專利名稱：過程控制系統(tǒng)中的觸發(fā)式現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)收集的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總的來說，本發(fā)明涉及過程控制系統(tǒng)，更具體地說，涉及用于過程控制系統(tǒng)的診斷系統(tǒng)和診斷方法。
背景技術(shù)：
分布式過程控制系統(tǒng)，像化學、石油或其他過程所用的過程控制系統(tǒng)，通常包括一個或多個過程控制器，所述控制器經(jīng)模擬的、數(shù)字的或模擬/數(shù)字混合的總線通信連接到一個或多個現(xiàn)場設(shè)備上。舉例來說，現(xiàn)場設(shè)備可以是閥、閥定位器(例如數(shù)字閥定位器)、開關(guān)和變送器(例如溫度、壓力、液位和流速傳感器)，它們位于過程環(huán)境內(nèi)，用于執(zhí)行過程功能，例如開/閉閥、測量過程參數(shù)，等等。智能的現(xiàn)場設(shè)備，例如符合眾所周知的FOUNDATIONFieldbus協(xié)議的現(xiàn)場設(shè)備，也可以執(zhí)行普遍在控制器內(nèi)執(zhí)行的控制計算、警報功能和其他控制功能。這些過程控制器通常也位于有時惡劣的工廠環(huán)境中，用于接收指示由現(xiàn)場設(shè)備所做的過程測量的信號和/或與現(xiàn)場設(shè)備有關(guān)的其他信息，并執(zhí)行控制器應用程序，舉例來說，該應用程序運行不同的控制模塊，這些模塊做出過程控制決策，根據(jù)接收到的信息產(chǎn)生過程控制信號，并與在現(xiàn)場設(shè)備例如HART和Fieldbus現(xiàn)場設(shè)備中執(zhí)行的控制模塊或塊互相協(xié)作?？刂破髦械目刂颇K通過通信線路將控制信號發(fā)送到現(xiàn)場設(shè)備，從而控制加工廠的操作。
現(xiàn)場設(shè)備和控制器發(fā)出的信息通?？山?jīng)數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)揭粋€或多個其他硬件設(shè)備，例如操作者工作站、個人電腦、數(shù)據(jù)歷史庫(data historian)、報告生成器、中央數(shù)據(jù)庫等，這些硬件設(shè)備通常放置在遠離更惡劣的工廠環(huán)境的控制室內(nèi)或其他位置。這些硬件設(shè)備運行著應用程序，舉例來說，這些應用程序可以讓操作者執(zhí)行與該過程有關(guān)的功能，例如改變過程控制例程的設(shè)置、修訂控制器或現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)控制模塊的操作、瀏覽過程的當前狀態(tài)、瀏覽現(xiàn)場設(shè)備和控制器產(chǎn)生的告警、出于培訓人員或測試過程控制軟件的目的而模擬過程操作、保持和更新配置數(shù)據(jù)庫、針對加工廠內(nèi)的段或單元的活動和操作生成報告，等等。
作為一個例子，費舍-柔斯芒特系統(tǒng)股份有限公司所售的DeltaVTM控制系統(tǒng)包括存儲在不同設(shè)備內(nèi)并由它們執(zhí)行的若干應用程序，這些設(shè)備位于加工廠內(nèi)的不同位置。配置應用程序位于一個或多個操作者工作站內(nèi)，它能使用戶創(chuàng)建或改變過程控制模塊，并通過數(shù)據(jù)總線將這些過程控制模塊下載到專門的分布式控制器。通常，這些控制模塊由相互通信連接的功能塊組成，這些功能塊是面向?qū)ο蟮木幊虆f(xié)議的對象，這些編程協(xié)議根據(jù)輸入執(zhí)行控制模式內(nèi)的功能，并向控制模式內(nèi)的其他功能塊提供輸出。配置應用程序也可以允許配置設(shè)計者創(chuàng)建或改變操作者界面，并且能讓操作者改變過程控制例程內(nèi)的設(shè)置(例如設(shè)定值)，其中所述操作者界面由瀏覽應用程序使用，從而將數(shù)據(jù)顯示給操作者。配置應用程序也可以使用戶能夠規(guī)定控制模塊和加工廠內(nèi)的級別較高的其他實體(諸如用于將要執(zhí)行控制模塊的裝備和單元)之間的特定關(guān)系。
