[發(fā)明專利]使用過程近似和lambda整定的過程控制器設計

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• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112540532A
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設計）人: S·徐;M·J·尼克松;J·比爾;T·L·布萊文斯;T·馬拉斯
• 申請（專利權(quán)）人: 費希爾-羅斯蒙特系統(tǒng)公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 石穎偉;丁燕

一種用于設計和整定PID過程控制器的方法，該方法包括將過程近似為二階過程，但以包括由I/O網(wǎng)絡中各不同設備引入的效應或特性的方式進行，并使用lambda整定方法來確定PID控制器的整定參數(shù)或系數(shù)。增強的控制器設計和整定方法提供了實現(xiàn)過程控制系統(tǒng)內(nèi)的PID控制器的性能改進的系統(tǒng)方式，并有效地克服了因信號混疊、使用抗混疊濾波以及傳統(tǒng)和高級的I/O編組架構(gòu)兩者的不同I/O設置的影響而引起的挑戰(zhàn)。

技術(shù)領域

本發(fā)明總體上涉及過程控制系統(tǒng)，并且更具體地，涉及使用高級過程近似方法和lambda(λ)整定的增強的比例積分微分(PID)控制器設計。

背景技術(shù)

過程控制系統(tǒng)(諸如像在化學、石油或其它過程中使用的那些分布式或可擴展過程控制系統(tǒng))通常包括經(jīng)由模擬、數(shù)字或組合的模擬/數(shù)字總線彼此通信地耦合、耦合到至少一個主機或操作員工作站以及耦合到一個或多個現(xiàn)場設備。現(xiàn)場設備(其可以是例如閥、閥定位器、開關和變送器(例如溫度、壓力和流量傳感器))執(zhí)行在過程中的功能，例如打開或關閉閥以及測量過程參數(shù)。過程控制器接收指示由現(xiàn)場設備獲得的過程測量結(jié)果的信號和/或與現(xiàn)場設備有關的其它信息，并使用該信息來實現(xiàn)控制例程以生成控制信號，該控制信號通過總線發(fā)送到現(xiàn)場設備以控制過程的操作。來自現(xiàn)場設備和控制器的信息通常可用于操作員工作站執(zhí)行的一個或多個應用，以使操作員能夠執(zhí)行有關過程的任何期望的功能，諸如查看過程的當前狀態(tài)、修改過程的操作等。

一些過程控制系統(tǒng)(例如由艾默生自動解決方案公司(Emerson AutomationSolutions)出售的系統(tǒng))使用功能塊或功能塊組(稱為位于控制器或不同的現(xiàn)場設備中的模塊)，以執(zhí)行控制操作。在這些情況下，過程控制器或其它設備能夠包括并執(zhí)行一個或多個功能塊或模塊，每個功能塊或模塊接收來自其它功能塊的輸入和/或向其它功能塊提供輸出(在同一設備內(nèi)或在不同設備內(nèi))，并執(zhí)行某個過程操作，例如測量或檢測過程參數(shù)、控制設備或執(zhí)行控制操作(例如實現(xiàn)比例積分微分(PID)控制例程)。過程控制系統(tǒng)內(nèi)的不同功能塊和模塊通常被配置為彼此通信(例如，通過總線)，以形成一個或多個過程控制回路。

此外，過程控制器通常被編程為執(zhí)行用于針對過程定義或包含在過程中的多個不同回路中的每一個回路(例如，流動控制回路、溫度控制回路、壓力控制回路等)的不同的算法、子例程或控制回路(它們都是控制例程或控制模塊)。通常來說，每個這樣的控制回路包括一個或多個輸入塊(例如模擬輸入(AI)功能塊)、單輸出控制塊(例如比例積分微分(PID)或模糊邏輯控制功能塊)以及一個或多個輸出塊(例如模擬輸出(AO)功能塊)。已經(jīng)根據(jù)許多已知的控制技術(shù)(包括PID控制、模糊邏輯控制和基于模型的技術(shù)，例如Smith預測器或模型預測控制(MPC))對控制例程和實現(xiàn)這種例程的功能塊進行了配置。

為了支持控制例程的執(zhí)行，典型的工業(yè)或過程工廠具有集中式控制室，該集中式控制室與一個或多個分布式過程控制器和過程I/O子系統(tǒng)通信連接，該分布式過程控制器和過程I/O子系統(tǒng)又與一個或多個現(xiàn)場設備相連接。傳統(tǒng)上，模擬現(xiàn)場設備已通過兩線或四線電流回路連接到過程控制器，以進行信號傳輸和供電。將信號傳輸?shù)娇刂破?例如，傳感器或變送器)的模擬現(xiàn)場設備調(diào)制流過電流回路的電流，以使得電流與感測到的過程變量成比例。另一方面，在控制例程或控制模塊的控制下執(zhí)行動作的模擬現(xiàn)場設備由通過回路的電流大小控制。

一些現(xiàn)場設備已經(jīng)被配置為將數(shù)字數(shù)據(jù)疊加在用于傳輸模擬信號的電流回路上。例如，高速通道可尋址遠程傳感器協(xié)議使用回路電流大小來發(fā)送和接收模擬信號，但還會在當前回路信號上疊加數(shù)字載波信號，以實現(xiàn)與智能現(xiàn)場儀器的雙向現(xiàn)場通信。另一個通常稱為現(xiàn)場總線(Fieldbus)協(xié)議的協(xié)議完全定義了數(shù)字協(xié)議，該數(shù)字協(xié)議支持不同的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時為與網(wǎng)絡耦合的現(xiàn)場設備供電。利用這些類型的通信協(xié)議，通常本質(zhì)上都是數(shù)字的智能現(xiàn)場設備支持許多維護模式和舊控制系統(tǒng)無法提供的增強功能。