがって、上で説明される制御技法は、予想されるプロセス応答に影響を及ぼし得る設定点変化、測定される外乱に対するフィードフォワードアクションなどに適応することができ、したがって、よりロバストな制御応答を提供する。
【００４４】
理解されるように、図４Ａに例示される制御技法は、制御ブロックまたはルーチン１００の各実行について連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、予想される応答の指示を算出する。ここで、コントローラ１００は、制御ブロックの各実行について、予想される応答の新しい指示を算出するように、連続的に更新されるフィルタ１１６を構成する。しかしながら、フィルタ１１６の出力を加算ブロック１１２への入力として使用するべきであるかどうかを判定するために、通信スタック８０及び、いくつかの実施例において、更新検出モジュール８２（図３）は、新しいプロセス変数測定値を受信したときに、積分出力スイッチ１１８の新しい値フラグを発生させるために、送信機１０６からの入来データを処理する。この新しい値フラグは、加算器１１２の入力に対するこのコントローラ繰り返しについてフィルタ出力値をサンプリングし、クランプすることをスイッチ１１８に通知する。
【００４５】
新しい値フラグが通信されるかどうかにかかわらず、連続的に更新されるフィルタ１１６は、制御ルーチンの各繰り返しについて、予想される応答の指示を算出し続ける。予想される応答のこの新しい指示は、制御ブロックの各実行について、積分出力スイッチ１１８に搬送される。新しい値フラグの存在に応じて、積分出力スイッチ１１８は、連続的に更新されるフィルタ１１６からの予想される応答の新しい指示を加算ブロック１１２に通過させることを可能にすることと、制御ブロックの最後の実行中に加算ブロック１１２に以前に送達された信号を維持することとの間で切り替える。より具体的には、新しい値フラグが通信されるときに、積分出力スイッチ１１８は、連続的に更新されるフィルタ１１６からの予想される応答の直前に算出された指示を、加算ブロック１１２に渡すことを可能にする。その逆に、新しい値フラグが存在しない場合、積分出力スイッチ１１８は、最後の制御ブロック繰り返しからの予想される応答の指示を加算ブロック１１２に再送信する。換言すれば、積分出力スイッチ１１８は、新しい値フラグがスタック８０から通信される度に、予想される応答の新しい指示にクランプするが、新しい値フラグが存在しない場合は、いかなる予想される応答の新しく算出された指示も加算ブロック１１２に到達させないようにする。
【００４６】
この制御技法は、新しい測定値が通信されるかどうかにかかわらず、連続的に更新されるフィルタ１１６が、予想されるプロセス応答をモデル化し続けることを可能にする。制御出力が設定点変化または測定された外乱に基づくフィードフォワードアクションの結果として変化する場合、新しい値フラグの存在にかかわりなく、連続的に更新されるフィルタ１１６は、各制御ルーチン繰り返しにおいて、予想される応答の新しい指示を算出することによって、予想されるプロセス応答を正しく反映する。しかしながら、予想される応答の新しい指示（すなわち、リセット寄与または積分成分）は、新しい値フラグが（積分出力スイッチ１１８を介して）通信されたときに、コントローラの算出にだけ組み込まれる。
【００４７】
図４Ｂに例示されるグラフ２００は、コントローラ１００がいくつかの設定点変化に応答したときに、プロセス出力信号２０２を定常状態値まで駆動する際の、図４Ａのコントローラ１００のシミュレーションされた動作を描写する。図４Ｂでは、プロセス制御システムの無線動作中の、プロセス出力信号２０２（太線で例示される）が、設定値信号２０４（細線で示される）と比較して示される。グラフ２００の下部の時間軸に沿って矢印によって示されるように、設定点変化が起こったときに、コントローラ１０２は、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、新しい設定値（すなわち、定常状態値）に反応するように応答する。例えば、図４Ｂに例示されるように、設定点変化は、時間Ｔ１で起こるが、これは、設定値信号２０４の大きさがより高い値からより低い値まで大幅に変化することから明らかである。それに応じて、コントローラ１０２は、時間Ｔ１と時間Ｔ２との間で出力信号２０２が呈するような滑らかな過渡曲線において、新しい定常状態に対する設定点または設定点値と関連付けられるプロセス変数を駆動する。同様に、図４Ｂにおいて、第２の設定点変化は、時間Ｔ２で起こるが、これは、設定値信号２０４の大きさがより低い値からより高い値まで大幅に変化することから明らかである。それに応じて、コントローラ１０２は、時間Ｔ２とＴ３との間で出力信号２０２によって示されるような滑らかな過渡曲線において、新しい定常状態に対する設定点または設定点値と関連付けられるプロセス変数を制御する。その結果、図４Ｂから分かるように、上で説明される制御ルーチンを実施するコントローラ１００は、ロバストな様式で、非周期的無線制御システムにおける設定点変化の補償を可能にする。フィードフォワード外乱は、制御アクション動作において測定され、含めることができるので、上で説明される制御ルーチンを実施するコントローラ１００はまた、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化の補償も可能にすることができる。
【００４８】
図４Ａの簡単なＰＩコントローラ構成は、フィルタ１１６の出力を制御信号に対するリセット寄与として直接使用し、この事例において、閉ループ制御ルーチンのリセット寄与（例えば、上で提示される、連続的に更新されるフィルタの式）は、プロセスが定常状態動作を呈するかどうかを判定する際に、プロセス応答の正確な表現を提供することができることに留意されたい。しかしながら、むだ時間が支配的なプロセスなどの他のプロセスは、予想されるプロセス応答をモデル化するために、追加的な構成要素を図４Ａのコントローラに組み込むことを必要とする場合がある。一次モデルによって十分に表されるプロセスに関しては、全般的に、ＰＩ（またはＰＩＤ）コントローラのリセット時間を決定するために、プロセス時定数を使用することができる。より具体的には、リセット時間がプロセス時定数に等しく設定された場合、リセット寄与は、全般的に、経時的に制御ルーチン１００が予想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に例示される実施例において、リセット寄与は、プロセス時定数と同じ時定数を有する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することができる。他のモデルを使用することができるが、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想される応答を決定するための好都合な機構を提供する。ＰＩＤ制御を必要とするプロセスの場合、ＰＩＤ出力に対する、レートとしても知られる微分寄与は、新しい測定値を受信したときにだけ再計算し、更新することもできる。そのような事例において、微分算出は、最後の新しい測定以来の経過時間を使用することができる。プロセス測定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することができるが、設定点変化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法を使用することができる、コントローラのいくつかの実施例が、図５〜図８と併せて下で説明される。
【００４９】
