專利名稱：用于過程控制的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大體上涉及過程控制系統(tǒng)，并且更加具體地涉及用于過程控制的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
例如制造工廠、化學工廠和煉油廠等工藝過程設(shè)施典型地使用過程控制系統(tǒng)管理。閥門、泵、電機、加熱/冷卻裝置以及其他工業(yè)設(shè)備典型地執(zhí)行在工藝過程設(shè)施中加工材料所需要的動作。在其他功能中，過程控制系統(tǒng)常常管理在工藝過程設(shè)施中的工業(yè)設(shè)備的使用。 在常規(guī)過程控制系統(tǒng)中，控制器常常用于控制在工藝過程設(shè)施中的工業(yè)設(shè)備的運轉(zhuǎn)?？刂破骺梢缘湫偷乇O(jiān)測工業(yè)設(shè)備的運轉(zhuǎn)、向工業(yè)設(shè)備提供控制信號、和/或當探測到故障時生成警報。高級控制器可以常常使用基于模型的控制技術(shù)以控制工業(yè)設(shè)備的運轉(zhuǎn)。基于模型的控制技術(shù)典型地涉及使用模型以分析輸入數(shù)據(jù)，其中該模型基于正接收的輸入數(shù)據(jù)識別工業(yè)設(shè)備應該如何被控制。 過程控制系統(tǒng)典型地包括一個或多個過程控制器和輸入/輸出(I/O)裝置，該輸入/輸出(I/O)裝置通信耦合于至少一個工作站和一個或多個現(xiàn)場裝置(例如通過模擬和/或數(shù)字總線)?，F(xiàn)場裝置可以包括傳感器(例如，溫度、壓力和流量傳感器)，以及其他無源和/或有源裝置。該過程控制器可以接收過程信息(例如由現(xiàn)場裝置做出的現(xiàn)場測量等)，以便實現(xiàn)基于控制模型的控制例程。然后可以生成控制信號并且將其發(fā)送到工業(yè)設(shè)備以控制過程的運轉(zhuǎn)。 許多過程控制系統(tǒng)還包括應用站。應用站可以執(zhí)行軟件應用程序，其執(zhí)行各種不同的過程功能，例如在過程控制系統(tǒng)中的維護管理功能、診斷功能、監(jiān)測功能和安全相關(guān)功能等(例如基于控制模型等)。 對正控制的特定過程典型地定制軟件應用程序。該過程控制系統(tǒng)應用程序、數(shù)據(jù)
庫服務和運行時間服務高度互相依賴。對共有數(shù)據(jù)成分的變化可能需要客戶應用程序重
建。要求過程控制軟件開發(fā)者密切協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)庫、運行時間和系統(tǒng)軟件的開發(fā)使得軟件以統(tǒng)
一的方式建立和發(fā)布。同樣，因為建模應用程序集成在特定控制軟件中，由于施加在不同工
藝過程設(shè)施上的特定控制中有差別，有效模型的重新使用常常受到限制。
因此，需要有用于靈活的非線性過程控制的方法和系統(tǒng)。還需要有便于和/或加
快控制技術(shù)的開發(fā)的這樣的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
提供本發(fā)明內(nèi)容以遵守37C.F.R. § 1. 73，其中要求本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容簡潔地指出本發(fā)明的實質(zhì)和主旨。提交本發(fā)明內(nèi)容，其中認識到本發(fā)明內(nèi)容將不用于解釋或限制權(quán)利要求的范圍或含義。 提供了用于過程控制的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)可以包括建模模塊和計算模塊，它們通過協(xié)調(diào)模塊與用戶界面和一個或多個控制裝置通信。建模模塊可以提供過程模 型并且計算模塊可以提供與控制裝置關(guān)聯(lián)的控制算法。模塊，并且特別地協(xié)調(diào)模塊，的使用 可以在開發(fā)和實現(xiàn)對過程的控制中提供靈活性。該方法和系統(tǒng)可以實現(xiàn)對非線性系統(tǒng)的控 制，例如通過線性模型、線性分段模型和/或非線性模型來控制。 在本公開的一個示范性實施例中，提供了控制非線性過程的方法。該方法可以包 括提供至少部分基于該非線性過程的模型，其中該模型由控制系統(tǒng)的建模模塊提供；提 供與該非線性過程的控制裝置關(guān)聯(lián)的控制器算法，其中該控制器算法由控制系統(tǒng)的計算模 塊提供；在用戶界面上呈現(xiàn)至少部分基于模型和控制器算法的控制器信息，其中該用戶界 面由用戶界面模塊提供；使用控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)模塊使建模模塊、計算模塊和用戶界面模塊 處于通信中；并且通過從該協(xié)調(diào)模塊發(fā)送一個或多個控制信號到至少一個控制裝置而控制 非線性過程。 