專利名稱：用于檢測(cè)加工廠中的故障的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容總地涉及過(guò)程控制系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，涉及用于監(jiān)控加工廠中的系統(tǒng)的技術(shù)。

背景技術(shù)：
過(guò)程控制系統(tǒng)，例如像化學(xué)、石油或其他過(guò)程中所使用的分布式或可擴(kuò)展的過(guò)程控制系統(tǒng)，通常包括一個(gè)或更多通過(guò)模擬總線、數(shù)字總線或模擬/數(shù)字相結(jié)合的總線以可通信方式彼此連接、連接至至少一個(gè)主機(jī)或操作員工作站以及連接至一個(gè)或更多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過(guò)程控制器。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以是例如閥、閥定位器、開關(guān)和變送器(例如溫度傳感器、壓力傳感器和流速傳感器)，并在過(guò)程中執(zhí)行諸如開啟或關(guān)閉閥以及測(cè)量過(guò)程參數(shù)之類的功能。過(guò)程控制器接收指示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所做的過(guò)程測(cè)量的信號(hào)，和/或關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的其它信息，利用這種信息執(zhí)行控制例行程序，而后生成通過(guò)總線發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以控制過(guò)程操作的控制信號(hào)。來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制器的信息通常可以用于一個(gè)或更多由操作員工作站執(zhí)行的應(yīng)用程序以使得操作員能夠執(zhí)行任何所需的關(guān)于該過(guò)程的功能，例如，查看該過(guò)程的當(dāng)前狀態(tài)、修改該過(guò)程的操作等等。
在過(guò)去，常規(guī)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備用于通過(guò)模擬總線或模擬線路向過(guò)程控制器發(fā)送和從過(guò)程控制器接收模擬(例如，4-20毫安)信號(hào)。這些4-20毫安信號(hào)實(shí)際上所受的限制在于它們指示由該設(shè)備所做的測(cè)量或者指示由需要用來(lái)控制該設(shè)備的操作的控制器生成的控制信號(hào)。然而，在過(guò)去的大約十年中，包括微處理器和存儲(chǔ)器的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在過(guò)程控制工業(yè)中已經(jīng)變得普遍。除了在過(guò)程內(nèi)執(zhí)行主要功能，智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還存儲(chǔ)關(guān)于該設(shè)備的數(shù)據(jù)，以數(shù)字或數(shù)字和模擬相結(jié)合的形式與控制器和/或其它設(shè)備進(jìn)行通信，并且執(zhí)行諸如自校準(zhǔn)、識(shí)別、診斷之類的次要任務(wù)。許多標(biāo)準(zhǔn)和開放智能設(shè)備通信協(xié)議，例如




