减少控制回路中的控制器更新制造技术

技术编号:14014149 阅读:116 留言:0更新日期:2016-11-17 16:33
一种控制技术以减少提供给受控设备的控制器变化的数量的方式控制过程,因而减小了受控设备的功耗以及设置在控制器与受控设备之间的过程控制通信网络的负载。这个技术在具有诸如传感器和阀门的无线连接的现场设备的控制系统中非常有用,传感器和阀门在许多情况下是以电池电力来运转的。此外,该控制技术在实施控制信号受到间歇的、非同步的或显著延迟的通信的控制系统中,和/或在接收间歇的、非同步的或显著延迟的过程变量测量以用作闭环控制的实现中的反馈信号的控制系统中是有用的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请是正规提交的申请,要求于2014年3月20日提交的题为“Reducing Controller Updates in a Control Loop”的美国临时专利申请序列号61/968,159的优先权,其全部公开内容借以通过参考明确地并入本文中。本申请还是于2012年1月17日提交的题为“Compensating for Setpoint Changes in a Non-Periodically Updated Controller”的美国专利申请序列号13/351,802的部分继续申请,其全部公开内容借以通过参考明确地并入本文中。本申请还涉及于2007年9月6日提交的题为“Wireless Communication of Process Measurements”的美国专利申请序列号11/850,810,No.11/850,810是于2006年8月4日提交的题为“Process Control With Unreliable Communications”的美国专利申请序列号11/499,013且发布为美国专利No.7,620,460的部分继续申请,No.7,620,460是于2005年10月25日提交的题为“Non-periodic Control Communications in Wireless and Other Process Control Systems”的美国专利申请序列号No.11/258,676且发布为美国专利No.7,587,252的部分继续申请,其中每一个的全部公开内容借以通过参考明确地并入本文中。
本专利涉及在具有慢的、间歇的或非周期性的通信的控制回路中实施控制,具体而言,涉及控制例程,其以减少提供给受控设备的控制器更新的数量的方式在控制回路内使用非周期性信号传输。
技术介绍
诸如分布式或可缩放式过程控制系统的过程控制系统,如用于化学、石油或其他过程中的,典型地包括一个或多个过程控制器,经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线可通信地耦合到彼此、至少一个主机或操作员工作站及一个或多个现场设备。现场设备例如可以是阀门、阀门定位器、开关及变送器(如温度、压力、流速传感器),在过程内执行诸如打开或关闭阀门和测量过程参数的功能。过程控制器接收表示由现场设备做出的过程测量和/或与现场设备有关的其他信息的信号,并使用这个信息来实施控制例程以生成控制信号,将控制信号通过线路或总线发送到现场设备以控制过程的操作。来自现场设备和控制器的信息典型地可用于由操作员工作站执行的一个或多个应用,以使得操作员能够执行相对于过程的任何所希望的功能,例如查看过程的当前状态、修改过程的操作等。一些过程控制系统,例如Emerson Process Management销售的DeltaVTM系统,使用位于控制器或不同的现场设备中的称为模块的功能块或功能块的组来执行控制和/或监控操作。在这些情况下,控制器或其他设备能够包括并执行一个或多个功能块或模块,其每一个都从其他功能块接收输入和/或将输出提供给其他功能块(在同一设备内或在不同设备内),并执行一些过程操作,例如测量或检测过程参数、监控设备、控制设备或执行控制操作,例如比例积分微分(PID)控制例程的实施。