[發(fā)明專利]用于控制分批過(guò)程的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210297341.0
• 申請(qǐng)日: 2006-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102841538A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 特瑞思·L·貝利文斯;邁克爾·A·邦德瑞;格雷戈里·K·麥克米倫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 費(fèi)舍－柔斯芒特系統(tǒng)股份有限公司
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04;G05B17/02
• 代理公司: 北京德琦知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 羅正云;王琦

本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2006年9月30日、申請(qǐng)?zhí)枮?00610131751.2且名稱為“用于控制分批過(guò)程的方法和系統(tǒng)”的發(fā)明的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總地涉及過(guò)程控制系統(tǒng)，具體涉及用于對(duì)分批過(guò)程進(jìn)行控制和/或建模的系統(tǒng)。

背景技術(shù)

諸如化學(xué)、石油或其它工業(yè)中所使用的過(guò)程控制系統(tǒng)，例如分布式或可擴(kuò)展的過(guò)程控制系統(tǒng)，一般包括一個(gè)或多個(gè)過(guò)程控制器，過(guò)程控制器經(jīng)由模擬、數(shù)字或模擬/數(shù)字混合總線與至少一個(gè)主機(jī)或操作員工作站以及一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信連接。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以例如是閥、閥門定位器、開(kāi)關(guān)、傳感器（例如溫度、壓力和流量傳感器）等，它們?cè)谶^(guò)程中執(zhí)行諸如開(kāi)啟或關(guān)閉閥以及測(cè)量過(guò)程參數(shù)等功能。過(guò)程控制器接收表示由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備產(chǎn)生的過(guò)程測(cè)量值的信號(hào)，和/或關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的其它信息，利用這些信息執(zhí)行控制例行程序，并隨后產(chǎn)生通過(guò)總線發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以控制過(guò)程操作的控制信號(hào)。來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制器的信息典型地用于由操作員工作站執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序中，以使操作員執(zhí)行與過(guò)程相關(guān)的任何期望功能，例如查看過(guò)程的當(dāng)前狀態(tài)、修正過(guò)程操作等。

過(guò)去，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備用于經(jīng)由模擬總線或模擬線路向過(guò)程控制器發(fā)送模擬信號(hào)（例如4-20毫安），并從過(guò)程控制器接收模擬信號(hào)（例如4-20毫安）。因?yàn)檫@些4-20毫安的信號(hào)表示由設(shè)備所作的測(cè)量值或表示控制器所產(chǎn)生的需要控制設(shè)備操作的控制信號(hào)，所以它們實(shí)際上是有局限的。然而，在過(guò)去的大約十年中，包括微處理器和存儲(chǔ)器的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備已經(jīng)普遍用于過(guò)程控制行業(yè)。除了在過(guò)程中發(fā)揮的主要功能以外，智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還存儲(chǔ)屬于設(shè)備的數(shù)據(jù)，以數(shù)字或數(shù)字和模擬混合的形式與控制器和/或其它設(shè)備通信，并執(zhí)行例如自校準(zhǔn)，識(shí)別，診斷等次要任務(wù)。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出很多標(biāo)準(zhǔn)且開(kāi)放的智能設(shè)備通信協(xié)議，例如Device和CAN協(xié)議，使得不同制造商制造的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以在同一個(gè)過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一起使用。此外，由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)（Fieldbus?Foundation）發(fā)布的全數(shù)字、雙線總線協(xié)議，稱為FOUNDATIONTM現(xiàn)場(chǎng)總線（下文稱“Fieldbus”）協(xié)議，其使用位于不同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的功能塊，執(zhí)行之前已在集中控制器內(nèi)執(zhí)行了的控制操作。在這種情況下，F(xiàn)ieldbus現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠存儲(chǔ)和運(yùn)行一個(gè)或多個(gè)功能塊，每個(gè)功能塊都會(huì)從其它功能塊（或者在同一設(shè)備內(nèi)或者在不同設(shè)備內(nèi)）接收輸入，和/或向其它功能塊提供輸出，并執(zhí)行一些過(guò)程控制操作，例如測(cè)量或檢測(cè)過(guò)程參數(shù)，控制設(shè)備或執(zhí)行控制操作，例如執(zhí)行比例-積分-微分（PID）控制例行程序。過(guò)程控制系統(tǒng)內(nèi)的不同功能塊設(shè)置為彼此通信（例如通過(guò)總線），以形成一個(gè)或更多個(gè)的控制回路，其各自的操作遍及整個(gè)過(guò)程，并因此分散開(kāi)。

無(wú)論如何，過(guò)程控制器（或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）通常被編程為，針對(duì)限定在或包含在過(guò)程中的每個(gè)不同回路，運(yùn)行不同的算法、子程序或控制回路（它們都是控制例行程序），例如流量控制回路、溫度控制回路、壓力控制回路等。一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)這樣的控制回路都包括諸如模擬輸入（AI）功能塊的一個(gè)或多個(gè)輸入塊，諸如PID或模糊邏輯控制功能塊的單輸出控制塊，以及諸如模擬輸出（AO）功能塊的單輸出塊。這些控制回路通常執(zhí)行單輸入/單輸出控制，因?yàn)榭刂茐K創(chuàng)建了用于控制單過(guò)程輸入的單輸出，例如閥門位置等。然而，在某些情況下，使用多個(gè)獨(dú)立操作的單輸入/單輸出控制回路不是非常有效，因?yàn)楸豢剡^(guò)程變量或過(guò)程輸出被不只一個(gè)過(guò)程輸入所影響，實(shí)際上，每個(gè)過(guò)程輸入都可以影響許多過(guò)程輸出的狀態(tài)。這樣的實(shí)例有可能發(fā)生在例如這樣的過(guò)程中：用兩個(gè)輸入管道填充一個(gè)儲(chǔ)罐，并由一個(gè)輸出管道將該儲(chǔ)罐抽空，每個(gè)管道被不同的閥門控制，且在該過(guò)程中儲(chǔ)罐的溫度、壓力和吞吐量都被控制為達(dá)到或接近期望值。如上所述，儲(chǔ)罐吞吐量、溫度和壓力的控制可以用單獨(dú)的吞吐量控制回路、單獨(dú)的溫度控制回路和單獨(dú)的壓力控制回路來(lái)執(zhí)行。然而，在這種情況下，改變一個(gè)輸入閥門的設(shè)置來(lái)控制儲(chǔ)罐內(nèi)溫度的溫度控制回路的操作，可能導(dǎo)致儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力的增加，這例如又會(huì)導(dǎo)致壓力回路打開(kāi)輸出閥門以降低壓力。這種動(dòng)作隨后可能導(dǎo)致吞吐量控制回路關(guān)閉其中一個(gè)輸入閥門，由此影響溫度并導(dǎo)致溫度控制回路進(jìn)行其它的動(dòng)作。誠(chéng)如對(duì)該例子的理解，單輸入/單輸出控制回路可能導(dǎo)致過(guò)程輸出（在該例子中是吞吐量、溫度和壓力）振蕩，而永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)條件，這種情況是不希望看到的。