以及CAN協(xié)議已經(jīng)發(fā)展成為使得由不同制造商制造的智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠在相同的過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一起使用。而且，由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)(Fieldbus Foundation)發(fā)布的所有數(shù)字兩線總線協(xié)議，稱為FOUNDATIONTMFieldbus(在下文中，“Fieldbus”)協(xié)議，利用位于不同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的功能塊，執(zhí)行先前在集中控制器中執(zhí)行的控制操作。在這種情況下，F(xiàn)ieldbus現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行一個(gè)或更多功能塊，每個(gè)功能塊從(或者在同一設(shè)備內(nèi)或者在不同設(shè)備內(nèi)的)其它功能塊接收輸入和/或向其它功能塊提供輸出，并且執(zhí)行某種過(guò)程控制操作，例如測(cè)量或檢測(cè)過(guò)程參數(shù)、控制設(shè)備或執(zhí)行控制操作，就像實(shí)現(xiàn)比例-積分-微分(PID)控制例行程序一樣。過(guò)程控制系統(tǒng)內(nèi)的不同功能塊被配置為(例如通過(guò)總線)彼此通信以形成一個(gè)或更多過(guò)程控制回路，過(guò)程控制回路的單個(gè)的操作被分布在整個(gè)過(guò)程中，從而被分散化。
來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和過(guò)程控制器的信息通常可用于一個(gè)或更多其他硬件設(shè)備，例如操作員工作站、維護(hù)工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備、數(shù)據(jù)歷史庫(kù)、報(bào)告生成器以及集中數(shù)據(jù)庫(kù)等等，以使得操作員或者維護(hù)人員能夠執(zhí)行所需的關(guān)于該過(guò)程的功能，例如，改變過(guò)程控制例行程序的設(shè)置，修改過(guò)程控制器或者智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)的控制模塊的操作，查看該過(guò)程的當(dāng)前狀態(tài)或者加工廠內(nèi)特定設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，查看現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和過(guò)程控制器生成的警報(bào)，為了培訓(xùn)人員或者測(cè)試過(guò)程控制軟件而對(duì)過(guò)程操作進(jìn)行仿真，以及診斷加工廠內(nèi)的問(wèn)題或者硬件故障等等。
雖然典型的加工廠具有眾多連接到一個(gè)或更多過(guò)程控制器的過(guò)程控制和儀表設(shè)備，例如閥、變送器、傳感器等等，但是也存在過(guò)程操作還必需的或者相關(guān)的許多其他支持設(shè)備。舉例來(lái)說(shuō)，這些附加設(shè)備包括位于典型工廠內(nèi)的眾多地方的供電裝置、發(fā)電和配電裝置、諸如汽輪機(jī)和馬達(dá)之類的旋轉(zhuǎn)裝置。雖然這些附加裝置并不一定產(chǎn)生或者使用過(guò)程變量，并且在多數(shù)情況下，也不會(huì)為了影響過(guò)程操作而受過(guò)程控制器控制或者甚至與其連接，但是這些裝置對(duì)于正確的過(guò)程操作而言是重要的，并且歸根結(jié)底是必需的。
眾所周知，加工廠環(huán)境內(nèi)時(shí)常出現(xiàn)問(wèn)題，特別是對(duì)于擁有大量現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和支持裝置的加工廠而言。這些問(wèn)題的形式可以是設(shè)備受損或者故障、諸如軟件例行程序這樣的邏輯元件處于不當(dāng)模式、過(guò)程控制回路被不正確的調(diào)整以及加工廠的設(shè)備之間的一個(gè)或者多個(gè)通信故障等等。這些和其它問(wèn)題，實(shí)際上是許多問(wèn)題，通常導(dǎo)致過(guò)程操作進(jìn)入異常狀態(tài)(即，加工廠處于異常狀況)，這些異常狀態(tài)通常與加工廠的非最佳性能有關(guān)。已經(jīng)有許多診斷工具和應(yīng)用程序被開發(fā)出來(lái)，用于在一旦出現(xiàn)并且檢測(cè)到問(wèn)題時(shí)，檢測(cè)和確定加工廠中問(wèn)題的原因，并且?guī)椭僮鲉T或者維護(hù)人員對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行診斷和校正。例如，典型地通過(guò)諸如直接或者無(wú)線總線、以太網(wǎng)、調(diào)制解調(diào)器、電話線之類的通信連接與過(guò)程控制器相連的操作員工作站，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(guò)程管理(Emerson ProcessManagement)出售的包括大量控制模塊和控制回路診斷工具的DeltaVTM和Ovation控制系統(tǒng)。同樣，通過(guò)與控制器應(yīng)用程序相同的通信連接，或者通過(guò)諸如OPC連接、手持連接之類的不同的通信連接，可以與諸如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之類的過(guò)程控制設(shè)備相連的維護(hù)工作站，通常包括一個(gè)或更多應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序被設(shè)計(jì)為查看由加工廠內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生成的維護(hù)警報(bào)和告警，測(cè)試加工廠內(nèi)的設(shè)備以及對(duì)加工廠內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和其他設(shè)備進(jìn)行維護(hù)活動(dòng)。類似的診斷應(yīng)用程序已經(jīng)被開發(fā)出來(lái)以用于對(duì)加工廠中支持裝置的問(wèn)題進(jìn)行診斷。
這樣，舉例來(lái)說(shuō)，由愛默生過(guò)程管理出售的AMSTM組智能設(shè)備管理器應(yīng)用程序(其中的至少一部分由專利號(hào)為5,960,214、標(biāo)題為“用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理系統(tǒng)的集成通信網(wǎng)絡(luò)(Integrated Communication Network for use in aField Device Management System)”的美國(guó)專利所公開)，使得能夠與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信并且保存與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)從而確定和跟蹤現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作狀態(tài)。在一些情況下，AMSTM應(yīng)用程序可以用來(lái)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信，以改變現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)的參數(shù)，以使得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自行運(yùn)行諸如自校準(zhǔn)例行程序或者自診斷例行程序之類的應(yīng)用程序，以獲取有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)或健康的信息，等等。舉例來(lái)說(shuō)，這種信息可以包括狀態(tài)信息(例如，是否發(fā)生了警報(bào)或者其他類似事件)、設(shè)備配置信息(例如，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備當(dāng)前所采用的或者可以被配置成的方式以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備所用的測(cè)量單元的類型)、設(shè)備參數(shù)(例如，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備范圍值和其他參數(shù))，等等。當(dāng)然，這種信息可以由維護(hù)人員用于監(jiān)控、維護(hù)、和/或診斷現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的問(wèn)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，或者其他任何已知的用于監(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)用程序。維護(hù)人員通常利用這些應(yīng)用程序來(lái)維護(hù)和檢查工廠中的旋轉(zhuǎn)裝置的性能，來(lái)確定旋轉(zhuǎn)裝置的問(wèn)題，以及來(lái)確定旋轉(zhuǎn)裝置是否和在什么時(shí)候需要修理或更換。類似地，許多加工廠包括電力控制和診斷應(yīng)用程序，例如由Liebert和ASCO公司提供的那些應(yīng)用程序，來(lái)控制和維護(hù)發(fā)電和配電裝置。已知的還有在加工廠內(nèi)運(yùn)行控制優(yōu)化應(yīng)用程序，例如實(shí)時(shí)優(yōu)化器(RTO+)來(lái)優(yōu)化加工廠中的控制活動(dòng)。這樣的優(yōu)化應(yīng)用程序通常使用復(fù)雜的算法和/或加工廠的模型，來(lái)預(yù)測(cè)可以怎樣改變輸入以優(yōu)化加工廠的關(guān)于所需的某種諸如效益之類的優(yōu)化變量的操作。
這些和其它診斷和優(yōu)化應(yīng)用程序通常在全系統(tǒng)基礎(chǔ)上在一個(gè)或者更多操作員或者維護(hù)工作站上實(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)的設(shè)備和裝置狀態(tài)的、預(yù)先配置的顯示。典型的顯示包括警報(bào)顯示，接收由加工廠內(nèi)的過(guò)程控制器或者其他設(shè)備生成的警報(bào)；控制顯示，指示加工廠內(nèi)的過(guò)程控制器和其他設(shè)備的操作狀態(tài)；維護(hù)顯示，指示加工廠內(nèi)設(shè)備的操作狀態(tài)，等等。同樣，這些和其它診斷應(yīng)用程序可以使得操作員或者維護(hù)人員能夠重新調(diào)整控制回路或者重置其他控制參數(shù)，從而在一臺(tái)或者更多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上運(yùn)行測(cè)試以確定這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，校準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者其他裝置，或者在加工廠的設(shè)備和裝置上進(jìn)行其他的問(wèn)題檢測(cè)和校正活動(dòng)。
雖然這些各種各樣的應(yīng)用程序和工具非常有助于識(shí)別和校正加工廠內(nèi)的問(wèn)題，但是這些診斷應(yīng)用程序通常被配置為僅僅在加工廠中已經(jīng)發(fā)生問(wèn)題后，也就是在工廠中已經(jīng)存在異常狀況后使用。不幸的是，在使用這些工具檢測(cè)、識(shí)別和校正異常狀況之前，異常狀況可能已經(jīng)存在了一段時(shí)間，這導(dǎo)致在問(wèn)題被檢測(cè)、識(shí)別和校正的時(shí)間段內(nèi)加工廠處于非最優(yōu)性能。在許多情況下，基于警報(bào)、告警或者加工廠的不良表現(xiàn)，控制操作員會(huì)首先檢測(cè)到問(wèn)題的存在。然后操作員會(huì)將潛在的問(wèn)題告知維護(hù)人員。維護(hù)人員可能會(huì)檢測(cè)到實(shí)際問(wèn)題，也可能檢測(cè)不到，并且在實(shí)際運(yùn)行測(cè)試或者其他診斷程序之前可能需要更多的提示；或者需要進(jìn)行其他活動(dòng)以識(shí)別實(shí)際問(wèn)題。一旦問(wèn)題被識(shí)別，維護(hù)人員可能會(huì)需要定購(gòu)零件并且安排維護(hù)程序，所有這些都可以導(dǎo)致在問(wèn)題發(fā)生和問(wèn)題得到校正之間需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間周期，而在這段時(shí)間中，加工廠運(yùn)行在通常與工廠的非最優(yōu)操作相關(guān)聯(lián)的異常狀況中。
另外，許多加工廠可能都經(jīng)歷過(guò)在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)就對(duì)加工廠造成相當(dāng)大的開銷或者破壞的異常狀況。例如，一些異常狀況可能導(dǎo)致對(duì)裝置的相當(dāng)大的破壞，對(duì)原料的浪費(fèi)，或者加工廠內(nèi)的長(zhǎng)時(shí)間意外停工，即使這些異常狀況僅僅存在了很短時(shí)間。這樣，僅僅在工廠的問(wèn)題發(fā)生之后才檢測(cè)問(wèn)題，無(wú)論問(wèn)題被校正得多快，都仍然可能導(dǎo)致加工廠里的相當(dāng)大的浪費(fèi)或者破壞。結(jié)果是，首先需要的是盡力預(yù)防異常狀況出現(xiàn)，而不是僅僅在異常狀況出現(xiàn)后才嘗試對(duì)加工廠里的問(wèn)題進(jìn)行反應(yīng)和校正。
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)的某些異常狀況實(shí)際出現(xiàn)之前就預(yù)測(cè)到這些異常狀況發(fā)生的技術(shù)，是出于采取措施來(lái)在加工廠里的任何重大損失發(fā)生之前阻止所預(yù)測(cè)到的異常狀況的目的。該程序由序列號(hào)為No.09/072,078，標(biāo)題為“根本原因診斷(Root Cause Diagnostics)”的美國(guó)專利申請(qǐng)(部分基于序列號(hào)為No.08/623,569的美國(guó)專利申請(qǐng)，現(xiàn)No.6,017,143的美國(guó)專利)所公開。這些申請(qǐng)所公開的全文通過(guò)引用并入本文中。一般而言，這些技術(shù)在加工廠里的一些諸如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之類的設(shè)備中的每一個(gè)中，設(shè)置統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集和處理塊或者統(tǒng)計(jì)處理監(jiān)控(SPM)塊。舉例來(lái)說(shuō)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集和處理塊收集過(guò)程變量數(shù)據(jù)，并且確定與所收集的數(shù)據(jù)相關(guān)的某些統(tǒng)計(jì)測(cè)量值，例如平均值、中值、標(biāo)準(zhǔn)差，等等。這些統(tǒng)計(jì)測(cè)量值然后可以被發(fā)送給用戶，并且被分析以識(shí)別暗示在未來(lái)會(huì)發(fā)生已知的異常狀況的模式。一旦檢測(cè)到特定的可疑未來(lái)異常狀況，就可以采取措施來(lái)校正潛在的問(wèn)題，從而首先避免異常狀況。
已經(jīng)開發(fā)出其他的技術(shù)來(lái)監(jiān)控和檢測(cè)加工廠中的問(wèn)題。其中一種這樣的技術(shù)被稱為統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(SPC)。SPC已經(jīng)用來(lái)監(jiān)控與過(guò)程相關(guān)的諸如質(zhì)量變量之類的變量，并且在檢測(cè)到質(zhì)量變量已經(jīng)偏離其統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候用標(biāo)志通知操作員。利用SPC，一個(gè)諸如關(guān)鍵質(zhì)量變量之類的變量的小樣本被用作生成該小樣本的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。然后該小樣本的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)于該變量的一個(gè)大的多的樣本的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比較。變量可以由實(shí)驗(yàn)室或者分析器生成，或者從數(shù)據(jù)歷史庫(kù)中檢索到。當(dāng)小樣本的平均偏差或者標(biāo)準(zhǔn)偏差分別偏離大樣本的平均偏差或者標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到某個(gè)預(yù)定值時(shí)，生成SPC警報(bào)。SPC的意圖在于避免基于小樣本的正常統(tǒng)計(jì)偏差進(jìn)行過(guò)程調(diào)整。小樣本的平均偏差或標(biāo)準(zhǔn)偏差的圖表可以在與操作控制臺(tái)分離的控制臺(tái)上向操作員顯示。
另一對(duì)多個(gè)變量進(jìn)行分析的技術(shù)是被稱為多變量統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制(MSPC)的技術(shù)。這種技術(shù)使用主成份分析(PCA)和潛在結(jié)構(gòu)投影法(PLS)這樣的算法，這些算法分析歷史數(shù)據(jù)以產(chǎn)生過(guò)程的統(tǒng)計(jì)模型。特別地，分析對(duì)應(yīng)于正常操作的變量的樣本和對(duì)應(yīng)于異常操作的變量的樣本，以創(chuàng)建模型來(lái)確定何時(shí)應(yīng)該生成警報(bào)。一旦模型被定義，與當(dāng)前過(guò)程對(duì)應(yīng)的變量可以提供給該模型，如果變量指示存在異常操作，則該模型可以生成警報(bào)。
利用基于模型的性能監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)，諸如基于相關(guān)性的模型或者第一規(guī)則模型之類的將過(guò)程輸入關(guān)聯(lián)到過(guò)程輸出的模型被使用?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)部調(diào)整常數(shù)或者偏項(xiàng)來(lái)將模型校準(zhǔn)到實(shí)際的工廠操作。該模型可以用來(lái)預(yù)測(cè)過(guò)程什么時(shí)候進(jìn)入到異常區(qū)域，并且警告操作員采取行動(dòng)。可以在實(shí)際行為與預(yù)測(cè)行為相比存在很大的偏差或者在計(jì)算出的效率參數(shù)發(fā)生大的變化的時(shí)候生成警報(bào)?；谀Ｐ偷男阅鼙O(jiān)控系統(tǒng)通常覆蓋小到單個(gè)單元操作(例如泵浦、壓縮機(jī)、加熱機(jī)或者塔等等)或者是構(gòu)成過(guò)程單元的組合操作(例如粗加工單元、流化床催化裂化單元(FCCU)或者重整器等)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了可以使得容易檢測(cè)加工廠中的異常操作的示例方法和系統(tǒng)。一般而言，可以分析多個(gè)過(guò)程變量的值以確定是否存在與該加工廠相關(guān)的多個(gè)故障中的任何故障。如果檢測(cè)到一個(gè)或更多故障，則可以生成一個(gè)或更多指示。分析所述多個(gè)過(guò)程變量的值可以包括使用系數(shù)矩陣?？梢曰谂c故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成該系數(shù)矩陣。例如，可以由仿真系統(tǒng)或由可仿真或模擬故障的發(fā)生的模型利用過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成該系數(shù)矩陣。當(dāng)然，也可以用實(shí)際過(guò)程變量數(shù)據(jù)而不是由仿真系統(tǒng)或由模型生成的數(shù)據(jù)來(lái)生成該系數(shù)矩陣。
在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于使得容易檢測(cè)加工廠中的過(guò)程的異常操作的方法包括接收過(guò)程變量數(shù)據(jù)?？梢允褂眠^(guò)程變量數(shù)據(jù)和系數(shù)矩陣生成故障觀測(cè)向量。該故障觀測(cè)向量可以用于確定是否存在該過(guò)程的異常操作。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一種用于使得容易檢測(cè)加工廠中的過(guò)程的異常操作的系統(tǒng)可以包括接收系數(shù)矩陣和過(guò)程變量數(shù)據(jù)的故障觀測(cè)向量生成器。該系統(tǒng)還可以包括被連接到該故障觀測(cè)向量生成器的異常操作檢測(cè)系統(tǒng)。該異常操作檢測(cè)系統(tǒng)可以基于由故障觀測(cè)向量生成器生成的故障觀測(cè)向量檢測(cè)該加工廠的異常操作。
在另一方面，一種用于配置加工廠的異常操作檢測(cè)系統(tǒng)的方法包括接收與過(guò)程系統(tǒng)的故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)?？梢曰诘谝贿^(guò)程變量數(shù)據(jù)生成過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣。同樣，可以生成與該過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣相對(duì)應(yīng)的故障矩陣。另外，可以利用該過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣和該故障矩陣生成系數(shù)矩陣。然后可以由異常操作檢測(cè)系統(tǒng)利用該系數(shù)矩陣來(lái)基于由該異常操作檢測(cè)系統(tǒng)接收到的過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成故障的指示。
在另一實(shí)施例中，一種用于使得容易檢測(cè)加工廠中過(guò)程的異常操作的系統(tǒng)包括至少一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和至少一個(gè)被連接到所述至少一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的處理器。該處理器可以根據(jù)存儲(chǔ)在所述至少一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的可執(zhí)行指令被配置以利用過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣和故障矩陣生成系數(shù)矩陣。可以由異常操作檢測(cè)系統(tǒng)利用該系數(shù)矩陣以基于由該異常操作檢測(cè)系統(tǒng)接收到的過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成故障的指示。



