跟踪模拟方法技术

跟踪模拟器（29）同步并与工业过程（3）并行地将工业过程（3）模型化。模拟器接收由自动化系统（2）提供的控制输入（24-1…24-N）以控制工业过程（3）。基于这些输入（24），具有其过程模型的模拟器提供模拟的过程输出（22-1…22-N）。为了避免模拟模型偏离真实过程（3），跟踪模拟器从真实过程（3）接收过程测量值（21-1…21-N），并能够基于这些真实过程测量值（21）和模拟器输出（22）校正即更新其模型。由PI或PID控制器（20-1…20-N）产生用于模拟模型的更新或调整参数（23-1…23-N）中的一个或多个。另外，可通过NM或SE方法（32、33）产生更新参数中的一些。PI或PID控制器可以是自动化系统的自动化控制器调谐工具（28）。另外，可通过NM产生更新参数中的一些。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及通过自动化系统控制工业过程。
技术介绍
过程控制或自动化系统被用于自动控制诸如化学、炼油、纸浆造纸工厂的工业过 程。过程自动化系统常使用网络以互连传感器、控制器、操作员终端和致动器。过程自动化 包括使用计算机技术和软件工程以帮助发电厂和工厂更安全有效地工作。过程模拟是用于研究和分析实际或理论系统的行为和性能的软件中的工业过程 和单位操作的基于模型的表示。不是在真实世界系统上，而是在出于研究某些系统力学和 特性的目的产生的系统的(通常基于计算机的)模型上执行模拟研究。任何模型的目的是， 使得其用户能够通过研究和分析模型得出关于真实系统的结论。与分析真实系统相对，开 发模型的主要原因包括经济性、“真实”系统的不可用和实现系统的元件之间的关系的更深 的理解的目的。过程模拟总是使用引入近似和假定但允许在不能被真实数据覆盖的诸如温度和 压力的广泛的性能上描述性能的模型。模型还允许内插和外推一在某些极限内一并使得能 够搜索已知的性能的范围外面的条件。在过程自动化中，模拟器可使用测量，以不仅表示工 厂如何工作，而且模拟不同的操作模型并找到最适于工厂的策略。为了允许操作员预期某些情况并能够适当地反应以及基于一些准则测试和选择 替代方案、测试为什么在考虑的系统的操作中出现某些现象、洞察哪些变量对于性能最重 要以及这些变量如何交互作用、识别过程中的瓶颈、更好地理解系统如何实际地操作(与每 个人认为它如何操作不同)以及比较替代方案并减少决定的风险，可以在任务或情境训练 区域中使用模拟。基本的过程模拟器可在不与模拟过程实时连接的情况下运行。在图1A中示出该 方法。自动化系统(例如，分布控制系统，DCS)2被配置为控制真实工业过程3。如虚线所 示，同一自动化系统也可被配置为控制运行工业过程的模型的过程模拟器4。一般地，这种 过程模拟器，不管它是静态模拟器还是动态模拟器，都不能使其行为适于现实。而其输出是 编程的模型的结果。因此，由于总是存在未知的输入和随时间改变的参数，因此，如果过程 模拟器与真实过程并行地运行，那么它一般偏离真实过程。作为替代方案，过程模拟器4可 在过程设计和测试中或者出于训练目的被离线使用。在这种情况下，可能根本不存在真实 过程3，并且/或者自动化系统2被连接以仅控制过程模拟器。另一方面，跟踪模拟器具有使其行为适于现实的能力。如图1B所示，跟踪模拟器5 是与真实过程并行地实时运行的过程模拟器，并且具有与真实过程3的连接。具体而言，跟 踪模拟器5从真实过程3接收过程测量值，并能够通过比较真实过程测量值与模拟器输出 校正其自身的行为(模型)。在图1B中，比较器(减法器)6和7从真实过程测量值和模拟器 输出产生误差信号，并且，更新算法块8更新模拟器模型9的参数，使得减少真实过程测量 值与模拟器输出之间的误差(差值)。在Nakaya et al.，MODEL PARAMETER ESTIMATION BYTRACKING SIMULATOR FOR THE INNOVATION OF PLANT OPERATION, Proceedings of thel7th IFAC World Congress, p. 2168-2173，Seoul, Korea, 2008 中公开了跟踪模拟器的例子。已知的参数算法可由式(I)给出P (k) =p (k~l) +Ke (k) (I)其中，p(k)是更新的模拟参数，K是参数更新常数，并且，e(k)是真实过程测量值与各模拟器输出之间的误差，并且，k是指数，其中，k= 1、2、…。图1C是示出现有技术的用于一个参数的更新算法的框图。比较器6或7接收对于(+ )输入的过程测量值和对于(-) 输入的模拟器输出，并且输出误差信号e(k)。误差信号e(k)在乘法器单元81中乘以参数更新常数K，并且，相乘的误差信号Ke (k)被施加到加法器82的(+ )输入，而作为其先前的计算循环的P (k)值的先前的参数值P (k-Ι)从1/Z单元83被施加到加法器82的另一(+ ) 输入。