分布式工业性能监控和分析制造技术

提供了一种用于在过程工厂中使用由控制设备生成的过程控制数据来提供早期故障检测的技术。该技术确定过程工厂内的情况(例如，故障、异常、或者性能下降)的领先指标。领先指标可以使用主成分分析来确定。随后获得和分析指示与领先指标相对应的过程变量的过程信号。可以对过程信号执行滚动快速傅里叶变换(FFT)以生成时间序列数据，利用该时间序列数据来监控过程工厂。当在时间序列数据中检测到领先指标的存在时，可以生成对情况的警告或其它预测。因此，过程故障可以使用波动和异常来被识别为领先预测器。

【技术实现步骤摘要】
分布式工业性能监控和分析相关申请的交叉引用本申请享有与2015年10月9日递交的、标题为DISTRIBUTEDINDUSTRIALPERFORMANCEMONITORINGANDANALYTICS的美国临时申请No.32/239,620的优先权，故通过引用方式将其全部内容明确地并入本文。本申请与以下申请有关：(i)于2013年3月4日递交的、标题为“BIGDATAINPROCESSCONTROLSYSTEMS”的美国申请No.13/784,041，(ii)于2014年2月6日递交的、标题为“COLLECTINGANDDELIVERINGDATATOABIGDATAMACHINEINAPROCESSCONTROLSYSTEM”的美国申请No.14/174,413，(iii)于2014年8月11日递交的、标题为“SECURINGDEVICESTOPROCESSCONTROLSYSTEMS”的美国申请No.14/456,763，(iv)于2014年3月17日递交的、标题为“DATAMODELINGSTUDIO”的美国申请No.14/216,823，(v)于2014年1月31日递交的、标题为“MANAGINGBIGDATAINPROCESSCONTROLSYSTEMS”的美国申请No.14/169,965，(vi)于2014年3月14日递交的、标题为“DETERMININGASSOCIATIONSANDALIGNMENTSOFPROCESSELEMENTSANDMEASUREMENTSINAPROCESS”的美国申请No.14/212,411，(vii)于2014年3月14日递交的、标题为“DISTRIBUTEDBIGDATAINAPROCESSCONTROLSYSTEM”的美国申请No.14/212,493，(viii)于2014年10月6日递交的、标题为“STREAMINGDATAFORANALYTICSINPROCESSCONTROLSYSTEMS”的美国申请No.14/506,863，(ix)于2014年10月6日递交的、标题为“REGIONALBIGDATAINPROCESSCONTROLSYSTEMS”的美国申请No.14/507,188，(x)于2014年10月6日递交的、标题为“DATAPIPELINEFORPROCESSCONTROLSYSTEMANALYTICS”的美国申请No.62/060,408以及(xi)于2014年10月6日递交的、标题为“AUTOMATICSIGNALPROCESSING-BASEDLEARNINGINAPROCESSPLANT”的美国申请No.14/507,252，故通过引用方式将上述申请的全部公开内容明确地并入本文。
概括地说，本公开内容涉及过程工厂和过程控制系统，更具体地说，涉及由过程工厂和过程控制系统生成的实时数据的实时性能监控和分析。
技术介绍
如那些用于化学、石油或工业或其它过程控制工厂中以制造、提炼、变换、生成或者产生物理材料或产品的分布式过程控制系统，典型地包括一个或多个过程控制器，该过程控制器经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线、或经由无线通信链路或网络来通信地耦合到一个或多个现场设备。该现场设备(其可以是例如阀、阀定位器、开关和变送器(例如，温度、压力、液位和流速传感器))，位于过程环境中并且通常执行物理或过程功能，例如打开或关闭阀、测量诸如温度或压力之类的过程和/或环境参数等等以控制在过程工厂或系统内执行的一个或多个过程。智能现场设备，例如遵循公知的Fieldbus协议的现场设备，还可以执行控制计算、报警功能以及在控制器内通常实现的其它控制功能。该过程控制器(典型地也位于工厂环境中)接收指示由现场设备获得的过程测量结果的信号和/或其它关于现场设备的信息，并且执行控制器应用，控制器应用例如运行作出过程控制决定的不同的控制模块，基于所接收到的信息来生成控制信号，以及与正在诸如和Fieldbus现场设备之类的现场设备中执行的控制模块或块进行协调。