在另一個示范性實施例中，提供了可操作式地耦合于工藝過程系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。 該控制系統(tǒng)可以包括可操作式地耦合于工藝過程系統(tǒng)的控制裝置；提供至少部分基于工 藝過程系統(tǒng)的模型的建模模塊；提供與控制裝置關(guān)聯(lián)的控制器算法的計算模塊；在用戶界 面呈現(xiàn)至少部分基于模型和控制器算法的控制器信息的用戶界面模塊；和用于在建模模 塊、計算模塊和用戶界面模塊之間建立通信的協(xié)調(diào)模塊。 一個或多個控制信號可以提供給 這些控制裝置中至少一個用于控制工藝過程系統(tǒng)。建模模塊和計算模塊可以利用不同的應 用平臺操作。 在另外的示范性實施例中，提供了包括用于控制非線性過程的計算機可讀程序指 令的計算機可讀存儲介質(zhì)。該程序可以包括用于使計算機向建模模塊詢求非線性過程模 型的程序指令；用于使計算機向計算模塊詢求該非線性過程的與一個或多個控制裝置關(guān)聯(lián) 的控制器算法的程序指令；用于使計算機在用戶界面上呈現(xiàn)至少部分基于該模型和控制器 算法的控制器信息的程序指令；和用于使計算機發(fā)送一個或多個控制信號到該一個或多個 控制裝置中至少一個以實現(xiàn)非線性過程的控制的程序指令。 該技術(shù)效果包括但不限于允許有用于過程控制的開發(fā)的可互換平臺，這產(chǎn)生更容 易和/或加快的開發(fā)過程。該技術(shù)效果還包括但不限于使架構(gòu)分散式而用于過程控制系統(tǒng) 部件的重新使用。 本公開的上文描述的和其他的特征和優(yōu)勢將被本領(lǐng)域內(nèi)那些技術(shù)人員從下列詳 細說明、附圖和附上的權(quán)利要求意識到和理解。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于過程控制的示范性系統(tǒng)的示意圖； 圖2是耦合于工藝過程設(shè)施的根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于過程控制的另一個示
范性系統(tǒng)的示意圖； 圖3是耦合于工藝過程設(shè)施的根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于過程控制的另一個示 范性系統(tǒng)的示意圖； 圖4是耦合于工藝過程設(shè)施的根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于過程控制的另一個示 范性系統(tǒng)的示意圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于過程控制的另一個示范性系統(tǒng)的示意4
圖6是圖示使用圖1至5的系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于過程控制的示范性 方法的流程圖。
具體實施例方式
參照附圖，并且特別地參照圖l，示出控制系統(tǒng)并且其一般用標號IO表示?？刂葡?統(tǒng)10可以與各種工藝過程設(shè)施和各種過程一起使用，例如制造過程、化學工廠和煉油廠。 被控制的特定類型設(shè)施和特定類型的過程的不是意在限制?？刂葡到y(tǒng)10可以提供多變量
過程的控制。在一個實施例中，控制系統(tǒng)io可以應用于非線性過程，但本公開也考慮用于
在線性過程中使用控制系統(tǒng)來實現(xiàn)控制。 控制系統(tǒng)10可以包括建模模塊20、計算模塊30、用戶界面模塊40、協(xié)調(diào)模塊50和 應用服務器60。本公開還考慮使用其他模塊，包括用于建模模塊20、計算模塊30、用戶界面 模塊40和協(xié)調(diào)模塊50中一個或多個的多個模塊。例如，建模模塊20可以由若干不同的模 塊組成以基于不同的事件或可能事件開發(fā)模型，或用戶界面模塊40可以由若干不同的模 塊組成用于呈現(xiàn)與控制過程關(guān)聯(lián)的不同信息。 建模模塊20可以用于提供和/或產(chǎn)生代表正控制的過程的模型。在一個實施例 中，建模模塊20可以從正控制的非線性過程產(chǎn)生線性模型。該線性模型可以是各種類型 的。在一個實施例中，線性模型可以是狀態(tài)空間模型。然而，還考慮其他模型，例如神經(jīng)或 模糊模型。建模模塊20可以是各種建模平臺，例如gPROMS⑧(如在圖1中示出的)或 其他平臺，包括定制應用程序。 在一個實施例中，建模模塊20可以用于產(chǎn)生產(chǎn)物分級轉(zhuǎn)變的參考軌線，例如最優(yōu) 軌線等。例如，在期望改變產(chǎn)物技術(shù)規(guī)格的情況下，參考軌線可以基于與過程關(guān)聯(lián)的特定變 量的曲線產(chǎn)生，并且控制過程然后可以通過追蹤參考軌線而優(yōu)化。 計算模塊30可以用于提供和/或產(chǎn)生與控制裝置250 (在圖2中示出)關(guān)聯(lián)的控 制器算法，該控制裝置250可操作式耦合于工藝過程設(shè)施并且集成在正控制的過程中。計
