利用仿真系統(tǒng)確定和調諧過程特征參數(shù)的方法
【專利摘要】一種過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)，采用過程模型和調諧模塊，在不直接測量過程特性參數(shù)的情況下，準確地確定工廠內的過程的特性參數(shù)值，并可以在線操作或在過程正在運行的任何時刻自動確定過程特性參數(shù)的正確值。這個過程特性參數(shù)值可以是熱交換器的熱傳輸系數(shù)的值，可以隨后用來確定一個更精確的仿真結果和／或作出其他的在線過程決定，例如過程控制決定，過程操作模式決定，如實施吹灰操作等的過程維護決定。
【專利說明】利用仿真系統(tǒng)確定和調諧過程特征參數(shù)的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明一般涉及在發(fā)電廠，工業(yè)制造工廠、材料加工廠和其他類型的工廠中確定準確的過程特性參數(shù)值，更具體地說，涉及使用可調節(jié)仿真系統(tǒng)確定過程特性參數(shù)。
【背景技術】
[0002]在一般來說，應用于發(fā)電廠，工業(yè)制造工廠，材料加工廠和其他類型的工廠的過程包括一個或多個和多個現(xiàn)場設備通過模擬、數(shù)字、模擬/數(shù)字結合，或無線通信信道或線路連接的控制器。這些現(xiàn)場設備可以是，例如閥門、閥門定位器、開關、發(fā)送器(例如溫度，壓強，液位傳感器和流速傳感器)、燃燒器、熱交換器、爐、鍋爐、渦輪等，其位于工廠環(huán)境內且執(zhí)行過程功能，如開啟或關閉閥門，測量過程參數(shù)，發(fā)電，燃料燃燒，加熱水等，來響應由控制器產生和發(fā)送的控制信號。智能現(xiàn)場設備，如符合任何公知的Fieldbus協(xié)議的現(xiàn)場設備，也可以執(zhí)行控制計算，報警功能，和一般由工廠控制器或在其內實施的其他功能。工廠控制器也通常位于工廠內的環(huán)境中，接收由現(xiàn)場設備產生的代表過程測量結果的信號和/或其它和現(xiàn)場設備相關的信息，并執(zhí)行控制應用，該應用運行例如不同的控制模塊以作出過程控制決定，基于所接收到的信息產生過程控制信號，并與如HART @和FOUNDATION ? Fieldbus的現(xiàn)場設備中執(zhí)行的控制模塊或塊相配合在控制器內的控制模塊通過通信線路或網絡發(fā)送過程控制信號到所述現(xiàn)場設備，從而控制所述過程的操作。
[0003]來自現(xiàn)場設備和控制器的信息通常是通過一條數(shù)據高速通道被傳輸?shù)揭粋€或多個其它計算機設備，如操作員工作站，個人計算機，數(shù)據庫，報告產生器，集中式數(shù)據庫等等，這些設備通常放置在控制室或其它遠離惡劣的工廠環(huán)境的地方。這些計算機設備也可以運行應用程序，例如，使操作員能夠執(zhí)行關于所述過程的功能，如改變過程控制例程的設置，修改控制器或現(xiàn)場設備中的控制模塊的操作，檢視當前的過程狀態(tài)，檢視現(xiàn)場設備和控制器產生的報警，執(zhí)行輔助過程，如吹灰過程或其它維護過程，保持和更新配置數(shù)據庫，等
坐寸ο
[0004]作為一個例子，由艾默生過程管理銷售的Ovation⑧控制系統(tǒng)，包括由位于過程工廠中不同的地方的不同設備存儲和執(zhí)行的多個應用。一個配置應用程序，它駐留在一個或多個工程師/操作員工作站，使用戶能夠創(chuàng)建或更改過程控制模塊，并通過數(shù)據高速通道下載這些過程控制模塊至專用的分布式控制器。通常情況下，這些控制模塊是由通信互連的功能塊所組成的，所述功能塊是面向對象編程協(xié)議中的對象，這些功能塊根據輸入執(zhí)行控制方案中的功能，并提供輸出給控制方案中的其他功能塊。配置應用程序也可以允許設計者創(chuàng)建或更改操作員界面，所述界面被檢視應用用來將數(shù)據顯示給操作員，并使操作員能在過程控制例程中更改設置，如設定點。每一個專用控制器以及在某些情況下現(xiàn)場設備，可以存儲并執(zhí)行控制器應用，所述應用運行被分配和下載的控制模塊，以實現(xiàn)實際的過程控制功能。檢視應用，這可以在一個或多個操作員的工作站上運行，通過數(shù)據高速通道接收來自控器應用的數(shù)據，并通過用戶界面把數(shù)據呈現(xiàn)給過程控制系統(tǒng)設計員，操作員或用戶。數(shù)據庫應用通常由數(shù)據庫設備存儲和執(zhí)行，該數(shù)據庫設備收集和儲存通過數(shù)據高速通道提供的部分或全部數(shù)據，而配置數(shù)據庫應用可以進而使連接到數(shù)據高速通道的計算機存儲過程控制程序例程的當前配置和與之相關的數(shù)據。
[0005]然而，在許多行業(yè)中，為了更好地控制工廠，為了了解提出的控制或維護操作實際上會如何影響工廠等等，構造一個用于對工廠(包括連接在工廠內的各種工廠設備和控制網絡)操作進行仿真的仿真系統(tǒng)是可取的和必要的。這樣的仿真系統(tǒng)可以響應如設置點，測試新的控制例程，執(zhí)行優(yōu)化，執(zhí)行培訓活動等新的或不同的控制變量用來測試工廠的各種操作。其結果是，許多不同類型的工廠仿真系統(tǒng)已被提出并在過程工廠中使用。
[0006]在過程工廠仿真領域，過程仿真器的設計通常是基于一個第一原理為基礎的模型或經驗數(shù)據模型?；诘谝辉淼哪Ｐ停卜Q為一個高保真模型，基于第一原理的物理定律，如眾所周知的質量，能量和動量守恒定律，對設備和過程建模?；诘谝辉淼哪Ｐ退枋龅奈锢磉^程往往是復雜的，并可以使用偏微分方程和/或微分代數(shù)方程表示。這些方程可以描述過程或設備性能和/或這些屬性的變化。在許多基于第一原理的模型中，方程是模塊化的，使這些方程可以用于對特定部件和/或多設備或多過程系統(tǒng)中的過程建模。因此，設備和/或過程可以在模型中很容易地通過替換模型中的方程被改變和/或更新。然而，由于基于第一的原理的模型無法考慮到在任何特定時間過程設備或過程環(huán)境的實際特性或屬性的不確定性，使得所述基于第一原理的模型受制于建模誤差。在許多情況下，這些過程特性是簡單地由工廠操作員估計，或使用一些其他手動或離線估計技術估計獲得。
[0007]另一方面，基于經驗數(shù)據的模型，通常也被稱為黑盒模型，是通過按照設計的試驗施加測試輸入到一個實際的過程系統(tǒng)，然后測量對應于測試輸入的測試輸出，從而生成建模的公式或等式?；谒鲚斎牒洼敵?，會生成定義所述輸入和輸出之間關系的方程或其它模型，從而建立一個過程或設備的模型。在這種方法中，經驗公式可能會比基于第一原理的方程更容易獲得，并且經驗方程可能會比基于第一原理的方程更好地捕捉和表示動態(tài)瞬變現(xiàn)象。然而，必須設計、實施、執(zhí)行特殊的實驗以獲取足以產生用于開發(fā)模型的準確和多樣化的經驗數(shù)據。此外，該工廠通常必須經過一段時間的運行來開發(fā)模型，這可以是昂貴和費時的。另外，設備變更或更換時，必須開發(fā)新的經驗模型，這也是耗時和昂貴的。再有，經驗模型無法考慮到工廠環(huán)境中的變化或由于工廠設備的老化或使用產生的過程工廠設備的緩慢或漸進的變化。換句話說，經驗模型在產生的時候能夠考慮到固有的過程特性，但這些模型是無法輕易的改變以考慮隨著時間的推移過程特性所產生的變化。
[0008]因此，無論使用何種過程建模方法，為了利用模型進行仿真的目的，常常需要對該過程仿真模型進行足夠精確的調諧和/或調整。例如，在許多情況下，所創(chuàng)建的仿真模型包括和不可測量的過程變量或特性(例如過程或過程設備中的固有性質)相關的因素，所述過程變量或特性在本文中稱為過程特性參數(shù)，其隨著時間變化，例如，設備的磨損，工廠環(huán)境中的變化，等等。雖然有許多其他這樣的過程特性參數(shù)，所述過程特性參數(shù)的一個例子就是用于對工廠內熱交換器建模的熱傳送系數(shù)。在許多情況下，這些過程特性參數(shù)在工廠中是不可測量的，能夠準確地確定這些過程的特性參數(shù)卻是重要的，因為這些過程的特性參數(shù)值不僅會影響仿真的準確性，而且也可用于做出如控制操作和維護操作的其他操作的決定。
[0009]舉一個例子，作為發(fā)電過程的一部分，許多發(fā)電廠過程(以及其他類型的過程的應用)利用熱交換器從一個流體介質傳遞熱能到另一種流體介質。對于仿真和控制的目的很重要的是，在任何特定時間確定有多少能量在流體之間的轉移，從而該設備的效率和由此產生的溫度變化可以準確地被仿真、評估或理解，從而能夠確定適當?shù)目刂坪?或維護操作。已知的是熱交換器的熱傳送效率以及在熱交換器中產生的介質溫度變化在很大程度上受所述熱交換器(如在熱交換器的導熱率和熱電容)的材料屬性、熱交換器表面面積、熱交換管的厚度、換熱器的幾何形狀、以及各種運行時條件的影響。在這些因素中，材料屬性，表面積，管的厚度，和配置的幾何形狀可以被認為是設計數(shù)據，基于該設計數(shù)據，根據已知的數(shù)學原理，可確定“設計”的熱交換器的熱傳輸系數(shù)。然而，通常設計信息只提供了相在任何特定時間工廠內的特定熱交換器的實際熱傳輸系數(shù)的粗糙近似。在過程工廠中設計的熱傳輸系數(shù)與實際所用的熱交換器的熱傳輸系數(shù)不同是因為設計數(shù)據不考慮其他的原因，通常是過程工廠中改變或影響熱傳輸系數(shù)的變化因素，從而在工廠操作過程中影響或改變熱交換器的效率。事實上，實際的運行環(huán)境通常包括許多不同的直接影響“實際”的熱傳輸系數(shù)的因素，這反過來又影響“實際”的傳熱效率和流出所述熱交換器的流體的“實際的”最后溫度。例如，作為粗煤的燃燒和飛灰的煙道氣進入一個熱交換器內的結果，煙塵積聚或沉積在熱交換器表面上，這種煤煙的熱傳遞特性極大地影響熱交換器內產生溫度的變化效率。此外，隨著時間的推移煙塵積聚和吹灰操作(即實施不時除去在熱交換器內的煙灰積聚)改變管的厚度，這也影響了熱交換器的效率和溫度分布。因此，為了考慮到出現(xiàn)在實際運行情況時的不可測量因素或現(xiàn)象，在過程仿真和控制中的熱交換器的“實際”的熱傳輸系數(shù)需要調諧或調整到不同于設計的熱交換器的熱傳輸系數(shù)的值。