圖1為示例加工廠的框圖，其中該加加工廠具有包括一個(gè)或更多操作員和維護(hù)工作站、控制器、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和支持裝置的分布式控制和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)； 圖2為圖1的加工廠的一部分的框圖，圖示說(shuō)明異常狀況預(yù)防系統(tǒng)的位于加工廠的不同元件內(nèi)的各種組件之間的通信互連； 圖3為可以確定加工廠中是否存在一個(gè)或更多故障的示例異常操作檢測(cè)(AOD)系統(tǒng)的框圖； 圖4為用于確定加工廠中是否存在一個(gè)或更多故障的示例方法的流程圖； 圖5為圖3的系數(shù)矩陣生成器的操作的示例方法的流程圖； 圖6為圖3的故障觀測(cè)向量生成器和故障檢測(cè)器的操作的示例方法的流程圖； 圖7為可以與諸如圖3的AOD系統(tǒng)之類的AOD系統(tǒng)一起使用的示例過(guò)程控制系統(tǒng)的框圖； 圖8為Fieldbus系統(tǒng)中的諸如圖3的AOD系統(tǒng)之類的AOD系統(tǒng)的示例實(shí)現(xiàn)的框圖； 圖9是描繪了連接在另一加工廠內(nèi)以使得容易實(shí)現(xiàn)一個(gè)或更多AOD系統(tǒng)的接口設(shè)備的示圖；和 圖10是描繪了連接在又一加工廠內(nèi)以使得容易實(shí)現(xiàn)一個(gè)或更多AOD系統(tǒng)的接口設(shè)備的示圖。

具體實(shí)施例方式 現(xiàn)在參考圖1，可以實(shí)現(xiàn)異常狀況預(yù)防系統(tǒng)的示例加工廠10，包括通過(guò)一個(gè)或更多通信網(wǎng)絡(luò)與支持裝置互連在一起的若干控制和維護(hù)系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，圖1的加工廠10包括一個(gè)或更多過(guò)程控制系統(tǒng)12和14。過(guò)程控制系統(tǒng)12可以是諸如PROVOX或者RS3系統(tǒng)之類的傳統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)，或者可以是其他任何包括操作員接口12A的控制系統(tǒng)，該操作員接口12A連接至控制器12B和輸入/輸出(I/O)卡12C，而I/O卡12C又連接至諸如模擬和高速可尋址遠(yuǎn)程傳感器(HART)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15之類的各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。可以是分布式過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)程控制系統(tǒng)14，包括一個(gè)或更多通過(guò)諸如以太網(wǎng)總線之類的總線連接至一個(gè)或更多分布式控制器14B的操作員接口14A?？刂破?4B可以是例如德克薩斯州奧斯汀市的愛默生過(guò)程管理所出售的DeltaVTM控制器，或者可以是其他任何所需要類型的控制器?？刂破?4B通過(guò)I/O設(shè)備連接到一個(gè)或更多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備16，舉例來(lái)說(shuō)，這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以是HART或者Fieldbus現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，或者可以是其他任何智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或非智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，包括例如那些采用PROFIBUS