以下、図５を参照すると、上で説明されるように、制御技法に従って構成される、代替のコントローラ（または制御要素）１２０は、図４Ａに例示されるコントローラ１００に多くの点で類似する。その結果、双方のコントローラに共通な要素は、同じ参照番号で識別される。しかしながら、コントローラ１２０は、追加的な要素を制御ルーチンに組み込み、該ルーチンは、測定値の伝送の間の予想されるプロセス応答を決定する。この事例において、プロセス１０１は、相当な量のむだ時間を有することを特徴とすることができ、その結果、むだ時間ユニットまたはブロック１２２が、むだ時間補正のためのコントローラモデルに含まれる。むだ時間ユニット１２２の組み込みは、全般的に、プロセス応答のより正確な表現に到達するのを補助する。より具体的には、むだ時間ユニット１２２は、任意の所望の様式で実施することができ、スミス予測手段または他の既知の制御ルーチンに共通な方法を含むか、または利用することができる。しかしながら、この状況において、連続的に更新されるフィルタ１１６及びスイッチモジュール１１８は、設定点変化に応答してロバストな制御を提供するために、図４Ａのコントローラ１００に関して上で説明されるものと同じ様式で動作する。
【００５０】
図６は、別の代替のコントローラ（または制御要素）１３０を描写するが、微分またはレート寄与成分がコントローラ１３０に組み込まれる点で、図４Ａにおいて上で説明されるコントローラ１００と異なる。微分寄与を組み込むことによって、コントローラ１３０によって実施される制御ルーチンは、いくつかの事例において、比例−積分−微分（ＰＩＤ）制御スキームが実施されるように、追加的なフィードバック機構を含む。
【００５１】
図６の制御ルーチンまたは技法は、図４Ａの積分寄与と関連して上で説明される様式に類似する様式で構成される微分寄与を含み、プロセス測定値の非周期的な、または別様には利用できない更新に適応する。微分寄与は、最後の測定値更新以来の経過時間に基づいて再構成することができる。この様式で、微分寄与（及び結果として生じる出力信号）のスパイクが回避される。より具体的には、図６の微分寄与は、比例及び積分寄与専用の要素と並行に加算ブロック１０８から誤差信号を受信する、微分ブロック１３２によって決定される。他のＰＩＤ構成（例えば、シリアル構成）も利用することができるが、比例、積分、及び微分寄与は、図６に示されるように、加算ブロック１３４において組み合わせられる。
【００５２】
信頼できない伝送及び、より全般的には、測定値更新の利用不能に適応するために、微分寄与は、通信スタック８０からの新しい値フラグによって示されるように、測定値更新を受信するまで、最後に決定された値に維持される。この技法は、制御ルーチンが、制御ルーチンの通常の、または確立された実行レートに従って周期的実行を続けることを可能にする。更新された測定値を受信すると、図６に例示されるように、微分ブロック１３２は、以下の式に従って微分寄与を決定することができる。
【数３】
2017076392.tif 000005
【００５３】
微分寄与を決定するためのこの技法によって、プロセス変数（すなわち、制御入力）に対する測定値更新を、出力スパイクを生成することなく、１つ以上の実行期間の間にわたって喪失することができる。通信が再確立されたときに、微分寄与式の項（ｅＮ−ｅＮ−１）は、微分寄与の標準的な算出において発生させた値と同じ値を発生させることができる。しかしながら、標準的なＰＩＤ技法の場合、微分寄与を決定する際の除数は、実行期間である。対照的に、本制御技法は、２つの成功裏に受信した測定値の間の経過時間を利用する。実行期間よりも長い経過時間を使用することで、制御技法は、標準ＰＩＤ技法よりも小さい微分寄与を生成し、また、スパイキングが低減される。
【００５４】
経過時間の決定を容易にするために、通信スタック８０は、図６に示されるように、上で説明される新しい値フラグを微分ブロック１３２に提供することができる。代替の実施例は、その値に基づいて、新しい測定値または更新の検出を含むこと、または関与させることができる。また、プロセス測定値を、比例または微分成分の算出において誤差の代わりに使用することができる。より全般的には、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などを含む、プロセス１０１との通信インターフェースを実施するために、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（またはそれらの任意の組み合わせ）を含むこと、または関与させることができる。しかしながら、図６のコントローラ１３０において、連続的に更新されるフィルタ１１６及びスイッチモジュール１１８は、設定点変化に応答してロバストな制御を提供するために、図４Ａのコントローラ１００に関して上で説明されるものと同じように動作する。
【００５５】
図３、図４Ａ、及び図５〜図６に関連して説明される、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の要素は、特に、コントローラまたは制御要素と下流のアクチュエータまたは他の要素との間にいかなる通信もない期間の後に、それでも、突然の変化を伴う制御信号を受信する場合がある。結果として生じる制御アクションは、いくつかの事例において、プラントの動作に影響を与えるのに十分突然である場合があり、そのような突然の変化は、不適切なレベルの不安定性につながる場合がある。
【００５６】
コントローラと下流の要素との間の通信の喪失による突然の制御変化の可能性は、制御信号に対するフィードバック寄与（複数可）を決定するときに、最後の実行期間中に、コントローラ出力の代わりに実際の下流のデータを組み込むことによって対処することができる。全般的に言えば、そのような実際の下流のデータは、制御信号に対する応答のフィードバック指示を提供し、したがって、制御信号を受信する下流の要素（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）によって測定または算出することができる。そのようなデータは、最後の実行からのコントローラ出力などの、制御信号に対する暗黙の応答の代わりに提供される。図４Ａ及び図５〜図６に示されるように、連続的に更新されるフィルタ１１６は、下流の応答の暗黙の指示として制御信号１０５を受信する。そのような暗黙のデータの使用は、アクチュエータなどの下流の要素が制御信号の通信を受信したことを効果的に想定し、したがって、制御信号に適切に応答している。実際のフィードバックデータもまた、制御されているプロセス変数の測定値などの他の応答指示と異なる。
【００５７】
図７は、制御信号に応答する下流のデバイスまたは要素からのアクチュエータ位置データを受信する、例示的なコントローラ１４０を描写する。下流のデバイスまたは要素は、しばしば、アクチュエータに対応して、アクチュエータ位置の測定値を提供する。より全般的には、下流の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若しくは要素に対応するか、またはそれを含むことができる。示される例示的な事例において、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。したがって、アクチュエータ位置データは、プロセス変数の測定値更新の欠如にもかかわらず、制御ルーチンの連続的な実行期間中に、コントローラ１４０によって利用される。この目的のために、連続的に更新されるフィルタ１１６は、入来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することができる。この例示的な事例において、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、及びプロセス変数を含む。
