用于在工业过程控制系统中预测终结并且改进过程控制的装置和方法制造方法及图纸

一种方法包括标识用来实现操纵变量的输出(OP)值所位于的范围中的多个区(302-306b)中的一个。所述操纵变量与工业过程(111a-111b)相关联，并且所述OP值表示下游控制器(104)的输出。所述方法还包括基于所述OP值位于在其中的所述区为所述操纵变量计算可达到的操纵变量(MV)限制。例如，当所述OP值位于一个区中时，所述可达到的MV限制能够和用户指定的限制匹配或者是基于所述OP值与过程变量的值之间的增益的。当所述OP值位于另一区中时，所述可达到的MV限制能够随着间隙而跟踪所述过程变量的值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于工业过程控制的方法、装置和系统
本公开一般地涉及工业过程控制系统。更具体地，本公开涉及一种用于在工业过程控制系统中预测终结并且改进过程控制的装置和方法。
技术介绍
处理设施常常使用过程控制系统来管理。示例处理设施包括制造厂、化工厂、原油精炼厂、矿石加工厂、发电厂以及纸或纸浆制造和加工厂。在其他操作中，过程控制系统典型地管理处理设施中的电动机、阀门以及其他工业设备的使用。在常规过程控制系统中，控制器常常被用来控制处理设施中的工业设备的操作。控制器例如能够监控工业设备的操作，将控制信号提供给工业设备，并且当检测到故障时生成警报。在使用模型预测控制(MPC)技术的控制器中，至少一个操纵变量(MV)被用来使至少一个受控变量(CV)保持在设定点(MPC.SP)或在设定点附近或在上限与下限(MPC.限制)之间。例如，MPC控制器能够接收反应器内部的温度的测量结果(受控变量)并且试图通过改变给反应器的夹套的冷却水流(操纵变量)来使温度保持在设定点或在设定点附近。冷却水流能够被下游比例-积分-微分或“PID”控制器控制，所述比例-积分-微分或“PID”控制器能够接收来自上游MPC控制器的设定点(SP)命令和通过管道的冷却水流速的过程变量(PV)测量结果并且试图通过改变阀门的开度(OP)使流速保持在所命令的设定点。MPC控制器还能够调整其操纵变量以实现改进的或最大经济效益。然而，不能够无限地改变操纵变量。操纵变量能够被改变的最大数量受过程及其设备的物理限制或者受下游控制器的操作限制所限制。在本文档中，实际物理限制(APL)被定义为无论是由过程、过程设备还是下游控制器所强加于的所有限制之中的最具限制性的限制。用户常常被要求为每个操纵变量指定上和下操作限制。这些限制定义其中操纵变量能够被控制器改变或者“移动”的容许范围。然而，因为实际物理限制随着时间的推移(诸如由于过程扰动或改变或者由于下游控制器配置改变)而变化，所以用户指定的限制能够逐渐变得陈旧或过时。MPC控制器可以总是假定在为该变量确定优化解时用户指定的限制是可达到的，并且还能够在该假设情况下计算其他操纵变量的优化解。MPC控制器可以因此一致地将下游控制推向看上去可达到的限制直到下游控制器命中实际物理限制并且进入终结状态为止。物理限制或终结限制能够比用户指定的限制更接近于操纵变量的当前值。当这个发生时，MPC控制器停止使用用户指定的限制并且开始使用实际物理限制。这常常使(一个或多个)优化解因已终结操纵变量和所有相关的操纵变量而跳跃。下游控制器还能够重复地进入和退出终结，这能够引起许多复杂化。在较长的时间段期间，例如，优化解可以来回跳跃，因为被实际上用于优化的限制来回切换，并且随着一个或多个下游控制器(以及因此它们关联的操纵变量)重复地进出终结用户可以观测到不定的之字形移动。并且，随着下游控制器接近终结或者操作接近于终结状态，其过程变量(在本文档中常常被表示为PV)可以游离所期望的设定点，从而在预测操纵或扰动变量对受控变量的影响时和在确定如何配置操纵变量时造成困难。此外，因为常常不易于预测下游控制器(以及因此它关联的操纵变量)进入终结所在的实际物理限制，所以常常采用各种临时解决方案，这能够产生混合且不一致的结果。
技术实现思路
本公开提供了用于在工业过程控制系统中预测终结并且改进过程控制的装置和方法。在第一实施例中，方法包括标识用来实现操纵变量的输出(OP)值所位于的范围中的多个区中的一个。操纵变量与工业过程相关联，并且OP值表示下游控制器的输出。所述方法还包括基于OP值位于其中的区为操纵变量计算可达到的操纵变量(MV)限制。在第二实施例中，装置包括至少一个处理单元，所述至少一个处理单元被配置成标识用来实现操纵变量的输出(OP)值所位于的范围中的多个区中的一个。操纵变量与工业过程相关联，并且OP值表示下游控制器的输出。所述至少一个处理单元还被配置成基于OP值位于其中的区为操纵变量计算可达到的操纵变量(MV)限制。在第三实施例中，系统包括被配置成控制工业过程的第一控制器和被配置成生成用来实现与该工艺过程相关联的操纵变量的输出(OP)值的下游第二控制器。第一控制器被配置成标识OP值所位于的范围中的多个区中的一个并且基于OP值位于其中的区为操纵变量计算可达到的操纵变量(MV)限制。根据以下图、说明以及权利要求，其他技术特征对于本领域的技术人员而言可以是容易地显而易见的。附图说明为了更彻底地理解本公开，现对结合附图进行的以下说明进行参考，在附图中：图1图示了根据本公开的示例过程控制系统的一部分；图2至6D图示了根据本公开的过程控制系统中的终结控制的示例细节；以及图7和8图示了用于根据本公开的过程控制系统中的终结控制的示例方法。具体实施方式在下面所讨论的图1至8以及用来在本专利文献中描述本专利技术的原理的各种实施例仅是通过图示的方式的，并且不应该被以任何方式解释成限制本专利技术的范围。本领域的技术人员将理解的是，可以在任何类型的适当地布置的设备或系统中实现本专利技术的原理。图1图示了根据本公开的示例过程控制系统100的一部分。