用于协调操作区的利用以实现生产目标的方法和装置制造方法及图纸

提供了一种用于生产过程的系统、方法和装置，以协调对过程变量的操作区的利用并且自动执行目标设置，以使生产目标最大而无需人工干预。预。预。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于协调操作区的利用以实现生产目标的方法和装置

技术介绍

[0001]本公开一般涉及生产过程控制，更具体涉及通过协调生产过程中使用的变量的目标设置以实现期望生产目标来改进生产过程的控制。
[0002]通常，存在对于用于生产具有各种特性的产品的过程很重要的多个输入变量以及过程输出变量，诸如生产的吞吐量。例如，造纸机可能包括输入变量，诸如不同精制纤维、化学添加剂、染料、水、蒸汽、电、各种流、压力、温度和速度设置，以生产具有诸如基重、水分、厚度、强度、颜色和其他特性之类不同输出变量的纸张。过程的这些输入变量和输出变量之间的关系具有复杂性。即使是经验丰富且技术娴熟的操作员也无法始终为输入变量和输出变量找到正确设置来生产满足各种生产目标的产品，诸如最大限度地提高生产吞吐量，同时最大限度地减少纤维、化学品和能源的使用，并且实现产品所需的质量规格。
[0003]先进的过程控制(诸如多变量模型预测控制(MPC))已经范围在广泛的行业中得到应用，以在生产产品的同时获得更好的产品质量和更稳定的操作。然而，在高级过程控制下使用的变量的目标仍可能由人类操作员基于他们的经验和技能来确定。因此，优选的可变目标很难通过人类操作员建立的目标设置来实现。因此，需要协调高级控制方案中使用的变量的目标设置，以通过有效利用变量的操作区来遵循过程的经济目标和/或使之最大。本公开旨在实现这些目的等的系统、方法和装置。