【００５８】
前の実施例と同様に、連続的に更新されるフィルタ１１６は、プロセス変数に対する測定値更新の欠如に関与する状況に適応するように構成される。連続的に更新されるフィルタ１１６は、新しい測定値フラグを受信した後に発生させたフィルタ出力だけが加算器１１２で使用されるという事実にもかかわらず、そのような欠如の間、その出力を同様に再算出する。しかしながら、測定値更新を受信すると、連続的に更新されるフィルタ１１６は、その出力を修正するために、もはや制御信号のフィードバックに依存しない。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利用される。
【数４】
2017076392.tif 000006
【００５９】
制御信号に対する応答の実際の指示の使用は、周期的通信の期間中、及びＰＩＤ制御要素から下流の要素、例えばアクチュエータへの非周期的通信の期間または通信喪失の後の双方で、制御技法の正確さを向上させるのを補助することができる。しかしながら、実際の応答指示の伝送は、典型的に、異なるデバイスにおいて実施される場合に、フィールドデバイスとコントローラとの間に追加的な通信を必要とする。そのような通信は、上で説明されるように、無線とすることができ、したがって、信頼できない伝送または電力制限の影響を受けやすくなる場合がある。他の理由もまた、フィードバックデータの利用不能につながる場合がある。
【００６０】
下で説明されるように、本明細書で論じられる制御技法はまた、そのような応答指示が周期的またはタイムリーな様式で通信されない状況に対処することもできる。すなわち、本制御技法の適用は、プロセス変数の測定値更新の欠如に限定する必要はない。むしろ、本制御技法は、アクチュエータの位置または下流の制御要素の出力などの他の応答指示の欠如に関与する状況に対処するように、好都合に利用することができる。なお更に、本制御技法は、コントローラ（または制御要素）から、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、カスケード型ＰＩＤ制御、スプリッタなど）などの下流の要素への伝送の喪失、遅延、または他の利用不能に関与する状況に対処するために利用することができる。
【００６１】
コントローラ若しくは制御要素への追加的なデータ（すなわち、応答指示または下流の要素のフィードバック）の、またはコントローラ若しくは制御要素からの追加データ（すなわち、制御信号）の、無線または他の信頼できない伝送は、通信の問題及び／または課題に対する追加的な可能性を提供する。上で説明されるように、下流の要素（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若しくは寄与）を決定する際に関与させることができる。この実施例において、制御ルーチンは、上で説明される実施例においてフィードバックされる単一プロセス変数ではなく、２つのフィードバック信号に依存する。更に、制御信号が下流の要素に今まで到達していない場合、プロセスは、制御スキームの恩恵を受けない。これらの信号のうちのいずれか１つの伝送は、遅延するか、または喪失する場合があり、したがって、本明細書で説明される技法は、どちらの可能性にも対処する。
【００６２】
フィルタまたは他の制御計算に関与する応答指示の欠如は、更新を受信するまで、予想される応答（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することができる。
【００６３】
制御信号が下流の要素に到達しないときに、下流の要素からの応答指示（すなわち、フィードバック）は、変化しない。そのような事例において、値の変化の欠如は、値の変化を受信するまで、予想される応答（または他の制御信号成分）の指示を同様に維持するために、コントローラ（または制御要素）の論理をトリガーすることができる。
【００６４】
本制御技法はまた、実際のフィードバックデータが所望されないか、または利用できない状況でも実施することができる。前者の事例は、制御信号に対する暗黙の応答を使用するといった簡単さが有益である状況において好都合である場合がある。例えば、実際のフィードバックデータの通信は、問題を含むか、または非実用的である場合がある。後者の事例は、上で説明されるように、位置測定値データを提供するように構成されないアクチュエータまたは他のデバイスが関与する場合がある。より古いデバイスは、そのような性能を有しない場合がある。
【００６５】
そのようなデバイスに適応するために、暗黙または実際のいずれかの応答指示を本制御技法が使用することを可能にするように、スイッチまたは他のデバイスを提供することができる。図８に例示されるように、コントローラ１５０は、スイッチ１５２に連結され、よって、暗黙及び実際の応答指示の双方を受信する。この事例において、制御スキームの実施が応答指示のタイプを知ることに依存しないので、コントローラ１５０は、上で説明されるコントローラのうちのいずれかと同一とすることができる。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施することができる。スイッチ１５２の制御は、コントローラ１５０及び任意の制御ルーチンの実施とは無関係とすることができる。代替的にまたは追加的に、コントローラ１５０は、スイッチ１５２を構成するために、制御信号を提供することができる。更に、スイッチ１５２は、コントローラ自体の一部として実施することができ、また、いくつかの事例では、通信スタックの一部またはコントローラの他の部分として統合することができる。
【００６６】
制御方法、システム、及び技法の実践は、いずれか１つの特定の無線アーキテクチャまたは通信プロトコルに限定されない。適切な例示的なアーキテクチャ及び通信サポートスキームは、２００５年６月１７日に出願された米国特許出願第１１／１５６，２１５号、名称「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｓｕｐｐｏｒｔ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」で説明されており、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。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実施されるが、各制御繰り返しに対するプロセス変数測定値を伴わない、任意の状況に十分適している。他の例示的な状況としては、サンプリングされた値が、例えばアナライザによって、または実験室サンプルを介して、不規則に提供されるか、または滅多に提供されない場合が挙げられる。
【００６７】
本制御技法の履行は、単一入力、単一出力のＰＩＤ制御ルーチン（ＰＩ及びＰＤルーチンを含む）とともに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及び／または多重出力制御スキーム、並びにカスケード型制御スキームに適用することができる。より全般的には、本制御技法はまた、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）などの他の制御信号に関与する、任意の閉ループモデルに基づく制御ルーチンの状況に適用することもできる。
【００６８】
