在过程中确定过程元素和测量值的关联关系和定线制造技术

本发明专利技术公开了一种用于无需用户输入、自动地确定目标过程元素的行为变化的一个或更多个来源的技术，该目标过程元素在过程工厂中运行以控制过程，该技术包括使用过程元素定线图以在该过程中确定在该目标过程元素上游的过程元素；相对于该目标过程元素，对对应于该上游元素的数据执行数据分析，以确定行为的时间偏移、影响强度和影响延迟；以及基于该数据分析输出来确定该来源。该技术可包括通过从该过程和/或装置的多个图表或数据源获得数据和处理该数据来自动地定义该过程元素线性图。此外，该技术可在装置运行期间通过任何高容量、高密度设备(比如，集中式或嵌入式大数据装置、控制器、现场设备或I/O设备)和/或非监管式装置来执行。

【技术实现步骤摘要】
在过程中确定过程元素和测量值的关联关系和定线
本公开总的涉及过程工厂和过程控制系统，尤其涉及在过程工厂和过程控制系统中确定过程元素定线(alignment)。
技术介绍
分布式过程控制系统(比如，在化学、石油、工业或其他过程工厂中所使用的那些)通常包括一个或多个过程控制器，该一个或多个过程控制器通过模拟总线、数字总线或结合的模拟/数字总线，或者通过无线通信连接或网络被通信地耦接至一个或多个现场设备。该现场设备可以是例如阀、阀定位器、开关和传送器(例如，温度传感器、压强传感器、水平传感器和流速传感器)，其位于过程环境之内，并且通常执行物理控制功能或过程控制功能(比如，打开或关闭阀、测量过程参数等)，以控制在过程工厂或过程系统之内执行的一个或多个过程。智能现场设备(比如，符合已知的现场总线协议(Fieldbusprotocol)的现场设备)还可执行控制计算、报警功能和通常在控制器之内被实施的其他控制功能。过程控制器通常也位于工厂环境之内，其接收由现场设备所产生的表明过程测量值的信号和/或与现场设备有关的其他信息，并执行控制器应用，该控制器应用运行例如做出过程控制决定、基于所接收的信息生成控制信号以及与在现场设备(比如，现场设备、无线现场设备和现场总线现场设备)中被执行的控制模块或区块配合的不同的控制模块。控制器中的控制模块在通信线路或通信连接上向现场设备发送控制信号，从而控制过程工厂或过程系统中的至少一部分的运行。例如，控制器和现场设备控制由过程工厂或过程系统控制的过程中的至少一部分。来自现场设备和控制器的信息通常越过数据高速通路或通信网络，被用于一个或多个其他硬件设备，比如操作员工作站、个人计算机或计算设备、数据历史记录(datahistorian)、报告生成器、集中式数据库或者通常被放置在控制室中或远离更严酷的工厂环境的其他位置处的其他集中管理计算设备。这些硬件设备中的每个通常横穿过程工厂或横穿部分过程工厂被集中。这些硬件设备运行应用，这应用例如可使操作员能够执行关于控制过程和/或运行过程工厂的功能，比如改变过程控制例程的设置、修改控制器或现场设备之内的控制模块的运行、查看过程的当前状态、查看由现场设备和控制器所生成的警报、以员工培训或测试过程控制软件为目的模拟过程的运行、保存和更新配置数据库等。由该硬件设备、控制器和现场设备所利用的数据高速通道可包括有线通信路径、无线通信路径或有线通信路径和无线通信路径的结合。例如，由艾默生过程管理(EmersonProcessManagement)售出的DeltaVTM控制系统包括被存储在不同设备之内且由不同设备执行的多个应用，该不同的设备位于过程工厂之内的不同位置。位于一个或多个工作站或计算设备中的配置应用能使用户创建或改变过程控制模块并通过数据高速通道将这些过程控制模块下载至专用分布式控制器。通常地，这些控制模块由通信互联的功能块组成，这些功能块是面向目标编程协议(objectorientedprogrammingprotocol)中的目标，该面向目标编程协议在基于其输入的控制方案之内执行功能并且向该控制方案之内的其他功能块提供输出。