[發明專利]過程控制系統中的非侵入式數據分析

有效

• 申請號: 201410301843.5
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104345726B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: C·J·沃里克;T·L·布勒文斯;R·B·海弗科斯特;D·蒂勒
• 申請（專利權）人: 費希爾-羅斯蒙特系統公司
• 主分類號: G05B23/02
• 分類號: G05B23/02;G05B19/418;G06F19/00;G06Q50/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 曹雯

在線數據分析設備可以安裝在過程控制系統中作為獨立的設備，其與在線控制系統并行地但是關于在線控制系統非侵入式地進行操作，以執行過程的在線分析，而不需要過程控制系統被重配置或重認證。該數據分析設備包括耦接到邏輯引擎的數據分析引擎，該邏輯引擎接收以非侵入式的方式從過程控制系統采集的過程數據。邏輯引擎進行操作以確定不是在過程控制系統之中生成的其他過程變量值，并且提供所采集的過程變量數據和其他過程變量值給數據分析引擎。數據分析引擎執行基于統計的過程模型，如批次模型、時期模型和階段模型，以產生預測過程變量，如時期結束或批次結束質量變量，以用于分析在線過程的操作。

技術領域

本專利概括涉及用于分析過程控制系統性能的系統和方法，并且更具體地涉及用于非侵入式地執行在線數據分析并且在批次(batch)和連續過程中建模的系統和方法。

背景技術

過程控制系統如化學、石油或其他過程中使用的那些過程控制系統典型地包括一個或多個過程控制器和輸入/輸出(I/O)設備，其經由模擬、數字或組合的模擬/數字總線可通信地耦接到至少一個主機或操作員工作站并且耦接到一個或多個現場設備。現場設備可以包括例如閥、閥定位器、開關和發射器(例如溫度、壓強和流速傳感器)，其執行過程之中的過程控制功能，如打開或關閉閥以及測量過程控制參數。過程控制器接收用于指示由現場設備做出的過程測量的信號，處理該信息來實現控制例程，并且生成控制信號，該控制信號通過總線或其他通信線路被發送給現場設備以控制過程的操作。這樣，過程控制器可以經由總線和/或其他通信鏈路使用現場設備執行并且協調控制策略。

可以使得來自現場設備和控制器的過程信息可用于由操作員工作站(例如基于處理器的系統)執行的一個或多個應用(即軟件例程、程序等等)，以使得操作員能夠執行關于過程的希望的功能，如(例如經由圖形用戶接口)查看過程的當前狀態、評價過程、(例如經由可視對象圖形)修改過程的操作等等。許多過程控制系統還包括一個或多個應用站(例如工作站)，其可以典型地使用個人計算機、膝上電腦等等來實現并且經由局域網(LAN)可通信地耦接到過程控制系統中的控制器、操作員站和其他系統。每個應用站可以包括圖形用戶接口，圖形用戶接口顯示過程控制信息，過程控制信息包括過程變量的值、與過程相關聯的質量參數的值、過程故障檢測信息和/或過程狀態信息。

典型而言，在圖形用戶接口中顯示過程信息限于顯示與過程相關聯的每個過程變量的值。在一些情況中，用于對所采集的數據執行數據分析的方法被用于分析過程操作。例如，一些過程控制系統可以例如表征一些過程變量之間的簡單關系，以確定與過程相關聯的質量度量。然而，在一些情況中，過程數據分析可能相當復雜，這種過程數據分析大部分是離線地(即在過程完成之后)執行的。盡管離線數據分析是多年以來被消費者用于確定例如產品質量問題的根本原因的強大的工具，但是在過程的結果產品不符合預定的質量控制度量的情況中，過程和/或其他過程變量僅在結果產品的一個批次、一個過程和/或一個組裝完成之后才被分析。盡管在過程完成時查看過程和/或質量變量使得能夠實現對后續產品的制造或處理的改善，但是這些改善不能夠補救不合規格的當前完成的產品。

在批次過程中即在實現批次過程的過程控制系統中，該問題特別嚴重。如我們所知的，批次過程典型地進行操作以經過(可以由一個或多個時期(stage)、階段(phase)或程序(procedure)定義的)各種數量的時期或步驟，將原材料的普通集合作為“批次”一起處理，以產生產品。批次過程的多個時期或步驟可以在相同的設備如罐中執行，而其他時期或步驟可以在其他設備中執行。因為相同的原材料在批次過程的不同時期或步驟中隨著時間推移而被不同地處理，所以在許多情況中難以在一件普通設備中準確地確定在批次過程的任意一個時期或步驟期間是否正在以將最有可能導致具有希望或足夠的質量度量的最終產品的生產的方式來處理批次中的材料。即，因為在批次操作期間正在被處理的材料的溫度、壓強、濃度、pH或其他參數隨時間改變，很多時候材料保留在同一位置，所以難以確定在批次運行期間的任意特定時間該批次過程是否以最有可能產生具有希望質量度量的最終產品的方式來操作。