專利名稱：用于異常情況檢測中的統(tǒng)計(jì)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及在加工廠中執(zhí)行診斷和維護(hù)，更具體地說，涉及以一種減少或防止加工廠內(nèi)異常情況的方式來提供加工廠內(nèi)的診斷功能。
背景技術(shù)：
過程控制系統(tǒng)，例如用于化學(xué)、石油或者其它過程中的那些過程控制系統(tǒng)，通常包括一或多個集中式或分布式過程控制器，這些過程控制器通過模擬總線、數(shù)字總線或者數(shù)?；旌峡偩€，與至少一個主機(jī)或者操作員工作站以及與一或多臺類似現(xiàn)場設(shè)備這樣的過程控制和儀表設(shè)備通信連接。現(xiàn)場設(shè)備，例如可以是閥、閥定位器、開關(guān)、變送器或者傳感器 (例如溫度傳感器、壓力傳感器以及流速傳感器)，被設(shè)置在加工廠環(huán)境中，并且執(zhí)行過程中的各項(xiàng)功能，例如開關(guān)閥、測量過程參數(shù)、增大或者減小流體流量等等。智能現(xiàn)場設(shè)備，例如符合眾所周知的FOUNDATION 現(xiàn)場總線(下文中稱為“現(xiàn)場總線(Fieldbus)”)協(xié)議或者HART 協(xié)議的現(xiàn)場設(shè)備，還可以執(zhí)行控制計(jì)算、告警功能以及其它通常在過程控制器中實(shí)現(xiàn)的控制功能。過程控制器通常位于加工廠環(huán)境中，接收由現(xiàn)場設(shè)備做出的或者與現(xiàn)場設(shè)備相關(guān)的表示過程測量結(jié)果或者過程變量的信號和/或有關(guān)該現(xiàn)場設(shè)備的其它信息，并且執(zhí)行控制器應(yīng)用程序。控制器應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)例如不同的控制模塊，這些控制模塊做出過程控制決策、基于收到的信息生成控制信號，以及與在諸如HART和Fieldbus現(xiàn)場設(shè)備的現(xiàn)場設(shè)備中執(zhí)行的控制模塊或控制塊協(xié)調(diào)一致。過程控制器中的控制模塊在通信線路或者信號路徑上向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)送控制信號，從而控制過程中的操作。來自現(xiàn)場設(shè)備和過程控制器的信息通?？捎糜谝换蚨嗯_硬件設(shè)備，例如用于操作員工作站、維護(hù)工作站、個人計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備、數(shù)據(jù)歷史庫、報告生成器以及集中數(shù)據(jù)庫等等，以使操作員或者維護(hù)員可以執(zhí)行所需要的關(guān)于該過程的功能，例如改變過程控制例程的設(shè)置、修改過程控制器或者智能現(xiàn)場設(shè)備中控制模塊的操作，查看該過程或者加工廠中特定設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，查看現(xiàn)場設(shè)備和過程控制器產(chǎn)生的告警，用于人員培訓(xùn)或者過程控制軟件測試的目的而對過程的操作進(jìn)行仿真，以及診斷加工廠中的問題或者硬件故障等寸。雖然典型的加工廠具有許多連接到一或多個過程控制器的過程控制和儀表設(shè)備， 例如閥、變送器、傳感器等等，但是同時還存在許多過程操作所必需的或者與過程操作相關(guān)的其它支持設(shè)備。舉例來說，這些附加設(shè)備包括放置在典型工廠的許多地方的供電裝置、發(fā)電和配電裝置、以及諸如渦輪和電機(jī)之類的旋轉(zhuǎn)裝置等等。雖然這些附加裝置并不一定產(chǎn)生或者使用過程變量，并且在多數(shù)情況下，也不會為了實(shí)現(xiàn)過程操作的目的而由過程控制器來控制，甚至也不與過程控制器連接，但是這些裝置對于正確的過程操作而言仍然是重要的，并且歸根結(jié)底是必需的。所周知的是，加工廠環(huán)境中時常出現(xiàn)問題，特別是擁有大量現(xiàn)場設(shè)備和支持裝置的加工廠。這些問題的形式可以是設(shè)備故障或者失靈、流體線路或?qū)Ч芏氯⒅T如軟件例程的邏輯元件配置不當(dāng)或處于不當(dāng)模式、過程控制回路被不正確的調(diào)節(jié)以及加工廠的設(shè)備之間的一或多個通信故障等等。大量這樣或其它的問題實(shí)際上通常導(dǎo)致過程工作在異常狀態(tài) (即，加工廠處于異常情況)，而這些異常狀態(tài)通常與加工廠的非最優(yōu)性能有關(guān)。已經(jīng)有許多診斷工具和應(yīng)用程序被開發(fā)出來，以在一旦問題出現(xiàn)并且被檢測到時，用于檢測和確定加工廠中問題的原因，并且?guī)椭僮鲉T或者維護(hù)員對這些問題進(jìn)行診斷和糾正。例如，通過諸如直接總線或無線總線、以太網(wǎng)、調(diào)制解調(diào)器、電話線之類的通信連接通常與過程控制器相連的操作員工作站，其具有適于運(yùn)行軟件或者固件的處理器和內(nèi)存，例如由愛默生過程管理公司(Emerson Process Management)出售的其中軟件具有大量控制模塊和控制回路診斷工具的DeltaV 和Ovation控制系統(tǒng)。類似地，通過與控制器應(yīng)用軟件相同的通信連接或者通過諸如OPC連接、手持連接之類的不同的通信連接而與例如現(xiàn)場設(shè)備這樣的過程控制設(shè)備相連的維護(hù)工作站，其通常包括一或多個應(yīng)用軟件，以查看由加工廠中的現(xiàn)場設(shè)備生成的維護(hù)告警或者警報，測試加工廠中的設(shè)備，以及對加工廠中的現(xiàn)場設(shè)備和其它設(shè)備進(jìn)行維護(hù)行為。類似的診斷應(yīng)用程序已經(jīng)被開發(fā)出來，以用于對加工廠中的支持裝置的問題進(jìn)行診斷。這樣，舉例來說，由愛默生過程管理公司出售的資產(chǎn)管理解決方案(AMS)應(yīng)用程序(其中的至少一部分由專利號為5，960，214且名稱為‘Integrated Communication Network for use in a Field Device Management System” ( “用于現(xiàn)場設(shè)備管理系統(tǒng)的集成通信網(wǎng)絡(luò)”)的美國專利所公開)，可以與現(xiàn)場設(shè)備通信并且保存有關(guān)現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)， 從而確定并追蹤現(xiàn)場設(shè)備的操作狀態(tài)。在一些情況下，AMS應(yīng)用程序可以用于與現(xiàn)場設(shè)備通信，來改變現(xiàn)場設(shè)備中的參數(shù)，使現(xiàn)場設(shè)備自行運(yùn)行例如自校準(zhǔn)例程或者自診斷例程這樣的應(yīng)用程序，以及獲取現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)或健壯信息，等等。舉例來說，這些信息可以包括狀態(tài)信息(例如，是否發(fā)生了告警或者其它類似事件)、設(shè)備配置信息(例如，現(xiàn)場設(shè)備當(dāng)前所處的或者可以被配置成的方式以及現(xiàn)場設(shè)備所用的測量單元的類型)、設(shè)備參數(shù)(例如， 現(xiàn)場設(shè)備范圍值和其它參數(shù))，等等。當(dāng)然，這些信息可以被維護(hù)員用來監(jiān)控、維護(hù)、和/或診斷現(xiàn)場設(shè)備的問題。類似地，許多加工廠包括裝置監(jiān)控和診斷應(yīng)用程序，例如由CSI系統(tǒng)提供的 RBMware軟件，或者其它任何已知的用于監(jiān)控、診斷以及優(yōu)化各種旋轉(zhuǎn)裝置運(yùn)行狀態(tài)的應(yīng)用軟件。維護(hù)員通常利用這些應(yīng)用軟件來維護(hù)和檢查工廠中旋轉(zhuǎn)裝置的性能，以確定旋轉(zhuǎn)裝置的問題，以及確定旋轉(zhuǎn)裝置是否和在什么時候需要修理或替換。類似地，許多加工廠包括電力控制和診斷應(yīng)用軟件，例如由Liebert和ASCO公司提供的那些應(yīng)用軟件，以控制和維護(hù)發(fā)電和配電裝置。已知的還有通過在加工廠中運(yùn)行控制優(yōu)化應(yīng)用軟件，例如實(shí)時優(yōu)化器 (RT0+)來優(yōu)化加工廠中的控制行為。這些優(yōu)化應(yīng)用軟件通常使用復(fù)雜的算法和/或加工廠模型，以預(yù)報怎樣通過改變輸入來優(yōu)化加工廠的操作，從而達(dá)到一些例如效益的目標(biāo)優(yōu)化值。這樣或者其它的診斷和優(yōu)化應(yīng)用程序通常在基于一或多個操作員或維護(hù)工作站的系統(tǒng)尺度上實(shí)現(xiàn)，并且可以向操作員或者維護(hù)人員提供關(guān)于加工廠或者加工廠內(nèi)設(shè)備和裝置的運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)先配置的顯示器。典型的顯示器包括告警顯示器，其接收由加工廠內(nèi)的過程控制器或者其它設(shè)備產(chǎn)生的告警；控制顯示器，其表示加工廠內(nèi)的過程控制器或者其它設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；維護(hù)顯示器，表示加工廠內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，等等。類似地，這樣或者其它的診斷應(yīng)用程序可以使操作員或者維護(hù)員能夠重調(diào)節(jié)控制環(huán)路或者重置其它控制參數(shù)，在一或多臺現(xiàn)場設(shè)備上運(yùn)行測試以確定這些現(xiàn)場設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，校準(zhǔn)現(xiàn)場設(shè)備或者其它裝置，或者在加工廠的設(shè)備和裝置上進(jìn)行其它的問題檢測和糾正行為。雖然這些各種應(yīng)用程序和工具極有助于識別和糾正加工廠中的問題，但是這些診斷應(yīng)用程序通常被配置為只在加工廠中已經(jīng)發(fā)生問題后，也就是隨之在工廠中已經(jīng)存在異常情況后，才能起作用。不利的是，在被這些工具檢測、識別和糾正之前，異常情況可能已經(jīng)存在了一段時間，從而導(dǎo)致在問題被檢測、識別和糾正的時間段里加工廠的非最優(yōu)性能。在許多情況下，基于告警、警報或者加工廠的不良表現(xiàn)，控制操作員最先檢測到一些問題的存在。操作員會將潛在的問題通知維護(hù)人員。維護(hù)人員可能會檢測到實(shí)際發(fā)生的問題，也可能檢測不到，并且在實(shí)際運(yùn)行測試或者其它診斷應(yīng)用程序之前可能需要更多的提示，或者進(jìn)行識別實(shí)際問題所需要的其它行為。一旦問題被識別出，維護(hù)人員可能會需要整理各部分并且安排維護(hù)程序，所有這些都會導(dǎo)致在問題發(fā)生和問題糾正之間需要大量的時間，而在這段時間中，加工廠運(yùn)行在通常與工廠的非最優(yōu)操作相關(guān)的異常情況中。此外，許多加工廠可能都經(jīng)歷過在相對較短時間內(nèi)就對工廠造成大量開銷或者破壞的異常情況。例如，一些異常情況可能導(dǎo)致對裝置的顯著破壞，對原料的浪費(fèi)，或者加工廠內(nèi)的長時間意外停工，即使這些異常情況僅僅存在了很短時間。這樣，僅僅在工廠的問題發(fā)生之后才檢測問題，無論問題被糾正得多快，都仍然可能導(dǎo)致加工廠中的重大損失或者破壞。