專利名稱：受控過(guò)程中的偏差的根本原因診斷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)過(guò)程控制和過(guò)程控制環(huán)，尤其是涉及這種過(guò)程控制環(huán)的診斷。
背景技術(shù)：
過(guò)程控制環(huán)用于加工工業(yè)例如煉油廠中，以便控制過(guò)程的操作。發(fā)送器(transmitter)是控制環(huán)的一個(gè)典型部分，并且位于現(xiàn)場(chǎng)，以便測(cè)量和發(fā)送如壓力、流量或溫度那樣的過(guò)程變量給控制室設(shè)備。如閥控制器之類的控制器也是過(guò)程控制環(huán)的一部分，它根據(jù)在控制環(huán)上接收的或在內(nèi)部產(chǎn)生的控制信號(hào)，控制閥的位置。其它的控制器控制例如電動(dòng)機(jī)或螺線管?？刂剖以O(shè)備也是過(guò)程控制環(huán)的一部分，以便控制室內(nèi)的操作者或計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)的發(fā)送器接收的過(guò)程變量監(jiān)測(cè)過(guò)程，以及作為響應(yīng)通過(guò)發(fā)送控制信號(hào)給適當(dāng)?shù)目刂圃O(shè)備來(lái)控制過(guò)程。另一種可能是控制環(huán)一部分的過(guò)程設(shè)備是能夠在過(guò)程控制環(huán)上監(jiān)測(cè)和發(fā)送信號(hào)的便攜式通信裝置。典型地，這些部分用于配置形成控制環(huán)的設(shè)備。
已有各種技術(shù)用于監(jiān)測(cè)過(guò)程控制環(huán)的操作以及診斷和識(shí)別控制環(huán)中的故障。然而，還期望例如通過(guò)識(shí)別系統(tǒng)中的作為過(guò)程操作偏差(aberration)來(lái)源的特殊設(shè)備或部件，來(lái)確定故障的來(lái)源或“根本原因(rootcause)”。這將向操作者提供關(guān)于過(guò)程中的哪個(gè)設(shè)備需要修理或替換的附加信息。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的各個(gè)方面，提供一種能夠確定工業(yè)過(guò)程中偏差的來(lái)源或“根本原因”的工業(yè)過(guò)程診斷設(shè)備。在本發(fā)明的一個(gè)方面，該設(shè)備包括多個(gè)過(guò)程配置模型，每個(gè)模型與工業(yè)過(guò)程的物理(或?qū)嶋H)實(shí)現(xiàn)相關(guān)?？梢赃x擇多個(gè)模型之一，并且可以利用選擇的模型以及與過(guò)程相關(guān)的至少一個(gè)過(guò)程信號(hào)來(lái)執(zhí)行診斷。根據(jù)診斷，確定偏差的根本原因。


圖1所示的簡(jiǎn)圖顯示了一個(gè)包括發(fā)送器、控制器、手持通信裝置和控制室的過(guò)程控制環(huán)。
圖2所示的示意圖顯示了液位控制環(huán)的過(guò)程控制環(huán)模型。
圖3所示的示意圖顯示了流速控制環(huán)的過(guò)程控制環(huán)模型。
圖4所示的框圖顯示了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的設(shè)備。
圖5所示的框圖顯示了圖4的一個(gè)硬件實(shí)現(xiàn)例子。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明可以用于工業(yè)過(guò)程，以便確定在過(guò)程中出現(xiàn)的偏差的“根本原因”。圖1所示的簡(jiǎn)圖顯示了用于控制過(guò)程液體流量的工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)2的例子，該控制系統(tǒng)2包括用于傳送過(guò)程液體的過(guò)程管道4以及用于傳送回路電流I的兩線過(guò)程控制環(huán)6。過(guò)程控制系統(tǒng)2包括以下部分發(fā)送器8；控制器10，其連接到控制環(huán)中的最終控制元件例如致動(dòng)器、閥、泵、電動(dòng)機(jī)或螺線管；通信裝置12；以及控制室14。如果在過(guò)程操作中出現(xiàn)了偏差，本發(fā)明可以用于確定觀察到的偏差的原因。
