CN101382797A - 过程测量的无线通信 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了过程测量的无线通信。一种在过程中用于监测参数的方法，减低将所监测的参数传输到(例如)监测应用程序涉及的能量消耗及带宽需求。明确地说，如果测得或计算参数值及最近传输的值之间自所述参数的最近传输至当前的差异超过一界限，新的监测参数值才会被传输，或如果自所述参数的最近传输至当前的时间超过预定刷新期，新的监测参数值才会被传输。是否传输所述参数的确定，可以应用于工程单位值或原始数值。

Description

过程测量的无线通信
相关申请
本申请是在2006年8月4日提交的标题为“使用不可靠通信的过程控制”(Process Control With Unreliable Communications)的美国11/499,013号专利申请(U.S.Application Serial No.11/499,013)的部分连续申请案，而美国11/499,013号专利申请(U.S.Application Serial No.11/499,013)是在2005年10月25日提交的标题为“无线及其他过程控制系统中的非定期控制通信”(Non-periodic Control Communications in Wireless and Other ProcessControl Systems)的美国11/258,676号专利申请(U.S.Application Serial No.11/258,676)的部分连续申请案；所述两项专利申请的揭示在此通过引用明确地被并入本专利。
技术领域
本发明总体上涉及过程监测系统，尤其涉及过程监测系统中的无线及/或非定期控制通信的传输及处理。
背景技术
过程控制系统-如那些用于化学、石油、或其他过程的分布式或大型过程控制系统-典型地包括一个或多个过程控制器，过程控制器通过模拟总线、数字总线或模拟/数字混合总线相互通信连接，与至少一个主机或操作员工作站及与一个或多个现场设备通信连接。所述现场设备可能是阀、阀定位器、开关及传送器(例如温度传感器、压力传感器及流率传感器)，它们在过程设备中发挥功能，如开启或关闭阀及测量过程参数。过程控制器接收现场设备所进行的过程测量的信号及/或关于现场设备的其他信息，并使用这些信息来实施控制例程，以产生控制信号并通过总线传送至现场设备，以控制过程的操作。来自现场设备和控制器的信息一般提供给由操作员工作站执行的一种或多种应用程序，使操作员能够执行针对过程所需要的任何功能，例如观察过程的当前状态、修正过程的操作等等。
某些过程控制系统，例如由总部设在美国德克萨斯州(Texas)奥斯汀市(Austin)的“艾默生过程控制有限公司”(Emerson Process Management)出售的系统，使用位于控制器中或不同的现场设备中的功能块或称为模块的功能块组来执行控制及/或监测操作。在这些情况中，控制器或其他设备能够包括以及执行一个或多个功能块或模块，其中的每一个功能块或模块接收来自其他功能块的输入及/或向其他功能块(在相同的设备中，或在不同的设备中)提供输出，而且所述控制器或其他设备执行一些过程操作，例如测量或检测过程参数、监测设备、控制设备、或执行控制操作，比如执行比例微分积分(PID)控制例程。过程控制系统中的不同的功能块和模块通常设计为互相通信(例如通过总线)，以形成一个或多个过程控制环路。
过程控制器一般编程为对过程限定的或过程中包含的多个不同环路中的每一个环路执行不同的算法、子例程或控制环路(它们都是控制例程)，例如流量控制环路、温度控制环路、压力控制环路等等。一般而言，每一个这样的控制环路包括：一个或多个输入块，比如模拟输入(AI)功能块；一个单输出控制块，比如比例微分积分(PID)或模糊逻辑控制功能块；及一个输出块，比如模拟输出(AO)功能块。控制例程及执行这类例程的功能块，一直是根据多种控制技术来配置，这些控制技术包括比例微分积分(PID)控制、模糊逻辑控制、以及基于模型的技术，比如Smith Predictor(Smith预估器)或模型预测控制(MPC)。
为了支持所述例程的执行，典型的工业或过程设备的集中式控制室与一个或多个过程控制器及过程输入/输出子系统通信连接，而这些过程控制器及过程输入/输出子系统则连接到一个或多个现场设备。传统上，模拟现场设备一直是通过双线或四线电流环路连接到控制器，以用于信号传输及电力供应。将信号传输到控制室的模拟现场设备(例如传感器或传送器)对通过电流环路的电流进行调制，使所述电流与所测得的过程变量相称。另一方面，在控制室的控制之下执行动作的模拟现场设备是由通过所述环路的电流大小控制。
最近，现场设备可以将数字数据叠加在用于传输模拟信号的电流环路上。例如，可寻址远程传感器高速通道(HART)协议利用环路的电流大小来发送及接收模拟信号，但还在所述电流环路信号上叠加数字载频信号，以使得能够与智能现场仪表进行双向现场通信。一般称为
Figure A200810135579D0009143757QIETU
Fieldbus(现场总线)的另一协议定义两个子协议；其中一个子协议支持以31.25千比特每秒的速度进行数据传输，并同时为连接到所述网络的现场设备提供动力，另一个子协议支持以2.5百万比特每秒的速度进行数据传输，但不为现场设备提供任何动力。使用这些类别的通信协议，智能现场设备(一般上它们的本质都是数字现场设备)支持较旧控制系统不能提供的多种维护模式及增强功能。
由于数据传输的增长数量，过程控制系统设计的一个特别重要的方面涉及现场设备彼此相互通信连接、与控制器通信连接以及与过程控制系统或过程设备中的其他系统或设备通信连接的方式。一般上，使现场设备能够在过程控制系统中发挥功能的多种通信通道、链路及路径通常统称为输入/输出(I/O)通信网络。
用于实施输入/输出通信网络的通信网络拓扑及物理连接或路径，对现场设备通信的鲁棒性或完整性可能有重大的影响，尤其是在输入/输出通信网络受不利的环境因素或苛刻条件影响时，更是如此。这些因素及条件会危及一个或多个现场设备、控制器等等之间的通信的完整性。控制器与现场设备之间的通信对任何这样的破坏特别敏感，这是由于监测应用程序或控制例程典型地需要为例程的每个迭代进行定期的过程变量更新。受危及的控制通信因此能够导致过程控制系统效率及/或收益性减低、设备过度磨损或损坏以及任何数目的潜在有害的故障。
为了确保鲁棒的通信，用于过程控制系统中的输入/输出(I/O)通信网络一直都是固定网络。不幸的是，固定网络引致许多复杂性、挑战及限制。例如，固定网络的品质可能随着时间的过去而退化。此外，固定输入/输出(I/O)通信网络的安装典型地昂贵，特别是在输入/输出(I/O)通信网络涉及分布在一个相对大的地理范围的大工厂或车间时(例如使用以数英亩计的土地的炼油厂或化学品厂)，其安装更是昂贵。这种必不可少的长布线典型地涉及大量的人力、材料及费用，而且可能因接线阻抗及电磁干扰而引致信号退化。由于这些及其他原因，固定输入/输出(I/O)通信网络一般难于重新配置、修改或更新。
曾经有人建议使用无线输入/输出(I/O)通信网络来缓和涉及固定输入/输出(I/O)网络的一些困难。例如，标题为“分布式控制系统中用于提供到现场设备的冗余无线通路的设备”(Apparatus for Providing Redundant WirelessAccess to Field Devices in a Distributed Control System)的美国2003/0043052号专利出版物(U.S.Patent Publication No.2003/0043052)揭示一种利用控制器与现场设备之间的无线通信来增加或补充固定通信的使用的系统；所述美国专利出版物的全部揭示在此通过引用被并入本专利。
