用于確定產(chǎn)品流或處理流的屬性的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[oow] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)要求2014年2月5日提交的題為"System,MethodandApparatusfor DeterminingPropertiesofProductorProcessStreams"的第14/173301號(hào)美國(guó)正 式專(zhuān)利申請(qǐng)（其要求2013年2月5日提交的題為"System,MethodandApparatusfor DeterminingPropertiesofProductorProcessStreams"的第61/760, 879號(hào)美國(guó)臨時(shí) 專(zhuān)利申請(qǐng)的權(quán)利）的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容出于所有目的而通過(guò)引用全部合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明一般設(shè)及估計(jì)控流的屬性的系統(tǒng)、方法和設(shè)備。具體地，本發(fā)明的系統(tǒng)、方 法和設(shè)備設(shè)及高頻率和高精確度地測(cè)量控流的屬性。
【背景技術(shù)】
[0004] 例如通過(guò)使用實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果或在線(xiàn)分析器、根據(jù)分析方法的可得性來(lái)杠桿化處 理工廠(chǎng)的操作。運(yùn)些類(lèi)型的結(jié)果對(duì)工廠(chǎng)操作是有價(jià)值的，因?yàn)樗鼈兺ǔ１徽J(rèn)為是可靠的。 例如，對(duì)于控和/或提煉操作，主要的分析測(cè)試方法為屬性已根據(jù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法（諸如 ASTM國(guó)際開(kāi)發(fā)和公布的方法）確定的產(chǎn)品的密閉輸送提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)。 陽(yáng)0化]不管運(yùn)些主要測(cè)試方法的重要性如何，它們確實(shí)也有某些不足。例如，實(shí)驗(yàn)室測(cè)量 結(jié)果通常可能每天僅可得一次或幾次。此外，在獲得離散樣本與報(bào)告來(lái)自對(duì)該離散樣本執(zhí) 行的測(cè)試的結(jié)果之間會(huì)經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)，從而嚴(yán)重地限制了基于運(yùn)些結(jié)果對(duì)處理進(jìn)行控制的 可能性。另外，樣本穩(wěn)定性、樣本污染、代表性采樣的問(wèn)題W及與測(cè)試過(guò)程的執(zhí)行相關(guān)聯(lián)的 不確定性可能導(dǎo)致返回錯(cuò)誤的樣本值。
[0006] 改進(jìn)測(cè)試數(shù)據(jù)的可得性、完整性和可再現(xiàn)性在許多情況下都已促進(jìn)測(cè)量的在線(xiàn)運(yùn) 用。然而，根據(jù)正執(zhí)行的測(cè)量和分析的類(lèi)型，在線(xiàn)分析器的循環(huán)時(shí)間可能為約十分鐘W上， 在一些情況下，達(dá)到和超過(guò)一小時(shí)，運(yùn)在一些情況下可能對(duì)于最大化處理效率或產(chǎn)品質(zhì)量 的目的而言仍然是不足的。
[0007] 加工產(chǎn)業(yè)傳統(tǒng)上通過(guò)制定能夠預(yù)測(cè)某些處理流的屬性的輔助測(cè)量技術(shù)來(lái)對(duì)時(shí)間 延遲問(wèn)題和主要測(cè)量的可靠性作出響應(yīng)。運(yùn)樣的輔助技術(shù)通常已包括使用一些形式的模 型，例如，能夠使用處理輸入來(lái)預(yù)測(cè)某些關(guān)注的屬性的多元統(tǒng)計(jì)模型，其中，關(guān)注的屬性可 W被稱(chēng)為"從屬變量"，并且處理輸入可W被稱(chēng)為"獨(dú)立變量"。
