[发明专利]与多元统计分析一起用于过程中的故障检测和隔离及异常情况预防的统计特征

说明书

相关申请

本专利要求2005年10月14日提交的美国临时专利申请No.60/726,962的权益，在此将其全部内容合并作为参考以用作各种目的。

技术领域

本专利总体上涉及加工厂中的诊断和维护，具体涉及以减少或防止加工厂中异常情况的方式来提供加工厂中的预测诊断能力。

背景技术

过程控制系统，例如用于化学、石油或其它过程中的过程控制系统，一般包括一个或多个集中式或分布式过程控制器，这些过程控制器经由模拟、数字或模拟/数字混合总线，通信连接到至少一个主机或操作员工作站以及一个或更多个过程控制和仪器设备，例如现场设备等。现场设备可以是例如阀、阀门定位器、开关、变送器以及传感器(例如，温度、压力以及流速传感器)，它们设置于加工厂环境中并且在过程中执行各种功能，例如打开或关闭阀、测量过程参数、增加或降低流体流动等。智能现场设备，例如符合公知的FOUNDATION^TM现场总线(下文中称为Fieldbus)协议或HART协议的现场设备，还可以执行控制计算、警示功能以及通常在过程控制器中实现的其它控制功能。

通常设置于加工厂环境中的过程控制器，接收表示由现场设备产生或与现场设备有关的过程测量或过程变量的信号和/或属于现场设备的其它信息，并执行控制器应用程序。举例来说，该控制器应用程序实现不同的控制模块，这些控制模块根据接收到的信息进行过程控制决策、产生控制信号，并与处于诸如HART和Fieldbus现场设备之类的现场设备中的控制模块或控制块协调工作。过程控制器中的控制模块通过通信线路或信号通路发送控制信号到现场设备，从而控制过程的运行。

来自现场设备和过程控制器的信息通常可用于一个或更多其它硬件设备，例如操作员工作站、维护工作站、个人计算机、便携式设备、数据历史记录器、报告发生器、集中数据库等，以使操作员或维护人员能够执行与过程有关的所需功能，例如改变过程控制例程的设置、修改过程控制器或智能现场设备中控制模块的运行、查看过程或加工厂中特定设备的当前状态、查看由现场设备和过程控制器产生的警报、仿真过程的运行以培训人员或测试过程控制软件、诊断加工厂中的问题或硬件故障等。

一个典型的加工厂在具有连接到一个或更多过程控制器的许多过程控制和测量设备，例如阀、变送器、传感器等的同时，还有许多其它对于过程运行来说必需或相关的辅助设备。这些附加设备包括，例如电源设备、发电和配电设备、诸如涡轮、发电机之类的转动设备等，它们设置于一个典型工厂的多个地方。虽然这些附加设备不需要产生或使用过程变量，并且在许多情况下，会为了影响过程运行而不受过程控制器控制甚或不连接到过程控制器，但是对于过程的适当运行而言，这些设备不但是重要的而且最终是必需的。

已知的，问题经常出现在加工厂环境中，特别是出现在具有大量现场设备和辅助设备的加工厂中。这些问题可表现为使设备、逻辑部件出故障或失灵，例如处于不当模式的软件程序、进行了不适当调整的过程控制环、加工厂内设备之间通信的一个或更多故障等。这些或其它问题虽然实际上有多种，但是它们通常导致过程在通常与加工厂的次最优性能有关的异常状态下运行(即，加工厂处于异常状况)。

已开发许多诊断工具和应用程序，以便检测并且确定加工厂中的问题的原因，并且在问题已经发生并且被检测到时，帮助操作员或维护人员诊断和校正这些问题。例如，通常通过诸如直接或无线总线、以太网、调制解调器、电话线之类的通信连接连接到过程控制器的操作员工作站，具有适于运行软件或固件的处理器和存储器，例如由爱默生过程管理出售的Delta^TM和Ovation控制系统，这些系统包括众多控制模块和控制环诊断工具。同样地，可通过与控制器应用程序相同的通信连接或通过诸如用于过程控制的对象链接与嵌入技术OLE(OPC)连接、便携式连接之类的不同通信连接连接到诸如现场设备之类的过程控制设备的维护工作站，通常包括一个或更多应用程序，这些应用程序设计为查看由加工厂中的现场设备产生的维护警报和警示，以测试加工厂中的设备并执行对加工厂中的现场设备和其它设备的维护活动。已经开发了相似的诊断应用程序，以诊断加工厂中辅助设备的问题。