[0010]為了解決這個問題，目前行業(yè)中的慣例是通過根據收集的工廠歷史數(shù)據進行離線計算，調諧和調節(jié)在熱交換器模型(通常是基于第一原理的模型)中的熱傳輸系數(shù)。然而，以這種方式計算或確定的熱傳輸系數(shù)會導致模型更新的延遲，這意味著，在實時的情況下，該模型通常沒有被及時調整。此外，這種延遲可能會導致不正確的調整，因為在歷史數(shù)據的收集和基于按照所述歷史數(shù)據調整或調節(jié)熱傳輸系數(shù)而進行的工廠運行之間，熱傳輸系數(shù)可能已經改變。

【發(fā)明內容】

[0011]一種過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)，能夠精確的確定工廠中存在的實際過程特性參數(shù)值，而無需直接對所述過程特性參數(shù)進行測量，并且可以在線操作或當所述過程在運轉時自動的提供在所述過程正在進行的操作中所述過程特性的當前值。如此確定的過程特性參數(shù)值可以隨后被用于實現(xiàn)對更精確的仿真結果的確定和/或作出其他的在線過程決定，例如過程控制決定，過程維護決定，過程操作模式決定，等等。
[0012]過程特性參數(shù)確定單元包括工廠，設備或過程模型，例如基于第一原理的模型，包括或采用至少一個過程特性參數(shù)用于確定預測的過程變量輸出，還包括調諧模塊，基于實際的工廠操作來調諧或改變在所述過程模型中的過程特性參數(shù)，從而自動的調整在所述過程模型中采用的過程特性參數(shù)，以促使所述過程變量的預測值與所測得的或實際的工廠操作相匹配。過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)因此自動的確定使得所述過程模型的輸出與所測得的工廠操作匹配或遵從所測得的工廠操作的一個或多個過程特性參數(shù)的值，從而在例如工廠的在線操作中實現(xiàn)對過程特性參數(shù)的迅速自動確定。如此確定或調諧的過程特性參數(shù)可以隨后被用于進行更好或更準確的仿真，并且還可以被用于進行其他控制或維護流程。例如，當采用此處所述的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)確定熱交換器的熱傳送系數(shù)時，該熱傳送系數(shù)可以被用于確定進行吹灰或所述熱交換器的其他維護流程的時間，從而提高工廠操作效率，降低由不必要的吹灰操作等引發(fā)的熱交換器的耗損和撕裂。當根據過程特性參數(shù)的值或狀態(tài)有不同類型的控制更適于控制所述過程時，所述熱傳送系數(shù)還可以或替代性的被用于進行更好的或不同類型的控制。進而，所確定的過程特性參數(shù)可以被用于決定是否使工廠或工廠的一些部分進行操作，或者改變工廠或工廠的一些部分的操作模式，從而例如使工廠的操作有更好的收益。
[0013]另外，仿真系統(tǒng)及方法定義或采用過程模型，例如基于第一原理的模型，用于對工廠或例如部件、設備、控制系統(tǒng)等工廠相關部分的操作建模。所述過程模型包括體現(xiàn)了過程特性參數(shù)的一個或多個變量，所述過程特性參數(shù)被用于所述建?；虮挥糜诖_定或影響所述模型的輸出。所述過程模型隨后可以在工廠中被采用，仿真系統(tǒng)和方法將所述過程模型的輸出與測得的或經確定的工廠變量(可以是測得的過程變量或控制信號)加以比較，從而確定所述仿真或建模的過程變量與所測得的過程變量值之間的差值。所述仿真系統(tǒng)與方法隨后可以在調諧模塊中采用該差值，從而調整用于所述過程模型中的過程特性參數(shù)的值，從而使得所述過程模型的輸出與所述測得的過程變量值相匹配。其實，所述調諧模塊負責對所述過程特性參數(shù)進行反饋補償，從而使得所述過程變量的模型輸出趨向所述測得的過程變量值。當所述過程模型的輸出與所述測得的過程變量值相匹配或接近時，所述仿真系統(tǒng)和方法可以指示所述過程特性參數(shù)的值是正確的，并且可以將該過程特性參數(shù)值提供給控制器、用戶界面系統(tǒng)、或另一仿真系統(tǒng)，用于對過程進行控制，向用戶加以顯示，對所述過程進行更準確的仿真，等等。另外，所述過程特性參數(shù)值可以被用于(手動或自動)作出其他決定，例如控制決定，維護決定(例如是否對熱交換器進行吹灰操作)，或商業(yè)決定(例如在當前狀態(tài)下是否繼續(xù)操作工廠抑或因為繼續(xù)操作已經不再能帶來收益而停止操作)。
[0014]實際上，仿真系統(tǒng)的自動、在線調諧方法對模型預測的過程變量值，例如溫度交換器輸出的溫度曲線，以及測得的所述過程變量的值，例如實時測得的工廠的所述溫度交換器輸出的溫度，之間的差值進行監(jiān)視。所述調諧方法利用基于所述差值進行操作的反饋控制器，逐漸的調整所述仿真系統(tǒng)中所采用的過程模型的過程特性參數(shù)值，例如熱傳送系數(shù)，直到所述建模的過程變量值與實際或測得的過程變量值(例如在所述過程中測得的溫度)相匹配。當兩種變量值相匹配時，該模型的過程特性參數(shù)值(例如建模的熱傳送系數(shù))可以被視為在該時刻或短時間內是準確的。進而，當所述仿真和調諧流程是實時進行的情況下，新計算出的過程特性參數(shù)值(例如熱傳送系數(shù))可以被視為自適應的跟蹤實際的過程特性參數(shù)(例如工廠的實際熱傳送系數(shù))。因此，所述機制可以協(xié)助為工廠提供更好的控制以及維護流程，因為該機制對影響控制或維護操作的需要的工廠(例如設備)特性進行了準確的建?；虼_定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1所示為示例性過程工廠以及控制網絡的框圖，例如發(fā)電廠，其中的仿真系統(tǒng)可以被用于計算或預測一個或多個過程特性參數(shù)
[0016]值；[0017]圖2所示為基于鍋爐的發(fā)電廠的鍋爐蒸汽循環(huán)的各種組件的框圖，其中可以采用圖1所示工廠中的仿真系統(tǒng)進行仿真；
[0018]圖3所示為分布式仿真系統(tǒng)的一組仿真模塊框圖，用于對圖2中所示的發(fā)電廠的鍋爐蒸汽循環(huán)操作進行仿真；
[0019]圖4所示為在與過程相連接的情況下圖3所示的仿真系統(tǒng)的第一示例仿真模塊框圖，其中所述仿真模塊包括過程模型以及調諧模塊，所述調諧模塊用于基于工廠操作條件確定用于所述過程模型中的過程特性參數(shù)的正確值；
[0020]圖5所示為在與過程相連接的情況下圖3所示的仿真系統(tǒng)的第二示例仿真模塊框圖，其中所述仿真模塊包括過程模型以及調諧模塊，所述調諧模塊用于基于工廠操作條件確定用于所述過程模型中的過程特性參數(shù)的正確值；
[0021]圖6所示為圖4中仿真模塊的操作范例示意圖。
【具體實施方式】
[0022]圖1所示為工廠10為示例性過程工廠和控制網絡(例如與發(fā)電廠、工業(yè)制造廠、化學處理廠等相關的工廠)的簡要示意圖，其中可以設有過程特性參數(shù)確定單元和仿真系統(tǒng)。工廠10包括具有一個或多個控制器12的分布式控制系統(tǒng)，每個控制器通過輸入/輸出(I / O)設備或卡18連接到一個或多個現(xiàn)場設備14和16，所述輸入/輸出(I / O)設備或卡18可以是例如Fieldbus接口、Pn)fibuS?接口、HART?.接口、標準4-20毫安接口等。所述控制器12還通過如以太網鏈路之類的數(shù)據高速通道24耦接到一個或多個主機或工程師/操作員工作站20、21和22。數(shù)據庫28可以與數(shù)據高速通道24相連，并且用作數(shù)據資料庫來收集和儲存參數(shù)、過程變量(包括過程變量測試結果以及控制信號)狀態(tài)以及其他與控制器12和工廠10中的現(xiàn)場設備14和16相關的數(shù)據。另外或可替代的，數(shù)據庫28可以作為儲存下載和儲存在控制器12以及現(xiàn)場設備14和16中的工廠10中的過程控制系統(tǒng)的當前配置的配置數(shù)據庫?？刂破?2、1 / O卡18以及現(xiàn)場設備14和16通常位于并且有時分布在苛刻的工廠環(huán)境中，工程師/操作員工作站20、21和22以及數(shù)據庫28通常位于控制室或其他不甚苛刻、并且可以便于由控制或維護人員訪問的環(huán)境中。
[0023]如已知的，每個控制器12,例如 Emerson Process Management Power and Water
Solutions公司銷售的Ovation?.控制器，儲存和執(zhí)行控制器應用，該控制器應用采用任何數(shù)量的不同的獨立運行的控制模塊29來實現(xiàn)控制策略。每個控制模塊29可以由通常的功能塊組成，每個功能塊是總體控制例程的一部分或子例程，并且與其他功能塊(通過通信鏈路)配搭操作，從而實現(xiàn)在工廠10中的過程控制循環(huán)。眾所周知，功能塊可以是、但不必然是面向對象編程協(xié)議中的對象，通常執(zhí)行一種輸入功能，例如與發(fā)射機、傳感器或其他過程參數(shù)測量裝置相關的功能；或執(zhí)行一種控制功能，例如與執(zhí)行比例-積分-微分(PID)、模糊邏輯控制等的控制例程相關的控制功能；或執(zhí)行一種輸出功能，用于控制例如閥門等設備的操作，從而在過程工廠10內執(zhí)行一些物理功能。當然，還存在一些混合的或者其他類型的復雜功能塊，如模型預測控制器(MPC)、優(yōu)化器等。