每個專用的控制器以及某些情況下的現(xiàn)場設(shè)備存儲并執(zhí)行控制器應用程序，該應用程序運行被分配并下載到它上面的控制模塊，從而執(zhí)行實際的過程控制功能?？梢栽谝粋€或多個操作者工作站上運行的瀏覽應用程序，通過數(shù)據(jù)總線從控制器應用程序接收數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)顯示給過程控制系統(tǒng)的設(shè)計者、操作者或使用用戶界面的用戶，并且可以提供大量的不同視圖中的任何一幅，諸如操作者的視圖、工程師的視圖、技術(shù)人員的視圖、等等。數(shù)據(jù)歷史庫應用程序通常存儲在數(shù)據(jù)歷史庫設(shè)備內(nèi)并由它執(zhí)行，該設(shè)備收集并存儲一些或所有的經(jīng)數(shù)據(jù)總線提供的數(shù)據(jù)，同時配置數(shù)據(jù)庫應用程序可以在與數(shù)據(jù)總線相連的其他計算機上運行，從而存儲當前的過程控制例程配置和與它相關(guān)的數(shù)據(jù)。另外，配置數(shù)據(jù)庫可以位于與配置應用程序相同的工作站中。
如上所述，來自現(xiàn)場設(shè)備和控制器的信息通?？梢詰糜谟刹僮髡吖ぷ髡緢?zhí)行的一個或多個應用程序。這能讓操作者執(zhí)行該過程所需的任何功能，例如瀏覽該過程的當前狀態(tài)、修改該過程的操作等。一個重要的功能是監(jiān)測閥的性能，這是為了檢測過程事件，例如正常情況下關(guān)閉的閥的打開，或者評估過程性能，例如確定可能需要的修理或維護。
目前，諸如數(shù)字閥定位器之類的現(xiàn)場設(shè)備不存在觸發(fā)數(shù)據(jù)收集。然而，能夠根據(jù)預定的過程事件來觸發(fā)數(shù)據(jù)收集在許多應用中特別有用，這是由于在感興趣的事件發(fā)生時，車間人員可能不在監(jiān)測現(xiàn)場設(shè)備。例如，渦輪的旁通閥和壓縮機的防喘振閥都是正常情況下關(guān)閉的安全設(shè)備。然而，如果出現(xiàn)跳閘，這些閥就會開始截流控制。應該在這些間歇性瞬變過程中收集數(shù)據(jù)，并對控制閥的狀況進行評價。由于跳閘不是正常操作條件的一部分，因此在發(fā)生跳閘時不可能監(jiān)測到這些閥。
因此，需要為過程控制系統(tǒng)所用的現(xiàn)場設(shè)備的硬件、固件和/或軟件提供觸發(fā)能力，從而能在感興趣的事件發(fā)生時捕獲數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，提供一種用于過程控制裝置中現(xiàn)場設(shè)備的診斷系統(tǒng)。其中至少一個傳感器與該過程控制裝置相關(guān)聯(lián)，并且計算機適于接收來自該傳感器的數(shù)據(jù)，并檢測預定過程事件的發(fā)生。存儲設(shè)備可操作地被連接到該計算機上，并且適于存儲在該預定過程事件發(fā)生時由計算機接收到的傳感器數(shù)據(jù)。


圖1是位于加工廠內(nèi)的分布式過程控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖，包括數(shù)個現(xiàn)場設(shè)備和適于進行觸發(fā)數(shù)據(jù)收集的操作者工作站；圖2是安裝到過程控制閥上的典型的現(xiàn)場儀器的透視圖；
圖3是數(shù)字閥定位器的分解圖；圖4是描述觸發(fā)事件發(fā)生前、發(fā)生期間和發(fā)生后實施數(shù)據(jù)記錄方法的例程的邏輯框圖；圖5是展示觸發(fā)事件的定義頁的計算機顯示屏描繪圖；圖6是展示觸發(fā)事件發(fā)生前、發(fā)生期間和發(fā)生后所收集的數(shù)據(jù)的計算機顯示屏的描繪圖；圖7是展示事件日志的計算機顯示屏描繪圖。
具體實施例方式
下面參見圖1，過程控制網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)10包括一個或多個過程控制器12，這個/些控制器連接到一個或多個主工作站或主計算機14(這個/些主機可以是任何型號的個人計算機、工作站或其他計算機)上，并經(jīng)通信線路18連接到數(shù)據(jù)歷史庫16上。舉例來說，通信線路18可以是以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)或其他任何所需類型的專有或公共通信網(wǎng)絡(luò)。每個控制器12都被連接到一個或多個輸入/輸出(I/O)設(shè)備20、22上，接下來，每個輸入/輸出設(shè)備都被連接到一個或多個現(xiàn)場設(shè)備25～39上。盡管圖1展示的是兩個控制器12被連接到15個現(xiàn)場設(shè)備上，但過程控制系統(tǒng)10可以包括其他任何數(shù)目的控制器以及任何所需數(shù)目和類型的現(xiàn)場設(shè)備。當然，控制器12可以使用任何所需的硬件和軟件與現(xiàn)場設(shè)備25～39進行通信聯(lián)絡(luò)，舉例來說，這些硬件和軟件與標準的4-20毫安(ma)設(shè)備和/或任何智能通信協(xié)議(諸如Fieldbus或HART協(xié)議)有關(guān)。眾所周知，控制器12用于執(zhí)行或檢查它里面存儲的或其他與之相關(guān)的過程控制例程或控制模塊40，并與設(shè)備25～39進行通信，從而以任何所需的方式控制某一過程，控制器12可以是費舍-柔斯芒特系統(tǒng)股份有限公司所售的DeltaVTM控制器(這僅僅是舉例說明)。