不幸的是，对于过程控制中的无线通信而言，能量消耗可能是个复杂化因素。与输入/输出(I/O)网络分离，现场设备可能需要提供它们本身的动力源。因此，现场设备可以是电池驱动、提取太阳能或获取环境能量，比如振动、热量、压力等等。对于这些设备而言，为数据传输而消耗的能量可能构成总能量消耗的重大部分。其实，在建立及维护无线连接期间消耗的能量，可能比现场设备执行其他重要操作(比如为遥感或探测正在被测量的过程变量而采取的步骤)期间消耗的能量为多。
更普遍地说，倚赖无线通信来进行与控制相关的传输一直受局限，这是由于可靠性的关系及其他原因。如以上所述，现代监测应用程序及过程控制依靠控制器与现场设备之间的可靠数据通信来达到最佳控制水平。此外，典型的控制器快速执行控制算法，以便迅速地修正过程中不必要的偏差。不良的环境因素或其他有害条件可能引起间歇性的干扰，这些干扰妨碍或阻止支持执行监测及控制算法所需要的快速通信。
发明内容
根据本专利的一个方面，对在过程中监测测量信号有用的一种方法包括监测过程及定期地测量过程测量信号(比如由现场设备测量的过程测量值)的步骤。在采样过程测量信号与所述过程测量信号的先前通信之间的耗用时间超过设定时间期限时，所述方法将所述过程测量信号无线地传输到监测应用程序。在有些情况下，所述设定时间期限被动态地更新。
在另一实施例中，对在过程中监测测量信号有用的一种方法包括监测过程及定期地测量过程测量信号(比如由现场设备监测的过程测量值)的步骤。在所述采样过程测量信号与所述过程测量信号的先前通信有关的采样过程测量信号之间的差异的大小超过设定值时，所述采样过程测量信号被无线地传输。在有些情况下，所述设定值被动态地更新；而在其他情况下，所述设定值可以预配置在取得所述过程测量值的设备中。
在本专利的另一方面，对监测过程有用的一种方法包括监测过程、定期地测量过程测量信号、以及计算所述过程测量信号与先前传输的过程测量信号之间的差异的步骤。对所述差异与设定值进行比较，如果所述差异超过所述设定值，所述差异或所述测量信号被转换为所述过程测量信号的工程单位表示。在有些情况下，所述设定值可以存储或位于检查表中；而且，如果需要，所述设定值可以被动态地更新。在有些情况下，所述设定值可以预配置在取得所述过程测量值的设备中。如果需要，所述过程测量值及设定值可以以原始单位获取及存储，或可以伸缩，以代表其他数量。
在本发明的另一方面，用于监测过程的一种系统包括监测应用程序、无线传送器、以及连接到所述无线传送器的现场设备。所述无线传送器采样所述现场设备，以获得测量值或计算值，并在当前时间与先前传输时间之间的耗用时间超过设定时间期限时，将所测量或计算的值无线地传输到所述监测应用程序。在有些情况下，所述监测应用程序包括处理器及/或可以实施为软件应用程序。
在本发明的另一方面，用于监测过程的一种系统包括监测应用程序、无线传送器、以及连接到所述无线传送器的现场设备。所述无线传送器采样或接收来自所述现场设备的信息以获得一值(该值可以是一测量值或计算值)，并在所述值与先前传输的值之间的差异的抵消超过设定界限时，将所述值无线地传输到所述监测应用程序。在有些情况下，所述传输器在将所述值传输到所述监测应用程序之前，将所述值转换为工程单位。在有些情况下，所述设定界限被动态地提供或确定，或可以包含在检查表或其他存储单位中。
附图说明
为了更完整地理解本专利，应参看以下的详细描述及附图；在附图中，相同的参考数字识别附图中的相同元件。在所述附图中：
图1为一原理图，其显示一个过程控制系统，该过程控制系统有一控制器(或控制元件)；根据本专利的一个方面，所述控制器配置成使用通过所述控制器与多个现场设备之间的固定连接传输的非定期或较不频繁的控制通信来实施一个或多个控制例程。
图2为一由图1的控制器(或控制元件)实施的控制例程的图形表示，该图形表示通过描绘对过程输入(即控制信号)的过程响应以及测量传输和控制执行迭代的典型实例的绘图来进行。
图3为一原理图，其显示一个过程控制系统，该过程控制系统有一控制器(或控制元件)；根据本专利的一个方面，所述控制器配置成使用通过所述控制器与多个现场设备之间或现场设备之间的无线连接传输的非定期或较不频繁的控制通信，实施一个或多个控制例程。
图4为一原理图，其显示根据一个实施例的、图1或图3的所述控制器(或控制元件)；在该实施例中，所述控制器产生过程输入信号或控制信号以控制过程-尽管过程测量的无线、非定期或其他传输比控制执行比率较为不频繁。
图5为一原理图，其显示根据替代实施例的一个控制器(或控制元件)，所述控制器配置成控制带有过程延迟及/或测量延迟的过程。
图6为一原理图，其显示根据另一实施例的、图1或图3的所述控制器(或控制元件)；在所述实施例中，所述控制器通过带有微分或比率贡献的控制例程，产生控制信号。
图7为一原理图，其显示根据再另一实施例的、图1或图3的所述控制器(或控制元件)；在所述实施例中，所述控制器根据由控制信号控制的现场设备、控制元件或其他下游设备所提供的数据，产生控制信号。
图8为一原理图，其显示根据再另一实施例的、图1或图3的所述控制器(或控制元件)；在所述实施例中，所述控制器通过能够配置成根据由控制信号控制的现场设备或控制元件的实际数据或隐含数据来确定积分或复位贡献的控制例程，产生控制信号。
图9A及9B为流程图，它们使用以工程单位或原始数值表示的阈值界限，对来自现场设备的测得值的处理方法进行比较。
虽然本专利所公开的系统及方法易于以多种形式实施，但是这些系统及方法是以本发明附图中的特定实施例图解，应该了解的是，本说明书旨在例证原理，而并非意在将本发明的范围限制于在此描述及图解的特定实施例。
具体实施方式
在此揭示的过程控制系统、设备及方法实施通信、监测及控制技术，以支持控制器与现场设备之间或现场设备与现场设备之间(比如传送器与其他仪器之间)的过程控制数据的传输。在本专利的另一方面，本专利所揭示的技术使得由现场设备搜集的过程测量及其他信息能够由控制器(或其他控制元件)用于实施一个或多个过程控制例程。在本专利的再另一方面，本专利所揭示的技术使得由现场设备搜集的过程测量及其他信息能够用于系统监测应用程序。
在过去，这样的测量是以有规律地定时或定期的基础获取及传输到控制器，以确保更新的数据可用于过程控制例程的定期执行的每个迭代。相反地，本专利所揭示的技术允许这样的数据的传输是非定期地及/或以比控制执行周期长的时间间隔进行。因此，本专利所揭示的技术适合支持可以间歇地、不可靠地或较不频繁或不定期地提供的过程控制测量。由于许多原因，非定期或较不频繁的传输可能具备优势，而且可能因过程控制系统或其环境的任何数目的因素、条件或方面而产生。
根据一些实施例，本专利所揭示的技术与通信方案连同使用，比如与无线通信连同使用，涉及以例外报告为基础进行的过程控制数据传输。在无线通信的背景下，过程控制数据的例外报告可以提供许多优势。例如，传送器或其他现场设备在现场中消耗动力的速率可以降低，从而保存电池动力或其他有限的动力源。
然而，与过去的例外报告不同，本专利所揭示的技术支持在定期执行的过程控制例程中使用的数据的传输。尽管过去的警戒不鼓励使用以事件触发为基础提供的数据来执行过程控制例程，但本专利所揭示的技术的实践适应过程控制例程的定期执行，而不对性能造成有害牺牲。本专利所揭示的技术进一步支持以事件触发为基础向系统监测应用程序提供数据，而同样地不对性能造成有害牺牲。