该控制器中的控制模块通过通信线路或链路发送控制信号给现场设备，由此来控制过程工厂的至少一部分的操作，例如以控制在该工厂内运行或执行的一个或多个工业过程的至少一部分。例如，控制器和现场控制设备控制由过程工厂的过程控制系统控制的过程的至少一部分。来自现场设备和控制器的信息通常通过数据高速通路或通信网络而可用于一个或多个其它硬件设备，例如操作员工作站、个人计算机或计算设备、数据历史库(historian)、报表生成器、集中式数据库、或其它集中式管理计算机设备，这些硬件设备典型地放置在控制室或远离较恶劣的工厂环境的其它位置。这些硬件设备中的每一个通常跨过程工厂或跨过程工厂的一部分而集中。这些硬件设备运行应用，该应用可以例如使操作员能够执行关于控制过程和/或操作过程工厂的功能，例如改变过程控制例程的设置、修改控制器或现场设备内的控制模块的操作、查看过程的当前状态、模拟过程的操作以便培训员工或测试过程控制软件、保留和更新配置数据库等。硬件设备、控制器和现场设备所使用的数据高速通路可以包括有线通信路径、无线通信路径、或者有线和无线通信路径的组合。举例而言，由Emerson过程管理(EmersonProcessManagement)销售的DeltaVTM控制系统包括多个应用，这些应用储存在位于过程工厂内的不同地方的不同设备内，并且由这些设备执行。位于一个或多个工作站或计算设备中的配置应用使用户能够创建或改变过程控制模块，以及经由数据高速通路将这些过程控制模块下载到专用分布式控制器。通常，这些控制模块由通信地互连的功能块组成，其是面向对象的编程协议的对象，所述对象在控制方案内基于到控制方案的输入来执行功能，并且将输出提供给控制方案内的其它功能块。配置应用也可以允许配置设计者来创建或改变操作员界面，这些界面被查看应用用于向操作员显示数据，以及使用户能够改变设置，诸如过程控制例程内的设定点。每个专用控制器以及在某些情况下一个或多个现场设备储存和执行相应的控制器应用，该应用运行被分配和下载至其的控制模块，以便实现实际的过程控制。可以在一个或多个操作员工作站上(或在与操作员工作站和数据高速通路通信连接的一个或多个远程计算设备上)执行的查看应用经由数据高速通路从控制器应用接收数据并且向过程控制系统设计者、操作员、或使用用户界面的用户显示该数据，并且可以提供多种不同视图的任意一种，例如操作员视图、工程师视图、技术人员视图等。数据历史库应用典型地储存在数据历史库设备中并由其执行，该数据历史设备收集和储存跨数据高速通路提供的一些或全部数据，同时配置数据库应用可以在另一个附接到数据高速通路的计算机中运行，以便储存当前过程控制例程配置及其相关联的数据。替代地，可以将配置数据库置于与配置应用相同的工作站中。在过程工厂或过程控制系统中，当发生异常状况或故障的迹象时(例如，当生成报警时，或当发现过程测量或致动器具有过量变化时)，操作员、仪表技术人员或过程工程师通常使用分析工具结合他或她关于受系统控制的该过程以及其通过该系统的流动路径的知识来尝试确定可能已促成异常状况或故障(fault)的迹象的产生的上游测量结果和过程变量。例如，操作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在过程工厂中提供早期故障检测的方法，所述方法包括：获得过程信号，所述过程信号包括作为一个或多个过程控制设备进行操作以控制所述过程工厂中的过程的结果而生成的时域数据；基于所获得的过程信号来确定所述过程工厂的情况的领先指标；定义与所述领先指标相对应的过程变量；对随后的过程信号执行滚动快速傅里叶变换(FFT)，以确定与所定义的过程变量相对应的时间序列数据；针对所述领先指标的存在，监控与所定义的过程变量相对应的时间序列数据；以及基于所检测到的所述领先指标在所监控的时间序列数据中的存在，生成与对所述情况的预测相对应的指示。

【技术特征摘要】
2015.10.09 US 62/239,620;2016.09.23 US 15/274,2331.一种用于在过程工厂中提供早期故障检测的方法，所述方法包括：获得过程信号，所述过程信号包括作为一个或多个过程控制设备进行操作以控制所述过程工厂中的过程的结果而生成的时域数据；基于所获得的过程信号来确定所述过程工厂的情况的领先指标；定义与所述领先指标相对应的过程变量；对随后的过程信号执行滚动快速傅里叶变换(FFT)，以确定与所定义的过程变量相对应的时间序列数据；针对所述领先指标的存在，监控与所定义的过程变量相对应的时间序列数据；以及基于所检测到的所述领先指标在所监控的时间序列数据中的存在，生成与对所述情况的预测相对应的指示。2.根据权利要求1所述的方法，其中，获得包括所述时域数据的所述过程信号包括：获得由包含在所述过程工厂中的数据源生成的时域数据。