結(jié)構(gòu)中顯示的控制環(huán)6是用于說(shuō)明目的，可以使用任何合適的過(guò)程控制環(huán)，例如4-20mA環(huán)，2、3或4線環(huán)，多點(diǎn)環(huán)(multi-drop loop)，以及按照HART_、現(xiàn)場(chǎng)總線或者其它數(shù)字或模擬通信協(xié)議操作的環(huán)。在操作中，發(fā)送器8利用傳感器16檢測(cè)過(guò)程變量例如流量，并在環(huán)6上發(fā)送檢測(cè)到的過(guò)程變量?？梢酝ㄟ^(guò)控制器/閥致動(dòng)器10、通信裝置12和/或控制室設(shè)備14接收過(guò)程變量?？刂破?0與閥18連接，并且能夠通過(guò)調(diào)節(jié)閥18來(lái)控制過(guò)程，由此改變管道4中的流量。控制器10接收環(huán)6上的、來(lái)自例如控制室14、發(fā)送器8或通信裝置12的控制輸入，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)閥18。在另一個(gè)實(shí)施例中，控制器10根據(jù)在環(huán)6上接收的過(guò)程信號(hào)，在內(nèi)部產(chǎn)生控制信號(hào)。通信裝置12可以是圖1所示的便攜式通信裝置，或者是被固定安裝的、用于監(jiān)視過(guò)程和執(zhí)行計(jì)算的過(guò)程單元。過(guò)程設(shè)備包括，例如圖1所示的發(fā)送器8(例如可從Rosemount公司得到的3095發(fā)送器)、控制器10、通信裝置12以及控制室14。另一種過(guò)程設(shè)備是個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)、可編程邏輯單元(PLC)或其它計(jì)算機(jī)，它們利用合適的I/O電路連接到控制環(huán)，以允許在環(huán)上進(jìn)行監(jiān)測(cè)、管理和/或發(fā)送。
圖2所示的簡(jiǎn)圖50顯示了用于控制罐52中的液位的過(guò)程控制環(huán)50的圖形模型。如下所討論的，可以選擇并利用這種模型去診斷過(guò)程操作中偏差的根本原因。液位發(fā)送器54測(cè)量罐52中的液位，并提供一個(gè)基本過(guò)程變量(PV)給控制器56。圖2所示的控制器56是一個(gè)比例積分微分(PID)控制器，然而，控制器56可以是任何類型的控制器?？刂破?6還接收一個(gè)與罐52內(nèi)的期望液位相關(guān)的設(shè)定點(diǎn)(SP)?？刂破?6利用已知的控制算法，提供控制需求量(CD)輸出給閥58?？蛇x的閥位置傳感器60可以用于測(cè)量閥58的閥桿的實(shí)際位置。該特殊的示例模型的其它可選部件包括被配置用于把液體從罐52中抽出的泵62，被配置用于測(cè)量入口流速的發(fā)送器64，以及被配置用于測(cè)量出口流速的發(fā)送器66。如下所述，可以將模型和模型的可選部件存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并且可以通過(guò)操作者或其它選擇技術(shù)來(lái)選擇它們。在本發(fā)明的各個(gè)方面，存儲(chǔ)器可以位于連接到過(guò)程或可使用過(guò)程信號(hào)的任何設(shè)備，或者可以被該任何設(shè)備存取。
優(yōu)選地，在過(guò)程操作已經(jīng)穩(wěn)定并且處于穩(wěn)態(tài)模式之后，對(duì)過(guò)程控制系統(tǒng)執(zhí)行本發(fā)明的診斷。通過(guò)觀測(cè)過(guò)程信號(hào)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)保證這一點(diǎn)。對(duì)于每個(gè)過(guò)程信號(hào)(例如過(guò)程變量和控制信號(hào))，計(jì)算其一組N個(gè)測(cè)量的平均值(μ)和標(biāo)準(zhǔn)偏差(∑)，平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算如下μ=1NΣi=1NXi---(1)]]>σ=1N-1Σi=1N(Xi-μ)2----(2)]]>點(diǎn)數(shù)N取決于信號(hào)的持續(xù)時(shí)間和采樣率。在公式(1)和(2)中，Xi是在采樣號(hào)i處取的過(guò)程信號(hào)值。最初，10分鐘的采樣周期可以和每秒一個(gè)樣本的采樣率一起使用。在一個(gè)例子中，如果過(guò)程平均值為100英寸水(inH2O)(標(biāo)準(zhǔn)偏差為1inH2O)，并且隨后的過(guò)程平均值在97inH2O與103inH2O之間，則判定控制環(huán)正工作在穩(wěn)態(tài)模式。與啟動(dòng)診斷之前進(jìn)行過(guò)程穩(wěn)定性判斷相關(guān)的一個(gè)專利是2000年9月12日授權(quán)的美國(guó)專利No.6,119,047，其在此整個(gè)被引入作為參考。
一旦達(dá)到穩(wěn)態(tài)操作，還希望丟棄數(shù)據(jù)瞬變或尖峰信號(hào)。一種識(shí)別這種數(shù)據(jù)的技術(shù)是連續(xù)地比較信號(hào)均值與信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)偏差。兩個(gè)連續(xù)數(shù)據(jù)塊的均值(μ1和μ2)之間的差應(yīng)該小于標(biāo)準(zhǔn)偏差除以樣本數(shù)N的平方根?？梢员硎救缦?amp;mu;1-σ1N≤μ2≤μ1+σ1N---(3)]]>其中μ是前一個(gè)數(shù)據(jù)塊的均值，μ2是當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的均值，N是數(shù)據(jù)塊中的點(diǎn)數(shù)，σ1是前一個(gè)數(shù)據(jù)塊的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