，WORLDFIP

，Device-Net

，AS-Interface和CAN協(xié)議中的任一個(gè)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。眾所周知，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備16可以向與過(guò)程變量以及其他設(shè)備信息相關(guān)的控制器14B提供模擬或數(shù)字信息。操作員接口14A可以存儲(chǔ)和運(yùn)行過(guò)程控制操作員可用的工具17和19，用以控制包括例如控制優(yōu)化器、診斷專家、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、調(diào)整器等等的過(guò)程的操作。
更進(jìn)一步，諸如執(zhí)行AMSTM組智能設(shè)備管理器應(yīng)用程序或者其他任何設(shè)備監(jiān)控和通信應(yīng)用程序的計(jì)算機(jī)的維護(hù)系統(tǒng)，可連接到過(guò)程控制系統(tǒng)12和14或連接到其中的獨(dú)立設(shè)備來(lái)執(zhí)行維護(hù)和監(jiān)控活動(dòng)。例如，維護(hù)計(jì)算機(jī)18可通過(guò)任意所需的通信線路或者網(wǎng)絡(luò)(包括無(wú)線或者手持設(shè)備網(wǎng)絡(luò))連接到控制器12B和/或設(shè)備15，來(lái)與設(shè)備15通信，并且在某些情況下重新配置或者執(zhí)行設(shè)備15上的其他維護(hù)活動(dòng)。類似地，諸如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(guò)程控制系統(tǒng)14相關(guān)的一個(gè)或更多用戶接口14A上并在之上運(yùn)行，來(lái)執(zhí)行維護(hù)和監(jiān)控功能，包括與設(shè)備16的操作狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)收集。
加工廠10還包括各種旋轉(zhuǎn)裝置20，例如汽輪機(jī)、馬達(dá)等等，這些旋轉(zhuǎn)裝置通過(guò)一些永久性或者暫時(shí)性通信鏈路(例如總線、無(wú)線通信系統(tǒng)，或者連接到裝置20以進(jìn)行讀取然后被移除的手持設(shè)備)連接到維護(hù)計(jì)算機(jī)22。維護(hù)計(jì)算機(jī)22可以存儲(chǔ)和執(zhí)行已知的、由例如CSI(愛默生過(guò)程管理公司)提供的監(jiān)控和診斷應(yīng)用程序23，或者其他任何用于診斷、監(jiān)控和優(yōu)化旋轉(zhuǎn)裝置20的操作狀態(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(lái)維護(hù)和查看工廠10中的旋轉(zhuǎn)裝置20的性能，以確定旋轉(zhuǎn)裝置20的問(wèn)題，并確定是否以及何時(shí)必須修理或者更換旋轉(zhuǎn)裝置20。在一些情況下，外部顧問(wèn)或者服務(wù)組織可以臨時(shí)獲取或者測(cè)量關(guān)于裝置20的數(shù)據(jù)，并且利用這些數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)裝置20進(jìn)行分析以檢測(cè)問(wèn)題、不良性能或者其他影響裝置20的問(wèn)題。在這些情況下，運(yùn)行這種分析的計(jì)算機(jī)可能未通過(guò)任何通信線路連接到系統(tǒng)10的其他部分，或者可能只是臨時(shí)連接。
類似地，具有與工廠10相關(guān)的發(fā)電和配電裝置25的發(fā)電和配電系統(tǒng)24，通過(guò)例如總線連接到另一計(jì)算機(jī)26，計(jì)算機(jī)26運(yùn)行和查看工廠10內(nèi)的發(fā)電和配電裝置25的操作。計(jì)算機(jī)26可以運(yùn)行已知的電力控制和診斷應(yīng)用程序27，例如諸如由Liebert和ASCO或者其他公司提供的那些應(yīng)用程序之類的應(yīng)用程序來(lái)控制和維護(hù)發(fā)電和配電裝置25。再者，在許多情況下，外部顧問(wèn)或者服務(wù)組織可以使用服務(wù)應(yīng)用程序，該服務(wù)應(yīng)用程序臨時(shí)獲取或者測(cè)量關(guān)于裝置25的數(shù)據(jù)，并且利用這些數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)裝置25進(jìn)行分析以檢測(cè)問(wèn)題、不良性能或者其他影響裝置25的問(wèn)題。在這些情況下，運(yùn)行這種分析的計(jì)算機(jī)(例如計(jì)算機(jī)26)可能未通過(guò)任何通信線路連接到系統(tǒng)10的其他部分，或者可能只是臨時(shí)連接。
如圖1所示，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)30實(shí)現(xiàn)了異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35的至少一部分，具體地說(shuō)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)30存儲(chǔ)和實(shí)現(xiàn)配置應(yīng)用程序38以及可選地，存儲(chǔ)和實(shí)現(xiàn)異常操作檢測(cè)系統(tǒng)42，這將在下面更加詳細(xì)地描述。另外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)30可以實(shí)現(xiàn)告警/警報(bào)應(yīng)用程序43。此外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)30可以實(shí)現(xiàn)用于仿真加工廠10中的一個(gè)或更多系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)44。
一般來(lái)說(shuō)，異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35可以與可選地位于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備15和16、控制器12B和14B、旋轉(zhuǎn)裝置20或者其支持計(jì)算機(jī)22、發(fā)電裝置25或者其支持計(jì)算機(jī)26以及加工廠10內(nèi)所需的其它任何設(shè)備和裝置中的異常操作檢測(cè)系統(tǒng)(未在圖1中示出)，和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)30中的異常操作檢測(cè)系統(tǒng)42進(jìn)行通信，來(lái)配置這些異常操作檢測(cè)系統(tǒng)中的每一個(gè)并且接收關(guān)于它們正在監(jiān)控的設(shè)備或子系統(tǒng)的操作的信息。異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35可以通過(guò)硬布線總線45與工廠10內(nèi)的至少一些計(jì)算機(jī)或者設(shè)備中的每一個(gè)以可通信方式相連，或者可替換地，可以通過(guò)其他任何所需的通信連接，例如包括無(wú)線連接、使用OPC的專用連接、諸如依靠手持設(shè)備來(lái)收集數(shù)據(jù)的連接之類的斷續(xù)連接等等，被連接。同樣，異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35可以通過(guò)LAN或者諸如因特網(wǎng)、電話連接等等之類的公共連接(在圖1中示為因特網(wǎng)連接46)來(lái)獲得關(guān)于加工廠10中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和裝置的數(shù)據(jù)，而這種數(shù)據(jù)由例如第三方服務(wù)提供商收集。此外，異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35可以通過(guò)包括例如以太網(wǎng)、Modbus、HTML、XML、私有技術(shù)/協(xié)議等等在內(nèi)的各種技術(shù)和/或協(xié)議以可通信方式連接至工廠10內(nèi)的計(jì)算機(jī)/設(shè)備。因此，雖然這里描述了使用OPC以可通信方式將異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35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)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，也能夠使用其它各種將異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35連接至工廠10中的計(jì)算機(jī)/設(shè)備的方法。
圖2示出圖1的示例加工廠10的一部分50，以描述由異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35和/或告警/警報(bào)應(yīng)用程序43可以與示例加工廠10的部分50中的各種設(shè)備進(jìn)行通信所采用的一種方式。雖然圖2示出了異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35與位于HART和Fieldbus現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的一個(gè)或更多異常操作檢測(cè)系統(tǒng)之間的通信，但是應(yīng)該理解的是，類似的通信可以出現(xiàn)在異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35和加工廠10內(nèi)的包括圖1所示的任何設(shè)備和裝置在內(nèi)的其它設(shè)備和裝置之間。
圖2中示出的加工廠10的一部分50，包括具有一個(gè)或更多過(guò)程控制器60的分布式過(guò)程控制系統(tǒng)54，過(guò)程控制器60通過(guò)輸入/輸出(I/O)卡或者設(shè)備68和70連接到一個(gè)或更多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66，所述I/O卡或者設(shè)備68和70可以是符合任意所需通信或控制器協(xié)議的任意所需類型的I/O設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64被圖示為HART現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，而現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備66被圖示為Fieldbus現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，盡管這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可采用其他任何所需的通信協(xié)議。另外，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66中的每一個(gè)可以是任意類型的設(shè)備，例如傳感器、閥、變送器、定位器等等，并且可以符合任何需要的開放的、私有的或者其他通信和編程協(xié)議，可以理解的是，I/O設(shè)備68和70必須與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66所使用的所需的協(xié)議相兼容。
在任何情況中，一個(gè)或更多可以由諸如配置工程師、過(guò)程控制操作員、維護(hù)人員、工廠管理者、監(jiān)督者之類的工廠人員訪問(wèn)的用戶接口或計(jì)算機(jī)72和74(可以是任何類型的個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站等等)通過(guò)通信線路或總線76連接到過(guò)程控制器60，通信線路或總線76可以通過(guò)采用任何所需的硬布線或者無(wú)線通信結(jié)構(gòu)并采用任何所需的或者合適的諸如以太網(wǎng)協(xié)議之類的通信協(xié)議來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。另外，數(shù)據(jù)庫(kù)78可以連接到通信總線76，以作為數(shù)據(jù)歷史庫(kù)進(jìn)行工作來(lái)收集和存儲(chǔ)配置信息以及在線過(guò)程變量數(shù)據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及其他與加工廠10內(nèi)的過(guò)程控制器60和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66相關(guān)的數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)庫(kù)78可以作為配置數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行工作來(lái)存儲(chǔ)當(dāng)前配置，包括過(guò)程配置模塊以及過(guò)程控制系統(tǒng)54的下載并存儲(chǔ)到過(guò)程控制器60和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66內(nèi)的控制配置信息。同樣，數(shù)據(jù)庫(kù)78可以存儲(chǔ)歷史異常狀況預(yù)防數(shù)據(jù)，包括由加工廠10內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66收集的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66收集的過(guò)程變量所確定的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及下面將要描述的其它類型的數(shù)據(jù)。
雖然過(guò)程控制器60、I/O設(shè)備68和70以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66通常向下安裝并分布在有時(shí)惡劣的整個(gè)工廠環(huán)境中，但是工作站70和74以及數(shù)據(jù)庫(kù)78通常安裝在控制室、維護(hù)室或者其他可以被操作員、維護(hù)人員等容易訪問(wèn)的不太惡劣的環(huán)境中。
一般來(lái)說(shuō)，過(guò)程控制器60存儲(chǔ)并執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)控制器應(yīng)用程序，所述控制器應(yīng)用程序采用若干不同的、獨(dú)立執(zhí)行的控制模塊或塊實(shí)現(xiàn)控制策略。每個(gè)控制模塊可以由通常稱為功能塊的塊組成，其中每個(gè)功能塊是整個(gè)控制例行程序的一部分或者子例行程序，并且與其他功能塊(通過(guò)被稱為鏈路的通信)協(xié)力工作來(lái)實(shí)現(xiàn)加工廠10內(nèi)的過(guò)程控制回路。眾所周知，可以作為面向?qū)ο缶幊虆f(xié)議中的對(duì)象的功能塊，通常進(jìn)行下述功能中的一種，以執(zhí)行加工廠10內(nèi)的某種物理功能輸入功能，例如那些與變送器、傳感器或者其他過(guò)程參數(shù)測(cè)量設(shè)備相關(guān)的功能；控制功能，例如那些與執(zhí)行PID控制、模糊邏輯等控制的控制例行程序相關(guān)的功能；或者輸出功能，其控制諸如閥之類的某種設(shè)備的操作。當(dāng)然，也存在混合的和其他類型的復(fù)雜功能塊，例如模型預(yù)測(cè)控制器(MPC)、優(yōu)化器等等?？梢岳斫獾氖?，雖然Fieldbus協(xié)議和DeltaVTM系統(tǒng)協(xié)議采用在面向?qū)ο缶幊虆f(xié)議中所設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的控制模塊和功能塊，但是控制模塊可以采用任何所需的控制編程方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如順序功能塊、梯形邏輯等等，并且不限于采用功能塊或者其他任何特定的編程技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)。
