專利名稱：焦化加熱器中的異常情況預(yù)防的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容總的來說涉及過程控制裝置中的異常情況預(yù)防，更具體地 說，涉及精煉焦化加熱器中的異常情況預(yù)防。
背景技術(shù)：
過程控制系統(tǒng)，例如在化學(xué)、石油、或其他過程中所使用的過程控制系 統(tǒng)，通常包括一個以上以可通信方式連接至至少一個主機(jī)或操作員工作站的 集中式或分散式過程控制器。這些過程控制器通常還通過模擬總線、數(shù)字總 線或模擬/數(shù)字相結(jié)合的總線連接至諸如現(xiàn)場設(shè)備之類的一個以上過程控制 和儀表設(shè)備。現(xiàn)場設(shè)備可以是例如閥、閥定位器、開關(guān)、變送器和傳感器(例 如溫度傳感器、壓力傳感器和流速傳感器)，它們位于加工廠環(huán)境中，并在 諸如開啟或關(guān)閉閥和測量過程參數(shù)、增加或減d、流體流量等的過程中施行功 能。諸如符合公知的FOUNDATION Fieldbus (以下稱作Fieldbus )協(xié)議或 HART⑧協(xié)議的現(xiàn)場設(shè)備之類的智能現(xiàn)場設(shè)備還施行控制運算、報警功能和過 程控制器中通常實現(xiàn)的其它控制功能。
通常位于加工廠環(huán)境中的過程控制器接收表示現(xiàn)場設(shè)備所進(jìn)行的或所 關(guān)聯(lián)的過程測量值或過程變量的信號和/或與現(xiàn)場設(shè)備有關(guān)的其它信息，并 執(zhí)行控制器應(yīng)用程序?？刂破鲬?yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)例如不同的控制模塊，這些控制 模塊進(jìn)行過程控制決策，基于所接收的信息生成控制信號，并且與諸如HART⑧和Fieldbus現(xiàn)場設(shè)備之類的現(xiàn)場設(shè)備中正在施行的控制模塊或塊一 起協(xié)調(diào)工作。過程控制器中的控制模塊通過通信線路或信號路徑向現(xiàn)場設(shè)備 發(fā)送控制信號，從而控制過程的操作。
來自現(xiàn)場設(shè)備和過程控制器的信息可被諸如操作員工作站、維護(hù)工作 站、個人計算機(jī)、手持設(shè)備、歷史數(shù)據(jù)庫、報告發(fā)生器、集中式數(shù)據(jù)庫等的 一個以上其它硬件設(shè)備使用，從而使操作員或維護(hù)人員能夠針對過程施行期 望的功能，例如改變過程控制例程的設(shè)置、更改過程控制器或智能現(xiàn)場設(shè)備 中的控制模塊的操作、查看過程的當(dāng)前狀態(tài)或加工廠中的特定設(shè)備的當(dāng)前狀 態(tài)、查看由現(xiàn)場設(shè)備和過程控制器生成的警報、對過程的搡作進(jìn)行仿真以訓(xùn) 練人員或測試過程控制軟件，以及診斷加工廠中的問題或硬件故障。
盡管典型的加工廠有諸如閥、變送器、傳感器等的連接至一個以上過程 控制器的很多過程控制和儀表設(shè)備，但是還有對過程操作來說也是必需的或 與過程操作有關(guān)的很多其它支持設(shè)備。這些附加設(shè)備包括例如位于典型工廠 中的諸多位置的供電裝置、發(fā)電和配電裝置、諸如渦輪機(jī)、發(fā)動機(jī)等的旋轉(zhuǎn) 裝置。盡管該附加裝置不一定會產(chǎn)生或使用過程變量，并且在很多情況下不 會為了影響過程操作而被控制或甚至被連接至過程控制器，但是該裝置對于 過程的正確操作來說很重要，并且最終是過程的正確操作所必需的。
已知的是，在加工廠環(huán)境中，尤其是在具有大量現(xiàn)場設(shè)備和支持裝置的 加工廠中，經(jīng)常會有問題出現(xiàn)。這些問題可能是壞了的或故障的設(shè)備，諸如 軟件例程之類的邏輯元件駐留在不正確的模式，過程控制環(huán)路^皮不正確地調(diào) 諧，加工廠中的設(shè)備之間的通信失敗一次以上，等等。這些和其它問題實際 上很多，通常會導(dǎo)致過程在異常狀態(tài)下操作(即加工廠處于異常情況)，這 經(jīng)常與加工廠的次最佳性能相關(guān)聯(lián)。.
已經(jīng)開發(fā)了很多診斷工具和應(yīng)用程序來探測和確定加工廠中問題的產(chǎn) 生原因，并且一旦問題發(fā)生并被探測到，就協(xié)助操作員或維護(hù)人員診斷并校 正這些問題。例如，通常通過諸如直接或無線總線、以太網(wǎng)、調(diào)制解調(diào)器、 電話線等的通信連接連接至過程控制器的操作員工作站具有適于運行諸如由愛默生過程管理公司出售的DeltaVTM和Ovatio,控制系統(tǒng)之類的軟件的 處理器和存儲器。這些控制系統(tǒng)具有大量的控制模塊和控制環(huán)路診斷工具。 維護(hù)工作站可以通過用于過程控制(OPC)的對象連接和嵌入(OLE)連接、 手持連接等以可通信方式連接至過程控制設(shè)備。工作站通常包括被設(shè)計為查 看由加工廠中的現(xiàn)場設(shè)備生成的維護(hù)警報和警告、對加工廠中的設(shè)備進(jìn)行測 試并對現(xiàn)場設(shè)備和加工廠中的其它設(shè)備施行維護(hù)活動的一個以上應(yīng)用程序。 已經(jīng)開發(fā)出類似的診斷應(yīng)用程序來診斷加工廠中的支持裝置的問題。
諸如AMS 程序組來自愛默生過程管理公司的智能設(shè)備管理器之類 的商用軟件能夠與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行通信，并存儲與現(xiàn)場設(shè)備有關(guān)的數(shù)據(jù)，以確 定并跟蹤現(xiàn)場設(shè)備的操作狀態(tài)。還可以參見名稱為"Integrated
Communication Network for use in a Field Device Management System(用于現(xiàn)
場設(shè)備管理系統(tǒng)的集成通信網(wǎng)絡(luò))，，的美國專利No.5，960，214。在某些情況 下，AMSTM程序組智能設(shè)備管理器軟件可以用來與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行通信以 改變現(xiàn)場設(shè)備中的參數(shù)，從而使現(xiàn)場設(shè)備本身運行諸如自校準(zhǔn)例程或自診斷 例程之類的應(yīng)用程序，以獲取關(guān)于現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)或健康等的信息。這些信
息可以包括例如狀態(tài)信息(例如是否發(fā)生了警報或其它類似的事件)、設(shè)備 配置信息(例如現(xiàn)場設(shè)備當(dāng)前或可能被配置的方式以及現(xiàn)場設(shè)備所使用的測 量單元的類型)、設(shè)備參數(shù)(例如現(xiàn)場設(shè)備范圍值和其它參數(shù))等。當(dāng)然， 這些信息可以被維護(hù)人員用來監(jiān)控、維護(hù)和/或診斷現(xiàn)場設(shè)備的問題。
類似地，很多加工廠都包括諸如CSI系統(tǒng)所提供的Machinery Health 應(yīng)用程序之類的裝置監(jiān)控和診斷應(yīng)用程序，或用于監(jiān)控、診斷和優(yōu)化各種旋 轉(zhuǎn)裝置的操作狀態(tài)的任意其它已知應(yīng)用程序。維護(hù)人員經(jīng)常使用這些應(yīng)用程 序來維護(hù)或檢查工廠中的旋轉(zhuǎn)裝置的性能，以確定旋轉(zhuǎn)裝置的問題，并確定 旋轉(zhuǎn)裝置是否必須被修理或替換以及修理或替換的時間。類似地，很多加工 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 電力控制和診斷應(yīng)用程序，以控制并維護(hù)發(fā)電和配電裝置。同時已知的是， 在加工廠中運行諸如實時優(yōu)化器(RTO+)之類的控制優(yōu)化應(yīng)用程序，以優(yōu)化加工廠的控制活動。這種優(yōu)化應(yīng)用程序通常使用復(fù)雜的算法和/或加工廠 的模型預(yù)測可以以何種方式改變輸入以針對諸如利潤之類的某個期望的優(yōu) 化變量優(yōu)化加工廠的操作。
這些和其它診斷和優(yōu)化應(yīng)用程序通常以全系統(tǒng)為基礎(chǔ)在一個以上操作 員或維護(hù)工作站中實現(xiàn)，并且可以給操作員或維護(hù)人員提供關(guān)于加工廠或加
工廠中的現(xiàn)場設(shè)備和裝置的操作狀態(tài)的預(yù)配置顯示。典型的顯示包括接收過 程控制器或加工廠中的其它設(shè)備所生成的警報的報警顯示、指示過程控制器 和加工廠中的其它設(shè)備的操作狀態(tài)的控制顯示、指示加工廠中的設(shè)備的操作
狀態(tài)的維護(hù)顯示等。同樣地，這些和其它診斷應(yīng)用程序可以使操作員或維護(hù) 人員能夠重新調(diào)諧控制環(huán)路或重新設(shè)置其它控制參數(shù)，以對一個以上現(xiàn)場設(shè) 備運行測試，從而確定那些現(xiàn)場設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，或校準(zhǔn)現(xiàn)場設(shè)備或其它裝置。
盡管所述的各種應(yīng)用程序和工具可以方便加工廠中的問題識別和校正， 但是這些診斷應(yīng)用程序通常被配置為僅在加工廠中已經(jīng)發(fā)生問題之后使用， 因此這些診斷應(yīng)用程序僅在加工廠中已經(jīng)存在異常情況之后使用。不幸的 是，在使用這些工具來探測、識別和校正異常情況之前，異常情況可能已經(jīng) 存在一段時間。延遲的異常情況處理可能導(dǎo)致問題被探測、識別和校正期間 加工廠的次最佳性能。在很多情況下，控制操作員首先基于警報、警告或加 工廠的不良性能探測到存在問題。然后操作員會通知潛在問題的維護(hù)人員。 維護(hù)人員可能探測到或探測不到實際的問題，并且可能在實際運行測試或其 它診斷應(yīng)用程序之前需要進(jìn)一步的提示，或施行識別實際問題所需的其它活 動。
一旦問題被識別出，維護(hù)人員就可能需要定購零件并調(diào)度維護(hù)程序，所
期間，加工廠可能在通常與工廠的次最佳操作相關(guān)聯(lián)的異常情況下運行。
另外,'很多加工廠可能會經(jīng)歷在相對較短的時間量內(nèi)在工廠中產(chǎn)生嚴(yán)重
的代價或損壞的異常情況。例如，某些異常情況會在加工廠中造成對裝置的
重大損壞、原材料的損耗或明顯不期望的停工，即使這些異常情況存在極短的時間量。因此，僅僅在問題已經(jīng)發(fā)生后探測工廠中的問題，則不管該問題 被校正得多快，都會在加工廠中導(dǎo)致嚴(yán)重的損耗或損壞。因此，期望首先嘗 試預(yù)防異常情況的出現(xiàn)，而不是在異常情況出現(xiàn)后再嘗試作出反應(yīng)并校正加 工廠中的問題。
在名稱為"Root Cause Diagnostics (根本原因診斷)"的現(xiàn)為美國專利 No. 7,085,610的美國專利申請No.09/972,078 (部分基于現(xiàn)為美國專利 No.6,017,143的美國專利申請No.08/623,569)中公開的一種技術(shù)，可以用于 在異常情況實際出現(xiàn)之前預(yù)測加工廠中的異常情況。這兩個申請的全部公開 內(nèi)容由此通過引用將合并于此。 一般而言，該技術(shù)在加工廠中的諸如現(xiàn)場設(shè) 備之類的多個設(shè)備中的每一個設(shè)備中布置統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集和處理塊或統(tǒng)計處 理監(jiān)控(SPM)塊。該統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集和處理塊采集過程變量數(shù)據(jù)，并確定與 所采集的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的某些統(tǒng)計測量值，例如均值、中值、標(biāo)準(zhǔn)差等。然后 這些統(tǒng)計測量值被發(fā)送給用戶并被分析，以得出表示已知異常情況在未來發(fā) 生的模式。 一旦系統(tǒng)預(yù)測到異常情況，即采取措施以校正潛在的問題，并避 免異常情況。
已經(jīng)開發(fā)出用于監(jiān)控和探測加工廠中的問題的其它技術(shù)。這種技術(shù)之一 稱作統(tǒng)計過程控制(SPC) 。 SPC已被用于監(jiān)控與過程相關(guān)聯(lián)的變量，并當(dāng) 品質(zhì)變量偏離其"統(tǒng)計，，標(biāo)準(zhǔn)時通報操作員。利用SPC,可以使用諸如關(guān)鍵 品質(zhì)變量之類的小樣本變量來生成針對小樣本的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。然后，將針對小 樣本的統(tǒng)計數(shù)據(jù)與對應(yīng)于較大樣本的該變量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。該變量可 以由實驗室或分析器生成，或從歷史數(shù)據(jù)庫獲取。當(dāng)小樣本的均值或標(biāo)準(zhǔn)差 偏離大樣本的均值或標(biāo)準(zhǔn)差某一預(yù)定量時，生成SPC警報。SPC的目的在 于避免基于小樣本的正常統(tǒng)計偏差來進(jìn)行過程調(diào)節(jié)。小樣本的均值或標(biāo)準(zhǔn)差 的圖表可以在與控制操縱臺分離的操縱臺上顯示給操作員。
對多個變量進(jìn)行分析的另 一種技術(shù)被稱為多變量統(tǒng)計過程控制 (MSPC)。該技術(shù)使用諸如主分量分析(PCA)和偏最小二乘(PLS)之 類的分析歷史數(shù)據(jù)的算法創(chuàng)建過程的統(tǒng)計模型。具體來說，對與正常操作對應(yīng)的變量樣本和與異常操作對應(yīng)的變量樣本進(jìn)行分析以生成模型，從而確定 什么時候應(yīng)當(dāng)生成警報。 一旦定義了模型，就可以給模型提供與當(dāng)前過程對 應(yīng)的變量，如果變量指示異常操作，則該模型可以生成警報。
再一種技術(shù)包括使用可配置的過程模型探測加工廠中過程的異常操作。 該技術(shù)包括與加工廠的若干離散操作對應(yīng)的多個回歸模型。加工廠中的回歸
模型在名稱為 "Method and system for Detecting Abnormal Operation in a Process Plant (用于4笨測加工廠中的異常4喿作的方法和系統(tǒng))"的美國專利 申請No. 11/492,467中#皮7>開，該申請的全部公開內(nèi)容由此通過引用合并于 此?；貧w模型確定被觀察的過程是否嚴(yán)重偏離該模型的正常輸出。如果發(fā)生 了嚴(yán)重偏離，則該技術(shù)警告操作員，或以其它方式使該過程返回正常的操作 范圍。
使用基于模型的性能監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)，諸如基于相關(guān)性的模型、第一原理 模型或回歸模型之類的使過程輸入與過程輸出相關(guān)的模型被使用。對于回歸 建模，確定過程因變量與一個以上自變量之間的關(guān)聯(lián)或函數(shù)。該模型可以通 過調(diào)節(jié)內(nèi)部調(diào)諧常數(shù)或偏置項而被校準(zhǔn)為實際的工廠操作。該模型可用于預(yù) 測過程什么時候進(jìn)入異常狀況，并警告操作員采取行動。在實際行為與預(yù)測 行為之間存嚴(yán)重偏離時或在計算出的效率參數(shù)有顯著變化時，可以生成警 報?；谀Ｐ偷男阅鼙O(jiān)控系統(tǒng)通常覆蓋像單個單元操作(例如泵、壓縮機(jī)、 火焰加熱器或焦化加熱器、柱等)這樣小的操作，或覆蓋組成加工廠的過程 單元(例如原油蒸餾單元、流體催化裂化單元(FCCU)、精煉廠的焦化設(shè) 備單元、重整器等)的操作的組合。
雖然上述技術(shù)可以應(yīng)用于多種加工工業(yè)，但異常情況預(yù)防特別適用的一 種工業(yè)是精煉。更具體地，異常情況預(yù)防特別適用于精煉工業(yè)中使用的焦化 加熱器。通常，焦化加熱器通過對在通過焦化加熱器的多個通道中的原油產(chǎn) 品和殘油進(jìn)料進(jìn)行加熱來處理精煉廠中的焦炭或殘油進(jìn)料。與焦化加熱器相 關(guān)聯(lián)的一種具體異常狀況是，加熱后的通道內(nèi)的高焦化狀況阻礙進(jìn)料在管道 中流動，減小了加熱器效率，并減小了焦化設(shè)備單元的輸出。
發(fā)明內(nèi)容