[0008] 運(yùn)些基于模型的方法中的重要類(lèi)別是"推理分析器"，也稱(chēng)為"軟傳感器"，因?yàn)樗?們通常駐存于軟件中。軟傳感器吸引人的原因至少有兩個(gè)。首先，因?yàn)樗鼈兺ǔＲ蕾?lài)于可 能已可利用的測(cè)量結(jié)果（諸如，溫度、壓力和流速），因此它們不需要在處理單元中多次安 裝附加傳感器。其次，隨著分布式控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，軟傳感器通常依賴(lài)的輸入測(cè)量結(jié)果基本 上是可實(shí)時(shí)利用的，從而具有一秒乃至更小的離散采樣率。運(yùn)些優(yōu)點(diǎn)至少通過(guò)W比處理控 制系統(tǒng)通常需要的間隔大的間隔提供屬性預(yù)測(cè)來(lái)解決了與主要測(cè)量相關(guān)聯(lián)的時(shí)間延遲的 缺陷。另外，運(yùn)些優(yōu)點(diǎn)避免了物理地獲得樣本的需求，從而消除了代表性采樣和樣本完整性 的問(wèn)題。
[0009] 盡管運(yùn)些模型的逼真度可能在范圍從幾小時(shí)到甚至也許幾天的有限時(shí)間段內(nèi)非 常好，但是傳統(tǒng)的推理分析器往往魯棒性不足，因?yàn)榭偟膩?lái)說(shuō)，用作模型的輸入的獨(dú)立變量 通常既間接地又不完整地與處理流的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。在關(guān)于處理的傳感器讀數(shù)是處理?xiàng)l件 和處理中的材料兩者的函數(shù)的程度上，運(yùn)些模型是化學(xué)性質(zhì)的間接表達(dá)；在運(yùn)些模型中所 使用的獨(dú)立變量的數(shù)量少于系統(tǒng)中的自由度的范圍內(nèi)，運(yùn)些模型是不完整的，運(yùn)設(shè)及處理 系統(tǒng)和通過(guò)其正處理的材料運(yùn)兩者。然而，當(dāng)穩(wěn)定狀態(tài)條件或準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)條件占優(yōu)勢(shì)并且 許多處理變量和流變量在名義上恒定時(shí)，例如，當(dāng)處理系統(tǒng)的原料質(zhì)量和操作基本上不變 時(shí)，可能發(fā)生例外。在運(yùn)樣的時(shí)候，獨(dú)立變量可W在數(shù)學(xué)意義上"確定"流化學(xué)性質(zhì)，并且推 理分析器的屬性預(yù)測(cè)可能極其可靠。然而，基本問(wèn)題是模型一般是相關(guān)的，并且由于相關(guān)性 不一定表示原因，因此推理模型可能很大程度上是憑經(jīng)驗(yàn)的，其中第一原理僅具有遙遠(yuǎn)的 影響。實(shí)際上，文獻(xiàn)大量地將也許最常用的建模方法稱(chēng)為"黑盒方法"。總之，推理分析器 的屬性預(yù)測(cè)易于達(dá)到從主要原因（最終由樣本化學(xué)性質(zhì)確定的流屬性）中去除影響（預(yù)測(cè) 值）的程度。
[0010] 因此，共同的實(shí)踐是使用定期的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果來(lái)更新來(lái)自推理分析器的輸出W 應(yīng)對(duì)各種變量。該策略可W改進(jìn)對(duì)于如下的推理預(yù)測(cè)的質(zhì)量：（i)可能原料質(zhì)量的完全范 圍；扣）處理系統(tǒng)的條件的改變，例如，污垢；W及（iU)讀數(shù)是獨(dú)立變量的傳感器的響應(yīng) 的改變，例如由簡(jiǎn)單偏移或者用新傳感器替代有故障的傳感器而產(chǎn)生的改變。然而，該方法 伴隨著對(duì)優(yōu)化連續(xù)處理的性能的可能性存在限制的問(wèn)題，優(yōu)化連續(xù)處理的性能可W包括最 大化吞吐量、緊密地遵循產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)、最小化能量使用、延長(zhǎng)催化劑使用壽命等。對(duì)于改 進(jìn)的模型自適應(yīng)過(guò)程的需求在本領(lǐng)域中仍然存在，尤其是適應(yīng)由例如原料的成分和屬性的 改變而導(dǎo)致的操作條件的變化；不在模型的范圍內(nèi)的其他處理單元改變；處理測(cè)量中的傳 感器故障和/或差異；用于更新模型的實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果和/或來(lái)自分析儀器的測(cè)量結(jié)果的 可得頻率；W及分析器可靠性。
