專利名稱：用于檢測(cè)與控制回路的過(guò)程增益相關(guān)的異常狀況的系統(tǒng)和方法
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背景技術(shù)：
過(guò)程控制系統(tǒng)，例如那些用在化學(xué)、石油或者其他過(guò)程中的過(guò)程控制系統(tǒng)，通常包括一個(gè)或多個(gè)集中式或分布式過(guò)程控制器，這些過(guò)程控制器通過(guò)模擬總線、數(shù)字總線或者數(shù)?；旌峡偩€，與至少一個(gè)主機(jī)或者操作員工作站以及一個(gè)或者多個(gè)類似現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備這樣的過(guò)程控制和儀表設(shè)備以可通信方法耦合?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如可以是閥、閥控制器、開(kāi)關(guān)、變送器和傳感器(例如溫度傳感器、壓力傳感器以及流速傳感器)，安置在加工廠回路境中，并執(zhí)行過(guò)程中的各項(xiàng)功能，例如開(kāi)關(guān)閥、測(cè)量過(guò)程參數(shù)、增大或降低流體流動(dòng)等。智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如符合眾所周知的FOUNDATIONTM現(xiàn)場(chǎng)總線(下文中稱為“現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus)”)協(xié)議或者HART協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，還可以執(zhí)行控制計(jì)算、告警功能以及通常在過(guò)程控制器中實(shí)現(xiàn)的其他控制功能。
通常位于加工廠回路境中的過(guò)程控制器，接收表示由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備做出的或者與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相關(guān)的過(guò)程測(cè)量值或者過(guò)程變量的信號(hào)，和/或有關(guān)該現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的其他信息，并且執(zhí)行控制器應(yīng)用程序。舉例來(lái)說(shuō)，控制器應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)不同的控制模塊，這些控制模塊做出控制決策、基于收到的信息產(chǎn)生控制信號(hào)，并與在HART和Fieldbus現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中執(zhí)行的控制模塊或控制塊協(xié)調(diào)一致。過(guò)程控制器中的控制模塊通過(guò)通信線路或者信號(hào)路徑向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)，從而控制過(guò)程的操作。
來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者過(guò)程控制器的信息通常也可以用于一個(gè)或更多其他硬件設(shè)備，例如操作員工作站、維護(hù)工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備、數(shù)據(jù)歷史庫(kù)、報(bào)告生成器以及中央數(shù)據(jù)庫(kù)等等，以使得操作員或者維護(hù)人員可以執(zhí)行所需要的關(guān)于該過(guò)程的功能，例如改變過(guò)程控制例行程序的設(shè)置，修改過(guò)程控制器或者智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中控制模塊的操作，查看該過(guò)程的當(dāng)前狀態(tài)或者加工廠中特定設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，查看現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和過(guò)程控制器產(chǎn)生的警報(bào)，為了培訓(xùn)人員或者測(cè)試過(guò)程控制軟件而對(duì)過(guò)程操作進(jìn)行仿真，以及診斷加工廠中的問(wèn)題或者硬件故障等等。
雖然典型的加工廠包括眾多連接到一個(gè)或多個(gè)過(guò)程控制器的控制和儀表設(shè)備，例如閥、變送器、傳感器等等，但是同時(shí)還存在許多過(guò)程操作所必需的或者相關(guān)的其他支持設(shè)備。舉例來(lái)說(shuō)，這些附加設(shè)備包括放置在典型工廠內(nèi)的眾多位置的供電裝置、發(fā)電和配電裝置、諸如渦輪和馬達(dá)等的旋轉(zhuǎn)裝置等等。雖然這些附加裝置并不一定產(chǎn)生或者使用過(guò)程變量，并且在多數(shù)情況下，也不會(huì)為了影響過(guò)程操作而受過(guò)程控制器控制甚或與其耦合，但是這些裝置對(duì)于正確的過(guò)程操作而言是重要的，并且歸根結(jié)底是必需的。
眾所周知，加工廠回路境中時(shí)常出現(xiàn)問(wèn)題，特別是對(duì)于擁有大量現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和支持設(shè)備的加工廠而言。這些問(wèn)題的形式可以是設(shè)備受損或者故障、諸如軟件例行程序這樣的邏輯元件處于不當(dāng)模式、過(guò)程控制回路被不正確的調(diào)諧以及加工廠的設(shè)備之間的一個(gè)或者多個(gè)通信故障等等。大量這樣或那樣的故障導(dǎo)致過(guò)程操作進(jìn)入異常狀態(tài)(例如，加工廠處于異常狀況)，這些異常狀態(tài)通常與加工廠的非最佳性能有關(guān)。已經(jīng)有許多診斷工具和應(yīng)用程序被開(kāi)發(fā)出來(lái)，用于在一旦出現(xiàn)并且檢測(cè)到問(wèn)題時(shí)，檢測(cè)和確定加工廠中問(wèn)題的原因，并且?guī)椭僮鲉T或者維護(hù)人員對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行診斷和糾正。例如，典型地通過(guò)例如有線或者無(wú)線總線、以太網(wǎng)、調(diào)制解調(diào)器、電話線這樣的通信連接與過(guò)程控制器相連的操作員工作站，具有用于運(yùn)行軟件或者固件的處理器和內(nèi)存，例如由愛(ài)默生過(guò)程管理(Emerson Process Management)出售的具有大量控制模塊和控制回路診斷工具的DeltaVTM和Ovation控制系統(tǒng)。類似的，通過(guò)與控制器應(yīng)用程序相同的通信連接，或者通過(guò)不同的通信連接例如OPC連接、手持連接等等，與例如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備這樣的過(guò)程控制設(shè)備相連的維護(hù)工作站，通常包括一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序用以查看由加工廠里的維護(hù)警報(bào)或者告警，測(cè)試加工廠里的設(shè)備以及對(duì)加工廠里的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和其他設(shè)備進(jìn)行維護(hù)活動(dòng)。類似的診斷應(yīng)用程序已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)用以對(duì)加工廠中支持設(shè)備的問(wèn)題進(jìn)行診斷。
這樣，舉例來(lái)說(shuō)，由愛(ài)默生過(guò)程管理出售的資產(chǎn)管理解決方案(AMSTM)應(yīng)用程序(其中的至少一部分由專利號(hào)為5,960,214、標(biāo)題為“用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理系統(tǒng)的集成通信網(wǎng)絡(luò)”的美國(guó)專利所公開(kāi))，可以與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信并且保存與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)從而確定和跟蹤現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作狀態(tài)。在一些情況下，AMSTM應(yīng)用程序可以用來(lái)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信，以改變現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的參數(shù)，讓現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自行運(yùn)行自校準(zhǔn)例行程序或者自診斷例行程序這樣的應(yīng)用程序，獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)或健壯性信息，等等。舉例來(lái)說(shuō)，這些信息可以包括狀態(tài)信息(例如，是否發(fā)生了警報(bào)或者其他類似事件)、設(shè)備配置信息(例如，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備當(dāng)前所處的或者可以被配置成的方式以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所用的測(cè)量單元的類型)、設(shè)備參數(shù)(例如，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備范圍值和其他參數(shù))，等等。當(dāng)然，這些信息可以由維護(hù)人員用于監(jiān)控、維護(hù)、和/或診斷現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的問(wèn)題。
類似的，許多加工廠包括裝置監(jiān)控和診斷應(yīng)用程序，例如由CSI系統(tǒng)提供的RBMware，或者其他已知的用于監(jiān)控、診斷以及優(yōu)化各種旋轉(zhuǎn)裝置運(yùn)行狀態(tài)的應(yīng)用程序。維護(hù)人員通常利用這些應(yīng)用程序來(lái)維護(hù)和檢查工廠中的旋轉(zhuǎn)裝置的性能，來(lái)確定旋轉(zhuǎn)裝置的問(wèn)題，以及來(lái)確定旋轉(zhuǎn)裝置是否和在什么時(shí)候需要修理或替換。類似的，許多加工廠包括電力控制和診斷應(yīng)用程序，例如由Liebert和ASCO公司提供的那些應(yīng)用程序，來(lái)控制和維護(hù)發(fā)電和配電裝置。已知的還有通過(guò)在加工廠中運(yùn)行控制優(yōu)化應(yīng)用程序，例如實(shí)時(shí)優(yōu)化器(RTO+)來(lái)優(yōu)化加工廠中的控制行為。這些優(yōu)化應(yīng)用程序通常使用復(fù)雜的算法和/或加工廠模型，來(lái)預(yù)測(cè)通過(guò)怎樣改變輸入可就某些所需優(yōu)化變量，例如效益，來(lái)優(yōu)化加工廠的操作。
這樣或者那樣的診斷和優(yōu)化應(yīng)用程序通常在系統(tǒng)級(jí)基礎(chǔ)上在一個(gè)或者多個(gè)操作員或者維護(hù)工作站上實(shí)現(xiàn)，并且可以向操作員或者維護(hù)人員提供關(guān)于加工廠或者加工廠內(nèi)的設(shè)備和裝置狀態(tài)的、預(yù)先配置的顯示。典型的顯示包括警報(bào)顯示，其接收由加工廠內(nèi)的過(guò)程控制器或者其他設(shè)備產(chǎn)生的警報(bào)；控制顯示，表示加工廠內(nèi)的過(guò)程控制器或者其他設(shè)備的操作狀態(tài)；維護(hù)顯示，表示加工廠內(nèi)設(shè)備的操作狀態(tài)，等等。類似的，這樣或者那樣的診斷應(yīng)用程序可以使得操作員或者維護(hù)人員能夠重新調(diào)整控制回路或者重置其他控制參數(shù)，從而在一臺(tái)或者多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上運(yùn)行測(cè)試以確定這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者其他裝置，或者在加工廠的設(shè)備和裝置上進(jìn)行其他的問(wèn)題檢測(cè)和糾正活動(dòng)。
雖然這些各種各樣的應(yīng)用程序和工具有助于識(shí)別和糾正加工廠里的問(wèn)題，但是這些診斷應(yīng)用程序通常被配置為只有在加工廠中已經(jīng)發(fā)生問(wèn)題后，也就是在工廠中已經(jīng)存在異常狀況后，才能起作用。不幸的是，在被這些工具檢測(cè)、識(shí)別和糾正之前，異常狀況可能已經(jīng)存在了一段時(shí)間，這導(dǎo)致在問(wèn)題被檢測(cè)、識(shí)別和糾正的時(shí)間段內(nèi)加工廠處于非最優(yōu)性能。在許多情況下，基于警報(bào)、告警或者加工廠的不良表現(xiàn)，控制操作員最先檢測(cè)到問(wèn)題的存在。操作員會(huì)將潛在的問(wèn)題告知維護(hù)人員。維護(hù)人員可能會(huì)檢測(cè)到實(shí)際問(wèn)題，也可能檢測(cè)不到，并且在實(shí)際運(yùn)行測(cè)試或者其他診斷程序之前可能需要更多的提示；或者需要執(zhí)行其他行為以識(shí)別實(shí)際問(wèn)題。一旦問(wèn)題被識(shí)別，維護(hù)人員可能會(huì)需要命令部分并且安排維護(hù)程序，所有這些都會(huì)導(dǎo)致在問(wèn)題發(fā)生和問(wèn)題得到糾正之間需要大量的時(shí)間，而在這段時(shí)間中，加工廠運(yùn)行在通常和工廠的非最優(yōu)操作聯(lián)系在一起的異常狀況中。
并且，許多加工廠可能都經(jīng)歷過(guò)在較短時(shí)間內(nèi)就對(duì)加工廠造成大量開(kāi)銷或者破壞的異常狀況。例如，一些異常狀況可能導(dǎo)致對(duì)裝置的顯著破壞，對(duì)原料的浪費(fèi)，或者加工廠內(nèi)的長(zhǎng)時(shí)間意外停工，即使這些異常狀況僅僅存在了很短時(shí)間。這樣，僅僅在工廠的問(wèn)題發(fā)生之后才檢測(cè)問(wèn)題，無(wú)論問(wèn)題被糾正得多快，都仍然可能導(dǎo)致加工廠里的重大浪費(fèi)或者破壞。結(jié)果是，首先需要的是盡力預(yù)防異常狀況出現(xiàn)，而不是僅僅在異常狀況出現(xiàn)后才努力對(duì)加工廠里的問(wèn)題進(jìn)行反應(yīng)和糾正。
一種可以用于收集數(shù)據(jù)從而讓用戶可以在加工廠內(nèi)的某些異常狀況實(shí)際出現(xiàn)之前就預(yù)測(cè)到這些異常狀況發(fā)生的技術(shù)，出于采取措施來(lái)在加工廠里的重大損失發(fā)生之前阻止所預(yù)測(cè)到的異常狀況的目的。該程序由序列號(hào)No.09/072,078，標(biāo)題為“根本原因診斷”的美國(guó)專利申請(qǐng)(部分基于序列號(hào)為No.08/623,569的美國(guó)專利申請(qǐng)，現(xiàn)No.6,017,143的美國(guó)專利)所公開(kāi)。這些申請(qǐng)所公開(kāi)的全文通過(guò)引用并入本文中。一般而言，這些技術(shù)在加工廠里的一些例如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備這樣的設(shè)備中的每一個(gè)中，放入統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集和處理塊或者統(tǒng)計(jì)處理監(jiān)控(SPM)塊。舉例來(lái)說(shuō)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集和處理塊收集例如過(guò)程變量數(shù)據(jù)，并且確定與所收集的數(shù)據(jù)相關(guān)的某些統(tǒng)計(jì)測(cè)量值，例如平均值、中值、標(biāo)準(zhǔn)差，等等。這些統(tǒng)計(jì)測(cè)量值可以發(fā)送給用戶，并且進(jìn)行分析以識(shí)別暗示在未來(lái)會(huì)發(fā)生已知的異常狀況的模式。一旦檢測(cè)到特定的可疑未來(lái)異常狀況，則采取措施以糾正潛在的問(wèn)題，從而首先避免異常狀況。
已經(jīng)開(kāi)發(fā)出其他的技術(shù)來(lái)監(jiān)控和檢測(cè)加工廠中的問(wèn)題。其中之一被稱為統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC)。SPC已經(jīng)用來(lái)監(jiān)控與過(guò)程相關(guān)的例如質(zhì)量變量這樣的變量，并且在檢測(cè)到質(zhì)量變量已經(jīng)偏離其統(tǒng)計(jì)常態(tài)的時(shí)候告知操作員。利用SPC，一個(gè)變量，例如關(guān)鍵質(zhì)量變量，的小樣本被用作生成該小樣本的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。該小樣本的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與對(duì)于于該變量的一個(gè)大的多的樣本的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比較。變量可以由實(shí)驗(yàn)室或者分析器生成，或者從數(shù)據(jù)歷史庫(kù)中檢索。當(dāng)小樣本的平均偏差或者標(biāo)準(zhǔn)偏差分別偏離大樣本的平均偏差或者標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到預(yù)定值時(shí)，生成SPC警報(bào)。SPC的目的在于避免根據(jù)小樣本的正常統(tǒng)計(jì)偏差進(jìn)行過(guò)程調(diào)整。小樣本的平均偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差的圖表可以在與操作控制臺(tái)隔離的控制臺(tái)中向操作員顯示。