虽然本专利所揭示的技术适合无线通信方案，而且不时在此连同无线通信方案描述，但本专利所揭示的技术的实践不限于任何特定通信方案、背景或协议、或任何过程控制网络、结构、控制器或系统、或任何监测应用程序。反之，本专利所揭示的技术可以应用于任何数目或任何种类的背景，其中由于任何期望原因，过程控制数据的传输比控制例程执行周期或监测周期较不频繁。这样的背景可能造成不合要求或不利条件，使通信不可靠或断断续续。因此，以下描述阐明，本专利所揭示的技术的实践不限于以下描述的低动力或其他无线通信方案。
现在参看图1，过程控制系统10包括过程控制器11，该过程控制器11连接到历史数据库12，并连接到一个或多个主工作站或主计算机13(其可以是任何类别的个人计算机、工作站等等)，每个主工作站或主计算机13带有显示设备14。控制器11也通过输入/输出(I/O)卡26及28连接到现场设备15-22。历史数据库12可以是任何期望类别的数据采集单元，其具有任何期望类别的存储器及任何期望或公知的用于存储数据的软件、硬件或固件。历史数据库12可以与其中一个工作站13分开(如图1所示)或可以成为其一部分。控制器11(举例而言，可以是由艾默生过程控制有限公司(Emerson ProcessManagement)出售的
Figure A200810135579D0015143858QIETU
控制器)通信连接到主计算机13，并通过一个以太网连接或任何其他期望的通信网络，通信连接到历史数据库12。控制器11还使用固定通信方案，通信连接到现场设备15-22，如在此进一步描述的那样。无论这样或那样，任何期望的硬件、软件或固件可以用于实施所述方案，例如它们可以与标准的4-20mA设备(在固定时)及/或任何智能通信协议，比如FOUNDATION Fieldbus协议、HART协议等等相关。然而，在图1中所示的例证实施例中，控制器11与现场设备15-22之间的通信涉及固定连接。
更普遍地说，现场设备15-22可以是任何类别的设备，比如传感器、阀、变送器、定位器等等，而输入/输出卡26及28可以是符合任何期望通信协议或控制器协议的输入/输出设备。在图1所示的实施例中，现场设备15-18是标准的4-20mA设备，它们沿着模拟线路通信连接到输入/输出卡26，而现场设备19-22是智能设备，比如Fieldbus现场设备，它们使用Fieldbus协议通信沿着数字总线通信连接到输入/输出卡28。当然，现场设备15-22可以遵循任何其他期望的一个或多个标准或协议，包括将来开发的任何标准或协议。
控制器11包括处理器23，处理器23实施或监视存储在存储器24的一个或多个过程控制例程(或其任何模块、块或子例程)。存储在存储器24的过程控制例程可以包括控制环路或与存储于其中的控制环路发生联系。一般而言，控制器11与现场设备15-22、主计算机13及历史数据库12通信，以便以任何期望方式来控制过程。应该注意的是，在此描述的任何控制例程或模块的部分可以以分布于多个设备的方式来实施或执行。因此，控制例程或模块的部分可以由不同的控制器、现场设备(例如智能现场设备)或其他设备或控制元件实施(如果需要的话)。同样地，在此描述的需在过程控制系统10中实施的控制例程或模块可以采用任何形式，包括软件、固件、硬件等等。涉及提供这样的功能的任何设备或元件在此可统称为“控制元件”，不论与其相关的软件、固件或硬件是否布置在过程控制系统内的控制器、现场设备或任何其他设备(或设备组合)。出于本揭示的意图，控制模块可以是过程控制系统的任何部分或局部，例如包括在任何计算机可读媒介上的例程、块或其任何元件。这样的控制模块、控制例程或其任何部分(例如块)可以由过程控制系统的任何元件或设备(它们在此统称控制元件)实施或执行。控制例程可以是多个模块或控制程序的任何部分，比如子例程、子例程的多个部分(比如多条代码线)等等，所述控制例程可以以任何期望软件格式实施，比如使用对象导向编程、梯形逻辑、顺序功能图、功能块图，或使用任何其他软件编程语言或设计范式。同样地，所述控制例程可以被固化成一个或多个可擦除可编程只读存储器(EPROMs)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROMs)、专用集成电路(ASICs)、或任何其他硬件或固件元件。此外，所述控制例程可以使用任何设计工具来设计，包括图形设计工具或任何其他类别的软件/硬件/固件编程或设计工具。因此，控制器11可以配置成以任何期望方式来实施控制策略或控制例程。
在一些实施例中，控制器11使用通常称为功能块的元件来实施控制策略，其中每个功能块是一个完整控制例程的对象或其他部分(例如子例程)，而且每个功能块(通过被称为“链接”的通信)与其他功能块一起工作，以便实施过程控制系统10中的过程控制环路。功能块典型地执行以下功能的其中之一，以便执行过程控制系统10中的一些物理功能，即：输入功能，比如与变送器、传感器或其他过程参数测量设备相关的输入功能；控制功能，比如与执行PID、模糊逻辑等控制有关的控制功能；或输出功能(其负责控制一些设备(比如阀)的操作)。当然，存在混合的及其他类别的功能块，而且可以在此使用。在这些功能块用于或与标准的4-20mA设备及某些类别的智能现场设备(比如HART设备)相关时，所述功能块可以典型地存储于控制器11中并由其执行。可选择地或附加地，在系统使用Fieldbus设备时，所述功能块可以存储于所述现场设备中并由所述现场设备本身执行，或存储于过程控制系统的其他控制元件中并由过程控制系统的其他控制元件执行。虽然在此使用功能块控制策略来描述控制系统10，但本专利所公开的技术及系统也可以使用其他协议(比如梯形逻辑、顺序功能图等等)来实施或设计，或使用任何其他期望的编程语言或范式来实施或设计。
如图1的分解块30所示，控制器11可以包括多个单环路控制例程，如图解的例程32及34，而且，如果需要，控制器11可以实施一个或多个高级控制环路，如图解的控制环路36。每个这样的控制环路典型地称为控制模块。单环路控制例程32及34被图解为分别使用单输入/单输出模糊逻辑控制块及单输入/单输出PID控制块来执行单环路控制，所述模糊逻辑控制块及单输入/单输出PID控制块连接到适当的模拟输入(AI)功能块及模拟输出(AO)功能块，所述模拟输入(AI)功能块及模拟输出(AO)功能块可以与过程控制设备(比如阀)有关、与测量设备(比如温度变送器及压力变送器)有关、或与过程控制系统10中的任何其他设备有关。高级控制环路36被图解为包括高级控制块38，该高级控制块38具有通信连接到一个或多个模拟输入(AI)功能块的多个输入，并具有通信连接到一个或多个模拟输出(AO)功能块的多个输出，虽然高级控制块38的输入及输出可以连接到任何其他期望的功能块或控制元件，以接收其他类别的输入并提供其他类别的控制输出。高级控制块38可以实施任何类别的多输入多输出控制方案，而且可以构成或包括模型预测控制(MPC)块、神经网络建模块或神经网络控制块、多变量模糊逻辑控制块、实时优化器块等等。应该了解的是，图1所示的功能块，包括高级控制块38，可以由控制器11执行，或可选择地可以位于过程控制系统的任何其他处理设备或控制元件(比如工作站13的其中之一或现场设备19-22的其中之一)中，并由过程控制系统的任何其他处理设备或控制元件(比如工作站13的其中之一或现场设备19-22的其中之一)执行。作为一个范例，现场设备21及22(它们可以分别是传送器及阀)可以与控制元件通信，以实施控制例程，因此，它们包括实施所述控制例程的部分所需要的处理元件及其他元件，比如一个或多个功能块。更明确地说，现场设备21可以包括存储器39A，以便存储与模拟输入块相关的逻辑及数据，而现场设备22可以包括促动器，促动器带有存储器39B，以用于存储与同模拟输出(AO)块进行通信的PID或其他控制块相关的逻辑及数据-如图中所示。
