[发明专利]用于过程设备的自诊断过程控制环路

说明书

本申请是于2006年12月5日提交的申请号为200680045686.X（PCT/US2006/046589）的标题为“用于过程设备的自诊断过程控制环路”的专利申请的分案申请。

相关申请

本专利对在2005年12月5日提交的、临时申请序号为60/742,320的美国专利（U.S.Provisional Application Serial No.60/742,320）提出优先权要求，所述美国专利的全部内容在此通过引用，明确地被并入本专利。

技术领域

本公开总体上涉及过程设备中的过程控制系统，尤其涉及用于过程环境中的适应性过程控制环路的诊断。

背景技术

过程控制系统广泛地用于制造产品或控制过程（例如化学品制造、发电厂控制等等）的工厂及/或车间。过程控制系统也用于自然资源的开采，比如石油及天然气钻探及处理过程等等。实质上，任何制造过程、资源开采过程等等，可以通过一个或多个过程控制系统的应用而得以自动化。相信所述过程控制系统最终也将更广泛地用于农业。

过程控制系统-如那些用于化学、石油、或其他过程的过程控制系统-典型地包括一个或多个集中式或分布式过程控制器，过程控制器通过模拟通信协议、数字通信协议或模拟/数字混合总线，与至少一个主机或操作员工作站或与一个或多个过程控制及仪器设备（比如现场设备）通信连接。现场设备可能是阀、阀定位器、开关、传送器及传感器（例如温度传感器、压力传感器、及流率传感器），它们在过程中发挥功能，如开启或关闭阀及测量或过程参数。过程控制器接收现场设备所进行的或与现场设备有关的过程测量的信号及/或关于现场设备的其他信息，并使用这些信息来实施控制例程，然后产生控制信号并通过一条或多条总线或其他通信线传送至现场设备，以控制过程的操作。来自现场设备及控制器的信息通常传送到由操作员工作站执行的一种或多种应用程序，以使操作员能够针对过程执行必要的功能，比如检视过程的当前状态、更改过程的操作等等。

过程设备中的多种装置可以在物理及/或逻辑组中互连，以创建一个逻辑过程，比如一个控制环路。同样地，一个控制环路可以与其他控制环路及/或设备互连，以创建一个单元，而一个单元接着可以与其他单元互连，以创建一个区。过程设备一般包括互连区，而商业实体一般包括可以互连的过程设备。因此，一个过程设备包括带有互连资产的多级的层次，而一个企业可能包括互连过程设备。换句话说，与一个过程设备有关的资产或多个过程设备可以组合在一起，以构成在较高层次的资产。

适应性过程控制环路已经被开发来适应性地设计自调谐控制器，用于过程控制系统。一般上，适应性过程控制环路基于模型参数插补。根据所述参数插补，候选过程模型可以由一预定集合的模型定义。每个所述模型可以由多个参数表示，而对于每个模型而言，每个所述参数有一相应值，该相应值选择自一集合相应于该参数的预定初始化值。每个模型的赋值可以包括一模型方差的计算以及一标准值的计算，而该标准值得自为所述模型计算的模型方差。该标准值被赋值于在一赋值扫描中表示的模型中表示的每个参数值。由于重复模型的赋值，为每个参数值计算一累积标准值。该累积标准值是在模型赋值期间被赋值于所述参数值的所有标准值的总和。接着，为过程控制环路的每个参数计算一适应性参数值。该适应性参数值可以是赋值于各个参数的初始化值的加权平均值。该集合的适应性过程参数值接着用于重新设计适应性过程控制环路，尤其是所述适应性过程控制环路控制器。

过程控制环路性能测量及过程控制环路退化的可能原因的诊断，对过程控制人员是一项共同挑战。一般上，过程控制环路诊断涉及监测系统，监测系统进行测量并向操作员提供信息，比如过程控制环路中的每个变量的可变性、控制块模式、过程控制环路输入及输出状况等等。过程控制环路诊断帮助识别工作不适当的过程控制环路、模式不佳的过程控制环路以及状况不佳的过程控制环路。因此，有问题的过程控制环路可以被识别，而且这些过程控制环路的问题可以被识别。然而，这些问题的原因的识别一般需要各别的诊断程序。

在过程控制环路监测及诊断程序的一个范例中，过程控制环路振荡的原因在检测过程控制环路振荡后被识别。过程控制环路振荡的潜在原因被识别或归类为外界干扰，比如过程控制环路设备问题（例如阀问题）或调谐问题。然而，过程控制环路诊断经常需要对过程控制环路进行有效操纵。例如，对一过程控制环路的操纵，可能需要通过转换该过程控制环路为手动或通过改变该过程控制环路的过程控制器的调谐。此外，过程控制环路诊断经常预定在过程控制操作员或其他人员的监督之下执行。