单元83的功能可由式(2)限定P (k~l) = 1/Z * P (k) (2)其中，1/Z是以一个采样瞬时延迟信号的单一元件缓冲器。作为结果，加法器82的输出是根据上式更新的估计的参数P (k)。参数p(k)被施加到模拟器9，并且还被反馈到1/Z单元83。与这种类型的已知的跟踪模拟器相关的主要问题在于，参数更新相对较慢，并且，选择或计算过程参数的参数更新常数K是困难和麻烦的。应当注意，一般地，在模拟模型中，存在大量应跟踪和更新的过程参数，每个需要单独的参数更新常数K。Fukano et al. , Application of Tracking Simulator to Steam Reforming Process, Yokogawa Technical Report English Edition, No. 43 (2007)，p. 13-16 公开了跟踪模拟器的应用例子。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供模拟工业过程的新方法。通过所附的独立权利要求的主题实现本专利技术的目的。在从属权利要求中公开本专利技术的优选的实施例。本专利技术的一个方面是一种模拟工业过程的方法，该方法包括接收通过控制工业过程的自动化系统提供的多个控制输入；从工业过程接收多个过程测量值；通过使用工业过程的模型与工业过程同步且并行地模拟工业过程；提供来自工业过程的模型的多个模拟输出，所述多个模拟输出中的每一个是所述多个过程测量值中的相应的一个的模拟版本；用基于所述多个过程测量值和所述多个模拟输出产生的多个调整参数调整工业过程的模型；和通过比例积分(PI)或比例积分导数(PID)控制器或类似的控制器产生所述多个调整参数中的至少一个。根据实施例，方法包括通过自动化系统的自动化控制器调谐工具配置比例积分 (PD或比例积分导数(PID)控制器或类似的控制器。根据实施例，方法包括通过比例积分(PI)或比例积分导数(PID)控制器或类似的控制器以外的装置产生所述多个调整参数中的至少另一个。根据实施例，方法包括通过基于搜索的优化算法产生所述多个调整参数中的至少 另一个。根据实施例，所述基于搜索的优化算法包含Nelder-Mead算法和/或误差平方 (SE)算法。根据实施例，方法包括产生和输出估计工业过程的内部行为或参数但对于从工业 过程测量不可行的软测量值。根据实施例，所述输出包含在屏幕上显示所述软测量值数据和/或在存储介质中 存储软测量值数据。根据实施例，所述输出包含向用于控制或优化工业过程的自动化系统和/或向出 于维护目的的维护系统发送软测量值数据。本专利技术的另一方面是一种用于估计工业过程的将来的行为的根据以上的权利要 求中的任一项的方法的用途。本专利技术的另一方面是一种用于测试工业过程对于不同的控制情况的响应的根据 以上的权利要求中的任一项的方法的用途。本专利技术的另一方面是一种包括用于实现以上的权利要求中的任一项的方法的装 置的跟踪模拟器。本专利技术的另一方面是一种包括用于实现根据以上的权利要求中的任一项的方法 的装置的自动化系统。本专利技术的另一方面是一种计算机程序，该计算机程序包括用于在所述程序在计算 机上运行时执行根据以上的权利要求中的任一项本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种模拟工业过程的方法，包括 接收通过控制工业过程的自动化系统提供的多个控制输入； 从工业过程接收多个过程测量值； 通过使用工业过程的模型与工业过程同步且并行地模拟工业过程； 提供来自工业过程的模型的多个模拟输出，所述多个模拟输出中的每一个是所述多个过程测量值中的相应的一个的模拟版本； 用基于所述多个过程测量值和所述多个模拟输出产生的多个调整参数调整工业过程的模型；和 通过比例积分PI或比例积分导数PID控制器或类似的控制器产生所述多个调整参数中的至少一个。2.根据权利要求1的方法，包括 通过自动化系统的自动化控制器调谐工具配置比例积分PI或比例积分导数PID控制器或类似的控制器。3.根据权利要求1或2的方法，包括 通过比例积分PI或比例积分导数PID控制器或类似的控制器以外的装置产生所述多个调整参数中的至少另一个。4.根据权利要求1 3中的任一项的方法，包括通过基于搜索的优化算法产生所述多个调整参数中的至少另一个。5.根据权利要求4的方法，其中，所述基于搜索的优化算法包含Nelder-Mead算法和/或误差...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·弗里曼，P·埃利卡，
申请(专利权)人：美卓自动化有限公司，
类型：
国别省市：