図９は、本明細書で説明される原理を使用するが、速度に基づくコントローラの形態でコントローラ３００を有するように構成される、更なる例示的な制御システムを例示する。図９の例示的なシステムにおいて、コントローラ３００は、例えばワークステーション１３（図１及び図３）のうちの１つから、またはプロセス制御システム内の、若しくは該プロセス制御システムと通信している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３００の出力からプロセス３０１に提供される、１つ以上の制御信号３０５を発生させるように動作する。制御信号３０５を受信する他に、プロセス３０１は、図４において矢印３０４によって概略的に示される、測定された、または測定されていない外乱を受ける場合がある。プロセス制御アプリケーションのタイプに応じて、設定点信号は、ユーザ、調整ルーチンなどによるなどして、プロセス３０１の制御中の任意のときに変化させることができる。当然、プロセス制御信号３０５は、弁と関連付けられるアクチュエータを制御することができ、またはプロセス３０１の動作の応答に影響を及ぼすように任意の他のフィールドデバイスを制御することができる。プロセス制御信号３０５の変化に対するプロセス３０１の応答は、送信機、センサ、または他のフィールドデバイス３０６によって測定または検知され、例えば、図３に例示される送信機６０〜６４のうちの任意の１つに対応することができる。送信機３０６とコントローラ３００との間の通信リンクは、無線接続を含むことができ、破線を使用して図９に例示される。しかしながら、このリンクはまた、有線通信リンクまたは他のタイプの通信リンクとすることもできる。議論の目的で、送信機３０６は、低速または間欠的な更新レートで、制御されるプロセス変数（すなわち、被制御変数）または制御されたプロセス変数と相関されるプロキシ変数を測定しているものとみなされる。この低速の更新レートは、周期的または非周期的とすることができ、また、制御されたプロセス変数と関連付けられるプロセス動力学のプロセス応答レートと同程度の大きさであるとみなされる。したがって、プロセス変数測定値は、プロセスの応答時間よりも長い時間間隔あたり一度、プロセス応答時間に類似する時間間隔あたり一度、またはプロセス応答時間よりも僅かに短い時間間隔あたり一度提供される。したがって、いくつかの事例において、この更新レートは、プロセス応答レートの１／２〜１／４（プロセス応答時間の逆数）とすることができる。
【００６９】
図９に例示される簡単な実施形態において、コントローラ３００は、ＰＩ制御ルーチンなどの単一入力、単一出力の閉ループ制御ルーチンを実施することができ、これは、ＰＩＤ制御ルーチンの１つの形態である。故に、コントローラ３００は、通信スタック３８０を含むいくつかの標準ＰＩコントローラ要素と、加算ブロック３０８、比例ゲイン要素３１０、及び更なる加算ブロック３１２を含む制御信号生成部とを含む。制御ルーチン３００はまた、フィルタ３１６と、選択ブロック３１８を含む積分出力スイッチとを含む、直接積分フィードバック経路も含む。しかしながら、この事例において、図９のＰＩコントローラは、制御信号の比例及び積分成分に関する位置及び差分の制御算出を行うように構成される。したがって、コントローラ３００はまた、比例成分算出経路に配置される差分ブロック３２０、積分成分算出経路に配置される加算器３２２、及び制御信号３０５を生成するために差分的に算出された制御成分をそこへの入力で使用するブロック３２４も含む。全般的に言えば、ブロック３２４は、コントローラ３００内で発生させたときに、位置（速度）制御信号の変化をスケーリングするか、または別様には、この信号を、制御デバイスに送信されるアナログまたはデジタル信号に変換して、制御デバイスが、特定の期間にわたってある方向または別の方向にある特定の量だけ移動するように指示する。このブロック３２４は、例えば、パルス幅変調信号、パルス信号、ターンオン時間を示すデジタル信号、または位置の変化の大きさを示す任意の他の信号を、経時的に制御デバイスに送信することができる。
【００７０】
図９に例示されるように、積分フィルタ３１６は、加算器３２２の出力に連結され、次にこの出力が加算器３１２の出力を受信するように連結され、一方で、スイッチのブロック３１８は、フィルタ３１６の出力に連結され、コントローラ３００によって発生させている制御信号の積分またはリセット寄与または成分を加算ブロック３１２に提供する。
【００７１】
コントローラ３００の各繰り返しまたは動作中に、加算ブロック３０８は、誤差信号（ｅ）を生成するために、設定点信号と、コントローラ３００内で通信スタック３８０から提供される直前に受信したプロセス変数測定値とを比較する。比例ゲイン要素またはブロック３１０は、速度制御信号の比例寄与または成分を生成するために、例えば、誤差信号ｅに比例ゲイン値Ｋｐを乗じることによって、誤差信号ｅに対して動作する。差分ブロック３２０は、次いで、（最後または直前のコントローラ繰り返し中生成される）ゲインブロック３１０の現在の出力とゲインブロック３１０の直前の値との間の差分を決定することによって、最後のコントローラ繰り返し以来の比例ゲイン値の変化を決定する。次いで、加算ブロック３１２は、出力ブロック３２４に提供される速度制御信号３２６を生成するために、変化ユニット３２０の出力（すなわち、速度に基づく比例寄与）と、積分フィードバック経路によって生成される制御信号の積分またはリセット寄与または成分とを組み合わせる。
【００７２】
しかしながら、重要なことに、コントローラ３００の積分フィードバック経路内の加算器３２２、フィルタ３１６、及びブロックまたはスイッチ３１８は、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、以下の様式で動作する。ここで、加算器３２２は、各コントローラ繰り返し中に、加算器３１２の出力（すなわち、移動可能な制御要素の位置の変化を表す、速度に基づく制御信号）を受信するように連結され、また、その値と、（コントローラ３００の最後の繰り返し中に発生させた）加算器３２２の以前の出力Ｓとを合計して、それによって、実際には、ある特定の期間にわたる出力信号の変化の変化を積分または合計する。加算器３２２の新しい出力Ｓは、積分フィルタ３１６に提供され、該積分フィルタは、図９においてＲで示される、制御信号３０５に対する予想されるプロセス応答の指示を生成する。フィルタ３１６は、この予想されるプロセス応答信号Ｒをスイッチまたはブロック３１８に提供する。しかしながら、図９に示されるように、スイッチまたはブロック３１８は、新しいプロセス変数測定値を受信したときには常に、スイッチまたはブロック３１８の出力でフィルタ３１６の出力をサンプリングし、クランプするが、別様には、いかなる新しいプロセス変数測定値も利用できない制御繰り返し中の積分制御寄与として、ゼロ（０．０）値を加算器３１２に提供する。したがって、各コントローラ繰り返し中に新しい制御信号を発生させるために積分制御寄与として提供される、スイッチ３１８の出力は、コントローラ３００によって使用するために新しいプロセス変数測定値を利用することができるコントローラ繰り返し中にだけ、フィルタ３１６の出力であり、別様にはゼロ（０．０）である。通信スタック３８０によって生成された新しい値フラグが設定される度に（新しいプロセス変数測定値がコントローラ３００で利用することができることを示す）、加算器３２２は、出力をゼロに設定し、新しい期間にわたる加算を開始する。したがって、実際には、加算器３２２は、プロセス変数測定値変更の間の各コントローラ繰り返しにわたって、制御出力信号の変化を合計し、（コントローラ繰り返し中に）コントローラ３００で新しいプロセス変数測定値更新を受信した後には常にリセットする。
【００７３】