算模塊30可以是各種計算平臺，例如MATLAB⑧，魯棒多變量預測控制技術(shù)(RMPCT)弓|擎
或其他應用或本地平臺，包括定制應用程序。 用戶界面模塊40可以用于向控制過程提供用戶界面。用戶界面可以呈現(xiàn)各種控 制信息，包括對應于過程參數(shù)的操作員顯示，和控制器輸入和/或輸出的趨勢。呈現(xiàn)的控制 器信息的特定類型可以基于正控制的工藝過程設(shè)施的類型和過程的類型變化，例如在聚合 過程中的給料率和產(chǎn)物分子量等。用戶界面還可以從操作員接收各種命令或其他輸入，例 如對提出的運轉(zhuǎn)條件或其他提出的事件的預測請求等。在一個實施例中，用戶界面模塊40 可以提供呈現(xiàn)定制和/或信息、輸入、輸出和其類似物的檢索。例如，用戶界面模塊40可以 向操作員提供以建立他們自己的控制器信息顯示以便減小控制系統(tǒng)10的用戶界面開發(fā)的 時間和成本。之前開發(fā)的用戶界面可以通過用戶界面模塊40的使用實現(xiàn)以進一步便于控 制系統(tǒng)10的開發(fā)。用戶界面模塊40可以是各種平臺，例如Honeywell Experion⑧過程知 識系統(tǒng)(EPKS)站(利用HMIweb)。在一個實施例中，當控制系統(tǒng)10在線時用戶界面可以通 過用戶界面模塊40的使用調(diào)節(jié)。 建模模塊20、計算模塊30和用戶界面模塊40可以通過協(xié)調(diào)模塊50耦合。耦合可 以通過各種部件和技術(shù)的使用，包括硬連線、光學和/或無線耦合。在一個實施例中，協(xié)調(diào)模塊50可以是與其他模塊獨立的硬件。在另一個實施例中，協(xié)調(diào)模塊50可以是與模塊相 同的硬件但不同的軟件。 協(xié)調(diào)模塊50可以提供實時環(huán)境用于控制系統(tǒng)10的其他模塊或部件的耦合。協(xié)調(diào) 模塊50可以是控制系統(tǒng)10的中央?yún)f(xié)調(diào)塊。協(xié)調(diào)模塊50可以與用戶界面模塊40交互(例 如，通過HMIWeb的使用)以檢索操作員輸入和/或向操作員用戶顯示數(shù)據(jù)(包括控制器數(shù) 據(jù)的趨勢)。在一個實施例中，基于用戶輸入，協(xié)調(diào)模塊50可以觸發(fā)建模模塊20和計算模 塊30。 協(xié)調(diào)模塊50可以包括關(guān)聯(lián)的可寫存儲器，其優(yōu)選地是非易失性的，以充當各種變 量、數(shù)據(jù)或其他信息的數(shù)據(jù)存放處，例如存儲基于測量的或另外從正控制的過程感測的操 作參數(shù)已經(jīng)確定的操作變量。協(xié)調(diào)模塊50可以是各種處理平臺并且可以包括各種接口并 且根據(jù)各種協(xié)議操作用于與其他模塊通信。在一個實施例中，建模模塊20和計算模塊30在 不同的應用或本地平臺上運行。協(xié)調(diào)模塊50可以與這兩個不同的平臺通信用于執(zhí)行控制 過程。在一個實施例中，協(xié)調(diào)模塊50可以包括關(guān)聯(lián)的存儲器用于將控制器參數(shù)和/或模型 參數(shù)按指向與用戶界面模塊40的用戶界面關(guān)聯(lián)地存儲。在用戶界面模塊40包括Honeywe11 EPKS站的另 一個實施例中，將控制器參數(shù)和/或模型參數(shù)按指向存儲以允許HMI恥b圖形的 使用。 應用服務器60可以提供協(xié)調(diào)模塊50和用戶界面模塊40之間的連接。在一個實 施例中，應用服務器60可以繪制協(xié)調(diào)模塊50和用戶界面模塊40之間產(chǎn)生的不同變量。應 用服務器60還可以是與正控制的工藝過程設(shè)施或其他系統(tǒng)的接口。 參照圖2，其中類似的特征用與在圖1中相同的標號標記，系統(tǒng)10示出通過應用服 務器60耦合于工藝過程設(shè)施200。本公開還考慮了用于耦合控制系統(tǒng)10于工藝過程設(shè)施 200的其他部件和技術(shù)。