现在参看图2，控制环路32、34及36(及任何合并位于现场设备21及22中的功能块的处理的控制环路)的实施一般适合通过所述控制例程的多个迭代40定期执行。在传统的范例中，每个迭代40由(例如)传送器或其他现场设备提供的更新过程测量42支持。因此，如图2所示，在每个定期执行迭代40之间进行多个过程测量42。为了避免同步化测量值与控制的限制，许多过去的控制器(或控制环路)被设计成以2-10倍的因数对测量进行过度采样。这样的过度采样帮助确保过程测量为当前，可用于控制方案。此外，为了使控制偏差最小化，传统的设计规定反馈控制的执行应比过程响应时间快4-10倍，而过程响应时间在图2的最上方的曲线图中描绘为过程时间常数(τ)(例如过程变量变化的63％)及在过程输入(即控制信号)中发生阶跃变化44之后加上过程延迟(TD)。更普遍地说，过程响应是以过程输出或变量46随着时间的过去的变化表示。因此，为了满足这些传统设计要求，测量值一直都是以比控制执行速率快得多的速率采样，这比过程响应时间快得多或高得多-如图2中所示。
一般而言，本专利所揭示的技术应对以这样高的速率传输测量值(或其他值，比如计算值)的挑战。例如(及如以上所述)，与所述测量相关的传感功能可以不消耗那么多用于传感器或传送器的动力供应，但通过无线通信网络进行的测量值传输可能随着时间的过去而构成可观的动力流失。即使如果测量及控制的执行同步(如FOUNDATION Fieldbus控制方案)，但以比过程响应快4-10倍的速率来调度控制迭代的传统方法可能仍然会在数据传输期间造成太高的动力消耗。因此，为了减低动力消耗，本专利所揭示的技术一般支持使传送测量值或其他值的频率最小化。
为了达到这个目的及根据本揭示的一个方面，本专利所揭示的技术总体上将过程控制系统10(尤其是过程控制系统10的控制器11及传输设备及其他现场设备)配置成在某些条件被满足时以非定期基础传输新测量值或其他值。在一个实施例中，新测量值的传输是基于过程变量的变化是否已经超过预定阀值(例如确定为有效的数量)。更明确地说，如果新测量值与最近传送的测量值之间的差异的大小大于特定分辨率，则可以产生触发，而测量将被更新。在处理离散测量(比如开/关测量、数字比特或预定集合的状态或离散值的其中之一被预期或测得的其他状态测量)之时，从一个状态到另一个状态的变化一般被视为超过阀值或分辨率大小。
在其他情况下，新测量值是在所述差异超过特定分辨率时传输(与先前情况一样)，以及在最近的传送直到当前的时间超过预定刷新时间时传输。换句话说，过程变量中的变化(例如控制执行迭代48及50之间的过程响应、数字测量的状态的变化)或默认时间的消逝(例如迭代52及54之间耗用的时间)可能导致测量传输。测量传输的刷新或默认时间可以在控制环路之间变化，这是由于较频繁或较不频繁的更新可能适合-视过程的响应是否呆滞或迅速而定(例如由过程时间常数指示)。在有些情况下，所述时间可以在控制环路的调谐期间根据时间常数进行确定，然后在其后调整。例如，测量与信号发送之间的时间可以视所述变量或值的测得状态而定，而在这个情况下，测量与信号发送之间的时间测量期可以调整，以反映正在被监测的设备、装置或过程的状态。无论如何，默认或刷新时间担当在多个时期不进行测量更新之后的完整性校验或覆盖。这样的检查可能利于(例如)最后将过程变量驱至目标。
与此同时，负责获取测量值的传送器、传感器或其他现场设备可以还是定期地以任何速率(比如以过程响应时间的4-10倍的传统速率)采样测量。本专利所揭示的技术接着确定所采样的值是否传输到控制器11。
虽然连同图2阐明的操作背景及以下描述的例证实施例涉及定期执行的控制例程，但本专利所揭示的技术不限于这样的背景或应用。在一些实施例中，控制例程(例如PI、PID等等)可以以所述例程以非定期方式执行的方式事件触发。在这样的情况下，控制例程的输出(即控制信号)将保持不变，只要控制块(或例程)的设定点及其他参数或配置不被修改。在某些应用中，这可能足够。然而，通过广泛地定义触发时间来包括任何设定点变化、增益参数的任何变化或控制块(即控制例程配置)中的任何其他变化，则这样的事件触发执行将提供与定期执行的控制例程相同的结果。由于这些原因，本专利所揭示的传输技术可以与事件触发及定期控制例程同时使用，以及与任何类别的监测例程同时使用。这个描述也阐明，定期执行也可以被视为事件触发执行的形式，这是由于触发事件可以与每个执行时间期的终结(或开始)相应。
图3描绘一例证情况，其中本专利所揭示的技术可以应用来减低过程控制数据的无线传输期间的动力消耗，以支持控制器11的操作，尤其是支持图1的过程控制系统10的操作。然而，在开始时，应该注意的是，图1及3中所示的固定连接也可以使用本专利所揭示的技术，并从本专利所揭示的技术的应用中得益。例如，固定设备15-22中的一个或多个固定设备也可以倚赖限定的动力供应或从减低的数据传输中得益。在一个例证情况中，系统10可以包括采样分析器或其他采样系统，所述采样分析器或其他采样系统被设计成以比控制执行速率慢的速率提供测量数据。
应进一步注意的是，为了便于说明，多个无线现场设备60-64及71已经被添加到图3中所示的过程控制系统10，而现场设备15-22保持通过输入/输出(I/O)设备26及28，固定到控制器11。在替代性的实施例中，现场设备15-22中的一个或多个现场设备也可以或可选择地根据本专利所揭示的技术，与控制器11无线地通信。
然而，在图3中显示的例证实例中，本专利所揭示的技术总体上涉及由传送器60-64或其他控制元件(比如现场设备71)测量、传感或计算的数据的无线传输，如以下所述那样。所述无线传输可以使用任何期望的装置(包括现在已知的或稍后开发的硬件、软件、固件或它们的组合)来建立。本实施例的例证装置是以天线65表示，天线65连接到及专用于传送器60及带有天线67的无线路由器或其他模块66，以便共同地为传送器61-64处理通信。在有些情况下，传送器61-64可以构成过程传感器与控制室之间的唯一链接；因此，可以倚赖传送器61-64来发送准确的信号到控制网络，以确保产品品质及流量不受危害。因此，经常被称为“过程变量传送器”(PVTs)的传送器61-64可以在过程控制系统10中扮演重大角色。此外，被图解为阀的现场设备71可以通过传送器及天线72，向监测或控制系统无线地提供由阀71内的传感器进行的测量或由阀71产生或计算的其他数据(作为阀71的操作的部分)，包括由阀71内的功能块FB1及FB2采集、计算或另外产生的其他数据。
在所述无线通信链路的接收端，控制器11可以有一个或多个输入/输出(I/O)设备68及70，它们分别带有天线73及74。然而，更普遍地，本专利所揭示的技术的实践不限于传送器或无线装置的任何配置。例如，除与控制器11的无线传输以外的无线传输可能涉及实施本专利所揭示的控制技术。在图3所示的例证范例中，无线现场设备71可以是智能阀，因此可以提供控制元件以便实施控制例程或监测例程的部分。因此，现场设备71的功能块FB1及FB2在控制例程的实施期间可以直接与位于其他现场设备中的功能块(比如传送器61-64中一个或多个传送器)通信，或可以与控制器11内的监测编程或系统或甚至是用户工作站13的其中之一通信。