フィルタ３１６によって生成されるような、制御信号の変化に対する予想されるプロセス応答は、下でより詳細に説明されるように、一次モデルを使用して近似することができる。しかしながら、より全般的には、予想されるプロセス応答は、プロセス３０１の任意の適切なモデルを使用して生成することができ、コントローラ３００のフィードバック経路に組み込まれるモデルに、または制御信号に対する積分若しくはリセット寄与を決定することと関連付けられるフィルタまたはモデルに限定されない。例えば、予想されるプロセス応答を提供するためにモデルを利用するコントローラは、制御ルーチン３００がＰＩＤ制御スキームを実行するように、微分寄与を組み込むことができる。例示的な微分寄与を組み込む一実施例は、図１０に関連して下で説明される。
【００７４】
いずれにしても、下で説明される制御技法は、コントローラ３００がプロセス変数の低速または非周期的更新を受信したときに、リセットまたは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することを可能にするが、それでも、新しいプロセス変数測定値の受信の間に起こる設定点変化またはフィードフォワードの変化が生じた場合に、ロバストなコントローラ応答を可能にする。具体的には、フィルタ３１６は、フィルタ３１６のこの出力が制御信号の積分成分として加算ブロック３１２に提供されたかどうかにかかわらず、コントローラ３００のそれぞれまたは全ての実行の間、予想されるプロセス応答の新しい指示または値を算出するように構成される。その結果、コントローラ３００が通信スタック３８０からの新しいプロセス測定値更新を受信した直後に（またはその実行サイクル中に）生成されたフィルタ３１６の出力だけが、加算器３１２の積分またはリセット寄与として使用される場合であっても、コントローラルーチンの各実行サイクル中に、フィルタ３１６の出力が新しく再生される。
【００７５】
具体的には、フィルタ３１６によって生成されるような予想される応答Ｒの新しい指示は、現在の加算器出力Ｓ（すなわち、最後のプロセス変数測定値更新以来の、加算器３１２によって出力された制御信号の合計した変化）、最後の（すなわち、直前の）コントローラ実行サイクル中に生成されるフィルタ３１６によって生成される予想される応答の指示、及びコントローラの実行期間から、各コントローラ実行サイクル中に算出される。その結果、各コントローラ実行サイクル中に新しいプロセス応答の推定を生成するために実行されるので、フィルタ３１６は、連続的に更新されるように本明細書で説明される。各コントローラ実行サイクル中に新しい予想されるプロセス応答またはフィルタを生成するために、連続的に更新されるフィルタ３１６によって実施することができる、例示的な式が下に記載される。
【数５】
2017076392.tif 000007
【００７６】
ここで、新しいフィルタ出力ＲＮは、直前のフィルタ出力ＲＮ−１（すなわち、現在のフィルタ出力値）に、加算器３２２からの現在のコントローラ出力値の合計した変化ＳＮ−１と現在のフィルタ出力値ＲＮ−１との間の差分にリセット時間ＴＲｅｓｅｔ及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を加えて決定される減衰成分を加えて、繰り返し決定されることに気が付くであろう。この様式で連続的に更新するフィルタを使用することで、制御ルーチン３００は、新しいプロセス変数測定値を受信したときに積分制御信号入力を算出したときに、予想されるプロセス応答をより良好に決定することができ、それによって、設定点の変化に対して、または２つのプロセス変数測定値の受信の間に起こる他のフィードフォワード外乱に対してより敏感になる。しかしながら、この積分経路の算出は、制御システムが、低速に受信した、または間欠的プロセス変数のフィードバック測定値の存在下でワインドアップすることを防止する。より具体的には、設定点の変化（新しいプロセス測定値の受信を伴わない）が、加算器３０８の出力での誤差信号の変化を直ちにもたらし、これは、速度制御信号３２６の比例寄与成分を変化させ、したがって、制御信号３０５を変化させることに気が付くであろう。その結果、加算器３２２は、その量だけその出力Ｓを増加させ、次いで、フィルタ３１６は、変化した制御信号に対するプロセスの新しい予想される応答を直ちに生成し始め、したがって、コントローラ３００が新しいプロセス測定値を受信する前に出力を更新する。次いで、コントローラ１００が新しいプロセス測定値を受信し、フィルタ出力のサンプルが制御信号の積分またはリセット寄与成分として使用されるように、スイッチ３１８によって加算器３１２の入力にクランプされたときに、フィルタ３１６は、少なくともある程度は、以前に送信した制御信号３０５に基づいて、設定点の変化に対するプロセス３０１の応答に反応した、またはそれを組み込んだ、予想されるプロセス応答を繰り返している。しかしながら、加算器３０８によって生成される誤差信号ｅが、プロセス変数測定値をコントローラ３００で受信する時間の間の、プロセス変数の変化を反映することを可能にするために、この積分値は、新しい測定値を受信したときに、制御信号３２６に加えられるだけである。プロセス変数測定値を受信する時間の間のコントローラ繰り返しにおいて、加算器３１２に提供される積分要素は、ゼロに設定される。この技法は、制御システム３００が、ワインドアップすることを防止するか、または補助する。実際には、フィルタ３１６によって生成される積分要素は、その後のプロセス変数フィードバックを受信する時間（コントローラ繰り返し）の間のプロセス応答を推定し、そして、実際のプロセス変数応答が予想される通りであった場合に、コントローラ３００で新しいプロセス変数測定値を受信したときに、積分成分は、比例経路において生成される値をゼロに設定する。プロセスの予想される応答が、この時間中の実際のプロセス応答とは異なる場合、積分成分は、アクチュエータを移動させるように制御信号３２６を変化させ、それによって、アクチュエータの位置を修正する。
【００７７】
過去において、米国特許第７，５８７，２５２号及び第７，６２０，４６０号で説明されるシステムでのように、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おいて使用されるリセット寄与フィルタは、新しいプロセス変数測定値を使用することができたときに、予想される応答の新しい指示だけを算出した。その結果、リセット寄与フィルタは、設定点変化またはフィードフォワード外乱が任意の測定値更新から完全に独立していたので、プロセス変数測定値の受信の間に起こった設定点変化またはフィードフォワード外乱を補償しなかった。例えば、設定点変化またはフィードフォワード外乱が２つの測定値更新の間に起こった場合は、予想される応答の新しい指示の算出が最後の測定値更新以来の時間及び現在のコントローラ出力３０５に基づいていたので、コントローラの予想されるプロセス応答が歪められる可能性があった。その結果、フィルタ３１６は、コントローラでの２つのプロセス変数測定値の受信の間に起こった設定点変化（または他のフィードフォワード外乱）から生じた、プロセス（または制御信号）の時間変化を補償し始めることができなかった。
【００７８】
しかしながら、理解されるように、図９の制御ルーチン３００は、低速のまたは非周期的測定値に対して行われている算出に基づくことによって、予想されるプロセス応答を提供し、一方で、加えて、設定点の変化（またはコントローラ３００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測定された外乱）によって引き起こされる変化を補償するために、２つの測定値の受信の間の予想される応答を決定する。したがって、上で説明される制御技法は、予想されるプロセス応答に影響を及ぼし得る設定点変化、測定される外乱に対するフィードフォワードアクションなどに適応することができ、したがって、よりロバストな制御応答を提供する。更に、この制御技法は、コントローラにおけるワインドアップを回避するので、プロセス変数測定値のフィードバックレートがプロセス応答時間の逆数に等しい、更にはそれよりも低いときに（すなわち、コントローラで受信しているフィードバック測定値の間の時間が、プロセス応答時間よりも長いときに）、効果的に動作することができる。