例如，盡管沒有在圖2中示出，例如界面模塊等的中間部件可以設(shè) 置在應用服務器60和工藝過程設(shè)施200之間。 工藝過程設(shè)施200可以具有一個或多個集成在過程中的控制裝置250。控制裝置 250可以是各種裝置，包括閥門、泵、電機、加熱/冷卻裝置和其他工業(yè)設(shè)備，以及傳感器(例 如，溫度、壓力和流速傳感器)，以及其他無源和/或有源裝置。本公開不是要限制在用于實 現(xiàn)過程控制的控制裝置的類型，并且可以包括多種裝置和裝置的組合(例如子系統(tǒng))以在 一部分過程中調(diào)節(jié)壓力和/或溫度。 建模模塊20可以具有建模工具22、優(yōu)化器24和預測器26。在一個實施例中，建 模工具22是線性化器(如在圖2中示出)，其可以提供或另外產(chǎn)生線性模型(例如，狀態(tài)空 間模型)，例如從非線性過程依照來自協(xié)調(diào)模塊50的請求或查詢來產(chǎn)生。在另一個實施例 中，線性化器22可以提供或另外產(chǎn)生分段線性的模型。在再另一個實施例中，建模工具22 可以產(chǎn)生非線性模型。 優(yōu)化器24可以優(yōu)化過程控制，例如至少部分基于一個或多個操作變量(其從操作 參數(shù)產(chǎn)生，操作參數(shù)包括從控制裝置250(例如，傳感器)獲取的測量)以及基于過程的模 型來優(yōu)化。例如，操作員可以請求關(guān)于特定事件的控制器信息，例如產(chǎn)物的改變。優(yōu)化器24 可以確定用于實現(xiàn)特定事件的最優(yōu)控制條件(例如，時間或成本的最小化)。
預測器26可以至少部分基于一個或多個提出的變量、模型和控制器算法預測過 程的狀態(tài)。例如，如果過程采用不同的流速、壓力和/或溫度運行時操作員可以請求或查詢過程的狀態(tài)的預測。通過用戶界面模塊40，可以顯示與預測的狀態(tài)關(guān)聯(lián)的控制信息，例如產(chǎn) 物技術(shù)規(guī)格(例如，在聚合過程情況中是平均分子量)。 在一個實施例中，輸入文件52可以由協(xié)調(diào)模塊50提供給建模模塊20。輸入文件 52可以是各種格式(如果gPROMS⑧是模塊20的建模平臺則是例如*. gOPT文件等)，并
且可以包括各種數(shù)據(jù)，例如狀態(tài)變量，初始條件、參考軌線、系統(tǒng)矩陣、控制矩陣、輸出矩陣、 前饋矩陣、以及其他。輸出文件54可以由建模模塊20提供給協(xié)調(diào)模塊50。輸出文件54可 以是各種格式，并且可以包括各種數(shù)據(jù)，例如狀態(tài)空間矩陣、狀態(tài)變量、中間變量以及其他。 協(xié)調(diào)模塊50可以從其他源檢索數(shù)據(jù)，例如來自外來對象58 (其可以鏈接到數(shù)據(jù)庫)的狀態(tài) 變量初始條件。協(xié)調(diào)模塊50還可以執(zhí)行調(diào)度功能用于查詢和其類似的，例如檢索數(shù)據(jù)和模 型等。 參照圖3，示出系統(tǒng)10的另一個示范性實施例，其中建模模塊20、計算模塊30和 用戶界面模塊40通過協(xié)調(diào)模塊50耦合。在該實施例中，控制系統(tǒng)10具有四個獨立的系統(tǒng)
l-4，其通過協(xié)調(diào)模塊50彼此通信。例如Experion⑧服務器等用戶界面模塊可以直接與工
藝過程設(shè)施200和協(xié)調(diào)模塊50通信。例如優(yōu)化、預測和/或線性化等建模功能可以由協(xié)調(diào) 模塊50執(zhí)行，盡管建模模塊20可以利用建模平臺(例如gPROMS⑧等)以向協(xié)調(diào)模塊50
提供更新的軌線變量。各種格式可以用于維護、處理和/或傳送數(shù)據(jù)，例如XML文件。
參照圖4，示出系統(tǒng)10的另一個示范性實施例，其中建模模塊20、計算模塊30和 用戶界面模塊40通過協(xié)調(diào)模塊50耦合。在該實施例中，控制系統(tǒng)10也具有四個獨立的系 統(tǒng)l-4，其通過協(xié)調(diào)模塊50彼此通信。用戶界面模塊可以是Profit SuiteTM操作員站，其 通過協(xié)調(diào)模塊50與工藝過程設(shè)施200間接地通信。例如優(yōu)化、預測和/或線性化等建模功 能可以由協(xié)調(diào)模塊50執(zhí)行，盡管建模模塊20可以利用建模平臺(例如gPROMS⑧等)以 向協(xié)調(diào)模塊50提供更新的軌線變量。各種格式可以用于維護、處理和/或傳送數(shù)據(jù)，例如 皿文件。 參照圖5，示出系統(tǒng)10的另一個示范性實施例，其中建模模塊20與協(xié)調(diào)模塊50耦 合。例如優(yōu)化、預測和/或線性化等建模功能可以由協(xié)調(diào)模塊50執(zhí)行，盡管建模模塊20可 以利用建模平臺(例如gPROMS⑧等)以向協(xié)調(diào)模塊50提供更新的軌線變量。各種格式 可以用于維護、編輯和/或傳送數(shù)據(jù)，例如XML文件。 接口應用程序可以與建模模塊20 —起使用，其可以是gPROMS⑧的包裝以與協(xié)