因此，需要首先努力防止異常情況的出現(xiàn)，而不是僅僅在異常情況出現(xiàn)后試圖對加工廠中的問題進(jìn)行反應(yīng)和糾正。一種可以用于收集數(shù)據(jù)從而讓用戶可以在加工廠內(nèi)的一些異常情況實(shí)際出現(xiàn)之前或者出現(xiàn)后立刻就預(yù)測到這些異常情況的發(fā)生的技術(shù)，其用于采取措施來在加工廠中的任何重大損失發(fā)生之前阻止所預(yù)測到的異常情況或者糾正這些異常情況。該過程由申請序列號為09/972，078且名稱為“Root Cause Diagnostics”( “根本原因診斷”)的美國專利申請(部分基于申請序列號為08/623，569且專利號為6，017，143的美國專利)所公開。這些申請/專利所公開的全部內(nèi)容整體在此通過引用并入。一般而言，這些技術(shù)在加工廠內(nèi)許多例如現(xiàn)場設(shè)備這樣的設(shè)備的每一臺中，放入統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集和處理塊或者統(tǒng)計(jì)處理監(jiān)視 (SPM)塊。舉例來說，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集和處理塊收集過程變量數(shù)據(jù)，并且確定與所收集的數(shù)據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)測量結(jié)果，例如平均值、中值、標(biāo)準(zhǔn)差，等等。之后這些統(tǒng)計(jì)測量結(jié)果可以發(fā)送給用戶界面或其它處理設(shè)備，并且被分析以辨認(rèn)出暗示在實(shí)際發(fā)生或未來會發(fā)生的已知異常情況的模式。一旦檢測到特定的被懷疑異常情況，就可以采取措施來糾正潛在的問題，從而首先避免異常情況或者快速糾正這種異常情況。不過，對于通常的維護(hù)操作員來說，這些數(shù)據(jù)的收集和分析可能是耗時且乏味的，尤其是在加工廠具有大量的收集這種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場設(shè)備的情況下。而且，雖然維護(hù)員能夠收集這些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但是他/她可能不知道如何最好地分析或查看這些數(shù)據(jù)，以確定這些數(shù)據(jù)可能暗示出哪些可能存在的未來異常情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了對一或多種異常情況的檢測或預(yù)測，其使用工廠內(nèi)統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控塊(SPM)所確定出的對過程參數(shù)或變量測量結(jié)果的諸如平均值、中值、標(biāo)準(zhǔn)差之類的各種統(tǒng)計(jì)測量值來執(zhí)行。這種檢測在許多情況下通過使用專門的數(shù)據(jù)濾波器和數(shù)據(jù)處理技術(shù)而得到增強(qiáng)，這些技術(shù)被設(shè)計(jì)成計(jì)算簡單，從而能夠應(yīng)用于在具有有限處理能力的現(xiàn)場設(shè)備中以高采樣速率收集到的數(shù)據(jù)。已增強(qiáng)的數(shù)據(jù)或測量結(jié)果可以用于提供所述過程變量或過程參數(shù)的更佳或更精確的統(tǒng)計(jì)測量值，可以用于修整所述數(shù)據(jù)以移除該數(shù)據(jù)的離群值 (outlier)，可以用于使該數(shù)據(jù)擬合到非線性函數(shù)，或者可以用于快速檢測諸如分裂蒸餾塔和煉油催化裂化器之類的特定工廠設(shè)備內(nèi)各種異常情況的發(fā)生。雖然可以在加工廠內(nèi)的用戶界面設(shè)備或其它維護(hù)設(shè)備中執(zhí)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集和處理以及異常情況檢測，但是這些方法還可以有利地用在那些首先收集所述數(shù)據(jù)的諸如類似閥、變送器的現(xiàn)場設(shè)備之類的設(shè)備中，從而消除集中式用戶界面設(shè)備的處理負(fù)擔(dān)以及消除與將所述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)從現(xiàn)場設(shè)備至用戶界面設(shè)備的發(fā)送相關(guān)的通信開銷。此處所描述的方法可以應(yīng)用于加工廠內(nèi)許多不同情況中的若干不同類型的數(shù)據(jù)， 以檢測一或多種異常情況是否在工廠內(nèi)出現(xiàn)或者是否可能正在工廠內(nèi)發(fā)展。例如，所述統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以包括基于由例如與分裂蒸餾塔或煉油催化裂化器單元相關(guān)的一或多個壓力、液位、流量、位置和溫度傳感器所探測到的壓力、液位、流量、位置和溫度變量而產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。當(dāng)然，如果檢測到異常情況，則會產(chǎn)生異常情況的指示，并且所述指示可以用于例如通知操作員或維護(hù)員或者影響工廠裝置的控制。


圖1是具有分布式控制和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的加工廠的示范性框圖，該分布式控制和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)包括一或多個操作員和維護(hù)工作站、控制器、現(xiàn)場設(shè)備和支持裝置；圖2是圖1中加工廠的一部分的示范性框圖，其示出了位于加工廠不同元件內(nèi)的異常情況防止系統(tǒng)的各種部件之間的通信互連并且包含了對統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控(SPM)塊的使用；圖3是示例SPM塊的框圖；圖4是示出圖1或圖2加工廠的設(shè)備內(nèi)的一組統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控塊的配置的顯示圖；圖5是示例SPM模塊的框圖，該SPM模塊使用多個SPM塊和一數(shù)據(jù)處理塊以對原始數(shù)據(jù)執(zhí)行信號處理從而產(chǎn)生增強(qiáng)的SPM統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；圖6是圖5的實(shí)現(xiàn)多種不同類型濾波器之一的第一示例數(shù)據(jù)處理塊的框圖；圖7是圖5的第二示例數(shù)據(jù)處理塊的框圖，該數(shù)據(jù)處理塊包括數(shù)據(jù)修整塊并實(shí)現(xiàn)一或多種不同類型濾波器以產(chǎn)生濾波并修整后數(shù)據(jù)；圖8示出已知的16階FIR高通濾波器的傳遞函數(shù)的曲線；圖9示出可用于濾波SPM模塊中所接收處理數(shù)據(jù)的差分濾波器的傳遞函數(shù)的曲線.
圖10示出圖9的濾波器的待應(yīng)用到包括過程噪聲和過渡態(tài)的一組原始壓力數(shù)據(jù)的曲線；圖11示出對圖10的壓力數(shù)據(jù)應(yīng)用圖9的濾波器后的一組濾波后數(shù)據(jù)的曲線；圖12示出典型的壓力信號在時域上的曲線圖；圖13示出對圖12的壓力信號應(yīng)用快速傅立葉變換后的頻域表示曲線；圖14是用于煉油廠和制藥廠中的典型分裂蒸餾塔的框圖；圖15是示出圖14的分裂蒸餾塔的分餾器各塔盤的框圖；和圖16是用于煉油廠的典型流化床催化裂化器的框圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參照圖1，在示例加工廠10中可以實(shí)現(xiàn)異常情況防止系統(tǒng)，該加工廠10包括許多通過一或多個通信網(wǎng)絡(luò)與支持裝置互連在一起的控制和維護(hù)系統(tǒng)。具體地說，圖1的加工廠10包括一或多個過程控制系統(tǒng)12和14。過程控制系統(tǒng)12可以是傳統(tǒng)的例如PROVOX 或RS3系統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)或者是其它任何控制系統(tǒng)，它包括連接至控制器12B和輸入/ 輸出(I/O)卡12C的操作員界面12A，而I/O卡12C又連接至諸如模擬和高速可尋址遠(yuǎn)程變送器(HART)現(xiàn)場設(shè)備15之類的各種現(xiàn)場設(shè)備。過程控制系統(tǒng)14可以是分布式過程控制系統(tǒng)，它包括一或多個通過諸如以太網(wǎng)總線之類的總線連接至一或多個分布式控制器14B 的操作員界面14A?？刂破?4B可以是例如由德克薩斯州奧斯汀市的愛默生過程管理公司出售的DeltaV 控制器或者其它需要的任何類型的控制器。控制器14B通過I/O設(shè)備連接至一或多臺現(xiàn)場設(shè)備16，例如HART或Fieldbus現(xiàn)場設(shè)備或者其它任何智能或非智能現(xiàn)場設(shè)備，它們包括例如那些使用PROFIBUS 、WORLDFIP 、Device-Net 、 AS-Interface和CAN協(xié)議的現(xiàn)場設(shè)備。如所周知地，現(xiàn)場設(shè)備16可以向控制器14B提供有關(guān)過程變量以及有關(guān)其它設(shè)備信息的模擬或數(shù)字信息。操作員界面14A可以保存并執(zhí)行過程控制操作員用來控制過程操作的工具，包括例如控制優(yōu)化器、診斷專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 調(diào)諧器等等。而且，維護(hù)系統(tǒng)，例如執(zhí)行AMS應(yīng)用程序或其它任何設(shè)備監(jiān)控和通信應(yīng)用程序的計(jì)算機(jī)，可以連接至過程控制系統(tǒng)12和14或者其中的個別設(shè)備，從而進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)控行為。例如，維護(hù)計(jì)算機(jī)18可以通過任何需要的通信線路或網(wǎng)絡(luò)(包括無線或手持設(shè)備網(wǎng)絡(luò))連接至控制器12B和/或設(shè)備15，以便與設(shè)備15通信并且在一些情況下對設(shè)備15重新配置或執(zhí)行其它維護(hù)行為。類似地，例如AMS應(yīng)用程序之類的維護(hù)應(yīng)用程序可以安裝在與分布式過程控制系統(tǒng)14相關(guān)的一或多個用戶界面14A中并由它或它們來執(zhí)行，從而完成包括有關(guān)設(shè)備16的運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)收集在內(nèi)的維護(hù)和監(jiān)控功能。加工廠10還包括諸如渦輪、電機(jī)之類的各種旋轉(zhuǎn)裝置20，它們通過一些永久或暫時通信鏈接(例如，連接至裝置20以進(jìn)行讀取并在隨后被拆除的總線、無線通信系統(tǒng)或手持設(shè)備)連接至維護(hù)計(jì)算機(jī)22。維護(hù)計(jì)算機(jī)22可以保存并執(zhí)行由例如CSI (愛默生過程管理一公司)提供的已知監(jiān)控和診斷應(yīng)用程序23或者其它任何用于診斷、監(jiān)控和優(yōu)化旋轉(zhuǎn)裝置20的運(yùn)行狀態(tài)的已知應(yīng)用程序。