【００７９】
理解されるように、図９に例示される制御技法は、制御ブロックまたはルーチン３００の各実行について連続的に更新されるフィルタ３１６（例えば、リセット寄与フィルタ）を介して、予想される応答の指示を算出する。ここで、コントローラ３００は、制御ブロックの各実行について予想される応答の新しい指示を算出するように、連続的に更新されるフィルタ３１６を構成する。しかしながら、フィルタ３１６の出力が、加算ブロック３１２への入力として使用されるべきである場合、通信スタック３８０及び、いくつかの実施例において、更新検出モジュール８２（図３）は、新しいプロセス変数測定値を受信したときに、積分出力スイッチ３１８及び加算器３２６の新しい値フラグを生成するために、送信機３０６からの入来データを処理する。この新しい値フラグは、加算器３１２の入力に対するこのコントローラ繰り返しについてフィルタ出力値をサンプリングし、クランプすることをスイッチ３１８に通知する。別様には、スイッチ３１８は、積分寄与値としてゼロ（０．０）値を加算器３１２に提供する。
【００８０】
新しい値フラグが通信されるかどうかにかかわらず、連続的に更新されるフィルタ３１６は、制御ルーチンの各繰り返しについて、予想される応答の指示を算出し続ける。予想される応答のこの新しい指示は、制御ブロックの各実行について、積分出力スイッチ３１８に搬送される。新しい値フラグの存在に応じて、積分出力スイッチ３１８は、連続的に更新されるフィルタ３１６からの予想される応答の新しい指示を加算ブロック３１２に通過させることを可能にすることと、または加算ブロック３１２への入力時にゼロ値を維持することとの間で切り替える。より具体的には、新しい値フラグが通信されるときに、積分出力スイッチ３１８は、連続的に更新されるフィルタ３１６からの予想される応答の直前にまたは現在算出された指示を、加算ブロック３１２に渡すことを可能にする。その逆に、新しい値フラグが存在しない場合、積分出力スイッチ３１８は、ゼロ値を加算器３１２に提供する。
【００８１】
コントローラ３００で新しいプロセス変数測定値を受信し、加算器３１２で連続フィルタ３１６の出力Ｒを使用した後または使用するときに、最後の通信以来の時間は、ゼロ（０）に設定され、連続的なフィルタ出力Ｒは、ゼロに設定される。同様に、加算器３２２の出力は、ゼロ（０）に設定される。更に、これらの状況において、加算器３１２は、ブロック３２０が差分の算出を行う様式または順序に応じて、新しい制御信号３２６を発生させるために、ブロック３２０の出力から連続的なフィルタ出力Ｒを減算することができる。
【００８２】
この制御技法は、新しい測定値が通信されるかどうかにかかわらず、連続的に更新されるフィルタ３１６が、予想されるプロセス応答をモデル化し続けることを可能にする。制御出力が設定点変化または測定された外乱に基づくフィードフォワードアクションの結果として変化する場合、新しい値フラグの存在にかかわりなく、連続的に更新されるフィルタ３１６は、各制御ルーチン繰り返しにおいて、予想される応答の新しい指示を算出することによって、予想されるプロセス応答を反映する。しかしながら、予想される応答の新しい指示（すなわち、リセット寄与または積分成分）は、新しい値フラグが（積分出力スイッチ３１８を介して）通信されたときに、コントローラ出力信号の算出にだけ組み込まれ、これは、コントローラ３００で低速に受信されたプロセス変数測定値に応答して、コントローラがワインドアップするのを防止するか、または減少させる。
【００８３】
図９の簡単なＰＩコントローラ構成は、フィルタ３１６の出力を制御信号に対するリセット寄与として直接使用し、この事例において、閉ループ制御ルーチンのリセット寄与（例えば、上で提示される、連続的に更新されるフィルタの式）は、プロセスが定常状態動作を呈するかどうかを決定するプロセス応答の正確な表現を提供することができることに留意されたい。しかしながら、むだ時間が支配的なプロセスなどの他のプロセスは、予想されるプロセス応答をモデル化するために、むだ時間ユニットを積分算出経路に含むことによって、図５及び図６に例示されるように、追加的な構成要素を図９のコントローラに組み込むことを必要とする場合がある。一次モデルによって十分に表されるプロセスに関しては、全般的に、ＰＩ（またはＰＩＤ）コントローラのリセット時間を決定するために、プロセス時定数を使用することができる。より具体的には、リセット時間がプロセス時定数に等しく設定された場合、リセット寄与は、全般的に、経時的に制御ルーチン３００が予想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９に例示される実施例において、リセット寄与は、プロセス時定数と同じ時定数を有する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することができる。他のモデルを使用することができるが、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想される応答を決定するための好都合な機構を提供する。ＰＩＤ制御を必要とするプロセスの場合、ＰＩＤ出力に対する、レートとしても知られる微分寄与は、新しい測定値を受信したときにだけ再計算し、更新することもできる。そのような事例において、微分算出は、最後の新しい測定以来の経過時間を使用することができる。プロセス測定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することができるが、設定点変化に応答してロバストな制御を提供するために図９のフィルタリング技法を使用することができる、コントローラの一実施例が、図１０と併せて下で説明される。
【００８４】
具体的には、図１０は、代替のコントローラ（または制御要素）４００を描写するが、微分またはレート寄与成分がコントローラ４００に組み込まれる点で、図９において上で説明されるコントローラ３００と異なる。微分寄与を組み込むことによって、コントローラ４００によって実施される制御ルーチンは、いくつかの事例において、比例−積分−微分（ＰＩＤ）制御スキームが実施されるように、追加的なフィードバック機構を含む。
【００８５】
図１０の制御ルーチンまたは技法は、図７及び図８のシステムと関連して上で説明される様式に類似する様式で構成される微分寄与を含み、プロセス変数測定値の低速の、非周期的な、または別様には利用できない更新に適応する。微分寄与は、最後の測定値更新以来の経過時間に基づいて再構成することができる。この様式で、微分寄与（及び結果として生じる出力信号）のスパイクが回避される。より具体的には、図１０のシステムにおける微分寄与は、微分ブロック４３２によって決定され、該微分ブロックは、比例及び積分寄与専用の要素と並列にゲインブロック３１０から（比例ゲインＫｐを乗じた）誤差信号を受信し、微分制御成分ＯＤを生成するように動作し、該微分制御成分は、次いで変化ブロック４３３に提供される。変化ブロック４３３は、最後のコントローラ繰り返し以来の微分制御成分ＯＤの変化を決定し、この変化を加算器４３４に提供し、該加算器は、この微分制御成分の変化を加算器３１２の出力に合計するか、または加えて、制御信号の変化を生成する。この事例において、積分寄与算出経路の加算器３２２は、加算器４３４の出力に接続される。しかしながら、図９にも例示される図１０の構成要素は、図９に関して説明されるような様式で動作する。ここで、微分ブロック４３２は、（コントローラでプロセス変数測定値の新しい値を受信したことを示す）新しい値フラグをそこで受信するコントローラ繰り返し中にだけ、新しい微分成分ＯＤを算出するようにだけ動作することが分かるであろう。この動作は、実際には、コントローラ４００で新しいプロセス変数測定値を受信しない間の、またはそのときの全てのコントローラ繰り返しに対して、変化ブロック４３４の出力をゼロに保つ。