現(xiàn)場設(shè)備25～39可以是任何類型的設(shè)備，例如傳感器、閥、變送器、定位器、等等，而I/O卡20～22可以是符合任何所需的通信或控制協(xié)議(諸如HART、Fieldbus、Profibus等)的任何類型的I/O設(shè)備。在圖1所示的實施例中，現(xiàn)場設(shè)備25～27是標準的4-20ma設(shè)備，它們通過模擬線路與I/O卡22A進行通信?，F(xiàn)場設(shè)備28～31如圖所示為連接到兼容的HART的I/O設(shè)備20A上的HART設(shè)備。與之相似，現(xiàn)場設(shè)備32-39為諸如Fieldbus現(xiàn)場設(shè)備之類的智能設(shè)備，它們通過數(shù)字總線42或44使用例如Fieldbus通信協(xié)議與I/O卡20B或22B進行通信。當然，除了4-20ma、HART或Fieldbus協(xié)議之外，現(xiàn)場設(shè)備25～39和I/O卡20和22也可以采用其他任何所需的標準或協(xié)議，包括未來開發(fā)的任何標準或協(xié)議。不難理解，每個現(xiàn)場設(shè)備25～39通常與加工廠內(nèi)的一個或多個特定單元內(nèi)的裝備有關(guān)，或者是它的一部分。以相似的方式，每個控制器12都執(zhí)行與加工廠內(nèi)的一個或多個單元或區(qū)域之類的其他實體有關(guān)的控制模塊40，從而對這些單元、區(qū)域等進行操作。在某些情況下，部分控制模塊可以位于I/O設(shè)備22或20和現(xiàn)場設(shè)備25～39內(nèi)，并由它們執(zhí)行。尤其是在使用FOUNDATIONFieldbus現(xiàn)場設(shè)備32～39的情況下更是如此。模塊或部分模塊45如圖所示位于I/O卡20A、22B內(nèi)，并且模塊或部分模塊46如圖所示位于現(xiàn)場設(shè)備34和39內(nèi)。
通常，每個模塊40、45和46都由一個或多個相連的功能塊組成，其中每個功能塊都是總控制例程的一部分(例如子例程)，并(通過所謂的通信線路)與其他功能塊聯(lián)合起作用，從而在過程控制系統(tǒng)10內(nèi)執(zhí)行過程控制循環(huán)。功能塊通常執(zhí)行輸入功能(諸如與變送器、傳感器或其他過程參數(shù)測量設(shè)備相關(guān)的輸入功能)、控制功能(諸如與執(zhí)行PID、模糊邏輯等控制的控制例程相關(guān)的控制功能)、或輸出功能(控制閥之類的某些設(shè)備的操作)中的一個，從而在過程控制系統(tǒng)10內(nèi)完成某些物理功能。當然，也存在混合型或其他類型的功能塊。功能塊和模塊都可以存儲在控制器12內(nèi)，并由控制器12執(zhí)行，這通常是在這些功能塊用于標準4-20ma設(shè)備和某些類型的智能現(xiàn)場設(shè)備或與它們相關(guān)的情況下；而在采用FOUNDATIONFieldbus現(xiàn)場設(shè)備的情況下，功能塊和模塊可以存儲在該現(xiàn)場設(shè)備自身內(nèi)，并由現(xiàn)場設(shè)備自身執(zhí)行。盡管這里說明的是使用功能塊控制策略的控制系統(tǒng)10，但也可以采用其他協(xié)議(例如階形邏輯、順序流程圖等)并用任何所需的專有的或非專有的程序語言來實施或設(shè)計控制策略。
在圖1的系統(tǒng)10中，一臺或多臺主機設(shè)備14充當操作者工作站，并且包含存儲在存儲器52內(nèi)并且適于在工作站14的處理器54上運行的配置軟件50。當然，處理器54可以是任何所需類型的處理器，而存儲器52可以是任何所需類型的計算機可讀存儲器，可讀存儲器包括RAM、ROM、硬盤驅(qū)動器或磁存儲介質(zhì)或光存儲介質(zhì)上的存儲器、專用存儲器或便攜式存儲器，諸如磁盤或光盤等。另外，舉例來說，處理器54和存儲器52可以合并成ASIC或固件配置。一般來說，配置軟件50能讓配置工程師在加工廠內(nèi)進行配置活動，包括創(chuàng)造并規(guī)定將要下載到控制器12、I/O設(shè)備20和22以及現(xiàn)場設(shè)備25～39上的控制模塊，以控制過程控制系統(tǒng)10內(nèi)的各個單元或其他裝備。作為這些配置活動的一部分，配置工程師或其他用戶規(guī)定加工廠內(nèi)級別較高的實體(例如各單元)和加工廠內(nèi)級別較低的實體(例如與每個單元有關(guān)的裝備和控制模塊)之間的特定關(guān)系。在創(chuàng)造出各控制模塊并將它們與每個單元聯(lián)系起來之后，這些控制模塊可以下載到控制器12，并且如果必要的話，還可以下載到I/O設(shè)備20、22和現(xiàn)場設(shè)備25～39，并且可以在它們上面運行，從而控制過程的操作。另外，在配置活動內(nèi)的某些點上，配置工程師會節(jié)省過程控制系統(tǒng)10在配置數(shù)據(jù)庫55中的當前配置，舉例來說，配置數(shù)據(jù)庫55可以存儲在其中一個工作站14內(nèi)。