維護(hù)人員通常使用應(yīng)用程序23來維護(hù)并檢查工廠10 中旋轉(zhuǎn)裝置20的性能，從而確定旋轉(zhuǎn)裝置20的問題并且確定旋轉(zhuǎn)裝置20是否需要或者何時需要維修或更換。在一些情況下，外面的咨詢員或維修組織可以暫時獲取或測量有關(guān)裝置20的數(shù)據(jù)，并且使用該數(shù)據(jù)對裝置20進(jìn)行分析，從而檢測對裝置20造成影響的故障、不良性能或其它問題。在這些情況下，運(yùn)行所述分析的計(jì)算機(jī)可能不通過任何通信線路連接至系統(tǒng)10的其它部分，或者可能只是暫時連接至系統(tǒng)10的其它部分。類似地，發(fā)電和配電系統(tǒng)M具有與工廠10相關(guān)的發(fā)電和配電裝置25，它通過例如總線連接至另一運(yùn)行并檢查工廠10中發(fā)電和配電裝置25的計(jì)算機(jī)26。計(jì)算機(jī)沈可以執(zhí)行已知的電力控制和診斷應(yīng)用程序27，例如由諸如Liebert和ASCO或其它公司提供的那些應(yīng)用程序，從而控制和維護(hù)發(fā)電和配電裝置25。此外，在許多情況下，外面的咨詢員或維修組織可以使用維修應(yīng)用程序暫時獲取或測量有關(guān)裝置25的數(shù)據(jù)，并且使用該數(shù)據(jù)以對裝置25進(jìn)行分析，從而檢測對裝置25造成影響的故障、不良性能或其它問題。在這些情況下，運(yùn)行所述分析的計(jì)算機(jī)(例如，計(jì)算機(jī)26)可能不通過任何通信線路連接至系統(tǒng)10的其它部分，或者可能只是暫時連接至系統(tǒng)10的其它部分。如圖1所示，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)30實(shí)施異常情況防止系統(tǒng)35的至少一部分，并且具體地說，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)30保存并實(shí)現(xiàn)配置和數(shù)據(jù)收集應(yīng)用程序38、可以包括統(tǒng)計(jì)收集和處理塊的查看或界面應(yīng)用程序40、和規(guī)則引擎開發(fā)和執(zhí)行應(yīng)用程序42，以及另外還保存統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控數(shù)據(jù)庫43，該數(shù)據(jù)庫43存儲過程中的一些設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，例如各種過程參數(shù)的統(tǒng)計(jì)測量值。一般而言，配置和數(shù)據(jù)收集應(yīng)用程序38配置位于加工廠10的現(xiàn)場設(shè)備15 和16、控制器12B和14B、旋轉(zhuǎn)裝置20或其支持計(jì)算機(jī)22、發(fā)電裝置25或其支持計(jì)算機(jī)沈以及其它任何需要的設(shè)備和裝置內(nèi)的許多統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集和分析塊(在圖1中未示出)中的每一個并且與它們通信，從而從這些塊中的每一個收集統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(或者在一些情況下實(shí)際是原始過程變量數(shù)據(jù))，以便利用這些數(shù)據(jù)來這些異常情況檢測。配置和數(shù)據(jù)收集塊38可以通過硬布線總線45通信連接至工廠10中的每一臺計(jì)算機(jī)或設(shè)備，或者作為替代地，可以通過其它任何需要的通信連接而連接至所述每一臺計(jì)算機(jī)或設(shè)備，所述通信連接包括例如無線連接、使用OPC的專用連接、諸如依靠手持設(shè)備收集數(shù)據(jù)的連接之類的間歇性連接，等寸。同樣地，應(yīng)用程序38可以通過諸如因特網(wǎng)、電話連接之類的LAN或公共連接(在圖1中示作因特網(wǎng)連接46)獲取關(guān)于加工廠10中的現(xiàn)場設(shè)備和裝置的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)例如由第三方業(yè)務(wù)提供商在收集。而且，應(yīng)用程序38可以通過包括諸如以太網(wǎng)、ModbuS、HTML、 XML、專利技術(shù)/協(xié)議等等在內(nèi)的各種技術(shù)和/或協(xié)議通信連接至工廠10中的計(jì)算機(jī)/設(shè)備。因此，盡管此處描述了使用OPC將應(yīng)用程序38通信連接至工廠10中的計(jì)算機(jī)/設(shè)備的特定示例，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，也可以使用其它各種將應(yīng)用程序38連接至工廠10中的計(jì)算機(jī)/設(shè)備的方法。應(yīng)用程序38通?？梢詫⑹占瘮?shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫43 中。一旦收集到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(或過程變量數(shù)據(jù))，查看應(yīng)用程序40就可以用于處理該數(shù)據(jù)和/或以不同的方式顯示所收集或處理后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(例如，存儲在數(shù)據(jù)庫43中的那些數(shù)據(jù))，從而使用戶例如維護(hù)員能夠更好地確定異常情況的存在或預(yù)測出異常情況的未來存在，并且采取搶先或?qū)嶋H糾正行為。規(guī)則引擎開發(fā)和執(zhí)行應(yīng)用程序42可以使用保存在其中的一或多個規(guī)則以分析所收集數(shù)據(jù)，從而確定加工廠10內(nèi)異常情況的存在或者預(yù)測所述異常情況的未來存在。另外，規(guī)則引擎開發(fā)和執(zhí)行應(yīng)用程序42可以使操作員或其它用戶能夠創(chuàng)建另外的待由規(guī)則引擎實(shí)現(xiàn)的規(guī)則，從而檢測或預(yù)測異常情況。應(yīng)該理解的是，此處所描述的對異常情況的檢測包含對異常情況未來發(fā)生的預(yù)測。為了描述與異常情況防止系統(tǒng)35相關(guān)的、包括位于現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)的各種塊的部件執(zhí)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集和處理以及在一些情況下的異常情況檢測的一種方式，圖2示出了圖1 的示例加工廠10的一部分50。雖然圖2示出了異常情況防止應(yīng)用程序38、40和42及數(shù)據(jù)庫43與HART和Fieldbus現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)一或多個數(shù)據(jù)收集和處理塊之間的通信，但是可以理解，在異常情況防止應(yīng)用程序38、40和42與加工廠10中包括圖1中所示任一臺設(shè)備和裝置在內(nèi)的其它設(shè)備和裝置之間可以發(fā)生類似的通信。圖2中所示的加工廠10的部分50包括分布式過程控制系統(tǒng)M，該分布式過程控制系統(tǒng)M具有一或多個通過輸入/輸出(I/O)卡或設(shè)備68和70連接至一或多臺現(xiàn)場設(shè)備64和66的過程控制器60，所述I/O卡或設(shè)備68和70可以是符合任何需要通信或控制器協(xié)議的任何需要類型的I/O設(shè)備。現(xiàn)場設(shè)備64被示作HART現(xiàn)場設(shè)備，而現(xiàn)場設(shè)備66被示作Fieldbus現(xiàn)場設(shè)備，不過這些現(xiàn)場設(shè)備可以使用其它任何需要的通信協(xié)議。另外，現(xiàn)場設(shè)備64和66可以是諸如傳感器、閥、變送器、定位器之類的任何類型的設(shè)備，并且可以符合任何需要的開放式、專利性或其它通信或者編程協(xié)議，可以理解，I/O設(shè)備68和70必須兼容現(xiàn)場設(shè)備64和66所使用的需要協(xié)議。在任何情況下，一或多個用戶界面或計(jì)算機(jī)72和74 (可以是任何類型的個人計(jì)算機(jī)、工作站等)可以由諸如配置工程師、過程控制操作員、維護(hù)人員、工廠管理者、主管人之類的工廠人員訪問，并通過通信線路或總線76連接至過程控制器60，所述通信線路或總線 76可以使用任何需要的硬布線或無線通信結(jié)構(gòu)、并且使用諸如以太網(wǎng)協(xié)議之類的任何需要或適合的通信協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。此外，數(shù)據(jù)庫78可以連接至通信總線76以運(yùn)行作數(shù)據(jù)歷史庫， 以便收集并存儲配置信息以及聯(lián)線過程變量數(shù)據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)和與加工廠10內(nèi)的過程控制器60和現(xiàn)場設(shè)備64和66相關(guān)的其它數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)庫78可以運(yùn)行作配置數(shù)據(jù)庫，以存儲包括過程配置模塊在內(nèi)的當(dāng)前配置以及過程控制系統(tǒng)M的下載到并存儲在過程控制器60和現(xiàn)場設(shè)備64和66中的控制配置信息。同樣地，數(shù)據(jù)庫78可以存儲歷史異常情況防止數(shù)據(jù)，包括加工廠10內(nèi)的現(xiàn)場設(shè)備64和66所收集和/或產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， 或者利用現(xiàn)場設(shè)備64和66所收集的過程變量確定出的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。雖然過程控制器60、I/O設(shè)備68和70以及現(xiàn)場設(shè)備64和66通常向下位于并分布于整個有時苛刻的工廠環(huán)境中，但是工作站72和74以及數(shù)據(jù)庫78通常位于控制室、維護(hù)室或其它容易由操作員、維護(hù)人員等訪問的不太苛刻的環(huán)境中。一般而言，過程控制器60存儲并執(zhí)行一或多個使用許多獨(dú)立執(zhí)行的不同控制模塊或塊實(shí)現(xiàn)控制策略的控制器應(yīng)用程序。每個所述控制模塊均可以由一般所稱的功能塊組成，其中每個功能塊是總體控制例程的一部分或子例程，并且(通過所謂的鏈接通信)與其它功能塊結(jié)合運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)加工廠10內(nèi)的過程控制環(huán)路。如眾所周知地，功能塊可以是面向?qū)ο缶幊虆f(xié)議中的對象，并通常執(zhí)行以下功能中的一個輸入功能，例如與變送器、傳感器或其它過程參數(shù)測量設(shè)備相關(guān)的輸入功能；控制功能，例如與執(zhí)行PID、模糊邏輯等的控制例程相關(guān)的控制功能；或者輸出功能，其控制一些諸如閥之類的設(shè)備的操作以執(zhí)行加工廠10內(nèi)的一些物理功能。當(dāng)然，也存在混合和其它類型的復(fù)雜功能塊，例如模型預(yù)測控制器(MPC)、優(yōu)化器，等等。應(yīng)該理解，雖然Fieldbus協(xié)議和DeltaV 系統(tǒng)協(xié)議使用以面向?qū)ο缶幊虆f(xié)議設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的控制模塊和功能塊，但是所述控制模塊可以使用包括例如時序功能塊、梯形邏輯等在內(nèi)的任何需要的控制編程方案來設(shè)計(jì)，并且不局限于使用功能塊或其它任何特定編程技術(shù)來設(shè)計(jì)。如圖2所示，維護(hù)工作站74包括處理器74A、內(nèi)存74B和顯示器74C。內(nèi)存74B存儲關(guān)于圖1所論述的異常情況防止應(yīng)用程序38、40和42，而且以這些應(yīng)用程序可以在處理器74A上實(shí)現(xiàn)的方式來存儲，從而通過顯示器74C (或其它任何顯示器，例如打印機(jī))向用
