高速自动调谐回路制造技术

一种自动调谐器适用于具有通信网络的分布式过程控制网络，其中所述通信网络以通信方式耦合于过程控制器和用于过程控制回路的一个或多个过程设备，所述过程控制器执行过程控制例程。该自动调谐器包括：第一调谐器件，配置它以导致控制实体迫使过程回路执行自动调谐程序；和调谐数据栈，操作在过程设备之一中，以接收和存储一个与控制实体相关联的调谐信号以及一个时间标签，其中时间标签指示设备使调谐信号起作用的时间。把一个测量数据栈放置在相同的或不同的过程设备中，并操作以接收和存储由过程设备生成的响应或测量信号以及一个时间标签，其中时间标签指示何时生成或检测到响应信号。第二调谐器件，例如在控制器或工作站中，周期性地从调谐数据栈和测量数据栈接收数据，并确定对过程回路调谐中将要使用的调谐参数。

【技术实现步骤摘要】

总体上讲，本专利技术涉及分布式过程控制网络。更具体地讲，本专利技术涉及用于自动调谐以通信方式连接在一个分布式过程控制网络中的过程元素的设备和方法。
技术介绍
过程控制网络，例如，那些用于化工，石油或其它过程中的过程控制网络，通常包括一个以通信方式耦合于一个或多个现场设备的集中化过程控制器，例如，现场设备可以为阀定位器、转换器、传感器(例如温度、压力以及流速传感器)等。这些现场设备可以执行过程中的物理控制功能(例如打开或关闭一个阀)，可以在用于控制过程操作的过程中进行测量，或在这种过程中执行任何其它所希望的功能。历史上，经由一个或多个模拟信号线或总线，例如可以把4～20mA(毫安)的信号传送至现场设备或从现场设备接收4～20mA的信号，把过程控制器连接于现场设备。总体上讲，过程控制器接收指示由一个或多个现场设备进行测量的信号，与/或与现场设备相关的其它信息，使用这一信息实现一个通常复杂的控制例程，然后生成控制信号，其中把控制信号经由模拟信号总线发送至现场设备，从而可控制过程的操作。更近期地，在过程控制业中，出现了在过程控制环境中实现基于现场的数字通信的动向。例如，过程控制器业已实现了一系列标准，这些标准包括开放数字或组合数字与模拟通信协议，例如HART、PROFIBUS、WORLDFIP、Device-Net、以及CAN协议。这些数字通信协议通常能够使更多的现场设备连接于一个特定的网络、支持现场设备和控制器之间更多与更快的通信，与/或允许现场设备向过程控制器发送更多和不同类型的信息，例如，与现场设备本身的状态和配置相关的信息。而且，标准的数字协议使不同制造商所制造的现场设备能够在同一过程控制网络中一起加以使用。另外，在过程控制业中还存在非集中化过程控制的动向，从而可简化各过程控制器。通过使现场安装的过程控制设备，例如阀定位器、传送器等，使用通常叫做功能模块或控制模块的模块执行一个或多个过程控制功能，可以实现非集中化的控制。功能模块可以跨越一个网络结构传送数据，供执行其它控制功能的其它过程控制设备(或功能模块)使用。为了实现这样的控制功能，通常每一个过程控制设备包括一个微处理器，这一微处理器具有实现一个或多个功能模块的能力以及使用一个标准的和开放的通信协议与其它过程控制设备进行通信的能力。在这一方式中，可以把现场设备互连在一个过程控制网络中，以互相通信，并执行一个或多个过程控制功能，以形成一个控制回路，而无需集中化过程控制器的干预。目前，由Fielbus Foundation所颁布的全数字、双线网络协议，叫做FOUNDATIONFieldbus，是一个开放的Fieldbus通信协议，允许由不同制造商所制造的设备互操作，并允许它们经由一个标准的网络互相通信，以在一个过程中实现非集中化的控制。在现有技术系统中，任何控制模块或控制回路的调谐是相当简单的，因为可以把整个调谐例程存储在集中化的控制器或现场设备中。当希望调谐这样的控制例程的一个控制回路时，控制器或现场设备中的独立的调谐模块迫使相应的控制模块，例如一个比例-积分(PI)或比例-积分-导数(PID)控制模块，通过一个调谐程序，例如一个导致振荡的程序，确定过程或回路的预定义的特征。在调谐程序的动态数据捕获阶段，调谐模块收集由回路所生成的数据，该数据被提交给每一正常操作的控制例程，并且调谐模块根据这一数据确定一个或多个过程特征，例如过程的最终增益、时间常数等。一旦计算出所希望的过程特征，则调谐模块使用计算出的过程特征采用一组规则或其它算法，为控制模块或控制回路确定新的调谐参数。通常把这一步骤叫做调谐程序的规则应用阶段。此后，调谐例程将新的调谐参数提交给控制模块(或控制回路)，并且结束调谐程序。在一个集中化的过程控制系统中，由于把所有控制功能定位在控制器中，并且在过程的正常操作期间把所有调谐所需的数据提交给控制器，所以调谐模块具有对控制模块的直接存取，以及对调谐各控制模块所需的数据的直接存取。