[0024]在圖1所示的工廠10中，鏈接到控制器12的現(xiàn)場設備14和16可以是標準的4_20毫安設備，也可以是包括處理器和存儲器的智能現(xiàn)場設備，例如HART?、Profibus?、或FOUNDATION? Fieldbus現(xiàn)場設備，或者也可以是所需的其他類型的現(xiàn)場設備。這些設備，例如Fieldbus現(xiàn)場設備(圖1中附圖標記16所代表的)，可以儲存和執(zhí)行與控制器12中體現(xiàn)的控制策略相關的模塊或子模塊，例如功能塊。圖1中位于兩個不同F(xiàn)ieldbus現(xiàn)場設備16之間的功能塊30可以被執(zhí)行，所述對功能塊30的執(zhí)行與在控制器12中的控制模塊29的執(zhí)行相配搭，從而實現(xiàn)一個或多個過程控制循環(huán)，正如眾所周知的那樣。當然，現(xiàn)場設備14和16可以是任何類型的設備，例如傳感器、閥門、發(fā)射機、定位器等，并且I /O設備18可以是符合例如HART?、Profibus?、Fieldbus等任何希望的通信或控制器協(xié)議的任何類型的I / O設備。
[0025]此外，在已知的方式中，工作站20-22中的一個或多個包括用戶界面應用，使得例如操作員、配置工程師、維護人員等的用戶能夠與工廠10中的過程控制網絡進行交互。特別的，所示的工作站22包括存儲器34用于儲存一個或多個用戶界面應用35，該應用可以在工作站22中的處理器46中執(zhí)行，用于與數(shù)據庫28、控制模塊29、或其他在控制器12或I / O接口設備18中的例程通信，還可以用于與現(xiàn)場設備14和16以及該等現(xiàn)場設備中的控制模塊30進行通信，從而從工廠獲取信息，例如與工廠設備或所述控制系統(tǒng)正在進行的狀態(tài)相關的信息。用戶界面應用35可以對上述所收集到的信息進行處理和/或在與一個或多個工作站20-22相關的顯示設備37上加以顯示。上述經過收集、處理和/或顯示的信息可以是例如過程狀態(tài)信息、工廠內部產生的警報和警示、維護數(shù)據等。同樣的，一個或多個應用39可以在工作站20-22中被儲存和執(zhí)行，以進行配置活動，例如產生或配置在工廠中將要執(zhí)行的模塊29和30，也可以進行控制操作者活動，例如改變工廠內的設定值或其他控制變量等，還可以執(zhí)行維護應用或功能，例如運行工廠中的吹灰機，啟動工廠內的控制器調諧，運行閥門或其他設備維護流程等。當然，例程35和39的數(shù)目和類型并不限于此處所提供的描述，如果需要，其他數(shù)目和類型的過程控制和維護相關的例程也可以在工作站20-22中被存儲和實現(xiàn)。
[0026]圖1所示的工作站20-21，數(shù)據庫28以及一些控制器12還可以包括可以在工廠中實現(xiàn)的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)和/或仿真系統(tǒng)的組件，正如圖1所示。如果需要，所述過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)可以作為仿真系統(tǒng)的一部分或在仿真系統(tǒng)的內部執(zhí)行，所述仿真系統(tǒng)可以是集中式仿真系統(tǒng)，在這種情況下所述仿真系統(tǒng)組件可以在其中一個操作者工作站20-22中存儲和執(zhí)行，例如在控制器12中、在數(shù)據庫28或在任何其他工廠10中或與工廠10進行通信的計算機或過程設備中。在另一方面，仿真系統(tǒng)可以是分布式仿真系統(tǒng)，在這種情況下仿真系統(tǒng)組件可以被儲存在與工廠10相關的各種不同的設備之中，例如現(xiàn)場設備14和16、控制器12、用戶界面20-22、數(shù)據庫28等。
[0027]在一個例子中，工作站20包括一組仿真支持應用40,包括仿真配置應用,用戶界面應用和數(shù)據結構，用于采用過程特性參數(shù)確定單元以此處所記載的方式對過程工廠10進行仿真。總的來說，仿真應用40使用戶能夠產生、實現(xiàn)并且檢視圖1所示計算機網絡系統(tǒng)中的各仿真組件中所進行的仿真的結果。更具體的，分布式仿真系統(tǒng)可以包括多個分布的仿真模塊42，這些模塊位于在圖1所示的計算機網絡中各個不同的計算設備(也被稱為分路(drop))中。每個仿真模塊42都儲存了一個模型，用于對單個的工廠組件或組件組的操作進行仿真，并且仿真模塊42與用于對工廠10的更大部分進行仿真的另一模塊進行直接通信。任何具體的仿真模塊42可以被用于對工廠10的任何部分進行仿真，包括蓄水池、熱交換器、控制器等，或一組設備，例如一個單元。進而，仿真模塊42可以位于所述計算機網絡的各個不同的設備或分路中并在其中被執(zhí)行，并且可以通過例如通信總線24進行通信從而在仿真模塊42之間傳送數(shù)據，從而對更大范圍的工廠設備進行仿真。當然，任何所需數(shù)目的模擬模塊42可以位于任何特定的分路，并且每條分路可以獨立于其他分路執(zhí)行仿真模塊42，從而實現(xiàn)分布式仿真。然而，如果需要，與任何特定仿真相關的全部仿真模塊42可以在同一計算機設備(即一條分路)中進行存儲和執(zhí)行，并且仍然采用此處所描述的方式加以實現(xiàn)。
[0028]任何經授權的用戶(例如配置工程師、操作者或其他類型的用戶)可以訪問仿真應用40，并且通過產生一組仿真模塊42以及將這些模塊42下載到工廠中或計算機網絡中的不同的分路，來訪問仿真應用40，仿真應用40可以被用于產生和配置仿真系統(tǒng)的具體實例。如圖1所示，多個分布的仿真模塊42可以被下載到并在工作站20-22、控制器12、數(shù)據庫28和/或任何其他連接到通信網絡24的計算機設備或處理設備中執(zhí)行。如果需要，仿真模塊42可以位于并在其他處理設備中執(zhí)行，這些其他處理設備間接的連接到網絡24，例如可以在現(xiàn)場設備16中，在商業(yè)局域網(LAN)中，或甚至在連接到網絡24中的設備之一的廣域網(WAN)中。進而，盡管圖1中的總線或網絡24顯示為主要的通信網絡用于連接實現(xiàn)仿真模塊的各分路，但是也可以采用其他類型的通信網絡連接各分路，包括任何需要的LAN、WAN、因特網、無線網絡等。
[0029]分布的仿真模塊42在下載后可以各自執(zhí)行，但是要互相配搭操作，從而對工廠或組件以及工廠內的設備進行仿真，所述配搭操作被控制塊29和39以及其他在控制器12中執(zhí)行的控制例程、還可能包括現(xiàn)場設備14和16所控制。這樣的分布式仿真系統(tǒng)可以使用戶通過仿真應用組40中的用戶界面應用進行關于工廠10的不同仿真和預測活動。如果需要，分布式仿真系統(tǒng)可以對圖1所示的正在操作的工廠或其一部分進行仿真，或者也可以對并沒有被實際建造的工廠進行仿真。重要的，如此處進一步記載的，一個或多個仿真模塊42可以包括或執(zhí)行過程特性參數(shù)確定單元或技術以準確確定在仿真模塊的過程模型中采用的過程特性參數(shù)的當前值。包括過程特性參數(shù)確定單元或實現(xiàn)過程特性參數(shù)確定技術的仿真模塊42可以將所確定的或當前的過程特性參數(shù)的值提供給其他仿真模塊42、一個或多個用戶工作站20-22、一個或多個用戶界面應用35、一個或多個維護、控制或配置應用
39、或甚至一個或多個用于控制工廠的控制器應用29。這些各種不同的應用可以采用任何需要或有用的方式接收并利用所確定的過程特性參數(shù)，例如通過用戶界面應用35向用戶顯示過程特性參數(shù)的當前值以使得用戶能夠進行維護、仿真或控制行為，通過自動進行控制行為(例如調諧控制器、改變控制器模式等)或維護動作(例如實現(xiàn)一個或多個維護流程，例如對熱交換器進行吹灰操作)或商業(yè)行為(例如決定在當前模式下工廠是繼續(xù)操作還是因為這樣做不再盈利而停止操作)等。
[0030]作為過程特性確定單元可以被用做仿真系統(tǒng)的一部分的工廠的一個更具體的示例，圖2所示為鍋爐100的鍋爐蒸汽循環(huán)框圖，鍋爐100可以被例如通過例如圖1所示的過程工廠或控制網絡實現(xiàn)的熱發(fā)電廠采用。鍋爐100包括多個部分，各種形式的蒸汽或水汽例如過熱的蒸汽、再加熱蒸汽等流經這些部分。盡管圖2所示的鍋爐100包括多個水平放置的鍋爐部分，在實際應用中，這些部分中的一個或多個可以被豎直放置，特別是因為在鍋爐的各部分(例如水冷壁吸收部分)對蒸汽進行加熱的煙道氣是沿豎直方向上升的。[0031]在任何情況下，圖2所示的鍋爐100包括水冷壁吸收部分102，主過熱吸收部分104，過熱吸收部分106，以及再加熱部分108，所有的部分包括各種熱交換器109a-109d。另夕卜，鍋爐100包括一個或多個減熱器110和112，以及節(jié)能器部分114。由鍋爐100產生的主要的蒸汽被用于驅動高壓(HP)渦輪116，來自于再加熱部分108的熱的再加熱蒸汽被用于驅動中壓(IP)渦輪118。典型的，鍋爐100還可以被用于驅動圖2中未示出的低壓(LP)渦輪。
[0032]水冷壁吸收部分102主要負責產生蒸汽，其包括數(shù)條管道，蒸汽通過這些管道進入圓筒。進入水冷壁吸收部分102的供給水可以是通過節(jié)能器部分114被泵入的。在水冷壁吸收部分102中時，所述供給水吸收了大量的熱量。例如，在傳統(tǒng)的圓筒狀鍋爐中，水冷壁吸收部分102具備蒸汽筒，其中承載了水和蒸汽，并且需要對圓筒中的水位加以仔細控制。在所述蒸汽筒上部收集的蒸汽被供給主過熱吸收部分104，并且隨后被供給過熱吸收部分106，這兩部分一起采用各種熱交換器109a和10%使得蒸汽溫度上升至非常高的水平。在所述圓筒底部的水被再循環(huán)并被在熱交換器109c中被進一步加熱。來自過熱吸收部分106的主蒸汽輸出驅動高壓渦輪116以發(fā)它。
[0033]當主蒸汽對HP渦輪116加以驅動時，所耗盡的蒸汽被導入再加熱吸收部分108，并在熱交換器109d中對該蒸汽進行進一步的加熱，并且來自再加熱吸收部分108的熱的再加熱蒸汽輸出被用于驅動IP渦輪118。減熱器110和112可以被用于將最終的蒸汽溫度控制在所需的設定值。最終，來自IP渦輪118的蒸汽可以通過LP渦輪(未示出)被供給蒸汽冷凝器(未示出)，其中所述蒸汽被冷凝至液態(tài)，并且循環(huán)自多個鍋爐供給泵對供給水泵入鍋爐作為下一個循環(huán)的開始。節(jié)能器部分114位于鍋爐釋放出的熱耗盡氣流中，并且利用高溫氣體將多余熱量在所述供給水進入水冷壁吸收部分102之前傳導給所述供給水。