戶提供信息。另外，如圖2所示，現(xiàn)場設(shè)備64和66中的一些(并且可能是全部)均包括數(shù)據(jù)收集和處理塊80和82。雖然此處為了論述的目的，關(guān)于圖2的塊80和82被描述成高級診斷塊(ADB)，所述ADB是已知的可以添加到Fieldbus設(shè)備以收集和處理Fieldbus設(shè)備內(nèi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的Rnmdation Fieldbus功能塊，但是塊80和82可以是或者可以包括位于過程設(shè)備內(nèi)的其它任何類型的塊或模塊，以便收集設(shè)備數(shù)據(jù)并計(jì)算或確定此數(shù)據(jù)的一或多個統(tǒng)計(jì)測量值或參數(shù)，而無論這些塊是否位于Fieldbus設(shè)備內(nèi)或者是否符合Fieldbus協(xié)議。 雖然圖2的塊80和82示作位于多臺設(shè)備64之一中以及多臺設(shè)備66之一中，但是這些或類似的塊可以位于任何數(shù)目的現(xiàn)場設(shè)備64和66中，可以位于例如控制器60、I/O設(shè)備68 和70的其它設(shè)備中，可以處于一位于工廠內(nèi)并與多個傳感器或變送器以及控制器60通信的間歇設(shè)備中，或者處于圖1所示的任一設(shè)備中。此外，塊80和82可以處于設(shè)備64和66 的任意子集中。一般而言，塊80和82或這些塊的子元件收集它們所處的設(shè)備中的數(shù)據(jù)，例如過程變量數(shù)據(jù)，并且為了任何數(shù)目的理由對該數(shù)據(jù)執(zhí)行統(tǒng)計(jì)處理或分析。例如，示作與閥相關(guān)的塊80可以具有阻塞閥檢測例程，以便分析閥過程變量數(shù)據(jù)從而確定該閥是否處于阻塞狀態(tài)。此外，塊80包括一組四個的統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控(SPM)塊或單元SPM1-SPM4，以便可以收集所述閥內(nèi)的過程變量或其它數(shù)據(jù)，并且對所收集數(shù)據(jù)執(zhí)行一或多項(xiàng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，從而確定例如所收集數(shù)據(jù)的平均值、中值、標(biāo)準(zhǔn)差、均方根值(冊幻、變化率、范圍、最小值、最大值等等和/或檢測所收集數(shù)據(jù)中的諸如漂移、偏差、噪聲、尖峰之類的事件。無論是所產(chǎn)生的具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還是數(shù)據(jù)產(chǎn)生所用的方法都不是緊要的。因此，除了上述具體類型之外或者代替上述具體類型，還可以產(chǎn)生不同類型的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。此外，包括已知技術(shù)在內(nèi)的各種技術(shù)可以用于產(chǎn)生這樣的數(shù)據(jù)。術(shù)語“統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控(SPM)塊”此處用于描述對至少一個過程變量或其它過程參數(shù)執(zhí)行統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控的功能，并且可以用在進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的設(shè)備內(nèi)部甚至是該設(shè)備外部的任何需要的軟件、固件或硬件執(zhí)行。應(yīng)該理解，由于SPM通常位于進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)收集的設(shè)備中，所以SPM可以獲得數(shù)量上更多并且質(zhì)量上更加精確的過程變量數(shù)據(jù)。結(jié)果是，較之位于進(jìn)行過程變量數(shù)據(jù)收集的設(shè)備外部的塊，SPM塊通常能夠確定關(guān)于所收集過程變量數(shù)據(jù)的更佳的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。作為另一示例，圖2中示作與變送器相關(guān)的塊82可以具有堵塞線路檢測單元，以便分析變送器所收集的過程變量數(shù)據(jù)從而確定工廠內(nèi)的線路是否堵塞。此外，塊82包括一組四個的SPM塊或單元SPM1-SPM4，以便可以收集變送器內(nèi)的過程變量或其它數(shù)據(jù)并且對所收集數(shù)據(jù)執(zhí)行一或多個統(tǒng)計(jì)計(jì)算，從而確定例如所收集數(shù)據(jù)的平均值、中值、標(biāo)準(zhǔn)差等等。如果需要，塊80和82的潛在操作可以如以上所參照的6，017，143號美國專利中的描述那樣來執(zhí)行或?qū)崿F(xiàn)。雖然塊80和82示作分別包括四個SPM塊，但是塊80和82中可以具有其它任何數(shù)目的SPM塊，以用于收集數(shù)據(jù)并且確定與該數(shù)據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)測量值。同樣地，雖然塊80和82示作包括用于檢測工廠10內(nèi)特定狀況的檢測軟件，但是它們并不需要具有這樣的檢測軟件或者可以包括用于檢測工廠內(nèi)其它狀況的如下所述的檢測軟件。而且，雖然此處所述的SPM塊示作ADB的子元件，但是作為替代地，它們可以是位于設(shè)備中的獨(dú)立塊。同樣，雖然此處所闡述的SPM塊可以是已知的Rnmdation Fieldbus SPM塊，不過術(shù)語統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控(SPM)塊在這里用于表示任何類型的完成下列功能的塊或者元件，即收集諸如過程變量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，并且對這些數(shù)據(jù)執(zhí)行一些統(tǒng)計(jì)處理以確定諸如平均值、標(biāo)準(zhǔn)差之類的統(tǒng)計(jì)測量值。其結(jié)果是，該術(shù)語意圖覆蓋執(zhí)行這種功能的軟件、固件或其它元件， 而不管這些元件采用功能塊的形式或者其它類型的塊、程序、例程或元件的形式，也不管這些元件是否符合 Foundation Fieldbus 協(xié)議或者諸如 PROFIBUS、WORLDFIP、Device-Net、 AS-Interface、HART、CAN之類協(xié)議的一些其它協(xié)議。圖3示出SPM塊90(可以是圖2的塊80和82中的任一 SPM塊)的框圖，該SPM 塊在輸入端92接收原始數(shù)據(jù)并且運(yùn)行計(jì)算該數(shù)據(jù)的各種統(tǒng)計(jì)測量值，包括平均值、RMS值和一或多個標(biāo)準(zhǔn)差。對于給定一組原始輸入數(shù)據(jù)，塊90還可以確定最小值(Min)、最大值 (Max)和范圍。如果需要。該塊可以計(jì)算數(shù)據(jù)中的具體點(diǎn)，例如Q25、Q50和Q75點(diǎn)，并且可以基于分布執(zhí)行離群值移除。當(dāng)然，這種統(tǒng)計(jì)處理可以使用任何需要或已知的處理技術(shù)來執(zhí)行。再參照圖2，在一個實(shí)施例中，ADB80和82內(nèi)的每個SPM塊可以是現(xiàn)用的或者是待用的，現(xiàn)用的SPM塊是當(dāng)前在監(jiān)控過程變量(或其它過程參數(shù))的塊，而待用SPM塊是當(dāng)前未監(jiān)控過程變量的塊。一般而言，SPM塊默認(rèn)為待用的，因此每個塊通常必須被單獨(dú)配置以監(jiān)控一過程變量。圖4示出一示例配置顯示84，其可以呈現(xiàn)給用戶、工程師等從而描述并改變設(shè)備的當(dāng)前SPM配置。如顯示84中所指示的，該特定設(shè)備的SPM塊1、2和3均已經(jīng)被配置，而SPM塊4還沒有被配置。已被配置的SPM塊SPMl、SPM2和SPM3中的每個與設(shè)備內(nèi)的特定塊(如用塊標(biāo)簽表示)、塊類型、塊的參數(shù)索引(即被監(jiān)控的參數(shù))、以及表示SPM塊的監(jiān)控功能的用戶命令相關(guān)。而且，每個已配置SPM塊均包括一組所確定出的統(tǒng)計(jì)參數(shù)待與之比較的閾值，包括例如平均值極限、高偏差極限(指定一表示信號有太大偏差的值)和低動態(tài)性(指定一表示信號有太小偏差的值)。實(shí)際上，檢測平均值的變化可以表示過程在向上或向下漂移，檢測高偏差可能意味著過程中的元件在經(jīng)歷不期望的噪聲(例如由增加振動所引起的噪聲)，而檢測低偏差可能意味著過程信號在經(jīng)受濾波或者元件在經(jīng)受可疑的安靜，如同例如堵塞閥的情況。而且，可以給每個SPM塊設(shè)置例如平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的基線值。這些基線值可以用于確定設(shè)備內(nèi)是否已經(jīng)滿足或超過極限值。圖4的SPM塊1和3都是現(xiàn)用的，這是因?yàn)樗鼈円呀?jīng)接收到用戶命令而開始監(jiān)控。另一方面，SPM塊2是待用的， 這時因?yàn)樗幱诳臻e狀態(tài)。而且，在該示例中，SPM功能如框86所指示的那樣允許用于整個設(shè)備，并且如框88所指示的那樣被設(shè)置成每5分鐘進(jìn)行監(jiān)控或計(jì)算。當(dāng)然，經(jīng)授權(quán)用戶可以重新配置設(shè)備中的SPM塊，從而監(jiān)控設(shè)備中的其它例如其它功能塊的塊、與設(shè)備中的這些或其它塊相關(guān)的其它參數(shù)、以及從而具有其它閾值、基線值等等。雖然在圖2和圖4中示出了一些統(tǒng)計(jì)監(jiān)控塊，但是可以理解，也可以或另外可以監(jiān)控其它參數(shù)。例如，關(guān)于圖2所論述的SPM塊或ADB可以計(jì)算與過程相關(guān)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，并且可以基于這些值的變化觸發(fā)一些告警。作為示例，F(xiàn)ieldbus類型的SPM塊可以監(jiān)控過程變量并且提供15種與這種監(jiān)控相關(guān)的不同參數(shù)。