取決于可用于執(zhí)行診斷并且和模型一起使用的過(guò)程信號(hào)，可以確定不同的根本原因。例如，在圖2所示的過(guò)程模型的情況下，有三種不同的情況

表1在初始訓(xùn)練階段，在用戶可選的持續(xù)時(shí)間例如20分鐘內(nèi)獲取所有的過(guò)程信號(hào)。計(jì)算信號(hào)的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。重復(fù)該訓(xùn)練階段，直到過(guò)程進(jìn)入穩(wěn)態(tài)為止。一旦過(guò)程處于穩(wěn)態(tài)，就存儲(chǔ)每個(gè)過(guò)程信號(hào)的均值(μt)和標(biāo)準(zhǔn)偏差(σt)的訓(xùn)練值(即“標(biāo)稱值”)。
另外，在確定根本原因故障之前，可以估計(jì)單個(gè)過(guò)程信號(hào)，以確保過(guò)程正在正確地操作。例如，可以計(jì)算基本過(guò)程變量(PV)。在圖2說(shuō)明的液位的情況下

表2其中PV_RANGE是液位的范圍(最大值和最小值)?？梢栽谂渲眠^(guò)程控制系統(tǒng)的時(shí)候?qū)V_RANGE值存儲(chǔ)在可以被過(guò)程控制系統(tǒng)存取的存儲(chǔ)器中，或者可以由用戶輸入PV_RANGE。類似地，對(duì)于控制信號(hào)(CD)，可以確定以下的故障

表3在表3的例子中，設(shè)控制需求量是一個(gè)在0與100之間的百分?jǐn)?shù)。如果可以的話，可以對(duì)閥位置(VP)過(guò)程信號(hào)執(zhí)行類似的測(cè)試。
在監(jiān)測(cè)階段，對(duì)各種過(guò)程信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確定它們是經(jīng)歷了無(wú)變化(NC)、向上偏差(U)(均值信號(hào)大于訓(xùn)練均值)還是向下偏差(D)(均值信號(hào)小于訓(xùn)練均值)。如果μt-σtN≤μ≤μt+σtN---(4)]]>則判定NC狀態(tài)，其中μt為訓(xùn)練數(shù)據(jù)塊的均值，μ為當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的均值，N為數(shù)據(jù)塊中的點(diǎn)數(shù)，σt為訓(xùn)練數(shù)據(jù)塊的標(biāo)準(zhǔn)偏差，μt和∑t分別為在訓(xùn)練階段存儲(chǔ)的過(guò)程信號(hào)的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。N為樣本數(shù)，μ為過(guò)程信號(hào)的當(dāng)前均值。
如果
μ>μt+σtN---(5)]]>則判定向上偏差(U)狀態(tài)，其中μt為訓(xùn)練數(shù)據(jù)塊的均值，μ為當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的均值，N為數(shù)據(jù)塊中的點(diǎn)數(shù)，σt為訓(xùn)練數(shù)據(jù)塊的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
最后，如果μ<μt-σtN---(6)]]>則判定向下偏差(D)狀態(tài)，其中μt為訓(xùn)練數(shù)據(jù)塊的均值，μ為當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的均值，N為數(shù)據(jù)塊中的點(diǎn)數(shù)，σt為訓(xùn)練數(shù)據(jù)塊的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
取決于可得的過(guò)程信號(hào)的數(shù)量，可以確定不同的根本原因作為過(guò)程偏差的來(lái)源。例如，如果可以獲得設(shè)定點(diǎn)、基本過(guò)程變量和控制需求量過(guò)程信號(hào)，則可以確定液位傳感器漂移或閥相關(guān)問(wèn)題。表4給出了一個(gè)示例規(guī)則庫(kù)

表4如果可以獲得附加的過(guò)程信號(hào)—實(shí)際的閥位置(VP)，則可以更好地確定根本原因，如表5給出的規(guī)則庫(kù)所示

表5
最后，如果可以得到流入速率(IF)和流出速率(OF)過(guò)程信號(hào)，還有可能確定罐52是否存在泄漏，如表6給出的規(guī)則庫(kù)所示