如图1中所示，过程控制系统100包括第一控制器102和第二控制器104。控制器102-104控制工业过程111a-111b的至少一部分。在这个示例中，控制器102-104控制包括一个或多个致动器108的执行机制106的操作，所述一个或多个致动器108操作来调整一件或多件工业设备110的操作。工业过程111a-111b共同地表示以某方式生产或者处理一个或多个材料的任何适合的技术。执行机制106表示用于改变工业过程111a-111b的任何适合的系统或其一部分。执行机制106能够包括任何数目的致动器108和数件工业设备110。每个致动器108都包括用于调整一件或多件工业设备110的任何适合的结构。每件工业设备110都能够在执行机制106中执行(一个或多个)任何适合的功能。工业设备110例如能够表示阀门、加热器、电动机或其他设备。至少一个传感器112a测量与过程111a相关联的一个或多个过程变量(PV)，并且至少一个传感器112b测量与过程111b相关联的一个或多个受控变量(CV)。每个PV或CV都表示过程的任何适合的特性，诸如流速、温度、压力或其他值。每个传感器112a-112b都包括用于测量过程的一个或多个特性的任何适合的结构。如上面所指出的那样，控制器典型地调整一个或多个操纵变量(MV)以便控制一个或多个受控变量(CV)。操纵变量一般地与能够被调整的致动变量相关联，所述致动变量诸如下游控制器的设定点或输出。受控变量一般地表示被控制(通过对一个或多个操纵变量的改变)以便使得该受控变量被维持在指定的值或在指定的限制内的过程的测量变量。这个的示例是当阀门的开度(与操纵变量相关联)的量被用来控制反应器内部的温度(受控变量)时。扰动变量一般地表示能够影响受控变量并且能够被考虑而不是直接地调整的变量，诸如环境温度或大气压力。控制器102-104中的每一个都包括用于执行控制操作以控制过程111a-111b的至少一部分的任何适合的结构。每个控制器102-104都例如能够使用硬件或硬件和软件/固件指令的组合来实现。在图1中所示出的示例中，每个控制器102-104都使用至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：标识用来实现操纵变量的输出(OP)值所位于的范围中的多个区(302‑306b)中的一个，所述操纵变量与工业过程(111a‑111b)相关联，所述OP值包括下游控制器(104)的输出；以及基于所述OP值位于其中的所述区为所述操纵变量计算可达到的操纵变量(MV)限制（710）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.01 US 13/223,5461.一种用于工业过程控制的方法，其包括：在上游控制器处接收用于实现操纵变量的输出值，所述操纵变量与工业过程相关联，所述输出值包括下游控制器的输出；由所述上游控制器标识输出值所位于的范围中的多个区(302-306b)中的一个；由所述上游控制器基于所述输出值位于其中的所述区为所述操纵变量计算可达到的操纵变量(MV)限制（710）；由所述上游控制器基于所述输出值位于其中的所述区为所述操纵变量计算一设定点；以及将所述设定点发送到所述下游控制器。2.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述可达到的MV限制包括：当所述输出值位于所述区中的第一个中时，使所述可达到的MV限制和用户指定的MV限制匹配(808)；以及当所述输出值位于所述区中的第二个中时，使所述可达到的MV限制随着所述可达到的MV限制与过程变量的值之间的间隙而跟踪过程变量的值(814)，所述过程变量与所述工业过程相关联并且受所述操纵变量影响。3.根据权利要求2所述的方法，其中计算所述可达到的MV限制进一步包括：当所述输出值位于所述第一和第二区之间的所述区中的第三个中时，使所述可达到的MV限制从所述用户指定的限制向所述过程变量的值移动(812)。4.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述可达到的MV限制包括：当所述输出值位于所述区中的第一个中时，基于所述输出值与过程变量的值之间的增益来计算所述可达到的MV限制(818)，所述过程变量与所述工业过程相关联并且受所述操纵变量影响；并且当所述输出值位于所述区中的第二个中时，使所述可达到的MV限制随着所述可达到的MV限制与所述过程变量的值之间的间隙而跟踪所述过程变量的值(820)。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：使用所述可达到的MV限制来预测过程变量的值，所述过程变量与所述工业过程相关联并且受所述操纵变量影响。6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：使用所述可达到的MV限制来标识用于控制所述操纵变量和一个或多个相关的操纵变量的优化解；其中使用所述可达到的MV限制来标识所述优化解防止所述优化解重复地来回跳跃。7.一种用于工业过程控制的装置(102)，其包括：至少一个处理单元(114)，其被配置成：接收用于实现操纵变量的输出值，所述操纵变量与工业过程相关联，所述输出值包括下游控制器的输出；标识输出值所位于的范围中的多个区(302-306b)中的一个；基于所述输出值位于其中的所述区为所述操纵变量计算可达到的操纵变量(MV)限制；基于所述输出值位于其中的所述区为所述操纵变量计算一设定点...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA埃斯卡塞加，CQ詹，JZ卢，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US