该配置应用还可允许配置设计者创建或改变操作员界面，该操作员界面可由查看应用用来向操作员显示数据，并且使操作员能够改变过程控制例程之内的设置(比如，设置点)。每个专用控制器以及在一些情况下一个或多个现场设备存储并执行对应的控制器应用，该控制器应用运行被指定和下载而来的控制模块，以执行实际的过程控制功能。可在一个或多个操作员工作站上(或在与工作站和数据高速通道通信连接的一个或多个远程计算设备上)被执行的查看应用，通过数据高速通道从控制器应用接收数据，并向过程控制系统设计者、操作员或使用该用户界面的用户显示该数据，并且可提供许多不同的视图(比如，操作员视图、工程师视图、技术员视图等)。数据历史记录应用通常被存储在数据历史记录设备中并由数据历史记录设备执行，该数据历史记录设备收集和存储被提供为横穿数据高速通路的数据中的一些或者所有，而配置数据应用可在被附接至数据高速通路的另一个计算机中运行，以存储当前过程控制例程配置以及与其相关联的数据。可替换地，配置数据库可与配置应用位于相同的工作站中。在过程工厂或过程控制系统中，当异常情况或故障的迹象出现时(例如，当警报被生成时，或者当过程测量或致动器被发现具有过量的变异时)，操作员、仪器技术员或过程工程师通常使用分析工具与他/她对受系统控制的过程和贯穿系统流程的方面的了解相结合，以尝试确定可能促成该异常情况或故障的迹象产生的上游测量值和过程变量。例如，操作员可使用DeltaVTM批分析产品或其他连续数据分析工具，以尝试确定各种过程变量和/或测量值对于异常情况或故障情况的贡献。通常地，操作员或用户基于他/她对过程的了解鉴别候选的上游因素(例如，测量值、过程变量等)，并且向分析工具提供这些候选项。接着，这些数据分析工具利用主成分分析(PCA，principalcomponentanalysis)以确定这些候选上游因素中的哪个/哪些影响下游预测的质量参数。当前市场上可获得的过程控制系统通常并不提供与贯穿过程流程相关的信息以及与沿着该流程的测量值和致动器相关联的信息，而相反依靠人力向分析工具中输入该信息。因此，由于被输入至该工具的候选项的集经过人力过滤，候选项的清单可能是不完整的和/或错误的，并且可能人与人之间不一致。另外，当前已知的过程控制装置和过程控制系统的架构受到有限的控制器存储器和设备存储器、通信带宽、控制器和设备处理器能力的极大影响。例如，在当前已知的过程控制系统架构中，动态非易失性存储器和静态非易失性存储器通常被最小化，或者至少被谨慎管理。因此，在系统配置期间(例如，先验(apriori))，用户通常必须选择控制器中的哪些数据将要被归档或存储、其将以何种频率被存储以及压缩是否被使用，并且控制器相应地以这些受限的数据法则(datarule)的集被配置。因此，在排错和过程分析中可能有用的数据通常未被归档，并且如果其被收集，有用信息可能由于数据压缩已经丢失。上文已讨论的当前已知的过程工厂和过程控制系统的限制和其他限制可不被期望出现在过程工厂或过程控制系统的操作和优化中(例如，在工厂运行、排错和/或预测建模期间)。例如这些限制迫使必须执行繁琐和冗长的工作流程，以便获得用于排错和生成更新模块的数据，并且甚至，该排错结果和模块可能不完整或者不完全代表实际系统，因为使其生成的输入依赖于特定操作员的经验和知识。“大数据(bigdata)”通常指的是一个或多个数据集的集合，其太大或太复杂以致传统的数据库管理工具和/数据处理应用(例如，关系型数据库和桌面统计包)不能够在容许时间之内管理该数据集。通常，使用大数据的应用是事务性的(transactional)和指向或专注于终端用户的。例如，网页搜索引擎、社交媒体应用、市场营销应用和零售应用可使用和操作大数据。大数据可由分布式数据库支撑，分布式数据库允许充分利用现代的多进场服务器、多核服务器的并行处理能力。