其它對(duì)多個(gè)變量進(jìn)行分析的技術(shù)是被稱為多變量統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(MSPC)的技術(shù)。這種技術(shù)使用主要成分分析(PCA)和潛在結(jié)構(gòu)發(fā)射(PLS)這樣的算法，這些算法分析歷史數(shù)據(jù)以生成過(guò)程的統(tǒng)計(jì)模型。特別的，分析對(duì)應(yīng)于正常操作的變量的樣本和對(duì)應(yīng)于異常操作的變量的樣本，以創(chuàng)建模型來(lái)確定何時(shí)應(yīng)該生成警報(bào)。一旦模型被定義，與當(dāng)前過(guò)程對(duì)應(yīng)的變量可以提供給該模型，當(dāng)變量暗示存在異常操作時(shí)該模型生成警報(bào)。
在基于模型的性能監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)中，利用了將過(guò)程輸入關(guān)聯(lián)到過(guò)程輸出的模型，例如基于相關(guān)性的模型或者第一法則模型?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)部調(diào)諧常數(shù)或者偏置條件來(lái)將模型校準(zhǔn)到實(shí)際的工廠操作。模型可以用來(lái)預(yù)測(cè)過(guò)程什么時(shí)候進(jìn)入到異常區(qū)域，并且警告操作員采取行動(dòng)?？梢栽趯?shí)際的行為和預(yù)測(cè)行為相差很大，或者計(jì)算出的效率參數(shù)發(fā)生大的變化的時(shí)候生成警報(bào)。基于模型的性能監(jiān)控系統(tǒng)通常覆蓋小到單個(gè)單元操作(例如泵浦、壓縮機(jī)、加熱機(jī)或者塔等等)或者是構(gòu)成過(guò)程單元的組合操作(例如粗加工單元、流化床催化裂化單元(FCCU)或者重整器等)。
比例集分微分(PID)回路監(jiān)控系統(tǒng)(例如愛(ài)默生過(guò)程控制的DeltaVInspect，Matrikon的Loop Doctor以及Honeywell的Loop Scout)生成與控制回路相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。利用PID回路監(jiān)控系統(tǒng)，所生成的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)用于檢測(cè)控制回路的問(wèn)題，例如高變化性、受限控制操作、錯(cuò)誤的控制器模式以及劣質(zhì)輸入。同樣，PID回路調(diào)諧系統(tǒng)計(jì)算過(guò)程和控制器增益、時(shí)間常量以及調(diào)諧因子，并且用于檢測(cè)和糾正控制回路的問(wèn)題。
進(jìn)一步，已經(jīng)發(fā)展出用于分析各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備性能并檢測(cè)其問(wèn)題的技術(shù)。舉例來(lái)說(shuō)，在一種技術(shù)中，當(dāng)閥首次投入使用時(shí)抓取閥的“標(biāo)記”。例如，系統(tǒng)可以對(duì)閥從0到100％進(jìn)行沖擊，并且記錄下將閥進(jìn)行全循回路所需要的氣壓量。然后利用該“標(biāo)記”，對(duì)比標(biāo)記氣壓來(lái)監(jiān)控實(shí)際氣壓，并且在偏差過(guò)大時(shí)向維護(hù)技師告警。

發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)了用于監(jiān)控加工廠的控制回路的系統(tǒng)和方法。收集與控制回路相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)。收集到的過(guò)程增益數(shù)據(jù)用于確定預(yù)期過(guò)程增益行為。例如，確定用于給負(fù)載變量的給定值的過(guò)程變量期望值。另舉一例來(lái)說(shuō)，可以確定針對(duì)負(fù)載變量給定變化的過(guò)程變量期望變化。然后，在控制回路的操作中，監(jiān)控過(guò)程增益。如果所監(jiān)控的過(guò)程增益實(shí)質(zhì)上偏離期望行為，說(shuō)明可能存在與控制回路相關(guān)的異常狀況。例如，可以通過(guò)判斷過(guò)程變量是否處于置信區(qū)間之外，來(lái)判斷所監(jiān)控的過(guò)程增益是否實(shí)質(zhì)上偏離期望行為。再例如，可以通過(guò)判斷所計(jì)算的過(guò)程增益是否處于置信區(qū)間之外，來(lái)判斷所監(jiān)控的過(guò)程增益是否實(shí)質(zhì)上偏離期望行為。
在一些實(shí)現(xiàn)中，為加工廠里的多個(gè)相似的單元操作(例如，多個(gè)加熱器、多個(gè)分裂蒸餾塔、多個(gè)壓縮機(jī)等等)提供一組公共標(biāo)準(zhǔn)可能有所幫助，這些標(biāo)準(zhǔn)用于根據(jù)過(guò)程增益行為判斷是否存在異常狀況。然而，對(duì)于每個(gè)特定的單元操作，可以單獨(dú)確定期望過(guò)程增益行為。接下來(lái)，可以根據(jù)期望過(guò)程增益行為監(jiān)控單元操作的過(guò)程增益，同時(shí)可以根據(jù)該組公共標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢測(cè)異常狀況。


圖1是示例加工廠的方框圖，該加工廠具有包括一個(gè)或多個(gè)操作員和維護(hù)工作站、控制器、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和支持裝置的分布式控制和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)；圖2是圖1所示加工廠一部分的方框圖，示出了位于加工廠不同要素中的異常狀況預(yù)防系統(tǒng)的各種組成部分之間的通信互連；圖3是用于熱交換器的示例控制回路的方框圖；圖4是液位控制器的示例控制回路的方框圖；圖5是產(chǎn)生控制回路的過(guò)程增益數(shù)據(jù)的示例方法的流程圖；圖6是控制回路的過(guò)程增益數(shù)據(jù)的圖；圖7是可以用于產(chǎn)生控制回路的過(guò)程增益數(shù)據(jù)的示例子系統(tǒng)的方框圖；圖8是可以用于產(chǎn)生控制回路的過(guò)程增益數(shù)據(jù)的另一示例子系統(tǒng)的方框圖；圖9是期望的控制回路過(guò)程增益的圖；圖10是根據(jù)過(guò)程增益數(shù)據(jù)檢測(cè)或者預(yù)測(cè)異常狀況的示例方法的流程圖；
圖11是示出了在控制回路一個(gè)操作時(shí)間段內(nèi)各種過(guò)程值的圖；圖12是示出了在控制回路一個(gè)操作時(shí)間段內(nèi)過(guò)程增益的圖；圖13是示出了在控制回路一個(gè)操作時(shí)間段內(nèi)過(guò)程變量和過(guò)程增益的圖；圖14是可以用于根據(jù)過(guò)程增益數(shù)據(jù)檢測(cè)和/或預(yù)測(cè)異常狀況的示例子系統(tǒng)的方框圖；圖15是可以用于檢測(cè)過(guò)程增益中的基本偏差的示例子系統(tǒng)的方框圖；圖16是與加熱器的過(guò)程增益分析相關(guān)的示例屏幕顯示；圖17是與加熱器的過(guò)程增益分析相關(guān)的另一示例屏幕顯示；圖18是與加熱器的過(guò)程增益分析相關(guān)的再一示例屏幕顯示；圖19示出了與加熱器的過(guò)程增益分析相關(guān)的又一示例屏幕顯示；圖20示出了與壓縮機(jī)的過(guò)程增益分析相關(guān)的示例屏幕顯示；圖21示出了與桶的過(guò)程增益分析相關(guān)的示例屏幕顯示；圖22示出了與分裂蒸餾塔的過(guò)程增益分析相關(guān)的示例屏幕顯示；圖23示出了加熱器的多個(gè)通道出口溫度的標(biāo)記和置信區(qū)間；圖24示出了與壓縮機(jī)相關(guān)的多個(gè)過(guò)程變量的標(biāo)記和置信區(qū)間；圖25示出了加熱器一個(gè)操作時(shí)間段內(nèi)各種過(guò)程變量的曲線圖；以及圖26示出了加熱器一個(gè)操作時(shí)間段內(nèi)各種過(guò)程變量的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖1，可以實(shí)現(xiàn)異常狀況預(yù)防系統(tǒng)的示例性加工廠10，包括通過(guò)一個(gè)或多個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)與支持裝置互連的若干控制和維護(hù)系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，圖1的加工廠10包括一個(gè)或多個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)12和14。過(guò)程控制系統(tǒng)12可以是傳統(tǒng)的過(guò)程控制系統(tǒng)，例如PROVOX或者RS3系統(tǒng)，也可以是其他任何包括操作員接口12A的控制系統(tǒng)，該操作員接口12A依次耦合到控制器12B和輸入/輸出(I/O)卡12C，而I/O卡12C又耦合到各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如模擬和高速可尋址遠(yuǎn)程傳感器(HART)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15?？梢允欠植际竭^(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)程控制系統(tǒng)14，包括一個(gè)或多個(gè)通過(guò)例如以太網(wǎng)總線這樣的總線耦合到一個(gè)或多個(gè)分布式控制器14B的操作員接口14A。控制器14B可以是例如德克薩斯德州奧斯丁市愛(ài)默生過(guò)程控制所出售的DeltaVTM控制器，也可以是其他任何所需要類型的控制器?？刂破?4B通過(guò)I/O設(shè)備連接到一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備16，舉例來(lái)說(shuō)，這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以是HART或者Fieldbus現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，也可以是其他任何智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或非智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，包括例如那些采用PROFIBUS，WORLDFIP，Device-Net，AS-Interface和CAN協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。眾所周知，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備16可以向與過(guò)程變量以及其他設(shè)備信息相關(guān)的控制器14B提供模擬或數(shù)字信息。操作員接口14A可以存儲(chǔ)和運(yùn)行過(guò)程控制操作員可用的工具，來(lái)控制包括例如控制優(yōu)化器、診斷專家、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、調(diào)諧器這樣的過(guò)程操作。
進(jìn)一步，維護(hù)系統(tǒng)，例如執(zhí)行AMSTM應(yīng)用程序或者其他設(shè)備監(jiān)控和通信應(yīng)用程序的計(jì)算機(jī)，可連接到過(guò)程控制系統(tǒng)12和14或連接到其中的獨(dú)立設(shè)備來(lái)執(zhí)行維護(hù)和監(jiān)控活動(dòng)。例如，維護(hù)計(jì)算機(jī)18可通過(guò)任意所需的通信線路或者網(wǎng)絡(luò)(包括無(wú)線或者手持設(shè)備網(wǎng)絡(luò))連接到控制器12B和/或設(shè)備15，來(lái)與設(shè)備15通信，并且在某些情況下重新配置或者執(zhí)行設(shè)備15上的其他維護(hù)活動(dòng)。類似的，例如AMSTM這樣的維護(hù)應(yīng)用程序可以安裝在與分布式過(guò)程控制系統(tǒng)14相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)用戶接口14A上在之上運(yùn)行，來(lái)執(zhí)行維護(hù)和監(jiān)控功能，包括與設(shè)備16的操作狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)收集。
加工廠10還包括各種旋轉(zhuǎn)裝置20，例如渦輪、馬達(dá)等等，這些旋轉(zhuǎn)裝置通過(guò)一些永久性或者暫時(shí)性通信鏈路(例如總線、無(wú)線通信系統(tǒng)，或者連接到裝置20以進(jìn)行讀取然后被移除的手持設(shè)備)連接到維護(hù)計(jì)算機(jī)22。維護(hù)計(jì)算機(jī)22可以存儲(chǔ)和執(zhí)行已知的、由愛(ài)默生過(guò)程控制公司(CSI)提供的監(jiān)控和診斷應(yīng)用程序23，或者其他任何用于診斷、監(jiān)控和優(yōu)化旋轉(zhuǎn)裝置20的操作狀態(tài)的已知應(yīng)用程序。維護(hù)人員通常使用應(yīng)用程序23來(lái)維護(hù)和查看工廠10中的旋轉(zhuǎn)裝置20的性能，以確定旋轉(zhuǎn)裝置20的問(wèn)題，并確定是否以及何時(shí)需要修理或者更換旋轉(zhuǎn)裝置20。在一些情況下，外部顧問(wèn)或者服務(wù)組織可以臨時(shí)獲取或者測(cè)量關(guān)于裝置20的數(shù)據(jù)，并且利用這些數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)裝置20進(jìn)行分析以檢測(cè)問(wèn)題、不良性能或者其他影響裝置20的事件。在一些情況下，運(yùn)行分析的計(jì)算機(jī)可能未通過(guò)任何通信線路連接到系統(tǒng)10的其他部分，也可能只是臨時(shí)連接。
類似的，具有與工廠10相關(guān)的發(fā)電和配電裝置25的發(fā)電和配電系統(tǒng)24，通過(guò)例如總線連接到另一計(jì)算機(jī)26，該計(jì)算機(jī)運(yùn)行和查看工廠10內(nèi)的發(fā)電和配電裝置25。計(jì)算機(jī)26可以運(yùn)行已知的電力控制和診斷應(yīng)用程序27，例如由Liebert和ASCO或者其他公司提供的那些應(yīng)用程序來(lái)控制和維護(hù)發(fā)電和配電裝置25。此外，在一些情況下，外部顧問(wèn)或者服務(wù)組織可以使用服務(wù)應(yīng)用程序，該服務(wù)應(yīng)用程序臨時(shí)獲取或者測(cè)量關(guān)于裝置25的數(shù)據(jù)，并且利用這些數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)裝置25進(jìn)行分析以檢測(cè)問(wèn)題、不良性能或者其他影響裝置25的事件。在這些情況下，運(yùn)行分析的計(jì)算機(jī)(例如計(jì)算機(jī)26)可能未通過(guò)任何通信線路連接到系統(tǒng)10的其他部分，也可能只是臨時(shí)連接。