【００８６】
信頼できない伝送及び、より全般的には、測定値更新の利用不能に適応するために、微分寄与ＯＤは、通信スタック３８０からの新しい値フラグによって示されるように、測定値更新を受信するまで、最後に決定された値に維持される。この技法は、制御ルーチンが、制御ルーチンの通常の、または確立された実行レートに従って周期的実行を続けることを可能にする。更新された測定値を受信すると、図１０に例示されるように、微分ブロック４３２は、以下の式に従って微分寄与を決定することができる。
【数６】
2017076392.tif 000008
【００８７】
当然、所望であれば、微分成分算出ブロック４３２は、誤差信号を受信するために、加算器３０８の出力に直接接続することができ、微分ゲイン項ＫＤは、比例ゲインＫＰを有する微分ゲインを組み込むように設定することができる。微分寄与を決定するためのこの技法によって、プロセス変数（すなわち、制御入力）に対する測定値更新を、出力スパイクを生成することなく、１つ以上の実行連続期間にわたって喪失する、または利用できないようにすることができ、これは、バンプレスな復旧を可能にする。通信が再確立されたときに、またはコントローラで新しいプロセス変数測定値を受信したときに、微分寄与式の項（ｅＮ−ｅＮ−１）は、微分寄与の標準的な算出において発生させた値と同じ値を発生させることができる。しかしながら、標準的なＰＩＤ技法の場合、微分寄与を決定する際の除数は、実行期間である。対照的に、本制御技法は、２つの成功裏に受信した測定値の間の経過時間を利用する。実行期間よりも長い経過時間を使用することで、制御技法は、標準ＰＩＤ技法よりも小さい微分寄与を生成し、また、スパイキングが低減される。
【００８８】
経過時間の決定を容易にするために、通信スタック８０は、図１０に示されるように、上で説明される新しい値フラグを微分ブロック４３２に提供することができる。代替の実施例は、その値に基づいて、新しい測定値または更新の検出を含むこと、または関与させることができる。また、プロセス測定値を、比例または微分成分の算出において誤差の代わりに使用することができる。より全般的には、通信スタック３８０は、プロセス３０１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などを含む、プロセス３０１との通信インターフェースを実施するために、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（またはそれらの任意の組み合わせ）を含むこと、または関与させることができる。しかしながら、図１０のコントローラ４００において、連続的に更新されるフィルタ３１６及びスイッチモジュール３１８は、設定点変化に応答してロバストな制御を提供するために、図９のコントローラ３００に関して上で説明されるものと同じように動作する。
【００８９】
本明細書で説明される制御方法、システム、及び技法の実践は、任意の１つの特定の無線アーキテクチャまたは通信プロトコルに限定されない。適切な例示的なアーキテクチャ及び通信サポートスキームは、２００５年６月１７日に出願された米国特許出願第１１／１５６，２１５号、名称「Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ｓｕｐｐｏｒｔ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」で説明されており、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。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実施されるが、各制御繰り返しに対するプロセス変数測定値を伴わない、任意の状況に十分適している。他の例示的な状況としては、サンプリングされた値が、例えばアナライザによって、または実験室サンプルを介して、不規則に提供されるか、または滅多に提供されない場合が挙げられる。
【００９０】
本制御技法の履行は、単一入力、単一出力のＰＩＤ制御ルーチン（ＰＩ及びＰＤルーチンを含む）とともに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及び／または多重出力制御スキーム、並びにカスケード型制御スキームに適用することができる。より全般的には、本制御技法はまた、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）などの他の制御信号に関与する、任意の閉ループモデルに基づく制御ルーチンの状況に適用することもできる。
【００９１】
図１１〜図１４は、本明細書で説明される制御ルーチンのシミュレーションされた動作の（具体的には、図１０の動作の）グラフィカルな描写を提供するものであり、プロセス応答時間が、制御されたプロセス変数測定値の更新の間の時間に類似するか、更にはそれよりも短い状況における本制御ルーチンの有効性を例示するために、標準的な速度の形態のＰＩＤ制御アルゴリズムを使用した従来技術のコントローラと比較している。図１１〜図１４のグラフは、オーバーライド制御などの他のタイプの制御を使用することができるが、一次制御だけを使用した、シミュレーションされた制御の実施例を例示する。全般的に言えば、図１１Ａ、図１２Ａ、図１３Ａ、及び図１４Ａのグラフの各々は、標準的な従来技術の速度に基づくＰＩＤ制御アルゴリズムの動作を例示するものであり、該アルゴリズムは、新しいプロセス変数測定値を各コントローラ繰り返し中に利用することができる有線フィードバック構成（その動作は、グラフの左側に例示される）、及び無線構成（その動作は、グラフの右側に例示される）の双方を使用する。しかしながら、図１１Ａ及び図１３Ａは、プロセス変数測定値の間のフィードバックレートまたは時間が８秒で、プロセス応答時間が８秒である制御状況を例示し、一方で、図１２Ａ及び図１４Ａは、プロセス変数測定値の間のフィードバックレートまたは時間が８秒で、プロセス応答時間が３秒である、従来技術のコントローラの動作を例示する。同様に、図１１及び図１２は、設定点変化に応答するコントローラ動作を例示し、一方で、図１３及び図１４は、外乱変化に応答するこれらの同じコントローラの動作を例示する。比較するために、図１１Ｂ、図１２Ｂ、図１３Ｂ、及び図１４Ｂのグラフは、それぞれ、図１１Ａ、図１２Ａ、図１３Ａ、及び図１４Ａと同じプロセス制御状況における、本明細書で説明される速度に基づくＰＩＤアルゴリズムの動作を例示する。
【００９２】
全般的に言えば、以下のパラメータは、図１１〜図１４に描写されるシミュレーションされた制御動作において使用したものであり、これらの試験は、上で説明されるように、有線及び無線入力に対して、並びに設定点の変化及び測定されていない外乱に対して行った。試験で使用する制御及びプロセスのシミュレーションは、以下のようにセットアップした。
８秒のプロセス応答に対する試験
一次プロセス（同じゲイン及び動力学）
プロセスゲイン＝１
プロセス時間定数＝８秒
プロセスむだ時間＝０秒
一次に対するＰＩＤの調整（ラムダ係数１．０）
比例ゲイン＝１
積分ゲイン＝７．５繰り返し／分
３秒のプロセス応答に対する試験
一次プロセス（同じゲイン及び動力学）
プロセスゲイン＝１
プロセス時間定数＝３秒
プロセスむだ時間＝０秒
一次に対するＰＩＤの調整（ラムダ係数１．０）