如果該過程是分批處理，那么分批執(zhí)行例程56(如圖所示存儲在另一個工作站14內(nèi))可以用于在不同的時間、用不同的方法在過程控制系統(tǒng)10內(nèi)的特定單元上運行分批。在操作過程中，分批執(zhí)行例程56可以保存過程控制系統(tǒng)10內(nèi)的某些單元，并且可以將方法和其他操作者產(chǎn)生的信息提供給控制器12、I/O設(shè)備20、22和現(xiàn)場設(shè)備25～39內(nèi)的控制模塊40、45和46，從而執(zhí)行分批處理的一個或多個階段。分批執(zhí)行例程56也可以監(jiān)測這些階段，直到完成為止。當然，在這一段時間內(nèi)，控制模塊40、45和46會基于該過程的操作，檢測各事件，諸如像警報之類的重大問題，或像警告或通知之類的不太嚴重的問題，并且會向一個或多個操作者工作站14發(fā)出事件信號，這些事件(例如警報)在工作站顯示給操作者或維護人員，如果必要的話，操作者或維護人員可以采取行動以消除引起事件的條件。當然，在操作過程中，過程操作者(例如分批操作者)可以通過運行新的分批、提供新的方法來改變分批執(zhí)行例程56，改變現(xiàn)有的分批運行和分批方法、等等。
眾所周知，數(shù)據(jù)歷史庫16包括處理器60和用于存儲將要在處理器60上運行的程序或例程的存儲器62，以便監(jiān)測通信網(wǎng)絡(luò)18上的數(shù)據(jù)或消息。這些例程監(jiān)測操作者或其他用戶通過任何一個工作站14對加工廠內(nèi)的分批運行或模塊所做的改變以及任何模塊40、45和46或任何設(shè)備12、20、22或25～39產(chǎn)生的事件。這些監(jiān)測例程存儲所收集的信息，這些信息隨后可以被恢復，從而例如產(chǎn)生不同元件，尤其是過程控制系統(tǒng)10內(nèi)的不同單元過去的操作報告。數(shù)據(jù)歷史庫16所收集的數(shù)據(jù)可以是操作者工作站14產(chǎn)生的任何數(shù)據(jù)，例如各單元內(nèi)設(shè)定點的變化、或操作者發(fā)送的改變加工廠內(nèi)的裝備或控制模塊的其他控制數(shù)據(jù)、或加工廠內(nèi)的控制模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括事件數(shù)據(jù)，例如警報。為了讓數(shù)據(jù)歷史庫16能恰當?shù)貙募庸S內(nèi)接收的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，數(shù)據(jù)歷史庫16包括配置存儲器或配置單64，配置存儲器或配置單64指示了級別較高的不同實體(例如各單元)和級別較低的實體(例如裝備和控制模塊)之間的關(guān)系，這是由于上述關(guān)系被規(guī)定或存儲在配置數(shù)據(jù)庫55中。數(shù)據(jù)歷史庫16使用該配置信息將從工作站14接收到的數(shù)據(jù)或控制模塊40、45和46與合適的、級別較高的實體(例如與合適的單元)關(guān)聯(lián)起來，因此數(shù)據(jù)歷史庫16可以記住信息，例如對加工廠內(nèi)每一個級別較高的不同實體所做的改變或與它們有關(guān)的事件。此外，數(shù)據(jù)庫歷史16可以使用該配置信息確定加工廠內(nèi)產(chǎn)生的警報或事件是否是由當前正在實際運行的或作為批處理的一部分運行的單元產(chǎn)生的，從而確定這些警報或事件是否與該單元的操作狀態(tài)有關(guān)；或者替換地可確定這些事件是否與不活躍的單元有關(guān)聯(lián)，從而確定它們是否與該單元的操作狀態(tài)無關(guān)。