如圖1所示，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)30實(shí)現(xiàn)了異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35的至少一部分，具體地說(shuō)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)30存儲(chǔ)和實(shí)現(xiàn)配置和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序38、包括統(tǒng)計(jì)收集和處理塊的查看或接口應(yīng)用程序40、以及規(guī)則機(jī)開(kāi)發(fā)和執(zhí)行應(yīng)用程序42，并且此外，還存儲(chǔ)有統(tǒng)計(jì)過(guò)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)43，該數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了過(guò)程中的特定設(shè)備所產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，配置和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序38對(duì)若干統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集和分析塊(未在圖1中示出)進(jìn)行配置并與它們通信，來(lái)從這些塊中各個(gè)塊收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(或者在某些情況下，過(guò)程變量數(shù)據(jù))，以進(jìn)行異常狀況預(yù)防，這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集和分析塊位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15、16，控制器12B、14B，旋轉(zhuǎn)裝置20或者其支持計(jì)算機(jī)22，發(fā)電裝置25或者其支持計(jì)算機(jī)26以及加工廠10中的任何需要的設(shè)備和裝置中。配置和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序38可以通過(guò)硬布線總線45與工廠10中的各臺(tái)計(jì)算機(jī)或者設(shè)備以可通信方式相連，也可代之以通過(guò)其他任何所需的通信連接，包括無(wú)線連接、使用OPC的專用連接、例如依靠手持設(shè)備的斷續(xù)連接等等來(lái)收集數(shù)據(jù)。類似的，應(yīng)用程序38可以通過(guò)LAN或公共連接(例如互聯(lián)網(wǎng)、電話連接等等)(在圖1中表示為互聯(lián)網(wǎng)連接46)，通過(guò)由例如第三方服務(wù)提供者進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，來(lái)獲得與加工廠10中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和裝置相關(guān)的數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序38通?？梢詫⑺杉臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)43中。
一旦采集到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(或者過(guò)程變量數(shù)據(jù))，可以利用查看應(yīng)用程序40來(lái)以不同的方式處理這些數(shù)據(jù)和/或顯示所采集的或所處理的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(例如，那些存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)43中的)，從而使得用戶(例如維護(hù)人員)能夠更好的確定現(xiàn)存的或者預(yù)測(cè)將來(lái)可能發(fā)生的異常狀況，從而事先采取糾正行動(dòng)。這樣，術(shù)語(yǔ)“異常狀況預(yù)防”包括檢測(cè)處于早期階段的異常狀況，使得在需要采取更加嚴(yán)重和/或更加昂貴的行動(dòng)之前，和/或在異常狀況發(fā)展到更加嚴(yán)重和/或更加昂貴的情況之前，就可以采取糾正或者減輕行動(dòng)。作為簡(jiǎn)單的例子，對(duì)于閥問(wèn)題的早期檢測(cè)可以使得在整批(batch)被破壞或者在過(guò)程單元由于安全原因必須被關(guān)閉之前，就采取便宜的糾正行動(dòng)。規(guī)則機(jī)開(kāi)發(fā)和執(zhí)行應(yīng)用程序42可以使用一個(gè)或者多個(gè)存儲(chǔ)于其中的規(guī)則來(lái)分析所采集的數(shù)據(jù)，來(lái)確定加工廠中現(xiàn)存的異常狀況，或者預(yù)測(cè)未來(lái)將要發(fā)生的異常狀況。附帶的，規(guī)則機(jī)開(kāi)發(fā)和執(zhí)行應(yīng)用程序42可以使得操作員或者其他用戶創(chuàng)建其他待由規(guī)則機(jī)實(shí)施的規(guī)則，來(lái)檢測(cè)或者預(yù)測(cè)異常狀況。
圖2示出了圖1的示例加工廠的一部分50，以描述由異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35進(jìn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集所采用的一種方式。雖然圖2示出了異常狀況預(yù)防系統(tǒng)應(yīng)用程序38、40和42、數(shù)據(jù)庫(kù)43以及位于HART和Fieldbus現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)采集塊之間的通信，但是應(yīng)該理解類似的通信可以出現(xiàn)在異常狀況預(yù)防系統(tǒng)應(yīng)用程序38、40和42和加工廠10內(nèi)的其他設(shè)備和裝置(包括圖1所示的任何設(shè)備和裝置)之間。
圖2所示加工廠10的一部分50，包括具有一個(gè)或多個(gè)過(guò)程控制器60的分布式過(guò)程控制系統(tǒng)54，所述過(guò)程控制器通過(guò)輸入/輸出(I/O)卡或者設(shè)備68和70連接到一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66，所述I/O卡或者設(shè)備可以是符合任意所需通信或控制器協(xié)議的任意所需類型的I/O設(shè)備。盡管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64在圖中示為HART現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備66示為Fieldbus現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，但是這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以采用任何其他所需的通信協(xié)議。另外，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66可以是任意類型的設(shè)備，例如傳感器、閥、變送器、定位器等等，并且可以符合任何開(kāi)放的、私有的或者其他通信和編程協(xié)議，可以理解I/O設(shè)備68和70必須與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所采用的協(xié)議兼容。
在任何事件中，一個(gè)或多個(gè)可以由工廠人員(例如配置工程師、過(guò)程控制操作員、維護(hù)人員、工廠經(jīng)理、監(jiān)理等)訪問(wèn)的用戶接口或者計(jì)算機(jī)72和74(可以是任何類型的個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站等等)通過(guò)通信線路或總線76耦合到過(guò)程控制器60，所述通信線路或總線可以通過(guò)采用任何所需的硬布線或者無(wú)線通信結(jié)構(gòu)并采用任何所需的或者合適的例如以太網(wǎng)協(xié)議這樣的通信協(xié)議來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，數(shù)據(jù)庫(kù)78連接到通信總線76，作為數(shù)據(jù)歷史庫(kù)來(lái)采集和存儲(chǔ)配置信息和在線過(guò)程變量數(shù)據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及其他與加工廠10內(nèi)的過(guò)程控制器60和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66相關(guān)的數(shù)據(jù)。這樣，數(shù)據(jù)庫(kù)78可以作為配置數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)當(dāng)前配置，包括過(guò)程配置模塊、以及過(guò)程控制系統(tǒng)54的下載并存儲(chǔ)到過(guò)程控制器60和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66中的過(guò)程配置信息。類似的，數(shù)據(jù)庫(kù)78可以存儲(chǔ)歷史異常狀況預(yù)防數(shù)據(jù)，包括由加工廠10內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66采集的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，或者由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66采集的過(guò)程控制變量所確定的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
雖然過(guò)程控制器60、I/O設(shè)備68和70、和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66通常安裝并分布在有時(shí)惡劣的工廠回路境中，但是工作站70和74以及數(shù)據(jù)庫(kù)78通常安裝在控制室、維護(hù)室或者其他較為不惡劣的回路境中，可以被操作員、維護(hù)人員等方便的訪問(wèn)。
一般來(lái)說(shuō)，過(guò)程控制器60存儲(chǔ)并執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)控制器應(yīng)用程序，所述控制器應(yīng)用程序采用若干不同的、獨(dú)立執(zhí)行的控制模塊或塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的控制策略。每個(gè)控制模塊可以由通常稱為功能塊的組成，其中每個(gè)功能塊是整個(gè)控制例行程序的一部分或者一個(gè)子例行程序，并且與其他功能塊互相協(xié)作(通過(guò)稱為鏈路的通信)來(lái)實(shí)現(xiàn)加工廠10里的過(guò)程控制回路。眾所周知，可以是面向?qū)ο蟮木幊虆f(xié)議中的對(duì)象的功能塊，通常進(jìn)行下述功能中的一種輸入功能，例如那些與變送器、傳感器或者其他過(guò)程參數(shù)測(cè)量裝置相關(guān)的；控制功能，例如那些與執(zhí)行PDD控制、模糊邏輯控制相關(guān)的；或者輸出功能，控制類似閥這樣的設(shè)備的操作的，來(lái)執(zhí)行加工廠10內(nèi)的物理功能。當(dāng)然，也存在混合的和其他類型的復(fù)雜功能塊，例如模型預(yù)測(cè)控制器(MPC)，優(yōu)化器等等?？梢岳斫獾氖?，雖然Fieldbus協(xié)議和DeltaVTM系統(tǒng)協(xié)議采用在面向?qū)ο蟮木幊虆f(xié)議中所設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的控制模塊和功能塊，但是控制模塊可以采用任何所需的控制編程方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如順序功能塊、階梯邏輯等等，并且不限于采用功能塊或者其他任何特定的編程技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)，如圖2所示，維護(hù)工作站74包括處理器74A、存儲(chǔ)器74B和顯示設(shè)備74C。存儲(chǔ)器74B存儲(chǔ)參照?qǐng)D1討論過(guò)的異常狀況預(yù)防應(yīng)用程序38、40和42，其存儲(chǔ)方式為這些應(yīng)用程序可以在處理器74A上實(shí)現(xiàn)以通過(guò)顯示器74C(或者其他任何顯示設(shè)備，例如打印機(jī))向用戶提供信息。
并且，如圖2所示，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64或66中的一些(或者潛在的是所有)包括數(shù)據(jù)采集和處理塊80和82。雖然，為了進(jìn)行討論，塊80和82參考圖2描述為高級(jí)診斷塊(ADB)，所述高級(jí)診斷塊是已知的FOUNDATIONTMFieldbus功能塊，可以被加入到Fieldbus設(shè)備中來(lái)收集和處理Fieldbus設(shè)備的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；但是，塊80和82可以是或者包括任何其他類型的位于過(guò)程設(shè)備中的、采集設(shè)備數(shù)據(jù)并為該數(shù)據(jù)計(jì)算或確定一個(gè)或多個(gè)統(tǒng)計(jì)量或參數(shù)的塊或者模塊，無(wú)論這些塊是否位于Fieldbus設(shè)備中或者符合Fieldbus協(xié)議。雖然圖2中的塊80和82示出為一個(gè)位于設(shè)備64而另一個(gè)位于設(shè)備66中，但是這些或者類似的塊可以位于任意數(shù)目個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66中，也可以位于其他設(shè)備中，例如控制器60、I/O設(shè)備68、70或者圖1所示的任何設(shè)備中。并且，塊80和82也可以位于設(shè)備64和68的任何子集中。
一般來(lái)說(shuō)，塊80和82或者它們的子組件，采集所處設(shè)備中的數(shù)據(jù)，例如過(guò)程變量數(shù)據(jù)，并基于任何理由對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理或者分析。例如，圖示為與閥相關(guān)的塊80，可以包括阻塞閥檢測(cè)例行程序以分析閥過(guò)程變量數(shù)據(jù)來(lái)判斷閥是否處于阻塞狀態(tài)。另外，塊80包括一套四個(gè)統(tǒng)計(jì)過(guò)程監(jiān)控(SPM)塊或者單元SMP1到SMP4，可以采集閥中的過(guò)程變量或者其他數(shù)據(jù)，并且對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行一種或多種統(tǒng)計(jì)計(jì)算來(lái)確定所采集數(shù)據(jù)的例如均值、中值以及標(biāo)準(zhǔn)差等等。術(shù)語(yǔ)“統(tǒng)計(jì)過(guò)程監(jiān)控(SPM)塊”此處用于描述對(duì)至少一個(gè)過(guò)程變量或者其他過(guò)程參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的功能，并且可以由要采集數(shù)據(jù)的設(shè)備中甚至設(shè)備外的任何所需的軟件、固件或者硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢岳斫獾氖?，由于SPM通常位于要采集設(shè)備數(shù)據(jù)的設(shè)備中，所以SPM可以獲得數(shù)量上更多和質(zhì)量上更精確的過(guò)程變量數(shù)據(jù)。結(jié)果是，相對(duì)于位于要采集過(guò)程變量數(shù)據(jù)的設(shè)備之外的塊，SPM塊通?？梢源_定關(guān)于所采集的過(guò)程變量數(shù)據(jù)的更好的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。
作為另外一個(gè)例子，圖2中示出為與變送器相關(guān)的塊82，可以具有堵塞線路阻塞檢測(cè)單元，該單元分析變送器采集的過(guò)程變量數(shù)據(jù)來(lái)確定工廠內(nèi)的線路是否堵塞。并且，塊82包括一套四個(gè)統(tǒng)計(jì)過(guò)程監(jiān)控(SPM)塊或者單元SMP1到SMP4，它們可以采集變送器中的過(guò)程變量或者其他數(shù)據(jù)，并且對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行一種或多種統(tǒng)計(jì)計(jì)算來(lái)確定所采集數(shù)據(jù)的例如均值、中值或者標(biāo)準(zhǔn)差等等。如果需要，塊80和82的下層操作可以按照上面提到過(guò)的美國(guó)專利NO.6,017,143進(jìn)行或者實(shí)現(xiàn)。雖然塊82和82示出為各具有四個(gè)SPM塊，但是塊80和82可以在其中具有任意數(shù)目的SPM塊來(lái)采集和確定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。類似的，雖然示出示為包括用于檢測(cè)工廠10里的特定條件的檢測(cè)軟件，但是塊80和82不一定需要這樣的檢測(cè)軟件。更進(jìn)一步，雖然這里討論的SPM塊示出為ADB的子組件，但是SPM塊也可以代之以是設(shè)備內(nèi)的單獨(dú)塊。同樣，雖然此處討論的SPM塊可以是已知的FOUNDATIONTMFieldbus SPM塊，但是術(shù)語(yǔ)“統(tǒng)計(jì)過(guò)程監(jiān)控(SPM)塊”在此處用作表示任意類型的塊或組件，這些塊或組件收集象過(guò)程變量數(shù)據(jù)這樣的數(shù)據(jù)，并且對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一些統(tǒng)計(jì)處理以確定統(tǒng)計(jì)量，例如均值、標(biāo)準(zhǔn)差等。結(jié)果是，這個(gè)術(shù)語(yǔ)傾向于覆蓋執(zhí)行這種功能的軟件或固件或其他組件，不管這些組件是采取功能塊形式還是采取其他類型的模塊、程序、例行程序或者組件的形式，也不管這些組件是否符合FOUNDATIONTMFieldbus協(xié)議或者其他協(xié)議，例如Profibus，HART，CAN等協(xié)議.
