[发明专利]过程控制系统的过程模型库的动态管理

说明书

相关申请

本申请为基于2007年9月28日递交的、题为“过程控制系统的过程模 型库的动态管理”的美国临时专利申请60/976,346的正式递交申请，本申请 要求该临时专利的优先权。在此，通过参考将其全部公开合并。

技术领域

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。

背景技术

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。现场设备可以是阀、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6,577,908。在此，通过参考将其全部公开据此明确 地合并进来。