技术实现思路
技术、系统、装置和方法被公开，其用于自动识别在过程元素的行为(behavior)中的故障、异常运行和/或变化的潜在来源，该过程元素被用来在过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定过程元素的行为变化的来源的方法，所述过程元素被用在过程工厂中以控制过程，所述方法包括：在一个或多个计算设备处接收被包括在多个过程元素中的目标过程元素的指示；通过所述一个或多个计算设备并且基于所述过程的多个图表或所述过程工厂的多个图表，定义过程元素定线图的至少一部分，所述过程元素定线图对应于被用在所述过程工厂中以控制所述过程的多个过程元素；通过所述一个或多个计算设备并且基于所述过程元素定线图的所述至少一部分，确定对应于所述目标过程元素的上游过程元素集；通过所述一个或多个计算设备向数据分析提供所述上游过程元素集的指示，以确定每个上游过程元素对所述目标过程元素的行为的相应影响强度，其中输入至所述数据分析的输入集包括所述上游过程元素集的指示，并且排除任何由用户所生成的输入；通过所述一个或多个计算设备并且基于所述上游过程元素集的所述相应影响强度，确定所述上游过程元素集的至少一个子集是所述目标过程元素的行为的变化的一个或多个来源；以及通过所述一个或多个计算设备，使所述目标过程元素的行为的所述变化的所述一个或多个来源的指示被提供给接收者应用，所述接收者应用是用户界面应用或其他应用。

【技术特征摘要】
2014.03.14 US 14/212,4111.一种用于确定过程元素的行为变化的来源的方法，所述过程元素被用在过程工厂中以控制过程，所述方法包括：在一个或多个计算设备处接收被包括在多个过程元素中的目标过程元素的指示；通过所述一个或多个计算设备并且基于所述过程的多个图表或所述过程工厂的多个图表，定义过程元素定线图的至少一部分，所述过程元素定线图对应于被用在所述过程工厂中以控制所述过程的多个过程元素；通过所述一个或多个计算设备并且基于所述过程元素定线图的所述至少一部分，确定对应于所述目标过程元素的上游过程元素集；通过所述一个或多个计算设备向数据分析提供所述上游过程元素集的指示，以确定每个上游过程元素对所述目标过程元素的行为的相应影响强度，其中输入至所述数据分析的输入集包括所述上游过程元素集的指示，并且排除任何由用户所生成的输入；通过所述一个或多个计算设备并且基于所述上游过程元素集的所述相应影响强度，确定所述上游过程元素集的至少一个子集是所述目标过程元素的行为的变化的一个或多个来源；以及通过所述一个或多个计算设备，使所述目标过程元素的行为的所述变化的所述一个或多个来源的指示被提供给接收者应用，所述接收者应用是用户界面应用或其他应用。2.如权利要求1所述的方法，其中，定义所述过程的所述过程元素定线图的所述至少一部分包括：定义过程元素定线图的至少一部分，对于被包括在所述多个过程元素中的每个过程元素，所述过程元素定线图的所述至少一部分包括所述每个过程元素的相应标识以及，用于控制所述过程的所述每个过程元素处的相应事件的发生相对于用于控制所述过程的至少一个其他过程元素处的相应事件的发生的相应顺序的指示；以及所述多个过程元素包括多个设备、多个过程变量和多个测量值。3.如权利要求2所述的方法，其中通过所述一个或多个计算设备，定义所述过程元素定线图的所述至少一部分包括：通过所述一个或多个计算设备，从所述多个图表中抽取数据集，对于被包括在所述多个过程元素中的至少一部分中的每个过程元素，所抽取的数据集包括所述每个过程元素的所述相应标识和所述每个过程元素在所述过程工厂中的相应物理位置的指示；以及基于所抽取的数据集，生成被包括在所述多个过程元素的所述至少一部分中的所述每个过程元素的所述相应顺序。