這些參數(shù)包括塊標(biāo)簽、塊類型、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、平均值變化、標(biāo)準(zhǔn)差變化、基線平均值、基線標(biāo)準(zhǔn)差、高偏差極限、低動態(tài)性極限、平均值極限、狀態(tài)、參數(shù)索引、時間標(biāo)記和用戶命令。兩種最有用的參數(shù)目前認(rèn)為是平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。不過，通常使用的其它SPM參數(shù)是基線平均值、基線標(biāo)準(zhǔn)差、平均值變化、標(biāo)準(zhǔn)差變化和狀態(tài)。當(dāng)然，SPM塊可以確定其它任何需要的統(tǒng)計(jì)測量值或參數(shù)，并且可以向用戶或請求應(yīng)用程序提供與特定塊相關(guān)的其它參數(shù)。因此，SPM塊不局限于此處所論述的這些?？梢岳斫?，現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)SPM塊(SPM1-SPM4)的參數(shù)可由外部客戶端使用，例如通過總線或通信網(wǎng)絡(luò)76和控制器60可由工作站74使用。另外或作為替換地，ADB80和82內(nèi)的SPM塊(SPM1-SPM4)所收集或產(chǎn)生的參數(shù)和其它信息可以通過例如OPC服務(wù)器89由工作站74使用。這種連接可以是無線連接、硬布線連接、間歇性連接(例如使用一或多臺手持設(shè)備的連接)或者使用任何需要或適合通信協(xié)議的其它任何需要的通信連接。當(dāng)然，此處所描述的任一通信連接均可以使用OPC通信服務(wù)器以將接收自不同類型設(shè)備的數(shù)據(jù)統(tǒng)一成共同或一致的格式。而且，可以將SPM塊放置在主機(jī)設(shè)備、除了現(xiàn)場設(shè)備之外的其它設(shè)備或者其它現(xiàn)場設(shè)備中，以執(zhí)行所述收集或產(chǎn)生例如原始過程變量數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)的設(shè)備外部的統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控。這樣，例如圖2的應(yīng)用程序38可以包括一或多個通過例如OPC服務(wù)器收集原始過程變量數(shù)據(jù)以及計(jì)算該過程變量數(shù)據(jù)的諸如平均值、標(biāo)準(zhǔn)差之類的一些統(tǒng)計(jì)測量值或參數(shù)的SPM塊。雖然SPM塊不位于收集數(shù)據(jù)的設(shè)備中，從而由于該數(shù)據(jù)的通信需求一般不能收集同樣多的過程變量數(shù)據(jù)以執(zhí)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，但是這些塊有助于確定不具有或不支持SPM功能的設(shè)備的統(tǒng)計(jì)參數(shù)或設(shè)備內(nèi)的過程變量。另外，由于技術(shù)的改進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)的可用處理量可以隨著時間增加，并且不位于收集原始數(shù)據(jù)的設(shè)備中的SPM塊可以收集更多的過程變量數(shù)據(jù)以執(zhí)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。因此，在以下論述中可以理解，所描述的待由SPM塊產(chǎn)生的任何統(tǒng)計(jì)測量值或參數(shù)，可以由例如ADB80和82中的SPM1-SPM4的SPM塊產(chǎn)生，或者在包括其它現(xiàn)場設(shè)備的主機(jī)或其它設(shè)備內(nèi)的SPM塊中產(chǎn)生。而且，可以使用SPM塊所處的現(xiàn)場設(shè)備或其它設(shè)備中的統(tǒng)計(jì)測量值來執(zhí)行異常情況檢測和其它數(shù)據(jù)處理，從而基于SPM塊所產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)測量值的檢測不局限于在例如用戶界面的主機(jī)設(shè)備中進(jìn)行的檢測。重要的是，上述的原始統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和基于該數(shù)據(jù)的各種統(tǒng)計(jì)測量值的計(jì)算，其最有利的用途首先大部分取決于原始或收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。許多數(shù)據(jù)處理功能或方法可以應(yīng)用于SPM塊，從而增加原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性或有用性和/或預(yù)處理原始數(shù)據(jù)并生成SPM塊的更正確或更佳的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)處理功能可以在將原始或處理后數(shù)據(jù)暴露在其它現(xiàn)場設(shè)備和主機(jī)系統(tǒng)之前就應(yīng)用于精處理或處理原始現(xiàn)場數(shù)據(jù)。而且，在一些情況下，這些數(shù)據(jù)處理功能可以用于提供對處理后數(shù)據(jù)或原始數(shù)據(jù)的診斷，從而向用戶、其它現(xiàn)場設(shè)備和主機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生告警和/或警示。以下所述的數(shù)據(jù)處理功能和方法可用于諸如HART、Fieldbus、 Profibus之類的所有通信協(xié)議，并且可用于諸如變送器、控制器、執(zhí)行器之類的所有現(xiàn)場設(shè)備?？梢岳斫猓诂F(xiàn)場設(shè)備內(nèi)執(zhí)行統(tǒng)計(jì)和數(shù)字信號處理，提供了在工廠中使用原始數(shù)據(jù)進(jìn)行任何有關(guān)修改的測量和控制之前就運(yùn)行原始測量數(shù)據(jù)的功能。因此，設(shè)備中的計(jì)算信號是該設(shè)備所設(shè)置在的探測系統(tǒng)、機(jī)械裝置和過程的狀態(tài)的最佳指示。對于大多數(shù)通信系統(tǒng)來說，由于現(xiàn)場設(shè)備與主機(jī)系統(tǒng)之間通信協(xié)議的帶寬限制，以高采樣速率收集到的原始數(shù)據(jù)不能基于工廠尺度傳送到主機(jī)系統(tǒng)。即使在未來變成現(xiàn)實(shí)，裝載具有過多原始傳送數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)將對該網(wǎng)絡(luò)上的用于測量和控制的其它任務(wù)造成不利影響。因此，在第一個例子中提出，在現(xiàn)場設(shè)備或收集原始數(shù)據(jù)的其它設(shè)備內(nèi)的SPM塊或模塊中提供此處所描述的一或多個數(shù)據(jù)處理方法。如上所述，圖3示出用于對原始數(shù)據(jù)執(zhí)行統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控計(jì)算的基本SPM塊。作為示例，Rosemount 3051變送器使用圖3的塊的簡化版，其中只計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差并將其傳送至主機(jī)系統(tǒng)。不過，已經(jīng)確定的是，在所有情況下，計(jì)算這些值以及信號的RMS值和范圍信息不是必定產(chǎn)生健壯的監(jiān)控和診斷信息。實(shí)際上，在一些情況下已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過將這些參數(shù)不僅與它們的過去基線相比較而且與對原始數(shù)據(jù)輸入的處理后形式的評估得出的類似參數(shù)相比較，可以確定出更好的統(tǒng)計(jì)值。尤其是，通過使SPM塊計(jì)算原始數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)測量值以及原始數(shù)據(jù)濾波后或處理后版本的統(tǒng)計(jì)測量值，并且之后比較這些計(jì)算出的統(tǒng)計(jì)測量值，可以獲得額外的信息。例如，如圖5所示，SPM模塊100可以包括兩個SPM塊90a和90b 以及一信號處理塊102。原始數(shù)據(jù)可以通常在SPM塊90a中被處理，以對原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生各種統(tǒng)計(jì)測量值(例如，MiruMax、范圍、平均值、RMS、標(biāo)準(zhǔn)差等等)。不過，原始數(shù)據(jù)還可以在信號處理塊102中被處理，從而可以對原始數(shù)據(jù)濾波、修整原始數(shù)據(jù)以移除離群值等等。處理后原始數(shù)據(jù)之后可以提供至SPM塊90b，從而確定一或多項(xiàng)有關(guān)處理后數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)測量值。 原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)測量值和處理后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)測量值之后可以互相比較，從而檢測或確定關(guān)于原始數(shù)據(jù)的信息。此外，原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)測量值和處理后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)測量值中的一或兩項(xiàng)可以用于隨后的處理中，從而執(zhí)行例如異常情況檢測。因此，可以理解，圖5的信號處理塊102可以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)處理技術(shù)，這些技術(shù)在使用統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控功能執(zhí)行加工廠內(nèi)監(jiān)控和診斷的過程中非常有用。在這些技術(shù)中，首先就是修整原始數(shù)據(jù)的功能，這在檢測并于隨后消除尖峰、離群值和不良數(shù)據(jù)點(diǎn)的過程中很有用，以便這些數(shù)據(jù)點(diǎn)不會使統(tǒng)計(jì)參數(shù)跳動?？梢曰诜诸愓聿⒁瞥恍╉敹撕偷撞堪俜直忍幍臄?shù)據(jù)以及基于使用以標(biāo)準(zhǔn)差或一些加權(quán)移動平均數(shù)為基礎(chǔ)的閾值，來執(zhí)行修整。 可以從數(shù)據(jù)序列中移除修整后點(diǎn)，或者可以進(jìn)行插入以將離群值數(shù)據(jù)用一應(yīng)該在該數(shù)據(jù)之前和/或之后收集到的另一數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)的估計(jì)值代替。而且，信號處理塊102可以執(zhí)行一或多種不同類型的濾波以處理原始數(shù)據(jù)。圖6 示出信號處理塊10 ，它包括多個濾波器以使用戶或配置系統(tǒng)的人員能夠選擇需要類型的濾波。