比例ゲイン＝１
積分ゲイン＝２０繰り返し／分
モジュール実行レート
全ての試験について０．５秒
無線通信更新レート
全ての試験について８秒周期
外乱入力
一次測定値にだけ影響
ゲイン＝１
【００９３】
図１１Ａ及び図１３Ａに例示されるように、従来技術の速度に基づくＰＩＤ制御アルゴリズムは、プロセス応答時間がプロセス変数測定値の間の間隔に等しい（どちらも８秒に設定される）有線構成及び無線構成の双方において、設定点変化（図１１Ａ）に応答して、及び外乱変化（図１３Ａ）に対して、多少は満足に動作している。しかしながら、図１１Ａ及び図１３Ａのグラフの円で囲んだ部分によって示されるように、この制御技法は、無線制御中の応答中に、弁位置に大幅な変動を引き起こす。図１１Ｂ及び図１３Ｂに例示されるように、本明細書で説明される制御技法は、これらの状況（図１１Ｂの設定点変化及び図１３Ｂの外乱変化）においていくらか良好に動作し、有線構成の動作に非常に類似している。
【００９４】
しかしながら、図１２Ａ及び図１４Ａに例示されるように、従来技術の速度に基づくＰＩＤコントローラは、プロセス応答時間が３秒で、プロセス変数更新レートが８秒であるときに、設定点変化及び外乱変化の双方に応答した無線制御中に、あまり十分に動作せず、実際に、不安定になる。しかしながら、図１２Ｂ及び図１４Ｂに例示されるように、現在の速度に基づく制御ルーチンは、それでも、これらの状況において非常に満足に動作し、プロセス変数測定の更新間隔時間が、プロセス応答時間よりも大きく（長く）、更には大幅に大きい（例えば、２〜４倍）ときに、現在説明されている制御ルーチンの有効性を例示している。
【００９５】
「フィールドデバイス」という用語は、本明細書において、いくつかのデバイスまたはデバイスの組み合わせ（すなわち、送信機／アクチュエータのハイブリッドなどの、複数の機能を提供するデバイス）、並びに制御システムにおいて機能を行う任意の他のデバイス（複数可）を含むように、広義に使用される。いずれにしても、フィールドデバイスは、例えば、入力デバイス（例えば、温度、圧力、流量などのプロセス制御パラメータを示すステータス、測定値、または他の信号を提供するセンサ及び機器などのデバイス）、並びにコントローラ及び／または弁、スイッチ、流れ制御デバイスなどの他のフィールドデバイスから受信したコマンドに応答してアクションを行う制御オペレータまたはアクチュエータを含むことができる。
【００９６】
本明細書で説明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した状態で実施または実行する、その一部を有することができることに留意されたい。その結果、制御ルーチンまたはモジュールは、所望に応じて、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）若しくは他のデバイス、または他の制御要素によって実施される一部分を有することができる。同様に、本明細書で説明される、プロセス制御システム内で実施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式をとることができる。そのような機能性を提供することに関与する任意のデバイスまたは要素は、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれに関連付けられるハードウェアが、プロセス制御システム内のコントローラ、フィールドデバイスに配置されるか、または任意の他のデバイス（またはデバイスの集合体）に配置されるかにかかわらず、本明細書では、一般に、「制御要素」と称されることがある。制御モジュールは、例えば、任意のコンピュータ読み出し可能な媒体に記憶されるルーチン、ブロック、またはそ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一部分とすることができる。そのような制御モジュール、制御ルーチン、またはその任意の一部分（例えば、ブロック）は、本明細書で全般的に制御要素と称される、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施または実行することができる。モジュールとするか、またはサブルーチン、サブルーチンの一部（一連のコードなど）などの制御手順の任意の一部とすることができる制御ルーチンは、オブジェクト指向プログラミングを使用して、またはラダーロジック、シーケンシャル機能チャート、機能ブロック図を使用して、または任意の他のソフトウェアプログラム言語若しくは設計パラダイムを使用して、任意の所望のソフトウェアフォーマットで実施することができる。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要素若しくはファームウェア要素にハードコードすることができる。なお更に、制御ルーチンは、グラフィカル設計ツール、または任意の他のタイプのソフトウェア／ハードウェア／ファームウェアプログラミング若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することができる。したがって、コントローラ１１は、制御ストラテジまたは制御ルーチンを任意の所望の様式で実施するように構成することができる。
【００９７】
代替的にまたは追加的に、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記憶し、それらによって実施することができるが、それは、システムがフィールドバスデバイスを利用する場合であり得る。制御システムの説明は、機能ブロック制御ストラテジを使用して本明細書で提供されるが、制御技法及びシステムはまた、ラダーロジック、シーケンシャル機能チャートなどの他の規則を使用しても、または任意の他の所望のプログラム言語またはパラダイムを使用しても、実施または設計することができる。
【００９８】
実施するときに、本明細書で説明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、コンピュータ若しくはプロセッサのＲＡＭ若しくはＲＯＭなどの、任意のコンピュータ読み出し可能なメモリに記憶することができる。同様に、このソフトウェアは、例えば、コンピュータ読み出し可能なディスク若しくは他の可搬型コンピュータ記憶機構、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、若しくはワイドエリアネットワークなどの通信チャネルを含む、任意の既知の、または所望の配信方法を使用して、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配信することができる（配信は、可搬型記憶媒体を介して、かかるソフトウェアを提供することと同じであるか、または互換性があると見なされる）。更に、このソフトウェアは、変調若しくは暗号化を伴わずに直接提供することができ、または通信チャネルを通じて送信される前に、任意の適切な変調搬送波及び／または暗号化技術を使用して、変調及び／または暗号化することができる。
【００９９】
このように、本発明を例示することだけを意図し、限定することは意図せずに、本発明を具体的な実施例を参照しながら説明してきたが、当業者には、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、制御技法に変更、追加、または削除を行うことができることが明らかになるであろう。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【外国語明細書】
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