圖1中的配置應用程序50包括數(shù)據(jù)歷史更新例程66，它可以在控制模塊被創(chuàng)建并下載到控制器12、I/O設(shè)備20和22或現(xiàn)場設(shè)備25-39的時候，將級別較高的實體(例如各單元)和級別較低的實體(例如過程控制網(wǎng)絡(luò)配置內(nèi)的裝備和控制模塊)之間的關(guān)系自動通知給數(shù)據(jù)歷史庫16。具體地說，例程66可以檢測在將配置存儲在配置數(shù)據(jù)庫55內(nèi)時對加工廠內(nèi)的任何一個和每一個單元的配置所做的改變。當這些改變是由例如操作者、配置工程師或其他任何被授權(quán)的用戶做出時，例程66可以提供新的配置單，或者可以改變存儲在數(shù)據(jù)歷史庫16內(nèi)的配置單64。當然，例程66會提供這份新的配置單，或者通過通信網(wǎng)絡(luò)18改變配置單64，或者，也可以以任何所需的方式(例如通過共享的或?qū)Ｓ械牟煌ㄐ啪W(wǎng)絡(luò))提供這一信息。當配置數(shù)據(jù)庫55存儲在與存儲數(shù)據(jù)歷史庫16的設(shè)備相同的設(shè)備(例如相同的服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫)內(nèi)時，例程66無需使用外部通信網(wǎng)絡(luò)即可直接做出這些改變。
當然，新的配置信息可以作為與改變過程控制系統(tǒng)10的配置有關(guān)的任何重大事件的結(jié)果而提供，這些重大事件例如包括由用戶做出的改變、下載到控制器12或其他設(shè)備上的新控制模塊40、45、46、或其他任何所需的事件，只要例程66自動并恒定地運行，以便在每次對改變或影響數(shù)據(jù)歷史配置存儲器64內(nèi)存儲的信息或關(guān)系的配置做出改變時將配置變化信息發(fā)送給數(shù)據(jù)歷史庫16。
在操作過程中，數(shù)據(jù)歷史庫16會監(jiān)測模塊40、45和46發(fā)出的信息，這些信息可能包括與加工廠有關(guān)的或在加工廠中做出的相關(guān)數(shù)值、設(shè)置和測量信息，然后會使用配置單64確定該數(shù)據(jù)屬于哪個級別較高的實體或者與其有關(guān)。在一個特定的例子中，數(shù)據(jù)歷史庫16被編程設(shè)計為接收在一些或全部的控制器12、I/O設(shè)備20和22或現(xiàn)場設(shè)備25～39中的警報生成軟件產(chǎn)生的警報。一般來說，數(shù)據(jù)歷史庫16可以接收并存儲不同種類的事件和警報，舉例來說，這些事件和警報包括過程警報(過程警報通常由過程控制軟件模塊產(chǎn)生，例如由相互通信連接的功能塊構(gòu)成的模塊產(chǎn)生，這些模塊形成過程運行期間所用的過程控制例程)、硬件警報(例如由控制器12、I/O設(shè)備20和22或其他設(shè)備產(chǎn)生的、與這些設(shè)備的狀態(tài)或作用條件有關(guān)的警報)、以及設(shè)備警報(由一些或全部的現(xiàn)場設(shè)備25～39產(chǎn)生的、用于指示與這些設(shè)備相關(guān)的問題的警報)。這些或其他種類的警報可以以任何所需的方式產(chǎn)生，并且可以使用任何所需的錯誤檢測和警報生成軟件向數(shù)據(jù)歷史庫16發(fā)出警報，該數(shù)據(jù)歷史庫被配置為用來使用任何所需的協(xié)議或通信策略來接收并識別這些警報。當然，警報或事件可以包括與該事件有關(guān)的任何所需的信息，諸如事件的種類(例如過程、設(shè)備或硬件警報)、事件的類型(通信、故障、報告、維護等)、事件、模塊、設(shè)備、硬件、節(jié)點或事件所屬的范圍的優(yōu)先級，無論該事件已被確認還是受到抑制，也無論該事件是否有效，等等。
系統(tǒng)10的各個方面還包括關(guān)于數(shù)據(jù)歷史庫16的各個細節(jié)，這些細節(jié)在2003年3月10提交的名稱為“過程事件數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)歷史庫的自動鏈接”的美國專利申請No.10/385,310中作了詳細說明，該申請被明確地并入此處以作參考。
圖2展示了安裝到閥致動器70上的現(xiàn)場儀器68。舉例來說，現(xiàn)場儀器68可以是如圖3的分解圖所示的數(shù)字閥定位器72，分解圖是為了更好地展示該儀器的各零部件。參考圖3，數(shù)字閥定位器72包括主蓋74、氣動繼電器組件76、I/P轉(zhuǎn)換器77、量表78、電子模塊80、主外殼82、接線盒84、接線盒蓋86和行程傳感器88。電子模塊80包括微控制器90和非易失性的隨機存取存儲器(RAM)92類型的存儲設(shè)備。
關(guān)于系統(tǒng)10可以利用的數(shù)字定位器的其他細節(jié)在2002年5月3日提交的名稱為“用于對控制閥的控制回路進行診斷的方法和設(shè)備”的美國專利申請10/139,008中作了說明，該申請被明確地并入此處以作參考。