传送器60-64中的每个传送器可以将关于相应过程变量(例如流量、压力、温度或位信号)到控制器11，以用于一个或多个控制环路或例程，或用于监测里程。其他无线设备(比如现场设备71)也可以无线地接收过程信号，及/或可以配置成传输关于任何其他过程参数的其他信号。一般而言，控制器11及其他无线设备(比如现场设备71)可以包括多个元件，这些元件被指令支持这样的无线通信，尤其是支持所述过程信号的接收。所述元件可以包括或构成(例如)存储在存储器24或控制器11中的硬件或固件的软件例程。无论如何，无线通信的接收方式(例如解调、解码等等)可以采用任何期望的形式，而且在此将作概括讨论。在一个范例中，控制器11可以包括通信栈80(以处理输入信号)、模块或例程82(以检测输入信号在什么时候提供测量更新)。探测例程82可以接着产生标记或其他信号，以指示正在通过通信栈80提供的数据包括新的测量或其他类别的值或更新。所述新数据及所述新标记可以接着被提供给一个或多个控制模块84(或功能块)，控制模块84(或功能块)如以上连同图1中概括显示的例程一起讨论及以下详细描述的那样实施。可选择地或附加地，所述新数据及所述更新标记可以提供给一个或多个监测模块或在控制器11中运行的应用程序或所述控制系统的其他地方。所述更新检测功能也可以实施于功能块级，而且可以由与控制模块84相关的一个或多个功能块提供。其他无线设备(比如现场设备71)可以包括相似组件及功能，以支持位于其中的一个或多个功能块(例如FB1及FB2)接收及处理这样的信号。
在有些情况下，通信栈80及更新检测模块82由输入/输出(I/O)设备26、28、68及70中的一个或多个(图1及3)实施。此外，更新检测模块82进行确定的方式可以涉及硬件、软件、固件或它们的任何组合，而且可以涉及任何适合用于比较过程变量的值的例程。
以上所述用于无线(或其他)传送器的通信技术一般导致非定期的、无规律的或较不频繁的数据传输。然而，从现场到控制器11的测量值的传输传统上一直都是构造成以定期的方式报告，以进而支持控制例程的定期执行。换句话说，控制例程一般为测量值的定期更新设计，而且倚赖测量值的定期更新。
为了适应非定期或不可得的测量更新(及其他不可得的通信传输)，所述控制及监测例程可以重新构造或修改成使过程控制系统10倚赖发生得比控制执行周期或某其他标准周期较不频繁的非定期或其他间歇更新。照这样，本专利所揭示的技术可以在有些情况下全面地支持一种形式的、用于过程变量测量的例外报告，尽管过程控制例程的定期执行。如下所述，本专利所揭示的技术也可以处理及支持一种形式的、涉及控制例程于所述控制例程的下游的设备(例如响应由所述控制例程产生的控制信号的促动器及其他设备或元件)之间的传输的例外报告。
在所述控制例程的控制设计(例如使用z变换、差分方程式等等)及数字实施(比如比例微分积分(PID)控制)中的基本假设是，控制算法是以定期的基础执行。如果测量没有更新，则所述例程的积分(或复位)部分或贡献可能不适当。例如，如果所述控制算法继续使用最近、过时的测量值来执行，则输出将继续根据复位调谐及最近的测量值与设定点之间的误差来移动。另一方面，如果所述控制例程只是在新测量被传输时执行，则对设定点变化和涉及测得干扰的前馈动作的控制响应可能被延迟。控制例程也可以包括根据自最近迭代起至当前耗用的时间进行的计算。然而，以非定期及/或较不频繁的测量传输，根据控制执行周期(即自最近迭代起至当前经过的时间)来计算复位贡献可能导致过程可变性增加。
由于前述挑战，以及为了在测量值不以定期的基础更新时提供准确及具响应性的控制，可以根据过程变量的更新是否可用，使用控制技术来全面地修改过程控制例程。在有些情况下，可以以本专利所揭示的技术、根据自最近的测量更新起的预期过程响应来重新构造所述控制例程。
图4中显示根据本专利所揭示的技术的一个方面配置的控制方案的一个例证实施例，其中所述过程概括性及示意性地以100表示。所述例证控制方案可以与控制器11的组件102(或组件集合，如有需要)通信，或与配置成提供图3中显示及描述的通信栈80、更新检测模块82及控制模块84的功能的现场设备(例如无线现场设备71)的控制元件通信。在这个例证范例中，控制器11从(例如)工作站13(图1)的其中之一或从过程控制系统10中的或从与过程控制系统10通信的任何其他源接收设定点，以产生一个或多个过程输入或其他控制信号以便控制过程100，这可以遭受在104示意地显示的测得或未测得干扰。如以上所述，所述过程输入信号可以控制与阀或任何其他现场设备相关的促动器，以便在过程的操作中实现响应。对所述过程输入信号的变化的所述过程响应由传送器、传感器或其他现场设备106测量或传感，而传送器、传感器或其他现场设备106可以与图3中所示的传送器60-64中的任何之一相应。因此，传送器106与控制器11之间的通信链路(以虚线描绘)可以包括无线连接。可选择地或附加地，所述通信可以按需要包括固定连接，这可从本专利揭示的技术中得益；这是由于(例如)所述固定连接可间歇地利用或可间歇地操作或遭受高数量的通信量。
在这个例证范例中，控制器11实施单一封闭环路控制例程，比如PI控制例程。因此，所述控制环路包括几个标准PI控制方案元件，包括一求和点108(用于比较所述设定点与所述过程变量数据)、另一求和点112(用于结合诸如比例及积分贡献)及一高低限制器114。除了所述控制方案的所述标准元件之外，本专利揭示的控制技术的这个实施例使用改进过滤器116来提供对控制信号的预期过程响应的指示。在这个例证范例中，所述预期过程响应以一阶模型来概算，而且由确定PI控制方案的积分贡献的正反馈环路中包括的改进过滤器实现。更普遍地，用于所述控制实施中的所述预期过程响应可以由所述过程的任何模型提供，而且不限于合并在正反馈环路、过滤器或积分或复位贡献中。例如，使用模型来提供所述预期过程响应的控制可以合并微分贡献，使得所述控制例程实施比例微分积分(PID)控制方案。合并例证类别的微分贡献的几个例证实施例，在以下连同图6-8进行描述。
无论如何，图4的改进过滤器的输出与传统的复位或积分贡献在许多方面不同。以背景而言，传统的PI控制器可以使用正反馈网络来实施，以确定复位贡献。在数学上，可以显示所述传统实施的传递函数相当于无约束控制(即在输出不受限制时)的标准公式化。
O ( s ) E ( s ) = K P ( 1 + 1 s T Reset )
其中Kp＝比例增益
       TReset＝复位，秒
       O(s)＝控制输出
E(s)＝控制误差
所述正反馈网络的一个优势是，复位贡献被自动地防止在控制器输出受高限或低限时结束(即被限制器114)。
多种其他控制方案可以与本专利所揭示的技术连同使用。例如，如图1所示，模型预测控制(MPC)方案可以取代以上所述的PI控制方案。此外，所述控制方案不需要在控制器11中实施，但可以在位于与过程控制系统10相关的一个或多个现场设备或其他设备的控制元件中实施。
可以使用涉及使用过程变量的非定期测量更新的控制技术，其中所述复位贡献(或其他过滤器或例程)的正反馈网络被改进，以适应非定期更新。明确地说，过滤器116(或其他例程)配置使得最近计算的过滤器输出被保持直到新测量被传输(例如接收)为止。在新测量被接收时，过滤器116根据最近的控制器输出(即控制信号)及自新测量值被传输时至当前的耗用时间，计算新过滤器输出。这个控制技术的一个例证范例陈列如下：