公開了在加工廠的焦化設(shè)備單元的焦化加熱器中的異常情況預(yù)防的特 定前提下方便監(jiān)控和診斷過程控制系統(tǒng)及其任何元件的系統(tǒng)和方法。監(jiān)控和 診斷焦化加熱器中的故障可以包括統(tǒng)計分析技術(shù)，例如回歸。具體來說，可 以從精煉廠的焦化設(shè)備單元中正在操作的焦化加熱器中采集在線過程數(shù)據(jù)。 該過程數(shù)據(jù)可以表示在過程在線并且正常操作時該過程正常操作。統(tǒng)計分析 可用于基于采集的數(shù)據(jù)來開發(fā)過程的模型，并且該模型可以與采集的過程數(shù) 據(jù)一起存儲?？商鎿Q地，或結(jié)合地，可以施行過程的監(jiān)控，其利用通過使用 統(tǒng)計分析開發(fā)出的該過程的模型以基于該模型的參數(shù)產(chǎn)生輸出。該輸出可以 包括基于模型結(jié)果的統(tǒng)計輸出，基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)、過程變量極限或模型組件的 歸 一化過程變量以及基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)和模型組件的過程變量等級。每個輸出可 以用于生成用于過程監(jiān)控或過程診斷的可視化顯示，并且可以施行警報診 斷，以探測該過程中的異常情況。
圖1是具有分布式過程控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的加工廠的示例性框圖，其中分 布式過程控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)包括一個以上操作員和維護(hù)工作站、控制器、現(xiàn)場
設(shè)備和支持裝置；
圖2是圖1的加工廠的一部分的示例性框圖，示出位于加工廠的包括焦 化單元的不同元件中的異常情況預(yù)防系統(tǒng)的各種部件之間的通信互連； 圖3a是加工廠的延遲焦化設(shè)備區(qū)域的區(qū)域的 一個示例； 圖3b是加工廠的焦化設(shè)備區(qū)域內(nèi)的焦化加熱器的 一個示例； 圖4是示例異常操作探測(AOD)系統(tǒng)的框圖5是實現(xiàn)焦化加熱器中的異常情況預(yù)防的方法的異常情況預(yù)防模塊 的一個示例；
圖6是可用于確定焦化加熱器內(nèi)的通道狀態(tài)的邏輯的一個示例； 圖7是與加工廠中的AOD系統(tǒng)一起^f吏用的回歸塊的一個示例；圖8是焦化加熱器中使用AOD系統(tǒng)的異常情況預(yù)防的流程圖的一個示
例；
圖9是對AOD系統(tǒng)進(jìn)行初始訓(xùn)練的示例的流程圖IOA是示出在AOD系統(tǒng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)期間采集的并且可以被圖7的回
歸塊用來開發(fā)回歸模型的多個數(shù)據(jù)集的圖IOB是示出使用圖IOA的多個數(shù)據(jù)集開發(fā)出的初始回歸模型的圖； 圖11是可以使用圖4 - 7的示例AOD系統(tǒng)實現(xiàn)的示例方法的流程圖； 圖12A是示出所接收的數(shù)據(jù)集和在AOD系統(tǒng)的監(jiān)控狀態(tài)期間由圖7的
塊生成的對應(yīng)的預(yù)測值的圖12B是示出所接收的另一數(shù)據(jù)集和由圖7的塊生成的對應(yīng)的另一預(yù)
測值的圖12C是示出所接收的超出圖7的塊的有效范圍的數(shù)據(jù)集的圖13A是示出AOD系統(tǒng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)期間采集的不同操作區(qū)域中的并且
可以被圖7的模型用來開發(fā)在不同操作區(qū)域中的第二回歸模型的多個數(shù)據(jù)
集的圖13B是示出使用圖13A的多個數(shù)據(jù)集開發(fā)出的第二回歸模型的圖； 圖13C是示出更新后的模型及其有效性范圍并且還示出所接收的數(shù)據(jù)
集和在AOD系統(tǒng)的監(jiān)控狀態(tài)期間所生成的對應(yīng)的預(yù)測值的圖； 圖14是更新AOD系統(tǒng)的模型的示例方法的流程圖； 圖15是與諸如圖4-7的AOD系統(tǒng)之類的AOD系統(tǒng)的可替換才喿作對
應(yīng)的示例狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖16是在AOD系統(tǒng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)下操作的示例方法的流程圖17是更新AOD系統(tǒng)的模型的示例方法的流程圖18是在AOD系統(tǒng)的監(jiān)控狀態(tài)下操作的示例方法的流程圖19是用于焦化加熱器中的異常情況預(yù)防的操作員顯示的一個示例；
圖20是用于焦化加熱器中的異常情況預(yù)防的操作員顯示的另 一示例；
圖21是用于焦化加熱器中的異常情況預(yù)防的操作員顯示的又一示例；圖2 2是用于焦化加熱器中的異常情況預(yù)防的操作員顯示的再 一 示例； 圖23是在加工廠的過程控制平臺或系統(tǒng)中實現(xiàn)的焦化設(shè)備異常情況預(yù) 防模塊的示例。
具體實施例方式
現(xiàn)在參見圖1,可實現(xiàn)異常情況預(yù)防系統(tǒng)的示例加工廠10包括通過一 個以上通信網(wǎng)絡(luò)與支持裝置一起互連的若干個異常情況預(yù)防系統(tǒng)。過程控制 系統(tǒng)12可以是諸如PROVOX或RS3系統(tǒng)之類的傳統(tǒng)過程控制系統(tǒng)，也可 以是任何其它控制系統(tǒng)，所述其它控制系統(tǒng)包括連接至控制器12B和輸入/ 輸出(I/O)卡12C的操作員接口 12A，控制器12B和輸入/輸出(I/O)卡 12C又連接至諸如模擬和高速可尋址遠(yuǎn)程變送器(HART)現(xiàn)場設(shè)備15之類 的各種現(xiàn)場設(shè)備。過程控制系統(tǒng)14可以是分布式過程控制系統(tǒng)，包括通過 諸如以太網(wǎng)總線之類的總線連接至一個以上分布式控制器14B的一個以上 操作員接口 14A。控制器14B可以是例如得克薩斯州奧斯汀市的愛默生過程 管理公司銷售的DeltaVTM控制器或任何其它期望類型的控制器。控制器14B 通過I/O設(shè)備連接到一個以上現(xiàn)場設(shè)備16,例如HAIO^或Fieldbus現(xiàn)場設(shè) 備，或任何其它包括例如使用PROFIBUS 、 WORLDFIP 、 Device-Net 、 AS-Interface以及CAN協(xié)議中的任一種的智能或非智能現(xiàn)場設(shè)備。已知現(xiàn)場 設(shè)備16可以向控制器14B提供與過程變量和其它設(shè)備信息有關(guān)的模擬或數(shù) 字信息。搡作員接口 14A可以存儲和執(zhí)行過程控制操作員可用的工具17、 19以控制過程的操作，所述工具17、 19包括例如控制優(yōu)化器、診斷專家、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、調(diào)諧器等。
更進(jìn)一步，維護(hù)系統(tǒng)，例如執(zhí)行AMSTM程序組以上所述的智能設(shè)備 管理器應(yīng)用程序和/或以下所述的監(jiān)控、診斷和通信應(yīng)用程序的計算機(jī)，可 以連接至過程控制系統(tǒng)12和14或連接至其中的單個設(shè)備以施行維護(hù)、監(jiān)控 和診斷活動。例如，維護(hù)計算機(jī)18可以通過任何期望的通信線路或網(wǎng)絡(luò)(包 括無線或手持設(shè)備網(wǎng)絡(luò))連接至控制器12B和/或連接至設(shè)備15,以與設(shè)備15通信，或在某些情況下重新配置設(shè)備15或?qū)υO(shè)備15施行維護(hù)活動。類 似地，諸如AMSTM程序組智能設(shè)備管理器應(yīng)用程序之類的維護(hù)應(yīng)用程序 可以安裝在與分布式過程控制系統(tǒng)14相關(guān)聯(lián)的一個以上用戶接口 14A上， 并由所述用戶接口 14A執(zhí)行，以施行包括與設(shè)備16的操作狀態(tài)有關(guān)的數(shù)據(jù) 采集的維護(hù)和監(jiān)控功能。
加工廠IO還包括諸如渦輪機(jī)、發(fā)動機(jī)等的各種旋轉(zhuǎn)裝置20,這些旋轉(zhuǎn) 裝置20通過一些永久性或臨時性通信鏈路(例如，總線、無線通信系統(tǒng)或 連接到裝置20以進(jìn)行讀取而后被拿走的手持設(shè)備)連接到維護(hù)計算機(jī)22。 維護(hù)計算機(jī)22可以存儲和執(zhí)行由例如CSI (愛默生過程管理公司)提供的 包括可商用的應(yīng)用程序的任意數(shù)目的監(jiān)控和診斷應(yīng)用程序23以及以下所述 的用于診斷、監(jiān)控和優(yōu)化旋轉(zhuǎn)裝置20和加工廠中的其它裝置的操作狀態(tài)的 應(yīng)用程序、模塊和工具。維護(hù)人員通常使用應(yīng)用程序23維護(hù)和監(jiān)視工廠10 中的旋轉(zhuǎn)裝置20的性能，以確定旋轉(zhuǎn)裝置20的問題并確定是否必須維修或 更換旋轉(zhuǎn)裝置20以及維修或更換的時間。在某些情況下，外界顧問或服務(wù) 組織可以臨時獲取或測量與旋轉(zhuǎn)裝置20有關(guān)的數(shù)據(jù)，并使用該數(shù)據(jù)對旋轉(zhuǎn) 裝置20進(jìn)行分析，以探測問題、不良性能或影響旋轉(zhuǎn)裝置20的其它事件。 在這些情況下，運行分析的計算機(jī)可以通過任何通信鏈路連接到系統(tǒng)10的 其余部分，也可以僅臨時連接到系統(tǒng)IO的其余部分。
類似地，具有與工廠IO相關(guān)聯(lián)的發(fā)電和配電裝置25的發(fā)電和配電系統(tǒng) 24通過例如總線連接到運行并監(jiān)視工廠10內(nèi)的發(fā)電和配電裝置25的操作 的另一計算機(jī)26。計算機(jī)26可以執(zhí)行例如由Liebert和ASCO或其它/>司 提供的已知電力控制和診斷應(yīng)用程序27，以控制和維護(hù)發(fā)電和配電裝置25。 再次，在很多情況下，外界顧問或服務(wù)組織可以使用臨時獲取或測量與裝置 25有關(guān)的數(shù)據(jù)并使用該數(shù)據(jù)對裝置25施行分析的服務(wù)應(yīng)用程序來探測問 題、不良性能或影響裝置25的其它事件。在這些情況下，運行分析的計算 機(jī)(例如計算機(jī)26)可以不通過任何通信鏈路連接到系統(tǒng)IO的其余部分， 也可以僅臨時連接到系統(tǒng)10的其余部分。如圖l所示，計算機(jī)30實現(xiàn)異常情況預(yù)防系統(tǒng)35的至少一部分，具體 而言，計算機(jī)系統(tǒng)30存儲并實現(xiàn)配置應(yīng)用程序38和作為可選的異常操作探 測系統(tǒng)42，其若干實施例將在下文中更詳細(xì)地描述。另外，計算機(jī)系統(tǒng)30 可以實現(xiàn)警告/警報應(yīng)用程序43。
一詢殳而言，異常情況預(yù)防系統(tǒng)35可以與可選地位于加工廠10內(nèi)的現(xiàn)場 設(shè)備15、 16，控制器12B、 14B,旋轉(zhuǎn)裝置20或其支持計算機(jī)22，發(fā)電裝 置25或其支持計算機(jī)26,以及任何其它期望設(shè)備或裝置中的異常操作探測 系統(tǒng)(未在圖1中示出)和/或計算機(jī)系統(tǒng)30中的異常操作探測系統(tǒng)42通 信，以配置這些異常操作探測系統(tǒng)中的每一個并在這些異常操作探測系統(tǒng)監(jiān) 控時接收關(guān)于這些設(shè)備或子系統(tǒng)的操作的信息。異常情況預(yù)防系統(tǒng)35可以 以可通信的方式通過硬線總線45連接到工廠10內(nèi)的至少某些計算機(jī)或設(shè)備 中的每一個，或者可替代地，可以通過包括例如無線連接、使用OPC的專 用連接、諸如依靠手持設(shè)備采集數(shù)據(jù)等的間歇性連接的任何其它期望通信連 接連接到工廠10內(nèi)的至少某些計算機(jī)或設(shè)備中的每一個。同樣，異常情況 預(yù)防系統(tǒng)35可以通過LAN或諸如因特網(wǎng)、電話連接等的公共連接(在圖1 中示出為因特網(wǎng)連接46)獲取與加工廠10內(nèi)的現(xiàn)場設(shè)備和裝置有關(guān)的數(shù)據(jù) 以及由例如第三方服務(wù)提供商采集的數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，異常情況預(yù)防系統(tǒng)35 可以以可通信方式通過包^r例如以太網(wǎng)、Modbus、 HTML、專有4支術(shù)/協(xié)i義 等的各種技術(shù)和/或協(xié)議連接至工廠10中的計算機(jī)/設(shè)備。因此，盡管這里描 述了使用OPC以可通信方式將異常情況預(yù)防系統(tǒng)35連接至工廠10中的計 算機(jī)/設(shè)備的具體示例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)知到，也可以使用各 種其它方法將異常情況預(yù)防系統(tǒng)35連接至工廠10中的計算機(jī)/設(shè)備。
圖2示出圖1的示例加工廠10的一部分50,以描繪異常情況預(yù)防系統(tǒng) 35和/或警告/警^Jl用程序43可以與示例加工廠10的部分50中的焦化單 元62通信的一種方式。在一個示例中，加工廠10或加工廠的部分50可以 是用于通過對在通過焦化加熱器64的多個通道中的原油產(chǎn)品和殘油進(jìn)料加 熱來處理石油焦炭的精煉廠。盡管圖2示出異常情況預(yù)I^系統(tǒng)35與焦化加熱器64內(nèi)的一個以上異常操作探測系統(tǒng)之間的通信，應(yīng)當(dāng)理解，類似的通
信可以發(fā)生在異常情況預(yù)防系統(tǒng)35與加工廠10內(nèi)的其它設(shè)備以及裝置之 間，包括圖1中示出的設(shè)備和裝置中的任一種。
圖2中示出的加工廠10的部分50包括具有一個以上過程控制器60的 分布式過程控制系統(tǒng)54，過程控制器60通過可以是符合任何期望通信或控 制器協(xié)議的任何期望類型的I/O設(shè)備的輸入/輸出(I/O)卡或設(shè)備69和70 連接到焦化單元62的一個以上焦化加熱器64。另外，焦化單元62和/或焦 化加熱器64可以符合任何期望的開放、專有或其它通信或編程協(xié)議，應(yīng)當(dāng) 理解1/Oi殳備69和70必須與焦化單元62和焦化加熱器64所-使用的期望協(xié) 議相兼容。盡管并未詳細(xì)示出，但是焦化單元62和焦化加熱器64可以包括 任意數(shù)量的附加設(shè)備，所述附加設(shè)備包括但不限于現(xiàn)場設(shè)備、HART⑧設(shè)備、 傳感器、閥、變送器、定位器等。
在任何情況下，可由諸如配置工程師、過程控制操作員、維護(hù)人員、工 廠管理員、監(jiān)管員等的工廠人員訪問的一個以上用戶接口或計算器72和30 (可以是任意類型的個人計算機(jī)、工作站等)通過通信線路或總線76被連 接至過程控制器60,其中通信線路或總線76可以使用任意期望的硬線或無 線通信結(jié)構(gòu)和使用諸如以太網(wǎng)協(xié)議之類的任意期望的或合適的通信協(xié)議來 實現(xiàn)。另外，數(shù)據(jù)庫78可以連接至通信總線76，以作為采集或存儲配置信 息以及在線過程變量數(shù)據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)和與過程控制器60、焦化 單元62以及加工廠10中的其它現(xiàn)場設(shè)備相關(guān)聯(lián)的其它數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)庫操 作。因此，數(shù)據(jù)庫78可以操作為配置數(shù)據(jù)庫，以存儲包括過程配置模塊的 當(dāng)前配置，并且在過程控制系統(tǒng)54的控制配置信息下載并存儲到過程控制 器60、焦化單元62的設(shè)備以及加工廠10內(nèi)的其它現(xiàn)場設(shè)備時存儲過程控 制系統(tǒng)54的控制配置信息。同樣地，數(shù)據(jù)庫78可以存儲歷史異常情況預(yù)防 數(shù)據(jù)，包括由焦化單元62 (或更具體地說，焦化單元62的設(shè)備)和加工廠 10中的其它現(xiàn)場設(shè)備采集的統(tǒng)計數(shù)據(jù)、根據(jù)由焦化單元62(或更具體地說， 焦化單元62的設(shè)備)和其它現(xiàn)場設(shè)備釆集的過程變量確定的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和以下將描述的其它類型的數(shù)據(jù)。
過程控制器60、 1/0設(shè)備69和70、焦化單元62以及焦化加熱器64通 常位于且遍布于有時嚴(yán)峻的加工廠環(huán)境中，而工作站72、 74和tt據(jù)庫78經(jīng) 常位于可由操作員、維護(hù)人員等輕松訪問的控制室、維護(hù)室或其它不太嚴(yán)峻 的環(huán)境中。雖然只示出一個僅具有一個焦化加熱器64的焦化單元62,但是 應(yīng)當(dāng)理解，加工廠IO可以有多個焦化單元62，并且其中一些可以有多個焦 化加熱器64。這里所描述的異常情況預(yù)防技術(shù)同樣適用于若干焦化加熱器 64或焦化單元62中的任意焦化加熱器或焦化單元。