[0011] 甚至模型準(zhǔn)確性的小偏差也會(huì)顯著地影響與在煉油廠(chǎng)和石油化工廠(chǎng)中發(fā)現(xiàn)的那 些處理單元類(lèi)似的大型處理的產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性。在本領(lǐng)域中仍存在對(duì)于改進(jìn)的測(cè)量（尤其是 頻繁地（優(yōu)選基本上實(shí)時(shí)在線(xiàn)地）測(cè)量）控流的屬性的方法的需求。此外，在本領(lǐng)域中仍 存在對(duì)于改進(jìn)的W高準(zhǔn)確度測(cè)量控流的屬性的方法的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的一方面包括用于確定處理流的屬性的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括硬分析器，該硬 分析器被配置為測(cè)量與處理流的樣本相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)從屬變量，其中，從屬變量也是 樣本的屬性。推理分析器包括處理的各方面的模型，并且被配置為采集與處理流相關(guān)聯(lián)的 一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立處理變量并使用獨(dú)立處理變量來(lái)生成一個(gè)或多個(gè)推斷的從屬變量。比較模 塊生成硬分析器測(cè)量的從屬變量與推理分析器推斷的從屬變量的比較。該系統(tǒng)使用該比較 來(lái)調(diào)整模型的一個(gè)或多個(gè)方面W及/或者調(diào)整一個(gè)或多個(gè)推斷的從屬變量W及/或者控制 處理流。
[0013] 本發(fā)明的另一方面包括用于使用上述系統(tǒng)來(lái)確定處理流的屬性的方法。
[0014] 在審閱W下結(jié)合附圖進(jìn)行的描述時(shí)，本發(fā)明的運(yùn)些實(shí)施例W及本發(fā)明的其他方面 和實(shí)施例將變得顯而易見(jiàn)。然而，本發(fā)明具體地由所附權(quán)利要求指明。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 在運(yùn)樣大體地描述了本發(fā)明的情況下，現(xiàn)在將參照附圖，并且在附圖中：
[0016] 圖1A是本發(fā)明的實(shí)施例的功能框圖；
[0017]圖1B是通過(guò)應(yīng)用可W與本發(fā)明的實(shí)施例一起使用的屬性模型進(jìn)行模型開(kāi)發(fā)和屬 性預(yù)測(cè)的步驟的流程圖；
[0018] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的、使用基于模型的軟分析器來(lái)預(yù)測(cè)屬性并且結(jié) 合硬分析器來(lái)更新模型的步驟的流程圖；W及
[0019] 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的確定處理流的屬性的步驟的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下文中，將參照附圖更全面地描述本發(fā)明的一些實(shí)施例，其中，示出了本發(fā)明的部 分但不是全部實(shí)施例。實(shí)際上，本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例可許多不同的形式實(shí)現(xiàn)并且不應(yīng) 該解釋為限于本文中所闡述的實(shí)施例；確切地，提供運(yùn)些實(shí)施例是為了本公開(kāi)會(huì)滿(mǎn)足適用 的法律要求。
[0021] 如在說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求書(shū)中使用的那樣，單數(shù)形式"一個(gè)"（"a"和"an")W 及"該"（"the")包括復(fù)數(shù)對(duì)象，除非上下文明確表明其他含義。例如，對(duì)"分析器"的引 用包括多個(gè)運(yùn)樣的分析器。在另一示例中，對(duì)"分析"的引用包括多次運(yùn)樣的分析。
[0022] 雖然本文中采用了特定術(shù)語(yǔ)，但是它們是僅W通用且描述性意義來(lái)使用的而不是 出于限制的目的。本文中使用的所有術(shù)語(yǔ)（包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)）具有與本發(fā)明所屬 的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的含義相同的含義，除非術(shù)語(yǔ)W另外的方式定義。將進(jìn)一 步理解，術(shù)語(yǔ)（諸如通用詞典中定義的術(shù)語(yǔ)）應(yīng)該被解釋為具有本發(fā)明所屬的領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員通常理解的含義。將進(jìn)一步理解的是，術(shù)語(yǔ)（諸如通用詞典中定義的術(shù)語(yǔ)）應(yīng)該 被解釋為具有與其在相關(guān)領(lǐng)域和本公開(kāi)的上下文中的含義一致的含義。將不會(huì)W理想化的 或過(guò)于正式的意義解釋運(yùn)樣的通用術(shù)語(yǔ)，除非本文中的公開(kāi)明確W另外的方式運(yùn)樣定義。
