[发明专利]过程控制系统中的非侵入式数据分析

说明书

在线数据分析设备可以安装在过程控制系统中作为独立的设备，其与在线控制系统并行地但是关于在线控制系统非侵入式地进行操作，以执行过程的在线分析，而不需要过程控制系统被重配置或重认证。该数据分析设备包括耦接到逻辑引擎的数据分析引擎，该逻辑引擎接收以非侵入式的方式从过程控制系统采集的过程数据。逻辑引擎进行操作以确定不是在过程控制系统之中生成的其他过程变量值，并且提供所采集的过程变量数据和其他过程变量值给数据分析引擎。数据分析引擎执行基于统计的过程模型，如批次模型、时期模型和阶段模型，以产生预测过程变量，如时期结束或批次结束质量变量，以用于分析在线过程的操作。

技术领域

本专利概括涉及用于分析过程控制系统性能的系统和方法，并且更具体地涉及用于非侵入式地执行在线数据分析并且在批次(batch)和连续过程中建模的系统和方法。

背景技术

过程控制系统如化学、石油或其他过程中使用的那些过程控制系统典型地包括一个或多个过程控制器和输入/输出(I/O)设备，其经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线可通信地耦接到至少一个主机或操作员工作站并且耦接到一个或多个现场设备。现场设备可以包括例如阀、阀定位器、开关和发射器(例如温度、压强和流速传感器)，其执行过程之中的过程控制功能，如打开或关闭阀以及测量过程控制参数。过程控制器接收用于指示由现场设备做出的过程测量的信号，处理该信息来实现控制例程，并且生成控制信号，该控制信号通过总线或其他通信线路被发送给现场设备以控制过程的操作。这样，过程控制器可以经由总线和/或其他通信链路使用现场设备执行并且协调控制策略。

可以使得来自现场设备和控制器的过程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(即软件例程、程序等等)，以使得操作员能够执行关于过程的希望的功能，如(例如经由图形用户接口)查看过程的当前状态、评价过程、(例如经由可视对象图形)修改过程的操作等等。许多过程控制系统还包括一个或多个应用站(例如工作站)，其可以典型地使用个人计算机、膝上电脑等等来实现并且经由局域网(LAN)可通信地耦接到过程控制系统中的控制器、操作员站和其他系统。每个应用站可以包括图形用户接口，图形用户接口显示过程控制信息，过程控制信息包括过程变量的值、与过程相关联的质量参数的值、过程故障检测信息和/或过程状态信息。

典型而言，在图形用户接口中显示过程信息限于显示与过程相关联的每个过程变量的值。在一些情况中，用于对所采集的数据执行数据分析的方法被用于分析过程操作。例如，一些过程控制系统可以例如表征一些过程变量之间的简单关系，以确定与过程相关联的质量度量。然而，在一些情况中，过程数据分析可能相当复杂，这种过程数据分析大部分是离线地(即在过程完成之后)执行的。尽管离线数据分析是多年以来被消费者用于确定例如产品质量问题的根本原因的强大的工具，但是在过程的结果产品不符合预定的质量控制度量的情况中，过程和/或其他过程变量仅在结果产品的一个批次、一个过程和/或一个组装完成之后才被分析。尽管在过程完成时查看过程和/或质量变量使得能够实现对后续产品的制造或处理的改善，但是这些改善不能够补救不合规格的当前完成的产品。

在批次过程中即在实现批次过程的过程控制系统中，该问题特别严重。如我们所知的，批次过程典型地进行操作以经过(可以由一个或多个时期(stage)、阶段(phase)或程序(procedure)定义的)各种数量的时期或步骤，将原材料的普通集合作为“批次”一起处理，以产生产品。批次过程的多个时期或步骤可以在相同的设备如罐中执行，而其他时期或步骤可以在其他设备中执行。因为相同的原材料在批次过程的不同时期或步骤中随着时间推移而被不同地处理，所以在许多情况中难以在一件普通设备中准确地确定在批次过程的任意一个时期或步骤期间是否正在以将最有可能导致具有希望或足够的质量度量的最终产品的生产的方式来处理批次中的材料。即，因为在批次操作期间正在被处理的材料的温度、压强、浓度、pH或其他参数随时间改变，很多时候材料保留在同一位置，所以难以确定在批次运行期间的任意特定时间该批次过程是否以最有可能产生具有希望质量度量的最终产品的方式来操作。