一般而言，過程控制器60可以存儲并執(zhí)行使用多個不同的獨立執(zhí)行的 控制模塊或塊實現(xiàn)控制策略的一個以上控制器應(yīng)用程序。控制模塊中的每一 個可以由通常所說的功能塊組成，其中每個功能塊是總控制例程中的一部分 或子例程，并且與其它的功能塊結(jié)合起來操作(通過稱為鏈路的通信)，以 實現(xiàn)加工廠10中的過程控制環(huán)3各。公知的是，可以作為面向?qū)ο蟮木幊虆f(xié) 議中的對象的功能塊通常施行輸入功能、控制功能或輸出功能之一。例如， 輸入功能可以與變送器、傳感器或其它過程參數(shù)測量設(shè)備相關(guān)聯(lián)。控制功能 可以與施行PID、模糊邏輯或其它類型的控制的控制例程相關(guān)聯(lián)。而且，輸 出功能可以控制諸如閥之類的一些設(shè)備的操作，以施行加工廠IO中的某些 物理功能。當(dāng)然，還存在諸如模型預(yù)測控制器(MPC)、優(yōu)化器等的混合和 其它類型的復(fù)雜功能塊。應(yīng)當(dāng)理解的是，盡管Fieldbus協(xié)議和DeltaV 系 統(tǒng)協(xié)議使用以面向?qū)ο蟮木幊虆f(xié)議設(shè)計和實現(xiàn)的控制模塊和功能塊，但是控 制模塊也可以使用包括例如順序功能塊、梯形邏輯等的任意期望的控制編程 方案來設(shè)計，并且不限于使用功能塊或任意其它特定的編程技術(shù)來設(shè)計。
如圖2所示，維護(hù)工作站74包括處理器74A、存儲器74B和顯示設(shè)備 74C。存儲器74B以下面的方式存儲針對圖1所討論的異常情況預(yù)防應(yīng)用程 序35和警告/警報應(yīng)用程序43，即可以在處理器74A上實現(xiàn)這些應(yīng)用程序 以通過顯示器74C (或諸如打印機(jī)之類的任意其它顯示設(shè)備)向用戶提供信 息。焦化加熱器64和/或焦化單元62、和/或具體來i兌是焦化加熱器64和焦 化單元62的設(shè)備，可以包括存儲器(未示出)，以存儲諸如用于實現(xiàn)與檢 測設(shè)備所檢測的 一 個以上過程變量有關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集的例程和/或以下將 描述的用于異常操作:探測的例程之類的例程。 一個以上焦化加熱器64和焦 化單元62中的每一個和/或具體來說是一個以上焦化加熱器64和焦化單元 62的設(shè)備中的一些或所有設(shè)備，都可以包括處理器(未示出)，該處理器 用于執(zhí)行諸如實現(xiàn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集的例程和/或用于異常操作探測的例程之類 的例程。統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集和/或異常操作探測不需要由軟件來實現(xiàn)。相反，本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這種系統(tǒng)可以由一個以上現(xiàn)場設(shè)備和/或其 它設(shè)備中的軟件、固件和/或硬件的任意組合來實現(xiàn)。
如圖2所示，焦化加熱器64 (和焦化單元62中可能的某些或所有加熱 器)包括以下將更詳細(xì)描述的一個以上異常操作探測塊80。盡管圖2的塊 80被示為位于焦化加熱器64中，但是該塊或類似的塊可以位于任意數(shù)目的 焦化加熱器64中或位于焦化單元62的各種其它裝置和設(shè)備中，或位于諸如 控制器60、 1/0設(shè)備68、 70或圖1中所示的任意設(shè)備之類的其它設(shè)備中。 另外，如果焦化單元62包括一個以上焦化加熱器64，則塊80可以在焦化 加熱器64的任意子集中，例如在焦化加熱器64的一個以上設(shè)備(例如溫度 傳感器、溫度變送器等)中。
一般而言，塊80或塊80的子元件從它們所處的設(shè)備和/或從其它設(shè)備 采集諸如過程變量數(shù)據(jù)之類的數(shù)據(jù)。例如，塊80可以從焦化加熱器64內(nèi)的 諸如溫度傳感器、溫度變送器之類的設(shè)備或其它設(shè)備中釆集溫度差，也可以 根據(jù)來自設(shè)備的溫度測量值確定溫度差變量。塊80可以包括在焦化單元62 或焦化加熱器64中，并且可以通過閥、傳感器、變送器或任意其它現(xiàn)場設(shè) 備采集數(shù)據(jù)。另外，塊80或該塊的子元件可以出于若干原因?qū)ψ兞繑?shù)據(jù)進(jìn) 行處理并對該數(shù)據(jù)施行分析。例如，被示為與焦化加熱器64相關(guān)聯(lián)的塊80 可以具有對增益(通過焦化加熱器64在流量閥位置上的流速的測量值)和 熱傳遞(流量流經(jīng)焦化加熱器64時的溫度變化)過程變量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的高焦化探測例程81。通常，增益和熱傳遞過程變量中的兩者或之一的下降 可能指示高焦化狀況。
圖3A和3B示出焦化單元62和焦化加熱器64的更詳細(xì)-見圖。以背景 的方式，加工廠10可以包括焦化單元62，以在將焦炭發(fā)送到工廠的^f諸存區(qū) 域之前，對來自工廠IO另一部分的最重組分(焦炭)進(jìn)行處理。通常，延 遲焦化是精煉廠中用于對來自原油蒸餾的殘油進(jìn)行加濃(upgrade)并轉(zhuǎn)換 為液體和氣體產(chǎn)物流的熱裂化過程。延遲焦化產(chǎn)生固體、被稱作石油焦炭的 濃(concentrated)碳金屬。簡言之，具有若千橫向管道68的焦化加熱器64 將來自精餾柱82的殘油加熱到熱裂化溫度。使用在管道68中短的駐留時間， 進(jìn)料的焦化可以被"延遲"，直到其到達(dá)下游的焦化鼓86。延遲焦化設(shè)備 62過程可以被描述為批持續(xù)的過程，原因在于流經(jīng)焦化加熱器64的流是不 間斷的。來自焦化加熱器64的下游進(jìn)料90在兩個焦化鼓86之間切換。一 個鼓可以是在線的，并且充有加熱的焦炭，而另一個鼓正被汽提、冷卻、脫 碳、檢查壓力和加熱。來自焦炭鼓的頂部蒸汽流到精餾柱82中，精餾柱82 在其底部包括一貯存器，在這里新進(jìn)料94 (即原油和殘油)與密集的產(chǎn)物 蒸汽(循環(huán))98結(jié)合，以形成焦化加熱器上游進(jìn)料102。
參見圖3B,在一個實施例中，延遲焦化i殳備單元通過加熱通過焦化加 熱器64的多個通道中的原油產(chǎn)品和殘油進(jìn)料102來處理焦炭。進(jìn)料102首 先被分離到多個通道中，并在進(jìn)入加熱器64之前經(jīng)過流量控制閥120。盡 管圖3B示出3個通道，4旦是工廠10可以引7vf壬意數(shù)目的通過加熱器64的 通道。每個通道可以包括管道68、加熱元件124和出口 126。加熱元件124 通過燃料進(jìn)料130被供應(yīng)并且由燃料控制閥134或其它調(diào)節(jié)裝置來控制。另 外，負(fù)荷平衡控制設(shè)備(未示出)可以調(diào)節(jié)通過每個管道68的流量。與焦 化加熱器64相關(guān)聯(lián)的過程變量(例如流速162、閥位置166、通道始端處的 進(jìn)料溫度170和通道末端處的進(jìn)料溫度174)可以為焦化設(shè)備單元62中的 異常情況預(yù)防提供信息。加熱器64可以包括多個特征來保證延遲焦化過程 期間的適當(dāng)殘油加熱。例如，加熱器64可以包括l)針對最大內(nèi)部熱傳遞系數(shù)的高管道內(nèi)速率；2)最小的鍋爐內(nèi)駐留時間，尤其是大于裂化溫度閾 值時；3)恒定升高的溫度梯度；4)具有基于外圍管路表面可實現(xiàn)的最小分 配不均的最優(yōu)通量率；5)鍋爐套內(nèi)的對稱管路系統(tǒng)和線圏布置；和6)針 對每個加熱器通道的多蒸汽注入點，以增加管道68中的進(jìn)料速率并減小焦 炭鼓86中的部分壓力，從而得到更多的柴油產(chǎn)物。如果沒有遵守這些原則， 則會在焦化加熱器64的操作期間在一個以上管道68的內(nèi)部堆積過量的焦 炭，并且可能導(dǎo)致異常情況。焦炭堆積在管道68內(nèi)部可能降低加熱元件124 的效率，并且其它通道可以被補(bǔ)償以更多的負(fù)荷。持續(xù)在焦化加熱器64中 堆積通?？赡苡绊懻麄€單元或精煉加工廠10。
參見圖2-4,異常操作探測塊180可以對焦化加熱器64中的每個管道 68進(jìn)行監(jiān)控，以檢查高焦化。通常，管道68內(nèi)的增益或熱傳遞速率或者增 益和/或熱傳遞速率兩者隨著總進(jìn)料速率(尸f?！?58的變化而降低可能指示 管道68中的高焦化狀況，并且還可以用信號通知上游或下游異常情況。正 如這里所使用的，管道68 (圖3B)可以描述焦化加熱器64中的物理結(jié)構(gòu)， 其中原油、殘油和其它物質(zhì)流待通過焦化加熱器64 #:加熱。進(jìn)一步地，如 這里所使用的，通道154 (圖4)可以指示焦化設(shè)備單元62內(nèi)的焦化加熱器 64的搡作期間通過特定管道68的原油、殘油和其它物質(zhì)本身的流動。在一
個實施例中，增益可以用(7 =丄表示，其中尸=通過管道68的流速，并且
r尸
r尸^流量控制閥120位置。在另一實施例中，閾位置(r尸)可以用控制器
輸出(co)或控制器命令(a))來替換。熱傳遞可以用Q-FxCpXAr表示，
其中F-通過管道68的流速，& =特定的熱量，并且Ar-通道154兩端的 溫度差。在將Cp的值賦為常數(shù)時，ig還可以是從某初始狀態(tài)開始的熱傳遞變 化。同樣，由于焦化加熱器64可以對進(jìn)料102進(jìn)行持續(xù)加熱，因此出口溫
度可能總是高于入口溫度，并且Ar可以等于r。 f-r,"。然后，熱傳遞值可以
簡化為g-Fx(7^-Z;)，其中尸=通過管道68的流速，r謝是出口 126處的 殘油溫度，并且r,"是流量控制閥120處或在殘油到達(dá)加熱元件124之前管道68的任意其它點處的殘油溫度?？傔M(jìn)料速率(F,。f)可以是殘油或通過進(jìn) 料102進(jìn)入管道68的其它物質(zhì)的量的測量值。由于增益和熱傳遞速率隨著 總進(jìn)料速率(F,。J的變化而變化，因此焦化設(shè)備異常情況預(yù)防模塊150 (圖 4)可以訪問針對焦化單元62正常操作時的所有總進(jìn)料速率，即(F她到 F^)，的初始增益或熱傳遞速率。
塊80可以包括一個以上統(tǒng)計過程監(jiān)控(SPM)塊或單元的集合，例如 塊SPM1 - SPM4，這些塊可以采集焦化加熱器64中的過程變量it據(jù)或其它 數(shù)據(jù)，并對所采集的數(shù)據(jù)施行一個以上統(tǒng)計計算，以確定例如所采集的數(shù)據(jù) 的均值、中值、標(biāo)準(zhǔn)差、均方根(RMS)、變化率、范圍、最小值、最大值 等和/或探測所釆集的數(shù)據(jù)中的諸如漂移、偏置、噪音、毛刺等的事件。所 生成的具體統(tǒng)計數(shù)據(jù)和生成的方法并不重要。因此，還可以生成不同類型的 統(tǒng)計數(shù)據(jù)，作為以上所述的具體類型的補(bǔ)充或替代。另外，包括已知技術(shù)的 多種技術(shù)可以用于生成這類數(shù)據(jù)。這里術(shù)語"統(tǒng)計過程監(jiān)控(SPM)塊"被 用于描述對諸如增益和/或傳熱值之類的至少一個過程變量或其它過程參數(shù) 施行統(tǒng)計過程監(jiān)控的功能，該功能可以由數(shù)據(jù)被釆集的設(shè)備中的或甚至是該 設(shè)備外部的任意期望的軟件、固件或硬件來實現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，由于SPM通 常位于在其中設(shè)備數(shù)據(jù)被采集的設(shè)備中，因此SPM能夠獲得數(shù)量更多并且 質(zhì)量更準(zhǔn)確的過程變量數(shù)據(jù)。因此對于所采集的過程變量數(shù)據(jù)，SPM塊通 常能夠比位于其中過程變量數(shù)據(jù)被采集的設(shè)備外部的塊確定更好的統(tǒng)計計 算。
應(yīng)該理解，盡管在圖2中塊80被示為包括SPM塊，但是相反，SPM 塊可以是與塊80和82分離的獨立塊，并且可以位于與另一 異常操作探測塊 相同的焦化加熱器中，也可以位于不同的設(shè)備中。這里所討論的SPM塊可 以包括已知的FOUNDATION Fieldbus SPM塊、或者與已知的 FOUNDATION Fieldbus SPM塊相比具有不同的或附加能力的SPM塊。這 里使用的術(shù)語"統(tǒng)計過程監(jiān)控(SPM)塊"是指采集諸如過程變量數(shù)據(jù)之類 的數(shù)據(jù)并對該數(shù)據(jù)施行某些統(tǒng)計處理以確定諸如均值、標(biāo)準(zhǔn)差等的統(tǒng)計測量值的任意類型的塊或元件。因此，該術(shù)語意在覆蓋可以施行該功能的軟件、 固件、硬件和/或其它元件，而不管這些元件是否采用功能塊、或其它類型
的塊、程序、例程或元件的形式，也不管這些元件是否符合FOUNDATION Fieldbus協(xié)議或諸如Profibus、 HART、 CAN等協(xié)議之類的某些其它協(xié)議。 如果需要，塊80、 82的基礎(chǔ)才栗作可以至少部分如美國專利No. 6,017,143中 所描述的那樣來施行或?qū)崿F(xiàn)，該專利通過引用合并于此。
進(jìn)一步應(yīng)當(dāng)理解，盡管在圖2中塊80被示為包括SPM塊，但是SPM 塊不是必需的。例如，塊80的異常操作探測例程可以使用未被SPM塊處理 的過程變量數(shù)據(jù)來操作。作為另一示例，塊80可以接收由位于其它設(shè)備中 的一個以上SPM塊提供的數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。作為再一示例，過 程變量數(shù)據(jù)可以通過并不是由很多典型的SPM塊提供的方式來處理。僅作 為一個示例，過程變量數(shù)據(jù)可以由諸如帶通濾波器或某種其它類型的濾波器 之類的有限脈沖響應(yīng)(FIR)或無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器濾波。作為另一 示例，可以對過程變量數(shù)據(jù)進(jìn)行削減，從而使其保持在特定的范圍內(nèi)。當(dāng)然， 可以對已知的SPM塊進(jìn)行修改，以提供這種不同的或附加的處理能力。盡 管塊80包括四個SPM塊，但是塊80中可以具有其它任意數(shù)目的SPM塊以 采集和確定統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
焦化加熱器中的異常情況:探測(AOD)系統(tǒng)的綜述
圖4是用于焦化加熱器64異常情況預(yù)防模塊的可以在異常操作探測塊 80中使用的或可以作為圖2的異常操作探測系統(tǒng)42的示例異常操作探測 (AOD)系統(tǒng)150的框圖。AOD系統(tǒng)150可以用于4果測焦化單元62或焦化 加熱器64中已經(jīng)發(fā)生的或正在發(fā)生的異常操作，例如通過降低增益或熱傳 遞而指示的高焦化狀況，其中異常操作在本申請的全部內(nèi)容中可以稱作異常 情況或異常狀況。另外，AOD系統(tǒng)150可以用于在異常操作在焦化單元62 或焦化加熱器64中實際發(fā)生之前預(yù)測這些異常操作的發(fā)生，其目的在于， 在焦化單元62、焦化加熱器64或加工廠10中產(chǎn)生任^T嚴(yán)重?fù)p失之前，例 如通過與異常情況預(yù)防系統(tǒng)35結(jié)合操作，來采取措施預(yù)防預(yù)測到的異常操作。
在一個示例中，每個焦化加熱器64可以有相應(yīng)的AOD系統(tǒng)150，雖然 應(yīng)當(dāng)理解，普通AOD系統(tǒng)可以用于多個加熱器或用于總體來講的焦化單元 62。如上所述，通常有多個(n)通道154,其中由于正常操作狀況期間增 益和熱傳遞可以作為某負(fù)荷變量158的函數(shù)而改變，因此AOD系統(tǒng)150針 對負(fù)荷變量158的值的范圍學(xué)習(xí)正常或基線增益和熱傳遞值。
如圖5所示，負(fù)荷變量158和各個監(jiān)控變量(流速162、閥位置166、 通道始端處的進(jìn)料溫度170和通道末端處的進(jìn)料溫度174)被送入相應(yīng)的增 益180和熱傳遞184塊。在計算增益180和熱傳遞184之后，這些值被送入 回歸塊188。在以下更詳細(xì)描述的學(xué)習(xí)階段期間，回歸塊188創(chuàng)建回歸模型， 以預(yù)測根據(jù)相應(yīng)的增益或熱傳遞生成的數(shù)據(jù)，其中根據(jù)相應(yīng)的增益或熱傳遞 生成的數(shù)據(jù)是根據(jù)負(fù)荷變量154生成的數(shù)據(jù)的函數(shù)。根據(jù)增益或熱傳遞生成 的數(shù)據(jù)和根據(jù)負(fù)荷變量生成的數(shù)據(jù)可以包括增益、熱傳遞和負(fù)荷變量數(shù)據(jù)， 已被濾波或以其它方式被處理的增益、熱傳遞和負(fù)荷變量數(shù)據(jù)，以及根據(jù)增 益、熱傳遞和負(fù)荷變量數(shù)據(jù)生成的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，等等。在以下同樣更詳細(xì)描述 的監(jiān)控階段期間，給定在焦化加熱器64操作期間根據(jù)負(fù)荷變量158生成的 數(shù)據(jù)的值，回歸模型預(yù)測根據(jù)增益180和熱傳遞184之一或兩者生成的數(shù)據(jù) 的值。回歸塊188針對根據(jù)負(fù)荷變量158生成的數(shù)據(jù)的一給定值，基于根據(jù) 增益180和/或熱傳遞184生成的數(shù)據(jù)的預(yù)測值和根據(jù)增益180和/或熱傳遞 184生成的數(shù)據(jù)的監(jiān)控值之間的偏差(如果有的話)輸出狀態(tài)192、 196。例 如，如果增益180或熱傳遞184兩者或其中的任一者的監(jiān)控值明顯偏離它們 的預(yù)測值，則回歸塊188可以輸出指示相關(guān)聯(lián)的通道154中出現(xiàn)高焦化狀況 的"停工(Down)，，狀態(tài)。否則，回歸塊188可以針對給定的通道154輸 出"正常(Normal)，，狀態(tài)。