表6如果過(guò)程信號(hào)的變化與表4、5和6中給出的任何規(guī)則都不匹配，則可提供一個(gè)未知的故障輸出。而且，如果包括泵62，或者過(guò)程50根據(jù)用于排干罐52的壓差進(jìn)行操作，這些規(guī)則適用。
圖3所示的簡(jiǎn)圖100顯示了用于控制流速的過(guò)程控制環(huán)的圖形模型。圖3說(shuō)明了另一個(gè)示例過(guò)程控制環(huán)。在圖3中，罐102(或者泵103或其它的差壓源)可以提供過(guò)程液體的流動(dòng)。發(fā)送器104檢測(cè)流速，并提供基本過(guò)程變量(流速)給控制器106。控制器106還接收一個(gè)設(shè)定點(diǎn)(SP)，并提供控制需求量(CD)信號(hào)給閥108。閥108可以可選地反向告知其實(shí)際的閥桿位置(VP)。附加的選項(xiàng)包括用于檢測(cè)過(guò)程壓力(PT)的壓力發(fā)送器110，以及用于檢測(cè)過(guò)剩流速(FT2)的過(guò)剩流量發(fā)送器112。
在操作中，在訓(xùn)練階段以一種類似于按照?qǐng)D2所述的方式，并且如以上公式(1)和(2)所給出的，來(lái)確定均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。然而，因?yàn)榱魉倏刂仆ǔｍ憫?yīng)得較快，因此可以使用更短的學(xué)習(xí)時(shí)間，例如兩分鐘。
取決于可得的不同過(guò)程信號(hào)的數(shù)量，可以確定許多不同的根本原因，如表7給出的規(guī)則庫(kù)所示

表7在確定根本原因之前，可以檢查基本故障。例如，使用表8中的規(guī)則庫(kù)

表8進(jìn)一步，可以如下確定閥的條件

表9利用附加的過(guò)程變量可以確定過(guò)程偏差的“根本原因”。當(dāng)可以獲得設(shè)定點(diǎn)、基本過(guò)程變量和控制需求量信號(hào)時(shí)，可以確定流量傳感器漂移或閥問(wèn)題作為過(guò)程偏差的根本原因，如下表10所示

表10如果可獲得附加的過(guò)程信號(hào)—實(shí)際的閥位置(VP)，則可以確定根本原因?yàn)榱髁總鞲衅髌苹蜷y問(wèn)題，如下表11所示

表11最后，如果過(guò)剩流量發(fā)送器用于測(cè)量第二(secondary)流速變量(FT2)，則還可以確定過(guò)程中的泄漏

表12圖4所示的框圖顯示了用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的過(guò)程設(shè)備100。過(guò)程設(shè)備100包括一個(gè)根本原因分析模塊102，該分析模塊102通過(guò)控制信號(hào)輸入104接收控制信號(hào)CD，通過(guò)過(guò)程變量輸入106接收過(guò)程變量PV，以及通過(guò)設(shè)定點(diǎn)輸入108接收設(shè)定點(diǎn)SP。取決于可獲得的附加過(guò)程信號(hào)的數(shù)量，可以通過(guò)其它的輸入例如過(guò)程信號(hào)輸入110、111等，接收附加過(guò)程信號(hào)(PS1，PS2...)。
根本原因分析模塊102還連接到多種過(guò)程配置模型112。模型112可以被存儲(chǔ)在例如系統(tǒng)存儲(chǔ)器中。在所說(shuō)明的實(shí)施例中，共有X個(gè)與可能的過(guò)程控制配置對(duì)應(yīng)的不同模型。在該實(shí)施例中，每個(gè)模型都包括用于提供過(guò)程的圖解說(shuō)明的圖形模型GM1，...GMX。這可用于提供圖形用戶界面，以方便操作者輸入配置數(shù)據(jù)。例如，圖形模型可以類似于圖2和圖3所示的圖。
每個(gè)過(guò)程模型可以接收任何數(shù)量的過(guò)程信號(hào)(PS1A、PS1B等等)。在圖2和圖3所示的特定例子中，有確定過(guò)程偏差所需的最少三個(gè)過(guò)程信號(hào)，分別為控制需求量CD、基本過(guò)程變量PV和設(shè)定點(diǎn)SP。在一個(gè)實(shí)施例中，與模型相關(guān)的過(guò)程信號(hào)是執(zhí)行根本原因分析所需的最少過(guò)程信號(hào)，或者是所希望的更多一些過(guò)程信號(hào)。
接下來(lái)，每個(gè)模型可以包含任何數(shù)量的可選過(guò)程信號(hào)(OP1A，OP1B...)。每個(gè)可選的過(guò)程信號(hào)對(duì)應(yīng)于通過(guò)輸入110、111等接收的過(guò)程信號(hào)(PS1，PS2...)。在圖2的例子中，閥位置VP、流入速率IF和流出速率OF是這種可選過(guò)程信號(hào)的例子。一些模型可以被配置成沒(méi)有附加的可選過(guò)程信號(hào)。
