利用非可靠通信的过程控制制造技术

公开了利用控制信号控制过程的方法和装置。执行控制例程的迭代以产生所述控制信号，当无法得到该控制信号的响应指示时，在该控制例程的一个或多个迭代期间保持该控制信号的反馈项。之后，一旦接收到该响应指示就修正该反馈项，其中根据所接收的响应指示与该响应指示的先前传送之间的耗用时间来确定该反馈项。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及过程控制系统，更具体地说，涉及过程控制系统中的无线和/ 或非周期控制通信的传输和处理。
技术介绍
过程控制系统，例如用于化学、石油或其它过程的分布式或可升级式过程控制系 统，通常包括一个或多个过程控制器，这些过程控制器通过模拟、数字或模拟/数字混合 总线，互相通信连接以及通信连接到至少一个主机或操作员工作站以及一个或多个现场设 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、压力和流速传感器)，它 们执行过程内的各功能，例如开启或关闭阀以及测量过程参数。过程控制器接收表示由现 场设备产生的过程测量值的信号和/或属于现场设备的其它信息，并使用该信息来实施控 制例程以产生控制信号，这些控制信号通过总线发送到现场设备以控制该过程的操作。来 自现场设备和控制器的信息通常可用于由操作员工作站所执行的一个或多个应用程序，以 使得操作员能够执行与过程有关的任何所需功能，例如查看过程的当前状态、修正过程的 操作等。一些过程控制系统，例如总部设在得克萨斯州的奥斯汀市的费舍-柔斯芒特系统 (Fisher Rosemount System)有限公司销售的DeltaV 系统，使用位于控制器中或其它现 场设备中、称为模块的功能块或功能块组来执行控制操作。在这些情况下，该控制器或其它 设备能够包括和执行一个或多个功能块或模块，这些功能块或模块的每一个接收来自(无 论是在相同设备内或在不同设备内的)其它功能块的输入和/或为这些其它功能块提供输 出，并执行一些过程操作，例如测量或检测过程参数、对设备进行控制、或者执行诸如实现 比例-微分-积分(PID)控制例程的控制操作例。过程控制系统内的不同功能块和模块通 常配置为(例如通过总线)互相通信以形成一个或多个过程控制回路。过程控制器通常被编程为对许多不同回路中的每一个执行不同算法、子例程或控 制回路(这些都是控制例程)，这些不同回路由过程所定义或包含在过程中，例如流量控制 回路、温度控制回路、压力控制回路等。一般说来，每个这样的控制回路包括一个或多个输 入块，例如模拟输入(Al)功能块；单输出控制块，例如比例-积分-微分(PID)或模糊逻辑 控制功能块；以及输出块，例如模拟输出(AO)功能块。控制例程以及实施这些例程的功能 块可根据许多控制技术进行配置，这些控制技术包括PID控制、模糊逻辑控制，以及诸如史密斯预测器(Smith Predictor)或者模型预测控制(MPC)的基于模型技术模型预测控制。为了支持例程的执行，典型的工厂或加工厂具有集中控制室，该集中控制室以可 通信方式连接到一个或多个过程控制器和过程I/O子系统，而这些过程控制器和过程I/O 子系统可与一个或多个现场设备连接。常规上，模拟现场设备通过两线或四线电流回路连 接到控制器，既用于信号传输又用于供电。发送信号到控制室的模拟现场设备(例如传感 器或变送器)调制流经电流回路的电流，使得该电流与测量到的过程变量成比例。另一方 面，在控制室的控制下执行操作的模拟现场设备由通过该回路的电流的强度来控制。近来，现场设备在用来传送模拟信号的电流环路上可以叠加数字数据。例如，高速 可寻址远程传感器(HART)协议使用回路电流强度来发送和接收模拟信号，并在电流回路 信号上叠加数字载波信号以实现与智能现场装置的双向现场通信。另一个通常被称作现场 总线的协议定义两个子协议，其中之一在对连接到网络的现场设备供电的同时支持以高达 每秒31. 25千比特的速率进行数据传送，另一个在不为现场设备提供电源的情况下支持以 高达每秒2. 5兆比特的速率进行数据传送。通过这些类型的通信协议，通常为全数字的智 能现场设备可以支持许多维护模式和增强功能，而这些维护模式和增强功能是以前的控制 系统所不能提供的。