如圖6所示，狀態(tài)判決塊220 ,人回歸塊188接收狀態(tài)192、 196,并確 定焦化加熱器64的狀態(tài)。狀態(tài)判決塊220可以包括利用各通道154的狀態(tài) 192、 196指示總體異常狀況的多個狀況或步驟。例如，第一狀況224可以是，如果對增益180和熱傳遞184數(shù)據(jù)中的至少一種進(jìn)行處理之后所有的通 道154都停工，則總體故障可能是上游的問題。上游的問題可以是指示工廠 10的設(shè)備中使用焦化加熱器64輸出的至少 一部分運轉(zhuǎn)的任意一個設(shè)備中存 在異常狀況。第二狀況228可以是，如果任意一個通道154停工，則這可以 指示在該特定的通道154中存在高焦化的故障。該故障可以指示是否基于增 益180或熱傳遞184對每個通道154中的高焦化都進(jìn)行了探測。第三狀況 232可以是，如果負(fù)荷變量的值超出在學(xué)習(xí)階段期間觀測到的相同變量的極 限，則輸出可能超出范圍，并且指示回歸塊188可能需要被重新計算，如以 下概括描述的。第四狀況236可以是，任意其它觀測到狀況是不同于第一狀 況224、第二狀況228或第三狀況232的其它狀況，則沒有探測到故障。當(dāng) 然，在狀態(tài)判決塊220內(nèi)很多其它狀況可以被滿足或被評估，以確定焦化加 熱器64的狀態(tài)。狀態(tài)判決塊220可以從諸如其它焦化加熱器64的回歸塊 180之類的其它回歸塊180接收狀態(tài)，并確定焦化單元62的狀態(tài)。監(jiān)控變 量162、 166、 170、 174可以通過各種方法得到，這些方法包括傳感器測量、 基于其它監(jiān)控過程測量的建模測量、統(tǒng)計測量、分析結(jié)果等。如以下進(jìn)一步 討論的，值162、 166、 170、 174可以是原始監(jiān)控值、SPM塊的輸出、或者 其它生成值。
圖7是圖5中所示的回歸塊188的示例的框圖?；貧w塊188包括針對負(fù) 荷變量、總流速(Ft。t)的第一 SPM塊250，并且包括針對各個過程變量的 多個第二SPM塊254，以確定監(jiān)控變量流速162、閥位置166、通道始端 處的流的溫度170和通道末端處的進(jìn)料溫度174，從而確定增益180和熱傳 遞184。第一 SPM塊250接收負(fù)荷變量，并才艮據(jù)負(fù)荷變量生成第一統(tǒng)計數(shù) 據(jù)。第 一統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以是根據(jù)負(fù)荷變量計算出的多種統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的任一種， 例如均值數(shù)據(jù)、中值數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)、變化率數(shù)據(jù)、范圍數(shù)據(jù)等。這類數(shù) 據(jù)可以基于負(fù)荷變量數(shù)據(jù)的滑動窗口或基于負(fù)荷變量數(shù)據(jù)的非交疊窗口計 算得到。作為一個示例，第一 SPM塊250可以生成在用戶指定的采樣窗口 大小內(nèi)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)，所述用戶指定的采樣窗口大小例如最近的負(fù)荷變量樣本和先前的負(fù)荷變量樣本或在統(tǒng)計上有用的任意數(shù)目的樣本或數(shù)據(jù)
量。在該示例中，可以針對第一 SPM塊250所接收的每個新的負(fù)荷變量樣 本生成平均負(fù)荷變量值和標(biāo)準(zhǔn)差負(fù)荷變量值。作為另一示例，第一SPM塊 250可以使用非交疊的時間段生成均值和標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)。在該示例中，可以使 用五分鐘(或某些其它合適的時間段)的窗口，這樣就可以每五分鐘生成平 均和/或標(biāo)準(zhǔn)差負(fù)荷變量值。以類似的方式，第二SPM塊254接收監(jiān)控變量 162、 166、 170、 174，以測量焦化加熱器64的增益和熱傳遞，并以類似于 SPM塊250的方式生成第二統(tǒng)計數(shù)據(jù)，例如在指定采樣窗口內(nèi)的均值或標(biāo) 準(zhǔn)差數(shù)據(jù)。
模型258包括來自SPM塊250的作為自變量輸入(x )的負(fù)荷變量輸入 和來自SPM254的作為至少一個因變量輸入(yi, y2)的監(jiān)控變量輸入。正 如以上所討論的，監(jiān)控變量162、 166、 170、 174^皮用于計算焦化加熱器64 中的增益180或熱傳遞184兩者或任意一個。如以上更詳細(xì)描述的，可以使 用多個數(shù)據(jù)集(x, yi， y2)訓(xùn)練模型258，以將監(jiān)控變量162、 166、 170、 174建模為負(fù)荷變量154的函數(shù)。模型258可以使用來自SPM 250、 254的 負(fù)荷變量154 (X)和監(jiān)控變量162、 166、 170、 174 (Y)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差 或其它統(tǒng)計測量值作為用于回歸建模的自變量和因變量輸入(x, y)。例如， 負(fù)荷變量和監(jiān)控變量的均值可以在回歸建模中用作(x, yi， y2)點，標(biāo)準(zhǔn)差 可以被建模為負(fù)荷變量的函數(shù)，并被用于確定監(jiān)控階段期間探測到異常情況 的閾值。同樣應(yīng)當(dāng)理解，盡管AOD系統(tǒng)150被描述為將增益和/或熱傳遞變 量建模為負(fù)荷變量的函數(shù)，但是AOD系統(tǒng)150可以基于提供給回歸模型的 自變和因變輸入，將根據(jù)增益和/或熱傳遞變量生成的各種數(shù)據(jù)建模為根據(jù) 負(fù)荷變量生成的各種數(shù)據(jù)的函數(shù)，其中自變和因變輸入包括但不限于增益和 /或熱傳遞變量和負(fù)荷變量數(shù)據(jù)、根據(jù)增益和/或熱傳遞變量和負(fù)荷變量數(shù)據(jù) 生成的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以及已經(jīng)-陂濾波或以其它方式纟皮處理的增益和/或熱傳遞 變量和負(fù)荷變量數(shù)據(jù)。另外，盡管AOD系統(tǒng)150被描述為預(yù)測增益和/或熱 傳遞變量的值，并將預(yù)測值與監(jiān)控值進(jìn)行比較，但是預(yù)測值和監(jiān)控值可以包括根據(jù)增益和/或熱傳遞變量生成的各種預(yù)測值和監(jiān)控值，例如預(yù)測和監(jiān)控 增益和/或熱傳遞變量數(shù)據(jù)，由增益和/或熱傳遞變量數(shù)據(jù)生成的預(yù)測和監(jiān)控 統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以及已經(jīng)被濾波或以其它方式被處理的預(yù)測和監(jiān)控增益和/或熱 傳遞變量數(shù)據(jù)。
如以下同樣更詳細(xì)描述的，模型258可以包括一個以上回歸模型，每個 回歸模型針對不同的操作區(qū)域而被提供。各回歸模型可以使用函數(shù)將增益和 熱傳遞因變值建模為負(fù)荷自變量在負(fù)荷變量的某個范圍內(nèi)的函數(shù)。回歸模型 可以包括例如線性回歸模型或一些其它回歸模型。通常，線性回歸模型包括
函數(shù)f(X)、 g(X)、 h(X)、…的某一線性組合。為了為工業(yè)過程建模，典型的 合適線性回歸模型可以包括一階函數(shù)X (例如，Y=m*X+b)或二階函數(shù)X (例如，Y=a*X2+b*X+c),然而其它函數(shù)可能也是合適的。
在圖7所示的示例中，在學(xué)習(xí)階段期間，(x, y!, y2)點被存儲。在 學(xué)習(xí)階段結(jié)束時，計算回歸系數(shù)，以開發(fā)預(yù)測作為負(fù)荷變量的函數(shù)的增益和 熱傳遞值的回歸模型。用于開發(fā)回歸模型的負(fù)荷變量的最大值和最小值也被 存儲。模型258可以用負(fù)荷變量的觀測值(x)和對應(yīng)的增益或熱傳遞的觀 測值(y)的函數(shù)來計算。在一個示例中，回歸擬合p階多項式，從而可以 基于負(fù)荷變量值(x)來計算(例如，ypx-ao+a一…+apxP)增益和/或熱傳遞 Y的預(yù)測值(yP1, yP2)。通常，多項式的階數(shù)p可以是用戶輸入，但是也 可以提供自動確定該多項式的階數(shù)的其它算法。當(dāng)然，也可以使用其它類型 的函數(shù)，例如更高階多項式、正弦函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)等。
在AOD系統(tǒng)150被訓(xùn)練之后，在監(jiān)控階段期間，由偏差探測器262利 用模型258來基于給定的負(fù)荷自變量輸入(x)生成因變增益和/或熱傳遞值 Y的至少一個預(yù)測值(yP1， yP2)。偏差探測器262進(jìn)一步將增益和/或熱傳 遞輸入(y!， y2)和負(fù)荷自變量輸入(x)用于模型258。 一般而言，偏差探 測器262計算針對特定負(fù)荷變量值的預(yù)測值(yP1, yP2),并將預(yù)測值用作 "正常"或"基線，，增益和/或熱傳遞。偏差探測器262將監(jiān)控增益和/或熱 傳遞值(yi, y2)與預(yù)測增益/熱傳遞值(yP1, yP2)分別進(jìn)行比較，以確定是否增益和/或熱傳遞值(yi， y2)兩者或其中任一個明顯偏離預(yù)測值(yP1, yP2)(例如，Ay=y-yP)。如果監(jiān)控增益和/或熱傳遞值(yP y2)明顯偏離 預(yù)測值(yP1, yP2)，則這可能指示異常情況已發(fā)生、正在發(fā)生或在不久的 將來會發(fā)生，因此偏差探測器262可以生成偏差的指示符。例如，如果監(jiān)控 增益值(yi)低于預(yù)測增益值(yP1)并且差超出閾值，則可以生成異常情況 的指示(例如"停工")。否則，狀態(tài)為"正常"。在某些實施方式中，異 常情況的指示符可能包括警告或警報。
通過圖示，/可以是使總進(jìn)料速率158與增益180和/或熱傳遞184兩者 或其中之一相關(guān)的回歸塊188, F加可以是總進(jìn)料速率158的當(dāng)前值，并且M 可以是增益180和/或熱傳遞184兩者或其中之一的當(dāng)前值?；貧w塊188可 以計算以觀測總進(jìn)料速率158的增益180和熱傳遞184的-f壬意組合的正常 值，例如^0=/(尸加)。進(jìn)一步地，回歸塊188可以計算增益180和/或熱
傳遞184的計算正常值與當(dāng)前值的百分比變化，例如組=^ —M。/^ x100。
當(dāng)AM〈0且-AM〉閾值(即"正常，，或"基線"增益180和/或熱傳遞184) 時，狀態(tài)192、 196可以是"停工，，，否則可以指示通道154中的高焦化的 可能性。如果AM是任意其它值，則狀態(tài)192、 196可以是正常。在另一實施 例中，回歸塊188可以將增益180和/或熱傳遞184兩者或其中之一與這些 變量的預(yù)測值的統(tǒng)計范圍進(jìn)行比較。例如，如果測量的變量超出觀測的進(jìn)料 速率下相同變量的預(yù)測值的多個標(biāo)準(zhǔn)差(a)，則塊188可以指示狀態(tài)192、 196。統(tǒng)計比較可以是，如果M〈M。-3(J，則狀態(tài)192、 196可以是"停工，，， 否則狀態(tài)192、 196可以是"正常，，。當(dāng)SPM與美國專利申請No. 11/492,467 中公開的回歸分析一起使用時，可以基于F加和學(xué)習(xí)階段期間開發(fā)的回歸模 型來預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)差。當(dāng)回歸模型與來自SPM的原始數(shù)據(jù)一起使用時，標(biāo)準(zhǔn)差 可以基于學(xué)習(xí)階段期間使用的數(shù)據(jù)中的剩余數(shù)據(jù)。當(dāng)然，涉及變量158、 162、 166、 170、 174的觀測值和預(yù)測值的^f艮多其它計算在^:測異常狀況時也可能 是有用的。除了針對異常情況對焦化加熱器64進(jìn)行監(jiān)控之外，偏差探測器262還 檢查負(fù)荷變量是否位于在模型開發(fā)和訓(xùn)練期間所看到的極限內(nèi)。例如，在監(jiān) 控階段，偏差探測器262監(jiān)控負(fù)荷變量的給定值是否位于在模型的學(xué)習(xí)階段 期間使用的負(fù)荷變量的最大值和最小值所確定的回歸模型的操作范圍內(nèi)。如 果負(fù)荷變量值超出了極限，則偏差探測器262可以輸出"超出范圍，，的狀態(tài) 或表示負(fù)荷變量超出回歸模型的操作區(qū)域的其它指示?；蛘呋貧w塊188可以 等待來自用戶的輸入，以針對新的操作區(qū)域開發(fā)并訓(xùn)練新的回歸模型，或針 對新的操作區(qū)域自動開發(fā)并訓(xùn)練新的回歸模型，其示例在下面進(jìn) 一 步提供。
本領(lǐng)域普通4支術(shù)人員將iU只到，可以以各種方式^^改AOD系統(tǒng)150和 回歸塊188。例如，SPM塊250、 254可以#皮省略，并且負(fù)荷變量的原始值 和流速162、閥位置166、通道始端處的進(jìn)料溫度170和通道末端處的進(jìn)料 溫度174的監(jiān)控變量的原始值可以被直接提供給模型258作為用于回歸建模 的(x， yi， y2, ...， yn)點，并被直接提供給偏差探測器262用于監(jiān)控。作 為另一示例，還可以-使用其它類型的處理作為對SPM塊250和254的補(bǔ)充 或替代。例如，可以在SPM塊250、 254之前，或在使用SPM塊250、 254 的地方，對過程變量數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、削減等。
另外，盡管模型258被示為具有單個負(fù)荷自變量輸入(x)、多個因變 量輸入(yi， y2)和多個預(yù)測值(yP1, yP2)，但是模型258可以包括將一個 以上監(jiān)控變量建模為多個負(fù)荷變量的函數(shù)的回歸模型。例如，模型258可以 包括多元線性回歸(MLR)模型、主成分回歸(PCR)模型、偏最小二乘(PLS) 模型、嶺回歸(ridge regression, RR)模型、變量子集選擇(VSS )模型、 支持向量機(jī)(SVM)模型等。
AOD系統(tǒng)150可以整體或部分在焦化加熱器64中或者焦化單元62或 焦化加熱器64的i殳備中實現(xiàn)。l又作為一個示例，SPM塊250、 254可以在 焦化加熱器64的溫度傳感器或溫度變送器中實現(xiàn)，而模型258和/或偏差探 測器262可以在控制器60 (圖2)或某個其它設(shè)備中實現(xiàn)。在一個特定的實 施方式中，AOD系統(tǒng)150可以用功能塊實現(xiàn)，例如在實現(xiàn)Fieldbus協(xié)議的系統(tǒng)中使用的功能塊。這樣的功能塊可以包括也可以不包括SPM塊250、 254。在另一實施方式中，至少一些塊188、 250、 254、 258和262中的每一 個可以用功能塊實現(xiàn)。例如，塊250、 254、 258和262可以用回歸塊188的 功能塊實現(xiàn)。然而，每個塊的功能可以各種方式分布。例如，回歸才莫型258 可以向偏差探測器262提供輸出(yP1, yP2),而不是偏差探測器262執(zhí)行 回歸才莫型258以提供增益和熱傳遞值的預(yù)測(yP1, yP2)。在該實施方式中， 模型258被訓(xùn)練之后，可以用于基于給定的負(fù)荷自變量輸入(x)生成增益 或熱傳遞的監(jiān)控值(yi, y2)的預(yù)測值(yP1， yP2)。模型258的輸出(yP1， yP2 )被提供給偏差探測器262。偏差探測器262接收回歸模型258的輸出(yP1, yP2)以及給模型258的因變量輸入(x)。如上所述，偏差探測器262將監(jiān) 控值(yi, y2)與模型258生成的值(yP1， yP2)進(jìn)行比較，以確定因變增益 和/或熱傳遞值(y" y2)是否明顯偏離預(yù)測值(yP1， yP2)。
AOD系統(tǒng)150可以與異常情況預(yù)防系統(tǒng)35 (圖1和圖2A)進(jìn)行通信。 例如，AOD系統(tǒng)150可以與配置應(yīng)用程序38進(jìn)行通信，以允許用戶對AOD 系統(tǒng)150進(jìn)行配置。例如，SPM塊250和254、才莫型258和偏差〗笨測器262 中的一個以上可以具有可通過配置應(yīng)用程序38^f務(wù)改的用戶可配置參^L