接下來(lái)，每種模型都包括任何數(shù)量的、用于根據(jù)接收的過(guò)程信號(hào)(所需的最少過(guò)程信號(hào)PS1A、PS1B、...以及任何可選的過(guò)程信號(hào)OP1A、OP1B、...)確定根本原因的規(guī)則庫(kù)(RB1A、RB1B、...)。以上討論的表4、5、6、10、11和12中顯示了規(guī)則庫(kù)的例子。注意，本發(fā)明不限于上述的規(guī)則庫(kù)在執(zhí)行根本原因分析中的特殊應(yīng)用。在本發(fā)明一個(gè)方面，可以使用任何分析技術(shù)，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、其它規(guī)則庫(kù)、回歸學(xué)習(xí)、模糊邏輯以及其它已知的診斷技術(shù)或仍然有待發(fā)現(xiàn)的技術(shù)。對(duì)于在此給出的例子，有最少三個(gè)被接收的過(guò)程信號(hào)，分別為控制需求量CD信號(hào)、基本過(guò)程變量PV信號(hào)和設(shè)定點(diǎn)SP信號(hào)。然而，可以利用其它過(guò)程信號(hào)、更少的信號(hào)或不同信號(hào)組合，來(lái)執(zhí)行根本原因分析。
根本原因分析模塊102接收用于選擇多種模型112之一的模型選擇輸入116。模型選擇輸入116可以來(lái)自操作者或來(lái)自其它來(lái)源。模型選擇輸入116確定多種模型112之一，供根本原因分析模塊102隨后使用。另外，在一個(gè)例子中，可以選擇附加的可選過(guò)程(OP)信號(hào)與選擇的模型一起使用。如果使用了圖形用戶界面，則模型可以包括可被顯示在顯示輸出118上、并用于配置模型的圖形模型。例如，可以利用模型選擇輸入116把特殊的過(guò)程信號(hào)分配給過(guò)程信號(hào)(PS1A、PS1B、...)之一，或者與選擇的模型相關(guān)的可選過(guò)程信號(hào)(OP1A、OP1B、...)之一。可以以圖解形式說(shuō)明這種分配。
一旦選定了模型，就把模型規(guī)則庫(kù)使用的過(guò)程信號(hào)分配給從過(guò)程接收的實(shí)際過(guò)程信號(hào)。根本原因分析模塊102能夠利用任何期望的技術(shù)例如上述那些技術(shù)，執(zhí)行根本原因分析。根據(jù)根本原因分析，提供根本原因輸出120，作為在過(guò)程中發(fā)生的事件的偏差的根本原因的指示。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，圖5所示的框圖顯示了過(guò)程設(shè)備100的物理實(shí)現(xiàn)。在圖5所示的例子中，設(shè)備100通過(guò)輸入/輸出134連接到過(guò)程控制環(huán)132?？刂骗h(huán)132可以是例如圖1所示的兩線環(huán)或其它過(guò)程控制環(huán)。而且，連接不必是直接連接，而可以只是一個(gè)邏輯連接，在該邏輯連接中來(lái)自控制環(huán)的變量通過(guò)邏輯輸入/輸出134被接收。微處理器136連接到存儲(chǔ)器138和圖形用戶界面140。存儲(chǔ)器138可以用于存儲(chǔ)變量和編程指令，以及圖4所示的模型112。
圖形用戶界面140提供用于接收模型選擇輸入116的輸入，以及圖4的、供模型選擇和配置期間使用的顯示輸出118。微處理器136還可連接到一個(gè)可選數(shù)據(jù)庫(kù)142，該可選數(shù)據(jù)庫(kù)142可以包含與正被監(jiān)測(cè)的過(guò)程的配置和操作相關(guān)的信息。例如，許多過(guò)程控制或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含這種數(shù)據(jù)庫(kù)。一個(gè)例子是可以從Minnestor(明尼蘇達(dá))的Eden Prairie，Rosemount公司得到的AMS系統(tǒng)。
應(yīng)該理解，可以在任何過(guò)程設(shè)備例如圖1所示的發(fā)送器、控制器、手持通信裝置或控制室計(jì)算機(jī)中，實(shí)現(xiàn)根本原因過(guò)程設(shè)備100。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，過(guò)程設(shè)備100將在位于控制室內(nèi)或其它遠(yuǎn)處的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或PC上操作。過(guò)程控制環(huán)132將典型地包括某種類型的基于現(xiàn)場(chǎng)總線的環(huán)或多控制環(huán)。在這樣一種配置中，對(duì)于選擇的模型，過(guò)程設(shè)備100可以向連接到控制環(huán)的各種設(shè)備輪詢預(yù)期的過(guò)程信號(hào)。雖然顯示了圖形用戶界面140，但是可以利用任何選擇技術(shù)選擇模型，并且不必由操作員來(lái)選擇和配置模型。例如，根據(jù)通過(guò)其它技術(shù)提供的、存儲(chǔ)在另一個(gè)地方的配置信息，設(shè)備100可以接收合適的規(guī)則庫(kù)和任何模型選項(xiàng)。作為選擇，例如可以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)根本原因過(guò)程設(shè)備100，并駐留在發(fā)送器中。