3.根据权利要求2所述的方法，其中，获得包括所述时域数据的所述过程信号包括：获得由所述一个或多个过程控制设备生成的在线时域数据。4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述情况的所述领先指标包括对所述过程信号执行一个或多个统计分析技术，所述一个或多个统计分析技术包括以下项中的至少一项：主成分分析、偏最小二乘回归、聚类、或互相关。5.根据权利要求1所述的方法，其中，定义与所述领先指标相对应的过程变量包括：定义与所述过程信号中的改变相对应的过程变量，所述过程信号中的改变发生在所述情况发生之前并有助于所述情况发生。6.根据权利要求1所述的方法，其中，定义所述过程变量包括使得标签被分配给新的过程变量，以及将所述标签储存在所述过程工厂的过程控制数据库中。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：通过获得由所述过程工厂内的数据源生成的在线过程数据来获得所述随后的信号，所述随后的信号包括作为所述一个或多个过程控制设备进行操作以控制所述过程工厂中的所述过程而生成的另外的时域数据。8.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述随后的过程信号执行所述滚动FFT包括：对包括在所述随后的过程信号中的时域数据执行所述滚动FFT，由此生成频域数据。9.根据权利要求8所述的方法，还包括：根据所生成的频域数据确定所定义的过程变量的值，以及将所确定的值变换成时域数据，所述时域数据包括与所定义的过程变量相对应的所述时间序列数据。10.根据权利要求8所述的方法，还包括：对所生成的频域数据执行一个或多个分析技术；基于对所生成的频域数据执行的所述一个或多个分析技术的结果，定义与所述领先指标相对应的另一个过程变量；以及针对所述领先指标的存在，监控与另一个所定义的过程变量相对应的时间序列数据。11.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于与所监控的时间序列数据的值相对应的阈值来检测所述领先指标在与所定义的过程变量相对应的所监控的时间序列数据中的存在，其中，与所监控的时间序列数据的值相对应的阈值包括与特定的值和/或所述特定的值的持续时间相对应的阈值。12.根据权利要求1所述的方法，还包括：生成时间帧的指示，在所述时间帧期间，基于所检测到的所述领先指标的存在，所述情况被预测为发生。13.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所检测到的所述领先指标的存在来生成过程信号；以及向所述过程工厂提供所述过程信号，以通过改变所述过程工厂内的参数、值、配置、状态、或执行的应用中的至少一个来改变所述过程工厂的行为，从而防止或减轻发生所预测的情况的影响。14.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所检测到的所述领先指标的存在来生成数据分析信号，以及向结合所述过程工厂进行操作的数据分析系统的分布式数据引擎和/或分析功能提供所述数据分析信号。15.根据权利要求1所述的方法，其中，由结合所述过程工厂进行操作的数据分析系统来执行所述方法的至少一部分。16.根据权利要求15所述的方法，其中，由所述数据分析系统的一个或多个分布式数据引擎(DDE)来执行所述方法的所述至少一部分。17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述指令使得所述处理器通过在所述过程工厂的所述过程控制系统内执行的例程来针对所述领先指标的存在而监控与所定义的过程变量相对应的所述时间序列数据。18.根据权利要求1所述的方法，其中，监控与所定义的过程变量相对应的所述时间序列数据包括：监控来自所述过程工厂的流式过程数据。19.根据权利要求1所述的方法，其中，获得包括作为所述一个或多个过程控制设备进行操作以控制所述过程的结果而生成的所述时域数据的所述过程信号包括：获得包括由所述过程工厂内的一个或多个数据源生成的时域信号的所述过程信号，所述一个或多个数据源不包括所述过程工厂内的生成一阶过程数据的任何数据源。20.一种用于在过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·H·贝尔，M·J·尼克松，A·T·恩弗，J·B·基德，P·R·穆斯托尼，
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