另外，AOD系統(tǒng)150可以給異常情況預(yù)防系統(tǒng)35和/或加工廠中的其 它系統(tǒng)提供信息。例如，由偏差探測器262或狀態(tài)判決塊220生成的偏差指 示符可以被提供給異常情況預(yù)防系統(tǒng)35和/或警告/警報應(yīng)用程序43,以將 異常狀況通知給操作員。作為另一示例，在模型258被訓(xùn)練之后，該模型的 參數(shù)可以被提供給異常情況預(yù)防系統(tǒng)35和/或加工廠中的其它系統(tǒng)，從而使 操作員能夠檢查該模型和/或使模型參數(shù)可以被存儲在數(shù)據(jù)庫中。作為再一 示例，AOD系統(tǒng)150可以將(x) 、 (y)和/或(yP )值提供給異常情況預(yù) 防系統(tǒng)35，從而使操作員能夠例如在探測到偏離時查看這些值。
圖8是用于^笨測焦化單元62中或更具體地焦化單元62的焦化加熱器 64中的異常操作的示例方法275的流程圖。方法275可以使用以上所述的 示例AOD系統(tǒng)150來實現(xiàn)。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認(rèn)識到，方法275可以由另一系統(tǒng)實現(xiàn)。在塊280處，諸如模型258之類的模型被訓(xùn)練。例如， 可以使用負(fù)荷自變量X和因變量Y數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練模型，以將其配置為將增 益和熱傳遞因變量建模為負(fù)荷變量的函數(shù)。該模型可以包括針對負(fù)荷變量的 不同范圍分別將增益和熱傳遞變量建模為負(fù)荷變量的函數(shù)的多個回歸模型。 在塊284處，訓(xùn)練后的模型使用所接收的負(fù)荷自變量，即總進(jìn)料速率 (Ft。t)的值(x)生成增益和熱傳遞因變值的預(yù)測值(yP1， yP2)。接下來， 在塊288處，將增益和熱傳遞變量的監(jiān)控值(yi， y2)與對應(yīng)的預(yù)測值(yP1, yP2)進(jìn)行比較，以確定增益和/或熱傳遞是否明顯偏離預(yù)測值。例如，偏差 探測器262生成或接收模型258的輸出(yP1, yP2),并將其與增益和熱傳 遞各自的值(yn y2)進(jìn)行比較。如果確定增益和/或熱傳遞的監(jiān)控值已明顯 偏離(yP1, yP2),則在塊292處生成偏離的指示符。在AOD系統(tǒng)150中， 例如偏差探測器262可以生成該指示符。該指示符可以是指示已探測到明顯 偏離(例如狀態(tài)="停工")的例如警告或警報，或任意其它類型的信號、 標(biāo)志、消息等。
如以下更詳細(xì)討^侖的，塊280可以在4莫型^t初始訓(xùn)練之后并在已生成因 變增益和/或熱傳遞值的預(yù)測值(yP1， yP2)之后重復(fù)。例如，如果過程中的
設(shè)定點已被改變，或如果負(fù)荷自變量的值落到范圍XMIN, Xmax以外，則可以
對模型進(jìn)行重新訓(xùn)練。 回歸模型的綜述
圖9是用于對諸如圖7的模型258之類的模型進(jìn)行初始訓(xùn)練的示例方法 300的流程圖。模型258的訓(xùn)練可以被稱作學(xué)習(xí)狀態(tài)，如以下進(jìn)一步描述的。 在塊304處，可以接收針對負(fù)荷自變量X (Ft。t)和增益和/或熱傳遞因變量 Y的至少足夠數(shù)目的數(shù)據(jù)集(x, y)，以便訓(xùn)練模型。如上所述，數(shù)據(jù)集(x， y)可以包括監(jiān)控變量(增益和/或熱傳遞)和負(fù)荷變量(Ft。t)數(shù)據(jù)，已經(jīng)被 濾波或以其它方式被處理的監(jiān)控變量和負(fù)荷變量數(shù)據(jù)，以及根據(jù)監(jiān)控變量和 負(fù)荷變量數(shù)據(jù)生成的統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。在圖4-7的AOD系統(tǒng)150中，模型258 可以從SPM塊250、 254接收數(shù)據(jù)集(x, y)?，F(xiàn)在參見圖10A,圖350示出模型所接收的多個數(shù)據(jù)集(X， y)的示例，并示出模型被初始訓(xùn)練時AOD
系統(tǒng)150處于學(xué)習(xí)狀態(tài)。具體來說，圖IOA的圖350包括已采集的一組數(shù) 據(jù)集354。
再次參見圖9,在塊308處，可以生成模型的有效范圍[XMw, xMAX]。 有效范圍可以指示該模型有效的負(fù)荷自變量X的范圍。例如，有效范圍可
以指示該模型僅針對(X)大于或等于Xm,并且小于或等于XMAx的負(fù)荷變
量X是有效的。僅作為一個示例，XM^可以被設(shè)置為在塊304處接收的數(shù)據(jù) 集(x， y)中的負(fù)荷變量的最小值，而XMAx可以被設(shè)置為在塊304處接收 的數(shù)據(jù)集(x, y)中的負(fù)荷變量的最大值。再次參見圖10A,例如，xMINV 以被設(shè)置為數(shù)據(jù)集的最左邊的負(fù)荷變量值，xMAX可以被設(shè)置為數(shù)據(jù)集的最右 邊的負(fù)荷變量值。當(dāng)然，有效范圍的確定也可以采用其它方式來實現(xiàn)。在圖 4 - 7的AOD系統(tǒng)150中，才莫型塊258可以生成有效范圍。
在塊312處，可以基于塊304處接收的數(shù)據(jù)集(x，y )生成針對范圍[xMIN, xmax]的回歸模型。在以下進(jìn)一步描述的示例中，發(fā)出監(jiān)控命令之后，或如 果已采集了最大數(shù)目的數(shù)據(jù)集，則可以生成對應(yīng)于該組數(shù)據(jù)集3 54的回歸模 型。包括已知技術(shù)的多種技術(shù)中的任意一種都可以用于生成回歸模型，并且 多種函數(shù)中的任意一種都可以被用作模型。例如，模型可以包括線性公式、 二次公式、更高階的公式等。圖IOB的圖370包括在塊304處所接收的數(shù)據(jù) 集(x， y)上疊加而成的曲線358，其示出用于對數(shù)據(jù)集(x， y)建模的與 該組數(shù)據(jù)集354對應(yīng)的回歸模型。與曲線358對應(yīng)的回歸模型在范圍[xMIN， XMAx]內(nèi)有效。在圖4-7的AOD系統(tǒng)150中^莫型塊258可以針對范圍[XMJN,
xmax]生成回歸模型。
通過操作區(qū)域改變來利用模型
可能是在該模型在初始訓(xùn)練之后，該模型所模擬的系統(tǒng)可以進(jìn)入不同的 但是正常的操作區(qū)域。例如，設(shè)定點可以被改變。圖ll是使用該模型確定 異常操作是否正在發(fā)生、已發(fā)生或可能發(fā)生的示例方法400的流程圖，其中 如果被建模的過程轉(zhuǎn)移到不同的操作區(qū)域，則該模型可以被更新。方法400可以由諸如圖4-7的AOD系統(tǒng)150之類的AOD系統(tǒng)來實現(xiàn)。當(dāng)然，方法 400也可以由其它類型的AOD系統(tǒng)來實現(xiàn)。方法400可以在初始才莫型已生 成之后實現(xiàn)。例如，圖9的方法300可以用于生成初始才莫型。
在塊404處，接收數(shù)據(jù)集(x， y)。在圖4-7的AOD系統(tǒng)150中，模 型258可以從例如SPM塊250、 254接收數(shù)據(jù)集(x, y )。然后，在塊408 處可以確定塊404處接收的數(shù)據(jù)集(x， y)是否處于有效范圍中。有效范圍 可以指示模型有效的范圍。在圖4 - 7的AOD系統(tǒng)150中，模型258可以對 塊404處接收的負(fù)荷變量值(x)進(jìn)行檢查，以確定該負(fù)荷變量值(x)是否 位于有效范園[Xkon, Xmax]內(nèi)。如果確定塊404處接收的數(shù)據(jù)集(x, y)在 有效范圍內(nèi)，則流程可以前進(jìn)到塊412。
在塊412處，可以使用該模型生成監(jiān)控因變量Y的增益和熱傳遞兩者 或其中任一者的預(yù)測值(yP1, yP2)。具體來說，該模型根據(jù)塊404處接收 的總流速(Ft。t)負(fù)荷變量值(x)生成預(yù)測的增益和熱傳遞值(yP1， yP2)。 在圖4 - 7的AOD系統(tǒng)150中，模型258根據(jù)從SPM塊250接收的負(fù)荷變 量值(x)生成預(yù)測值(yP1， yP2)。
然后，在塊416處，可以將在塊404處接收的監(jiān)控增益和/或熱傳遞值 (yi， y2)與預(yù)測的增益和/或熱傳遞值(ypi， yP2)進(jìn)4亍比4交。該比4交可以 多種方式實現(xiàn)。例如，可以生成差或百分比差。也可以使用其它類型的比較。 現(xiàn)在參見圖12A,將示例的所接收的數(shù)據(jù)集在圖350中示出為點358,并且 將相應(yīng)的預(yù)測值(yp)示出為"x"。圖12A的圖350示出處于監(jiān)控狀態(tài)的 AOD系統(tǒng)150的操作。該模型利用曲線354所指示的回歸模型生成預(yù)測值 (yp)。如圖12A所示，已經(jīng)計算出在塊404處接收的增益和/或熱傳遞的 監(jiān)控值(y)與增益和/或熱傳遞的預(yù)測值(yp)之間的差為-1.754% 。現(xiàn)在 參見圖12B，另一示例的所接收的數(shù)據(jù)集在圖形350中示出為點362，并且 相應(yīng)的預(yù)測增益和/或熱傳遞值(yp)示出為"x"。如圖12B所示，已經(jīng)計 算出在塊404處接收的增益和/或熱傳遞的監(jiān)控值(y)與預(yù)測值(yp)之間 的差為-19.298%。在圖4-7的AOD系統(tǒng)150中，偏差4罙測器262可以施行該比較。
再次參見圖11，在塊420處，可以基于塊416的比較來確定在塊404 處接收的增益和/或熱傳遞值(y)是否明顯偏離預(yù)測增益和/或熱傳遞值(yp)。 塊420處的確定可以以多種方式實現(xiàn)，并且可以依賴于在塊416處的比較如 何實現(xiàn)。例如，如果在塊412處生成了增益和/或熱傳遞值，則可以確定該 差值是否超出某閾值。該閾值可以是預(yù)先確定的或者可配置的值。同樣，該 閾值可以是常數(shù)也可以變化。例如，該閾值可以隨在塊404處接收的負(fù)荷自 變量X (Ft。t)值的值而變化。作為另一示例，如果在塊412生成了百分比 差值，則可以確定該百分比值是否超出某閾值百分比，例如高于預(yù)測增益和 /或熱傳遞值(yp)的某一百分比。作為又一示例，只有在兩次或某個其他次 數(shù)的連續(xù)比較都超過闊值的情況下，才可以確定明顯偏離。作為再一示例， 只有在監(jiān)控變量值(y)超出預(yù)測變量值(yp)的量大于預(yù)測變量值(yp) 的特定數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)差(a)的情況下，才可以確定明顯偏離。該標(biāo)準(zhǔn)差可以 被建模為負(fù)荷變量X的函數(shù)，或者可以根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的剩余的變量被計算 得到。針對增益和/或熱傳遞值中的每一個可以使用相同的或不同的閾值。
再次參見圖12A，在塊404處接收的監(jiān)控增益和/或熱傳遞值(y)與預(yù) 測值(yp)之間的差為-1.754%。如果例如閾值10%將被用于確定偏離是否 明顯，則圖12A中所示的差的絕對值低于該閾值。另一方面，再次參見圖 12B，在塊404處接收的監(jiān)控增益和/或熱傳遞值(y)與預(yù)測增益和/或熱傳 遞值(yp)之間的差為-19.298%。圖12B所示的差的絕對值高于閾值10%， 因此如以下所討論的，可以生成異常狀況指示。在圖4-7的AOD系統(tǒng)150 中，偏差4笨測器262可以實現(xiàn)塊420。
通常，可以利用包括已知技術(shù)的多種技術(shù)實現(xiàn)對監(jiān)控增益和/或熱傳遞 值(y)是否明顯偏離預(yù)測增益和/或熱傳遞值(yp)的確定。在一種實施方 式中，確定監(jiān)控增益和/或熱傳遞值(y)是否明顯偏離于預(yù)測增益和/或熱傳 遞值(yp)可以包括，分析(y)和(yp)的當(dāng)前值。例如，可以從增益和/ 或熱傳遞的預(yù)測值(yp)中減去增益和/或熱傳遞的監(jiān)控值(y)，或者反過來，可以將結(jié)果與閾值進(jìn)行比較，來看其是否超出閾值?？蛇x地還可以包括
分析(y)和(yP)的過去值。進(jìn)一步，還可以包括將(y)或(y)與(yP) 之間的差與一個以上閾值進(jìn)行比較。所述一個以上闊值中的每個闊值可以是 固定的也可以是變化的。例如，閾值可以隨負(fù)荷變量X或一些其他變量的 值而變化。針對不同的增益和/或熱傳遞值可以使用不同的閾值。已通過以 上的引用被合并的、于2006年7月25日提交的、題為"Method And System For Detecting Deviation Of A Process Variable From Expected Values (用于探 測過程變量偏離期望值的方法和系統(tǒng))"的美國專利申請No. 11/492,347， 描述了用于探測過程變量是否明顯偏離期望值的示例系統(tǒng)和方法，可以選用 這些系統(tǒng)和方法中的任意系統(tǒng)和方法。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到很多其 他確定監(jiān)控增益和/或熱傳遞值(y)是否明顯偏離預(yù)測值(yP)的方式。此 外，可以合并塊412和420。
在將(y)與(yP)進(jìn)行比較(塊416)時使用的一些或所有標(biāo)準(zhǔn)和/或 在確定(y)是否明顯偏離(yP)(塊420)時使用的標(biāo)準(zhǔn)可以由用戶通過配 置應(yīng)用程序38 (圖l和2)來配置。舉例來說，比較的類型(如生成差、 生成差的絕對值、生成百分比差等)可以是可配置的。并且，在確定偏離是 否明顯時使用的一個或多個閾值可以由操作員或通過其他算法來配置。可替 換地，這樣的標(biāo)準(zhǔn)可能是不容易配置的。
再次參見圖11，如果確定在塊404處接收的監(jiān)控增益和/或熱傳遞值(y) 并沒有明顯偏離預(yù)測值(yp)，則該流程可以返回塊404，以接收下一數(shù)據(jù) 集(x， y)。然而，如果確定增益和/或熱傳遞值(y)確實明顯偏離預(yù)測值 (yp)，則該流程可以前進(jìn)到塊424。在塊424處，可以生成偏離的指示符。 例如，該指示符可以是警告或警報。例如，所生成的指示符可以包括諸如在 塊404處接收的值(y)高于期望值還是低于期望值之類的附加信息。參見 圖12A,由于在塊404處接收的增益和/或熱傳遞值(y)與預(yù)測值(yP )之 間的差為-1.754%,低于閾值10%，所以不生成指示符。另一方面，參見圖 12B，在塊404處接收的(y)與預(yù)測值(yP )之間的差為-19.298 % ，高于閾值10% 。因此生成指示符。在圖4-7的AOD系統(tǒng)150中，偏差^1測器262 可以生成指示符。
再次參見圖11的塊408,如果確定在塊404處接收的數(shù)據(jù)集(x， y) 不在有效范圍內(nèi)，則該流程可以前進(jìn)到塊428。然而，由AOD系統(tǒng)150開 發(fā)的模型通常對于訓(xùn)練模型的數(shù)據(jù)范圍是有效的。如果負(fù)荷變量X超出了 曲線354所示的模型的極限，則狀態(tài)為超出范圍，并且AOD系統(tǒng)150不能 探測出異常狀況。例如，在圖12C中，AOD系統(tǒng)150接收由點370示出、 不在有效范圍之內(nèi)的數(shù)據(jù)集。這可能導(dǎo)致AOD系統(tǒng)150轉(zhuǎn)移到超出范圍的 狀態(tài)，在這種情況下，AOD系統(tǒng)150可以響應(yīng)于操作員命令或者自動再轉(zhuǎn) 移到學(xué)習(xí)狀態(tài)。這樣，在初始學(xué)習(xí)時段結(jié)束后，如果過程移至不同的操作區(qū) 域，則AOD系統(tǒng)仍然可以學(xué)習(xí)針對新的操作區(qū)域的新模型，同時保留針對 原始操作區(qū)域的模型。
現(xiàn)在參見圖13A,其示出了進(jìn)一步示出當(dāng)AOD系統(tǒng)150轉(zhuǎn)回學(xué)習(xí)狀態(tài) 時接收的不在有效范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)集370的圖。具體來說，圖13A的圖包括 已采集的一組數(shù)據(jù)集374。再次參見圖11,在塊428處，在塊404處接收的 數(shù)據(jù)集(x， y)可以被添加到在后續(xù)時間可用于對模型進(jìn)行訓(xùn)練的合適的一 組數(shù)據(jù)集。參見圖13A,數(shù)據(jù)集370已經(jīng)被添加到與X的值小于Xmw的數(shù) 據(jù)集相對應(yīng)的一組數(shù)據(jù)集374。例如，如果在塊404處接收的負(fù)荷變量X的 值小于XMw,則在塊404處接收的數(shù)據(jù)集(x, y)可以被添加到與負(fù)荷變量
X的值小于XM^的其他所接收的數(shù)據(jù)集相對應(yīng)的數(shù)據(jù)組中。類似地，如果在
塊404處接收的負(fù)荷變量X的值大于xMAx,則在塊404處接收的數(shù)據(jù)集(x， y )可以被添加到與負(fù)荷變量值大于xMAX的其他所接收的數(shù)據(jù)集相對應(yīng)的數(shù) 據(jù)組中。在圖4-7的AOD系統(tǒng)150中，才莫型塊258可以實現(xiàn)塊428。