如在此所使用的，過(guò)程變量典型地是在過(guò)程中正被控制的基本變量。如在此所使用的，過(guò)程變量表示任何描述過(guò)程狀態(tài)的變量，例如壓力、流量、溫度、產(chǎn)品級(jí)、pH、濁度、振動(dòng)、位置、電動(dòng)機(jī)電流以及其它任何過(guò)程特征等等?？刂菩盘?hào)表示任何用于控制過(guò)程的信號(hào)(除了過(guò)程變量之外)。例如，控制信號(hào)表示通過(guò)控制器調(diào)節(jié)的或用于控制過(guò)程的期望過(guò)程變量值(即設(shè)定點(diǎn))，例如期望的溫度、壓力、流量、產(chǎn)品級(jí)、pH或濁度等等。另外，控制信號(hào)表示校準(zhǔn)值、報(bào)警信號(hào)、報(bào)警條件、被提供給控制元件的信號(hào)例如被提供給閥致動(dòng)器的閥位置信號(hào)、被提供給加熱元件的能級(jí)，以及螺線管開(kāi)/關(guān)信號(hào)等等，或者其它任何與過(guò)程控制相關(guān)的信號(hào)。如在此所使用的診斷信號(hào)包括與過(guò)程控制環(huán)中的設(shè)備和元件的操作相關(guān)的信息，但是不包括過(guò)程變量或控制信號(hào)。例如，診斷信號(hào)包括閥桿位置、施加的扭矩或力、致動(dòng)器壓力、用于起動(dòng)閥的增壓氣體的壓力、電壓、電流、功率、電阻、電容、電感、設(shè)備溫度、靜摩擦、摩擦力、全開(kāi)和全關(guān)位置、行程、頻率、幅度、譜和譜分量、剛度、電場(chǎng)或磁場(chǎng)強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)(emf)、電動(dòng)機(jī)電流、環(huán)相關(guān)參數(shù)(例如控制環(huán)電阻、電壓或電流)，或者其它任何可以在系統(tǒng)中檢測(cè)或測(cè)量的參數(shù)。而且，過(guò)程信號(hào)表示任何與過(guò)程或過(guò)程中的元件相關(guān)的信號(hào)，例如過(guò)程變量、控制信號(hào)或診斷信號(hào)。過(guò)程設(shè)備包括任何形成過(guò)程控制環(huán)一部分或連接到過(guò)程控制環(huán)的設(shè)備，并且用于控制或監(jiān)測(cè)過(guò)程。
雖然已參照優(yōu)選實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的工作人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，可以不背離本發(fā)明的精神和范圍在形式和細(xì)節(jié)上改變本發(fā)明。雖然該說(shuō)明書(shū)中顯示了兩個(gè)示例過(guò)程和示例模型，但是本發(fā)明適用于其它過(guò)程配置，并且可以利用已知的技術(shù)或?qū)?lái)發(fā)現(xiàn)的技術(shù)來(lái)產(chǎn)生模型。另外，其它類型的規(guī)則庫(kù)或模型配置可以和本發(fā)明一起使用。本發(fā)明可以在一個(gè)獨(dú)立設(shè)備中被實(shí)現(xiàn)，或者可以是一個(gè)被添加到用于控制或監(jiān)測(cè)工業(yè)過(guò)程的軟件上的軟件模塊。在本發(fā)明一個(gè)方面，本發(fā)明包括用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)指令和/或存儲(chǔ)介質(zhì)。如在此所使用的，“過(guò)程模型”是過(guò)程的任何邏輯表示，并且不限于在此所述的特定例子?！案驹颉笔沁^(guò)程操作的變化或偏差的初始原因。其它可以被模擬的過(guò)程控制環(huán)包括，但是不限于，流量控制、液位控制、溫度控制等等，包括氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)或其它形式加工材料的調(diào)節(jié)器控制和級(jí)聯(lián)控制?？刂骗h(huán)的特定例子包括，例如利用差壓驅(qū)動(dòng)的閥的流量控制環(huán)，利用差壓驅(qū)動(dòng)的閥的液位控制環(huán)，對(duì)流量調(diào)節(jié)控制的溫度調(diào)節(jié)控制，對(duì)從動(dòng)閥式泵的液位調(diào)節(jié)控制，利用泵驅(qū)動(dòng)的閥的流量控制，對(duì)閥冷卻器冷凝器的液位調(diào)節(jié)控制，對(duì)流量調(diào)節(jié)控制級(jí)聯(lián)饋給的液位調(diào)節(jié)控制，對(duì)閥的液體溫度調(diào)節(jié)控制，對(duì)流量調(diào)節(jié)控制的液體溫度調(diào)節(jié)控制，利用差壓驅(qū)動(dòng)的閥的氣流控制，對(duì)閥的氣體溫度調(diào)節(jié)控制，對(duì)流量調(diào)節(jié)控制的氣體壓力調(diào)節(jié)控制，對(duì)流量調(diào)節(jié)控制級(jí)聯(lián)重沸器的液位調(diào)節(jié)控制，對(duì)閥的液體壓力調(diào)節(jié)控制，以及對(duì)閥重沸器的液位調(diào)節(jié)控制。