在过程控制系统中的不同功能块和模块通常被配置为彼此通信(例如通过总线)以形成一个或多个过程控制回路。典型地对过程控制器编程以执行不同算法、子例程或控制回路(它们都是控制例程),用于为过程定义的或过程内包含的多个不同回路的每一个,例如流量控制回路、温度控制回路、压力控制回路等。一般来说,每个这样的控制回路都包括一个或多个输入块,如模拟量输入(AI)功能块,一个或多个控制块,如比例积分微分(PID)或模糊逻辑控制功能块,和输出块,如模拟量输出(AO)功能块。控制例程和实施这种例程的功能块根据多个控制技术来配置,包括PID控制、模糊逻辑控制和基于模型的技术,例如Smith Predictor或Model Predictive Control(MPC)(模型预测控制)。为了支持控制例程的执行,典型的工业或加工厂具有集中控制室,可通信地与一个或多个过程控制器和过程I/O子系统连接,它们又连接到一个或多个现场设备。传统上,模拟现场设备已经由用于信号传输和电力供应的二线或四线电流回路连接到控制器。模拟现场设备,例如传感器或将信号发送到控制器的变送器,调节通过电流回路的运行的电流,以使得电流与所感测的过程变量成正比。另一方面,在控制器的控制下执行操作的模拟现场设备由通过回路的电流的大小来控制。许多数字或组合的模拟和数字现场设备通过数字通信网络或组合的模拟和数字通信网络接收或发射控制或测量信号。随着数据传输量的增加,过程控制系统设计的一个特别重要的方面包括在过程控制系统或加工厂内现场设备可通信地耦合到彼此、控制器和其他系统或设备的方式。在一般情况下,使得现场设备能够在过程控制系统内运行的各种通信信道、链路和路径通常统称为输入/输出(I/O)通信网络。用于实施I/O通信网络的通信网络拓扑结构和物理连接或路径对于现场设备通信的鲁棒性或完整性具有实质性的影响,尤其是当网络遭受到不良环境因素或苛刻条件时。这些因素和条件损害了在一个或多个现场设备、控制器等之间的通信的完整性。在控制器和现场设备之间的通信对于任何这种破坏尤其敏感,因为监控应用程序或控制例程典型地需要过程变量对于例程的每一次迭代的周期性更新。受损的控制通信因此会导致控制系统的效率和/或盈利能力降低,对于设备的过度磨损或损坏,以及任何数量的潜在有害故障。为了确保鲁棒的通信,用于过程控制系统中的I/O通信网络历来是硬连线的。不幸的是,硬连线的网络引入了许多复杂性、难题和限制。例如,硬连线的网络的质量会随时间下降。此外,硬连线的I/O通信网络通常在安装上是昂贵的,特别是在I/O通信网络与分布在大的区域上的大型工业工厂或设施相关联的情况下,例如占用几亩土地的炼油厂或化工厂。必要的长线路运行通常涉及相当大量的劳动力、材料和费用,并可能引入由于布线阻抗和电磁干扰而产生的信号退化。出于这些和其他原因,硬连线的I/O通信网络通常难以重新配置、修改或更新。最近的趋势是使用无线I/O通信网络来缓解一些与硬连线的I/O网络有关的困难。例如,题为“Apparatus for Providing Redundant Wireless Access to Field Devices in a Distributed Control System”的美国专利申请公开No.2003/0043052,其全部公开内容借以通过参考明确地并入本文中,公开了一种系统,利用无线通信来增加或补充硬连线的通信的使用。但尤其由于可靠性问题,对于控制相关的传输的无线通信的依赖传统上受到限制。如上所述,现代监控应用程序和过程控制应用程序依赖于在控制器与现场设备之间可靠的数据通信,以达到最佳的控制性能。此外,典型的控制器快速执行控制算法以迅速纠正过程中不必要的偏差。不良的环境因素或其他不利条件会产生间歇性干扰,其阻碍或阻止支持监控或控制算法的这种执行所必需的快速或周期性的通信。幸运的是,在过去的十年中,本文档来自技高网
...