然后，在塊432處，可以確定在塊428處數(shù)據(jù)集被添加到的數(shù)據(jù)組中是 否有足夠的數(shù)據(jù)集以生成與該組數(shù)據(jù)集374相對應(yīng)的回歸模型。該確定可以 利用多種技術(shù)來實現(xiàn)。例如，可以將該組中數(shù)據(jù)集的數(shù)目與最小數(shù)目進(jìn)行比 較，如果該組中的數(shù)據(jù)集的數(shù)目至少是該最小數(shù)目，則可以確定有足夠的數(shù)據(jù)集來生成回歸模型?？梢允褂枚喾N技術(shù)，包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的 技術(shù)，來選擇該最小數(shù)目。如果確定有足夠的數(shù)據(jù)集來生成回歸模型，則在
塊436處可以更新該才莫型，這將在以下參考圖14進(jìn)行描述。然而，如果確 定沒有足夠的數(shù)據(jù)集來生成回歸模型，則該流程可以返回塊404以接收下一 數(shù)據(jù)集(x, y)。在另一示例中，操作員可以發(fā)出監(jiān)控命令以使回歸模型被 生成。
圖14是在確定組中有足夠的數(shù)據(jù)集來針對當(dāng)前有效范圍[XM, Xmax]之
外的數(shù)據(jù)集生成回歸模型之后對模型進(jìn)行更新的示例方法450的流程圖。在
塊454處，可以確定新回歸模型的范圍[X，m!n， X，max]。有效范圍可以指示新
回歸模型將有效的負(fù)荷自變量X的范圍。舉例來說，有效范圍可以指示該
模型僅對其中(X)大于或等于X，認(rèn)N并小于或等于X，MAX的負(fù)荷變量值(X)
有效。僅作為一個示例，x，MIN可以被設(shè)置為該組數(shù)據(jù)集(x, y)中負(fù)荷變 量X的最小值，x，MAx可以被設(shè)置為該組數(shù)據(jù)集(x， y)中負(fù)荷變量X的最 大值。再次參見圖13A,例如，x，Mw可以被設(shè)置為組374中最左邊的數(shù)據(jù) 集的負(fù)荷變量值(x) ， x，MAx可以被設(shè)置為組374中最右邊的數(shù)據(jù)集的負(fù)荷 變量值(x)。在圖4-7的AOD系統(tǒng)150中，；漠型塊258可以生成有效范 圍。
在塊460處，可以基于組中的數(shù)據(jù)集(X, y)生成針對范圍[X，M!N，X，MAx]
的回歸模型。可以使用包括已知技術(shù)的多種技術(shù)中的任一種生成回歸模型， 并且可以將多種函數(shù)的任一種用作模型。例如，模型可以包括線性公式、二
次公式等。在圖13B中，在組374上疊加而成的曲線378示出了已經(jīng)生成的 對組374中的數(shù)據(jù)集進(jìn)行建模的回歸模型。與曲線378對應(yīng)的回歸模型在范 圍[x，MIN， x，max]內(nèi)有效，而與曲線354對應(yīng)的回歸模型在范圍[xMIN， xMAX]內(nèi) 有效。在圖4-7的AOD系統(tǒng)150中，模型258可以針對范圍[x，M腸x，MAx] 生成回歸^^莫型。
為方便解釋，現(xiàn)在將范圍[XM!N, XMAx]稱為[XMw—15 XMAX1]，并將范圍稱為[XMIN—2， XMAX—2]。此外，將與[XMIN—XMAxj]對應(yīng)的回歸模型稱為fi(X)，而將與[Xm!n—2， XMAX—2]對應(yīng)的回歸模型稱為f2(X)。因此，現(xiàn)在模型可以一皮表示為<formula>formula see original document page 40</formula>
再次參見圖14，在塊464處，可以針對曲線354和378之間的^t喿作區(qū)域，在與范圍[xMINJ, xMAX—J和[Xm!n—2， xMAX—2]相對應(yīng)的回歸模型之間生成插值模型。以下描述的插值模型包括線性函數(shù)，但在其他實施方式中，可以使用諸如二次函數(shù)之類的其他類型的函數(shù)。如果Xmax—n、fxMIN_2,則插值模型可以被計算為
<formula>formula see original document page 40</formula>類似地，如果Xmax2小于Xm!n!，則插值模型可以被計算為
力(^M/W—1 ) - A (^」
因此，現(xiàn)在可以將模型表示為<formula>formula see original document page 40</formula>
并且如果Xmaxj小于XMINJ，并且如果Xmax—2小于XMIN1，則模型可以
表示為<formula>formula see original document page 40</formula>
從公式l、 4和5可以看出，模型可以包括多個回歸模型。具體來說，第一回歸模型(即f"x))可以用于對第一操作區(qū)域(x畫—^x^x層—，)中的
因變增益和/或熱傳遞值Y進(jìn)行建模，而第二回歸模型(即f2(X))可以用于對第二操作區(qū)域(x畫乂"x皿—2 )中的因變增益和/或熱傳遞值Y進(jìn)行建模。
此外，從公式4和5可以看出，模型還可以包括插值模型，以對與回歸才莫型對應(yīng)的操作區(qū)域之間中的因變增益和/或熱傳遞值Y進(jìn)行建模。
再次參見圖14，在塊468處，可以對有效范圍進(jìn)行更新。例如，如果
XMAX_1 'J 、于XMIN_2,則可以將XMIN i殳置為XMINj ，并可以將XMAX i殳置為XMAX—2 。類似地，如果Xmax一2小于XMIN—p則可以將XM!n設(shè)置為XMIN2，并且可以將xmax設(shè)置為xmax1。圖13C示出具有新有效范圍的新模型。參見圖11和14，
可以利用諸如方法450之類的方法對模型進(jìn)行多次更新。從圖13C可以看出，為原操作范圍保留原模型，因為原模型表示增益和/或熱傳遞值Y的"正常，，值。否則，如果原模型被持續(xù)更新，則存在模型被更新到錯誤狀況并且異常情況無法被探測到的可能性。當(dāng)過程移到新的操作區(qū)域時，可以假定該過程仍然處于正常狀況，以便開發(fā)新模型，并且該新模型可用于探測新的操作區(qū)域中發(fā)生的系統(tǒng)中的其它異常情況。這樣，焦化加熱器64的模型可以過程模型被無限擴(kuò)展到不同的操作區(qū)域。
異常情況預(yù)防系統(tǒng)35 (圖1和2)可以將例如與圖IOA、 IOB、 12A、12B、 12C、 13A、 13B和13C所示的一些或全部圖類似的圖顯示在顯示設(shè)備上。舉例來說，如果AOD系統(tǒng)150將建模標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)提供給異常情況預(yù)防系統(tǒng)35或數(shù)據(jù)庫，則例如，異常情況預(yù)防系統(tǒng)35可以使用該數(shù)據(jù)來生成顯示，以示出模型258如何將增益和/或熱傳遞因變量Y建模為F加負(fù)荷自變量X的函數(shù)。例如，該顯示可以包括與圖IOA、 10B和13C的一個以上圖類似的圖?？蛇x地，AOD系統(tǒng)150也可以向異常情況預(yù)防系統(tǒng)35或數(shù)據(jù)庫提供例如用于生成模型258的一些或全部數(shù)據(jù)集。在這種情況下，異常情況預(yù)防系統(tǒng)35可以-使用該數(shù)據(jù)生成具有與圖IOA、 IOB、 13A、 13B的一個以上圖類似的圖的顯示?？蛇x地，AOD系統(tǒng)150也可以向異常情況預(yù)防系統(tǒng)35或數(shù)據(jù)庫提供例如AOD系統(tǒng)150在其監(jiān)控階段所估計的一些或全部數(shù)據(jù)集。此外，AOD系統(tǒng)150也可以向異常情況預(yù)防系統(tǒng)35或數(shù)據(jù)庫提供例如針對一些或全部數(shù)據(jù)集的比較數(shù)據(jù)。在這種情況下，僅作為一個示例，異常情況預(yù)防系統(tǒng)3 5可以^使用該數(shù)據(jù)生成具有與圖10 A和10 B的 一 個以上圖類似的圖的顯示。
AOD系統(tǒng)的人工控制
在針對圖9、 11和14描述的AOD系統(tǒng)中，當(dāng)在特定操作區(qū)域中已經(jīng)獲得了足夠的數(shù)據(jù)集時，模型本身可以自動更新。然而，可能期望在非操作員允許的情況下不要發(fā)生這樣的更新。此外，可能期望即使是在所接收的數(shù)據(jù)集處于有效操作范圍內(nèi)時也允許操作員促成模型更新。
圖15是與諸如圖4 - 7的AOD系統(tǒng)150之類的AOD系統(tǒng)的可替換操作對應(yīng)的示例狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖550。與狀態(tài)圖550相對應(yīng)的操作允許操作員更多地對AOD系統(tǒng)進(jìn)行控制。例如，如以下更詳細(xì)描述的，當(dāng)操作員期望AOD系統(tǒng)的模型被強(qiáng)制進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)554時，操作員可以使學(xué)習(xí)命令被發(fā)送到AOD系統(tǒng)150。 一般來說，在以下將進(jìn)行更詳細(xì)描述的學(xué)習(xí)狀態(tài)554下，AOD系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)集，以生成回歸模型。類似地，當(dāng)操作員期望AOD系統(tǒng)創(chuàng)建回歸模型，并開始監(jiān)控傳入的數(shù)據(jù)集時，該操作員可以使監(jiān)控命令被發(fā)送到AOD系統(tǒng)。 一般來i兌，響應(yīng)于該監(jiān)控命令，AOD系統(tǒng)150可以轉(zhuǎn)移到監(jiān)控狀態(tài)558。
AOD系統(tǒng)的初始狀態(tài)例如可以是未訓(xùn)練狀態(tài)560。在接收到學(xué)習(xí)命令時，AOD系統(tǒng)可以從未訓(xùn)練狀態(tài)560轉(zhuǎn)移至學(xué)習(xí)狀態(tài)554。如果接收到監(jiān)控命令，則AOD系統(tǒng)可以保持在未訓(xùn)練狀態(tài)560?？蛇x地，可以在顯示設(shè)備上顯示指示以通知操作員AOD系統(tǒng)還沒有被訓(xùn)練。
在超出范圍狀態(tài)562下，可以對每個接收的數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，以確定其是否在有效范圍內(nèi)。如果所接收的數(shù)據(jù)集不在有效范圍內(nèi)，則AOD系統(tǒng)可以保持在超出范圍狀態(tài)562。然而，如果所接收的數(shù)據(jù)集在有效范圍內(nèi)，則AOD系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)移到監(jiān)控狀態(tài)558。此外，如果接收到學(xué)習(xí)命令，則AOD系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)移到學(xué)習(xí)狀態(tài)554。
在學(xué)習(xí)狀態(tài)554下，AOD系統(tǒng)可以采集數(shù)據(jù)集，從而可以在與所采集的數(shù)據(jù)集對應(yīng)的一個以上操作區(qū)域中生成回歸才莫型。此外，AOD系統(tǒng)可選地可以檢查是否已經(jīng)接收到最大數(shù)目的數(shù)據(jù)集。最大數(shù)目可以例如由AOD系統(tǒng)可用的存儲器決定。因此，如果已經(jīng)接收到最大數(shù)目的數(shù)據(jù)集，則這可能指示例如AOD系統(tǒng)已經(jīng)耗盡用于存儲數(shù)據(jù)集的可用存儲器，或者有這種危險。通常，如果確定已經(jīng)接收到最大數(shù)目的數(shù)據(jù)集，或者如果接收到監(jiān)控命令，則可以更新AOD系統(tǒng)的模型，并且AOD系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)移至監(jiān)控狀態(tài)558。
圖16是學(xué)習(xí)狀態(tài)554下的操作的示例方法600的流程示意圖。在塊604,可以確定是否接收到監(jiān)控命令。如果接收到監(jiān)控命令，則該流程可以前進(jìn)至塊608。在塊608,可以確定是否已采集了最小數(shù)目的數(shù)據(jù)集以生成回歸模型。如果還沒有采集到最小數(shù)目的數(shù)據(jù)集，則AOD系統(tǒng)可以保持在學(xué)習(xí)狀態(tài)554?？蛇x地，可以在顯示設(shè)備上顯示指示，以通知操作員由于還沒有采集到最小數(shù)目的數(shù)據(jù)集，因此AOD系統(tǒng)仍然處于學(xué)習(xí)狀態(tài)。
另一方面，如果已經(jīng)釆集到最小數(shù)目的數(shù)據(jù)集，則該流程可以前進(jìn)到塊612。在塊612,可以更新AOD系統(tǒng)的^t型，這將參考圖17進(jìn)行更詳細(xì)的描述。接下來，在塊616, AOD系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)移至監(jiān)控狀態(tài)558。
如果在塊604已經(jīng)確定沒有接收到監(jiān)控命令，則該流程可以前進(jìn)到塊620，在塊620處可以接收新數(shù)據(jù)集。接下來，在塊624，可以將所接收的數(shù)據(jù)集添加到合適的訓(xùn)練組。例如，合適的訓(xùn)練組可以基于數(shù)據(jù)集的負(fù)荷變量值來確定。作為示例性示例，如果負(fù)荷變量值小于模型的有效范圍的xMIN,則可以將數(shù)據(jù)集添加到第一訓(xùn)練組。并且，如果負(fù)荷變量值大于模型的有效范圍的xMAX,則可以將數(shù)據(jù)集添加到第二訓(xùn)練組。
在塊628，可以確定是否已接收到最大數(shù)目的數(shù)據(jù)集。如果已接收到最大數(shù)目，則該流程可以前進(jìn)到塊612,并且AOD系統(tǒng)將最終轉(zhuǎn)移到如上所述的監(jiān)控狀態(tài)558。另一方面，如果沒有接收到最大數(shù)目，則AOD系統(tǒng)將保持在學(xué)習(xí)狀態(tài)554。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到可以以多種方式對方法600進(jìn)行修改。僅作為一個示例，如果在塊628處確定已經(jīng)接收到最大數(shù)目的數(shù)據(jù)集，則AOD系統(tǒng)可以僅停止向訓(xùn)練組添加數(shù)據(jù)集。作為補(bǔ)充地或可替換地，AOD系統(tǒng)可以提示用戶給出更新模型的授權(quán)。在這種實施方式中，除非用戶授權(quán)了更新，否則即使已經(jīng)獲得了最大數(shù)目的數(shù)據(jù)集，模型也不會被更新。
圖17是可用于實現(xiàn)圖16的塊612的示例方法650的流程圖。在塊654處，可以使用新釆集的數(shù)據(jù)集確定即將生成的回歸模型的范圍[x，MIN， x，MAX]。
可以使用包括已知技術(shù)的多種技術(shù)實現(xiàn)范圍[X，m!n, X，max]。在塊658處，可
以使用參照圖16描述的被采集并被添加到訓(xùn)練組中的數(shù)據(jù)集中的一些或全
部來生成與范圍[X，Mw, X，MAX]對應(yīng)的回歸模型?？梢允褂冒ㄒ阎夹g(shù)的多
種生成回歸模型。
在塊662處，可以確定這是否是模型的初始訓(xùn)練。僅作為一個示例，可
以確定有效范圍[XMIN， Xmax]是否是指示該模型還沒有被訓(xùn)練的某個預(yù)定范
圍。如果這是才莫型的初始訓(xùn)練，則該流程可以前進(jìn)到塊665，在塊665處，有效范圍[xMIN, XMAx]將被設(shè)置為塊654處確定的范圍。
如果在塊662處確定這不是模型的初始訓(xùn)練，則該流程前進(jìn)到塊670。
在塊670處，可以確定范圍[X，m, x，max]是否與有效范圍[xm!N， X嫩x]交疊。
如果有交疊，則該流程可以前進(jìn)到塊674，在塊674處，可以^^艮據(jù)交疊來更新一個以上其它回歸模型或插值模型的范圍?？蛇x地，如果其它回歸模型或
插值模型之一的范圍完全位于范圍[X，m!n， X，max]中，則可以丟棄其它回歸模
型或插值模型。這可以例如有助于節(jié)約存儲資源。在塊678處，如果需要的
話，可以對有效范圍進(jìn)行更新。例如，如果X，屈N小于有效范圍的XMIN,則
可以3奪有歲丈范圍的xMIN i殳置為x，MIN。
如果在塊670處確定范圍[X，ivHN， X，MAx]與有效范圍[XMw， Xmax]沒有交
疊，則該流程可以前進(jìn)到塊682。在塊682處，如果需要的話，可以生成插值模型。在塊686處，可以對有效范圍進(jìn)行更新。塊682和686可以類似于針對圖14的塊464和468進(jìn)行描述的方式來實現(xiàn)。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，方法650可以各種方式進(jìn)行修改。僅作
為一個示例，如果確定范圍[X，m!n， X，MAX]與有效范圍[XMW， XMAx]存在交疊，則可以修改范圍[X，MIN ， X，max]和其它回歸模型和插值模型的操作范圍中的一個以上，使這些范圍不存在交疊。 .