[0034]圖3所示為一組可以用于或采用分布式方式實現(xiàn)的仿真模塊42，用于對圖2所示的鍋爐蒸汽循環(huán)操作進行仿真。正如所能理解的那樣，各個仿真模塊42可以包括或實現(xiàn)過程參數(shù)特性確定單元或在工廠中確定過程參數(shù)特性值的技術。具體的，圖3中的各仿真模塊42可以確定圖2中各熱交換器109a-109d的當前或正確的熱傳送系數(shù)值。
[0035]如圖3所示，分布式仿真模塊42包括針對圖2所示的每個主要工廠要素的分離的仿真模塊，包括水冷壁吸收仿真模塊102S，主過熱吸收仿真模塊104S，過熱吸收仿真模塊106S，再加熱吸收仿真模塊108S，減熱器仿真模塊IlOS和112S，節(jié)能器仿真模塊114S，渦輪仿真模塊116S和118S。當然，這些仿真模塊包括工廠要素模型，這些模型可以采用第一原理公式、或任何其他需要的模型例如經驗模型的形式，對所述要素的操作加以建模從而基于所提供的輸入為圖2所示的相應的工廠設備產生仿真輸出。正如所能理解的那樣，這些過程模型在某種方式上包括或采用過程特性參數(shù)，例如熱交換器109a-109d的熱傳送系數(shù)，用于對工廠的相關部分加以建模。盡管圖3示出了針對圖2中每個主要工廠組件的分立的仿真模塊，也可以為圖2中這些組件的子組件制作仿真模塊，也可以產生針對圖2中的多個工廠組件的組合的單一的仿真模塊。
[0036]因此，總的來說，圖3中所示的示例性分布式仿真技術和系統(tǒng)采用了數(shù)個分立的仿真模塊，其中每個仿真模塊對所仿真(這里指的是工廠要素仿真模塊)或模型的過程或工廠中的不同活動組件進行建?；蚣右泽w現(xiàn)。在操作中，每個仿真模塊可以在公共的機器或處理器中或者不同的機器或處理器中分別執(zhí)行，從而實現(xiàn)并行和分布式的處理。因此，例如圖3中所示的不同仿真模塊可以在圖1所示的各個不同的工作站20-22，圖1中的控制器12，圖1中的現(xiàn)場設備16，圖1中的數(shù)據庫28等中執(zhí)行。
[0037]如上所述，且如圖3所示，圖3中的每個仿真模塊包括一個或多個可執(zhí)行的模型202，用于將與工廠要素或管道相關的操作建模，并且這些仿真模塊被操作用于實現(xiàn)這些模型202，從而基于傳輸給工廠要素的輸入(以液體、固體、控制信號等形式)對工廠要素的操作進行仿真。在大多數(shù)情況下，所述仿真模塊會基于來自于上游仿真模塊的輸入指示(例如液體輸入、氣體輸入、液壓、溫度等)來進行仿真，并且產生一個或多個輸出指示，對過程或工廠要素的輸出(例如采用液體輸出形式，例如氣體輸出，例如液體溫度、壓強等)加以指示。工廠要素仿真模塊中所采用的模型202可以是第一原理模型或任何針對特定的待仿真設備的其他適當類型的模型。然而，為了實現(xiàn)此處所描述的過程特性參數(shù)確定技術，多個仿真模塊102S至118S可以與過程變量測量結果(采用傳感器測量結果、過程控制器輸入和輸出形式等)綁定或從被仿真的工廠接收這些測量結果。
[0038]圖3中的分布式仿真系統(tǒng)也被描述為包括位于上述工廠要素仿真模塊之間的管道仿真模塊P1-P8。一般來說，管道仿真模塊P1-P8充當仿真邊界模塊，負責對其他仿真模塊間的流動建模，提供由下游仿真模塊至上游仿真模塊的反饋，以及實施質量流和動量平衡方程從而均衡由不同的工廠要素仿真模塊102S-118S執(zhí)行的仿真。管道仿真模塊P1-P8包括用于執(zhí)行該流動建模的模型202，例如，實施質量流和動量平衡例程以平衡不同仿真模塊102S-118S之間的質量流、壓強等等的模塊。也如圖3所示，不同的仿真模塊102S-118S和P1-P8通過輸入和輸出210相連接。美國專利申請公開N0.2011 / 0131017，尤其是該專利申請的圖3-8的描述中，更詳細地提供了圖3的分布式仿真系統(tǒng)的詳細操作，其內容在這里明確引入作為參考。然而，在本案中，仿真模塊102S-118S或甚至仿真模塊P1-P8中的一個或多個包括使用過程特性參數(shù)以執(zhí)行建?；蝾A測的過程模型，并且這些仿真模塊包括用于調諧過程特性參數(shù)的調諧器，調諧方式為促使過程模型的過程特性參數(shù)與實際過程中的過程特性參數(shù)的實際值匹配、相等或非常近似。
[0039]現(xiàn)在參考圖4，以仿真模塊400的形式描述了過程特性參數(shù)確定單元，其耦合至過程404，并位于上游仿真邊界模塊406和下游仿真邊界模塊408之間。仿真模塊400可以是,例如，如果需要可以是仿真模塊102S-118S中的任意一個，而邊界模塊406和408可以是圖3中仿真模塊P1-P8中任意合適的一個。然而，這些要素也可以是其他類型的仿真模塊和邊界模塊。為了清楚起見，由仿真系統(tǒng)產生的仿真的或預測的信號或值在圖4和5中用虛線顯示，而過程控制信號(例如，在過程控制系統(tǒng)中確定或由過程控制系統(tǒng)測量的信號或值)在圖4和5中用實線指示。
[0040]一般來說，仿真模塊400，在本案中是分布式仿真系統(tǒng)的一部分，包括過程模型410、差值單元或加法器412，以及仿真模型調諧器單元414，它們協(xié)同工作以確定過程模型410使用的過程特性參數(shù)的值。在此例中，過程404可以是實時操作的在線過程，仿真模塊400通過通信信道或線路連接至過程404。在這種情況下，仿真模塊400實時接收來自過程404的數(shù)據(例如控制信號數(shù)據和測量的過程變量數(shù)據)或像過程404在線操作一樣，因此在設備中存儲和執(zhí)行仿真模塊400是有利的，仿真模塊400實施過程404的過程控制器以減少在工廠的仿真和控制系統(tǒng)中的設備之間的數(shù)據通信?？商娲兀^程404可以是通過例如數(shù)據資料庫(如圖1的數(shù)據資料庫28)連接至仿真模塊400的離線過程。在這種情況下，仿真模塊400接收過去從過程404采集并存儲在數(shù)據資料庫28中的數(shù)據，這將有益于在數(shù)據資料庫設備中存儲和執(zhí)行模擬模塊400，從而減少模擬和控制系統(tǒng)中的數(shù)據通信。
[0041]如圖4所示，過程模型410通過輸入線或通信信道或連接416接收來自上游仿真邊界模塊406的模型輸入，上游仿真邊界模塊406可以是例如圖3中的分布式仿真系統(tǒng)的其他仿真模塊中的一個，仿真模塊400通信連接至上游仿真邊界模塊406。更進一步，過程模型410通過輸入線或通信信道或連接418接收來自過程控制器420的控制信號輸出，過程控制器420作為過程404的一部分操作以控制過程404或過程404中的要素，如閥門、燃燒器、流體流動等等。一般來說，輸入線418處提供的控制器輸出(過程控制信號)通過過程控制器420接收，或從過程控制器420接收，過程控制器420控制或影響由過程模型410建模的過程404的部分(例如，過程404中的設備)?？梢岳斫獾氖?，過程模型410可以是任何類型的過程模型，包括基于第一原理的模型，或黑箱或經驗模型。例如，作為建模過程(基于第一原理的模型)的一部分，過程模型可以基于或實施第一原理數(shù)學方程，或是，例如，基于傳遞函數(shù)的模型、神經網絡模型、模型預測控制(MPC)模型、回歸模型、偏最小二乘法(PLS)模型等等(都是經驗模型的示例)。在圖4的示例中，過程模型410是仿真模塊400中的過程模型單元的主要或唯一部分。在任何情況下，過程模型410以某種形式包括一個或多個過程特性參數(shù)，這些參數(shù)被用作過程模型410的一部分以執(zhí)行過程404的建模。例如，當過程模型410對例如圖2中的供熱系統(tǒng)的熱交換器109a-109d中的一個或多個進行建模時，用在過程模型410中的過程特性參數(shù)可以是過程404中的熱交換器的熱傳送系數(shù)。在經驗模型，如基于傳遞函數(shù)的模型的情況下，過程特性參數(shù)可以是例如模型的增益(該增益被視為反映過程特性)。
[0042]如圖4所示，差值單元412 (其可以是簡單的加法電路或算法)包括兩個輸入，并在一個輸入端接收來自模型410的、以例如由過程模型410發(fā)展的預測過程變量值的形式的輸出，并在另外一個輸入端接收過程模型410正在估計的同一過程變量的測量的過程變量值(在過程404中測量)?？梢岳斫獾?，過程模型410基于來自控制系統(tǒng)420的信息(如傳送至過程404的過程控制信號)、基于來自仿真邊界模塊406的信息(如過程模型410基于當前的過程條件做出對過程變量的預測所需的流速和其他上游過程變量)、基于內部存儲的過程模型，以及在一些情況下，基于來自仿真邊界模塊408的信息，來產生過程變量的預測。差值確定單元412確定提供的兩個輸入之間的差值或誤差，兩個輸入為來自過程404的測量過程變量值和由過程模型402產生的預測過程變量值，并且提供誤差信號至仿真模型調諧器414。可以理解的，在過程404中測量的過程變量和由過程模型410預測的過程變量與相同的過程變量相關，并且，在模型410對熱交換器的操作進行建模的示例中，可以是熱交換器輸出處的流體溫度。當然，由模型410預測的過程變量值和在過程404中測量的過程變量值可以是包括控制信號的任意其他過程變量。在此例子中，假設由過程模型410預測的過程變量值和在過程404中測量的過程變量值是非受控的過程變量，也就是說，不受過程404的控制系統(tǒng)420直接控制的過程變量。盡管如此，也可以提供受控的過程變量的測量的和預測的值至單元412。
[0043]仿真模型調諧器414包括調諧器邏輯425，調諧器邏輯425以驅動或使得差值單元412產生的差值或誤差信號至O的方式操作，以對過程模型410中使用的過程特性參數(shù)的值進行調諧。尤其的，仿真模型調諧器414的調諧器邏輯425可以更改用于過程模型410中的過程特性參數(shù)(例如熱交換器的熱傳送系數(shù))的值，從而使得過程模型410輸出的預測過程變量值更加精確或與過程404的實際測量過程變量值更匹配。當然，仿真模型調諧器414的調諧器邏輯425能夠以任何已知或希望的方式(譬如逐步地，以固定或可變步長或其他)改變或調整過程模型410中的或過程模型410使用的過程特性參數(shù)值，并且可以基于存儲于仿真模型調諧器414中的預定規(guī)則集合或控制例程進行上述操作。因此，例如，仿真模型調諧器414的調諧器邏輯425可以存儲例如指示如何最好地根據誤差信號修改過程特性參數(shù)的值，并且這些規(guī)則可以指示例如正誤差信號應使得過程特性參數(shù)值在一個方向上進行改變，而負誤差信號應使得過程特性參數(shù)值在反方向上進行改變。此外，仿真模型調諧器414的調諧器邏輯425可以包括并使用任意種反饋控制例程，譬如，比例、積分和/或微分(PID)控制例程，來確定改變過程特性參數(shù)的最佳方式，該方式可以隨時間最好地驅動過程模型410，從而產生與過程404的測量的過程變量值匹配或相等的預測過程變量值。