如圖2所示，維護(hù)工作站74包括處理器74A、存儲(chǔ)器74B和顯示設(shè)備74C。存儲(chǔ)器74B存儲(chǔ)參照?qǐng)D1討論過(guò)的異常狀況預(yù)防應(yīng)用程序35以及告警/警報(bào)應(yīng)用程序43，其存儲(chǔ)方式為這些應(yīng)用程序能夠在處理器74A上實(shí)現(xiàn)以通過(guò)顯示器74C(或者其他任何顯示設(shè)備，例如打印機(jī))向用戶提供信息。
存儲(chǔ)器74B還可以存儲(chǔ)參照?qǐng)D1討論過(guò)的仿真應(yīng)用程序44，其存儲(chǔ)方式為仿真應(yīng)用程序44能夠在處理74A上實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66中的一個(gè)或更多中的每一個(gè)可以包括存儲(chǔ)器(未示出)，用以存儲(chǔ)諸如用于實(shí)現(xiàn)關(guān)于一個(gè)或更多由傳感設(shè)備檢測(cè)到的過(guò)程變量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集的例行程序和/或用于異常操作檢測(cè)的例行程序，這將在下面進(jìn)行描述?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66中的一個(gè)或更多中的每一個(gè)還可以包括處理器(未示出)，該處理器執(zhí)行諸如用于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集的例行程序和/或用于異常操作檢測(cè)的例行程序之類的例行程序。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)收集和/或異常操作檢測(cè)不需要由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。而是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，這樣的系統(tǒng)可以由一個(gè)或更多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和/或其它設(shè)備內(nèi)的軟件、固件和/或硬件的任何結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
如圖2所示，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64或66中的一些(以及潛在的是所有)包括異常操作檢測(cè)塊80和82，將在下面對(duì)其進(jìn)行更詳細(xì)的描述。盡管圖2中的塊80和82被圖示為位于設(shè)備64中的一個(gè)和位于設(shè)備66中的一個(gè)，但是這些或者類似的塊可以位于任意數(shù)目的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備64和66中，或者可以位于其他設(shè)備中，例如控制器60、I/O設(shè)備68、70或者圖1中所示的任何設(shè)備中。另外，塊80和82可以在設(shè)備64和66的任何子集中。
一般來(lái)說(shuō)，塊80和82或者這些塊的子元件，收集來(lái)自它們所處設(shè)備的數(shù)據(jù)和/或來(lái)自其它設(shè)備的數(shù)據(jù)，例如過(guò)程變量數(shù)據(jù)。另外，塊80和82或這些塊的子元件可以基于任何數(shù)量的理由對(duì)變量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對(duì)這種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。例如，圖示為與閥相關(guān)的塊80，可以包括阻塞閥檢測(cè)例行程序，其分析閥過(guò)程變量數(shù)據(jù)以判斷閥是否處于阻塞狀態(tài)。另外，塊80可以包括一組一個(gè)或更多統(tǒng)計(jì)過(guò)程監(jiān)控(SPM)塊或者單元，例如，塊SPM1到SPM4，其可以收集閥內(nèi)的過(guò)程變量或者其他數(shù)據(jù)，并且對(duì)所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行一種或更多種統(tǒng)計(jì)計(jì)算來(lái)確定所收集數(shù)據(jù)的例如均值、中值以及標(biāo)準(zhǔn)差、均方根(RMS)、變化率、范圍、最小值、最大值等等和/或來(lái)檢測(cè)所收集數(shù)據(jù)中的諸如漂移、偏差、噪聲、尖峰等等之類的事件。所生成的具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及生成其所用的方法都不是重要的。因此，除了或者替代上述具體類型，能夠生成不同類型的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。另外，各種技術(shù)，包括已知技術(shù)，能夠用于生成這種數(shù)據(jù)。術(shù)語(yǔ)統(tǒng)計(jì)過(guò)程監(jiān)控(SPM)塊在此處用于描述對(duì)至少一個(gè)過(guò)程變量或者其他過(guò)程參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過(guò)程監(jiān)控的功能，并且可以由要收集數(shù)據(jù)的設(shè)備中或者甚至設(shè)備外的任何所需的軟件、固件或者硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢岳斫獾氖?，由于SPM通常位于要收集設(shè)備數(shù)據(jù)的設(shè)備中，所以SPM可以獲得數(shù)量上更多和質(zhì)量上更精確的過(guò)程變量數(shù)據(jù)。結(jié)果是，相對(duì)于位于要收集過(guò)程變量數(shù)據(jù)的設(shè)備之外的塊，SPM塊通常能夠確定關(guān)于所收集的過(guò)程變量數(shù)據(jù)的更好的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。
可以理解的是，雖然圖2中塊82和82示出為包括SPM塊，但是SPM塊也可以代之以是與塊80和82分離的獨(dú)立塊，并且可以與相應(yīng)的塊80和82位于相同的設(shè)備中或可以位于不同的設(shè)備中。在此討論的SPM塊可以包括已知的基礎(chǔ)(Foundation)Fieldbus SPM塊或者與已知的FoundationFieldbus SPM塊相比具有不同能力或附加能力的SPM塊。術(shù)語(yǔ)統(tǒng)計(jì)過(guò)程監(jiān)控(SPM)塊在此處用作表示任意類型的塊或元件，這些塊或組件收集諸如過(guò)程變量數(shù)據(jù)之類的數(shù)據(jù)，并且對(duì)這種數(shù)據(jù)進(jìn)行一些統(tǒng)計(jì)處理以確定統(tǒng)計(jì)量，例如均值、標(biāo)準(zhǔn)差等。結(jié)果是，這個(gè)術(shù)語(yǔ)傾向于覆蓋執(zhí)行這種功能的軟件、固件、硬件和/或其他元件，不管這些元件是采取功能塊形式還是采取其他類型的模塊、程序、例行程序或者元件的形式，也不管這些元件是否符合Foundation Fieldbus協(xié)議或者其它某種協(xié)議，例如Profibus、HART、CAN等協(xié)議。如果需要，塊50的下層操作可以按照作為參考合并于此的美國(guó)專利No.6,017,143的至少部分描述來(lái)執(zhí)行或者實(shí)現(xiàn)。
可以理解的是，雖然圖2中塊82和82被示為包括SPM塊，但是SPM塊并不需要塊80和82。例如，塊80和82的異常操作檢測(cè)例行程序能夠利用沒(méi)有被SPM塊處理過(guò)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)進(jìn)行工作。作為另一示例，塊80和82能夠各自接收位于其它設(shè)備中的一個(gè)或更多SPM塊提供的數(shù)據(jù)，并根據(jù)這種數(shù)據(jù)進(jìn)行工作。作為又一示例，過(guò)程變量數(shù)據(jù)能夠以一種并非由許多典型SPM塊提供的方式進(jìn)行處理。只是作為一個(gè)示例，過(guò)程變量數(shù)據(jù)能夠由諸如帶通濾波器之類的有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器或無(wú)限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器或其它某種類型的濾波器進(jìn)行濾波。作為另一示例，過(guò)程變量數(shù)據(jù)能夠被修整以便它保持在特定的范圍內(nèi)。當(dāng)然，已知的SPM塊能夠被修改以提供這樣的不同處理功能或附加處理功能。
圖2中示為與變送器相關(guān)聯(lián)的塊82，可以具有堵塞線路檢測(cè)單元，該單元分析由變送器收集的過(guò)程變量數(shù)據(jù)來(lái)確定工廠內(nèi)的線路是否堵塞。另外，塊82可以包括一個(gè)或更多SPM塊或單元，例如塊SPM1到SPM4，它們可以收集變送器內(nèi)的過(guò)程變量或者其他數(shù)據(jù)，并且對(duì)所收集數(shù)據(jù)進(jìn)行一種或更多種統(tǒng)計(jì)計(jì)算來(lái)確定所收集數(shù)據(jù)的例如均值、中值或者標(biāo)準(zhǔn)差等等。盡管塊82和82示為各具有四個(gè)SPM塊，但是塊80和82可以在其中具有其它任意數(shù)目的SPM塊來(lái)收集和確定統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
異常操作檢測(cè)(AOD)系統(tǒng)概述 圖3為能夠在圖2的異常操作檢測(cè)塊80和82中使用的示例異常操作檢測(cè)(AOD)系統(tǒng)100的框圖。AOD系統(tǒng)100可以包括連接至故障觀測(cè)向量生成器108的系數(shù)矩陣生成器104。系數(shù)矩陣生成器104接收與加工廠中的已知的或假定的故障的發(fā)生(例如異常事件、異常操作、異常狀況等等)相對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)。另外，系數(shù)矩陣生成器104接收與接收到的過(guò)程變量數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的故障的指示。一般而言，故障的指示提供有關(guān)接收到的過(guò)程變量數(shù)據(jù)中的哪一個(gè)與故障中的哪一個(gè)相對(duì)應(yīng)的信息。接收到的過(guò)程變量數(shù)據(jù)還可以包括與已知的或假定的故障中所有的不存在相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。系數(shù)矩陣生成器104基于接收到的信息生成系數(shù)矩陣，并且，正如隨后將更加詳細(xì)描述的那樣，系數(shù)矩陣可以應(yīng)用于過(guò)程變量數(shù)據(jù)以幫助確定是否存在故障中的一個(gè)或更多。
正如隨后將更加詳細(xì)討論的，由系數(shù)矩陣生成器104接收的過(guò)程變量數(shù)據(jù)可以包括由加工廠中的設(shè)備生成的數(shù)據(jù)。例如，與已知的或假定的故障相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)能夠從數(shù)據(jù)歷史庫(kù)檢索到。類似地，與故障中所有的不存在相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)能夠從數(shù)據(jù)歷史庫(kù)檢索到。另外或可替代地，可以由模型或仿真應(yīng)用程序生成這種數(shù)據(jù)。例如，仿真應(yīng)用程序可以仿真故障并生成與這些故障相對(duì)應(yīng)的仿真過(guò)程變量數(shù)據(jù)。類似地，仿真器可以生成與故障中所有的不存在相對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)。
故障觀測(cè)向量生成器108從系數(shù)矩陣生成器104接收系數(shù)矩陣，并且還接收過(guò)程變量數(shù)據(jù)。一般地，故障觀測(cè)矩陣生成器108將系數(shù)矩陣應(yīng)用到接收到的過(guò)程變量數(shù)據(jù)以生成故障觀測(cè)向量。
AOD系統(tǒng)100另外包括連接至故障觀測(cè)向量生成器108的故障檢測(cè)器112。故障檢測(cè)器112從故障觀測(cè)向量生成器108接收故障觀測(cè)向量，并且分析故障觀測(cè)向量以確定是否存在一個(gè)或更多故障。正如隨后將更加詳細(xì)描述的，故障檢測(cè)器112可選地可以分析另外的信息以確定是否存在一個(gè)或更多故障。
圖4為用于確定加工廠中是否存在一個(gè)或更多故障的示例方法150的框圖。例如，方法150可以由例如圖3的AOD系統(tǒng)100實(shí)現(xiàn)，但是也可以由其它系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。在塊154，可以利用與加工廠中的已知的或假定的故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)以及可選地與已知或假定的故障中所有的不存在相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)生成系數(shù)矩陣。隨后將更加詳細(xì)地描述系數(shù)矩陣的生成。
在塊158，可以接收過(guò)程變量數(shù)據(jù)。然后，在塊162，可以利用所接收的過(guò)程變量數(shù)據(jù)和系數(shù)矩陣生成故障觀測(cè)向量。隨后將更加詳細(xì)地描述故障觀測(cè)向量的生成。
接下來(lái)，在塊166，可以分析故障觀測(cè)向量以確定是否存在一個(gè)或更多故障?？蛇x地，還可以分析其它信息以確定是否存在一個(gè)或更多故障。
生成系數(shù)矩陣 現(xiàn)在將描述用于生成系數(shù)矩陣的示例方法。現(xiàn)在參見圖5，用于生成系數(shù)矩陣的示例方法200包括塊204，在塊204，可以接收與故障的存在和故障的不存在相對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)。例如，接收到的過(guò)程變量可以被表示為x1，x2，x3，...，xM，其中M為過(guò)程變量的個(gè)數(shù)。另外，這些過(guò)程變量可以隨著的時(shí)間而變化。因此，x1的第i個(gè)觀測(cè)結(jié)果可以被表示為xi，1。類似地，接收到的過(guò)程變量的組的第i個(gè)觀測(cè)結(jié)果可以被表示為行向量