F N = F N - 1 + ( O N - 1 - F N - 1 ) * ( 1 - e - ΔT T Reset )    其中FN＝新过滤器输出
 FN-1＝过滤器输出(最近执行)＝过滤器输出(最近新测量之后)
ON-1＝控制器输出(最近执行)
ΔT＝自新值被传输至当前的消耗时间
照这样，在根据新测量来计算控制输出时，控制例程计算预期的对最近测量传输的过程响应。而且，因此所述传送器可以实施不为控制执行的每个迭代提供更新的任何通信技术，比如以上所述的技术。对于那些涉及无线传输的通信技术，这个技术允许无线传送器及其他设备最小化用于过程控制的数据传输的动力消耗数量。
应该注意的是，封闭环路控制例程的复位贡献(比如以上所述者)可以以许多方式提供所述过程响应的准确表示，比如如果所述过程展示稳态行为。其他过程(比如死区时间优势过程)可以涉及将附加组件合并于建模预期过程响应的例程，如下所述的那样。至于由一阶模型适当地描绘的过程，过程时间常数可以全面地用于确定PI(或PID)控制器的复位时间。更明确地说，如果将所述复位时间设定为等于过程时间常数，则复位贡献全名地抵偿比例贡献，使得所述例程随着时间的推移而反映预期过程响应。这个方法在图4的例证实施例中反映，其中复位贡献由带有与过程时间常数相同的时间常数的过滤器的正反馈网络实现。虽然可以使用其他模型，但所述正反馈网络、过滤器或模型提供便利的机制，用于确定带有已知或概算过程时间常数的过程的预期响应。
作为一个范例，涉及本专利所揭示的通信技术的测试期限期间的通信数目减少了超过96％。非定期测量更新对控制性能的影响也通过使用上述的改进PI算法而被最小化。明确地说，控制性能的差异在以下比较定期测量更新与非定期更新的“积分绝对误差”(IAE)的表1中显示。
表1-控制性能差异
 
通信/控制 通信数目 积分绝对误差(IAE)
使用标准PI控制器的定期通信 692 123
本专利所揭示的技术(使用改进PI控制的非定期通信) 25 159
对于那些需要比例积分微分(PID)控制的过程而言，对PID输出的微分贡献(亦称比率)也可以在接收新测量时重新计算及更新。在这些情况下，微分计算可以同样地使用自最近的新测量至当前的耗用时间。
如图4所示，通信栈80(在一些实施例中还包括更新检测模块82(图3))处理来自传送器106的输入数据，以便为改进过滤器116产生新的值标记，从而确定应在什么时候计算新的过滤器输出，或告诉过滤器116应在什么时候计算新的过滤器输出。
现在参看图5，根据本专利所揭示的控制技术配置的替代性控制器(或控制元件)120在许多方面与图4中所示的控制器11相似。因此，所述两个控制器的共同元件以相同的参考数字识别。然而，控制器120合并一附加元件到确定测量传输之间的预期过程响应的例程内。在这个情况下，所述过程可以被描述为带有相当可观数目的死区时间，因此一单元或块122被包括在所述控制器模型中以用于死区时间补偿。死区时间单元122的合并一般帮助达到更准确的表示过程响应。更明确地说，死区时间单元122可以以任何期望的方式实施，而且可以包括或使用Smith预测器或其他已知控制例程的共同方法。
图6描绘另一替代性控制器(或控制元件)130，控制器(或控制元件)130与上述实施例不同，其差别在于对控制信号的微分(或比率)贡献被合并到过程控制例程。所述微分贡献提供附加反馈机制予所述例证控制方案，使得在有些情况下，比例积分微分(PID)控制方案被实施。
所述微分贡献以上述有关积分贡献相似的方式配置，以适应过程测量的非定期更新或不可得更新。所述微分贡献也可以重新构造为根据自最近的测量更新至当前的耗用时间。照这样，所述微分贡献中的峰值(及合成输出信号)被避免。
所述微分贡献由一微分元件或组件132确定，微分元件或组件132与专用于所述比例及积分贡献的元件同时接收来自求和器108的误差信号。虽然也可以使用其他比例积分微分(PID)配置(例如串行配置)，所述比例、积分及微分贡献在求和接点134处结合，如图6所示。
为了适应不可靠传输，尤其是为了适应测量更新的不可获得性，微分贡献被保持在最近确定的值，直到接收到测量更新(如来自通信栈80的新值标记所指示者)为止。这个技术允许控制例程根据所述控制例程的正常或已确定的执行速率，继续使用定期执行。在接收到更新的测量时，微分增益元件132可以根据以下方程式来确定微分贡献：
O D = K D · e N - e N - 1 ΔT
其中eN＝当前误差
      eN-1＝最近误差
      ΔT＝自新值被传输至当前的消耗时间
      OD＝控制器微分项
KD＝微分增益因数
使用这个技术来确定微分贡献，过程变量的测量更新(即控制输入)可以在不产生输出峰值的情况下损失为时一个或多个执行周期。在通信重新建立时，所述方程式中的(eN-eN-1)项可以产生与在微分贡献的标准计算中产生的值相同的值。然而，对于标准比例积分微分(PID)技术而言，微分确定中的除数将是执行周期。相反地，本专利所揭示的技术使用两个成功地接收的测量之间的耗用时间。耗用时间大于执行周期时，本专利所揭示的技术产生比标准比例积分微分(PID)技术较小的微分贡献及减少的尖峰形成。
为了便于确定所述耗用时间，通信栈80可以向图6中所示的微分贡献元件132提供上述新值标记。替代性的实施例可以包括或涉及根据其值来检测新测量或更新。此外，所述过程测量可以在所述比例或微分组件的计算中用于代替误差。更普遍地，通信栈80可以包括或合并任何软件、硬件或固件(或它们的任何组合)来实施通信界面予过程，包括过程中的任何现场设备、控制器之外的过程控制元件等等。
由连同图3-6描述的控制器控制的促动器或其他下游元件还是可以接收带突然变化的控制信号，特别是在所述控制器或控制元件无传输到所述下游促动器或其他元件经历了多个周期之后。所述合成控制动作在有些情况下可能足够突然而影响设备操作，而且这样的突然变化可以导致不适当水平的不稳定性。
由于控制器与下游元件之间的通信损失而造成突然控制变化的可能性问题，可以在确定对控制信号的反馈贡献时通过合并实际下游数据来代替在最近的执行周期期间的控制器输出来进行处理。一般而言，这样的实际下游数据提供对控制信号的响应的反馈指示，因此可以由接收所述控制信号的下游元件(例如过程控制模块)或设备(例如促动器)测量或计算。这样的数据被提供来代替对所述控制信号的隐式响应，比如来自最近执行的控制器输出。如图4-6中所示，过滤器116接收所述控制信号，作为所述下游响应的隐含指示。这样的隐含指示的使用有效地假设所述下游元件(比如促动器)接收了所述控制信号的通信，并因此适当地响应所述控制信号。所述实际反馈数据也不同于其他响应指示，比如被控制的过程变量的测量。
图7描绘一例证实施例，其中控制器140接收来自响应所述控制信号的下游设备或元件的促动器位置数据。所述下游设备或元件经常与促动器通信，提供促动器位置的测量。更普遍地，所述下游设备或元件可以与比例积分微分(PID)控制块、控制选择器、分流器或由所述控制信号控制的任何其他设备或元件通信。在所显示的例证范例中，所述促动器位置数据被提供，作为对所述控制信号的所述响应的指示。因此，所述促动器位置数据在控制例程的继续执行期间由控制器140使用，尽管缺乏过程变量的测量更新。为了这个目的，过滤器144可以通过建立输入反馈数据界面的通信栈146，接收所述促动器位置数据。在这个例证范例中，反馈数据包括对控制信号、促动器位置及过程变量的响应的两个指示。