調(diào)模塊50接口，如在圖5中示出的。在一個實施例中，建模模塊20和協(xié)調(diào)模塊50之間的 所有通信將通過該作為中間體的應用程序。外來對象可以用于使用OPC客戶端以從協(xié)調(diào)模
塊讀取數(shù)據(jù)向gPROMS⑧供應初始條件(例如，狀態(tài)變量)，如在圖5的示例中。外來過 程接口可以用于使用opc客戶端發(fā)送gPROMS⑧模擬結(jié)果到協(xié)調(diào)模塊50。 數(shù)據(jù)通信或操作的示范性順序由圖5的順序1至9示出。然而，應該認識到本公開
考慮了數(shù)據(jù)通信或操作的其他順序。在順序i中，可以有向gPROMS⑧調(diào)用以用于優(yōu)化。
輸入和輸出可以是平面文件。在順序2中，來自協(xié)調(diào)模塊50的優(yōu)化調(diào)用可以由接口應用程
序傳到gPROMS⑧。在順序3中，gPROMS⑧可以使用外來對象以獲得初始條件用于優(yōu)化 活動。優(yōu)化操作可以在順序4完成。在順序5中，有對gPROMS⑧模擬的調(diào)用。接口應用程序可以從協(xié)調(diào)模塊50轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)用到gPROMS⑧。在順序6中，gPROMS⑧可以從協(xié)調(diào)模
塊50接收或檢索初始條件用于模擬活動。在順序7中，gPROMS⑧可以使用外來過程接 口以更新模擬結(jié)果到協(xié)調(diào)模塊50。在順序8中，可以有對gPROMS⑧線性化器的調(diào)用。接 口應用程序可以轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)用到gPROMS⑧。在順序9中，gPROMS⑧線性化的結(jié)果可以由接
口應用程序發(fā)送回協(xié)調(diào)模塊50。 參照圖6，示出用于過程控制的方法并且其一般用標號600表示。方法600的說明
是關(guān)于如通過在圖1和2中的示例圖示的系統(tǒng)10的特征。在步驟610中，控制系統(tǒng)10可
以確定是否已經(jīng)有要求分析的參數(shù)變化。參數(shù)變化可以是任何事件(真實的或提出的)，其
要求使用各種模塊(例如，建模模塊20和計算模塊30)為工藝過程設(shè)施200提供信息和/
或調(diào)節(jié)控制。在步驟620中，控制系統(tǒng)10可以確定變化是否是實際事件。 如果已經(jīng)發(fā)生實際事件，那么協(xié)調(diào)模塊50可以向建模模塊20詢求代表當前過程
的模型。在一個實施例中，模型是線性或分段線性模型，然而也可以提供非線性模型。在步
驟630中，建模模塊20可以產(chǎn)生模型。至少部分基于該模型以及與該模型關(guān)聯(lián)的由計算模
塊30產(chǎn)生的控制器算法，協(xié)調(diào)模塊50可以向用戶界面模塊40呈現(xiàn)控制器信息，如在步驟
640中。例如，在要求增加待加入反應物的特定化學成分的量以保持期望技術(shù)規(guī)格的事件已
經(jīng)發(fā)生的情況下，控制器信息可以顯示對增加該特定化學成分的流速的需要。 在步驟650中，控制器裝置250中的一個或多個可以調(diào)節(jié)以實現(xiàn)特定控制技術(shù)，該
特定控制技術(shù)已經(jīng)基于事件、模型和控制器算法確定。在一個實施例中，調(diào)節(jié)可以基于關(guān)于
步驟640描述的控制器信息的接收而對從操作員發(fā)送的確認信號做出響應。也可以使用其
他調(diào)節(jié)技術(shù)，例如自動做出應落入第一范疇調(diào)節(jié)內(nèi)的某些調(diào)節(jié)和要求對應落入第二范疇調(diào)