塊204可以包括接收與觀測(cè)結(jié)果1，2，3...，N對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)。
在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，針對(duì)每個(gè)故障，接收到的觀測(cè)結(jié)果中的一個(gè)或更多與不存在其它故障時(shí)該故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)。另外，接收到的觀測(cè)結(jié)果的一個(gè)或更多與故障的所有的不存在相對(duì)應(yīng)。作為出于示例性目的的具體示例，如果存在四個(gè)故障，這些觀測(cè)結(jié)果中的十個(gè)可以與所有故障的不存在相對(duì)應(yīng)，這些觀測(cè)結(jié)果中的十二個(gè)可以與僅第一故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)，這些觀測(cè)結(jié)果中的八個(gè)可以與僅第二故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)，這些觀測(cè)結(jié)果中的十五個(gè)可以與僅第三故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)，并且這些觀測(cè)結(jié)果中的十八個(gè)可以與僅第四故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)。與故障中的每一個(gè)和故障的不存在相對(duì)應(yīng)的觀測(cè)結(jié)果的個(gè)數(shù)可以是不同的或者它們可以是相同的。
可替代地，這些觀測(cè)結(jié)果中的至少一些可以與兩個(gè)或更多故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)。如果在兩個(gè)或更多故障之間存在任何非線性相互作用，這會(huì)特別有用。類似地，可以沒(méi)有與全部故障的不存在相對(duì)應(yīng)的觀測(cè)結(jié)果。但是，一般來(lái)說(shuō)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，在每個(gè)可能的故障和非故障條件下，為了保證系數(shù)矩陣的健壯性計(jì)算，應(yīng)該有足夠的觀測(cè)結(jié)果以提供該過(guò)程的在統(tǒng)計(jì)上可靠的樣本，如下面將要描述的那樣。
在塊208，利用在塊204接收到的數(shù)據(jù)可以生成過(guò)程變量矩陣。例如，如果接收到與N個(gè)觀測(cè)結(jié)果相對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生與觀測(cè)結(jié)果1，2，3，...，N相對(duì)應(yīng)的N個(gè)行向量

并且這些向量可以被組合成矩陣X。如果存在M個(gè)過(guò)程變量，那么矩陣X的大小將是N×M。生成矩陣可以包括例如，在特定的存儲(chǔ)位置存儲(chǔ)過(guò)程變量數(shù)據(jù)，記錄過(guò)程變量數(shù)據(jù)所存儲(chǔ)的存儲(chǔ)位置，等等。
在塊212，可以接收與在塊204接收到的過(guò)程變量數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的故障的指示。然后在塊216，可以生成與在塊208生成的過(guò)程變量矩陣相對(duì)應(yīng)的故障矩陣?？梢源嬖赑個(gè)可能的故障F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，...，F(xiàn)P。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)中，行向量可以與在塊208生成的過(guò)程變量矩陣X的第i行相對(duì)應(yīng)，其中如果故障Fi在觀測(cè)結(jié)果i未起作用，則每個(gè)元素fi，j為0，而如果該故障在該觀測(cè)結(jié)果起作用，則每個(gè)元素fi，j為1。因此，如果沒(méi)有故障起作用，則我們會(huì)得到而如果僅故障F2起作用，則我們會(huì)得到全部N個(gè)觀測(cè)結(jié)果的故障向量

能夠被一起設(shè)置在大小為N×P的故障矩陣F中，其中矩陣F的第i行與矩陣X的第i行相對(duì)應(yīng)。換句話說(shuō)，矩陣F的第i行指示如果有的話哪些故障與矩陣X的第i行中的過(guò)程變量數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)。
接下來(lái)，在塊220，可以基于在塊208生成的過(guò)程變量矩陣和在塊216生成的故障矩陣生成系數(shù)矩陣。通常，可以計(jì)算系數(shù)矩陣A，以試圖滿足，至少大約滿足方程 F＝XA(方程1) 可以使用許多用于解該方程求A的技術(shù)。某些技術(shù)可能涉及回歸。例如，在也稱為多元線性回歸(MLR)的常最小二乘方(OLS)技術(shù)中，矩陣A可以被計(jì)算為 A＝(XTX)-1XTF (方程2) 其中A為大小為M×P的矩陣。
也可以使用其它許多回歸技術(shù)。例如，可以使用諸如偏最小二乘方(PLS)、主成份分析(PCA)、主成份回歸(PCR)、嶺回歸(RR)、變量子集選擇(VSS)、支持向量機(jī)(SVM)之類的回歸技術(shù)。例如，如果在變量之間存在高相關(guān)性，OLS技術(shù)可能遇到導(dǎo)致較差的健壯性結(jié)果的奇異矩陣。另一方面，在這樣的情況下，PLS技術(shù)可以提供更好的結(jié)果。還可以使用非線性回歸技術(shù)(例如，過(guò)程變量的高次冪、交叉項(xiàng)和非線性函數(shù))。例如，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用于非線性回歸?；貧w還可以有動(dòng)態(tài)/時(shí)間序列成份。在這樣的情況下，單個(gè)過(guò)程變量x可以增大到同一x的一個(gè)或更多值，但是在不同的時(shí)間(例如xk，xk-1，xk-2等等)。
另外，可以利用非回歸技術(shù)求解A。這樣的技術(shù)可以包括例如，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及隨機(jī)搜索技術(shù)(例如隨機(jī)搜索、模擬退火、遺傳算法)等等。
在另一實(shí)現(xiàn)中，在塊208，生成過(guò)程變量矩陣可以包括在矩陣中包含偏項(xiàng)。例如，矩陣X的行能夠包括首項(xiàng)系數(shù)1。換句話說(shuō)，第i行向量可以是

在這種實(shí)現(xiàn)中，過(guò)程變量矩陣X的大小會(huì)是N×(M+1)，并且系數(shù)矩陣A的大小會(huì)是(M+1)×P。
使用系數(shù)矩陣來(lái)檢測(cè)故障 現(xiàn)在將描述利用系數(shù)矩陣檢測(cè)故障的示例方法?，F(xiàn)參見圖6，用于檢測(cè)故障的示例方法250包括塊254，在塊254，可以接收過(guò)程變量數(shù)據(jù)。例如，接收到的過(guò)程變量可以被表示為xi，1，xi，2，xi，3，...，xi，M，其中M為過(guò)程變量的個(gè)數(shù)，i指示過(guò)程變量的第i個(gè)觀測(cè)結(jié)果。在塊258，可以利用接收到的過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成過(guò)程變量向量。例如可以生成行向量