如同先前的实施例，过滤器144配置成适应涉及没有过程变量的测量更新的情况。过滤器144同样地在这样的缺乏期间维持其输出。然而，在接收到测量更新时，过滤器144不再倚赖所述控制信号的反馈来修改其输出。相反地，来自所述促动器的实际响应数据被使用如下：
F N = F N - 1 + ( A N - 1 - F N - 1 ) * ( 1 - e - ΔT T Reset )
其中FN＝新过滤器输出
    FN-1＝过滤器输出(最近执行)＝过滤器输出(最近新测量之后)
    AN-1＝促动器位置(最近执行)
    ΔT＝自新值被传输至当前的消耗时间
    使用对所述控制信号的响应的实际指示，可以在从比例积分微分(PID)控制元件到下游元件(例如促动器)的定期通信期间及在非定期或损失通信期间之后，帮助改善本专利所揭示的控制技术的准确性。然而，所述实际响应指示的传输将典型地需要现场设备与所述控制器之间的附加通信(如果实施于不同设备)。如以上所述，这样的通信可以是无线的，因此可能易受不可靠传输或动力约束的影响。其他原因也可能导致反馈数据的不可得。
如下所述，本专利所揭示的技术也可以处理这样的响应指示不以定期或及时的方式传输的情况。换句话说，本专利所揭示的技术的应用不需限于过程变量的测量更新的缺乏。相反地，本专利所揭示的技术可以有利地用于处理涉及其他响应指示(比如促动器的位置或下游控制元件的输出)的缺乏的情况。此外，本专利所揭示的技术可以用于处理涉及从控制器(或控制元件)到下游元件(比如现场设备[例如促动器]或另一控制元件[例如级联PID控制、分流器等等])的传输的损失、延迟或其他不可得性的情况。
传送到控制器或控制元件的附加数据(即响应指示或下游元件反馈)的无线传输或其他不可靠传输，或来自控制器或控制元件的附加数据(即控制信号)提供附加通信问题及/或难题的可能性。如以上所述，来自下游元件(例如促动器)的反馈可能涉及确定积分贡献(或其他控制参数或贡献)。在这个例证实施例中，控制例程倚赖两个反馈信号，而不是倚赖以上所述的实施例中反馈的单一过程变量。此外，如果控制信号从未达到下游元件，则过程将不会获得控制方案的益处。这些信号中的任一信号的传输可能延迟或损失，因此，在此描述的技术可处理任何一个可能发生的事。
涉及过滤器或其他控制计算的响应指示的缺乏，可以通过维持过滤器输出(或其他控制信号组件)直到更新被接收为止来处理。过滤器输出(或其他控制信号组件)可以接着根据自最近的更新至当前的时间的预期过程响应以及下游元件的最近反馈值(例如阀位置)来修改。
在控制信号不到达下游元件时，来自所述下游元件的响应指示(即反馈)将不会改变。在这样的情况下，值的改变缺乏可能触发控制器(或控制元件)中的逻辑同样地维持所述过滤器输出(或其他控制信号组件)，直到值变化被接收为止。
本专利所揭示的技术也可以实施于不需要实际反馈数据或实际反馈数据不可得的情况。对于将隐含响应使用于控制信号的简易性有利的那些情况，前者可能有利。例如，实际反馈数据的通信可能存在难题或不实际。后者可能涉及如以上所述的促动器或不提供位置测量数据的其他设备。较旧的设备可能不具备这样的能力。
为了适应这样的设备，可以提供开关或其他设备，以允许本专利所揭示的技术使用隐含或实际响应指示。图8中显示一例证实施例，其图解控制器150连接到开关152，而开关152接收隐含及实际响应指示。在这个情况下，控制器150可以与上述任何控制器相同，这是由于所揭示的控制方案的实施并不倚赖知道响应指示的类别。开关152可以实施于软件、硬件、固件或它们的任何组合。开关152的控制可以倚赖控制器150及任何控制例程的实施。可选择地或附加地，控制器150可以提供控制信号以配置开关152。在其他实施例中，开关152可以实施为所述控制器的一部分，而且在有些情况下可以集成为所述通信栈的一部分或所述控制器的其他部分。
在前述的任何实施例中，所述控制器可以在接收测量更新时使用时间戳或时间的其他指示。在这些情况下，以上所述的任何一个或多个反馈贡献可以接着根据时间戳修改，而不是使用更新标记来确定接收所述测量更新的时间。(因此，时间戳可以用作更新标记。)这个技术在接收时间因(例如)传输延迟而与测量时间大不相同时可能有用。传输延迟可能起于多种原因，例如包括需在多个节点或转发器之间行进的无线传输。每个节点或转发器可能引进有限延迟，即使是在传输及接收条件适合时。在不利条件期间，所述节点或转发器可以有存储、保存及释放顺序(或其他程序)，以利于数据的成功传输。由于这些原因，所述传输或其他延迟可能改变至可观程度。所述时间戳也可以帮助避免所述变更延迟将引起的误差。
在使用时间标记数据的实施例中，所述反馈贡献确定耗用时间参数(ΔT)为两个连续的时间戳之间的差异。换句话说，所述耗用时间参数是通过计算由与两个连续的测量更新通信一齐接收的时间戳指示的时间值的差异来确定。
在有些情况下，所述控制器可以选择不使用与所述测量更新一齐传输的时间戳。例如，如果所述数据是在所述控制例程的每个定期执行期间在适当时间公布，则所述控制器可以确定尚未发生重大延迟，并接着使用所述执行周期来确定耗用时间参数。用于分析输入通信的相同的技术可以用于确定是否可以倚赖接收时间来确定耗用时间参数。
如上述实施例显示的那样，负责确定对控制信号的预期过程响应的反馈、过滤器或其他例程可以涉及过程控制元件的任何类别的模型、网络或其他配置，它们帮助从过程控制例程的余项移除任何偏移或其他误差。照这样，本专利所揭示的技术适合用于多种不同过程，而且不限于展示一阶行为的那些过程。完全相反地，本专利所揭示的技术适用于在预期过程响应的确定中涉及不同模型、过滤器或块的情况，而且不需限于在过程模型高度准确的情况下使用。
虽然以上所述的通信技术连同过程控制活动描述，或以上所述的通信技术的描述用于过程控制活动，相似的技术可以应用于过程变量或其他数据的监测，以减少发生于(例如)过程监测系统中的通信数目。这样的过程监测系统可以包括(例如)用于检测过程设备、维护及控制用户界面、应用程序等等的问题或不利条件的系统。例如，图3的过程控制系统10可以随意地包括监测数据、测量或来自现场设备15-22或传送器60-64的过程监测应用程序。采集自现场设备15-22或传送器60-64的监测数据可以由过程控制系统10的多个部分传输到监测应用程序，以便监测所述现场设备或传送器。所述监测应用程序可以位于过程控制系统10的多个部分。例如，来自现场设备15-22或传送器60-64的监测数据可以传输到控制器11的监测应用程序，以用作过程控制例程或控制环路中的输入。可选择地，这样的监测数据可以传输到工作站13的其中之一，在所述工作站13的其中之一，可以处理这些数据及/或通过显示器14的其中之一，向设备人员或其他最终用户显示。所述监测数据可以从现场设备15-22或传送器60-64直接地传输到所述工作站13，或通过控制器11或其他中间设备传输到所述工作站13。此外，所述监测数据可以传输到位于现场设备15-22或传送器60-64的任何之一的一个或多个监测应用程序。所述监测应用程序可以配置成接收来自一个或多个现场设备15-22、传送器60-64及/或过程控制系统的其他单元的输入。例如，所述监测应用程序可以配置成同时接收来自现场设备15-22或传送器60-64中的每一个的输入。
监测应用程序可以是多种配置或结构中的软件、固件及/或硬件，所述软件、固件及/或硬件接收所述监测数据及以任何已知或期望方式处理及/或显示所述监测数据。应该理解，范围广阔的软件编程、算法或编程方法及/或硬件系统设计、线路或结构潜在地可以包括监测应用程序。