節(jié)內(nèi)的某些調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)確認。 如果實際事件沒有發(fā)生，那么協(xié)調(diào)模塊50可以向建模模塊20詢求代表操作員提 出的過程(例如，一個或多個操作參數(shù)的變化或產(chǎn)物的變化)的模型(例如，線性、分段線 性或非線性)。事件發(fā)生的確定可以由各種技術(shù)和部件完成，包括通過傳感器監(jiān)測或?qū)⑦^程 輸入和操作員輸入?yún)^(qū)別開。 在步驟635中，建模模塊30可以提供或另外產(chǎn)生模型(例如，線性、分段線性或非 線性)然后利用優(yōu)化器24或預測器26用于產(chǎn)生與提出的過程狀態(tài)關(guān)聯(lián)的控制器信息。至 少部分基于模型以及與模型關(guān)聯(lián)的由計算模塊30產(chǎn)生的控制器算法，協(xié)調(diào)模塊50可以向 用戶界面模塊50呈現(xiàn)控制器信息，如在步驟645中。例如，在操作員期望改變產(chǎn)物以具有 不同的技術(shù)規(guī)格(例如化學成分的不同比例或不同平均分子量)的情況下，用戶界面模塊 40可以呈現(xiàn)與將優(yōu)化該改變(例如，減少時間或損耗)的控制器裝置調(diào)節(jié)關(guān)聯(lián)的控制器信 息。如另一個示例，在操作員期望了解用于混合化學成分的增加溫度的影響的情況下，用戶 界面模塊40可以呈現(xiàn)與所得的產(chǎn)物(例如，產(chǎn)物技術(shù)規(guī)格)關(guān)聯(lián)的控制器信息。
控制系統(tǒng)10可以提供靈活軟件結(jié)構(gòu)用于快速開發(fā)控制器產(chǎn)品，例如利用線性模 型的非線性控制器。在一個實施例中，控制器裝置執(zhí)行可以在計算模塊30或在協(xié)調(diào)模塊50 中發(fā)生?？刂葡到y(tǒng)10可以提供操作員以分別通過使用建模模型20和/或計算模塊30在 它們的本地平臺中開發(fā)模型和/或算法。本地或編程平臺可以是不同的，例如使用不同的 編程語言或是不同的軟件。例如，MATLAB⑧環(huán)境常常用于開發(fā)控制器和計算算法并且 是與gPROMS⑧建模工具不同的應用平臺。
8
建模模塊20可以提供將在產(chǎn)生線性模型中利用的已驗證平臺，例如gPROMS⑧，
它是用于模型開發(fā)的已測試產(chǎn)品。這還可以消除對用于轉(zhuǎn)換已開發(fā)模型或算法為C/C++的 單獨階段的需要，其減少產(chǎn)品循環(huán)開發(fā)工作。協(xié)調(diào)模塊50的使用實現(xiàn)便利的結(jié)構(gòu)以具有多 個計算機節(jié)點用于裝載和/或安裝任意需要的軟件。 使用協(xié)調(diào)模塊50的實時環(huán)境來發(fā)起建模/控制器任務實現(xiàn)了改變基礎(chǔ)部件(完
成這些任務)的簡化程序。例如，gPROMS⑧建模任務可以在后期用定制應用程序代替
而不對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)做出較大改動，因為可僅僅替換建模工具22(例如圖2中示出的線性化器
22)，而不替換整個控制系統(tǒng)10或甚至整個建模模塊20。類似地，例如MATLAB⑧中的控
制器算法可以用僅具有軟件變化的RMPCT引擎代替。 本公開考慮了計算機系統(tǒng)的使用，其中指令集當執(zhí)行時可使機器執(zhí)行上文論述的
方法中的任一個或多個。計算機指令可以包含在存儲介質(zhì)中。在一些實施例中，機器作為 獨立裝置操作。在一些實施例中，機器可連接(例如，使用網(wǎng)絡(luò))到其他機器。在聯(lián)網(wǎng)部署 中，機器可在服務器-客戶端用戶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中以服務器或客戶端用戶機的身份操作，或在 點對點(或分布的)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中作為對等機操作。機器可包括服務器計算機、客戶端用戶
計算機、個人計算機(PC)、平板PC、便攜式計算機、臺式計算機、控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)路由器、交
換器或橋接器、或能夠執(zhí)行指令集(順序的或相反)(其指定由該機器采用的動作)的任意 機器。此外，將采用術(shù)語"機器"以包括單個機器或機器的任意集合，其分別地或共同地執(zhí) 行指令集(或多個指令集)以執(zhí)行本文論述的方法中的任一個或多個。 計算機可讀存儲介質(zhì)可以在其上存儲一個或多個指令集(例如，軟件)，該指令集
