[发明专利]用于确定储料罐内的物质特性的多层建模的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求受益于2010年5月21号公开的，名为“用于确定储料罐内的物质特性的多层建模的方法和系统”的美国专利申请No.61/347,208，在此将美国专利申请No.61/347,208全文引入作为参考。

技术领域

本发明一般涉及过程控制系统的发明，更具体地，涉及用于确定无混合器的批处理罐内的流体物质特性的多层建模技术的实现。

背景技术

过程控制系统例如在化学、石油或其他过程中使用的过程控制系统一般包括通信地耦接到至少一个主机或操作员工作站并通过模拟、数字或组合的模拟/数字总线通信地耦接到一个或多个现场设备的一个或多个过程控制器和输入/输出(I/O)设备。现场设备，可以是，例如，阀、阀定位器、开关和变送器(例如，温度、压力和流速传感器)。该些现场设备在过程中执行例如打开或者关闭阀的过程控制功能以及测量过程控制参数。过程控制器接收表示现场设备所做的过程测量的信号，处理该信息以实现控制例程，并且生成控制信号，该控制信号通过总线或者其他通信线被发送至现场设备以控制操作的运转。以此方式，过程控制器可以经由总线和/或其他通信链路来执行并协调使用现场设备的控制策略。

可使来自现场设备和控制器的控制信息可用于由操作员工作站(例如，基于处理器的系统)执行的一个或多个应用(例如，软件例程、程序等)，以使操作员能够施行关于过程的所需的功能，例如查看过程的当前状态(例如，通过图形用户接口)、评估过程、更改过程的操作(例如，通过视觉对象图)，等等。很多过程控制系统还包括一个或多个应用站(例如，工作站)。一般来说，这些应用站使用通过局域网(LAN)通信地耦接到控制器、操作员工作站和过程控制系统内的其他系统的个人计算机、笔记本或类似物来实现。每个应用站可以包括图形用户接口，其显示包括过程变量值、与过程关联的质量参数值的过程控制信息、过程故障检测信息、和/或过程状态信息。

涉及批处理的过程控制系统通常以各种数量的阶段或步骤作为一个批次来处理一些通用的原始物质或给料进行以生产产品。批处理的一个或多个步骤或阶段可在诸如处理罐、反应器或其他类型的处理设备的相同设备中执行。给料从各种例如储料罐的其他罐和其他反应器中在批处理的不同阶段被注入反应器中。来自耦接到储料罐和反应器的现场设备和控制器的过程信息对由操作员工作站执行的、一个或多个应用可用以确保操作员能够执行关于批处理的所需的功能。

为控制批处理产品的质量，精确理解在过程中的每一阶段发生了什么是很重要的。理解在过程的不同阶段从储料罐被供给至各种处理罐的给料的特性是考虑确定最终产品质量的一个因素。例如，给料可根据包含来源、季节、年龄、存储条件等多种因素而具有不同的特性。对给料特性没有清楚的理解，控制最终批处理产品的质量将很困难。例如，给料的特性的任何改变，即使在可接受的范围内，都能够影响最终批处理产品的反应器操作和质量参数。

在一些过程中，当给料被抽出罐并注入反应器时，当为了为给料获取均匀的特性，给料被传递到储料罐时，给料被混合。在紊流条件下，通过对流和紊流扩散来混合。扩散可以由不同设备产生：搅拌罐、喷射混合器和超声波混合器。在给料混合的过程中，还可以通过测量储料罐的注入浓度、注入流、抽出流和储料罐水平(或重量)来实现储料罐抽出浓度的连续计算。使用混合给料的过程还假定完全的混合。

批处理操作通常不使用混合给料。通常周期性的由卡车或反应器装载批处理中的储料罐而不使用混合器来混合给料。附加的给料的传递可以伴随着分析数据，该分析数据允许批处理至少说明将被添加到前一给料的注入给料。然而，当储料罐移除时，将添加更多的给料。注入给料可能包含与旧给料轻微不同的特性。在无混合器的储料罐内，当新给料被添加到旧给料时，将产生一定量的给料的层化或“分层”。除了分层外，由于自然发生的紊流和其他因素也将产生一定量的层间的混合，但储料罐内无混合器的话，完全混合是不可能的。因此，在给料离开储料罐后，很难预测注入到批处理反应器的抽出给料的精确特性。

发明内容