<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/54/201580015134.html" title="减少控制回路中的控制器更新原文来自X技术">减少控制回路中的控制器更新</a>

【技术保护点】
一种使用控制信号控制过程内的受控设备的方法,包括:在过程控制器计算设备上实施控制例程的多次迭代,以在所述多次迭代的每一次迭代期间生成用于控制所述受控设备的控制信号值;以及在所述控制例程的多次迭代的每一次迭代期间,在耦合到所述过程控制器计算设备的计算机处理设备内实施通信例程,实施所述通信例程包括:确定最小预定通信时间期间是否已经过去,以及确定是否从所述受控设备接收到表示所述受控设备已经接收到先前的控制信号的确认;以及,至少在所述最小预定通信时间期间已经过去,并且已经从所述受控设备接收到表示所述受控设备已经接收到所述先前的控制信号的确认时,确定进一步的信号传输条件是否被满足;以及仅在所述最小预定通信时间期间已经过去且已经从所述受控设备接收到表示所述受控设备已经接收到所述先前的控制信号的确认,以及所述进一步的信号传输条件被满足时,将新的控制信号经由通信链路发送到所述受控设备。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.20 US 61/968,159;2015.03.19 US 14/663,0771.一种使用控制信号控制过程内的受控设备的方法,包括:在过程控制器计算设备上实施控制例程的多次迭代,以在所述多次迭代的每一次迭代期间生成用于控制所述受控设备的控制信号值;以及在所述控制例程的多次迭代的每一次迭代期间,在耦合到所述过程控制器计算设备的计算机处理设备内实施通信例程,实施所述通信例程包括:确定最小预定通信时间期间是否已经过去,以及确定是否从所述受控设备接收到表示所述受控设备已经接收到先前的控制信号的确认;以及,至少在所述最小预定通信时间期间已经过去,并且已经从所述受控设备接收到表示所述受控设备已经接收到所述先前的控制信号的确认时,确定进一步的信号传输条件是否被满足;以及仅在所述最小预定通信时间期间已经过去且已经从所述受控设备接收到表示所述受控设备已经接收到所述先前的控制信号的确认,以及所述进一步的信号传输条件被满足时,将新的控制信号经由通信链路发送到所述受控设备。2.根据权利要求1所述的方法,其中,确定所述进一步的信号传输条件是否被满足包括:确定在针对控制例程迭代而生成的控制信号值与发送到受控设备的所述先前的控制信号的值之间的差是否大于阈值。3.根据权利要求1所述的方法,其中,确定所述进一步的信号传输条件是否被满足包括:确定自所述先前的控制信号发送到所述受控设备起的时间是否超过最大阈值时间值。4.根据权利要求1所述的方法,其中,确定所述进一步的信号传输条件是否被满足包括:确定在针对控制例程迭代而生成的控制信号值与发送到受控设备的所述先前的控制信号的值之间的差是否大于阈值;或者确定自所述先前的控制信号发送到所述受控设备起的时间是否超过最大阈值时间值。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法,其中,在耦合到所述过程控制器计算设备的计算机处理设备内实施所述通信例程包括:在所述控制例程的多次相连迭代的每一次迭代期间实施所述通信例程。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法,其中,将新的控制信号经由通信链路发送到所述受控设备包括:确定在用于所述控制例程迭代的所述控制信号值与发送到受控设备的所述先前的控制信号的值之间的差是否大于最大变化阈值,并且当在用于所述控制例程迭代的所述控制信号值与发送到受控设备的所述先前的控制信号的值之间的差大于所述最大变化阈值时,发送作为用于所述控制例程迭代的所述控制信号值的受限形式的、所述新的控制信号。7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法,其中,将所述新的控制信号经由通信链路发送到所述受控设备包括:将所述新的控制信号经由无线通信链路发送到所述受控设备。8.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法,其中,将所述新的控制信号经由通信链路发送到所述受控设备包括:将所述新的控制信号经由有线通信链路发送到所述受控设备。9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法,其中,将所述新的控制信号经由通信链路发送到所述受控设备包括:发送作为新的控制信号值和用于在所述受控设备处实施所述新的控制信号值的时间的、所述新的控制信号。10.根据权利要求9所述的方法,其中,发送用于实施所述新的控制信号值的所述时间包括:发送作为偏移时间的所述时间。11.根据权利要求9所述的方法,其中,发送用于实施所述新的控制信号值的所述时间包括:发送作为绝对时间的所述时间。12.根据权利要求1-11中任意一项所述的方法,其中,在过程控制器计算设备上实施控制例程的多次迭代包括:实施比例、积分、微分型控制例程。