受控的各種類型過(guò)程元件包括，例如鼓和罐、熱交換器、塔臺(tái)、蒸氣系統(tǒng)、冷凝器、鍋爐、反應(yīng)器，以及加熱器、壓縮機(jī)、燃油系統(tǒng)、渦輪機(jī)和廢氣處理系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)過(guò)程診斷設(shè)備，用于確定工業(yè)過(guò)程偏差的根本原因，該設(shè)備包括多個(gè)過(guò)程模型，每個(gè)模型與工業(yè)過(guò)程的物理實(shí)現(xiàn)相關(guān)；模型選擇輸入，其被配置成用于接收選擇的模型，該選擇的模型唯一確定過(guò)程模型之一；過(guò)程信號(hào)輸入，其被配置成用于接收與過(guò)程相關(guān)的多個(gè)過(guò)程信號(hào)；以及根本原因輸出，其指示過(guò)程偏差的根本原因，該根本原因輸出隨選擇的模型和過(guò)程信號(hào)而變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括模型選項(xiàng)輸入，該模型選項(xiàng)輸入被配置成用于接收與選擇的模型中的可選設(shè)備相關(guān)的模型選項(xiàng)，其中根本原因輸出還隨模型選項(xiàng)而變。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中模型選項(xiàng)包括過(guò)程信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中每個(gè)模型包括規(guī)則庫(kù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中規(guī)則庫(kù)提供過(guò)程信號(hào)與過(guò)程偏差的根本原因之間的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中每個(gè)模型包括多個(gè)規(guī)則庫(kù)，每個(gè)規(guī)則庫(kù)與過(guò)程信號(hào)的數(shù)量有關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該設(shè)備在個(gè)人計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中該設(shè)備在過(guò)程設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中過(guò)程設(shè)備包括發(fā)送器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中過(guò)程設(shè)備包括控制器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中模型包括用于提供過(guò)程的物理實(shí)現(xiàn)的圖解表示的圖形模型。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中多個(gè)過(guò)程信號(hào)包括基本過(guò)程變量(PV)、控制需求量(CD)信號(hào)以及設(shè)定點(diǎn)(SP)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中多個(gè)過(guò)程信號(hào)還包括指示被提供用于響應(yīng)控制需求量的實(shí)際控制值的過(guò)程信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中多個(gè)過(guò)程信號(hào)還包括過(guò)?；具^(guò)程變量。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中多種過(guò)程模型至少之一表示液位過(guò)程控制環(huán)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中多個(gè)過(guò)程模型至少之一表示過(guò)程液流控制環(huán)。