其中把控制模块或控制元素，例如PI控制元素、PID控制元素、模糊逻辑控制元素等，以分布方式定位在整个过程控制网络中的非集中化过程控制系统更难加以调谐，因为把控制模块脱离通常存储调谐模块的控制器或现场设备加以定位。总体上讲，非集中化过程控制系统以调度或同步方式进行通信，以实现与过程控制例程相关联的特定控制功能。在其中不发生同步通信期间，可以按调度或异步方式传送其它信息，例如警报、设置点变化、或其它诊断信号(例如调谐信号)。然而，一个其配置旨在以异步方式进行通信的调谐控制模块不能够向现场设备发送一个确定的调谐信号，并且不能够从一个现场设备接收一个确定的响应信号，因为控制器或现场设备必须使用异步通信实现调谐功能。特别是，由于按异步方式传送调谐信号，所以控制器没有办法检测现场设备何时实际接收调谐信号，或何时生成相应的响应信号，从而妨碍了对调谐程序计时的严格的控制，因而增大了不精确调谐结果的可能性。在一个用于实现分布式过程控制网络中调谐的人们所熟悉的现有技术系统中，对整个网络进行配置，并脱线执行调谐程序。在这一配置中，使用同步通信执行调谐程序，与此同时挂起特定的控制功能。在另一个用于实现调谐的人们所熟悉的现有技术系统中，把整个调谐例程放置在与将加以调谐的控制模块(例如，PID功能模块)相同的设备中，而且事实上，可以实际地把它们并入控制模块的功能中。尽管这一系统能够精确地控制调谐程序的计时，并且能够以任何所希望的速率收集数据(直至及包括执行控制模块的速率)，但必须随控制模块一起以及与控制模块同时编译调谐例程，这增大了过程的正常操作期间与控制模块的使用相关联的开销(例如计时、处理、存储器等要求)，甚至是在控制回路的正常操作期间相当不频繁地使用自动调谐例程的功能。而且，必须把一个完整的自动调谐例程放置在每一不同的其中定位了一个控制模块的设备中，以能够自动调谐每一控制模块，这增大了过程控制系统的不必要的冗余度，并增加了过程控制系统的成本。
技术实现思路
一种自动调谐器适用于具有通信网络的分布式过程控制网络，其中所述通信网络以通信方式耦合于过程控制器和用于过程控制回路的一个或多个过程设备，所述过程控制器执行过程控制例程。该自动调谐器包括第一调谐器件，配置它以导致控制实体迫使过程回路执行自动调谐程序；和调谐数据栈，操作在过程设备之一中，以接收和存储一个与控制实体相关联的调谐信号以及一个时间标签，其中时间标签指示设备使调谐信号起作用的时间。把一个测量数据栈放置在相同的或不同的过程设备中，并操作以接收和存储由过程设备生成的响应或测量信号以及一个时间标签，其中时间标签指示何时生成或检测到响应信号。第二调谐器件，例如在控制器或工作站中，周期性地从调谐数据栈和测量数据栈接收数据，并确定对过程回路调谐中将要使用的调谐参数。附图说明图1是包括一个自动调谐系统的分布式过程控制网络的示意性方框图；图2是一个示意性方框图，说明了图1的自动调谐系统的一个实施例中的信息流；图2A是一个功能方框图，说明了图1的自动调谐系统的一个实施例中的一个控制例程；图3A～3C表示了可以用于和存储在图1的自动调谐系统的一个实施例中的信号；图4是一个示意性方框图，说明了流入与一个自动调谐系统相关联的数据寄存器的信息流；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分布式过程控制网络以调谐过程控制回路的自动调谐器，该过程控制回路具有控制过程中的第一现场设备的控制实体和放置在现场设备中测量与过程相关联的过程变量的测量实体，该自动调谐器包括：第一调谐元件，配置它以生成在调谐程序期间由过程控 制回路中的控制实体所使用的调谐控制信号；第一数据收集实体，其放置在第一现场设备中，用于收集和存储调谐程序期间多个与控制实体相关联的控制数据信号，以及与一个或多个控制数据信号相关联的时间指示；第二数据收集实体，其放置在与测量实 体相同的现场设备中，用于收集和存储调谐程序期间多个与测量实体相关联的测量数据信号，以及与一个或多个测量数据信号相关联的时间指示；以及第二调谐元件，配置它以接收该多个控制数据信号以及该多个测量数据信号，并根据该多个控制数据信号和该多个 调谐数据信号确定用于调谐控制实体的调谐参数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：特伦斯L布莱文斯，威廉K沃杰茨尼斯，
申请(专利权)人：费舍柔斯芒特系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]