或者行向量
在塊262，過(guò)程變量向量可以乘以系數(shù)矩陣A以生成故障觀測(cè)向量。例如，故障觀測(cè)向量可以根據(jù)下列方程生成

(方程3) 在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中，故障觀測(cè)向量

將具有1×P的大小，并且可以被表示為

通常，故障觀測(cè)向量

的分量將不會(huì)僅僅為0或1，除非過(guò)程變量向量

的分量與用于生成矩陣A的過(guò)程變量向量的分量正好相同。因此，故障觀測(cè)向量的分量將為實(shí)數(shù)，通常在0和1之間，但是在某些情況下，可以小于0或大于1。一般來(lái)說(shuō)，如果故障觀測(cè)向量的分量相當(dāng)接近于1，這可能指示有故障。另外，分量

與不同的故障相對(duì)應(yīng)。具體來(lái)說(shuō)，

與故障F1的可能的存在相對(duì)應(yīng)，

與故障F2的可能的存在相對(duì)應(yīng)，等等。
生成故障觀測(cè)向量可選地可以是生成故障觀測(cè)矩陣的部分。例如，多個(gè)過(guò)程變量行向量

等等，可被組合成矩陣X。然后，故障觀測(cè)向量

可根據(jù)以下方程來(lái)生成

(方程4) 其中故障觀測(cè)矩陣

的第i行是與過(guò)程變量的第i個(gè)觀測(cè)結(jié)果，即

或

相對(duì)應(yīng)的故障觀測(cè)向量
在塊266，可以分析故障觀測(cè)向量以確定存在哪些如果有的故障。這可以包括，例如，確定分量中如果有的話哪些相當(dāng)接近于1。例如，如果第j個(gè)分量接近于1，則這可以指示存在故障Fj?？梢岳酶鞣N技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)確定分量是否相當(dāng)接近于1。例如，它可以包括將該分量與一小于1的閾值相比較。該閾值可以為缺省值，例如0.8或其它某個(gè)值，和/或它可以對(duì)過(guò)程操作員是可配置的，其中該過(guò)程操作員可以使用過(guò)程、實(shí)驗(yàn)等等的知識(shí)，例如，設(shè)置閾值的適當(dāng)值。
作為另一個(gè)示例，確定分量是否相當(dāng)接近于1可以包括分析分量在不同時(shí)間的幾個(gè)值。例如，它可以包括將分量在時(shí)間i，i+1，i+2等等的值與閾值相比較。在這個(gè)示例中，如果一定個(gè)數(shù)的相鄰值超過(guò)該閾值，或者如果一相當(dāng)大組相鄰值中的一定個(gè)數(shù)的值超過(guò)該閾值，則它可以確定該分量相當(dāng)接近于1。另外或可替代地，可以使用其它各種技術(shù)中的任何一種。
因?yàn)楣收嫌^測(cè)向量的每個(gè)分量與不同的可能故障相對(duì)應(yīng)，所以確定哪些分量相當(dāng)接近于1還指示可能存在哪些故障。
可選地，可以使用其它信息確定是否存在任何故障。例如，還可以分析其它過(guò)程變量數(shù)據(jù)、SPM數(shù)據(jù)、告警、警報(bào)等等以確定是否存在任何故障。類似地，由故障檢測(cè)器112(圖3)生成的故障觀測(cè)向量和/或故障指示可以用于檢測(cè)是否發(fā)生過(guò)的異常狀況正在發(fā)生、可能發(fā)生等等。例如，由故障檢測(cè)器112(圖3)生成的故障觀測(cè)向量和/或故障指示可以提供給被配置為檢測(cè)異常狀況的專家機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、模糊邏輯系統(tǒng)等等。專家機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、模糊邏輯系統(tǒng)等等可以使用不同于故障觀測(cè)向量和/或故障指示的信息來(lái)檢測(cè)異常狀況。例如，還可以使用其它過(guò)程變量數(shù)據(jù)、SPM數(shù)據(jù)、告警、警報(bào)等等。
現(xiàn)參見圖3和圖6，例如，故障觀測(cè)向量生成器108可以實(shí)現(xiàn)塊254、258和262?？蛇x地，塊254和258可在別處實(shí)現(xiàn)，并且故障觀測(cè)向量生成器108可以只接收過(guò)程變量向量而后實(shí)現(xiàn)塊262。例如，故障檢測(cè)器112可以實(shí)現(xiàn)塊266。
示例性實(shí)例 圖7為可以使用上述示例系統(tǒng)和方法的示例過(guò)程控制系統(tǒng)300。圖7的過(guò)程控制系統(tǒng)300僅僅是用于幫助說(shuō)明上述系統(tǒng)和方法的簡(jiǎn)單示例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的是，上述系統(tǒng)和方法能夠與其它許多過(guò)程控制系統(tǒng)一起使用，包括更復(fù)雜的過(guò)程控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)300包括控制管路304中的流量的流量控制回路。該系統(tǒng)包括閥設(shè)備308、流量傳感器312和控制器316。流量傳感器312生成流速信號(hào)x1。閥設(shè)備308生成閥位置信號(hào)x3。控制器316接收流速信號(hào)x1和閥位置信號(hào)x3，并生成控制命令信號(hào)x2以控制閥的位置。閥308從控制器316接收控制命令信號(hào)x2，而后相應(yīng)地調(diào)節(jié)閥的位置。在該示例過(guò)程控制系統(tǒng)300中，存在四個(gè)可能發(fā)生的故障F1，控制緊張(CWU)；F2，控制松馳(CWD)；F3，閥問(wèn)題(VP)；以及F4，測(cè)量值漂移(MD)。
例如，在無(wú)故障運(yùn)行期間以及在四個(gè)故障中每一個(gè)發(fā)生時(shí)，能夠通過(guò)觀測(cè)系統(tǒng)300獲得系統(tǒng)300的數(shù)據(jù)組。具體來(lái)說(shuō)，可以在已知故障F1、F2、F3和F4發(fā)生期間以及當(dāng)沒(méi)有故障發(fā)生時(shí)，觀測(cè)變量x1、x2和x3。表1是包括138個(gè)觀測(cè)結(jié)果的示例數(shù)據(jù)組，這些觀測(cè)結(jié)果包含沒(méi)有故障發(fā)生時(shí)的觀測(cè)結(jié)果以及四個(gè)故障條件中的每一個(gè)的觀測(cè)結(jié)果。最右邊的列指示在每個(gè)觀測(cè)結(jié)果發(fā)生了哪個(gè)如果有的故障。
表1 采用上述技術(shù)，利用表1中的數(shù)據(jù)能夠生成X矩陣和F矩陣。
利用方程2，A矩陣可以被生成如下 然后，在過(guò)程系統(tǒng)300運(yùn)行期間，方程3能夠用于利用過(guò)程變量x1、x2和x3的值和矩陣A生成故障觀測(cè)向量。例如，如果x1＝2.5，x2＝62以及x3＝52，則這會(huì)得到故障觀測(cè)向量
例如，如果0.8的閾值用于確定故障觀測(cè)向量的分量是否相當(dāng)接近于1，則故障觀測(cè)向量指示僅故障F3正在發(fā)生。
類似地，如果x1＝2.5，x2＝3以及x3＝4，則這會(huì)得到故障觀測(cè)向量
例如，如果0.8的閾值用于確定故障觀測(cè)向量的分量是否相當(dāng)接近于1，則故障觀測(cè)向量指示僅故障F2正在發(fā)生。作為另一示例，如果x1＝2.4，x2＝57以及x3＝55，則這會(huì)得到故障觀測(cè)向量
例如，如果0.8的閾值用于確定故障觀測(cè)向量的分量是否相當(dāng)接近于1，則這可以指示沒(méi)有故障正在發(fā)生。
過(guò)程變量 用于生成矩陣A和生成故障觀測(cè)向量的過(guò)程變量可以具有各種類型。例如，過(guò)程變量可以為由加工廠中的諸如傳感器、閥、控制器之類的設(shè)備生成的信號(hào)。另外，過(guò)程變量可以是由設(shè)備生成并且被進(jìn)一步處理的信號(hào)。例如，SPM塊可以接收由設(shè)備生成的信號(hào)，而后可以生成過(guò)程變量，該過(guò)程變量為諸如均值、標(biāo)準(zhǔn)差、均方根、偏斜信號(hào)、峭度信號(hào)、最小值、最大值、范圍之類的統(tǒng)計(jì)信號(hào)。類似地，過(guò)程變量可以是由設(shè)備生成而后例如被低通濾器、帶通濾波器、高通濾波器等等過(guò)濾的信號(hào)。同樣，過(guò)程變量可以是進(jìn)行了時(shí)間延遲的信號(hào)。另外，過(guò)程變量可以是由設(shè)備生成的信號(hào)的某種線性或非線性變換?？赡艿淖儞Q包括多項(xiàng)式函數(shù)、三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、樣條、傅立葉變換，等等。此外，過(guò)程變量可以是基于其它過(guò)程變量計(jì)算出的信號(hào)，例如由設(shè)備生成的信號(hào)。只是作為一個(gè)示例，與熱交換器相關(guān)聯(lián)的過(guò)程變量可包括基于多個(gè)測(cè)量信號(hào)計(jì)算出的總傳熱系數(shù)。當(dāng)然，過(guò)程變量可以已經(jīng)由上述某種結(jié)合處理過(guò)。只是作為一個(gè)示例，過(guò)程變量可為已經(jīng)由高通濾波器過(guò)濾過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)差信號(hào)。
在一個(gè)或更多加工廠設(shè)備中實(shí)現(xiàn)AOD系統(tǒng)的示例 如先前所述，AOD系統(tǒng)，例如這里所述的那些AOD系統(tǒng)，可以在加工廠內(nèi)的各種設(shè)備實(shí)現(xiàn)。圖8為示出一種可能的方式的框圖，以這種方式，可以在加工廠中實(shí)現(xiàn)AOD系統(tǒng)。在圖8中，F(xiàn)ieldbus系統(tǒng)900包括同一個(gè)Fieldbus段912上的流量變送器904和溫度變送器908。流量變送器904可以實(shí)現(xiàn)模擬輸入功能塊914和SPM塊916。另外，流量變送器904可以實(shí)現(xiàn)異常操作檢測(cè)功能塊918。功能塊918可以包括系數(shù)矩陣生成器，該系數(shù)矩陣生成器以與上述關(guān)于圖3、圖4和圖5中的任何一個(gè)的方式類似的方式起作用。另外，功能塊918可以包括故障觀測(cè)向量生成器，該故障觀測(cè)向量生成器以與上述關(guān)于圖3、圖4和圖6中的任何一個(gè)的方式類似的方式起作用。同樣，功能塊918可以包括故障檢測(cè)器，該故障檢測(cè)器以與上述關(guān)于圖3、圖4和圖6中的任何一個(gè)的方式類似的方式起作用。
在運(yùn)行中，模擬輸入功能塊914可以提供過(guò)程變量信號(hào)給SPM塊916。接下來(lái)，SPM塊916可以基于該過(guò)程變量信號(hào)生成一個(gè)或更多統(tǒng)計(jì)信號(hào)，并且可以提供該統(tǒng)計(jì)信號(hào)給異常操作檢測(cè)功能塊918。類似地，模擬輸入功能塊922可以提供過(guò)程變量信號(hào)給SPM塊924。接下來(lái)，SPM塊924可以基于該過(guò)程變量信號(hào)生成一個(gè)或更多統(tǒng)計(jì)信號(hào)，并且可以通過(guò)Fieldbus段912提供該統(tǒng)計(jì)信號(hào)給異常操作檢測(cè)功能塊918。
在另一實(shí)現(xiàn)中，SPM塊916和924可以并入異常操作檢測(cè)功能塊918內(nèi)。在這種實(shí)現(xiàn)中，模擬輸入功能塊914可以提供它的過(guò)程變量信號(hào)給異常操作檢測(cè)功能塊918。類似地，模擬輸入功能塊922可以通過(guò)Fieldbus段912提供它的過(guò)程變量信號(hào)給異常操作檢測(cè)功能塊918。當(dāng)然，如上所述，SPM塊可能并不總是與異常操作檢測(cè)功能塊918一起使用，因此可以在一些實(shí)現(xiàn)中被省略。
眾所周知，一些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠傳感兩個(gè)或更多過(guò)程變量。這種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以具有實(shí)現(xiàn)全部塊914、916、918、922和924的能力。
在另一實(shí)現(xiàn)中，AOD系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)為多個(gè)功能塊。在這種實(shí)現(xiàn)中，AOD系統(tǒng)的部分可以在加工廠中的不同設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。只是作為一個(gè)示例，系數(shù)矩陣生成器可以由工作站、第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、第一控制器等等來(lái)實(shí)現(xiàn)，而故障觀測(cè)向量生成器和故障檢測(cè)器可以由第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、第二控制器等等來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，工作站可以實(shí)現(xiàn)系數(shù)矩陣生成器并且一個(gè)或更多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)故障觀測(cè)向量生成器和故障檢測(cè)器。在這種示例中，可以通過(guò)一個(gè)或更多網(wǎng)絡(luò)將由工作站生成的系數(shù)矩陣傳送給加工廠中的一個(gè)或更多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
圖9示出實(shí)現(xiàn)加工廠中的AOD系統(tǒng)的另一方式。在圖9的系統(tǒng)940中，異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35、配置應(yīng)用程序38和/或告警/警報(bào)應(yīng)用程序43中的一些或全部可以存儲(chǔ)在設(shè)備中而非主機(jī)工作站或個(gè)人計(jì)算機(jī)中。圖9的示例系統(tǒng)940包括一組連接至接口設(shè)備950的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備945(圖示為Fieldbus現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，但是它們也可為其它類型的設(shè)備)，例如，其可以是Rosemount 3240設(shè)備。在這種情況下，接口設(shè)備950，其不是個(gè)人計(jì)算機(jī)，可以包括上述異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35的一些或全部功能。具體來(lái)說(shuō)，接口設(shè)備950可以包括服務(wù)器應(yīng)用程序952以接收和組織從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備945(其可以是各種不同類型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備)傳來(lái)的數(shù)據(jù)。如果需要，這種服務(wù)器應(yīng)用程序952可以包括OPC服務(wù)器。配置應(yīng)用程序38(或它的一部分)還可以存儲(chǔ)在接口設(shè)備950的存儲(chǔ)器上并運(yùn)行在它的處理器上，以允許如上所述對(duì)AOD塊、SPM塊、檢測(cè)邏輯等等進(jìn)行配置。類似地，仿真應(yīng)用程序44(或它的一部分)還可以存儲(chǔ)在接口設(shè)備950的存儲(chǔ)器上并運(yùn)行在它的處理器上，以如上所述生成用于生成系數(shù)矩陣的仿真過(guò)程變量。
另外，接口設(shè)備950可以在其中包括一個(gè)或更多SPM塊954，以如上所述直接從一個(gè)或更多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(例如不包括SPM塊或功能的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備)收集過(guò)程變量數(shù)據(jù)并生成SPM參數(shù)。此外，接口設(shè)備950可以在其中包括一個(gè)或更多AOD塊956，以如上所述從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接收SPM參數(shù)和/或過(guò)程變量數(shù)據(jù)并生成偏差的指示。以這種方式下，在接口設(shè)備950中存儲(chǔ)和執(zhí)行的SPM塊954和/或AOD塊956能夠彌補(bǔ)某些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備945內(nèi)SPM塊和/或AOD塊的缺少，并且可以用于為本身不支持SPM塊或SPM功能和/或AOD塊或AOD功能的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供SPM數(shù)據(jù)。同樣，因?yàn)榻涌谠O(shè)備950通?？梢员痊F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有更大的存儲(chǔ)和更強(qiáng)的處理能力，因此在接口設(shè)備950中實(shí)現(xiàn)SPM塊和/或AOD塊可以允許執(zhí)行更復(fù)雜的AOD分析。
接口設(shè)備950可以通過(guò)諸如2-線、3-線、4線之類連接的硬布線連接與其它諸如主機(jī)工作站958之類的設(shè)備進(jìn)行通信，以向那些被用戶用來(lái)進(jìn)行查看的設(shè)備提供SPM數(shù)據(jù)或由其發(fā)展而成的諸如告警、數(shù)據(jù)曲線圖之類的數(shù)據(jù)。另外，如圖9中所示的，接口設(shè)備950可以通過(guò)一個(gè)或更多無(wú)線通信連接與網(wǎng)頁(yè)瀏覽器960以及諸如電話、個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)、膝上電腦962之類的手持計(jì)算設(shè)備962相連接。在這個(gè)示例中，應(yīng)用程序可以在其它諸如主機(jī)工作站958之類的設(shè)備中、在網(wǎng)頁(yè)瀏覽器960中或者在手持計(jì)算設(shè)備962存儲(chǔ)并執(zhí)行，并且這些應(yīng)用程序可以與接口設(shè)備950進(jìn)行通信以給應(yīng)用程序獲得數(shù)據(jù)。如果需要，設(shè)備958、960以及962可以包括配置應(yīng)用程序38以使用戶能夠配置在接口設(shè)備950中實(shí)現(xiàn)的AOD塊和/或SPM塊。類似地，設(shè)備958、960以及962可以包括仿真應(yīng)用程序44以使得能夠生成仿真過(guò)程變量數(shù)據(jù)來(lái)用于生成系數(shù)矩陣。同樣，如圖9中所示的，可以從主機(jī)958通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器964間接訪問(wèn)來(lái)自接口設(shè)備950的數(shù)據(jù)并且通過(guò)需要的任何網(wǎng)頁(yè)連接將其提供給其它用戶。當(dāng)然，接口設(shè)備950可以在其中包括網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器，并且可以利用需要的任何諸如OPC、Modbus、以太網(wǎng)、HTML和XML之類的協(xié)議與諸如設(shè)備958、960、962和964之類的其它任何設(shè)備進(jìn)行通信。
圖10示出另一加工廠系統(tǒng)970，在加工廠系統(tǒng)970中，接口設(shè)備950，其可以與圖9中的接口設(shè)備類似或相同，被連接在一組現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備974(形成熱交換器978的部分)和過(guò)程控制器系統(tǒng)980之間。這里，接口設(shè)備950，其可以包括圖9的設(shè)備950的全部應(yīng)用程序和功能，可以提供用于查看的數(shù)據(jù)給主機(jī)984，并且可以提供由AOD系統(tǒng)或其它系統(tǒng)生成的告警或警報(bào)給控制器系統(tǒng)980?？刂破飨到y(tǒng)980可以將這些告警或警報(bào)與其它控制器類型告警和警報(bào)整合在一起，用于由例如在操作員工作站988的控制操作員進(jìn)行查看。當(dāng)然，如果需要，主機(jī)工作站984可以包括需要的任何查看應(yīng)用程序，以查看由接口設(shè)備950以需要的任何方式收集和提供的數(shù)據(jù)，這些方式包括這里所討論的那些中的任何一種。同樣，這種數(shù)據(jù)可用于由其它用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器990進(jìn)行查看。因此，正如可以理解的，這里所討論的與異常狀況預(yù)防系統(tǒng)35、SPM塊(如果使用的話)以及AOD系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的各種應(yīng)用程序可以分布在不同的設(shè)備中。例如，數(shù)據(jù)(例如SPM數(shù)據(jù))可以在一個(gè)諸如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備974之類的設(shè)備中進(jìn)行收集，并被發(fā)送給另一諸如在接口設(shè)備950中實(shí)現(xiàn)AOD系統(tǒng)的設(shè)備。由AOD系統(tǒng)生成的告警、警報(bào)或其它指示可以被發(fā)送給又一諸如工作站988之類的設(shè)備，以用于向用戶呈現(xiàn)。同樣，可以通過(guò)諸如主機(jī)、網(wǎng)頁(yè)瀏覽器、PDA之類的用戶接口設(shè)備輸入配置信息，并可以將該配置信息發(fā)送給不同的諸如接口設(shè)備950之類的設(shè)備，以用于對(duì)AOD系統(tǒng)進(jìn)行配置。