圖18是監(jiān)控狀態(tài)558下的操作的示例方法700的流程圖。在塊704處，可以確定是否接收到學(xué)習(xí)命令。如果接收到學(xué)習(xí)命令，則該流程可以前進(jìn)到塊708。在塊708處，AOD系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)移到學(xué)習(xí)狀態(tài)554。如果沒有接收到學(xué)習(xí)命令，則該流程可以前進(jìn)到塊712。
在塊712處，可以接收數(shù)據(jù)集(x, y),如前所述。然后，在塊716處，可以確定所接收的數(shù)據(jù)集(x， y)是否處于有效范圍[XMw, Xmax]之內(nèi)。如果數(shù)據(jù)集超出有效范圍[XM!n, xMAX],則該流程可以前進(jìn)到塊720，在塊720處，AOD系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)移到超出范圍狀態(tài)562。但是，如果在塊716處確定數(shù)據(jù)集處于有效范圍[xm, xmax]內(nèi)，則該流程可以前進(jìn)到塊724、 728和732。塊724、 728和732可分別以類似于參照圖8所描述的塊284、 288和292的方式來實現(xiàn)。
為了有助于進(jìn)一步解釋圖15的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖550、圖16的流程圖600、圖17的流程圖650和圖118的流程圖700，再次參照圖IOA、 IOB、 12A、12B、 12C、 13A、 13B、 13C。圖10A示出AOD系統(tǒng)處于學(xué)習(xí)狀態(tài)554，而其^t型正在^^皮初始訓(xùn)練的圖350。具體來說，圖IOA的圖350包括已采集到的一組數(shù)據(jù)集354。在操作員使監(jiān)控命令被發(fā)出之后，或如果已采集到最大數(shù)目的數(shù)據(jù)集，則可以生成與該組數(shù)據(jù)集354對應(yīng)的回歸模型。圖IOB的圖350包括指示與該組數(shù)據(jù)集354對應(yīng)的回歸模型的曲線358。然后，AOD系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)移到監(jiān)控狀態(tài)558。
圖12A的圖形350示出處于監(jiān)控狀態(tài)558的AOD系統(tǒng)的操作。具體來說，AOD系統(tǒng)接收處于有效范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)集358。模型使用由曲線354指示的回歸模型生成預(yù)測yp (由圖12A的圖形中的"x"指示)。在圖12C中，AOD系統(tǒng)接收不在有效范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)集370。這可能使AOD系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到超 出范圍狀態(tài)562。
如果操作員接下來使學(xué)習(xí)命令被發(fā)出，則AOD系統(tǒng)將再次轉(zhuǎn)移到學(xué)習(xí) 狀態(tài)554。圖13A的圖350示出AOD系統(tǒng)轉(zhuǎn)移回學(xué)習(xí)狀態(tài)554之后的#:作。 具體來說，圖13A的圖包括已采集到的一組數(shù)據(jù)集374。在操作員已使監(jiān)控 命令被發(fā)出之后，或者如果已采集到最大數(shù)目的數(shù)據(jù)集，則可以生成與該組 數(shù)據(jù)集374對應(yīng)的回歸模型。圖13B的圖350包括指示與該組數(shù)據(jù)集374 對應(yīng)的回歸模型的曲線378。接下來，可以生成針對曲線354與378之間的 操作區(qū)域的插值模型。
然后，AOD系統(tǒng)轉(zhuǎn)移回監(jiān)控狀態(tài)558。圖13C的圖350示出的AOD系 統(tǒng)再次在監(jiān)控狀態(tài)558下操作具體來說，AOD系統(tǒng)接收處于有效范圍內(nèi) 的數(shù)據(jù)集382。模型使用由圖13B的曲線378指示的回歸模型生成預(yù)測yP (由圖13C的圖中的"x"指示)。
如果操作員再次使學(xué)習(xí)命令被發(fā)出，則AOD系統(tǒng)將再次轉(zhuǎn)移到學(xué)習(xí)狀 態(tài)554，在該期間，另一組數(shù)據(jù)集被采集。在操作員已使監(jiān)控命令被發(fā)出之 后，或如果已采集到最大數(shù)目的數(shù)據(jù)集，則可以生成與該組數(shù)據(jù)集對應(yīng)的回 歸模型。其它回歸模型的范圍可以被更新。例如，與曲線354和378對應(yīng)的 回歸模型的范圍可以由于在這兩個回歸模型之間添加回歸模型而被加長或 縮短。另外，與曲線354和378對應(yīng)的回歸模型之間的操作區(qū)域的插值模型 被與曲線354和378之間的曲線對應(yīng)的新回歸模型取代。因此，如果期望的 話，可以將插值模型從AOD系統(tǒng)所關(guān)聯(lián)的存儲器中刪除。在轉(zhuǎn)移到監(jiān)控狀 態(tài)5 5 8之后，AOD系統(tǒng)可以如前所述的那樣進(jìn)行操作。
AOD系統(tǒng)的一個方面是用戶界面例程，該用戶界面例程提供與這里所 述的AOD系統(tǒng)集成的圖形用戶界面(GUI)，以方便用戶與AOD系統(tǒng)所提 供的各種異常情況預(yù)防能力的交互。然而，在更詳細(xì)地討論GUI之前，應(yīng) 當(dāng)認(rèn)識GUI可以包括使用任意合適的編程語言和技術(shù)實現(xiàn)的一個以上軟件 例程。另外，組成GUI的軟件例程可以存儲在諸如工廠10中的工作站、控制器等的單個處理站或單元中，或在該處理站或單元中^皮處理，或可替換地，
可以使用在AOD系統(tǒng)中以可通信方式互相連接的多個處理單元以分布式存 儲和執(zhí)行GUI的軟件例程。
優(yōu)選地但不是必需地，GUI可以使用熟悉的圖形、基于windows的架構(gòu) 和外觀來實現(xiàn)，其中多個互相聯(lián)接的圖形視圖或頁面包括使用戶能夠以期望 的方式通覽(navigate through)頁面以查看和/或獲取特定類型的信息的一個 以上下拉菜單。以上所述的AOD系統(tǒng)的特征和/或能力可以通過GUI的一個 以上相應(yīng)的頁面、視圖或顯示來表示、訪問、調(diào)用等。此外，組成GUI的 各種顯示可以邏輯方式互相聯(lián)接，以方便用戶快速且直觀地通覽所述顯示， 以獲取特定類型的信息或訪問和/或調(diào)用AOD系統(tǒng)的特定能力。
一般而言，這里所述的GUI提供過程控制區(qū)域、單元、環(huán)路、設(shè)備等 的直觀的圖形描繪或顯示。這些圖形顯示中的每一個都可以包括與GUI所 顯示的特定視圖相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)信息和指示(其中一些或全部狀態(tài)信息和指示 可以由以上所述的AOD系統(tǒng)生成)。用戶可以使用任意一見圖、頁面或顯示 中的指示來快速評估該顯示中描繪的焦化加熱器64或其它設(shè)備中是否存在 問題。
另外，GUI可以就與焦化加熱器64中已經(jīng)出現(xiàn)的或即將出現(xiàn)的諸如異 常情況之類的問題向用戶提供消息。這些消息可以包括圖形和/或文本信息， 用于描述該問題、建議對系統(tǒng)進(jìn)行可以被實施以消除當(dāng)前問題或可以被實施 以避免潛在問題的可能改變、描述可以被繼續(xù)以校正或避免問題的 一 系列行 動等。
焦化設(shè)備異常情況預(yù)防模塊300可以包括一個以上操作員顯示。圖19 -22示出用于AOD系統(tǒng)150的、針對焦化單元62的焦化加熱器64中的異 常情況預(yù)防的操作員顯示800的示例。參見圖19，操作員顯示800可以示 出用于說明正被監(jiān)控的實際焦化加熱器64的多個通道804。顯示800可以 自動調(diào)節(jié)為示出操作員顯示800所表示的物理系統(tǒng)的管道通道804的準(zhǔn)確數(shù) 目。每個通道804可以包括按鈕808或其它可選擇的用戶界面結(jié)構(gòu)，當(dāng)這些結(jié)構(gòu)被用戶選4奪時，可以在顯示800上顯示關(guān)于焦化加熱器64中與該按鈕 808相關(guān)聯(lián)的部分的信息。例如，在選擇4姿4丑808之后，顯示800即可以啟 動(lanuch)面板812,該面4反可以顯示與選擇的4姿4丑808所關(guān)聯(lián)的通道804 有關(guān)的信息，或與焦化加熱器64的搡作有關(guān)的其它信息。面板812可以包 括與加工廠IO和AOD系統(tǒng)150所監(jiān)控的單元有關(guān)的;f莫式、狀態(tài)、當(dāng)前增益、 當(dāng)前熱傳遞、預(yù)測增益、預(yù)測熱傳遞、當(dāng)前回歸模型、回歸擬合的質(zhì)量或任 意其它信息。面板812還可以包括^修改顯示800中所表示的單元的任意可配 置參數(shù)的用戶可調(diào)節(jié)的控制。例如，通過面板中的控制，操作員可以配置學(xué) 習(xí)模式時段、統(tǒng)計計算周期、回歸階數(shù)或閾值極限中的任意一個。另外，操
作員可以采取措施以減輕探測到的高焦化狀況。例如，操作員可以修改流量 閥位置以增加流速，從而減少進(jìn)料在管道中存在的時間，從而努力降低焦化 狀況。當(dāng)然，操作員可以對焦化加熱器進(jìn)行很多其它調(diào)節(jié)，以預(yù)防或減輕異 常情況。其它信息也可以顯示在面板812上，并且其它變量也可以通過面板 812來配置。
參見圖21,操作員顯示800可以包括與探測到的異常情況有關(guān)的附加 信息。在一個實施例中，操作員可以選擇按鈕、被監(jiān)控單元的受影響區(qū)域的 視覺表示、或另一種結(jié)構(gòu)的操作員顯示800，以獲取關(guān)于該情況的信息。例 如，操作員可以選擇受影響的通道812的視覺表示、警報條(alarm banner) 816或其它結(jié)構(gòu)的顯示800。在選擇之后，顯示800即可以顯示關(guān)于纟皮監(jiān)控 單元的具體受影響區(qū)域的概要消息820或其它信息。
參見圖21和22，概要消息820可以包括另一可選擇結(jié)構(gòu)824(圖21 ), 其允許呈現(xiàn)概要消息中不包括的附加的詳細(xì)信息。如圖22所示，結(jié)構(gòu)824 的選擇可以呈現(xiàn)關(guān)于異常情況的細(xì)節(jié)，包括可以指示對探測到的故障的可能 補(bǔ)救的建議行動828。另外，在選擇之后，結(jié)構(gòu)824即可以呈現(xiàn)向?qū)椭?檔，其可以提供更深入的指令，以供操作員糾正異常情況。
基于前述內(nèi)容，公開了在產(chǎn)品精煉加工中焦化設(shè)備單元的焦化加熱器中 的異常情況預(yù)防的具體前提下方便監(jiān)控和診斷過程控制系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法。監(jiān)控和診斷焦化加熱器中的故障可以包括統(tǒng)計分析技術(shù)，例如回歸。具體來 說，從精煉廠的焦化設(shè)備區(qū)域中正在操作的的焦化加熱器中采集在線過程數(shù) 據(jù)。當(dāng)過程在線且操作正常時，過程數(shù)據(jù)表示過程的正常操作。統(tǒng)計分析用 于基于所采集的數(shù)據(jù)開發(fā)過程的模型。可替換地，或可結(jié)合地，可以施行過 程的監(jiān)控，其使用用統(tǒng)計分析所開發(fā)的過程模型來基于該模型的參數(shù)生成輸 出。該輸出可以使用來自模型的各種參數(shù)，并且可以包括基于模型的結(jié)果的 統(tǒng)計輸出和基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的歸一化過程變量。每個輸出可以用于生成用于過 程監(jiān)控和診斷的可視化顯示，并且可用于施行警報診斷，以探測過程中的異 常情況。
通過本公開內(nèi)容的這一方面，可以定義焦化設(shè)備異常情況預(yù)防模塊3 00,
并將其用于在線診斷，這對于焦化加熱器和精煉加工廠中的多種過程裝置故 障或異常情況是有用的。模型可以使用回歸建模得到。在某些情況下，所公 開的方法可以用于觀察焦化加熱器中的長期焦化，而不是焦化加熱器效率的 瞬時變化。例如，所公開的方法可用于在線、長期的合作診斷?？商鎿Q地或 作為補(bǔ)充地，所公開的方法可以提供回歸分析的可替換方法。
所公開的方法可以結(jié)合包括例如圖23所示的DeltaV 900和Ovation 多種控制系統(tǒng)平臺 一起實施，并且與諸如柔斯芒特3420 FF接口模塊之類的 各種過程裝置和設(shè)備一起實施?？商鎿Q地，所公開的方法和系統(tǒng)可以被實施 為獨立的異常情況預(yù)防應(yīng)用程序?；蛘?，所公開的方法和系統(tǒng)可以被配置為 生成警告，以及其它方式支持焦化加熱器中的焦化水平的調(diào)節(jié)。
公開了以上所述的涉及焦化加熱器中的異常情況預(yù)防的示例，其中應(yīng),當(dāng) 理解所公開的系統(tǒng)、方法和技術(shù)的實踐并不限于這類內(nèi)容。相反，所公開的 系統(tǒng)、方法和技術(shù)適于與包括能夠選擇用于監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等的具有不同組 織結(jié)構(gòu)、元件布置或分散零件、單元、組件或項的其它集合的任意診斷系統(tǒng)、 應(yīng)用程序、例程、技術(shù)或程序一起使用。指定在診斷中使用的過程參數(shù)的其 它診斷系統(tǒng)、應(yīng)用程序等也可以被開發(fā)，或者受益于這里所描述的系統(tǒng)、方 法和技術(shù)。然后，參數(shù)的這種單獨指定可以被用于對其所關(guān)聯(lián)的過程數(shù)據(jù)進(jìn)行定位、監(jiān)控和存儲。此外，所公開的系統(tǒng)、方法和技術(shù)不一定僅僅與過程 控制系統(tǒng)的診斷方面一起使用，尤其是在這類方面還沒有被開發(fā)或還處于開 發(fā)的早期階段時。相反，所公開的系統(tǒng)、方法和技術(shù)還適于與過程控制系統(tǒng)、 加工廠或過程控制網(wǎng)絡(luò)等的任意元素或方面一起使用。
這里所描述的方法、過程、程序和技術(shù)可以使用硬件、固件和軟件的任 意組合來實現(xiàn)。因此，這里所述的系統(tǒng)和技術(shù)可以在標(biāo)準(zhǔn)多用途處理器中實 現(xiàn)，或根據(jù)需要使用專用設(shè)計硬件或固件來實現(xiàn)。當(dāng)以軟件實現(xiàn)時，該軟件 可以存儲在任意計算機(jī)可讀存儲器中，例如存儲在磁盤、光盤或其它存儲介
質(zhì)上，存儲在計算機(jī)、處理器、I/O設(shè)備、現(xiàn)場設(shè)備、接口設(shè)備等的RAM 或ROM或閃存中。同樣地，該軟件可以通過任意已知的期望的發(fā)送方法， 包括例如計算機(jī)可讀盤上或其它可傳輸計算存儲機(jī)構(gòu)或通信介質(zhì)，發(fā)送給用 戶或過程控制系統(tǒng)。通信介質(zhì)通常將計算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊 或其它數(shù)據(jù)具體體現(xiàn)為諸如載波或其它傳輸機(jī)制之類的調(diào)制數(shù)據(jù)信號。術(shù)語 "調(diào)制數(shù)據(jù)信號"意指使其一個以上特征以將信息編碼在信號中的方式被設(shè) 置或改變的信號。以示例而非限制的方式，通信介質(zhì)包括諸如有線網(wǎng)絡(luò)或直 接連接的網(wǎng)絡(luò)之類的有線介質(zhì)和諸如聲、射頻、紅外和其它無線介質(zhì)之類的 無線介質(zhì)。因此，該軟件可以通過諸如電話線、因特網(wǎng)等的通信通道發(fā)送給