17.一種用于確定工業(yè)過(guò)程偏差的根本原因的工業(yè)過(guò)程診斷方法，該診斷方法包括從多個(gè)過(guò)程模型中選擇過(guò)程模型，每個(gè)模型與工業(yè)過(guò)程的物理實(shí)現(xiàn)相關(guān)，選擇的模型唯一確定過(guò)程模型之一；接收與過(guò)程相關(guān)的多個(gè)過(guò)程信號(hào)；以及確定指示過(guò)程偏差來(lái)源的根本原因，該確定隨選擇的模型和過(guò)程信號(hào)而變。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其包括接收與選擇的模型中的可選設(shè)備相關(guān)的模型選項(xiàng)，其中確定根本原因還隨模型選項(xiàng)而變。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中模型選項(xiàng)包括過(guò)程信號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中每個(gè)模型包括規(guī)則庫(kù)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中規(guī)則庫(kù)提供過(guò)程信號(hào)與過(guò)程偏差的根本原因之間的關(guān)系。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中每個(gè)模型包括多個(gè)規(guī)則庫(kù)，每個(gè)規(guī)則庫(kù)與過(guò)程信號(hào)的數(shù)量有關(guān)。
23.用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求17所述方法的個(gè)人計(jì)算機(jī)。
24用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求17所述方法的過(guò)程設(shè)備。
25.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中模型包括圖形模型，且該方法包括顯示過(guò)程的物理實(shí)現(xiàn)的圖解表示。
26.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中多個(gè)過(guò)程信號(hào)包括基本過(guò)程變量(PV)、控制需求(CD)量以及設(shè)定點(diǎn)(SP)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中多個(gè)過(guò)程信號(hào)還包括指示被提供用于響應(yīng)控制需求量的實(shí)際控制值的過(guò)程信號(hào)。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中多個(gè)過(guò)程信號(hào)還包括過(guò)?；具^(guò)程變量。
29.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中多個(gè)過(guò)程模型至少之一表示液位過(guò)程控制環(huán)。
30.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中多個(gè)過(guò)程模型至少之一表示過(guò)程液流控制環(huán)。
31.一種包含被配置成實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的計(jì)算機(jī)指令的存儲(chǔ)介質(zhì)。
32.一種工業(yè)過(guò)程診斷設(shè)備，用于確定工業(yè)過(guò)程偏差的根本原因，該設(shè)備包括用于存儲(chǔ)多個(gè)過(guò)程模型的裝置，每個(gè)過(guò)程模型與工業(yè)過(guò)程的物理實(shí)現(xiàn)相關(guān)；用于接收唯一確定過(guò)程模型之一的模型選擇輸入的裝置；用于接收與過(guò)程相關(guān)的多個(gè)過(guò)程信號(hào)的裝置；以及用于確定根本原因的裝置，該根本原因指示過(guò)程偏差的來(lái)源，并且隨選擇的模型和過(guò)程信號(hào)而變。
全文摘要
一種工業(yè)過(guò)程診斷設(shè)備(100)，可以確定工業(yè)過(guò)程偏差的根源或者“根本原因”。其中，設(shè)置了多個(gè)配置模型(112)，每個(gè)配置模型都表示一個(gè)工業(yè)過(guò)程的物理(實(shí)際)實(shí)現(xiàn)。選擇多個(gè)模型之一并且使用選擇的模型和至少一個(gè)與該過(guò)程相關(guān)的過(guò)程信號(hào)來(lái)進(jìn)行診斷。在上述診斷的基礎(chǔ)上確定偏差的根本原因。
文檔編號(hào)G05B21/02GK1564971SQ02819759
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2002年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月5日
發(fā)明者埃夫倫·埃爾于雷克, 卡迪爾·卡瓦克羅格魯 申請(qǐng)人:羅斯蒙德公司