过程控制系统的过程模型库的动态管理技术方案

本发明专利技术提供了一种过程控制系统的过程模型库的动态管理。一种对存储有过程模型的过程模型历史进行管理的方法，包括根据第一优先级标准和第二优先级标准来组织过程模型，其中根据与第一优先级标准和第二优先级标准有关的值的合成来表示各个过程模型。该表示可以是多维空间中的坐标值，该多维空间具有对应于第一优先级标准和第二优先级标准的维度。针对各个过程模型来计算到公共基准点的分离程度或关系，其中基准点是与第一优先级标准和第二优先级标准有关的值。可以遵从针对同一控制例程所识别的过程模型的总数和针对同一操作区域所识别的模型的总数，基于涉及基准点的分离程度或接近度，来移除过程模型或选择用于删除的过程模型。

【技术实现步骤摘要】

本申请总体涉及过程控制系统，具体地，涉及过程控制系统中的过程模 型的管理、维护和存储。
技术介绍
诸如化学，石油或者其他工业中所使用的分布式的或可扩展的过程控制 系统， 一般包括一个或多个过程控制器，这些过程控制器经由模拟，数字或 模拟/数字混合总线，彼此通信相连，或者与至少一个主机或操作员工作站 以及一个或多个现场设备通过通信联络的方式连接。现场设备可以是间、阀 门定位器、开关、变送器(例如温度、压力和流量传感器)等，它们在过程 中执行诸如开启或关闭阀以及测量过程参数等功能。过程控制器接收用于表 示由现场设备产生的过程测量的信号，和/或关于现场设备的其他信息，并 利用这些信息执行控制例程，并随后产生通过总线发送到现场设备以控制过 程操作的控制信号。来自现场设备和控制器的信息典型地用于 一个或多个由 操作员工作站执行的应用程序中，以使操作员执行其想要的并与过程相关的 功能，例如查看过程的当前状态、修正过程操作等等。某些过程控制系统，例如总部设在德克萨斯州奥斯汀市的费舍-柔斯芒 特系统股份有限公司销售的DeltaV系统，使用设置在控制器或不同的现场 设备中的功能块或称作模块的功能块组来进行控制操作。在这些情况下，控 制器或其它设备能够包括并执行一个或多个功能块或模块，每个功能块或模块都接收来自其它功能块(在同一或不同的设备内)的输入和/或向这些功 能块提供输出，并进行一些过程操作，例如测量或检测过程参数、控制设备、 或进行诸如实现比例-积分-微分(PID)控制例程的控制操作。过程控制 系统内的不同的功能块和模块通常被配置来彼此通信(例如通过总线)以形 成一个或多个过程控制环路。过程控制器 一般程序化为对过程所限定的或所包含的多个不同环路中 的每个，执行不同的算法、子程序或者控制环路(所有这些都是控制例程)， 这些环路例如流控制环路、温度控制环路、压力控制环路等。 一般来说，上述每个控制环路都包括一个或者多个输入块，比如模拟输入功能块；也包括 单输出控制块，比如比例-积分-微分(PID )控制功能模块或者模糊逻辑 控制功能块；并且还包括输出块，比如模拟输出(AO)功能块。控制例程和执行这些例程的功能块已经被根据许多控制技术配置，这些 控制技术包括PID控制、模糊逻辑控制和诸如史密斯预测器(Smith Predictor)或模型预测控制(MPC )的基于模型的技术。在基于模型的控制 技术中，在例程中用来确定闭环控制响应的参数基于动态过程，所述动态过 程响应于充当过程输入的操纵或测量扰动中的变化。这种过程对过程输入变 化的响应的表示可以被描述为过程模型。例如，第一阶参数化过程模型可以 确定增益、死时间和过程时间常量的值。一种基于模型的技术，模型预测控制(MPC)，包括许多被设计来捕获 过程输入和输出之间的动态关系的步骤模型或脉冲响应模型。利用MPC技 术，直接使用过程模型来产生控制器。当用于会经历较大的过程死时间和过 程延时等变化的过程时，MPC控制器必须被自动地利用模型重新产生，以 与当前的过程状况匹配。在这样的情况下，在许多运行状况中的每一个状况 下相应地确定过程模型。多个过程模型的引入以及与当前过程状况进行匹配 所必需的控制器的自动产生，增加了过程控制系统的复杂度，这不是想要的。