4.如权利要求3所述的方法，其中从所述多个图表中抽取所述数据集包括从以下项中的至少两个或更多个中抽取所述数据集：管路和仪器图(PI&D)、过程流程图(PFD)、环路图、显示视图、所述过程工厂的另外的图表、流式数据或用户输入。5.如权利要求3所述的方法，进一步包括：通过用户界面接收另外的数据；以及其中定义所述过程元素定线图的所述至少一部分是基于所抽取的数据和基于所述另外的数据。6.如权利要求1所述的方法，其中确定对应于所述目标过程元素的所述上游过程元素集包括：确定所述多个过程元素的子集，其中的每个过程元素具有在所述过程元素定线图中的相应顺序，该相应顺序在所述目标过程元素在所述过程元素定线图中的所述相应顺序之前或者与所述目标过程元素在所述过程元素定线图中的所述相应顺序邻近。7.如权利要求1所述的方法，其中：接收所述目标过程元素的所述指示发生在定义所述过程元素定线图的所述至少一部分之前；所述方法进一步包括确定所述多个过程元素的与所述目标过程元素相关联的子集；以及定义所述过程元素定线图的所述至少一部分包括仅定义所述过程元素定线图的部分，其中所述过程元素定线图的所述部分对应于所确定的所述多个过程元素的与所述目标过程元素相关联的所述子集。8.如权利要求1所述的方法，其中接收所述目标过程元素的所述指示发生在定义所述过程元素定线图的所述至少一部分之后，并且其中所述目标过程元素被包括在所述过程元素定线图的所述至少一部分之中。9.如权利要求1所述的方法，其中向所述数据分析提供所述上游过程元素集的所述指示包括向以下项中的至少一个提供所述上游过程元素集的所述指示：主成分分析(PCA)、交叉相关性分析、偏最小二乘回归分析(PLS)或另外的预测数据分析功能。10.如权利要求1所述的方法，进一步包括：通过所述一个或多个计算设备并且基于所述过程元素定线图的所述至少一部分，确定所述每个上游过程元素相对于所述目标过程元素的相应影响延迟，所述每个上游过程元素的所述相应影响延迟对应于所述每个上游过程元素的相应影响的强度以及所述每个上游过程元素和所述目标过程元素之间的时间偏移；以及其中基于所述上游过程元素的所述相应影响的强度确定所述目标过程元素的行为的所述变化的所述一个或多个来源包括：基于所述上游过程元素的所述相应影响延迟，确定所述目标过程元素的行为的变化的所述一个或多个来源。11.如权利要求1所述的方法，其中确定所述上游过程元素集的所述至少一个子集是所述目标过程元素的行为的变化的一个或多个来源是基于以下项中的至少一个：(a)对应于所述上游过程元素集的排序的阈值，或者(b)对应于所述上游过程元素集的相应影响强度的阈值。12.如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述目标过程元素的行为的所述变化的标识连同所述目标过程元素的行为的所述变化的所确定的一个或多个来源的一个或多个标识一起存储。13.如权利要求1所述的方法，其中使所述一个或多个来源的所述指示被提供给所述接收应用包括：在接收到所述目标过程元素的所述指示之后的一秒内，使所述一个或多个来源的所述指示自动地被提供给所述接收者应用。14.如权利要求1所述的方法，其中定义所述过程元素定线图的所述至少一部分的步骤或者确定所述上游过程元素集的所述至少一个子集是所述目标过程元素的行为的变化的一个或多个来源的步骤中的至少一个是通过在所述一个或多个计算设备上执行的服务应用来实现的。15.如权利要求14所述的方法，其中所述服务应用由用于所述过程工厂的大数据装置主控。16.