包含本文描述的方法或功能中的任一個或多個，包括上文圖示的那些方法。計算機可讀存 儲介質(zhì)可以是例如普通磁盤驅(qū)動器等的電動機械介質(zhì)，或例如閃存或類似的非易失性存儲 器等的不具有移動部件的大容量存儲介質(zhì)。指令還可完全或至少部分地位于主存儲器、靜 態(tài)存儲器內(nèi)，和/或在其由計算機系統(tǒng)執(zhí)行期間位于處理器內(nèi)。主存儲器和處理器也可構(gòu) 成計算機可讀存儲器介質(zhì)。 包括但不限于特定應用集成電路、可編程邏輯陣列和其他硬件裝置的專用硬件實 現(xiàn)可以類似地構(gòu)建成實現(xiàn)本文描述的方法?？砂ǜ鞣N實施例的裝置和系統(tǒng)的應用大體上 包括多種電子和計算機系統(tǒng)。 一些實施例在兩個或更多特定互連的硬件模塊或裝置中實現(xiàn) 功能，其中相關(guān)控制和數(shù)據(jù)信號在模塊之間并且通過模塊傳送，或者它們作為特定應用集 成電路的部分。從而，示例系統(tǒng)可應用于軟件、固件和硬件實現(xiàn)。 根據(jù)本公開的各種實施例，本文描述的方法意在作為在計算機處理器上運行的軟 件程序操作。此外，軟件實現(xiàn)可以包括但不限于分布式處理或組件/對象分布式處理，并行 處理或虛擬機處理也可以構(gòu)建成實現(xiàn)本文描述的方法。本公開考慮了包含指令的或從傳送 信號接收并且執(zhí)行指令的機器可讀介質(zhì)，使得例如連接到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的裝置可以發(fā)送或接收 數(shù)據(jù)，并且使用指令在網(wǎng)絡(luò)上通信。 盡管計算機可讀存儲介質(zhì)可以是單個介質(zhì)，應該采用術(shù)語"計算機可讀存儲介質(zhì)" 以包括單個介質(zhì)或多個介質(zhì)(例如，集中的或分散的數(shù)據(jù)庫，和/或關(guān)聯(lián)的高速緩存和服務 器)，其存儲一個或多個指令集。也會采用術(shù)語"計算機可讀存儲介質(zhì)"以包括任意介質(zhì)，其 能夠存儲、編碼或傳送指令集供機器執(zhí)行，并且其使機器執(zhí)行本公開的方法中的任一個或 多個。因此將采用術(shù)語"計算機可讀存儲介質(zhì)"以包括但不限于固態(tài)存儲器，例如存儲卡
9或其他容納一個或多個只讀(非易失性的)存儲器、隨機存取存儲器或其他可重寫(易失 性的)存儲器的封裝件等；磁光或光學介質(zhì)，例如盤或磁帶等；和載波信號，例如在傳送介 質(zhì)中的包含計算機指令的信號等；和/或電子郵件或其他自帶式信息存檔或存檔集的數(shù)字 文件附件，其看成是等同于有形存儲介質(zhì)的分布式介質(zhì)。因此，本公開看成是包括計算機可 讀存儲介質(zhì)或分布式介質(zhì)中的任何一個或多個，如本文中列出的以及包括本領(lǐng)域認定的等 同物和后續(xù)介質(zhì)，在其中存儲本文的軟件實現(xiàn)。 本文描述的實施例的說明意在提供各種實施例的結(jié)構(gòu)的一般理解，并且它們不是 要充當裝置和系統(tǒng)(其可使用本文描述的結(jié)構(gòu))的所有元件和特征的完整說明。當回顧上 述說明時，對于本領(lǐng)域那些技術(shù)人員許多其他的實施例將是明顯的。可使用并且可從中得 到其他的實施例，使得可做出結(jié)構(gòu)的和邏輯替換和改變而不偏離本公開的范圍。圖也僅僅 是代表性的并且可不按比例繪制。其中某些部分可擴大，而其他部分可最小化。因此，說明 書和附圖視為說明性的而不是限制性的意義。因而，盡管具體的實施例已經(jīng)在本文中說明 和描述，但應該意識到任何計算成實現(xiàn)同樣的目的的設(shè)置可代替示出的具體實施例。本公 開意在涵蓋各種實施例的任何以及所有修改或變化。當回顧上述說明時，上述實施例的組 合以及本文中沒有具體描述的其他實施例對于本領(lǐng)域內(nèi)那些技術(shù)人員將是明顯的。因此， 意圖是該公開不限于考慮用于實施本發(fā)明的最佳模式公開的特定實施例，而本發(fā)明將包括 落入附上的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。 提供本公開的摘要以遵守37C. F. R. § 1. 72 (b)，其要求將允許讀者快速地確定本 技術(shù)公開的性質(zhì)的摘要。提交本公開的摘要，要認識到本公開的摘要將不用于解釋或限制 權(quán)利要求的范圍或含義。
權(quán)利要求
一種用于控制工藝過程系統(tǒng)的控制系統(tǒng)(10)，所述控制系統(tǒng)(10)包括可操作式耦合于工藝過程系統(tǒng)(200)以用于控制所述工藝過程系統(tǒng)(200)的過程的多個控制裝置(250)；至少部分基于所述過程提供模型的建模模塊(20)；提供與所述多個控制裝置(250)關(guān)聯(lián)的控制器算法的計算模塊(30)；在用戶界面呈現(xiàn)至少部分基于所述模型和所述控制器算法的控制器信息的用戶界面模塊(40)；以及用于在所述建模模塊(20)、所述計算模塊(30)和所述用戶界面模塊(40)之間建立通信的獨立協(xié)調(diào)模塊(50)，其中一個或多個控制信號提供給所述多個控制裝置(250)中的至少一個以用于對所述過程的控制，并且其中所述建模模塊(20)和所述計算模塊(30)使用不同的應用平臺操作。