还使用过程模型来设置PID和采用自适应控制技术的其它控制方案的 调整参数，此时，PID (或其它)控制器的调整通常会被更新作过程模型的变化结果和用户选择的调整规则。例如，参见题为基于状态的自适应反馈前馈PID控制器的美国专利公开2003/0195641和题为自适应反馈/前馈 PID控制器的美国专利6，577,卯8。在此，通过参考将其全部公开据此明确 地合并进来。不管改进控制性能的预示，在加工产业中使用自适应控制技术已经受到 限制，这是由于在实践中经常很难实现这些技术。作为一件实际的事物，通 常，模型识别已经成为特别为自适应控制设计的特定功能块的一部分。不幸 的是，经常难以确定哪些过程控制环路将因实现自适应控制而受益，即应该 选择哪些环路来具备自适应控制能力。 一个原因是，在典型的工厂中的控制 环路的绝对数量(例如，几百个)和被监控的仪器(例如，几千个)。但是 不管过程的规模和复杂度，传统的过程控制系统通常不支持创建工厂中所有 控制环路的过程模型。使事情变得更糟的是，实践中，可能不能进行确定所 有控制环路的新过程模型所必需的手动测试。例如，测试可能需要应用一个 或多个与在线过程不兼容的过程摄动。一个利用模型来控制具有多个控制环路的过程控制系统的例子包括实 现分别控制所述多个控制环路的多个控制例程。这些控制例程包括非自适应 的控制例程。连同每个控制环路的运行一起收集运行状况数据，根据分别的 运行状况数据来确定各个控制环路的分别的过程模型。参见题为过程控制 系统中的过程模型识别的美国专利公开2007/0078533。在此，将其全部公 开据此明确地合并进来。这些智能控制系统中的 一些系统包括嵌入的观测每个过程环路和系统 中的每个设备的学习技术。这些技术包括学习和记忆过程模型，以及当系统 中的状况发生变化时，重新学习过程从而自动地使能智能监控、诊断和高级 调整等。学习到的过程信息通常存储在非易失知识数据库中以供分析和检 索。在实时系统中，在没有界限的情况下，该库可能不停地增长，不过其增 长速度可能随过程而变。例如，对一个响应时间为几分钟的快速变化的流程 环路来说， 一天中可能会几次确定出新模型。另一方面，也可能有响应緩慢的温度环路，其发生变化非常罕见。然而，正入可能只有很少信息对分析是 有害的，也可能有太多的信息对分析是有害的。另外，如果不确定地执行学 习算法，那么对数据库的存储器要求存在约束。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种方法，该方法用于在平衡每个过程模 型的相对相关性和可用性的同时，通过删除或移除那些不再相关或有用的过程模型，来管理过程模型历史或任何其它形式的过程模型库。该方法包括根 据诸如模型质量和模型寿命的优先级标准的组合来组织每一个过程模型。利用该优先级标准的组合，把每个模型与所有过程模型公共的基准点比较。该 基准点可以表示所述优先级标准的优化最少值或最优值。然后，利用每个过 程模型与该基准点分开的程度或距离来确定是否应该从该过程模型历史中移除该过程模型。该过程模型的删除或移除可以取决于多个决策标准。例如，可以仅当该 过程模型历史中存储了与特定控制例程有关的最大数量的过程模型时，才触 发该过程模型管理技术。在另一个实例中，如果保留了与控制例程的特定操 作区域有关的最小数量的过程模型，才可以删除过程模型。根据本专利技术的另 一方面，可以通过定义多维空间来实现该过程模型管理 技术，该多维空间的每一维都由优先级标准定义。在一个实例中，模型质量 对应于一维，而模型寿命对应于另一维。根据对应于诸如过程模型的寿命和 质量的与过程模型有关的优先级值的坐标值，在该多维空间内组织所述过程 模型。可以在该多维空间中相对于公共基准点来表示每个过程模型。根据过 程模型与该基准点的接近度，该过程模型管理技术可以删除或保留该过程模型。关于上述两方面中的任一方面，都可以根据所述优先级标准的相对重要 性，来加权所述优先级标准。