[0023] 如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)"硬分析器"是指能夠基本上直接感測(cè)和測(cè)量與處理流和 /或處理流的樣本相關(guān)聯(lián)的特定屬性的值的分析器，包括基于在線(xiàn)或離線(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的裝置。運(yùn) 些測(cè)量屬性被稱(chēng)為"從屬變量"。從屬變量的示例可W包括樣本中的成分的濃度W及包括 "熱屬性"（諸如閃點(diǎn)和蒸饋屬性）或冷屬性（諸如云點(diǎn)、冰點(diǎn)、冷濾點(diǎn)和柴油的流點(diǎn)）的樣 本的特性。運(yùn)些分析器的示例分別包括可從德國(guó)漢堡的BartecBenkeGmWl得到的FPA-4、 DPA-4、CPA-4、FPR-4、CFPP-4. 2 和PPA-4,而化kogawa電氣公司的GCSOOOonlineGC可W 用于執(zhí)行模擬蒸饋（simdist)分析。術(shù)語(yǔ)"主要測(cè)量結(jié)果"、"測(cè)量結(jié)果"、"屬性值"和"從屬 變量"是指硬分析器的輸出。運(yùn)些測(cè)量結(jié)果或從屬變量可W是單次分析的結(jié)果或者多次分 析的平均值。如本文中使用的，術(shù)語(yǔ)"推理分析器"和"軟傳感器"是指基于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的 模型的分析器，其依賴(lài)于與DCS(分布式控制系統(tǒng)）相關(guān)聯(lián)的傳感器采集的各種獨(dú)立變量， W推斷處理流體的各個(gè)從屬變量的值。運(yùn)些推斷的特性也稱(chēng)為"預(yù)測(cè)的從屬變量"、"推斷 的"或"基于模型的"測(cè)量結(jié)果、"關(guān)注屬性"，或者簡(jiǎn)稱(chēng)為"預(yù)測(cè)"。在本發(fā)明的實(shí)施例中可 W使用的"推理分析器"的示例包括來(lái)自日本東京的化kogawa電氣公司的ExaR犯Robust Qu曰lityEstimator?。
[0024]如本文中所使用的處理流"或"處理流體"是與處理相關(guān)聯(lián)的任意流或流體。在 非限制性示例中，處理流包括處理工廠(chǎng)內(nèi)的處理的任意中間處理流。如本文中所使用的， "產(chǎn)品流"或"產(chǎn)品流體"是作為來(lái)自制造處理內(nèi)的操作單元的輸出并且可W是對(duì)另一操作 單元的進(jìn)料或者可W基本上變?yōu)樘幚砉S(chǎng)制造的產(chǎn)品的基礎(chǔ)的處理流。然而，作為處理流 的更多限制的情況的"產(chǎn)品流"可W仍包括可W經(jīng)受其他處理單元的進(jìn)一步修改或者在例 如容器（tank)或混合器化lender)內(nèi)混合W例如提供成品的期望屬性的處理流。本發(fā)明 的方法和系統(tǒng)旨在與所有處理流和可W是處理流的更多限制的類(lèi)別的所有產(chǎn)品流有關(guān)。在 某些實(shí)施例中，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)可W應(yīng)用于成品本身。
[00巧]術(shù)語(yǔ)"計(jì)算機(jī)"和"終端用戶(hù)裝置"意指包括工作站、個(gè)人計(jì)算機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理 (PDA)、無(wú)線(xiàn)電話(huà)或者包括處理器、在其上可W設(shè)置計(jì)算機(jī)可讀程序代碼（包括指令和/或 數(shù)據(jù)）的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和用戶(hù)接口的任意其他適合的計(jì)算裝置。術(shù)語(yǔ)"實(shí)時(shí)"是指幾乎與 外部事件發(fā)生同時(shí)地（在數(shù)毫秒或微秒內(nèi)）對(duì)外部事件進(jìn)行感測(cè)和作出響應(yīng)，或者足夠快 地使得裝置能夠跟上外部處理。在處理控制的上下文中，"實(shí)時(shí)"數(shù)據(jù)的頻率關(guān)于相對(duì)（不 是絕對(duì)）而定義的。因而，對(duì)于顯著改變會(huì)在約幾分鐘的時(shí)間帖內(nèi)發(fā)生的處理，每隔半分鐘 可得到的新分析