[0044]在任何情況下，隨著時間，通過適應性地調諧或改變過程模型410中的過程特性參數(shù)值，從而驅使過程模型410的預測過程變量輸出與在過程404中測量的過程變量值匹配，仿真模型調諧器414確定過程404中的過程特性參數(shù)的實際值。因此，當仿真模型調諧器414實際使過程模型410中的過程特性參數(shù)達到一個值，該值導致過程模型410的輸出處的預測過程變量值與來自過程404的針對同一過程變量的測量過程變量匹配，導致差值單元412輸出O或接近O的誤差信號，仿真模型調諧器414實際上決定了出現(xiàn)在、存在于或與過程404的當前狀態(tài)相關聯(lián)的過程特性參數(shù)的實際值。
[0045]如圖4所示，仿真模塊400可以提供過程特性參數(shù)的當前值和其他所需或相關的模型參數(shù)或是通過通信信道、線路或其他連接輸出至下游仿真邊界模塊408的輸出，譬如流體流量、溫度、壓強等，該輸出可以在下一個或下游仿真要素中使用。盡管如此，仿真模塊400也可能或相反提供過程特性參數(shù)的當前值至例如圖1的過程工廠10內的其它任意的仿真模塊或其它任意的應用或用戶，該過程特性參數(shù)的當前值以任意希望的方式，通過一個或多個與過程控制網絡相關聯(lián)的通信信道、連接或線路應用于這些其他應用中。
[0046]當然，雖然圖4中所述的過程特性參數(shù)值確定單元被描述為作為分布式仿真系統(tǒng)中的一個要素的分布式仿真模塊400的一部分，然而該過程特性參數(shù)值確定單元也可以作為獨立單元使用，以確定任意特定的過程特性。另外，關于圖4所述的過程特性參數(shù)確定單元也可以是集中式仿真系統(tǒng)的一部分，在集中式仿真系統(tǒng)中，對工廠或過程的一大部分，或單獨位置處的整個工廠或過程執(zhí)行仿真。因此，在仿真模塊400中使用的過程特性確定單元也可以作為集中式仿真系統(tǒng)的一部分實施，而不是作為圖4描述的分布式仿真系統(tǒng)的一部分。
[0047]圖4中指示的過程404是在線操作過程，因此，在這種情況下，過程特性參數(shù)值確定單元在線確定過程特性參數(shù)值，換言之，在線或在進行中或實時操作過程404期間。盡管如此，過程特性參數(shù)確定單元也可以通過數(shù)據資料庫，譬如圖1中的數(shù)據資料庫28，通信耦合至過程404，以接收之前收集到的過程404的數(shù)據，從而離線操作以確定某時刻與存儲在資料庫28中的過程404的實際測量值相關聯(lián)的過程404的過程特性參數(shù)。換言之，過程特性確定單元可以實時地且在過程404正在進行的操作期間操作，以實時確定過程特性參數(shù)值，但其也可以離線實施或基于歷史上或之前收集并存儲的、測量的過程變量和控制系統(tǒng)輸入輸出以及其他過程模型410的操作必須的數(shù)據形式的過程變量數(shù)據進行實施。[0048]圖5示出了過程特性參數(shù)確定單元的另一個實施例，其作為仿真模塊500的一部分再次被示出，在本例子中，其可被用于根據測得的或受控的過程變量確定過程特性參數(shù)值。如圖5所示，仿真模塊500連接至過程504并且位于上游仿真邊界模塊506和下游仿真邊界模塊508之間。仿真模塊500包括過程模型單元，過程模型單元包括過程模型510，其類似于圖4中的過程模型410，并且仿真模塊500包括差值單元512和仿真模型調諧器514，他們的運行分別類似圖4中的單元412和414。通過輸入線或者通信連接516，上游仿真邊界模塊506向過程模型510提供必要信息以用于過程模型510的運行，信息包括，例如，仿真流量，材料，溫度，壓力，設定等，如上游仿真模塊確定或使用的。相似的，這些信息有時也由下游仿真邊界模塊508提供。
[0049]然而，如圖5所示，代替從過程504接收控制系統(tǒng)輸出和從該控制系統(tǒng)輸出預測一個非受控過程變量(如圖4的仿真模塊400所執(zhí)行的)的預測值，過程模塊510生成一個受控過程變量的預估或者估值，并且向仿真控制器520A (其可以是過程模型510的一部分或者是仿真模塊500的過程模型單元的一部分)提供該預測的過程變量值。更具體的，仿真模塊500的過程模型單元包括仿真控制器520A，其從過程504的過程控制系統(tǒng)接收受控過程變量的控制器設置點并且接收由過程模型510所形成的受控過程變量的預測值。仿真控制器520A運行以仿真由實際過程控制器520B執(zhí)行的控制行為或者活動，過程控制器520B用于使用受控過程變量的相同設置點來控制過程504。當然，仿真控制器520A包括控制器邏輯524A，其運行方式與過程控制器520B的實際控制器邏輯524B相同，也即，使用相同的邏輯，調諧因子、增益、設定等，因為仿真控制器520A的目的是在過程504的運行中，基于受控過程變量的預測值(如過程模型510輸出的)而非受控過程變量實際的或測得的值，對實際控制器520B的操作進行仿真。
[0050]如圖5所示，通過仿真過程控制器520A形成的預測或仿真的控制信號值也被提供回過程模型510，過程模型510使用這些控制信號值來產生受控過程變量的估計值。而且，實際過程控制器520B也接受控制設置點和來自過程504的受控過程變量的測量作為反饋輸入，并且使用這些信號以希望的或已知的方式執(zhí)行過程控制。因此，可以理解，實際控制器520B和仿真控制器520A使用相同的控制參數(shù)和控制技術來執(zhí)行控制并且由此基于來自過程504的受控過程變量的實際測量或者基于來自過程模型510的受控過程變量的預測值產生控制信號(即，實際控制信號或仿真控制信號)。當然，實際過程控制器520B產生實際控制信號以提供給工廠或過程504，而仿真過程控制器520A產生仿真控制信號，該仿真控制信號被提供回給過程模型510以使得過程模型510產生受控過程變量的預測值作為輸出。
[0051]如圖5所示，從實際過程控制器520B和仿真過程控制器520A輸出的控制信號作為輸入被提供給差值單元512的兩個輸入，其產生一個表示控制器520A和520B的輸出(過程控制信號值)之間差值的誤差信號。然后，該差值或誤差信號被提供給仿真模型調諧器514，該仿真模型調諧器514類似于圖4中的仿真模型調諧器414，其使用調諧器邏輯525來更改或改變模型510中的過程特性參數(shù)的值以試圖驅動仿真控制器520A的輸出，從而符合或匹配實際過程控制器520B的輸出。仿真模型調諧器514的調諧器邏輯525可以以如圖4中調諧器414所描述的相似的方式來運行并且因此能夠以任何希望的方式來運行以更改或改變過程模型510中的過程特性參數(shù)的值。當然，當仿真模型調諧器514使得仿真過程控制器520A的輸出等于或者接近于實際過程控制器520B的輸出，差值單元512生成零或者接近于零的值，其指示模型510的過程特性參數(shù)值是真實的或實際的值，如其過程504中存在的一樣，當然，在這種情況下，模型510輸出的受控過程變量的預測值應該等于或者近似于在過程504中實際測得的受控過程變量值，正如，理想地，控制器520A和520B對這些值進行相同的操作以產生相同的控制信號(實際的或仿真的)，這些控制信號被傳送給差值檢測單元512。
[0052]類似于圖4的系統(tǒng)，過程模型510 (或者仿真模塊500作為一個整體)可以通過任何希望的通信通道或連接向下游仿真邊界模塊508提供其輸出，該輸出包括流量，溫度等，以及如果需要，還包括過程特性參數(shù)的電流值，下游仿真邊界模塊是實施過程參數(shù)特性確定單元的仿真元件或模塊500的下游。因此，可以理解的是，圖4的系統(tǒng)使用非受控過程變量的測量值以及如過程模型410所產生的非受控過程變量的預測值，使得過程特性參數(shù)值被確定下來，而圖5的系統(tǒng)使用受控過程變量的測量和如過程模型510所產生的受控過程變量的預測值，使得過程特性參數(shù)值被確定下來。在第二種情況下，過程控制器520B輸出的控制信號(如過程504內測得的或確定的)和由仿真過程控制器520A所生成的控制信號被相互比較來確定過程模型中的過程特性參數(shù)是否被設定成與實際過程的特性相關聯(lián)的正確的或實際的值。當然，在所有或多數(shù)其他方式中，圖5中的元件與圖4中相應的元件是相同或相似的。
[0053]圖6示出的圖表600表示了圖4的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)的運行的仿真實施例，所述過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)被用于確定熱交換器的熱傳遞系數(shù)，電廠的鍋爐系統(tǒng)產生的廢氣被作為輸入提供給熱交換器以產生或加熱被傳送至熱交換器的輸出的蒸汽，其中該蒸汽被用于驅動一個或多個電廠的渦輪機。更具體的，鍋爐的超級加熱器部分被選作演示樣機。圖6的圖表600包括上方的線602,其表不隨著時間的變化從熱交換器輸出的仿真的熱廢氣溫度，中間的線604，其表示隨著時間的變化在熱交換機的輸出處的相對冷的仿真的蒸汽溫度(其基于進入熱交換機的廢氣的溫度曲線圖)，以及下方的線606，其表示熱交換機的金屬和蒸汽之間的仿真熱傳遞系數(shù)，該系數(shù)由當用于對熱交換器的操作進行建模時圖4的系統(tǒng)確定。
[0054]本示例顯示，在開始階段，仿真的廢氣出口的溫度是1269.9F，仿真的蒸汽出口的溫度是1195.9F，并且仿真的超級加熱器熱傳遞系數(shù)(從金屬到蒸汽)是0.005。然而，來自測量的實際蒸汽溫度是1185F。此后，仿真模型調諧器414被啟動并且，如線606所指示的，熱傳遞系數(shù)被調諧器414逐漸調節(jié)至最終值0.0031，同時仿真的蒸汽溫度最終穩(wěn)定為1185F。
