[发明专利]使用多阶段数据分离的推理过程建模、质量预测及故障检测

说明书

技术领域

本专利大体涉及过程控制系统建模，更具体地，涉及使用多阶段或多状态数据分离来执行连续处理或批处理中的过程建模、质量预测以及故障检测的方法。

背景技术

过程控制系统，例如用于化学、石油或者其他过程的过程控制系统，通常包括一个或者多个过程控制器，以及通过模拟、数字或者组合的模拟/数字总线通信地耦合到至少一个主机或者操作员工作站，并耦合到一个或者多个现场设备的输入/输出(I/O)设备。现场设备，可以是例如阀、阀定位器、开关和变送器(例如温度、压强和流速传感器)，其在过程中执行例如打开或者关闭阀以及测量过程控制参数的过程控制功能。过程控制器接收表示由现场设备所进行的过程测量的信号，处理该信息以实现控制例程，并且生成控制信号，该控制信号通过总线或者其他通信线被发送至现场设备以控制该过程的运行。以此方式，过程控制器可以通过总线和/或其他通信链路使用现场设备来执行和协调控制策略。

来自现场设备和控制器的过程信息可以为由操作员工作站(例如基于处理器的系统)执行的一个或更多应用(即例程、程序等)可用，以使得操作员能够执行关于过程的所需的功能，例如查看过程的当前状态(例如通过图形用户界面)，评估该过程，修改该过程的运行(例如通过可视的对象图)等等。很多过程控制系统还包括一个或多个应用站，这些应用站通常使用个人电脑、笔记本或者类似装置实现，并且通过局域网(LAN)通信地耦合至控制器、操作员工作站和过程控制系统内的其他系统。每个应用站可以包括显示过程控制信息的图形化用户界面，该过程控制信息包括与过程、过程故障检测信息和/或过程状态信息相关联的质量参数值、过程变量值。

通常地，在图形化用户界面中显示过程信息受限于与该过程相关联的每个过程变量的值的显示。在一些情况中，过程控制系统可以描绘一些过程变量之间的简单关系以估计与该过程相关联的质量度量，该过程和/或其他过程变量通常仅能够在生产完成之后被详细分析。

用于过程质量预测和故障检测的预测性建模的使用开始在连续处理和批处理中流行起来。正如已知地，连续处理以连续方式对一组连续提供的原材料进行处理，以制造产出的产品。一般而言，在连续处理中使用的过程控制器试图将过程中特定位置的各种过程参数保持一致。然而，由于连续处理的生产量、所制得的产品的类型或等级、投入过程中的原材料的外包装等会有规律地变化，因而难以在线地(即过程在运行中)执行过程产出的质量预测，这是由于过程参数值可能基于生产量、所制得的产品等级等的改变而在任意特定位置变化。另一方面，批处理通常通过不同数量的阶段或步骤运行，以作为一个“批次”地一并处理一个共同组的原材料，以生产产品。一个批处理的多个阶段或步骤可以使用相同的设备来执行，例如容器罐，而其他的阶段或步骤可以在其他设备中执行。然而，由于温度、压强、浓度或者被处理材料的其他参数在批次运行期间随着时间变化很多次，而材料却保持在相同的位置，因此难以确定批处理在批次运行的任意时间是否以与可能生产具有所需质量度量的最终产品相同的方式运行。因此，也难以执行批处理中的质量预测和故障检测。

一种已知的预测当前正在运行的进程是否正常进行或者出于所需的规范内(并且因而产生具有所需质量度量的产品)的方法包括：将正在运行的过程的运行期间所得到的各种过程变量测量与在之前运行的过程进行期间所得到的类似测量进行比较，其中之前运行过程的产出已经被测量或以其他方式已知。然而，正如上文所说明的，连续处理的运行会基于产量和产品等级变化，而批处理的时间长度会变化，也即，其完成批次所需的时间变化，这使得难以知道之前过程运行的哪个时间最适合在线过程的当前所测量的参数。此外，在所需情况中，过程变量能够在过程运行期间大范围地变化，与一个选定的之前过程的那些变量相比，最终产品的质量没有显著降低。因此，如果不是实际不可行的话，通常难以识别过程的一个特定的之前运行，该运行能够被用于所有情况中以测量或预测随后过程运行的质量。