在圖6的塊10 中，三個數(shù)字濾波器示作低通濾波器104、高通濾波器105和帶通濾波器106，這三個數(shù)字濾波器可以單獨(dú)或結(jié)合應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)許多應(yīng)用程序中的優(yōu)良結(jié)果以及確定精確統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)過程中的優(yōu)良性能。當(dāng)然，另外或作為圖6中所示濾波器的替換還可以提供其它類型和數(shù)目的濾波器。另外，無濾波器選項(xiàng)或塊107僅傳送未處理的數(shù)據(jù)通過塊102a，而阻止塊(offblock) 108阻止數(shù)據(jù)通過塊10加。在塊10 的配置期間，用戶可以選擇濾波器104-108中的一或多個，從而將用于處理塊10 中的數(shù)據(jù)濾波。當(dāng)然，濾波器可以利用任何已知或可用的數(shù)字信號處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，并且可以使用諸如濾波器的期望斜率、濾波器的通波和拒波頻率之類的任何已知濾波器參數(shù)來規(guī)定或限定。圖7示出另一信號處理塊102b，它可以用于對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和/或修整原始數(shù)據(jù)。信號處理塊102b包括多個標(biāo)準(zhǔn)濾波器(例如可以是低通、高通和帶通濾波器)110以及一自定義濾波器112。這些選項(xiàng)使得用戶能夠選擇處理塊102b中的許多不同的期望濾波器特性之一。數(shù)據(jù)修整塊115可以放置在每個濾波器110和濾波器112之前和/或之后，從而以上述方式中的任一種或者利用任何已知或可用技術(shù)來執(zhí)行數(shù)據(jù)修整?？梢岳斫?，信號處理塊102b使得用戶或操作員能夠在一或多個對原始數(shù)據(jù)濾波(并修整)的標(biāo)準(zhǔn)濾波器以及一對原始數(shù)據(jù)濾波(并修整)的自定義濾波器之間進(jìn)行選擇，從而產(chǎn)生濾波后(并修整后)數(shù)據(jù)。將提供至SPM塊的濾波及修整數(shù)據(jù)的這種配置，提供了一種可用于監(jiān)控和診斷應(yīng)用程序的寬頻譜中的高效且通用的技術(shù)。當(dāng)然，許多不同類型的濾波器可以用于例如圖5到圖7中所示的那些SPM模塊和數(shù)據(jù)處理塊。在一個實(shí)施例中，可以使用一或多個數(shù)字高通IIR(無限脈沖響應(yīng))濾波器或 FIR(有限脈沖響應(yīng))濾波器來隔離信號的噪聲部分。典型的η階FIR濾波器具有以下結(jié)構(gòu)
η
i=0其中，y是濾波后值，χ是當(dāng)前/先前測量值，而a是濾波器系數(shù)。如所周知地，這些濾波器被設(shè)計(jì)成與特定的頻率響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)相匹配，從而匹配期望的濾波器傳遞函數(shù)。所周知的是，F(xiàn)IR濾波器目前被用在已知的例如位于已知Rosemoimt變送器以及 Rosemount AMS SNAP-ON產(chǎn)品中的阻塞線路診斷算法。在這些情況中，HR濾波器采用具有圖8所示傳遞函數(shù)的16階HR濾波器的形式。在該圖中，頻率被正規(guī)化，使得1等效于IHz 采樣頻率的一半。因此，如圖8所示，所顯示出的濾波器將阻止從DC到約1. IHz的信號的所有部分，并將使從約3. 3Hz到IlHz的部分通過。過渡帶為從約1. IHz到約3. 3Hz。該濾波器的主要用途在于移除所述信號的過渡態(tài)，從而可以計(jì)算噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差。不過，該濾波器不能保證將所有的過渡態(tài)都移除，這是因?yàn)橛行┻^渡態(tài)會具有更快的成分(即落入該濾波器的通帶)。不幸的是，不可能使用^R技術(shù)將過渡帶設(shè)計(jì)地過度高于圖8中所示的那樣， 這是因?yàn)檫@種過渡態(tài)會對過程噪聲連同過渡態(tài)一起進(jìn)行濾波。因此，總的來說，這種HR濾波器會使一些過渡態(tài)通過或者濾掉一些噪聲。此外，由于DC增益不會為零，因此濾波后信號的平均值也不會達(dá)到零，不過卻會帶來偏移量，這不是所期望的。而且，由于該濾波器為 16階濾波器，因此需要各個點(diǎn)的多次計(jì)算，這增加了所要求的處理量和/或降低了實(shí)時執(zhí)行濾波的能力，尤其是在使用高采樣頻率的情況下。另一濾波器為簡單差分濾波器，它可以例如是實(shí)現(xiàn)為圖7的自定義濾波器112，并且可以為了任何目的，例如為了執(zhí)行阻塞線路診斷和閃光不穩(wěn)定性檢測而有利地用于SPM 塊或模塊。該差分濾波器可以預(yù)先(例如，在SPM塊處理之前)應(yīng)用于數(shù)據(jù)測量值序列，從而評估并消除或減少測量值序列或信號中的短期變化。具體地說，所提出的這種差分濾波器又可以用于移除信號的趨勢/過渡態(tài)以及隔離信號的噪聲部分，并且在一個實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)為如下所限定的一階差分濾波器yt = Xt-Xt^1其中yt是時刻t的濾波后數(shù)據(jù)，而Xi是時刻t的原始數(shù)據(jù)。當(dāng)然，另外或作為替代地可以使用更高階的差分濾波器。該濾波器的頻率響應(yīng)或傳遞函數(shù)圖示在圖9中，并且可以理解，該濾波器不斷增強(qiáng)較高的頻率并不斷降低較低的頻率。由于信號中的趨勢和過渡態(tài)的頻率部分是未知的，所以該濾波器需確信具有用于信號中的所有可能趨勢的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。作為該濾波器實(shí)際應(yīng)用的示例，圖10示出了由信號趨勢和某些壓力噪聲組成的壓力信號120，而圖11示出了在應(yīng)用上述所提出的一階差分濾波器之后(即具有圖9所示傳遞函數(shù))的濾波后信號122。從這些結(jié)果中可以清楚地看出，差分濾波器可以利用最少量的計(jì)算來處理各種壓力狀況。上述差分濾波器的主要優(yōu)勢在于，它消除了給定信號中的中頻和長期變化，并且它隔離了所述信號中的有時稱作“過程噪聲”的短期變化。該差分濾波器的另一優(yōu)勢在于， 它是一階濾波器并且與上述16階HR濾波器所需要的17次乘法和18次加法相比，每個測量點(diǎn)只需要一次減法。因此，該差分濾波器在計(jì)算方面非常有效，從而相當(dāng)適合于板載應(yīng)用程序，即提供于現(xiàn)場設(shè)備以及加工廠設(shè)備的SPM塊或模塊中的那些應(yīng)用程序。在SPM塊(以及其它地方)中進(jìn)行準(zhǔn)確及有用的統(tǒng)計(jì)確定的另一重要方案包括: 選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)塊和時長，以在該時長內(nèi)計(jì)算諸如平均值、標(biāo)準(zhǔn)差之類的統(tǒng)計(jì)測量值。實(shí)際上，計(jì)算給定數(shù)據(jù)序列的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等的固有問題在于，這些統(tǒng)計(jì)參數(shù)很大程度上取決于時間段的長度以及從而取決于用于執(zhí)行計(jì)算的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)目。對所述數(shù)目的數(shù)據(jù)點(diǎn)使用純統(tǒng)計(jì)原則作為適當(dāng)?shù)牟蓸咏M通常不會很好地起作用，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)過程并不完全符合潛在的統(tǒng)計(jì)假設(shè)，從而這些原則所提出的所述數(shù)目的狀態(tài)點(diǎn)可能不能在任何特定時刻使用。不過，一種用于計(jì)算要使用的適當(dāng)塊長度的方法包括在測試階段期間收集信號的許多測試點(diǎn)，其中所述測試點(diǎn)的數(shù)目遠(yuǎn)大于可能的塊長度；基于所收集測試點(diǎn)確定所述信號的頻率成分(例如頻域)；利用所述頻率成分確定主系統(tǒng)時間常數(shù)；以及將所述塊長度設(shè)置為所述主系統(tǒng)時間常數(shù)的某個倍數(shù)(可以是整數(shù)倍或非整數(shù)倍)。根據(jù)這種方法，首先確定出信號X(t)的頻率成分或頻域。例如，假定時域中的數(shù)據(jù)序列給定為X (t) = X1, x2, X3,... Xn，其中在時刻t1; t2，t3，. . . tn測量χ?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)。此處，假定相應(yīng)的時間點(diǎn)t是均勻分布的。在圖12中描述了典型的壓力信號130的時域表示。接下來，傅立葉變換，例如快速傅立葉變換可以應(yīng)用于壓力信號130，從而確定壓力信號130 的頻率成分。示例變換后信號X(f)示出了用于圖12的壓力信號130的X(t)的頻域，它被示作圖13中的曲線132。如所周知地，信號X(t)的FFT 132示出了數(shù)據(jù)的所有周期行為均為周期頻率的函數(shù)。接下來，壓力信號的角隅頻率f。可以這樣確定(1)找出FFT從其峰值下降至某一系數(shù)(例如為10的系數(shù))的頻率；以及(2)找出FFT中任何被隔離的峰值。具體地說，所期望的是在確定頻降之前就消除FFT中的隔離峰值，這是因?yàn)檫@些峰值可以將最大的FFT 值人為拉高。也就是說，角隅頻率應(yīng)該在忽略FFT中的隔離峰值或尖峰之后基于FFT的低頻率級的頻降來確定。使用FFT中的隔離峰值可能導(dǎo)致角隅頻率(或帶寬)計(jì)算出錯。因此在圖13的曲線中，可以將角隅頻率f。選作大約10Hz。角隅頻率f。然后可以用于開發(fā)或估計(jì)主系統(tǒng)時間常數(shù)T。。在一個實(shí)施例中，T。= 1/f。。然后，可以將健壯塊尺寸選作主系統(tǒng)時間常數(shù)T。的某一倍數(shù)。例如，10倍的主系統(tǒng)時間常數(shù)T?？梢杂糜诋a(chǎn)生任一應(yīng)用程序的健壯塊尺寸。不過，作為替代地，可以使用主系統(tǒng)時間常數(shù)T。的其它整數(shù)或非整數(shù)倍。在一些情況下，所期望的是使特定數(shù)據(jù)組擬合到或匹配正弦波，從而確定最適合所述數(shù)據(jù)組的正弦波，而且該正弦波提供有關(guān)數(shù)據(jù)組詳細(xì)內(nèi)容的信息，例如主周期頻率等。 一種可用于使給定數(shù)據(jù)組擬合到正弦波的方法通過使用線性最小二乘法技術(shù)實(shí)現(xiàn)。不過，由于正弦波為非線性形式，因此例程線性回歸方法不能應(yīng)用于找出正弦波參數(shù)，從而非線性曲線擬合技術(shù)必須應(yīng)用以評估所述參數(shù)。不過，非線性曲線擬合技術(shù)通常需要過量的迭代計(jì)算，這需要相當(dāng)大的處理時間和處理量。而且，非線性技術(shù)必須確保解的計(jì)算穩(wěn)定性和收斂性，這是相當(dāng)復(fù)雜的概念并且在SPM塊或模塊中難以實(shí)現(xiàn)。為了克服這些問題，以下將描述兩種使用簡單線性回歸技術(shù)使數(shù)據(jù)組擬合到正弦波的實(shí)用方法，所述方法可用于現(xiàn)場設(shè)備中的SPM塊或其它塊而不需要大量的處理量。如所周知地，一般的正弦波可以表達(dá)成以下形式= a ++妁，并且為了此處的論述，這也是要擬合的正弦波形式。不過，作為替換地，可以使用其它形式的正弦波。根據(jù)第一種用于擬合該正弦波的方法，此處稱作單通頻擬合(one pass fit)方法，首先使用簡單技術(shù)來估計(jì)正弦波參數(shù)a(偏移量)和b(增益)。例如，可以將偏移量 a估計(jì)為整個數(shù)據(jù)組的平均值，而將增益b估計(jì)為整個數(shù)據(jù)組的最小值和最大值之差的一半。當(dāng)然，可以使用例如中值或其它統(tǒng)計(jì)測量值來估計(jì)偏移量a，而使用其它一些技術(shù)，例如使用均方根(冊幻值等來估計(jì)增益b。接下來，變量變換可以用作或選作:z =徹乂/)-“。其中，y是測量數(shù)據(jù)點(diǎn)。禾IJ用