術(shù)語(yǔ)“過(guò)程增益”可用于指代由與過(guò)程變量(PV)相關(guān)的負(fù)載變量(LV)的變化導(dǎo)致的過(guò)程變量的變化。例如，過(guò)程增益可以是由LV的0.1％的變化、1％的變化、5％的變化、10％的變化等等導(dǎo)致的PV最終恒穩(wěn)態(tài)變化。術(shù)語(yǔ)“過(guò)程增益”也表示當(dāng)LV取給定值時(shí)PV的恒穩(wěn)態(tài)比率。PV可以是到例如控制器(比如PID控制器)的輸入或者來(lái)自其的輸出。LV可以是與PV相關(guān)的一些其他過(guò)程變量，也可以是例如控制輸出(OP)。對(duì)于許多控制回路和控制器而言，實(shí)際的過(guò)程增益可以通過(guò)遍歷LV的范圍來(lái)預(yù)期。例如，閥線性化技術(shù)通常用于近似從閉到全開(kāi)的線性增益，從而使得PID算法(線性控制器)可以在閥的整個(gè)行程內(nèi)正確工作。一些控制器可能采用比例-集分-微分(PID)算法(線性控制器)來(lái)生成OP。例如，利用PID控制算法來(lái)控制在各種工業(yè)中的典型的連續(xù)過(guò)程或者批量過(guò)程，從而操作用于控制某些類型的過(guò)程流的閥。調(diào)諧典型的PID算法，使其對(duì)到該算法的PV輸入與定點(diǎn)(SP)或者目標(biāo)輸入的偏差作出響應(yīng)。
圖3示出了采用PID算法154的示例熱交換器控制回路150?？刂苹芈?50可以諸如圖1所示的加工廠10之類的加工廠中實(shí)現(xiàn)，和/或在諸如圖2所示的部分50之類的加工廠的一部分中實(shí)現(xiàn)。控制回路150包括具有多個(gè)輸入和輸出的熱交換器158?？刂苹芈?50還包括用于改變到熱交換器158的輸入的閥現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備162，和用于監(jiān)控?zé)峤粨Q器158的輸出的溫度的溫度傳感器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備166。
在示例控制回路150中，PID算法154響應(yīng)于PV輸入(溫度傳感器166的輸出)相對(duì)SP輸入的偏差，調(diào)整OP(其用于控制閥162)。參見(jiàn)圖2，PID算法可以用一個(gè)或多個(gè)例如控制器60、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備66實(shí)現(xiàn)。再參考圖3，PID算法154可以用一個(gè)或多個(gè)例如控制器(圖3未示出)、閥現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備162、溫度傳感器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備166或者其他圖3未示出的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在圖3的控制回路150中，過(guò)程增益可以是由PID算法154的控制OP的某些變化所導(dǎo)致的到PID算法154的PV輸入的最終恒穩(wěn)態(tài)變化。
控制回路的過(guò)程增益可以不必基于到PID算法的PV輸入。更確切的說(shuō)，過(guò)程增益可以基于控制回路中的其他PV。圖4示出了采用PID算法204的示例液位控制回路200。控制回路200可以諸如圖1所示的加工廠10之類的加工廠中實(shí)現(xiàn)，和/或在諸如圖2所示的部分50之類的加工廠的一部分中實(shí)現(xiàn)?？刂苹芈?00包括具有多個(gè)輸入和輸出的罐208?？刂苹芈?00還包括用于改變罐208的輸出的閥現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備212，和用于感知到罐208的流速的流速傳感器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備216。流速傳感器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備216可產(chǎn)生表示進(jìn)入到罐208的流速的過(guò)程變量(PV2)。控制回路200可以進(jìn)一步包括液位傳感器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備220來(lái)感知罐208的材料液位。
在示例控制回路200中，PID算法204響應(yīng)于過(guò)程變量輸入(PV1)(即液位傳感器220的輸出)與SP輸入的偏查來(lái)調(diào)整OP(其用于控制閥212)。參考圖2，PID算法可以由一個(gè)或多個(gè)例如控制器60、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備66實(shí)現(xiàn)。再參考圖4，PID算法204可以用一個(gè)或多個(gè)例如控制器(圖4未示出)、閥現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備212、流速傳感器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備216、液位傳感器現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備220或者其他圖4未示出的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在圖4的控制回路200中，過(guò)程增益可以確定為由PV2的某些變化所導(dǎo)致的OP的最終恒穩(wěn)態(tài)變化。過(guò)程變量PV2也可以稱為L(zhǎng)V。在本例中，OP是作為L(zhǎng)V的函數(shù)的獨(dú)立過(guò)程變量(PV)。
圖3和圖4所示的控制回路僅僅是控制回路的例子，在這些例子中可以應(yīng)用下面將要詳細(xì)描述的方法、系統(tǒng)和技術(shù)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解還可以使用許多其他類型的控制回路。
SPM塊可以用來(lái)產(chǎn)生與控制回路的過(guò)程增益相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。該統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)用于檢測(cè)、預(yù)測(cè)、預(yù)防和減輕與控制回路相關(guān)的異常狀況。舉例來(lái)說(shuō)，可基于由SPM塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生的、與控制回路相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以例如與針對(duì)給定OP或者LV的期望PV相比較，與針對(duì)給定PV或者LV的期望OP相比較，與針對(duì)OP或者LV的給定變化的PV期望變化相比較、與針對(duì)PV或者LV的給定變化的OP期望變化相比較等等。許多其他類型的與控制回路相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)同樣可以利用SPM塊生成，并且也可以與不同類型的數(shù)據(jù)相比較。這些利用SPM塊生成的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可用于檢測(cè)、預(yù)測(cè)、預(yù)防和減輕異常狀況。例如，如果實(shí)際的PV或者PV的實(shí)際變化分別偏離期望PV或者PV的期望變化達(dá)到一定程度或者數(shù)量，就產(chǎn)生告警或者警報(bào)，執(zhí)行進(jìn)一步的分析，調(diào)整控制參數(shù)，等等。
一種可以用來(lái)確定與控制回路的過(guò)程增益相關(guān)的數(shù)據(jù)的技術(shù)包括在整個(gè)操作區(qū)域內(nèi)操作控制回路，收集與過(guò)程增益相關(guān)的數(shù)據(jù)點(diǎn)。舉例來(lái)說(shuō)，在包括閥的控制回路中，改變OP信號(hào)將閥從全閉位置到全開(kāi)位置(反之亦然)進(jìn)行循回路，從而采集PV數(shù)據(jù)。然后，所采集的數(shù)據(jù)被用來(lái)產(chǎn)生針對(duì)不同OP值的期望PV值。僅僅作為一個(gè)例子，各種合適的算法中(例如，最小二乘算法)的任何一種，可以用來(lái)擬合針對(duì)不同OP值的實(shí)際PV值的采集數(shù)據(jù)的曲線?？刂苹芈分嗅槍?duì)給定OP值的期望PV值(反之亦然)可以稱之為控制回路的標(biāo)記(signature)。
圖5是可以用來(lái)生成控制回路的過(guò)程增益數(shù)據(jù)的示例方法300的流程圖。將參考圖6描述示例方法300。在塊304中，控制回路被設(shè)置為這樣一種模式在控制回路的不同操作段以及在某些時(shí)間段，對(duì)PV和LV數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。該操作模式可以稱為“學(xué)習(xí)模式”，并且可以在例如啟動(dòng)或者其他合適時(shí)間進(jìn)行。在塊308中，PV和LV數(shù)據(jù)在學(xué)習(xí)階段被采集。圖6示出示例圖表318，該圖表顯示了在學(xué)習(xí)模式采集的、針對(duì)圖3所示的控制回路那樣的控制回路的PV和LV數(shù)據(jù)。每個(gè)點(diǎn)320表示所采集到的PV、LV數(shù)據(jù)對(duì)。
參考圖5，在塊312中，可以根據(jù)在塊308中所采集的數(shù)據(jù)生成回路的標(biāo)記。僅僅作為一個(gè)例子，可以用各種合適算法中的任何一種來(lái)對(duì)在回路的操作范圍內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)擬合出曲線。所擬合出的曲線包括回路在操作范圍內(nèi)的標(biāo)記。在示例曲線圖318中，采用最小二乘算法將曲線322擬合到所采集的數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，其他曲線擬合技術(shù)也可以被采用。
在塊316中可為所述標(biāo)記生成置信區(qū)間。例如，所產(chǎn)生的置信區(qū)間可以是表示例如95％的置信水平。也可使用例如90％、99％、99.9％等等的其他置信水平。各種合適算法中的任意一種可以用來(lái)采用塊308所采集的數(shù)據(jù)來(lái)生成所述置信區(qū)間。在示例曲線圖318中，線324a和324b表示對(duì)應(yīng)于標(biāo)記322的置信區(qū)間。例如，線324a和324b表示95％的置信液位。
線326表示標(biāo)記322在點(diǎn)328處的斜率。該斜率表示在點(diǎn)328處對(duì)應(yīng)于PV和LV的控制回路的過(guò)程增益。在一些實(shí)現(xiàn)中，線322可表示控制回路的過(guò)程增益。也就是說(shuō)，線322表示針對(duì)LV的每個(gè)值的期望PV值。
在其他實(shí)現(xiàn)中，可以采用不同于置信區(qū)間的區(qū)間。僅僅作為一個(gè)例子，操作員可以根據(jù)例如操作員對(duì)于控制回路操作的知識(shí)，選擇待使用的區(qū)間。
圖7是用于為控制回路產(chǎn)生標(biāo)記和置信區(qū)間的示例子系統(tǒng)350的方框圖，所述控制回路例如圖3所示的控制回路。舉例來(lái)說(shuō)，子系統(tǒng)350可以完全或者部分在一個(gè)或多個(gè)類似圖3中的塊80和82那樣的數(shù)據(jù)采集和處理塊上實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步，子系統(tǒng)350可以完全或者部分在一個(gè)或多個(gè)與控制回路相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、與控制回路相關(guān)的控制器、與控制回路不相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和/或控制回路、或者工作站上實(shí)現(xiàn)，。
子系統(tǒng)350可包括引起OP在學(xué)習(xí)模式期間改變的OP生成器354。OP生成器354可以采用例如PID 154(圖3)來(lái)實(shí)現(xiàn)。僅僅作為一個(gè)例子，通過(guò)改變到PID 154的SP輸入可引起OP改變。這樣，舉例來(lái)說(shuō)，OP生成器354包括SP生成器和PID。
子系統(tǒng)350還可以包括用于在學(xué)習(xí)模式期間采集PV和OP數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器358。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器362可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)采集器358所采集的數(shù)據(jù)?？蛇x的，在存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器362之前，數(shù)據(jù)采集器358對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。例如，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波或者求平均值等等。
標(biāo)記生成器366可利用來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)為控制回路產(chǎn)生標(biāo)記。類似的，區(qū)間生成器370可利用來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)為標(biāo)記生成區(qū)間，例如生成置信區(qū)間。標(biāo)記生成器366和區(qū)間生成器370也可以可選的使用其他數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，標(biāo)記生成器366和區(qū)間生成器370可以作為分離的元件實(shí)現(xiàn)，也可以作為同一個(gè)元件實(shí)現(xiàn)。
圖8是用于為控制回路產(chǎn)生標(biāo)記和置信區(qū)間的示例子系統(tǒng)380的方框圖，所述控制回路例如圖4所示的控制回路。子系統(tǒng)380類似圖7所示的子系統(tǒng)350，可以包括一些相同的組件。
子系統(tǒng)380可包括控制信號(hào)生成器354，其在學(xué)習(xí)模式期間引起PV和/或LV改變。舉例來(lái)說(shuō)，控制信號(hào)生成器354可包括SP生成器和PID。子系統(tǒng)380還可以包括用于在學(xué)習(xí)模式期間采集PV和LV數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器388。