2. 如權(quán)利要求l所述的控制系統(tǒng)(IO)，其中所述模型是線性模型或分段線性模型，并 且其中所述建模模塊(20)將所述工藝過程系統(tǒng)(200)的非線性過程轉(zhuǎn)換為線性模型或分 段線性模型。
3. 如權(quán)利要求l所述的控制系統(tǒng)(IO)，其中所述工藝過程系統(tǒng)(200)包括發(fā)送操作參 數(shù)到所述協(xié)調(diào)模塊(50)的一個或多個傳感器(250)，其中一個或多個操作變量至少部分基 于所述操作參數(shù)產(chǎn)生，并且其中所述一個或多個操作變量存儲在所述協(xié)調(diào)模塊(50)中。
4. 如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)(IO)，其中所述建模模塊(20)至少部分基于所述一 個或多個操作變量、所述模型和所述控制器算法優(yōu)化對所述工藝過程系統(tǒng)(200)的所述控 制，并且其中所述建模模塊(20)至少部分基于一個或多個提出的變量、所述模型和所述控 制器算法預測所述工藝過程系統(tǒng)(200)的狀態(tài)。
5. 如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)(IO)，其中所述控制裝置(250)從閥門、開關(guān)、電機、 加熱裝置、冷卻裝置以及其任何組合組成的組中選擇。
6. 如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)(IO)，其中所述模型用另一個建模模塊(20)產(chǎn)生的 另一個模型代替，其中所述建模模塊(20)被所述另一個建模模塊(20)代替，并且其中使用 所述控制系統(tǒng)(10)的所述協(xié)調(diào)模塊(50)使得所述另一個建模模塊(20)與所述計算模塊 (30)和所述用戶界面模塊(40)處于通信。
7. 如權(quán)利要求l所述的控制系統(tǒng)(IO)，其中所述控制器算法用另一個計算模塊(30) 提供的與所述控制裝置(250)關(guān)聯(lián)的其他控制器算法代替，其中所述計算模塊(30)被另一 個計算模塊(30)代替，并且其中使用所述控制系統(tǒng)(10)的所述協(xié)調(diào)模塊(50)使得所述另 一個計算模塊(30)與所述建模模塊(20)和所述用戶界面模塊(40)處于通信。
8. 如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)(IO)，其中所述一個或多個操作變量和所述控制信息 使用應用服務器(60)傳送到所述用戶界面模塊(40)和所述協(xié)調(diào)模塊(50)。
9. 如權(quán)利要求3所述的控制系統(tǒng)(IO)，其中所述建模模塊(20)至少部分基于所述 一個或多個操作變量、所述模型和所述控制器算法優(yōu)化對所述非線性過程的所述控制或至 少部分基于一個或多個提出的變量、所述模型和所述控制器算法預測所述非線性過程的狀 態(tài)。
10. 如權(quán)利要求l所述的控制系統(tǒng)(IO)，其中所述建模模塊(20)產(chǎn)生用于所述非線性 過程的分級轉(zhuǎn)變的最優(yōu)軌線。
全文摘要
用于過程控制的方法(600)和系統(tǒng)(10)。該控制系統(tǒng)(10)可以可操作式地耦合于工藝過程系統(tǒng)(200)?？刂葡到y(tǒng)(10)可以包括可操作式地耦合于工藝過程系統(tǒng)(200)的控制裝置(250)；至少部分基于工藝過程系統(tǒng)(200)提供線性模型的建模模塊(20)；提供與控制裝置(250)關(guān)聯(lián)的控制器算法的計算模塊(30)；在用戶界面呈現(xiàn)至少部分基于線性模型和控制器算法的控制器信息的用戶界面模塊(40)；以及用于在建模模塊(20)、計算模塊(30)和用戶界面模塊(40)之間建立通信的獨立協(xié)調(diào)模塊(50)。一個或多個控制信號可以提供給控制裝置(250)中的至少一個用于控制工藝過程系統(tǒng)(200)。在一個實施例中，建模模塊(20)可以從非線性過程中產(chǎn)生線性模型。
文檔編號G06F17/00GK101796505SQ200880106038
公開日2010年8月4日 申請日期2008年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月12日
發(fā)明者G·潘杜蘭根, J·W·麥阿瑟, M·帕拉尼薩米, R·斯里尼瓦桑, S·哈利霍爾 申請人:霍尼韋爾國際公司