[0055]更具體的，在圖6中通過點劃線表示的時間610處，當熱交換機中的廢氣與線602的溫度曲線匹配時，過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)被啟動并且其模型調諧器414開始基于由過程模型產生的測得的蒸汽溫度和該蒸汽溫度的預測值(線604)之間的差值來調整熱交換機的模型中的熱傳遞系數(shù)(例如，本例子中的基于第一原則的模型)。
[0056]如圖6所示，經過大約50到60分鐘的時間，仿真模型調諧器414以驅動由過程模型(線604)預測的溫度等于或近似于測得的蒸汽溫度的方式，來調整熱傳遞系數(shù)(線606)，如在熱交換機的過程模型中所用的。而且，即使輸入廢氣和工廠內測得的蒸汽溫度隨著時間的變化而變化，仿真系統(tǒng)也能夠這樣做。需要注意，如圖6所示，如在過程模型中所使用的，熱傳遞系數(shù)花費了相對短的時間段達到穩(wěn)定狀態(tài)，在該穩(wěn)定狀態(tài)，該系數(shù)反映了過程內的熱交換機的實際熱傳遞系數(shù)。而且，仿真系統(tǒng)在過程的持續(xù)或在線(或仿真的在線)操作期間，能夠繼續(xù)形成熱傳遞系數(shù)的準確的和最新的值。因此，在本例中，如圖6中所示的，在大約20到30分鐘之后，熱交換機(線606)的熱傳遞系數(shù)被非常準確地確定并且變化很小，從而表明由仿真模型調諧器414確定的熱傳遞系數(shù)匹配過程內的該過程特性的實際值并且因此準確地表示了過程內的情況。
[0057]當然，盡管圖6的例子被示為使用以在熱交換機的輸出處測得的和預測的蒸汽溫度的形式的受控過程變量來確定以熱交換機的熱傳遞系數(shù)的形式的過程特性參數(shù)值，然而該過程特性參數(shù)及其他過程特性參數(shù)能夠使用這些或其他過程變量來確定。
[0058]更進一步，用于過程特性參數(shù)確定單元或熱交換器的仿真單元的過程變量的選擇可以包括但不限于，所測量的或計算的過程輸入(以熱交換器入口蒸汽溫度、壓強和流量以及熱交換器入口廢氣溫度、壓強和流量的形式)；所測量的或計算的過程輸出(以熱交換器出口蒸汽壓強和流量以及熱交換器出口廢氣壓強和流量的形式)；以及以蒸汽溫度或廢氣溫度形式的匹配的變量。當然，在這些系統(tǒng)中，過程控制器可以是包括用在分布式控制系統(tǒng)(DCS)中的任意控制算法的任意類型的控制器，以及為了改變過程特性參數(shù)，仿真模型調諧器可以使用任意類型的控制例程，包括例如任意反饋類型的穩(wěn)定控制例程或技術，如PID控制技術。然而，本文描述的系統(tǒng)不限于使用或用于熱交換器中熱傳遞系數(shù)的確定。
[0059]此外，如上面提到的，圖4和5的系統(tǒng)400和500能夠用于在線或離線操作中。當用于在線操作中時，仿真(或過程特性參數(shù)值確定)與過程操作同時發(fā)生，并且因此仿真系統(tǒng)立即收到執(zhí)行仿真和調整所需的過程變量測量值和過程控制信號。然而，由于通信負載和執(zhí)行仿真通常需要的數(shù)據量，為了減少在過程控制系統(tǒng)或工廠通信網絡中的通信開銷，如果仿真單元(或過程特性參數(shù)確定單元)存儲在并執(zhí)行于信息能夠立即獲得的工廠附近或工廠內的設備的處理器上是所希望的，如在執(zhí)行過程的控制的過程控制器內或被建模的設備內，執(zhí)行控制或執(zhí)行正在仿真中使用的過程變量測量的現(xiàn)場設備等等。
[0060]當用于離線仿真系統(tǒng)中時，仿真組件或模塊可以首先以輸入的形式采集過程模型必需的過程數(shù)據(如過程控制器輸入和輸出、要預測的過程變量的過程變量測量值以及執(zhí)行仿真的過程所需的任何其他數(shù)據)，并且可以將該數(shù)據存儲在數(shù)據庫中，如圖1的數(shù)據資料庫中。仿真單元或者過程特性參數(shù)確定單元然后可以使用數(shù)據庫中所存儲的數(shù)據來應用仿真和模型調諧技術，就像該數(shù)據是實時接收的那樣。當然，在這種情況下，仿真系統(tǒng)并不局限于在與采集數(shù)據的時間幀相同的時間幀中操作，而是可以比實時更快或更慢的操作以自適應的改變過程模型中的過程特性參數(shù)，以使得過程模型輸出與實際測量的過程輸出相匹配。此外，在離線仿真中，數(shù)據是預先存儲的，仿真模型調諧器可以在任意特定時間通過單次確定使得過程變量的預測值和過程變量的測量值匹配的過程特性參數(shù)的值，來實際的將過程參數(shù)調整到正確值。在這種情況下，過程模型和調諧器單元可以根據需要在單個時間周期或時間段中多次操作，以使得預測的過程變量值和實際的過程變量值之間的差為零或近似為零。
[0061]當然，過程模型410或510中所產生和使用的過程特性參數(shù)可以提供給用戶或者例如圖1的用戶接口設備20-22中的一些其他應用，以使得用戶或操作員能夠基于所確定的這些值采取一些行動，或者使得用戶能夠在工廠中做出進一步的決定或選擇。例如，操作員可以基于所確定的過程特性參數(shù)的值采取或實施控制行動或維護行動。例如，操作員可以基于所確定的過程特性參數(shù)的值，通過控制器應用實施控制調諧、通過維護應用實施維護過程，如吹灰，等等。進一步的，控制、維護或其他系統(tǒng)可以將所確定的過程特性參數(shù)與閾值進行比較，并且基于該確定，可以在工廠內自動采取一些行動，如設置或產生警報或警告以顯示或發(fā)送給用戶、自動啟動控制或維護過程，等等。例如，在過程特性參數(shù)是熱交換器的熱傳送系數(shù)的情況下，當熱傳送系數(shù)太低(低于預定閾值)時，用戶可以手動的或者系統(tǒng)可以自動的實施維護或控制過程(如吹灰或控制器調諧)以提高熱傳送系數(shù)或在過程控制中補償?shù)蜔醾魉拖禂?shù)。當然，這只是通過確定過程中的過程特性參數(shù)所能夠實施或影響的進一步行動的一些例子，還存在該值的其他可能的使用。
[0062]此外，通過上述討論可以理解，本文所描述的過程特性參數(shù)確定單元不管是否作為仿真系統(tǒng)的一部分，都可以以各種不同形式實施。對于離線仿真應用，仿真和控制在不同平臺(或計算機系統(tǒng))操作，具有自動調諧的過程特性參數(shù)確定單元將通常需要利用歷史數(shù)據。否則，將有大量現(xiàn)場或原始數(shù)據需要傳輸給仿真系統(tǒng)，使得仿真系統(tǒng)將必須開發(fā)專用的通信軟件和數(shù)據鏈路。通過利用來自歷史數(shù)據文件中的數(shù)據作為實際數(shù)據，仿真和過程特性參數(shù)確定計算可以像本文所述那樣直接進行。另一方面，對于在線仿真應用，仿真和控制在同一平臺(通常是DCS控制系統(tǒng))操作，調諧所需的數(shù)據可以直接由仿真或過程特性參數(shù)確定單元從DCS高速通道讀取。然后所確定的過程特性參數(shù)的結果值可以連續(xù)實時寫入仿真模型中。
[0063]進一步的，在對模型的熱傳送系數(shù)進行調整的熱交換器模型的在線仿真中，所確定的熱傳送系數(shù)可以用于智能吹灰或其他維護目的。特別是，通過以所建議的方式連續(xù)監(jiān)控和調整熱傳送系數(shù)，可以實時檢測傳熱區(qū)域的污垢情況。更高的熱傳送系數(shù)值將對應于更清潔的鍋爐區(qū)域，反之亦然。結果是，由于可以利用連續(xù)的熱傳送系數(shù)計算來建議或推薦吹灰操作，所以該系統(tǒng)可用于實施智能吹灰(intelligent soot-blowing, I SB)應用?？梢允褂迷摲椒▉泶嫫渌阎摹⒒诘谝辉怼扒鍧嵰蜃印庇嬎惴椒ɑ蛘呓涷灁?shù)據驅動的“清潔因子”計算方法的熱平衡。
[0064]更具體而言，在例如用于鍋爐類發(fā)電站的實時仿真應用中，該方法使得能夠根據總是在發(fā)生變化的運行時間鍋爐情況，自動并且連續(xù)的確定熱傳送系數(shù)，通常不需要其他手動調諧或特殊的數(shù)據鏈路，或者第三方軟件項目。在這種情況下，可能希望基于所確定的熱交換器的熱傳送系數(shù)，手動或自動地執(zhí)行吹灰操作。例如，當所確定的熱傳送系數(shù)(或其他過程特性參數(shù)或能量轉移特性參數(shù))低于預定閾值時，接收熱傳送系數(shù)并且執(zhí)行比較的系統(tǒng)或應用可以設置警報或警告以顯示給用戶，指示需要執(zhí)行吹灰操作?；蛘?，系統(tǒng)或應用可以響應于比較而自動對熱交換器啟動吹灰操作。通過這種方式，由于這種方法幫助保證在需要時才執(zhí)行吹灰操作，因此能夠更有效的執(zhí)行吹灰，但是由于該方法限制或阻止了當熱交換器的熱傳送系數(shù)仍然在可接受范圍內時啟動吹灰操作，因此減少了不必要的吹灰操作的次數(shù)。
[0065]在一種情況下，可能在差值信號為零或接近零時(即，在零附近的預定閾值內，該閾值例如是用戶可選擇的)希望限制針對熱傳送系數(shù)和閾值之間進行的比較而自動啟動吹灰操作或者向用戶產生警報、警告或其他通知。即，執(zhí)行吹灰決定的系統(tǒng)或應用還可以接收差值信號的值并且確定差值信號的大小何時低于閾值(即，接近零)或者可以接收由實施差值單元(例如分別是圖4和圖5中的412或512)的仿真模塊所產生的差值信號的大小何時低于閾值(即，接近零)的指示，并且接收系統(tǒng)或應用可以操作以僅在差值信號接近零時啟動手動或自動吹灰操作。這一檢查防止在調諧和仿真系統(tǒng)尚未調諧(從而熱傳送系數(shù)可能仍不正確)時啟動吹灰。
[0066]此外，本文描述的設計機制和計算技術并不限于熱傳送系數(shù)(其是能量轉移系數(shù)的一種類型)建模和自動調諧。這些機制和技術還可以應用其他應用。例如，這些方法可以用于自動校準依賴于燃料加熱值(或者BTU容量)的仿真模型中使用的燃料加熱值(其也是一種能量轉移系數(shù))，以計算燃燒溫度和/或產能量。在這種情況下，等價的控制輸入可以是燃料流量，等價的過程/模型輸出(要匹配的變量)可以選擇為煙氣溫度或所產生的能量。然而，這種使用僅僅是這些技術如何用于確定過程特性參數(shù)的另一個例子，許多其他應用也是可能的。