現(xiàn)在參照圖4，所示的例程94可以被編制到微控制器90中，用于記錄可以用作為觸發(fā)事件的預定過程事件發(fā)生前、發(fā)生期間及發(fā)生后的數(shù)據(jù)。如塊96所示，可以輸入一個或多個觸發(fā)事件。如塊98所示，待記錄的數(shù)據(jù)和記錄該數(shù)據(jù)過程中所經(jīng)過的時間(“x秒”)也被輸入到例程94中。在塊100處，所選的數(shù)據(jù)被記錄下來，并且每次該經(jīng)過時間屆滿時，記錄的數(shù)據(jù)可以循環(huán)(即事件存儲器中的改寫受到限制)。接下來，例程94在塊102處檢查觸發(fā)事件是否發(fā)生。如果觸發(fā)事件沒有發(fā)生，那么例程94就重復執(zhí)行塊100，繼續(xù)記錄所選擇的數(shù)據(jù)。如果觸發(fā)事件發(fā)生，則在塊104處記錄與觸發(fā)事件后該經(jīng)過時間的一半(x/2秒)和觸發(fā)事件前該經(jīng)過時間的一半對應的數(shù)據(jù)，然后例程94結(jié)束。這樣，經(jīng)過在塊98處選擇的經(jīng)過時間，其中該經(jīng)過時間以在塊96處輸入的觸發(fā)事件的發(fā)生為中心，數(shù)據(jù)被記錄并保留，然后可以存儲在非易失性的RAM 92內(nèi)，隨后由用戶處理和/或取回。
圖5～7所示的為可以顯示在計算機上的示例性計算機顯示屏，計算機被配置用于捕獲觸發(fā)事件發(fā)生時的數(shù)據(jù)。如圖5中的計算機顯示屏106所示，用戶可以選擇任意四個數(shù)據(jù)通道，用于記錄與下列參數(shù)對應的數(shù)據(jù)行程、行程設(shè)定值、端口A的壓力、端口B的壓力、繼電器位置和I/P驅(qū)動；用戶也可以選擇話路(session)長度和觸發(fā)事件。觸發(fā)事件的例子包括大的閥元件行程偏差或與截止點相交的參考信號。在捕獲渦輪旁通或壓縮機防喘振閥的數(shù)據(jù)時，后者特別有用。
除了行程截止(travel cutoff)和誤差信號觸發(fā)之外，任何或所有的下述事件也可以用作觸發(fā)事件部件(例如閥桿)行程的高或低；輔助輸入(例如可以連接到數(shù)字閥定位器上的輔助輸入)的存在；I/P驅(qū)動信號的高或低；閥定位器供給壓力的高或低；由傳感器收集的數(shù)據(jù)超范圍；行程傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器或I/P設(shè)備的故障；電子線路故障(非易失性存儲器故障和參考電壓故障會導致定位器將閥移動到故障位置)；定位器積分儀是高飽或是低飽和；空氣流量是高或低；氣動繼電器的位置是處于高正位或是高負位；系統(tǒng)部件的過度循環(huán)(例如閥桿行程偏差大于設(shè)定值偏差)；參考信號的變化(例如受控閥位置上的變化)；溫度超范圍；以及壓力控制誤差信號(例如對于在行程傳感器出現(xiàn)故障的情況下能夠轉(zhuǎn)為壓力控制的定位器而言)。
關(guān)于是用高飽和還是低飽和的定位器積分儀用作為觸發(fā)事件，伺服控制器通常具有比例、積分和微分作用。積分作用是指I/P驅(qū)動信號具有與誤差信號對時間的積分成比例的分量。積分儀趨于使誤差信號回零，這是由于直到設(shè)定值和反饋信號相同，它們才“停止(wind up)”。在諸如定位器之類的高增益伺服系統(tǒng)中，積分作用是輔助性的，用于校正由溫度變化、供應壓力變化、等等導致的行程改變。然而，如果積分儀的輸出變得太高，這通常意味著I/P設(shè)備比正常情況下更難被驅(qū)動。例如，執(zhí)行器出現(xiàn)大的泄露會導致積分儀停止，因此繼電器可以提供補充空氣。盡管執(zhí)行器行程沒有變化，但積分儀仍然停止，這表明可能有故障。
關(guān)于高的空氣流量用作觸發(fā)事件，可以通過測量繼電器位置和繼電器兩端的壓降來計算空氣流量。壓降可以采用供給壓力傳感器的讀數(shù)和輸出壓力傳感器的讀數(shù)之間的差值。簡而言之，dm/dt=KYA2ρ(p1-p2),]]>其中dm/dt是空氣流量，K是流出系數(shù)(常數(shù))，Y是膨脹因數(shù)(常數(shù))，A是閥隔板(valve curtain)面積(繼電器位置的函數(shù))，ρ(rho)是上游流體密度(根據(jù)供應壓力計算)，p1是上游壓力(供給壓力)，p2是下游供給壓力(出口壓力)?？諝饬髁坑嬎愕钠渌毠?jié)可見上述美國專利申請No.10/139,008。
為了提供有助于確定觸發(fā)事件的原因和結(jié)果的信息，本申請希望包含觸發(fā)事件發(fā)生前、發(fā)生期間及發(fā)生后的數(shù)據(jù)收集。