技术实现思路

[0004]根据本公开，提供了一种用于生产过程以协调过程变量的目标设置并且自动执行目标设置以使生产目标最大而无需人工干预的系统、方法和装置。因此，可以节省各种输入变量，诸如原材料、资源和能源消耗，同时实现提供期望产品规格的输出变量。另外，还可以在生产过程中采用较为便宜的材料和资源，同时改进操作并且减少人力和误差。根据本公开，还提供了一种计算机控制系统，该计算机控制系统可操作以执行上述操作。
[0005]提供该
技术实现思路
是为了介绍以下在说明性实施例中进一步描述的概念的选择。该
技术实现思路
不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用作极限所要求保护的主题范围的帮助。其他实施例、形式、目的、特征、优点、方面和益处将根据以下描述和附图中变得显而易见。
附图说明
[0006]本专利技术的特征、方面和优点将关于以下描述、所附权利要求和附图得到更好的理解，其中
[0007]图1示出了利用操作区协调器连同用于生产过程的控制器的示例性系统的示意图；
[0008]图2示出了具有上限和下限、相关容差、操作区以及过程变量与过程变量的当前目标和未来目标之间的关系的示例性过程变量的图表；以及
[0009]图3是操作区协调器用于协调生产过程变量的目标设置的过程的流程图。
具体实施方式
[0010]为了促进对本专利技术的原理的理解，现在，参考附图中所示的实施例，并且使用特定语言对其进行描述。然而，应当理解，本专利技术的范围并不旨在限制本专利技术的范围，并且本文中设想了如本专利技术所属领域的技术人员通常会想到的对所示实施例的任意变更和其他修改以及如其中所示的本专利技术原理的任意其他应用。
[0011]对于任意生产过程10，如图1所示，可以标识输入变量u集合和输出变量y集合。图1还包括计算机控制系统20，该计算机控制系统20从过程10接收输出变量y并且为过程10创建输入变量u。计算机控制系统20可以包括但不限于操作区协调器12和可以利用过程10的内部响应模型16的过程控制器14。计算机控制系统20连接到具有一个或多个机器的过程10，该一个或多个机器可操作以使用由操作区协调器12建立的目标设置来生产产品，该操作区协调器12利用根据本公开的输入变量u和输出变量y的操作区。
[0012]过程控制器14包括一个或多个控制器和/或一个或多个计算机。计算机控制系统20还可以包括用于执行与生产过程和/或过程控制器14相关联的离线任务的一个或多个其他计算机。计算机控制系统20的至少一个计算机可以访问用户接口设备(UI)18包括一个或多个显示设备，诸如监视器(具有或没有触摸屏)或手持设备(诸如智能手机、平板电脑、膝上型计算机或用于显示图形的其他设备手机)以及一个或多个输入设备(诸如键盘、鼠标、轨迹球、操纵杆、手持设备和/或声控设备)。
[0013]图1中的过程输入变量u在本文中也被标识为一个或多个操纵变量(MV)。图1中的过程输出变量y在本文中也被标识为一个或多个受控变量(CV)。输入变量MV可以以许多不同方式影响输出变量CV。MV通常还表现出对CV的静态影响和动态影响，并且这些静态影响和动态影响可以被标识为在过程控制器14中使用的响应模型16。响应模型16可以以许多不同的数学表示(诸如传递函数、状态空间方程、神经网络和其他数学函数)来实现。
[0014]无论使用哪种响应模型表示，生产过程的目标通常被设置为利用最少量的输入材料、资源和时间，以最有效的方式生产具有期望质量的最大量的产品。这些生产目标对于许多生产过程而言通用。
[0015]对于任意给定生产过程，即使实现如上所述的生产目标是主要优先事项，生产过程也可能受到其物理极限的约束。例如，过程的输入变量MV通常具有介于上限与下限之间的物理范围，以及速率极限、容差和/或目标设置。输出变量CV通常也必须满足某些高规范、低规范或目标规范。图2是图示了典型过程变量MV或CV的示例图表。所图示的过程变量包括上限(L
h
)22、上限(t
h
)24、下限(L
l
)26和下限(t
l
)28。操作上限z
h
是上限22减去高容差24，即z
h
＝L
h
‑
t
h
。操作下限z
l
是下限26加上下容差28，即，z
l
＝L
l
+t
l
。操作上限z
h
与操作下限z
l
之间的区域是操作区30。过程变量32及其长期趋势34在该操作区内围绕其目标36是典型的。操作区协调器12根据本专利技术产生新目标38，用于将未来过程变量40朝向新目标38移动，例如，更靠近操作区30的下端。如本文中所讨论的，在操作区30内还设想了其他新目标38。
[0016]容差24、28允许过程变量(MV或CV)有足够的自由度来变化并且还实现使生产成本最小或保持产品在其质量规格内的经济目标。容差24和28可以由人类用户指定和/或基于过程变量32与过程变量32的长期趋势34之间差异的短期可变性而动态导出和更新。如果短期可变性较高，则容差设置得较大。
[0017]人类操作员需要高度的技能和培训来手动操作生产过程以实现规定的生产目标，
同时尝试满足各种约束。本公开提供了一种系统、方法和装置，以使生产目标自动最大，同时协调过程操作区对输入变量和输出变量的利用。例如，对于静态增益为G的过程，其稳态操纵变量MV(u)和控制变量CV(y)可以被表达如下：
[0018]y本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在生产过程中协调公共过程变量的操作区的方法，所述方法包括：相对于以下各项对每个公共过程变量的偏好进行分类：a)如果所述公共过程变量具有目标设置，则相对于目标进行分类；或b)如果所述公共过程变量没有目标设置，则相对于一个或多个偏好进行分类；针对每个公共过程变量，在高操作区极限与低操作区极限之间确定针对每个公共过程变量的操作区；确定针对每个公共过程变量的参考目标；将成本函数设计为每个公共过程变量与每个公共过程变量的参考目标的偏差方差的加权和；将所述公共过程变量的所述操作区和所述公共过程变量的响应模型组合为所述公共过程变量的组合约束集合；根据所述组合约束集合对所设计的成本函数执行约束优化，以确定针对所述公共过程变量的经优化的结果；以及将所述经优化的结果设置为控制所述生产过程的多变量反馈控制器的新目标设置。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多变量反馈控制器是内部模型控制器或模型预测控制器中的一种控制器。3.根据权利要求1所述的方法，其中设置目标类别的偏好被提供为用于对具有所述目标设置的所述公共过程变量中的每个公共过程变量进行分类。4.根据权利要求1所述的方法，其中用于对没有所述目标设置的所述公共过程变量中的每个公共过程变量进行分类的类别的偏好包括：近高类别的偏好，用于维持所述公共过程变量接近于所述高操作区极限，所述高操作区极限是低于上限的容差量；近下限类别的偏好，用于维持所述公共过程变量接近于所述低操作区极限，所述低操作区极限是高于下限的容差量；以及范围内类别的偏好，用于保持所述公共过程变量处于操作区上限与操作区下限之间的任意水平。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述容差能够被手动指定或根据每个公共过程变量的当前测量与长期趋势之间的差异的短期可变性动态计算。6.根据权利要求1所述的方法，其中每个公共过程变量的所述操作区是在针对高容差而进行调整的上限与针对低容差而进行调整的下限之间的区域。7.根据权利要求1所述的方法，其中确定针对每个公共过程变量的所述参考目标包括：将设置目标类别中的每个公共过程变量的所述参考目标设置为每个公共过程变量的所述目标设置；将近高类别中的每个公共过程变量的所述参考目标设置为所述高操作区极限，所述高操作区极限是所述上限减去每个公共过程变量的所述容差量；将近低类别中的每个公共过程变量的所述参考目标设置为所述低操作区极限，所述低操作区极限是所述下限加上每个公共过程变量的所述容差量；以及将范围内类别中的每个公共过程变量的所述参考目标设置为每个公共过程变量的当前稳态值。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述成本函数是：J＝(x
‑
x
r
)
T
W(x
‑
x
r
)，其中x是所述公共过程变量，包括输入变量和输出变量，x
r
是针对每个公共过程变量的所述参考目标，以及W是对角矩阵，其中每个对角元素指定x的每个分量的权重因子。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述响应模型是：Ax＝b，其中A＝[I
ꢀ‑
G]b＝y
k
‑
Gu
k
，其中x是所述公共过程变量；G是所述过程的静态增益；I是单位矩阵；y和u分别是输入变量和输出变量；并且y
k
和u
k
分别是所述输入变量的当前长期趋势和所述输出变量的当前长期趋势。10.根据权利要求1所述的方法，其中对所设计的成本函数的所述约束优化是：x
new
＝quadprog(W，
‑
Wx
r
，A，b，z
l
，z
h
)其中x
new
是所述经优化的结果，z
l
和z

【专利技术属性】
技术研发人员：陈世钦，阿贝伊，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：