[0067]雖然本文描述的過程特性參數(shù)確定和/或仿真系統(tǒng)可以用于任意希望類型的工廠，以例如仿真流過工廠的原料流量(液體、氣體，甚至固體)，本文描述的一個示例性分布式仿真系統(tǒng)用于仿真使用分布式控制技術所控制的能量產生工廠。然而，本文描述的過程特性參數(shù)確定和仿真技術可以用于其他類型的工廠和控制系統(tǒng)，包括工業(yè)制造和過程工廠、水和廢水處理工廠等，并且可以與中央控制系統(tǒng)或分布式控制系統(tǒng)一起使用。
[0068]當以軟件實現(xiàn)時，本文描述的任意過程特性參數(shù)確定軟件、仿真軟件和/或仿真模塊可以存儲在任意計算機可讀存儲器中，如磁盤、激光盤或者其他存儲介質中，存儲在接收機或處理器的RAM或ROM中。類似的，這種軟件或者這些模塊可以使用任意一致的或希望的交付方法交付給用戶、過程工廠或操作站，例如包括:在計算機可讀盤或者任意其他便攜式計算機存儲機制上，或者通過通信信道，如電話線、因特網、萬維網、任意其他局域網或廣域網等(這種交付被視為與通過便攜式存儲介質提供這種軟件相同或者可互換)。此外，這種軟件可以直接提供而不進行調制或加密，或者可以在通過通信信道發(fā)送之前使用任意合適的調制載波和/或加密技術進行調制和/或加密。
[0069]雖然本文描述的示例性系統(tǒng)被公開為還包括在硬件上運行的軟件和/或固件，但是應當注意，這種系統(tǒng)僅僅是說明性的，而不應當認為是限制性的。例如，可以設想，任意或所有這些硬件、軟件和固件組件可以完全實現(xiàn)為硬件、完全實現(xiàn)為軟件或者實現(xiàn)為硬件和軟件的任意組合。因此，雖然本文描述的示例性系統(tǒng)被描述為以在一個或多個計算機設備的處理器上運行的軟件來實現(xiàn)，然而本領域技術任意可以理解，所提供的實例并不是實現(xiàn)這些系統(tǒng)的唯一方式。
[0070]因此，雖然參考特定實例描述了本發(fā)明，這些實例僅僅是說明性的而并不意圖限制本發(fā)明，對于本領域技術任意來說，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以顯而易見的對所公開的實施方式進行改變、增加或刪除。
【權利要求】
1.一種用于在確定過程的過程特性的值時使用的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)，所述過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)包括: 包括過程模型的過程模型單元，所述過程模型單元基于向所述過程模型的過程輸入的集合并且基于反映過程的過程特性的過程特性參數(shù)對所述過程的操作進行建模，其中所述過程模型單元基于向所述過程模型的所述過程輸入和所述過程特性參數(shù)形成過程變量的預測值； 耦接到所述過程模型單元和所述過程的差值單元，所述差值單元具有第一輸入和第二輸入，所述第一輸入接收如在所述過程內測量或者確定的用于所述過程變量的過程變量值，所述第二輸入接收如所述過程模型單元確定的所述過程變量的所述預測值，其中所述差值單元確定指示在所述第一輸入與所述第二輸入之間的差值的差值信號；以及 調諧器單元，基于所述差值信號改變所述過程模型的所述過程特性參數(shù)的值。
2.根據權利要求1所述的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)，其中所述調諧單元包括用于朝著零驅動所述差值信號的調諧器邏輯。
3.根據權利要求1所述的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)，其中所述過程模型是所述過程的基于第一原理的模型。
4.根據權利要求1所述的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)，其中所述過程模型是所述過程的經驗模型。
5.根據權利要求1所述的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)，其中所述調諧器單元包括用于確定用來改變所述過程模型內的所述過程特性參數(shù)的值的方式的反饋控制邏輯。
6.根據權利要求1所述的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)，其中所述過程模型單元包括仿真過程控制器，所述仿真過程控`制器具有用于產生仿真控制信號值作為所述過程變量的所述預測值的控制邏輯，其中所述過程模型產生又一過程變量的預測值，并且其中所述仿真過程控制器具有用于接收設置點的第一輸入和用于從所述過程模型接收所述又一過程變量的所述預測值的第二輸入，并且其中所述仿真過程控制器使用所述控制邏輯以基于所述設置點和所述又一過程變量的所述預測值形成所述仿真控制信號值作為所述過程變量的所述預測值。
7.根據權利要求6所述的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)，其中所述又一過程變量是所述過程內的受控過程變量，并且其中所述仿真過程控制器接收所述又一過程變量的所述預測值作為受控變量反饋信號并且從所述過程接收所述設置點作為用于所述又一過程變量的設置點。
8.根據權利要求6所述的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)，其中所述差值單元在所述第二輸入接收所述仿真過程控制信號作為所述過程變量的所述預測值并且在所述第一輸入從所述過程內的過程控制器接收控制信號作為所述過程變量值。
9.根據權利要求1所述的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)，其中所述差值單元是將所述第一和第二輸入中的一個輸入從所述第一和第二輸入中的另一輸入減去以產生所述差值信號的求和器。
10.根據權利要求1所述的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)，其中所述過程變量是所述過程內的未受控變量，并且其中所述過程模型單元產生所述過程變量的所述預測值作為所述未受控變量的預測值。
11.根據權利要求1所述的過程特性參數(shù)確定系統(tǒng)，其中所述過程變量是所述過程內的過程控制信號，并且其中所述過程模型單元產生所述過程變量的所述預測值作為所述過程控制信號的預測值。
12.一種對過程進行仿真的方法，所述方法包括: 使用包括過程模型的過程模型單元對所述過程的操作進行仿真以產生過程變量的預測值，所述過程模型單元基于向所述過程模型的過程輸入的集合并且基于反映過程的過程特性的過程特性參數(shù)對所述過程的操作進行建模以基于向所述過程模型的所述過程輸入和所述過程特性參數(shù)形成所述過程變量的所述預測值； 從所述過程獲得所述過程變量的實際值； 確定在所述過程變量的所述實際值與所述過程模型單元產生的所述過程變量的所述預測值之間的差值；并且 基于所述差值信號調整所述過程模型的所述過程特性參數(shù)的值以朝著零驅動所述差值信號。
13.根據權利要求12所述的對過程進行仿真的方法，其中對所述過程的操作進行仿真以產生過程變量的預測值包括使用所述過程模型以產生所述過程內的未受控過程變量的預測值作為所述過程變量的所述預測值，并且其中從所述過程獲得所述過程變量的實際值包括獲得所述過程中的所述未受控過程變量的測量值。
14.根據權利要求12所述的對過程進行仿真的方法，其中對所述過程的操作進行仿真以產生過程變量的預測值包括使用所述過程模型以產生所述過程內的受控過程變量的預測值并且使用所述受控過程變量的所述預測值對所述過程的所述控制系統(tǒng)進行仿真以產生仿真控制信號值作為所述過程變量的所述預測值，并且其中從所述過程獲得所述過程變量的實際值包括從所述過程內的過程控制器獲得被形成用于控制所述受控過程變量的過程控制信號的值。
15.根據權利要求14所述的對過程進行仿真的方法，還包括獲得所述過程內的所述過程控制器使用的設置點的值，并且其中對所述過程的所述控制系統(tǒng)進行仿真包括使用所述設置點值和所述受控過程變量的所述預測值以產生所述仿真控制信號值作為所述過程變量的所述預測值。
16.根據權利要求15所述的對過程進行仿真的方法，還包括在所述仿真過程控制器中使用與在所述過程內的所述過程控制器中使用的控制邏輯相同的控制邏輯。
17.根據權利要求12所述的對過程進行仿真的方法，其中調整所述過程模型的所述過程特性參數(shù)的值包括使用反饋控制路由以確定用來基于所述差值信號調整所述過程模型的所述過程特性參數(shù)的值的方式。
18.根據權利要求12所述的對過程進行仿真的方法，其中使用過程模型對所述過程的操作進行仿真以產生過程變量的預測值包括使用所述過程模型內的所述過程的基于第一原理的模型。
19.根據權利要求12所述的對過程進行仿真的方法，其中使用過程模型對所述過程的操作進行仿真以產生過程變量的預測值包括使用所述過程模型內的所述過程的基于經驗的模型。
20.根據權利要求12所述的對過程進行仿真的方法，其中對所述過程的操作進行仿真包括產生未受控過程變量的預測值作為所述過程變量的所述預測值。
21.根據權利要求12所述的對過程進行仿真的方法，其中對所述過程的操作進行仿真包括產生過程控制信號的仿真值作為所述過程變量的所述預測值。
22.根據權利要求12所述的對過程進行仿真的方法，其中所述過程特性參數(shù)是熱交換器的熱傳送系數(shù)。
23.根據權利要求12所述的對過程進行仿真的方法，還包括執(zhí)行以下步驟:對所述過程的操作進行仿真以產生所述過程變量的所述預測值，從所述過程獲得所述過程變量的所述實際值，確定在所述過程變量的所述實際值與所述過程變量的所述預測值之間的差值，并且在所述過程操作之時實時調整所述過程模型的所述過程特性參數(shù)的值。
24.根據權利要求12所述的對過程進行仿真的方法，還包括執(zhí)行以下步驟:對所述過程的操作進行仿真以產生所述過程變量的所述預測值，從所述過程獲得所述過程變量的所述實際值，確定在所述過程變量的所述實際值與所述過程變量的所述預測值之間的差值，并且基于數(shù)據庫中存儲的過程數(shù)據調整所述過程模型的所述過程特性參數(shù)的值。