除了現(xiàn)場儀器內(nèi)出現(xiàn)的觸發(fā)事件，聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)場儀器(即FOUNDATIONFieldbus設(shè)備)也可用于觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)段上的任何信號，并從這些信號中收集收據(jù)。例如，如果流量變送器和控制閥在同一個網(wǎng)絡(luò)段中，那么觸發(fā)事件剛一發(fā)生，控制閥就可用于監(jiān)測變送器數(shù)據(jù)并形成數(shù)據(jù)記錄。另外，聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)場儀器可以使用過程變量(諸如過程變量的變化和/或過程變量的高或低)作為觸發(fā)事件。
圖6描繪了計算機顯示器108，展示了一個如何顯示數(shù)據(jù)(例如行程設(shè)定值110、行程112和壓力差114的圖表)的變化的例子，這些數(shù)據(jù)變化可以是在觸發(fā)事件發(fā)生前、發(fā)生期間及發(fā)生后出現(xiàn)的變化，其中觸發(fā)事件在圖6的圖表中用框116內(nèi)的標記“T”表示。
圖7描繪了算機顯示器118，展示了一個如何顯示事件日志的例子。
因此，可以利用微控制器90和非易失性的RAM 92在數(shù)字閥定位器72中進行數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)存儲，從而可以使這類現(xiàn)場儀器具備有效的“機載(on-board)”診斷能力?？梢允褂密浖?舉例來說，艾默生過程管理公司提供的ValveLlink牌軟件)下載并顯示從數(shù)字閥定位器72上截獲的數(shù)據(jù)，通常是在觸發(fā)事件發(fā)生之后很久才做這件事。觸發(fā)并將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)字閥定位器72內(nèi)尤其重要，這是由于通常不可能通過現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)中連續(xù)讀取大量的輔助性儀器數(shù)據(jù)。例如，典型的化工廠可能有幾千個控制閥和更多的變送器，因此很難管理來自這么多設(shè)備的連續(xù)數(shù)據(jù)流。
盡管這里所述的系統(tǒng)和方法優(yōu)選在軟件中實施，但它們也可以在硬件、固件等上實施，并且可以由與過程控制系統(tǒng)有關(guān)的其他任何處理器執(zhí)行。因此，如果需要的話，這里所述的例程就可以在標準的多用途CPU中或特別設(shè)計的硬件或固件(舉例來說，諸如ASIC之類的固件)上實施。在軟件中實施時，軟件可以存儲在任何的計算機可讀存儲器(諸如磁盤、激光盤、光盤或其他存儲介質(zhì))中、計算機或處理器的RAM或ROM中，等等。同樣，該軟件可以經(jīng)任何已知的或所需的分發(fā)方法(舉例來說，包括在計算機可讀盤上或其他的便攜式計算機存儲機構(gòu)上)分發(fā)給用戶或過程控制系統(tǒng)，或經(jīng)過通信通道(諸如電話線、互聯(lián)網(wǎng)等)進行調(diào)制(認為經(jīng)這類通道提供這類軟件與經(jīng)過便攜式存儲介質(zhì)提供這類軟件相同，或者可以與之互換)。另外，如果需要，該軟件的不同部分也可以在不同的處理器上和/或在不同的設(shè)備內(nèi)單獨實施。
因此，盡管參照特定的例子對本發(fā)明作了說明，但這些例子僅僅用于解釋而非限制本發(fā)明，因此本領(lǐng)域普通技術(shù)人員不難理解，在不背離本發(fā)明的思想和范圍的情況下，可以對公開的實施例進行改變、添加或刪除。
權(quán)利要求
1.一種用于過程控制裝置中現(xiàn)場設(shè)備的診斷系統(tǒng)，包括至少一個與過程控制裝置相關(guān)聯(lián)的傳感器；位于現(xiàn)場設(shè)備上的計算機，該計算機適于從所述傳感器接收數(shù)據(jù)并檢測預定過程事件的發(fā)生；以及可操作地連接到該計算機上的存儲設(shè)備，該存儲設(shè)備適于存儲在該預定過程事件發(fā)生時由該計算機接收到的傳感器數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的診斷系統(tǒng)，其中所述存儲設(shè)備還適于存儲在該預定過程事件發(fā)生前由該計算機接收到的傳感器數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的診斷系統(tǒng)，其中所述存儲設(shè)備還適于存儲在該預定過程事件發(fā)生后由該計算機接收到的傳感器數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的診斷系統(tǒng)，其中所述存儲設(shè)備還適于存儲在該預定過程事件發(fā)生前和在該預定過程事件發(fā)生后由該計算機接收到的傳感器數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述的診斷系統(tǒng)，其中所述計算機是位于現(xiàn)場設(shè)備上的微控制器。