b
這種變化，回歸表達(dá)式(原始正弦波形式)變成= ω + φ。明顯地，該等式具有線性形式，因此簡單線性回歸表達(dá)式可以用于使ω和識擬合為時間的函數(shù)，從而產(chǎn)生每個正弦波參數(shù)的估計(jì)值(即a、b、ω和。具體地說，定義ζ的變量變換用于計(jì)算每個時刻t的變換后數(shù)據(jù)點(diǎn)ζ (t)。然后，線性回歸技術(shù)可以用于選擇最適合數(shù)據(jù)點(diǎn)組ζ (t)的ω和識。此處稱作迭代擬合方法的第二種方法使用迭代技術(shù)來確定正弦波參數(shù)a、b、ω和識。在該方法中，可以使用上述的單通頻擬合方法技術(shù)來估計(jì)a、b、ω和識的初始值。接下來， 可以應(yīng)用以下的變量變換x = Sin衂+妁。禾Ij用這種變換，原始正弦波表達(dá)式(待擬合)變成:j (χ) = a+bx0該等式具有線性形式，因此簡單線性回歸表達(dá)式可以用于擬合a和b。然后，這些參數(shù)可以連同定義χ的變量變化一起使用，從而擬合參數(shù)ω和<3。這些迭代可以被執(zhí)行，直到所述參數(shù)(a、b、co和識)中的一個或全部收斂為止，S卩1 - ^ < ea>|bk-bk-i < ^、
< εω、|%_%— 。其中，k為迭代步長，而ε為期望容差。以上關(guān)于所述參數(shù)的收斂標(biāo)準(zhǔn)是絕對的。不過，如果需要，所述參數(shù)也可以采用百分比式的相對測量值。以上概述的第一種方法利用線性最小二乘擬合法給正弦曲線形狀的函數(shù)提供了非?？焖俚膯瓮l擬合法。另一方面，與第一種方法相結(jié)合的第二種方法雖然需要更多的計(jì)算，但是它通常僅利用兩次迭代就提供達(dá)到期望精度的參數(shù)的擬合。不過，與它們的非線性對應(yīng)方法相比，這兩種方法在計(jì)算上都非常有效，從而帶來處理、內(nèi)存和存儲需求上相當(dāng)大的節(jié)省，并且使這些方法更加適合SPM塊中的各種擬合應(yīng)用程序。一種使用SPM塊的有利方法包括分裂蒸餾塔塔盤的監(jiān)控以及使用該分裂蒸餾塔塔盤的統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控來執(zhí)行診斷。具體地說，可以使用以實(shí)際壓力和差動壓力讀數(shù)為基礎(chǔ)的各種診斷方法來確定分裂蒸餾塔(也稱作分餾器)的健壯性。分裂蒸餾塔很可能是大多數(shù)煉油廠和制藥廠中最重要的部件之一，這是因?yàn)榉至颜麴s塔負(fù)責(zé)這些工廠中大多數(shù)物理分離過程。此處所描述的方法可以在工廠內(nèi)的現(xiàn)場設(shè)備(例如，Rosemount 34 變送器)中實(shí)現(xiàn)，或者作為軟件在主機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。這些方法的主要優(yōu)勢在于使用由提供高質(zhì)量測量值和快速估計(jì)的現(xiàn)場儀表評估出的統(tǒng)計(jì)過程參數(shù)。圖14示出了在許多煉油廠或制藥廠中均可找到的典型分裂蒸餾塔150的示意圖。 從圖14中可以看出，分裂蒸餾塔150包括分餾器152，其中進(jìn)料供給到分餾器152中。在分餾器152的底部，重型流體或“底部”物質(zhì)通過閥IM移除，這可以基于液位傳感器156和流量傳感器或變送器158來控制。有些底部物質(zhì)在再沸器160中重新加熱，并且返回供應(yīng)到分餾器152中以進(jìn)行進(jìn)一步處理。在分餾塔152的頂部，蒸汽被收集并供應(yīng)到冷凝器162， 以便冷凝所述蒸汽并將冷凝后液體供應(yīng)到回流桶164?；亓魍?64中的氣體可以基于壓力傳感器168而通過閥166移除。同樣地，回流桶164中的一些冷凝后液體基于液位傳感器的測量結(jié)果而作為流出物通過閥170。以類似的方式，回流桶164中的一些冷凝后液體通過閥174返回供給到分餾塔152，這可以使用通過流量傳感器176和溫度傳感器178得到的流量和溫度測量結(jié)果進(jìn)行控制。圖15示出了用于石油加工中的典型分餾塔152的示意圖，其顯示了通常用于提取各物理冷凝點(diǎn)處液體的各種塔盤的位置。如圖15所示，已閃光原油被注入塔盤5，而重型柴油從塔盤6移除，輕質(zhì)柴油從塔盤13移除，而煤油從塔盤21移除。預(yù)閃光氣體和預(yù)閃光液體可以注入塔盤27和30。雖然以下所論述的用于分裂蒸餾塔中的診斷方法參照了圖15 中作為基線分裂蒸餾塔配置的塔盤，但是這些方法可以用于具有其它塔盤布置和結(jié)構(gòu)的其它分裂蒸餾塔。第一種處理方法確定所述塔的兩個塔盤之間是否存在低壓降。具體地說，如果穿過一塔盤的壓降小于一低標(biāo)稱壓力，那么這通常意味著該塔盤損壞或翻卸。在一個例子中， 對于具有M英寸直徑(Dn)的分裂蒸餾塔盤，該低標(biāo)稱壓力(Pln)為0.06psi (每平方英寸
的磅數(shù))。對于其它尺寸的塔盤直徑(D)，該低標(biāo)稱壓力P1可以如下計(jì)算畏。通過利用上述的任一種SPM塊及技術(shù)，統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控可以用于確定穿過塔盤的壓降的基線值，然后監(jiān)控狀態(tài)可以用于SPM或其它塊，從而檢測平均壓降的降低。如果測量出多個塔盤之間的差動壓力，則所期望的壓降就是單個塔盤的壓降乘以塔盤數(shù)。因此，在使用分餾塔152內(nèi)適當(dāng)位置處的壓力傳感器(在圖15中未示出)或者使用通過上述低標(biāo)稱壓力計(jì)算建立的閾值而確定出穿過圖15中分餾塔152的塔盤的基線壓降之后，SPM塊可以監(jiān)控這些壓力，從而確定每個位置處的平均壓力，并且確定這些壓力之間的差異。然后，如果該差異變得低于所述低標(biāo)稱壓力(設(shè)置為閾值)，那么就發(fā)送表示該塔盤損壞、翻卸或處于將啟動該過程的狀況下的告警或警示。另外，可以使用相同的技術(shù)確定穿過分裂蒸餾塔各塔盤的高壓降。具體地說，如果穿過一塔盤的壓降大于一高標(biāo)稱壓力，那么這通常表示塔盤存在淤塞或者存在阻塞(例如，至少部分阻塞)。對于具有M英寸直徑(Dn)的分裂蒸餾塔盤，該高標(biāo)稱壓力(Phn)可以為0. 12psi (每平方英寸的磅數(shù))。對于其它尺寸的塔盤，該高標(biāo)稱壓力可以如下計(jì)算
Ph- Phn °與上述的低壓降方法類似，統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控可以用于確定穿過一塔盤或一組塔盤的基線平均壓降，或者可以利用上述計(jì)算建立閾值，然后監(jiān)控狀態(tài)可以用于檢測平均壓降的降低。如果測量出多個塔盤之間的差動壓力，則所期望的壓降就是單個塔盤的壓降乘以塔盤數(shù)。在任一情況下，可以理解的是在制藥和煉油工業(yè)中，使用統(tǒng)計(jì)參數(shù)所進(jìn)行的分裂蒸餾塔壓降監(jiān)控，提供了一種對塔盤問題快速且有效的指示。另外，可以在流化床催化裂化器(FCC)中有利地使用統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控來執(zhí)行診斷。具體地說，非常有利的是，可以使用各種診斷方法來確定FCC的健壯性，這是因?yàn)镕CC 負(fù)責(zé)煉油廠中大多數(shù)汽油產(chǎn)品，且這些產(chǎn)品通常是煉油廠所生產(chǎn)的最重要且最暢銷的產(chǎn)品，所以FCC很可能是煉油廠中最重要的部分。此處所描述的統(tǒng)計(jì)處理方法可以例如在 Rosemount 3420變送器的現(xiàn)場設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，或者作為軟件在主機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。這些方法的主要優(yōu)勢在于使用由提供高質(zhì)量測量值和快速估計(jì)的現(xiàn)場儀表評估出的統(tǒng)計(jì)過程參數(shù)。圖16示出了可以在煉油廠找到的FCC200的示意圖，該FCC200將用作在此處所描述的診斷方法中使用的基線FCC配置。不過，可以理解，這些方法還可以用于具有其它類型的FCC或具有其它配置的FCC中。具體地說，如圖16所示，F(xiàn)CC200包括反應(yīng)器202和催化劑再生器204。在運(yùn)行階段，進(jìn)料和分散蒸汽被進(jìn)給到提升管206中，而在提升管206中進(jìn)料與再生催化劑反應(yīng)。這個過程對進(jìn)料進(jìn)行“裂化”。在反應(yīng)器202的頂部，產(chǎn)物和催化劑與作為反應(yīng)器排出物正排出的產(chǎn)物分離。催化劑落入反應(yīng)器202的底部，并且使用汽提蒸汽進(jìn)行蒸汽去除。然后，廢催化劑通過由閥208控制的導(dǎo)管206供給到再生器204。廢催化劑輸入到燃燒室中，并且與吹氣機(jī)212提供的過熱空氣混合，該吹氣機(jī)212燃燒作為反應(yīng)器202中的催化反應(yīng)產(chǎn)物而形成在催化劑上的焦炭。該過程再生催化劑。然后，該過程產(chǎn)生的熱量以及再生催化劑通過由再生催化劑閥222控制的再生催化劑管220返回供應(yīng)至反應(yīng)器202的底部，從而與輸入進(jìn)料混合?？梢栽贔CC200中使用第一種統(tǒng)計(jì)方法來檢測失靈或出故障的空氣壓縮機(jī)或吹氣機(jī)。具體地說，出故障的空氣壓縮機(jī)使再生催化劑管220中產(chǎn)生回流，從而導(dǎo)致從反應(yīng)器 202到再生器204的流動。這種狀況可以通過監(jiān)控再生器204中的壓力或通過監(jiān)控穿過再生催化劑閥222的差動壓力來檢測到。具體地說，在FCC200的正常運(yùn)行期間，再生器204 中的壓力大于反應(yīng)器或提升管202中的壓力，這使再生催化劑產(chǎn)生正方向的流動。再生器 204上的壓縮機(jī)212的損耗引起再生器204的壓力損耗，從而導(dǎo)致反向的差動壓力。另外，可以使用統(tǒng)計(jì)方法來檢測反應(yīng)器到再生器的導(dǎo)管堵塞。具體地說，當(dāng)反應(yīng)器 202到再生器204之間的導(dǎo)管206堵塞時，反應(yīng)器202中充滿催化劑并且催化劑進(jìn)入到廢物或反應(yīng)器排出物中。由于導(dǎo)管202中的阻塞引起反應(yīng)器202中催化劑液位的升高，所以以上狀況可以通過使用例如液位傳感器/變送器2M來監(jiān)控反應(yīng)器202中的平均催化劑液位而檢測到。利用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┮何换€，可以通過檢測反應(yīng)器202中催化劑平均液位并且將其與催化劑的基線平均液位相比較，來用于檢測導(dǎo)管206中的堵塞。第二種可以用來確定導(dǎo)管202堵塞的指示可以以反應(yīng)器202和再生器204的壓力和液位之間的互相關(guān)數(shù)為基礎(chǔ)，這是由于導(dǎo)管202的堵塞會改變該相關(guān)數(shù)。