作為另一示例，AOD系統(tǒng)可以在工作站中實(shí)現(xiàn)。參見圖9和圖10，工作站958或工作站984可從接口設(shè)備950接收過(guò)程變量數(shù)據(jù)。工作站958或工作站984可實(shí)現(xiàn)AOD系統(tǒng)，例如，該AOD系統(tǒng)根據(jù)接收到的過(guò)程變量數(shù)據(jù)進(jìn)行工作以生成故障的指示。故障指示數(shù)據(jù)可用于由其它用戶通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器964或網(wǎng)頁(yè)瀏覽器990進(jìn)行查看。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，上述示例系統(tǒng)和方法可以以不同的方式進(jìn)行修改。例如，塊可以被省略，重新排序或組合，另外的塊可以被添加等等。這里描述的AOD系統(tǒng)、故障檢測(cè)器、邏輯塊、系統(tǒng)塊、方法塊等等可以利用硬件、固件和軟件的任何結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，這里描述的系統(tǒng)和技術(shù)可以在標(biāo)準(zhǔn)多用途處理器中或利用具體設(shè)計(jì)所需的硬件和固件來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，軟件可以存儲(chǔ)在任何計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，例如在磁盤、激光磁盤或其它存儲(chǔ)介質(zhì)上，在計(jì)算機(jī)、處理器、I/O設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、接口設(shè)備等等的RAM或ROM或閃存中。同樣，軟件可以通過(guò)已知或需要的任何傳遞方法傳遞給用戶或過(guò)程控制系統(tǒng)，包括例如在計(jì)算機(jī)可讀磁盤或其它可傳輸計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)上或通過(guò)通信介質(zhì)。通信介質(zhì)通常將計(jì)算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或其它數(shù)據(jù)包含在調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)中，例如載波或其它傳輸機(jī)構(gòu)。術(shù)語(yǔ)“調(diào)制數(shù)據(jù)信號(hào)”意味著這樣一種信號(hào)，它的一個(gè)或更多特性以這樣一種方式被設(shè)置或改變以便對(duì)該信號(hào)中的信息進(jìn)行編碼。作為舉例而非限制，通信介質(zhì)包括有線介質(zhì)，例如有線網(wǎng)絡(luò)或直接有線網(wǎng)絡(luò)，以及無(wú)線介質(zhì)，例如聲學(xué)、射頻、紅外線和其它無(wú)線介質(zhì)。因此，可以通過(guò)諸如電話線、因特網(wǎng)之類的通信信道將軟件傳遞給用戶或過(guò)程控制系統(tǒng)(這可以被看作是與通過(guò)可傳輸存儲(chǔ)介質(zhì)提供這種軟件是相同或可互換的)。
因此，盡管已經(jīng)參照具體示例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，這僅僅旨在示例而非限制本發(fā)明，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯示易見的是，可以對(duì)所公開的實(shí)施例進(jìn)行改變、添加或刪除而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種用于使得容易檢測(cè)加工廠中過(guò)程的異常操作的方法，包括
接收與加工廠的多個(gè)過(guò)程變量相對(duì)應(yīng)的第一數(shù)據(jù)；
利用所述第一數(shù)據(jù)和系數(shù)矩陣生成故障觀測(cè)向量；以及
基于所述故障觀測(cè)向量確定是否存在所述過(guò)程的異常操作。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括利用接收到的第一數(shù)據(jù)產(chǎn)生過(guò)程變量向量；
其中利用所述第一數(shù)據(jù)和所述系數(shù)矩陣生成故障觀測(cè)向量包括將所述過(guò)程變量向量與所述系數(shù)矩陣相乘。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括利用接收到的第一數(shù)據(jù)產(chǎn)生過(guò)程變量矩陣，所述過(guò)程變量矩陣包含所述過(guò)程變量向量；
其中利用所述第一數(shù)據(jù)和所述系數(shù)矩陣生成故障觀測(cè)向量包括將所述過(guò)程變量矩陣與所述系數(shù)矩陣相乘以生成包含所述故障觀測(cè)向量的故障觀測(cè)矩陣。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定是否存在所述過(guò)程的異常操作包括基于所述故障觀測(cè)向量確定是否存在多個(gè)故障中的一個(gè)或更多故障。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中確定是否存在一個(gè)或更多故障包括將所述故障觀測(cè)向量的分量與閾值相比較。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括如果所述故障觀測(cè)向量的與所述多個(gè)故障中的一個(gè)故障相對(duì)應(yīng)的分量超過(guò)閾值，生成所述一個(gè)故障的指示。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定是否存在所述過(guò)程的異常操作包括提供所述故障觀測(cè)向量的分量給專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或模糊邏輯系統(tǒng)中的至少一項(xiàng)。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括
接收與所述多個(gè)過(guò)程變量相對(duì)應(yīng)的第二數(shù)據(jù)，所述第二數(shù)據(jù)與多個(gè)故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)；
利用所述第二數(shù)據(jù)生成所述系數(shù)矩陣。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括
接收與所述多個(gè)過(guò)程變量相對(duì)應(yīng)的第三數(shù)據(jù)，所述第三數(shù)據(jù)與所述多個(gè)故障中的任何故障的未發(fā)生相對(duì)應(yīng)；
其中生成所述系數(shù)矩陣包括利用所述第三數(shù)據(jù)生成所述系數(shù)矩陣。
10、一種存儲(chǔ)機(jī)器可讀指令的有形介質(zhì)，所述機(jī)器可讀指令能夠使一個(gè)或更多機(jī)器
接收與加工廠的多個(gè)過(guò)程變量相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；
利用所述第一數(shù)據(jù)和系數(shù)矩陣生成故障觀測(cè)向量；以及
基于所述故障觀測(cè)向量確定是否存在所述過(guò)程的異常操作。
11、一種用于使得容易檢測(cè)加工廠中過(guò)程的異常操作的系統(tǒng)，包括
故障觀測(cè)向量生成器，被連接以接收系數(shù)矩陣和與所述加工廠相關(guān)聯(lián)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)；以及
異常操作檢測(cè)系統(tǒng)，被連接至所述故障觀測(cè)向量生成器，以基于故障觀測(cè)向量檢測(cè)所述加工廠的異常操作。
12、根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述異常操作檢測(cè)系統(tǒng)被配置為將所述故障觀測(cè)向量的分量與閾值相比較并且基于所述比較生成故障的指示。
13、根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述異常操作檢測(cè)系統(tǒng)包括專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或模糊邏輯系統(tǒng)中的至少一項(xiàng)。
14、根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括被連接至所述故障觀測(cè)向量生成器的系數(shù)矩陣生成器，所述系數(shù)矩陣生成器被配置為基于與多個(gè)故障中的故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成所述系數(shù)矩陣。
15、根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述系數(shù)矩陣生成器被配置為進(jìn)一步基于與所述多個(gè)故障中的所述故障的任一個(gè)的未發(fā)生相對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成所述系數(shù)矩陣。
16、根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述系數(shù)矩陣生成器在所述加工廠的第一設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，其中所述故障觀測(cè)向量生成器在所述加工廠的第二設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，并且其中所述異常操作檢測(cè)系統(tǒng)至少在所述加工廠的第三設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。
17、根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述系數(shù)矩陣生成器和所述故障觀測(cè)向量生成器在所述加工廠的第一設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，并且其中所述異常操作檢測(cè)系統(tǒng)至少在所述加工廠的第二設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。
18、根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述系數(shù)矩陣生成器、所述故障觀測(cè)向量生成器和所述異常操作檢測(cè)系統(tǒng)在所述加工廠的單個(gè)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)。
19、一種用于配置加工廠的異常操作檢測(cè)系統(tǒng)的方法，包括
接收與所述加工廠中過(guò)程系統(tǒng)的多個(gè)故障中的故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)的第一過(guò)程變量數(shù)據(jù)；
基于所述第一過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣；
生成與所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣相對(duì)應(yīng)的故障矩陣；以及
利用所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣和所述故障矩陣生成系數(shù)矩陣，所述系數(shù)矩陣被異常操作檢測(cè)系統(tǒng)使用以基于由所述異常操作檢測(cè)系統(tǒng)接收到的過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成故障的指示。
20、根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括接收與所述多個(gè)故障中的任何故障的未發(fā)生相對(duì)應(yīng)的第二過(guò)程變量數(shù)據(jù)；
其中生成所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣包括基于所述第二過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣。
21、根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述第一過(guò)程變量數(shù)據(jù)包含與所述多個(gè)故障中的每個(gè)故障的單獨(dú)發(fā)生相對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)。
22、根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中生成所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣包括將偏項(xiàng)包含在所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣中。
23、根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中生成所述系數(shù)矩陣包括根據(jù)回歸技術(shù)生成所述系數(shù)矩陣。
24、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中生成所述系數(shù)矩陣包括根據(jù)下列方程式生成所述系數(shù)矩陣
A＝(XTX)-1XTF；
其中A是所述系數(shù)矩陣，X是所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣，并且F是所述故障矩陣。
25、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣X的每一行與所述第一過(guò)程變量數(shù)據(jù)的不同組相對(duì)應(yīng)；
其中所述故障矩陣F的每一列與所述多個(gè)故障中的不同故障相對(duì)應(yīng)；
其中所述故障矩陣F的每一行與所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣的不同行相對(duì)應(yīng)；
其中生成所述故障矩陣包括針對(duì)所述故障矩陣F的每一行，將非零值插入該行中與所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣X的相應(yīng)行相關(guān)聯(lián)的如果有的故障相對(duì)應(yīng)的列，并且將零值插入剩余的列中。
26、根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中所述非零值為1。
27、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中生成所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣包括在每一行中產(chǎn)生具有偏值的列。
28、根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中所述偏值為1。
29、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中生成所述系數(shù)矩陣包括根據(jù)常最小二乘方(OLS)技術(shù)、多元線性回歸(MLR)技術(shù)、偏最小二乘方(PLS)技術(shù)、主成份分析(PCA)技術(shù)、主成份回歸(PCR)技術(shù)、嶺回歸(RR)技術(shù)、變量子集選擇(VSS)技術(shù)或支持向量機(jī)(SVM)技術(shù)中的至少一項(xiàng)生成所述系數(shù)矩陣。
30、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中生成所述系數(shù)矩陣包括根據(jù)非線性回歸技術(shù)生成所述系數(shù)矩陣。
31、根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中所述非線性回歸技術(shù)包括下列中的至少一項(xiàng)利用所述過(guò)程變量的高次冪、利用所述過(guò)程變量的交叉項(xiàng)、利用所述過(guò)程變量的非線性函數(shù)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
32、根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中生成所述系數(shù)矩陣包括根據(jù)使用所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣的元素的時(shí)延值的回歸技術(shù)生成所述系數(shù)矩陣。
33、根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)所述加工廠中的通信鏈路傳送所述系數(shù)矩陣。
34、根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中傳送所述系數(shù)矩陣包括通過(guò)總線傳送所述系數(shù)矩陣給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
35、一種存儲(chǔ)機(jī)器可讀指令的有形介質(zhì)，所述機(jī)器可讀指令能夠使一個(gè)或更多機(jī)器
接收與所述加工廠中的過(guò)程系統(tǒng)的多個(gè)故障中的故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)；
基于所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣；
生成與所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣相對(duì)應(yīng)的故障矩陣；以及
利用所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣和所述故障矩陣生成系數(shù)矩陣，所述系數(shù)矩陣被異常操作檢測(cè)系統(tǒng)使用以基于由所述異常操作檢測(cè)系統(tǒng)接收到的過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成故障的指示。
36、一種用于使得容易檢測(cè)加工廠中過(guò)程的異常操作的系統(tǒng)，包括
至少一計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)；
至少一處理器，被連接至所述至少一計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述處理器根據(jù)存儲(chǔ)在所述至少一計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的可執(zhí)行指令被配置為
接收與所述加工廠中過(guò)程系統(tǒng)的多個(gè)故障中的故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)；
基于所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣；
生成與所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣相對(duì)應(yīng)的故障矩陣；以及
利用所述過(guò)程變量數(shù)據(jù)矩陣和所述故障矩陣生成系數(shù)矩陣，所述系數(shù)矩陣被異常操作檢測(cè)系統(tǒng)使用以基于由所述異常操作檢測(cè)系統(tǒng)接收到的過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成故障的指示。
全文摘要
在使得容易檢測(cè)加工廠中的異常操作的方法和系統(tǒng)中，可以分析多個(gè)過(guò)程變量的值以確定是否存在與所述加工廠相關(guān)聯(lián)的多個(gè)故障中的任何故障。如果檢測(cè)到一個(gè)或更多故障，則可以生成一個(gè)或更多指示。分析所述多個(gè)過(guò)程變量的值可以包括使用系數(shù)矩陣?？梢曰谂c已知的故障的發(fā)生相對(duì)應(yīng)的過(guò)程變量數(shù)據(jù)生成所述系數(shù)矩陣。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101523316SQ200780037650
公開日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2007年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月11日
發(fā)明者約翰·菲利普·米勒 申請(qǐng)人:費(fèi)舍-柔斯芒特系統(tǒng)股份有限公司