6.如權(quán)利要求1所述的診斷系統(tǒng)，其中所述存儲設(shè)備位于現(xiàn)場設(shè)備上。
7.如權(quán)利要求6所述的診斷系統(tǒng)，其中所述存儲設(shè)備是非易失性的RAM。
8.如權(quán)利要求1所述的診斷系統(tǒng)，其中所述現(xiàn)場設(shè)備是閥定位器。
9.如權(quán)利要求1所述的診斷系統(tǒng)，其中所述預定過程事件是過度的閥元件行程偏差。
10.如權(quán)利要求1所述的診斷系統(tǒng)，其中所述預定過程事件是代表所檢測的閥參數(shù)、并與截止點相交的傳感器信號。
11.一種監(jiān)測過程控制系統(tǒng)的性能的方法，所述過程控制系統(tǒng)包括至少一個現(xiàn)場設(shè)備，該方法包括提供至少一個與現(xiàn)場設(shè)備相關(guān)聯(lián)的傳感器；在所述現(xiàn)場設(shè)備上提供存儲設(shè)備；收集來自所述傳感器的數(shù)據(jù)；檢測預定過程事件的發(fā)生；并且將在該預定過程事件發(fā)生時所收集的來自傳感器的數(shù)據(jù)存儲在該存儲設(shè)備上。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括存儲該預定過程事件發(fā)生前所收集的來自傳感器的數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括存儲該預定過程事件發(fā)生后所收集的來自傳感器的數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括存儲該預定過程事件發(fā)生前和預定過程事件發(fā)生后所收集的來自傳感器的數(shù)據(jù)。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述預定過程事件是過度的閥元件行程偏差。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述預定過程事件是代表所檢測的閥參數(shù)、并與截止點相交的傳感器信號。
17.一種用于過程控制裝置的現(xiàn)場設(shè)備，包括至少一個傳感器；位于該現(xiàn)場設(shè)備上的計算機，該計算機適于從所述傳感器接收數(shù)據(jù)并檢測預定過程事件的發(fā)生；以及可操作地連接到計算機上的存儲設(shè)備，該存儲設(shè)備適于存儲在該預定過程事件發(fā)生時由計算機接收到的傳感器數(shù)據(jù)。
18.如權(quán)利要求17所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中所述預定過程事件是所檢測的參數(shù)超出預定范圍。
19.如權(quán)利要求17所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中所述預定過程事件是傳感器故障。
20.如權(quán)利要求17所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中所述預定過程事件是部件故障。
21.如權(quán)利要求17所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中所述預定過程事件是過程變量變化。
22.如權(quán)利要求17所述的現(xiàn)場設(shè)備，其中所述預定過程事件是來自過程控制工作站的指令。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于過程控制裝置中現(xiàn)場設(shè)備的診斷系統(tǒng)和診斷方法。其中至少一個傳感器與過程控制裝置相關(guān)聯(lián)，并且計算機適于從傳感器接收數(shù)據(jù)并檢測預定過程事件的發(fā)生。存儲設(shè)備可操作地連接到該計算機上，并且該存儲設(shè)備適于存儲在該預定過程事件發(fā)生時由該計算機接收到的傳感器數(shù)據(jù)。
文檔編號G05B19/042GK1826565SQ200480020771
公開日2006年8月30日 申請日期2004年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月31日
發(fā)明者肯尼思·W·杰安克, 安妮特·L·拉維森 申請人:費希爾控制產(chǎn)品國際有限公司