基于為控制回路產(chǎn)生的標(biāo)記，可以生成相對(duì)于PV或者LV的不同值的期望過(guò)程增益。進(jìn)一步，可以為所述過(guò)程增益生成置信區(qū)間或者其他類型的區(qū)間。各種合適技術(shù)中的任何一種可以用來(lái)為控制回路的過(guò)程增益生成期望值和區(qū)間。圖9是控制回路的期望過(guò)程增益對(duì)控制回路LV的示例曲線圖。特別的，線392表示期望過(guò)程增益，線394a和394b表示例如置信區(qū)間這樣的區(qū)間。
再次參考圖7和圖8，在一些實(shí)現(xiàn)中，優(yōu)選的，在控制回路的正常操作期間采集PV、LV、過(guò)程增益等數(shù)據(jù)(也就是說(shuō)，不是引起OP、SP、PV、LV等改變到超出正?？刂苹芈凡僮?。這樣，在一些實(shí)現(xiàn)中，優(yōu)選的，省略O(shè)P生成器354和控制信號(hào)生成器384。或者，OP生成器354和控制信號(hào)生成器384可以僅僅包含由控制器實(shí)現(xiàn)的正常操作的PID算法。
圖10是在控制回路的操作期間實(shí)現(xiàn)的、用以幫助檢測(cè)、預(yù)測(cè)、減輕和/或預(yù)防異常狀況的示例方法400的流程圖。在塊404中，PV和LV統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)在控制回路的操作期間生成。例如，SPM塊可用于為PV和LV生成均值、標(biāo)準(zhǔn)差等。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(例如均值、標(biāo)準(zhǔn)差)可以根據(jù)PV或LV的小數(shù)目樣本產(chǎn)生，例如根據(jù)8-12個(gè)樣本產(chǎn)生。也可以采用更小的或者更大的樣本尺寸(包括顯著更大的樣本尺寸)。同樣，也可以基于測(cè)量到的PV和LV數(shù)據(jù)、PV和LV統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(例如均值)等來(lái)生成過(guò)程增益。舉例來(lái)說(shuō)，SPM塊可以由一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、控制器或者工作站實(shí)現(xiàn)。
在塊408中，可以對(duì)一些或全部在塊404中生成的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)用規(guī)則，來(lái)確定過(guò)程增益是否出現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)上的顯著偏離。例如，將塊404中生成的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與控制回路標(biāo)記和/或置信區(qū)間相比較?？梢圆捎美缗cSPC規(guī)則相似的規(guī)則。例如，判斷PV的均值是否處于置信區(qū)間之外。同樣，也可以判斷是否有一定數(shù)目的PV均值低于標(biāo)記，或者是否有一定數(shù)目的PV均值高于標(biāo)記。進(jìn)一步舉例來(lái)說(shuō)，可以判斷是否過(guò)程增益處于置信區(qū)間之外，是否有一定數(shù)目的過(guò)程增益值低于標(biāo)記，或者是否有一定數(shù)目的過(guò)程增益值高于標(biāo)記。
如果塊408確定過(guò)程增益發(fā)生了統(tǒng)計(jì)上的顯著偏離，則在塊412中產(chǎn)生警報(bào)。進(jìn)一步或者作為選擇，可以采取進(jìn)一步措施，例如進(jìn)行加工廠調(diào)整、調(diào)整控制信號(hào)值、關(guān)閉裝置、初始化附加診斷程序，等等。
圖11是示出了在控制回路的操作時(shí)間段內(nèi)的各種變量并有助于闡明圖10的方法400的示例曲線圖420。在曲線圖420中，展示了在控制回路的操作時(shí)間段中的PV中值422。同樣，也展示了LV的中值423。舉例來(lái)說(shuō)，這些中值由圖10中的塊404計(jì)算。進(jìn)一步，曲線圖展示了在控制回路的操作時(shí)間段中PV的期望值424以及置信區(qū)間426a和426b。如同能從曲線圖420中看到的那樣，當(dāng)LV的中值423變化時(shí)，PV的期望值424也變化。在由圓圈429大致表示的區(qū)域中，PV的中值422低于置信區(qū)間的下限426b，并且在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)低于期望值424。這時(shí)就應(yīng)該產(chǎn)生警報(bào)(圖10的塊408和412)，或者采取一些其他措施。
圖12是示出了在另一個(gè)控制回路的操作時(shí)間段中的各種變量的另一示例曲線圖430。在曲線圖430中，展示了在控制回路的操作時(shí)間段中的實(shí)際過(guò)程增益432。舉例來(lái)說(shuō)，實(shí)際過(guò)程增益432可以根據(jù)采集到的PV和LV值來(lái)計(jì)算。還展示了LV的中值433。舉例來(lái)說(shuō)，過(guò)程增益和中值可以在圖10的塊404中進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)一步，曲線圖還展示了隨時(shí)間變化的期望過(guò)程增益434和置信區(qū)間435a和435b。如同可以從曲線圖430中看到的那樣，當(dāng)LV的中值433變化時(shí)，期望過(guò)程增益434也發(fā)生變化。在由橢圓437大致表示出的區(qū)域中，實(shí)際過(guò)程增益433在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)低于期望過(guò)程增益434，并且同樣低于置信區(qū)間的下限435b。這時(shí)就可以產(chǎn)生警報(bào)，或者采取一些其他措施。
圖13是另一個(gè)展示了與控制回路相關(guān)的粘滑運(yùn)動(dòng)(stick-slip)條件的示例曲線圖440。在這個(gè)例子中，過(guò)程增益基于PV的變化確定，該P(yáng)V變化是由OP的給定變化導(dǎo)致的。曲線圖440包括PV 442、SP 443、OP 444以及實(shí)際過(guò)程增益446。如同可以從曲線圖440中看到的那樣，粘滑運(yùn)動(dòng)條件導(dǎo)致實(shí)際過(guò)程增益446中的尖峰448。所采用的規(guī)則可能導(dǎo)致所述尖峰，從而引起產(chǎn)生警報(bào)，或者采取一些其他措施。
有理由相信，檢測(cè)統(tǒng)計(jì)意義上的顯著過(guò)程增益相關(guān)的偏離，例如上述的那些，可以提供對(duì)于過(guò)程問(wèn)題的早期指示。關(guān)于過(guò)程增益變化的早期知識(shí)能夠提供時(shí)間給操作員，用來(lái)在問(wèn)題變得危急之前分析問(wèn)題。進(jìn)一步，檢測(cè)統(tǒng)計(jì)意義上的顯著過(guò)程增益相關(guān)的偏離，可以幫助進(jìn)行根本原因分析和/或提供以推薦的操作員響應(yīng)為基礎(chǔ)的推斷工具。例如，如果單元進(jìn)給閥打開(kāi)得超過(guò)了期望，這可能表示系統(tǒng)中存在過(guò)量壓力下降，該壓力下降由例如閥的上流或者下流堵塞引起?？梢援a(chǎn)生向操作員的警報(bào)，表示單元進(jìn)給閥打開(kāi)過(guò)大“FIC-xxx閥打開(kāi)過(guò)大。檢查泵xxx的張緊器。”。可以提供與該警報(bào)相關(guān)的幫助屏幕，來(lái)引導(dǎo)操作員到PV和OP的歷史趨勢(shì)，該歷史趨勢(shì)展示了實(shí)際的、期望的回路標(biāo)記和具有所示的統(tǒng)計(jì)告警點(diǎn)(例如，以不同的顏色)的置信區(qū)間。
再次參考圖10，舉例來(lái)說(shuō)，方法400可以由基于規(guī)則的專家機(jī)實(shí)現(xiàn)。圖14是可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)方法400的示例規(guī)則系統(tǒng)450的方框圖。
規(guī)則系統(tǒng)450包括規(guī)則機(jī)454，其可以是任何種類基于規(guī)則的專家機(jī)，并且存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)(例如在與一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、控制器、工作站14相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器中)中的一套規(guī)則458可以被規(guī)則機(jī)454訪問(wèn)。規(guī)則機(jī)454分析與過(guò)程變量(例如PV、LV等)相關(guān)的、由例如一個(gè)或多個(gè)SPM塊產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。
規(guī)則機(jī)454還可以分析其他數(shù)據(jù)，例如測(cè)量到的或者生成的過(guò)程變量(例如PV、LV等)。規(guī)則機(jī)454也可以分析標(biāo)記和置信區(qū)間數(shù)據(jù)，例如在圖5的塊312和塊316中生成的標(biāo)記和置信區(qū)間數(shù)據(jù)。
規(guī)則機(jī)454對(duì)統(tǒng)計(jì)參數(shù)、標(biāo)記和置信區(qū)間數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)(可選的)應(yīng)用規(guī)則458，來(lái)確定是否存在異常狀況，這些異常狀況根據(jù)規(guī)則458中的至少一個(gè)表示應(yīng)該發(fā)送警報(bào)或者告警給用戶。當(dāng)然，如果需要，如果規(guī)則指示存在問(wèn)題，則規(guī)則機(jī)454還可以采取其他措施，作為提供或者設(shè)置告警的補(bǔ)充或者替換。這些措施包括，例如，關(guān)閉過(guò)程中的一個(gè)或多個(gè)組件、切換或者調(diào)整控制參數(shù)來(lái)改變過(guò)程的控制、初始化附加的診斷程序，等等。
可選的，規(guī)則開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序或者例行程序462可以讓用戶基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)模式和它們之間的關(guān)系來(lái)開(kāi)發(fā)一個(gè)或多個(gè)專家系統(tǒng)規(guī)則(例如，用作規(guī)則458中的一個(gè))，以檢測(cè)控制回路相關(guān)的異常狀況。這樣，雖然規(guī)則機(jī)454所用的規(guī)則458中的至少一部分是預(yù)先設(shè)置或者預(yù)先配置的，但是規(guī)則開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序462使得用戶可以根據(jù)對(duì)加工廠進(jìn)行監(jiān)控的經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)建其他規(guī)則。例如，如果用戶知道，過(guò)程增益條件或者事件的某種組合指示了控制回路的某個(gè)問(wèn)題，則用戶可以利用規(guī)則開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序462來(lái)創(chuàng)建恰當(dāng)?shù)囊?guī)則，以檢測(cè)這種條件和/或如果需要的話基于所檢測(cè)到的這種條件的存在生成告警或者警報(bào)或者采取其他措施。No.60/549,796、2004年3月3日遞交、標(biāo)題為“加工廠中的異常狀況預(yù)防”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)，和No.10/971,361、2004年10月22日遞交、標(biāo)題為“加工廠中的異常狀況預(yù)防”的美國(guó)專利申請(qǐng)描述了示例規(guī)則開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序以及配置屏幕，用來(lái)創(chuàng)建規(guī)則以檢測(cè)異常狀況和/或，如果需要的話基于所檢測(cè)到的這種條件的存在生成告警或者警報(bào)或者采取其他措施。也可以采用類似的或不同的規(guī)則開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序來(lái)開(kāi)發(fā)規(guī)則458。上述專利申請(qǐng)的全文為了任何目的在此通過(guò)引用合并在本申請(qǐng)中。
當(dāng)然，在加工廠的操作中，例如可能被配置為接收SPM數(shù)據(jù)(或者其他任何需要的數(shù)據(jù))的規(guī)則機(jī)454，應(yīng)用規(guī)則458來(lái)確定是否匹配規(guī)則中的任意一條。如果基于一個(gè)或多個(gè)規(guī)則458，檢測(cè)到與控制回路的過(guò)程增益相關(guān)的異常狀況，可以向工廠操作員顯示警報(bào)，或者向其他恰當(dāng)?shù)娜税l(fā)送警報(bào)，或者采取其他措施。
規(guī)則機(jī)454可以，至少是部分的，由一個(gè)或多個(gè)與控制回路相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)。附加的或者作為選擇的，規(guī)則機(jī)454可以，至少是部分的，由其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)，例如一個(gè)或多個(gè)控制器、工作站等等。
并且，一些可以被規(guī)則機(jī)454使用的數(shù)據(jù)可以由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的SPM塊產(chǎn)生。在這種情況下，規(guī)則機(jī)454可以是客戶端系統(tǒng)，或者是客戶端系統(tǒng)的一部分，通過(guò)例如一條或多條通信線路、控制器等從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中讀取SPM參數(shù)和條件。