如权利要求14所述的方法，其中执行服务应用是所述过程工厂中包括的主机设备上主控的服务应用的实例，并且是以下项其中的一个：所述主机设备是所述目标过程元素；或者所述主机设备被配置为在所述过程运行期间，接收起源于所述目标过程元素的数据，并且自动地操作所接收的数据以控制所述过程。17.如权利要求1所述的方法，其中所述方法的至少一部分在所述一个或多个计算设备的后台中被执行。18.如权利要求1所述的方法，其中接收所述目标过程元素的所述指示包括从非监管式应用接收所述目标过程元素的所述指示，所述非监管式应用在所述一个或多个计算设备中执行或者在另外的一个或多个计算设备中执行，所述非监管式应用是非监管式的发现应用、学习应用、培训应用或分析应用中的至少一个应用。19.一种用于自动地确定多个过程元素的过程元素定线图的装置，所述多个过程元素被用于控制过程工厂中的过程的至少一部分，所述装置包括：一个或多个有形的、非暂态计算机可读存储介质，其存储计算机可执行指令，当被一个或多个处理器执行时，所述指令导致所述装置：从多个数据源获得数据集，所述多个数据源存储描述所述多个过程元素的数据，对于所述多个过程元素中的每个过程元素，所获得的数据集包括所述每个过程元素的相应标识以及所述每个过程元素在所述过程工厂中的相应物理位置的指示，并且所述多个过程元素包括被用于控制所述过程的多个设备、多个过程变量和多个测量值；以及基于所获得的数据集，确定所述过程元素定线图，对于被包括在所述多个过程元素中的每个过程元素，所述过程元素定线图指示所述每个过程元素的所述相应标识以及用于控制所述过程的所述每个过程元素处的相应事件的发生相对于用于控制所述过程的至少一个其他过程元素处的相应事件的发生的相应顺序的指示，其中，所述多个数据源中的第一数据源存储描述所述多个过程元素中的特定过程元素的第一数据，并且排除描述所述特定过程元素的第二数据；所述多个数据源中的第二数据源存储描述所述特定过程元素的所述第二数据，并且排除描述所述特定过程元素的第一数据；以及所述计算机可执行指令可被执行来使得所述装置基于所述第一数据和所述第二数据，确定所述过程元素定线图中对应于所述特定过程元素的相应顺序。20.如权利要求19所述的装置，其中所述多个数据源包括以下项中的至少两个：管路和仪器图(PI&D)、过程流程图(PFD)、环路图、所述过程工厂的另外的图表、流式数据或手动生成的数据源。21.如权利要求19所述的装置，其中所述多个数据源包括至少两个不同的操作员显示视图，以及其中所述两个不同的操作员显示视图中的每个视图均被配置为用于所述过程或所述过程工厂中的至少一个。22.如权利要求19所述的装置，其中：所述多个数据源中的每个数据源存储所获得的数据集的相应子集，以及所述计算机可执行指令进一步可被执行来使得所述装置确定所获得的数据集的所述相应子集。23.如权利要求19所述的装置，其中所述计算机可执行指令进一步可被执行来使得所述装置：通过用户界面接收另外的数据；以及基于所获得的数据集和所述另外的数据，确定所述过程元素定线图。24.如权利要求23所述的装置，其中所述另外的数据作为对所述过程元素定线图的草图在所述用户界面中的呈现的响应而被接收。25.如权利要求19所述的装置，其中所述过程元素定线图进一步包括用于被包括在所述多个过程元素中的至少一些过程元素的元数据。26.如权利要求19所述的装置，其中所述计算机可执行指令进一步被执行来使得所述装置存储所述过程元素定线图。27.如权利要求26所述的装置，其中所述过程元...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·L·布莱文斯，W·K·沃伊斯兹奈斯，M·J·尼克松，P·R·马斯顿，
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