随着数据传送总量的增长，过程控制系统设计的一个特别重要的方面包括一种方 式，即现场设备可互相通信连接、并且可通信连接到控制器以及过程控制系统或加工厂内 的其它系统或设备的方式。通常，使得现场设备在过程控制系统中能够实现功能的各种通 信信道、链接和链路通常全部称作输入/输出(I/O)通信网络。用来实现I/O通信网络的通信网络拓扑和物理连接或链路可能对现场设备通信 的鲁棒性或完整性具有实质影响，尤其是在网络遭受不利的环境因素或苛刻的条件时。这 些因素和条件可能在一个或多个现场设备、控制器等之间的通信的完整性方面作出折衷。 控制器和现场设备之间的通信对这种中断尤其敏感，这是因为控制例程通常需要周期性地 更新用于每次例程迭代的过程变量。因此折衷的控制通信可能导致过程控制系统效率和/ 或收益下降，和对设备过多的磨损和损害，以及许多潜在有害故障。为了确保稳定的通信，在历史上过程控制系统中所用的I/O通信网络已经是硬布 线式的了。但是不幸地，硬布线网络带来许多复杂性、挑战和限制。例如，硬布线网络质量 可能随着时间的推移而下降。此外，硬布线I/O通信网络的安装通常是昂贵的，尤其是在该 I/O通信网络与分布在较大区域内的大型工业工厂或设施有关的情况下，例如，占用数英亩 土地的炼油厂或化学工厂。这些必需的长布线的运行通常包括大量人力、材料和费用，并可 能因为布线阻抗和电磁干扰而带来信号衰减的发生。因为这些和其它的原因，硬布线I/O 通信网络通常很难再配置、修正或更新。已经建议，可以使用无线I/O通信网络来降低一些与硬布线I/O网络有关的困难。 例如，名为“在分布式控制系统中为现场设备提供冗余无线访问的装置”的第2003/0043052 号美国专利申请公开了一种利用控制器和现场设备之间的无线通信来增强或补充对硬布 线通信使用的系统，其全文在此被引入作为参考。不幸的是，对于过程控制中的无线通信来说，电力消耗是另一个复杂因素。从I/O 网络上断开连接，现场设备可能需要提供它们自己的电源。因此，现场设备可由电池供电、 太阳能供电，或者窃取周围能量，例如振动、热量、压力等。对于这些设备，用于数据传输的能量消耗构成总能量消耗的相当大的一部分。实际上，对努力建立或维护无线连接的过程 中消耗的电能比由现场设备执行其它重要操作，例如感知或检测正被测量的过程变量所采 取的步骤的过程中消耗的电能更多。通常说来，由于对其它事情的可靠性考虑，对控制相关传输的无线通信的可靠性 受到限制。如上所述，现代过程控制依靠控制器和现场设备间的可靠数据通信以实现最优 控制级。此外，典型的控制器以很快的速率执行控制算法，从而快速更正过程中不必要的偏 差。但是，令人讨厌的环境因素或其它不利条件可能创建间歇性干扰，这妨碍或阻止对支持 这种控制算法的执行来说是必要的快速通信。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，公开了利用控制信号控制过程的方法。该方法包括执行 控制例程的迭代以产生所述控制信号的步骤。在无法得到所述控制信号的响应指示时，该 方法包括在所述控制例程的一个或多个迭代期间保持该控制信号的反馈项的步骤，以及一 接收到该响应指示就修正该反馈项的步骤。所述修正步骤包括根据所接收的响应指示与该 响应指示的先前传送之间的耗用时间来确定该反馈项的步骤。根据有些实例，所述反馈项是复位项。可替换地或附加地，所述反馈项是微分项。所述修正步骤进一步包括或者含有根据所接收的响应指示的接收次数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有过程变量的过程的过程控制系统，包括：现场设备，用于传送表示所述过程的过程变量的过程信号；和与所述现场设备通信的控制器，用于借助于所述过程信号接收所述过程变量的更新，并且生成所述过程的控制信号，所述控制器具有处理器和适于由所述处理器周期性执行的控制模块；其中所述现场设备基于所述过程变量的改变是否超过预定阈值，非周期性地无线传送所述过程信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：特瑞思·L·贝利文斯，陈德基，马克·J·尼克松，格雷戈里·K·麦克米伦，
申请(专利权)人：费舍柔斯芒特系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US