再次參考圖10，方法400可以不通過(guò)基于規(guī)則的專家機(jī)實(shí)現(xiàn)。圖15是可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)方法400的另一個(gè)示例系統(tǒng)480的方框圖。過(guò)程增益估計(jì)器484可接收過(guò)程增益數(shù)據(jù)，例如測(cè)量到的或處理過(guò)的PV、和/或LV、測(cè)量到的或處理過(guò)的過(guò)程增益等等。例如，過(guò)程增益估計(jì)器可接收測(cè)量到的PV值、PV均值和/或PV中值。并且，過(guò)程增益估計(jì)器484可接收過(guò)程增益標(biāo)記數(shù)據(jù)以及，可選的可接收區(qū)間數(shù)據(jù)。過(guò)程增益估計(jì)器484可以被配置為，在PV、LV或者計(jì)算得到的過(guò)程增益基本上偏離期望行為時(shí)，生成指示符。例如，過(guò)程增益估計(jì)器484可以被配置為，根據(jù)相對(duì)于過(guò)程增益的LV并基于收到的過(guò)程增益標(biāo)記數(shù)據(jù)，確定PV的期望值。并且，過(guò)程增益估計(jì)器484可以被配置為，記錄實(shí)際PV值或者處理過(guò)的PV值(例如PV的均值、中值等)持續(xù)位于期望值之上或者持續(xù)位于期望值之下的時(shí)間段。同樣，過(guò)程增益估計(jì)器484可以被配置為，確定實(shí)際PV值或者處理過(guò)的PV值是否處于由所收到的區(qū)間數(shù)據(jù)指示的區(qū)間之外。并且，過(guò)程增益估計(jì)器484可以被配置為，記錄實(shí)際PV值或者處理過(guò)的PV值持續(xù)位于由所接收的區(qū)間數(shù)據(jù)指示的區(qū)間之外的時(shí)間段。進(jìn)一步，過(guò)程增益估計(jì)器484可以被配置為，基于測(cè)量到的或者處理過(guò)的PV和/或LV生成過(guò)程增益。然后，過(guò)程增益估計(jì)器484判斷過(guò)程增益是否實(shí)質(zhì)上偏離過(guò)程增益標(biāo)記。系統(tǒng)480還可以包括異常狀況檢測(cè)器488。當(dāng)PV、LV或者計(jì)算得到的過(guò)程增益實(shí)質(zhì)上偏離期望行為時(shí)，異常狀況檢測(cè)器488接收一個(gè)或多個(gè)指示符。異常狀況檢測(cè)器488可選的接收其他類型的數(shù)據(jù)，例如過(guò)程變量的實(shí)際值、過(guò)程變量的統(tǒng)計(jì)值、警報(bào)、歷史數(shù)據(jù)等等。并且，異常狀況檢測(cè)器488可接收來(lái)自其他過(guò)程增益估計(jì)器，例如與不同的控制回路相關(guān)的過(guò)程增益控制器的輸出。異常狀況檢測(cè)器488可以被配置為，當(dāng)PV、LV或者計(jì)算得到的過(guò)程增益實(shí)質(zhì)上偏離期望行為時(shí)，至少基于所述指示符，檢測(cè)與控制回路相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)異常狀況，和/或，檢測(cè)與控制回路相關(guān)的加工廠實(shí)體(例如，例如加熱器、壓縮機(jī)、塔、桶這樣的單元的操作)相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)異常狀況。異常狀況檢測(cè)器488可以包括例如專家系統(tǒng)，或者其他用于檢測(cè)加工廠內(nèi)異常狀況的合適的系統(tǒng)。
實(shí)質(zhì)上偏離通常指統(tǒng)計(jì)意義上的顯著偏離。舉例來(lái)說(shuō)，如果PV、OP、增益低于期望值的時(shí)間達(dá)到一定時(shí)間長(zhǎng)度(例如特定長(zhǎng)度的時(shí)間，特定數(shù)目的樣本等等)，就發(fā)生了實(shí)質(zhì)上偏離。另舉一例來(lái)說(shuō)，如果PV或者OP高于期望值的時(shí)間達(dá)到特定長(zhǎng)度，也發(fā)生了實(shí)質(zhì)上偏離。再舉一例來(lái)說(shuō)，如果PV或者OP處于關(guān)于期望值的區(qū)間(例如置信區(qū)間)之外，也發(fā)生了實(shí)質(zhì)上偏離。
在一些實(shí)現(xiàn)中，可以提供系統(tǒng)來(lái)讓用戶在早期就對(duì)多個(gè)控制回路實(shí)行上述技術(shù)，這些控制回路位于加工廠或者加工廠的一部分中。例如，利用來(lái)自其自身的PID塊的配置信息，所述系統(tǒng)可以容許對(duì)與基于PID的控制回路相關(guān)的SPM塊進(jìn)行自動(dòng)或半自動(dòng)的配置。另舉一例來(lái)說(shuō)，所述系統(tǒng)可以讓用戶一并操作一組與設(shè)備或者過(guò)程單元的一項(xiàng)相關(guān)的過(guò)程增益分析子系統(tǒng)。圖16是與加熱器相關(guān)的示例屏幕顯示500。顯示500包括加工廠里的加熱器的圖形描述504。在本例中，檢測(cè)到了加熱器的恒穩(wěn)態(tài)操作。作為響應(yīng)，可以通過(guò)窗口506提示操作員是否打開(kāi)過(guò)程增益分析。如果操作員通過(guò)按鈕508選擇打開(kāi)過(guò)程增益分析，將開(kāi)始對(duì)于一個(gè)或多個(gè)與加熱器單元相關(guān)的控制回路進(jìn)行的過(guò)程增益分析。另舉一例來(lái)說(shuō)，可以提示操作員，或者由操作員在早期為所有或者特定的過(guò)程增益分析子系統(tǒng)打開(kāi)或者關(guān)閉學(xué)習(xí)模式，這些過(guò)程增益分析子系統(tǒng)與特定的裝置或者過(guò)程單元(例如加熱器單元)相關(guān)。
在某些實(shí)現(xiàn)中，系統(tǒng)可以提供通用標(biāo)準(zhǔn)(例如專家系統(tǒng)規(guī)則)，用于確定與類似的過(guò)程控制系統(tǒng)相關(guān)的多個(gè)控制回路中的相似問(wèn)題。例如，如果加工廠包括多個(gè)加熱器單元，可以為加熱器單元的每個(gè)類似的控制回路提供一組與監(jiān)控過(guò)程增益相關(guān)的公共標(biāo)準(zhǔn)。但是可以為加熱器單元的每個(gè)控制回路單獨(dú)確定標(biāo)記和/或置信區(qū)間?？蛇x的，用戶可以修改或者定制所述的一組公共標(biāo)準(zhǔn)，使其僅僅應(yīng)用于加熱器單元的一些子集中。
同樣，系統(tǒng)可以允許授權(quán)用戶在任何回路的過(guò)程增益警報(bào)之后定義特定的消息、引導(dǎo)，以及基于規(guī)則的“如果-則-否則(if-then-else)”邏輯。
再次參考圖5，控制回路標(biāo)記可以由控制回路的某些操作區(qū)域或操作區(qū)域來(lái)確定。在控制回路的操作中，可以確定控制回路運(yùn)行在尚未確定標(biāo)記的區(qū)域中。在這種條件下，基于之前為其他操作區(qū)域生成的標(biāo)記，系統(tǒng)可以為這個(gè)新的操作區(qū)域生成期望值。附加的或者作為替換的，可以提示操作員是否需要初始化新的學(xué)習(xí)模式來(lái)獲取數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括針對(duì)新操作區(qū)域的數(shù)據(jù)。并且，可以提示操作員是否應(yīng)該在為特定操作區(qū)域采集到足夠多的數(shù)據(jù)時(shí)關(guān)閉學(xué)習(xí)模式。圖17是圖16的顯示500的一個(gè)示例屏幕，這時(shí)檢測(cè)到了加熱器的新操作區(qū)域?？梢栽跈z測(cè)到新的操作區(qū)域時(shí)通過(guò)窗口512提示操作員是否打開(kāi)學(xué)習(xí)模式。如果操作員通過(guò)按鈕514選擇打開(kāi)學(xué)習(xí)模式，就開(kāi)始確定與過(guò)程增益相聯(lián)系的標(biāo)記，以及，可選的確定與加熱器單元相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)控制回路相關(guān)的區(qū)間。例如，可以開(kāi)始采集與過(guò)程增益相聯(lián)系的數(shù)據(jù)?？蛇x的，用戶可以在沒(méi)有收到提示時(shí)就打開(kāi)學(xué)習(xí)模式。例如，在某些較遲的時(shí)候，用戶可以打開(kāi)學(xué)習(xí)模式來(lái)向?qū)W習(xí)模式增加之前獲取的數(shù)據(jù)，和/或替換部分或全部之前獲取的學(xué)習(xí)模式數(shù)據(jù)。這將有效的修改過(guò)程增益標(biāo)記。另舉一例來(lái)說(shuō)，用戶可以識(shí)別新的操作區(qū)域，并且打開(kāi)學(xué)習(xí)模式來(lái)為該區(qū)域獲取過(guò)程增益數(shù)據(jù)。用戶可以為與加工廠單元(例如，與蒸餾分裂塔相關(guān)的所有控制回路)相關(guān)的某個(gè)特定的或者全部的控制回路打開(kāi)學(xué)習(xí)模式。
圖18是在學(xué)習(xí)模式運(yùn)行了選定時(shí)間段(例如60分鐘)之后的圖16的示例屏幕顯示500。這時(shí)，可以通過(guò)窗口提示操作員是否關(guān)閉學(xué)習(xí)模式。如果操作員通過(guò)按鈕522選擇關(guān)閉學(xué)習(xí)模式，則停止為確定標(biāo)記和/或區(qū)間采集過(guò)程增益相關(guān)數(shù)據(jù)。舉例來(lái)說(shuō)，進(jìn)一步，可以根據(jù)截至目前所采集到的數(shù)據(jù)確定標(biāo)記和/或區(qū)間。
上面討論的方法和系統(tǒng)可以應(yīng)用在與各種工業(yè)相關(guān)的加工廠中的多種控制回路、裝置、單元等等中。僅僅作為例子，上述方法和技術(shù)可以應(yīng)用在帶有用于調(diào)節(jié)爐用燃料的控制回路的進(jìn)料加熱器中。在這個(gè)例子中，溫度定點(diǎn)和溫度過(guò)程變量的正常操作區(qū)域是相對(duì)橫穩(wěn)態(tài)的，并且獨(dú)立于配料比。溫度控制器輸出(例如燃料流)的橫穩(wěn)態(tài)值與單元配料比的相關(guān)性可能超過(guò)與溫度過(guò)程變量的相關(guān)性。在這種情況下，過(guò)程增益可以作為與溫度控制器輸出(OP)有聯(lián)系的加熱器負(fù)載(LV)加以確定。僅僅作為一個(gè)例子，短期的溫度增益偏離需要加以關(guān)注，并且有可能引發(fā)產(chǎn)生過(guò)程增益警報(bào)。
圖19示出了加熱器的過(guò)程增益分析系統(tǒng)期間的示例屏幕顯示500。如果檢測(cè)到與加熱器相關(guān)的過(guò)程增益偏離，將產(chǎn)生警報(bào)。例如，可顯示窗口530來(lái)通知操作員，檢測(cè)到了過(guò)程增益偏離。進(jìn)一步，過(guò)程增益偏離的相關(guān)控制回路、裝置等等，在顯示500的一部分504中被加亮顯示。例如，在部分504中，將框532顯示在裝置的周圍。另舉一例來(lái)說(shuō)，可以改變裝置的顏色，可以加亮顯示的一部分等等。
進(jìn)一步或者作為選擇的，在警報(bào)中可以與警報(bào)一起提供更加具體的信息。例如，如果所監(jiān)控的與加熱器相關(guān)的控制回路的過(guò)程增益低于置信區(qū)間，將產(chǎn)生警報(bào)來(lái)指示回路的過(guò)程增益太低。可顯示窗口534來(lái)指示過(guò)程增益過(guò)低。進(jìn)一步，所述警報(bào)可以提供連接、幫助屏幕、幫助窗口等等，來(lái)提供建議的措施。例如，顯示窗口536來(lái)建議“針對(duì)煉焦檢查加熱器通道”和/或顯示窗口538來(lái)建議“針對(duì)低壓檢查進(jìn)料泵”。雖然窗口530、534、536和538顯示為分離窗口，這些窗口中的兩個(gè)或更多可以結(jié)合在一起。
當(dāng)與加熱器相關(guān)的過(guò)程增益高于置信區(qū)間、持續(xù)低于期望值達(dá)到一定長(zhǎng)度的時(shí)間、高于期望值達(dá)到一定長(zhǎng)度的時(shí)間等等時(shí)，可以產(chǎn)生類似的警報(bào)和/或顯示類似的窗口。過(guò)程增益分析可以用在與加熱器相關(guān)的各種控制回路中，例如那些與通道流、溫度、燃料、總的加熱器負(fù)載、空氣流、氧氣等等相關(guān)的控制回路。
另舉一例來(lái)說(shuō)，可以為壓縮機(jī)提供過(guò)程增益分析。圖20示出了用在壓縮機(jī)的過(guò)程增益分析系統(tǒng)中的示例屏幕顯示600。顯示600包括圖形化描述壓縮機(jī)的部分604。如果檢測(cè)到與壓縮機(jī)相關(guān)的過(guò)程增益偏離，將產(chǎn)生警報(bào)。例如，顯示窗口608來(lái)通知操作員，檢測(cè)到了過(guò)程增益偏離。進(jìn)一步，與過(guò)程增益偏離對(duì)應(yīng)的控制回路、裝置等等，在顯示600的一部分604中被加亮顯示。例如，在部分504中，將框610顯示在裝置的周圍。另舉一例來(lái)說(shuō)，可以改變裝置的顏色，加亮顯示的一部分等等。
進(jìn)一步或者作為選擇的，在警報(bào)中可以與警報(bào)一起提供更加具體的信息。例如，如果所監(jiān)控的與壓縮機(jī)相關(guān)的控制回路的過(guò)程增益高于置信區(qū)間，將產(chǎn)生警報(bào)來(lái)指示回路的過(guò)程增益過(guò)高。顯示窗口612來(lái)指示過(guò)程增益過(guò)高。進(jìn)一步，所述警報(bào)可以提供連接、幫助屏幕、幫助窗口等等，來(lái)提供建議的措施。例如，顯示窗口614來(lái)建議“檢查壓縮機(jī)排放壓力”和/或顯示窗口616來(lái)建議“檢查再循環(huán)閥操作”。雖然窗口608、612、614和616顯示為分離窗口，這些窗口中的兩個(gè)或更多可以結(jié)合在一起。
當(dāng)與壓縮機(jī)相關(guān)的過(guò)程增益高于置信區(qū)間、持續(xù)低于期望值達(dá)到一定長(zhǎng)度的時(shí)間、高于期望值達(dá)到一定長(zhǎng)度的時(shí)間等等時(shí)，可以產(chǎn)生類似的警報(bào)和/或顯示類似的窗口。例如，如果確定與壓縮機(jī)相關(guān)的過(guò)程增益低于置信區(qū)間時(shí)，可以由警報(bào)或者與警報(bào)一起提供附加信息，例如建議“檢查排放壓力傳感器”、“檢查再循環(huán)閥操作”等等。過(guò)程增益分析可以用在與壓縮機(jī)相關(guān)的各種控制回路中，例如那些與入口壓力、出口壓力RPM、溫度等等相關(guān)的控制回路中。
再舉一例來(lái)說(shuō)，可以為桶(drum)提供過(guò)程增益分析。圖21示出了用在桶的過(guò)程增益分析系統(tǒng)中的示例屏幕顯示650。顯示650包括圖形化描述桶的部分654。例如，顯示窗口658來(lái)通知操作員，檢測(cè)到了過(guò)程增益偏離。進(jìn)一步，與過(guò)程增益偏離對(duì)應(yīng)的控制回路、裝置等等，在顯示650的一部分654中被加亮顯示。例如，在部分654中，將框660顯示在裝置的周圍。另舉一例來(lái)說(shuō)，可以改變裝置的顏色，加亮顯示的一部分，等等。