可互換)。 '
因此，盡管已參考具體的示例描述了本發(fā)明，這些示例僅僅是示例性的， 而并不對本發(fā)明構(gòu)成限制，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很顯然可以在不
超出本發(fā)明的精神和范圍的情況下對所公開的實施例進(jìn)行改變、增加或刪除。
權(quán)利要求
1、一種探測加工廠內(nèi)焦化加熱器操作期間的異常情況的方法，該方法包括當(dāng)所述焦化加熱器處于第一操作區(qū)域時，在焦化加熱器操作的第一階段，采集所述焦化加熱器的多個第一數(shù)據(jù)點，所述第一數(shù)據(jù)點根據(jù)增益變量或熱傳遞變量中的至少一個以及總進(jìn)料速率變量生成；根據(jù)所述第一數(shù)據(jù)點生成所述焦化加熱器在所述第一操作區(qū)域中的回歸模型；向所述回歸模型輸入多個第二數(shù)據(jù)點，當(dāng)所述焦化加熱器處于所述第一操作區(qū)域時，在焦化加熱器操作的第二階段，所述多個第二數(shù)據(jù)點根據(jù)增益變量或熱傳遞變量中的至少一個以及總進(jìn)料速率變量生成；從所述回歸模型輸出預(yù)測值，所述預(yù)測值在焦化加熱器操作的第二階段根據(jù)增益變量或熱傳遞變量中的至少一個生成，所述增益變量或熱傳遞變量中的至少一個是根據(jù)總進(jìn)料速率變量生成的值的函數(shù)；將在焦化加熱器操作的第二階段根據(jù)增益變量或熱傳遞變量中的至少一個生成的預(yù)測值與在焦化加熱器操作的第二階段根據(jù)增益變量或熱傳遞變量生成的相應(yīng)值進(jìn)行比較；以及當(dāng)在焦化加熱器操作的第二階段根據(jù)增益變量或熱傳遞變量中的至少一個生成的值明顯偏離根據(jù)增益變量或熱傳遞變量中的至少一個生成的相應(yīng)預(yù)測值時，探測到異常情況。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個第一數(shù)據(jù)點和所述多個 第二數(shù)據(jù)點包括根據(jù)總進(jìn)料速率、流速、流量閥位置、在所述焦化加熱器 的管道的加熱元件前面的位置處的通道物質(zhì)的溫度、和在所述焦化加熱器的 管道的加熱元件后面的位置處的通道物質(zhì)的溫度中的一個以上生成的第一 數(shù)據(jù)點和第二數(shù)據(jù)點。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述增益變量包括流速和閥位置中的至少一個。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其中采集所述多個第一數(shù)據(jù)點包括采集 由原始過程變量數(shù)據(jù)和原始過程變量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計變化構(gòu)成的組中的至少一種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述原始過程變量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計變 化包括均值、中值或標(biāo)準(zhǔn)差中的一種以上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括將過程變量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計 變化的標(biāo)準(zhǔn)差建模為負(fù)荷變量的函數(shù)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)在焦化加熱器操作的 第二階段根據(jù)總進(jìn)料速率變量生成的第二數(shù)據(jù)點被觀察到處于所述第一操 作區(qū)域之外時，生成所述焦化加熱器在第二操作區(qū)域中的新回歸模型。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述焦化加熱器包括多個管道，每個 管道包括與流量控制閥通信的流量控制器，其中所述流量控制器被配置為修 改流量閥位置，以控制所述管道內(nèi)的物質(zhì)的流速。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括 一旦探測到異常情況， 即修改所述流量閥位置。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述焦化加熱器進(jìn)一步包括與管 道加熱器通信的熱量控制器，其中所述熱量控制器被配置為修改所述管道加 熱器的熱量輸出，以修改所述多個管道內(nèi)的流動物質(zhì)的溫度。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，進(jìn)一步包括 一旦探測到異常情況， 即修改所述管道加熱器的熱量輸出，以修改所述管道內(nèi)的流動物質(zhì)的溫度。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述總進(jìn)料速率變量包括所述焦 化加熱器的通道的流速。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述增益變量是由通過焦化加熱 器管道的流的速率、流量控制閥的位置、控制器輸出和控制器命令構(gòu)成的組 中的一個以上的函^:。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述熱傳遞變量是由通過焦化加熱器的流的速率和所述管道中的流動物質(zhì)從所述管道的始端到所述管道的 末端的溫度變化構(gòu)成的組中的 一 個以上的函數(shù)。
15、 一種探測加工廠內(nèi)焦化加熱器操作期間的異常狀況的方法，所述焦化加熱器包括多個管道，該方法包括在焦化加熱器操作的第 一 階段，采集根據(jù)總進(jìn)料速率以及每個管道的增 益和熱傳遞中的至少一個生成的第一數(shù)據(jù)集，其中所述增益是通過所述管道 的物質(zhì)的流速和流量控制閥的位置的函數(shù)，并且其中所述熱傳遞是通過所述 管道的物質(zhì)的流速和所述管道中的物質(zhì)從所述管道的始端到所述管道的末 端的溫度變化的函數(shù)；根據(jù)所述第 一 數(shù)據(jù)集生成所述焦化加熱器在第 一 操作區(qū)域中的回歸模 型，其中所述總進(jìn)料速率對應(yīng)于所述回歸模型的負(fù)荷變量，并且所述增益和 熱傳遞中的至少一個對應(yīng)于所述回歸模型的監(jiān)控變量；在焦化加熱器操作的第二階段，采集根據(jù)總進(jìn)料速率以及每個管道的增 益和熱傳遞中的至少一個生成的第二數(shù)據(jù)集；將根據(jù)總進(jìn)料速率生成的第二數(shù)據(jù)集輸入至所述回歸模型；從所述回歸模型輸出根據(jù)增益和熱傳遞中的至少一個生成的預(yù)測值；下列中的至少一個將根據(jù)增益生成的預(yù)測值與在焦化設(shè)備操作的第二階段所記錄的增益進(jìn)行比較，和將根據(jù)熱傳遞生成的預(yù)測值與在焦化設(shè)備操作的第二階段所記錄的熱傳遞進(jìn)行比較；以及當(dāng)根據(jù)在焦化設(shè)備操作的第二階段的增益和在焦化設(shè)備操作的第二階 段的熱傳遞中的至少一個生成的值明顯偏離根據(jù)增益和熱傳遞生成的預(yù)測 值時，探測到異常情況。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述增益是流量控制間的位置、 控制器輸出或控制器命令中的至少 一 個以及通過所述管道的流的速率的函
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)根據(jù)在焦化設(shè)備操 作的第二階段的增益生成的值明顯偏離根據(jù)所述增益生成的預(yù)測值時，修改所述流量控制閥的位置。
18、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)根據(jù)在焦化設(shè)備操 作的第二階段的熱傳遞生成的值明顯偏離根據(jù)所述熱傳遞生成的預(yù)測值時，修改管道加熱器的熱量輸出
19、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)根據(jù)在焦化加熱器 操作的第二階段的總進(jìn)料速率生成的數(shù)據(jù)不在所述第 一操作區(qū)域之內(nèi)時，生 成所述焦化加熱器的新回歸模型。
20、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)探測到所述多個管 道中的所有管道都存在異常情況時，探測異常情況的上游位置。
21、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括將根據(jù)流速生成的數(shù) 據(jù)輸入至所述回歸模型，以從所述回歸模型得到根據(jù)增益和熱傳遞中的一個 以上生成的預(yù)測值的輸出。
22、 一種監(jiān)控加工廠的焦化加熱器中的異常情況的系統(tǒng)，包括 數(shù)據(jù)采集工具，適于在所述焦化加熱器操作期間從所述焦化加熱器采集在線過程數(shù)據(jù)，其中所采集的在線過程數(shù)據(jù)根據(jù)多個焦化加熱器過程變量生 成；分析工具，包括回歸分析引擎，所述回歸分析引擎適于基于根據(jù)在所述 焦化加熱器在線時所采集的在線過程數(shù)據(jù)生成的數(shù)據(jù)集，對所述焦化加熱器 的操作進(jìn)行建模，所采集的在線過程數(shù)據(jù)包括所述焦化加熱器的操作的測量 值，其中所述焦化加熱器的操作的模型適于被執(zhí)行為生成根據(jù)多個焦化加熱 器過程變量中的第一焦化加熱器過程變量生成的預(yù)測值，所述預(yù)測值是根據(jù) 多個焦化加熱器過程變量中的第二焦化加熱器過程變量生成的數(shù)據(jù)的函數(shù)， 并且其中所述分析工具適于存儲所述焦化加熱器的操作的模型和根據(jù)所采 集的在線過程數(shù)據(jù)生成的數(shù)據(jù)集；和監(jiān)控工具，適于生成根據(jù)所采集的在線過程數(shù)據(jù)生成的數(shù)據(jù)集，使用所述分析工具根據(jù)焦化加熱器過程變量中的至少一種生成的 預(yù)測值，和包括所述焦化加熱器的操作的模型的參數(shù)的焦化加熱器狀態(tài)，其中 所述焦化加熱器的操作的模型的參數(shù)包括根據(jù)所采集的在線過程數(shù)據(jù) 生成的數(shù)據(jù)集的至少一個過程變量。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述多個焦化加熱器過程變量 包括由總進(jìn)料速率、管道流速、流量閥位置、在所述焦化加熱器的管道的加 熱元件前面的位置處的通道物質(zhì)的溫度和在所述焦化加熱器的管道的加熱 元件后面的位置處的通道物質(zhì)的溫度構(gòu)成的組中的 一個以上；并且其中所述焦化加熱器的操作的模型的參數(shù)包括總進(jìn)料速率，并且所述焦 化加熱器過程變量中的至少一個的預(yù)測值包括由相對于流量閥位置的管道 流速以及在所述焦化加熱器的管道的加熱元件后面的位置處的通道物質(zhì)的 溫度與在所述焦化加熱器的管道的加熱元件前面的位置處的通道物質(zhì)的溫 度之間的差構(gòu)成的組中的 一 個以上。
24、 一種探測加工廠的焦化加熱器中的異常情況的系統(tǒng)，包括 數(shù)據(jù)采集工具，適于在所述焦化加熱器操作期間從所述焦化加熱器采集在線過程數(shù)據(jù)，其中所采集的在線過程數(shù)據(jù)根據(jù)多個焦化加熱器過程變量生 成；分析工具，包括回歸分析引擎，適于基于根據(jù)在所述焦化加熱器在線 時所采集的在線過程數(shù)據(jù)生成的數(shù)據(jù)集，對所述焦化加熱器的操作進(jìn)行建 模，所采集的在線過程數(shù)據(jù)包括所述焦化加熱器的操作的測量值，其中所述 焦化加熱器的操作的模型適于被執(zhí)行為生成根據(jù)多個焦化加熱器過程變量 的第一焦化加熱器過程變量生成的預(yù)測值，所述預(yù)測值是根據(jù)所述多個焦化 加熱器過程變量中的第二焦化加熱器過程變量生成的數(shù)據(jù)的函數(shù)，并且其中 所述分析工具適于存儲所述焦化加熱器的操作的模型和根據(jù)所采集的在線 過程數(shù)據(jù)生成的數(shù)據(jù)集；監(jiān)控工具，適于生成根據(jù)所采集的在線過程數(shù)據(jù)生成的數(shù)據(jù)集，使用所述分析工具根據(jù)所述焦化加熱器過程變量中的至少一個生 成的預(yù)測值，以及包括所述焦化加熱器的操作的模型的參數(shù)的焦化加熱器狀態(tài)，其中 所述焦化加熱器的操作的模型的參數(shù)包括根據(jù)所采集的在線過程數(shù)據(jù)生成的數(shù)據(jù)集的至少一個過程變量；包括具有多個焦化加熱器通道的焦化加熱器的表示的搡作員顯示；與所述多個焦化加熱器通道中的每一個相關(guān)聯(lián)的可選擇用戶界面結(jié)構(gòu)，每個結(jié)構(gòu)適于顯示與所關(guān)聯(lián)的焦化加熱器通道有關(guān)的信息；以及包括與所述焦化加熱器的表示的每個通道相關(guān)聯(lián)的圖形顯示的異常情況指示符，所述圖形顯示適于指示在所述焦化加熱器操作期間所述焦化加熱器的異常情況和與該異常情況相關(guān)聯(lián)的通道。
25、根據(jù)權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述可選擇用戶界面結(jié)構(gòu)適于 使能用戶控制所述焦化加熱器的可配置參數(shù)，所述可配置參數(shù)包括學(xué)習(xí)模式 時段、統(tǒng)計計算周期、回歸階數(shù)和閾值極限中的至少一種。
全文摘要
公開了在產(chǎn)品精煉加工中焦化設(shè)備單元的焦化加熱器中的異常情況預(yù)防的前提下，方便監(jiān)控和診斷過程控制系統(tǒng)及其任何元件的系統(tǒng)和方法。監(jiān)控和診斷焦化加熱器中的故障包括統(tǒng)計分析技術(shù)，例如回歸。具體來說，在線過程數(shù)據(jù)從精煉廠的焦化設(shè)備區(qū)域中正在操作的焦化加熱器中被采集。統(tǒng)計分析被用于開發(fā)該過程的回歸模型。輸出可以使用來自模型的多個參數(shù)，并且可以包括基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)的歸一化過程變量和過程變量極限或模型組件。每個輸出可以用于生成用于過程監(jiān)控和診斷的可視化顯示，并施行警報診斷，以探測該過程中的異常情況。
文檔編號G05B23/02GK101529354SQ200780039429
公開日2009年9月9日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月28日
發(fā)明者拉維·坎特, 約翰·菲利普·米勒, 陶托·?！ざ骷?申請人:費舍-柔斯芒特系統(tǒng)股份有限公司