该过程;漠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管理过程模型历史的方法，所述过程模型历史中存储有多个过程模型，所述方法包括：　根据第一优先级标准和第二优先级标准的组合来组织多个过程模型，其中各个过程模型根据与所述第一优先级标准有关的值和与所述第二优先级标准有关的值的组合来表示； 　计算各个所组织的过程模型之间的分离程度和各个所组织的过程模型的公共的基准点，其中所述基准点包括与所述第一优先级标准有关的值和与所述第二优先级标准有关的值；以及　如果在从所述模型历史中移除过程模型之前，针对与待移除的过程模型相同 的控制例程所识别的过程模型的总数超过与针对控制例程所识别的过程模型的总数有关的阈值，则基于所述分离程度从所述模型历史中移除所述过程模型。

【技术特征摘要】
US 2007-9-28 60/976,346;US 2008-9-26 12/238,7731、一种管理过程模型历史的方法，所述过程模型历史中存储有多个过程模型，所述方法包括根据第一优先级标准和第二优先级标准的组合来组织多个过程模型，其中各个过程模型根据与所述第一优先级标准有关的值和与所述第二优先级标准有关的值的组合来表示；计算各个所组织的过程模型之间的分离程度和各个所组织的过程模型的公共的基准点，其中所述基准点包括与所述第一优先级标准有关的值和与所述第二优先级标准有关的值；以及如果在从所述模型历史中移除过程模型之前，针对与待移除的过程模型相同的控制例程所识别的过程模型的总数超过与针对控制例程所识别的过程模型的总数有关的阈值，则基于所述分离程度从所述模型历史中移除所述过程模型。2、 根据权利要求1所述的方法，其中针对过程控制系统中的控制例程的操 作区域来识别各个过程模型，并且其中移除所述过程模型包括如果在移除所 述过程模型之后，针对与移除的过程模型相同的操作区域所识别的过程模型的 总数超过与针对操作区域所识别的过程模型的总数有关的阔值，则基于所述分 离程度移除所述过程模型。3、 根据权利要求1所述的方法，其中所述基准点包括与所述第一优先级标 准有关的优化最少值以及与所述第二优先级标准有关的优化最少值。4、 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一优先级标准和所述第二优先 级标准中的至少 一个优先级标准包括加权标准。5、 根据权利要求1所述的方法，其中所述第一优先级标准和所述第二优先 级标准中的至少一个优先级标准包括由模型质量的测量和模型寿命的测量组成 的组中的一个以上。6、 根据权利要求5所述的方法，其中针对过程控制系统中的控制例程的操 作区域来识别各个过程模型，并且其中针对所述控制例程的所述操作区域最后识别的过程模型不从所述过程历史中移除。7、 根据权利要求1所述的方法，其中从所述模型历史中移除过程模型包括: 基于在移除的时刻变化的操作区域设置和控制例程状态，从所述模型历史中移 除过程模型。8、 根据权利要求1所述的方法，其中从所述模型历史中移除过程模型包括 如果与所述第一优先级标准和所述第二优先级标准有关的过程模型值小于基于 所述第一优先级标准和所述第二优先级标准的最大阈值，则基于所述分离程度 从所述模型历史中移除过程模型。9、 根据权利要求8所述的方法，其中所述最大阈值包括基于所述第一优先 级标准和所述第二优先级标准的线性函数。10、 根据权利要求1所述的方法，其中所述最大阈值包括基于从所述模型 历史中移除的且具有与所述基准点具有最大分离程度的过程模型的第 一优先级 标准和所述第二优先级标准的过程模型值的径向函数。11、 根据权利要求1所述的方法，其中从所述过程历史中移除过程模型包 括从所述过程历史中移除多个过程模型的批处理。12、 一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿希什梅赫塔，约翰M卡德维尔，
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]