進(jìn)一步或者作為選擇的，在警報(bào)中或者與警報(bào)一起提供更加具體的信息。例如，如果所監(jiān)控的與桶相關(guān)的控制回路的過(guò)程增益低于置信區(qū)間，將產(chǎn)生警報(bào)來(lái)指示回路的過(guò)程增益過(guò)高。顯示窗口662來(lái)指示所觀測(cè)的過(guò)程增益過(guò)低。進(jìn)一步，所述警報(bào)可以提供連接、幫助屏幕、幫助窗口等等，來(lái)提供建議的措施。例如，顯示窗口664來(lái)建議“檢查液位測(cè)量是否停止”和/或顯示窗口667來(lái)建議“檢查下流線路是否阻塞”。雖然窗口658、662、664和667顯示為分離窗口，這些窗口中的兩個(gè)或更多可以結(jié)合在一起。
還舉一例來(lái)說(shuō)，可以為分裂蒸餾塔提供過(guò)程增益分析。圖22示出了用在分裂蒸餾塔的過(guò)程增益分析系統(tǒng)中的示例屏幕顯示680。顯示680包括圖形化描述塔的部分684。例如，顯示窗口688來(lái)通知操作員與塔有關(guān)的警報(bào)。進(jìn)一步，與警報(bào)對(duì)應(yīng)的控制回路、裝置等等，在顯示680的一部分684中被加亮顯示。例如，在部分684中，在一組測(cè)量或者估計(jì)數(shù)據(jù)的周圍顯示橢圓690。另舉一例來(lái)說(shuō)，可以改變數(shù)值的顏色、數(shù)值的背景顏色以及加亮顯示的一部分等等。
進(jìn)一步或者作為選擇的，在警報(bào)中或者與警報(bào)一起提供更加具體的信息。例如，如果與塔相關(guān)的溫度處于置信區(qū)間之外，將產(chǎn)生警報(bào)來(lái)指示溫度處于正常范圍之外。顯示窗口692來(lái)指示溫度曲線圖處于正常范圍之外。進(jìn)一步，所述警報(bào)可以提供連接、幫助屏幕、幫助窗口等等，來(lái)提供建議的措施。例如，顯示窗口694來(lái)建議“檢查溫度傳感器TI-2001”，顯示窗口696來(lái)建議“針對(duì)阻塞檢查側(cè)向流”和/或顯示窗口698來(lái)建議“針對(duì)阻塞檢查泵循環(huán)流”。雖然窗口688、692、694、696和698顯示為分離窗口，這些窗口中的兩個(gè)或更多可以結(jié)合在一起。
現(xiàn)在參考圖19-22，向用戶提供附加信息可能是有用的。例如，可以向用戶顯示上下文相關(guān)的趨勢(shì)圖。趨勢(shì)圖可以包括以下數(shù)據(jù)中的一種或幾種與過(guò)程增益相關(guān)的過(guò)程變量、過(guò)程變量的期望值、與過(guò)程變量相關(guān)的統(tǒng)計(jì)值、置信區(qū)間、對(duì)過(guò)程增益的統(tǒng)計(jì)意義上的顯著偏離的指示，等等。
參考圖16-22描述了向用戶顯示的示例消息。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些消息僅僅是示例，并且在不同的實(shí)現(xiàn)中可以采用不同的消息。一般來(lái)說(shuō)，向用戶顯示的消息設(shè)計(jì)為提示用戶是否開(kāi)始獲取過(guò)程增益標(biāo)記數(shù)據(jù)、提示用戶是否停止獲取過(guò)程增益標(biāo)記數(shù)據(jù)、提示用戶是否開(kāi)始監(jiān)控過(guò)程增益數(shù)據(jù)、通知用戶可能存在潛在的問(wèn)題，和/或通知用戶可能存在何種潛在的問(wèn)題。
過(guò)程增益分析可以用在與塔相關(guān)的各種控制回路中，例如那些與壓力、溫度等等相關(guān)的控制回路。
作為進(jìn)一步的例子，上面描述的系統(tǒng)和方法可以應(yīng)用在反應(yīng)堆或者泵浦中。過(guò)程增益分析可以用在與反應(yīng)堆和泵浦相關(guān)的各種控制回路中，例如那些與流、壓力、溫度等等相關(guān)的控制回路。
可以針對(duì)特定的過(guò)程單元操作，例如泵浦、加熱器、壓縮機(jī)、分裂蒸餾塔、反應(yīng)堆等等，應(yīng)用“學(xué)習(xí)的標(biāo)記”。例如，分裂蒸餾塔中的溫度點(diǎn)通常彼此相關(guān)的上下浮動(dòng)。換句話說(shuō)，它們的觀察到的過(guò)程增益應(yīng)該隨著時(shí)間匹配。當(dāng)一個(gè)點(diǎn)與其他點(diǎn)不相同步時(shí)，對(duì)期望增益的比較可能會(huì)在高溫告警產(chǎn)生之前很久就指示溫度偏離問(wèn)題。在一些實(shí)現(xiàn)中，可以確定與過(guò)程變量之間的聯(lián)系相對(duì)應(yīng)的標(biāo)記和區(qū)間(例如置信區(qū)間)。例如，確定標(biāo)記和置信區(qū)間，該標(biāo)記和置信區(qū)間對(duì)應(yīng)于分裂蒸餾塔中的第一溫度點(diǎn)和至少第二溫度點(diǎn)之間的聯(lián)系。如果確定第一溫度點(diǎn)實(shí)質(zhì)上偏離標(biāo)記，就可以產(chǎn)生警報(bào)。
圖23是示例曲線圖700，該曲線圖示出了加熱器的多個(gè)出口溫度的標(biāo)記和置信區(qū)間。曲線圖700包括期望第一溫度704以及相關(guān)的置信區(qū)間706，期望第二溫度710以及相關(guān)的置信區(qū)間712，期望第三溫度716以及相關(guān)的置信區(qū)間718。每個(gè)溫度的標(biāo)記基于與其他一個(gè)或多個(gè)溫度之間的聯(lián)系。類似的，圖24是示例曲線圖750，該曲線圖示出了與壓縮機(jī)相關(guān)的多個(gè)過(guò)程變量的標(biāo)記和置信區(qū)間。曲線圖750包括期望排放壓力754以及相關(guān)的置信區(qū)間756，期望輸入流760以及相關(guān)的置信區(qū)間762，以及期望入口壓力766以及相關(guān)的置信區(qū)間768。排放壓力、輸入流、入口壓力中的每一個(gè)的標(biāo)記，可基于與排放壓力、輸入流、入口壓力中的中的其他一個(gè)或多個(gè)之間的聯(lián)系，還基于與壓縮機(jī)相關(guān)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)。
圖25是與加熱器相關(guān)的多個(gè)通道出口溫度的示例曲線圖800。在由橢圓804一般表示的時(shí)間段中，一個(gè)通道出口溫度808實(shí)質(zhì)上偏離了期望值810。該實(shí)質(zhì)上偏離導(dǎo)致產(chǎn)生警報(bào)或者采取或初始化其他措施。期望值810基于通道出口溫度808與其他通道出口溫度中的一個(gè)或多個(gè)的聯(lián)系，基于與加熱器相關(guān)的OP等等。
圖26是與加熱器相關(guān)的多個(gè)過(guò)程變量的示例曲線圖850。特別的，曲線圖850包括空氣速率854、燃料速率858以及配料比862。在由橢圓866一般表示的時(shí)間段中，燃料速率858實(shí)質(zhì)上偏離期望值870。該實(shí)質(zhì)上偏離導(dǎo)致產(chǎn)生警報(bào)或者采取或初始化其他措施。期望值870可人基于燃料速率與空氣速率854、配料比862以及與加熱器相關(guān)的OP等等中的一個(gè)或多個(gè)。例如，如果燃料速率增長(zhǎng)的同時(shí)配料比沒(méi)有對(duì)應(yīng)的增長(zhǎng)，則說(shuō)明加熱器可能出現(xiàn)異常狀況。
圖7、8、14和15中的一些或全部可以完全或者部分用軟件、固件或者硬件實(shí)現(xiàn)。類似的，參考圖5和圖10所述的示例方法也可以完全或者部分用軟件、固件或者硬件實(shí)現(xiàn)。如果，至少是部分的，用軟件程序?qū)崿F(xiàn)，該程序可以被配置為由處理器執(zhí)行，并且由存儲(chǔ)于有形媒質(zhì)中的軟件指令加以實(shí)例化，所述有形媒質(zhì)例如CD-ROM、軟盤、硬盤、數(shù)字萬(wàn)能盤(DVD)或者與處理器相關(guān)的存儲(chǔ)器，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該容易的認(rèn)同，程序的整個(gè)或者一部分可以替代的由除處理器以外的其他設(shè)備執(zhí)行，和/或通過(guò)眾所周知的方式在固件和/或?qū)Ｓ糜布袑?shí)例化。類似的，可以通過(guò)任何已知的或者所需的傳送方法將軟件程序傳送給用戶、加工廠或者操作員工作站，所述傳送方法包括，例如，通過(guò)計(jì)算機(jī)可讀磁盤或者其他可移動(dòng)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)，或者通過(guò)例如電話線、衛(wèi)星線路、射頻線路、互聯(lián)網(wǎng)、萬(wàn)維網(wǎng)或者其他局域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)等等這樣的通信信道(傳送被看作與通過(guò)可移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備提供所述軟件相同或者可與之互換)。進(jìn)一步，可以不經(jīng)過(guò)調(diào)制或者加密就提供該軟件，或者可以在通過(guò)通信信道進(jìn)行傳輸之前利用任何合適的調(diào)制載波和/或加密技術(shù)對(duì)該軟件進(jìn)行調(diào)制和/或加密。
參考圖1和圖2，實(shí)現(xiàn)圖7、8、14和15中的一個(gè)或所有塊的可以是一個(gè)或多個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)，例如控制器12B、控制器14B和控制器60；I/O設(shè)備，例如I/O卡12C、I/O設(shè)備68、I/O設(shè)備70；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備16、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備16、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備66；操作員接口設(shè)備，例如操作員接口12A、操作員接口14A、用戶接口72、用戶接口74；加工廠里的其他計(jì)算機(jī)，例如維護(hù)計(jì)算機(jī)22、計(jì)算機(jī)26、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)30；數(shù)據(jù)采集和/或處理塊，例如塊80、塊82等等。
雖然本發(fā)明可以有多種修改和選擇性解釋，其特定的說(shuō)明性實(shí)施例在圖中表示，并且在此進(jìn)行了描述。然而，應(yīng)該可以理解，意圖不在于將公開(kāi)內(nèi)容限制于特定的已經(jīng)公開(kāi)的形式，相反，意圖在于覆蓋所有包含在所公開(kāi)內(nèi)容的精神和范圍之中的修改、選擇性解釋和等同替換。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)控加工廠中的控制回路的操作的方法，包括采集與加工廠中的控制回路的第一操作區(qū)域相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)，該控制回路與該加工廠內(nèi)的單元操作相關(guān)；基于所采集的過(guò)程增益數(shù)據(jù)來(lái)確定該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為；監(jiān)控該控制回路在該第一操作區(qū)域進(jìn)行操作期間的過(guò)程增益；在所監(jiān)控的過(guò)程增益實(shí)質(zhì)上偏離該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為時(shí)進(jìn)行確定；以及至少根據(jù)對(duì)該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為的實(shí)質(zhì)上偏離，來(lái)確定與該控制回路和/或該單元操作有關(guān)的異常狀況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述采集與該控制回路的第一操作區(qū)域相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)的步驟包括以下步驟中的至少一個(gè)采集有關(guān)過(guò)程變量和負(fù)載變量的相互關(guān)系的數(shù)據(jù)；采集有關(guān)該負(fù)載變量和該過(guò)程變量的相互關(guān)系的數(shù)據(jù)；采集有關(guān)過(guò)程增益和該負(fù)載變量的相互關(guān)系的數(shù)據(jù)；采集有關(guān)該負(fù)載變量和過(guò)程增益的相互關(guān)系的數(shù)據(jù)；或采集有關(guān)該過(guò)程變量和一個(gè)或更多其他過(guò)程變量的相互關(guān)系的數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述負(fù)載變量包括控制輸出或另一過(guò)程變量中的至少一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為的步驟包括以下步驟中的至少一個(gè)確定變量的期望值；或確定該變量的期望變化率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定異常狀況的步驟包括至少根據(jù)對(duì)該控制回路的第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為的實(shí)質(zhì)上偏離和對(duì)與該單元操作有關(guān)的一不同控制回路的期望過(guò)程增益行為的實(shí)質(zhì)上偏離，來(lái)確定與該單元操作有關(guān)的異常狀況。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括采集與該加工廠中的該控制回路的至少第二操作區(qū)域相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)；基于所采集的過(guò)程增益數(shù)據(jù)來(lái)確定該至少第二操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為；監(jiān)控該控制回路在該至少第二操作區(qū)域中進(jìn)行操作期間的過(guò)程增益；在所監(jiān)控的過(guò)程增益實(shí)質(zhì)上偏離該至少第二操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為時(shí)進(jìn)行確定；并且其中所述確定異常狀況的步驟包括至少根據(jù)對(duì)該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為的實(shí)質(zhì)上偏離或?qū)υ摰诙僮鲄^(qū)域中的期望過(guò)程增益行為的實(shí)質(zhì)上偏離，來(lái)確定所述異常狀況。