13.根据权利要求12所述的方法,其中,实施所述比例、积分、微分型控制例程包括:使用表示所述受控设备的属性的反馈信号来生成所述控制信号值。14.根据权利要求12-13中任意一项所述的方法,其中,将所述新的控制信号经由通信链路发送到所述受控设备包括:发送新的控制信号值和用于在所述受控设备处实施所述新的控制信号值的预定时间,并且其中,使用所述反馈信号包括:假设所述受控设备以用于实施所述新的控制信号值的所述预定时间实施了所述新的控制信号值,以确定所述反馈信号。15.根据权利要求13-14中任意一项所述的方法,进一步包括经由无线通信链路接收所述反馈信号。16.根据权利要求13-14中任意一项所述的方法,进一步包括经由有线通信链路接收所述反馈信号。17.一种用于使用控制信号控制过程内的受控设备的过程控制系统,包括:过程控制器,所述过程控制器存储控制例程,并在多次迭代期间实施所述控制例程,以在所述多次迭代的每一次迭代期间生成用于控制所述受控设备的控制信号值;以及在耦合到所述过程控制器的计算机处理设备内所实施的通信例程,其中,所述通信例程接收针对所述控制例程的多次迭代的每一次迭代的、所生成的控制信号值,并执行所述通信例程以:确定最小预定通信时间期间是否已经过去,以及确定是否从所述受控设备接收到表示所述受控设备已经接收到先前的控制信号的确认;以及,进一步执行所述通信例程,以至少在所述最小预定通信时间期间已经过去,且已经从所述受控设备接收到表示所述受控设备已经接收到所述先前的控制信号的确认时,确定进一步的信号传输条件是否被满足;以及仅在所述最小预定通信时间期间已经过去且已经从所述受控设备接收到表示所述受控设备已经接收到所述先前的控制信号的确认,以及所述进一步的信号传输条件被满足时,将新的控制信号经由通信链路发送到所述受控设备。18.根据权利要求17所述的过程控制系统,其中,所述通信例程通过如下方式来确定所述进一步的信号传输条件是否被满足:确定针对所述控制例程迭代而生成的所述控制信号值与发送到受控设备的所述先前的控制信号的值之间的差是否大于阈值。19.根据权利要求17所述的过程控制系统,其中,所述通信例程通过如下方式来确定所述进一步的信号传输条件是否被满足:确定自所述先前的控制信号发送到所述受控设备起的时间是否超过最大阈值时间值。20.根据权利要求17所述的过程控制系统,其中,所述通信例程通过如下方式来确定所述进一步的信号传输条件是否被满足:确定在针对所述控制例程迭代而生成的所述控制信号值与发送到受控设备的所述先前的控制信号的值之间的差是否大于阈值,或者确定自所述先前的控制信号发送到所述受控设备起的时间是否超过最大阈值时间值。21.根据权利要求17-20中任意一项所述的过程控制系统,其中,所述通信例程借助所述过程控制器内的计算机处理设备来实施。22.根据权利要求17-21中任意一项所述的过程控制系统,其中,所述通信例程确定在用于所述控制例程迭代的所述控制信号值与发送到受控设备的所述先前的控制信号的值之间的差是否大于最大变化阈值,并且当在用于所述控制例程迭代的所述控制信号值与发送到受控设备的所述先前的控制信号的值之间的差大于所述最大变化阈值时,生成作为用于所述控制例程迭代的控制信号的受限形式的、所述新的控制信号23.根据权利要求17-22中任意一项所述的过程控制系统,其中,通信例程将所述新的控制信号作为无线通信信号发送到所述受控设备。24.根据权利要求17-23中任意一项所述的过程控制系统,其中,所述通信例程将所述新的控制信号生成为包括新的控制信号值和用于在所述受控设备处实施所述新的控制信号值的时间。25.根据权利要求24所述的过程控制系统,其中,用于实施所述新的控制信号值的所述时间是偏移时间。26.根据权利要求24所述的过程控制系统,其中,用于实施所述新的控制信号值的所述时间是绝对时间。27.根据权利要求24-26中任意一项所述的过程控制系统,其中,所述控制例程使用表示所述受控设备的属性的反馈信号来生成所述控制信号值,并且所述控制例程在生成用于至少一次控制例程迭代的所述控制信号时,假设所述受控设备以所述预定时间实施了所述新的控制信号值,从而确定所述反馈信号。28.根据权利要求17-27中任意一项所述的过程控制系统,其中,所述控制例程是比例、积分、微分型控制例程。29.根据权利要求17-28中任意一项所述的过程控制系统,其中,所述控制例程是比例、积分、微分(PID)型控制例程,并且其中,所述过程控制器经由无线通信链路接收在所述PID型控制例程中用作反馈信号的反馈信号。30.一种用于控制过程的过程控制系统,包括:过程控制器,所述过程控制器包括一个或多个处理器、存储器和通信接口;通信链路;以及受控设备,所述受控设备设置在所述过程内,且经由所述通信链路可通信地耦合到所述过程控制器;其中,所述过程控制器包括存储在所述存...

【专利技术属性】
技术研发人员:T·L·布莱文斯M·J·尼克松K·K·詹森M·S·潘瑟D·陈E·罗特沃尔德
申请(专利权)人:费希尔罗斯蒙特系统公司
类型:发明
国别省市:美国;US

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1