也就是說，可以確定反應(yīng)器202和再生器 206中的平均壓力和液位的基線互相關(guān)數(shù)，然后可以周期性地確定這些壓力和液位之間的互相關(guān)數(shù)(或者這些壓力和液位的平均值或其它統(tǒng)計(jì)測量值)，并且將其與基線值相比較， 同時互相關(guān)數(shù)的明顯變化指示出導(dǎo)管206的可能堵塞。而且，可以使用統(tǒng)計(jì)方法來檢測反應(yīng)器202中的催化劑流量問題或流量不穩(wěn)定性。具體地說，催化劑流量不穩(wěn)定性會導(dǎo)致較差的產(chǎn)品質(zhì)量，并且使催化劑進(jìn)入反應(yīng)器202的排出物中。由于可以理解的是流量不穩(wěn)定性會引起穿過催化劑閥222的差動壓力標(biāo)準(zhǔn)差的增加，所以以上狀況可以利用穿過再生催化劑閥222的差動壓力標(biāo)準(zhǔn)差來檢測到。還可以使用統(tǒng)計(jì)方法來檢測是否有不足的蒸汽流量進(jìn)入反應(yīng)器202，該不足蒸汽流量通常導(dǎo)致熱裂化以及焦炭形成。具體地說，檢測不足蒸汽流量從而糾正此問題減少了催化劑裂化并增加了熱裂化。不足蒸汽流量的存在可以通過監(jiān)控反應(yīng)器202中的平均溫度來檢測到。具體地說，反應(yīng)器平均溫度的增加表示存在不足蒸汽流量的問題。還可以使用統(tǒng)計(jì)方法來檢測反應(yīng)器202中的過熱分布，該過熱分布導(dǎo)致焦炭形成并因此堵塞反應(yīng)器202。過熱分布可以通過測量反應(yīng)器中多個點(diǎn)處的反應(yīng)器溫度來檢測到。 不均勻的溫度會引起反應(yīng)器202中的一些區(qū)域變得非常熱，這會導(dǎo)致反應(yīng)器中形成焦炭。 監(jiān)控這些溫度以及檢測與基線平均值或閾值相比具有非常高或非常低溫度(或者，非常高或非常低平均溫度)的區(qū)域均服從有關(guān)過熱分布的診斷。還可以使用統(tǒng)計(jì)方法來檢測反應(yīng)器202之后的排氣管中的熱裂化，該熱裂化也導(dǎo)致該部分FCC200中形成焦炭。這種狀況可以通過監(jiān)控排氣管與反應(yīng)容器之間的平均溫差來檢測到。如果該平均溫差變得大于某一閾值水平，例如華氏3度，那么在排氣管中有可能發(fā)生熱裂化。有三種實(shí)現(xiàn)這些統(tǒng)計(jì)方法和檢測的可能平臺。具體地說，這些狀況可以作為設(shè)置在FCC200的閥或變送器中的高級診斷塊的部分來檢測到，所述閥或變送器例如閥222、閥 208、溫度傳感器/變送器、液位傳感器/變送器、壓力傳感器/變送器等。具體地說，該診斷塊可以被訓(xùn)練成用于測試或確定系統(tǒng)處于健壯狀態(tài)時的基線壓力、溫度、液位以及差動壓力等，并且可以在建立基線值后監(jiān)控適當(dāng)壓力、溫度、液位以及差動壓力等的平均值。另一方面，可以使用變送器或具有簡單閾值邏輯的其它現(xiàn)場設(shè)備中的SPM塊來實(shí)現(xiàn)這種監(jiān)控以及檢測。也就是說，所述SPM塊可以監(jiān)控一或多個過程變量以確定這些變量的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差等，并且將這些統(tǒng)計(jì)測量值與預(yù)先建立的閾值(可以由用戶來設(shè)置或者可以基于在訓(xùn)練周期期間利用適當(dāng)過程變量的測量結(jié)果計(jì)算出的基線統(tǒng)計(jì)測量值來設(shè)置)進(jìn)行比較。而且，如果需要，在用戶界面設(shè)備或連接至現(xiàn)場設(shè)備的其它設(shè)備中運(yùn)行的主機(jī)級軟件，例如高級診斷塊管理器或?qū)＜蚁到y(tǒng)，可以用于設(shè)置并監(jiān)控正常以及異常壓力、溫度、液位和差動壓力，并且基于上述概念執(zhí)行異常情況檢測。諸如此處所圖示及描述的SPM或ADB塊的一些或所有塊均可以全部或部分地使用軟件、固件或硬件來實(shí)現(xiàn)。類似地，此處所描述的示例方法可以全部或部分地使用軟件、 固件或硬件來實(shí)現(xiàn)。如果至少部分地使用軟件程序來實(shí)現(xiàn)，那么所述程序可以被配置成由處理器來執(zhí)行，并且可以用存儲在有形介質(zhì)上的軟件指令來具體實(shí)現(xiàn)，所述有形介質(zhì)例如 CD-ROM、軟盤、硬驅(qū)動器、數(shù)字通用盤(DVD)或與處理器相關(guān)的內(nèi)存。不過，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易理解的是，作為替換地，全部程序或程序的部分可以利用除了處理器以外的設(shè)備來執(zhí)行，并且/或者以眾所周知的方式用固件和/或?qū)Ｓ糜布砭唧w實(shí)現(xiàn)。雖然此處已經(jīng)在附圖中示出并詳細(xì)描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是本發(fā)明易于進(jìn)行各種修改以及替換性構(gòu)造。不過，應(yīng)該理解的是，此處意圖并不在于將本公開內(nèi)容局限于所公開的具體形式，而是與之相反，本發(fā)明意在涵蓋落入由所附權(quán)利要求書限定的本公開的精神和范圍之內(nèi)的所有修改、替換結(jié)構(gòu)及等同物。
權(quán)利要求
1.一種用于處理加工廠中收集的數(shù)據(jù)的方法，包括使用第一組收集數(shù)據(jù)點(diǎn)以確定塊長度，從而用于計(jì)算所述收集數(shù)據(jù)的一或多項(xiàng)統(tǒng)計(jì)測量值，其包括確定所述第一組收集數(shù)據(jù)點(diǎn)的頻率成分， 利用所述頻率成分確定主系統(tǒng)時間常數(shù)，并且基于所述主系統(tǒng)時間常數(shù)設(shè)置所述塊長度；并且使用所述塊長度以確定若干數(shù)據(jù)點(diǎn)，從而用于計(jì)算所述收集數(shù)據(jù)的一或多項(xiàng)統(tǒng)計(jì)測量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定頻率成分的步驟包括對所述第一組收集數(shù)據(jù)點(diǎn)執(zhí)行傅立葉變換。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述設(shè)置所述塊長度的步驟包括將所述塊長度選為所述主系統(tǒng)時間常數(shù)的倍數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定主系統(tǒng)時間常數(shù)的步驟包括利用所述頻率成分確定角隅頻率以及將所述主系統(tǒng)時間常數(shù)確定為所述角隅頻率的系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在執(zhí)行測量以產(chǎn)生所述加工廠中收集數(shù)據(jù)的現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)，執(zhí)行所述使用第一組收集數(shù)據(jù)點(diǎn)以確定塊長度以及使用所述塊長度以確定所述若干數(shù)據(jù)點(diǎn)從而用于計(jì)算所述收集數(shù)據(jù)的一或多項(xiàng)統(tǒng)計(jì)測量值的步驟。
6.一種用于使加工廠內(nèi)收集的數(shù)據(jù)擬合到正弦波的方法，包括基于所述利用所述加工廠內(nèi)收集的所述數(shù)據(jù)確定出的過程參數(shù)的一或多項(xiàng)測量值，確定第一組正弦波參數(shù)；存儲產(chǎn)生一具有與其相關(guān)的第二組正弦波參數(shù)的線性表達(dá)式的所述正弦波的數(shù)學(xué)表達(dá)式的變量變換；利用所述加工廠內(nèi)收集的所述數(shù)據(jù)，使用所述變量變換以產(chǎn)生一組變換后數(shù)據(jù)點(diǎn)； 執(zhí)行線性回歸以使所述變換后數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合到所述線性表達(dá)式；并且基于所述線性回歸確定所述第二組正弦波參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一組正弦波參數(shù)包括偏移量和增益。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述確定所述第一組正弦波參數(shù)的步驟包括將所述偏移量確定為所述加工廠內(nèi)收集的所述數(shù)據(jù)的平均值以及基于所述加工廠內(nèi)收集的所述數(shù)據(jù)的最小值和最大值之間的差異確定所述增益。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第二組正弦波參數(shù)包括周期性頻率和相位。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述變量變換具有以下形式
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括應(yīng)用變量變換以產(chǎn)生另一包括所述偏移量和所述增益的線性表達(dá)式，將線性回歸應(yīng)用于所述另一線性表達(dá)式以確定所述偏移量和所述增益的新的一組值，以及基于所述偏移量和所述增益的所述新的一組值確定所述周期性頻率和所述相位的新的一組值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括迭代地確定所述正弦波偏移量、增益、周期性頻率和相位的值，直到所述正弦波偏移量、增益、周期性頻率和相位中的一或多項(xiàng)的所述變化值變得小于一或多項(xiàng)閾值為止。
13.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中在收集或測量所述加工廠內(nèi)收集的所述數(shù)據(jù)的設(shè)備內(nèi)，執(zhí)行所述確定第一組正弦波參數(shù)的步驟、所述使用變量變換的步驟、執(zhí)行線性回歸的步驟以及確定第二組正弦波參數(shù)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了對一或多種異常情況的檢測，其利用工廠內(nèi)統(tǒng)計(jì)過程監(jiān)控塊所做的對一或多項(xiàng)過程參數(shù)或變量測量的諸如平均值、中值、標(biāo)準(zhǔn)差之類的各種統(tǒng)計(jì)測量值來執(zhí)行。這種檢測在許多情況下通過利用專門的數(shù)據(jù)濾波器和數(shù)據(jù)處理技術(shù)而得到增強(qiáng)，這些技術(shù)被設(shè)計(jì)成在計(jì)算上簡單，從而能夠在具有有限處理能力的現(xiàn)場設(shè)備中被應(yīng)用于以高采樣速率收集到的數(shù)據(jù)。已增強(qiáng)的數(shù)據(jù)或測量可以用于提供更佳或更精確的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)測量值，可以用于修整數(shù)據(jù)以移除該數(shù)據(jù)的離群值，可以用于使該數(shù)據(jù)擬合到非線性函數(shù)，或者可以用于快速檢測諸如分裂蒸餾塔和流化床催化裂化器之類的特定工廠設(shè)備內(nèi)的各種異常情況的發(fā)生。
文檔編號G05B23/02GK102393735SQ201110349578
公開日2012年3月28日 申請日期2006年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月4日
發(fā)明者卡迪爾·卡瓦卡里歐盧 申請人:費(fèi)舍-柔斯芒特系統(tǒng)股份有限公司