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在該控制回路在還未采集過(guò)程增益數(shù)據(jù)的第二操作區(qū)域中操作時(shí)進(jìn)行確定；以及在確定該控制回路在該控制回路的第二操作區(qū)域中操作之后，采集與該加工廠中的該控制回路的第二操作區(qū)域相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)；監(jiān)控該過(guò)程回路在該第二操作區(qū)域中進(jìn)行操作期間的過(guò)程增益；以及在所監(jiān)控的過(guò)程增益實(shí)質(zhì)上偏離該第二操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為時(shí)進(jìn)行確定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括在確定該控制回路在該控制回路的第二操作區(qū)域中操作之后，提示操作員是否采集與該加工廠中的該控制回路的第二操作區(qū)域相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)；其中所述采集與該控制回路的第二操作區(qū)域相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)的步驟包括如果該操作員指示應(yīng)采集與該控制回路的第二操作區(qū)域相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)，則采集與該第二操作區(qū)域相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該加工廠的單元包括該控制回路；其中所述在該控制回路在該第二操作區(qū)域中操作時(shí)進(jìn)行確定的步驟包括在該加工廠的單元在還未采集與該單元有關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)的操作區(qū)域中進(jìn)行操作時(shí)進(jìn)行確定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述采集與該控制回路的第一操作區(qū)域相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)的步驟包括采集有關(guān)與該控制回路相關(guān)的多個(gè)過(guò)程增益的過(guò)程增益數(shù)據(jù)，所述多個(gè)過(guò)程增益至少包括第一過(guò)程增益和第二過(guò)程增益；其中所述確定該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為的步驟包括確定該第一過(guò)程增益至少相對(duì)于該第二過(guò)程增益的期望行為；其中所述監(jiān)控該控制回路在該第一操作區(qū)域中進(jìn)行操作期間的過(guò)程增益的步驟包括監(jiān)控該第一過(guò)程增益并監(jiān)控該第二過(guò)程增益；其中所述在所監(jiān)控的過(guò)程增益實(shí)質(zhì)上偏離該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為時(shí)進(jìn)行確定的步驟包括在所監(jiān)控的第一過(guò)程增益實(shí)質(zhì)上偏離該第一過(guò)程增益至少相對(duì)于該第二過(guò)程增益的期望行為時(shí)進(jìn)行確定。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述在所監(jiān)控的過(guò)程增益實(shí)質(zhì)上偏離該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為時(shí)進(jìn)行確定的步驟包括以下步驟中的至少一個(gè)在所監(jiān)控的過(guò)程增益低于期望過(guò)程增益達(dá)到特定時(shí)長(zhǎng)時(shí)進(jìn)行確定；或者在所監(jiān)控的過(guò)程增益高于期望過(guò)程增益達(dá)到特定時(shí)長(zhǎng)時(shí)進(jìn)行確定。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為的步驟包括為該第一操作區(qū)域確定置信區(qū)間；其中所述在所監(jiān)控的過(guò)程增益實(shí)質(zhì)上偏離該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為時(shí)進(jìn)行確定的步驟包括至少在所監(jiān)控的過(guò)程增益處于該第一操作區(qū)域中的置信區(qū)間之外時(shí)進(jìn)行確定。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述在所監(jiān)控的過(guò)程增益實(shí)質(zhì)上偏離該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為時(shí)進(jìn)行確定的步驟包括在所監(jiān)控的過(guò)程增益處于該第一操作區(qū)域中的置信區(qū)間之外達(dá)到特定時(shí)長(zhǎng)時(shí)進(jìn)行確定。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，如果確定出異常狀況，則進(jìn)一步包括以下步驟中的至少一個(gè)生成警報(bào)；調(diào)整與該控制回路相關(guān)的控制參數(shù)；初始化診斷程序；或關(guān)閉與該控制回路相關(guān)的裝置。
15.一種存儲(chǔ)有機(jī)器可執(zhí)行指令的有形媒質(zhì)，所述機(jī)器可執(zhí)行指令可使一臺(tái)或更多機(jī)器進(jìn)行采集與加工廠中的控制回路的第一操作區(qū)域相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)；基于所采集的過(guò)程增益數(shù)據(jù)來(lái)確定該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為；監(jiān)控該控制回路在該第一操作區(qū)域進(jìn)行操作期間的過(guò)程增益；在所監(jiān)控的過(guò)程增益實(shí)質(zhì)上偏離該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為時(shí)進(jìn)行確定；以及至少根據(jù)對(duì)該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為的實(shí)質(zhì)上偏離，來(lái)確定與該控制回路和/或該單元操作有關(guān)的異常狀況。
16.一種監(jiān)控加工廠中的控制回路的操作的方法，包括采集與加工廠中的控制回路的第一操作區(qū)域相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)；基于所采集的過(guò)程增益數(shù)據(jù)來(lái)確定該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為；向?qū)＜覚C(jī)提供表示該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為的數(shù)據(jù)；在向該專家機(jī)提供該控制回路操作期間、與該控制回路相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)；和根據(jù)表示該期望過(guò)程增益行為的數(shù)據(jù)以及在該控制回路操作期間、與該控制回路相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)，使用該專家機(jī)來(lái)檢測(cè)與該過(guò)程回路相關(guān)的異常狀況。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述使用專家機(jī)來(lái)檢測(cè)與該控制回路相關(guān)的異常狀況的步驟包括確定該第一操作區(qū)域中的過(guò)程增益是否實(shí)質(zhì)上偏離該第一操作區(qū)域中的期望過(guò)程增益行為。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括向該專家機(jī)提供在該控制回路操作期間、與該控制回路相關(guān)的過(guò)程變量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；以及其中所述使用該專家機(jī)來(lái)檢測(cè)與該控制回路相關(guān)的異常狀況的步驟包括進(jìn)一步基于與該控制回路相關(guān)的過(guò)程變量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，使用該專家機(jī)來(lái)檢測(cè)與該控制回路相關(guān)的異常狀況。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述與該控制回路相關(guān)的過(guò)程變量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括由與該控制回路相關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生成的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
20.一種監(jiān)控加工廠中的控制回路的操作的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括過(guò)程增益標(biāo)記生成器，其配置為生成與加工廠中的控制回路相關(guān)的期望過(guò)程增益行為的標(biāo)記；過(guò)程增益估計(jì)器，其配置為根據(jù)該期望過(guò)程增益行為的標(biāo)記來(lái)確定實(shí)際過(guò)程增益是否實(shí)質(zhì)上偏離期望過(guò)程增益；和異常狀況檢測(cè)器，其配置為至少部分地根據(jù)該實(shí)際過(guò)程增益是否實(shí)質(zhì)上偏離該期望過(guò)程增益，來(lái)檢測(cè)與過(guò)程單元相關(guān)的異常狀況，所述過(guò)程單元與該控制回路相關(guān)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括區(qū)間生成器，其配置為生成與期望過(guò)程增益行為的標(biāo)記相關(guān)的區(qū)間；其中所述過(guò)程增益估計(jì)器配置為根據(jù)期望過(guò)程增益行為的標(biāo)記和與期望過(guò)程增益行為的標(biāo)記相關(guān)的區(qū)間，來(lái)確定該實(shí)際過(guò)程增益是否實(shí)質(zhì)上偏離該期望過(guò)程增益。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括專家系統(tǒng)，其中該專家系統(tǒng)包括過(guò)程增益估計(jì)器和/或異常狀況監(jiān)測(cè)器。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中該專家系統(tǒng)配置為至少部分地根據(jù)該實(shí)際過(guò)程增益是否實(shí)質(zhì)上偏離該期望過(guò)程增益，來(lái)檢測(cè)與過(guò)程單元相關(guān)的異常狀況，該過(guò)程單元與該控制回路相關(guān)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括過(guò)程增益數(shù)據(jù)采集器，該過(guò)程增益數(shù)據(jù)采集器配置為采集待由所述過(guò)程增益標(biāo)記生成器使用的數(shù)據(jù)以生成與該控制回路相關(guān)的期望過(guò)程增益行為的標(biāo)記。
25.一種有助于監(jiān)控加工廠的至少一部分的操作的方法，包括采集表示與加工廠中各個(gè)單元操作有關(guān)的過(guò)程增益的過(guò)程增益數(shù)據(jù)；基于所采集的過(guò)程增益數(shù)據(jù)來(lái)確定與各個(gè)單元操作相關(guān)的期望過(guò)程增益；以及提供一組公共標(biāo)準(zhǔn)，以便至少根據(jù)與一單元操作相關(guān)的過(guò)程增益是否實(shí)質(zhì)上偏離與該單元操作相關(guān)的期望過(guò)程增益，來(lái)針對(duì)各個(gè)單元操作確定是否存在與該單元操作相關(guān)的異常狀況。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中該組公共標(biāo)準(zhǔn)包括待由專家機(jī)應(yīng)用的專家規(guī)則。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，進(jìn)一步包括允許用戶為特定單元操作修改該組公共標(biāo)準(zhǔn)以生成一組修改的標(biāo)準(zhǔn)；利用該組修改的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)為該特定單元操作確定是否存在與該特定單元操作相關(guān)的異常狀況；以及采用該組公共標(biāo)準(zhǔn)來(lái)為至少一個(gè)其他單元操作中的各個(gè)單元操作確定是否存在與該其他單元操作相關(guān)的異常狀況。
全文摘要
在用于監(jiān)控加工廠的控制回路的方法中，采集與控制回路相關(guān)的過(guò)程增益數(shù)據(jù)。所采集的數(shù)據(jù)被用來(lái)確定期望過(guò)程增益行為。例如，確定對(duì)應(yīng)負(fù)載變量給定值的過(guò)程變量期望值。另舉一例來(lái)說(shuō)，確定對(duì)應(yīng)負(fù)載變量給定變化的過(guò)程變量期望變化。然后，在控制回路的操作期間，監(jiān)控過(guò)程增益。如果所監(jiān)控的過(guò)程增益實(shí)質(zhì)上偏離期望行為，則指示與控制回路相關(guān)的異常狀況。
文檔編號(hào)G05B23/02GK1969239SQ200580019273
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月12日
發(fā)明者小約瑟夫·H·夏普 申請(qǐng)人:費(fèi)舍-柔斯芒特系統(tǒng)股份有限公司