25.根據權利要求12所述的對過程進行仿真的方法，還包括執(zhí)行以下步驟:對所述過程的操作進行仿真以產生所述過程變量的所述預測值，從所述過程獲得所述過程變量的所述實際值，確定在所述過程變量的所述實際值與所述過程變量的所述預測值之間的差值，并且在所述過程的操作之后基于數(shù)據庫中存儲的過程數(shù)據離線調整所述過程模型的所述過程特性參數(shù)的值。
26.一種確定過程設備的能量傳送系數(shù)的方法，所述方法包括: 使用過程模型單元對過程內的所述過程設備的操作進行仿真以產生過程變量的預測值，所述過程模型單元使用過程模型，所述過程模型單元基于向所述過程模型的過程輸入的集合并且基于所述過程設備的能量傳送系數(shù)對所述過程設備的操作進行建模以基于向所述過程模型的所述過程輸入 和所述能量傳送系數(shù)形成所述過程變量的所述預測值； 從所述過程獲得所述過程變量的實際值； 確定在所述過程變量的所述實際值與所述過程模型單元產生的所述過程變量的所述預測值之間的差值； 基于所述差值信號調整所述過程模型的所述能量傳送系數(shù)的值以朝著零驅動所述差值信號；并且 在所述差值信號接近零時確定所述過程設備的所述能量傳送系數(shù)作為所述過程模型的所述能量傳送系數(shù)。
27.根據權利要求26所述的確定過程設備的能量傳送系數(shù)的方法，其中對所述過程設備的操作進行仿真以產生過程變量的預測值包括使用所述過程模型以產生所述過程內的未受控過程變量的預測值作為所述過程變量的所述預測值，并且其中從所述過程獲得所述過程變量的實際值包括從所述過程獲得所述未受控過程變量的測量值。
28.根據權利要求26所述的確定過程設備的能量傳送系數(shù)的方法，其中對所述過程設備的操作進行仿真以產生過程變量的預測值包括使用所述過程模型以產生所述過程內的受控過程變量的預測值并且使用所述受控過程變量的所述預測值對所述過程設備的控制系統(tǒng)進行仿真以產生仿真控制信號值作為所述過程變量的所述預測值，并且其中從所述過程獲得所述過程變量的實際值包括從用來控制所述過程設備的過程控制器獲得被形成用于控制所述受控過程變量的過程控制信號的值。
29.根據權利要求26所述的確定過程設備的能量傳送系數(shù)的方法，其中所述能量傳送系數(shù)是熱交換器的熱傳送系數(shù)。
30.根據權利要求26所述的確定過程設備的能量傳送系數(shù)的方法，其中所述能量傳送系數(shù)是燃料加熱值。
31.根據權利要求26所述的確定過程設備的能量傳送系數(shù)的方法，其中使用過程模型單元對所述過程內的所述過程設備的操作進行仿真以產生過程變量的預測值包括使用過程模型，所述過程模型是基于第一原理的過程模型。
32.—種執(zhí)行過程的熱交換器中的吹灰的方法，所述方法包括: 使用包括過程模型的過程模型單元對所述過程的所述熱交換器的操作進行仿真以產生過程變量的預測值，所述過程模型單元基于向所述過程模型的過程輸入的集合并且基于所述熱交換器設備的熱傳送特性參數(shù)對所述熱交換器的操作進行建模以基于向所述過程模型的所述過程輸入和所述熱傳送特性參數(shù)形成過程變量的預測值； 從所述過程獲得所述過程變量的實際值； 確定指示在所述過程變量的所述實際值與所述過程模型產生的所述過程變量的所述預測值之間的差值的差值信號； 基于所述差值信號調整所述過程模型的所述熱傳送特性參數(shù)的值以朝著零驅動所述差值?目號；并且 使用所述過程模型的所述熱傳送特性參數(shù)以確定是否啟動所述熱交換器中的吹灰操作。`
33.根據權利要求32所述的執(zhí)行過程的熱交換器中的吹灰的方法，其中使用所述熱傳送特性參數(shù)以確定是否啟動吹灰操作包括比較所述熱傳送特性參數(shù)與閾值并且在所述熱傳送特性參數(shù)在所述閾值以下時啟動吹灰操作。
34.根據權利要求33所述的執(zhí)行過程的熱交換器中的吹灰的方法，還包括在所述熱傳送特性參數(shù)在所述閾值以下時自動啟動所述吹灰操作。
35.根據權利要求32所述的執(zhí)行過程的熱交換器中的吹灰的方法，其中使用所述熱傳送特性參數(shù)以確定是否啟動吹灰操作包括比較所述熱傳送特性參數(shù)與閾值并且在所述熱傳送特性參數(shù)在所述閾值以下時自動通知用戶需要啟動吹灰操作。
36.根據權利要求32所述的執(zhí)行過程的熱交換器中的吹灰的方法，其中所述熱傳送特性參數(shù)反映所述熱交換器的熱傳送效率。
37.根據權利要求32所述的執(zhí)行過程的熱交換器中的吹灰的方法，其中對所述熱交換器的操作進行仿真以產生過程變量的預測值包括使用所述過程模型以產生所述過程內的未受控過程變量的預測值作為所述過程變量的所述預測值，并且其中從所述過程獲得所述過程變量的實際值包括獲得所述過程中的所述未受控過程變量的測量值。
38.根據權利要求32所述的執(zhí)行過程的熱交換器中的吹灰的方法，其中對所述熱交換器的操作進行仿真以產生過程變量的預測值包括使用所述過程模型以產生所述過程內的受控過程變量的預測值并且使用所述受控過程變量的所述預測值對所述過程設備的控制系統(tǒng)進行仿真以產生仿真控制信號值作為所述過程變量的所述預測值，并且其中從所述過程獲得所述過程變量的實際值包括從用來控制所述熱交換器的過程控制器獲得被形成用于控制所述受控過程變量的過程控制信號的值。
39.根據權利要求32所述的執(zhí)行過程的熱交換器中的吹灰的方法，其中使用所述過程模型的所述熱傳送特性參數(shù)以確定是否啟動所述熱交換器中的吹灰操作包括使用所述過程模型的所述熱傳送特性參數(shù)以僅在所述差值信號接近零時確定何時啟動吹灰操作。
40.一種用于對過程的操作進行仿真的仿真系統(tǒng)，所述仿真系統(tǒng)包括: 多個仿真模塊，所述仿真模塊中的每個仿真模塊存儲于計算機可讀介質中并且在處理器上可操作并且通信地連接到其它仿真模塊中的一個或者多個仿真模塊，其中所述仿真模塊中的每個仿真模塊包括執(zhí)行對所述過程的不同部分進行建模的過程模型。 其中所述仿真模塊中的一個仿真模塊包括: 包括過程模型的過程模型單元，所述過程模型單元在處理器上執(zhí)行以基于向所述過程模型的過程輸入的集合并且基于反映與所述過程的特定部分關聯(lián)的過程特性的過程特性參數(shù)對所述過程的所述特定部分的操作進行建模，其中所述過程模型單元在操作時基于向所述過程模型的過程輸入和所述過程特性參數(shù)形成過程變量的預測值； 在處理器上執(zhí)行并且耦接到所述過程模型單元和所述過程的差值單元，所述差值單元具有第一輸入和第二輸入，所述第一輸入接收如在所述過程內測量或者確定的用于所述過程變量的過程變量值，所述第二輸入接收如所述過程模型單元確定的所述過程變量的所述預測值，其中所述差值單元確定指示在所述第一輸入與所述第二輸入之間的差值的差值信號；以及 調諧器單元，所述調諧器單元在處理器上執(zhí)行以基于所述差值信號改變所述過程模型的所述過程特性參數(shù)的值；并且 其中所述仿真模塊中的所述一個仿真模塊操作用于傳達所述過程模型單元的輸出作為向所述仿真模塊中的另一仿真模塊的輸入。
41.根據權利要求40所述的用于對過程的操作進行仿真的仿真系統(tǒng)，其中所述過程模型是所述過程的所述特定部分的基于第一原理的模型。
42.根據權利要求40所述的用于對過程的操作進行仿真的仿真系統(tǒng)，其中所述過程模型單元包括仿真過程控制器，所述仿真過程控制器具有用于產生仿真控制信號值作為所述過程變量的所述預測值的控制邏輯，其中所述過程模型產生又一過程變量的預測值，并且其中所述仿真過程控制器具有用于接收設置點的第一輸入和用于從所述過程模型接收所述又一過程變量的所述預測值的第二輸入。
43.根據權利要求42所述的用于對過程的操作進行仿真的仿真系統(tǒng)，其中所述又一過程變量是所述過程內的受控過程變量，并且其中所述仿真過程控制器接收所述又一過程變量的所述預測值作為受控變量反饋信號并且從所述過程接收所述設置點作為用于所述又一過程變量的設置點。
44.根據權利要求43所述的用于對過程的操作進行仿真的仿真系統(tǒng)，其中所述差值單元在所述第二輸入接收所述仿真過程控制信號作為所述過程變量的所述預測值并且在所述第一輸入從所述過程內的過程控制器接收控制信號值作為所述過程變量值。
45.根據權利要求40所述的用于對過程的操作進行仿真的仿真系統(tǒng)，其中所述過程變量是所述過程內的未受控變量，并且其中所述過程模型單元產生所述過程變量的所述預測值作為所述未受控變量的預測值。
46.根據權利要求40所述的用于對過程的操作進行仿真的仿真系統(tǒng)，其中所述調諧器單元包括用于確定用來改變所述過程模型內的所述過程特性參數(shù)的值的方式的反饋控制邏輯。
47.根據權利要求40所述的用于對過程的操作進行仿真的仿真系統(tǒng)，其中所述過程變量是所述過程內的過程控制信號，并且其中所述過程模型單元產生所述過程變量的所述預測值作為所述過程控制信號的預測值。
48.根據權利要求40所述的用于對過程的操作進行仿真的仿真系統(tǒng)，其中在一個或者多個通信信道連接的分離計算機設備中存儲和執(zhí)行所述多個仿真模塊。
49.根據權利要求40所述的用于對過程的操作進行仿真的仿真系統(tǒng)，其中所述多個仿真模塊在所述過程的操作期間在線操作。
50.根據權利要求40所述的用于對過程的操作進行仿真的仿真系統(tǒng)，其中所述仿真模塊中的所述一個仿真模塊存儲于與控制所述過程設備的所述特定部分關聯(lián)的設備中。
51.根據權利要求40所述的用于對過程的操作進行仿真的仿真系統(tǒng)，還包括存儲在所述過程中生成的過程數(shù)據的數(shù)據記事器，其中所述多個仿真模塊通信地耦接到所述數(shù)據記事器以接收用于所述過程變量的所述過程數(shù)據以相對于所述過程的操作離線操作。
【文檔編號】G05B23/02GK103792933SQ201310489427
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權日:2012年10月12日
【發(fā)明者】X·程 申請人:愛默生過程管理電力和水解決方案公司