在一个配置中，现场设备15-22及/或传送器60-64可能只需要包括传送器设备，以便将通信及监测数据传送到所述监测应用程序。在这个情况下，存储及实施所述监测应用程序的设备将只是需要包括接收器，以接收来自现场设备15-22及/或传送器60-64的通信及监测数据。然而，任何现场设备15-22、传送器60-64或监测应用程序可以配置成包括收发器，该收发器能够发送及接收通信，而且将提供更灵活的通信结构。
在此描述的监测数据可以是直接指示传感或测量参数的数据或信号，或可以是由计算机或其他设备根据(例如)测量或传感信号产生的数据。因此，所述监测数据可以是定期地或非定期地产生、作为产生所述监测数据的现场设备或其他设备中的处理例程(比如计算接收的数据、功能块、控制例程或任何其他处理模块的组合的多种统计测量或参数的统计处理块或例程)的部分的数据。在这个情况下，可以根据(例如)过程信号的接收或测量，定期或非定期地产生所述监测数据。然而，以这样的方式产生的监测数据不需要根据过程变量或其他过程信号的接收或测量，但可以因其他触发而产生。处理器或其他处理单元可以获得或产生监测数据。所述处理器也可以执行软件、代码、固件或其他配置成在处理器上运行的指令，比如监测应用程序。所述处理器可以是任何传统类别，包括但不限于微处理器、微控制器、专用集成电路(ASICs)、通用处理器、可编程逻辑或其他有能力处理数据的模拟或数字硬件配置。
无论如何，传送器或其他设备可以编程为在某些条件被满足时以非定期的基础，向控制器11、工作站13中的监测应用程序或现场设备15-22或传送器60-64中的监测应用程序提供更新监测数据。在一个实施例中，只要所述监测数据的改变已经超过预定阀值(例如被确定为有效的数量)，新测量或监测数据值被传输到所述监测应用程序。在另一个实施例中，在自监测数据的最近通信至当前耗用的时间超过默认刷新时间时，新监测数据值被传输到所述监测应用程序。当然，所有这些方法可以同时使用，所以只要所述监测数据的改变已经超过预定阀值(其可以包括从一个离散值更变为另一个离散值)，或只要自监测数据的最近通信至当前耗用的时间超过默认刷新时间，新监测数据值被传输到所述监测应用程序。使用这些传输方法及程序，可以实现传送器与所述监测应用程序之间的通信数目的有效减少，因此大量减少过程控制系统的监测方面的通信的动力需求，或减少特定的固定或无线通道或两者的通信需要的带宽。
在一个范例中，在所述监测数据值的变化已经超过预定阀值时，新测量值可以立即传输到所述监测应用程序。这个技术允许所述监测数据值的任何有效变化立即传输到所述监测应用程序。传统上，对于模拟测量值，传送器可以定期地以比过程响应时间快4-10倍的速率采样所述监测数据(在这里，是所述测量数据)，这以图2中的有关过程输出46的曲线图指示。如果所述新监测数据值与最近传输的监测数据值之间的差异的大小大于特定阀值，则所述新监测数据值被传输。例如，标准4-20mA设备(比如现场设备15-18)典型地沿着模拟线传输。与这些现场设备相关的传送器可以从这些标准设备采样模拟读数，而且包括例程，该例程对所述模拟信号的变化与先前传送的信号或与阀值进行比较。如果自最近传输的值以后所述模拟信号的大小的变化已经超过预定阀值，传送器将向所述监测应用程序传输所述新读数的数字化表示，作为所述监测数据。
在数字系统中，传送器可以根据离散值与正在被报告的新测量值之间的特定最大时间间隔，定期地采样离散测量值。例如，传送器可以以与离散值的更新速率相同或相似的速率，定期地采样离散测量。如果自最近传输的值以后所采样的离散值超过预定阀值，传送器将接着将所述新离散值传输到所述监测应用程序。
在一些范例中，特定现场设备或多个设备的测量值在长时期内可能不会明显地变化。在这些范例中，在自最近的通信至当前耗用的时间超过默认刷新时间时，新测量或监测值(例如离散数字值或模拟信号的数字化表示)可以传输到所述监测应用程序。用于测量的所述刷新或默认时间可以在不同现场设备之间变化，或可能视所述监测应用程序或用户需要来自特定现场设备或过程的反馈的频繁程度而定。所述刷新期可以根据传输时间之间的间隔确定，包括根据自测量值的最近传输至当前耗用的时间确定。可选择地，所述刷新期可以根据自现场设备测量所述测量值至当前耗用的时间，或根据自现场设备产生所述测量值至当前耗用的时间。一般而言，在长期无测量更新之后，在默认或刷新时间的过去之后传输心率信号发挥完整性检查或覆盖的作用，以确保所述监测应用程序至少在某个时间间隔内接收监测数据值；以及可以根据这样的值的接收，确定通信还在发生，而且确定所述系统正在正常地操作。简单地，所述心率信号的传输指示，现场设备及通信通道正在正常地操作，而且通信正在正确地传输。如果所述监测应用程序在所述刷新时间之后没有接收到任何更新或新的监测数据值，所述监测应用程序可以产生警报或告警，指示所述系统中存在潜在的通信问题或其他问题。所述心率信号可以是许多类别的传输的其中之一。例如，其可以只不过是相应于所述特定现场设备的唯一识别器信号的传输、先前传输的监测值的重新传输、或先前未传输的后来或新近的测量值的传输。
用于测量值的所述预定阀值及/或刷新时间可以由(例如)制造商或用户根据多种参数(包括现场设备类别或测量类别)设定。例如，由制造商为温度测量设定的默认预定阀值可以小于流率测量的默认预定阀值变化值。此外，测量变量的现场设备的可能在过程中很快地变化的刷新时间的刷新期，可以比测量变化更慢的过程变量的现场设备的刷新期来得短。此外，监测数据值的所述预定阀值及/或刷新时间可以随后由最终用户修改，以适合各别系统需求，比如满足特别监测需求。所述预定阀值及/或刷新时间可以由最终用户通过软件或硬件修改。例如，最终用户可以通过将其指令输入到所述工作站13，通过修改控制器11中的软件或设置，或通过直接地修改现场设备15-22或传送器60-64中的设置，指令系统修改所述预定阀值及/或刷新时间。
过程控制系统中的通信的动力需求，可以通过以原始数值而不是工程单位检测所述测量值的变化，得以进一步减少。原始数值或单位是作为标度电值(典型地是电压或电流)的测量值的表示。例如，在监测压力的标准4-20mA HART现场设备中，所述现场设备能够测量或传输介于4及20mA之间的值，代表以Pascals(帕斯卡)表示的测得压力。所述4-20mA值是以原始单位表示的原始数值，明确地说是电流(mA)。其以Pascals(帕斯卡)表示的相应值是工程单位。相应于特定工程单位的原始数值专用于所述现场设备。简单数学公式允许将所述4-20mA值从所述原始数值转换为以工程单位Pascals(帕斯卡)表示的相应值。在一个配置中，模拟现场设备、传送器可以确定是否使用所述原始数值模拟读数从标准4-20mA HART现场设备传输新监测数据值；而不是在确定条件是否需要传送新的监测数据值之前，将来自所述现场设备的所述原始数值转换为工程单位值，比如温度(例如摄氏温度)或压力(例如以表示Pascals)。除了过程控制系统10中的通信的动力需求之外，另一重大动力需求是传送器为存取及/或处理测量值所需要的动力。传送器存取及/或处理测量值越频繁，则传送器的动力需求越大(及电池寿命越短)。其实，获取新测量值所需要的处理时间的大部分(因此被消耗的处理动力的大部分)被用于将所述原始、采样测量值转换为工程单位值。在不需要将所述采样测量值转换为工程单位的情况下对原始、采样测量值与预定阀值(以原始单位表示)的能力，有效地减少传送器的动力需求。这个技术在图9A及9B中图解。
在图9A图解的一个实施例中，过程控制系统10的传送器60-64使用以工程单位表示的预定阀值。在这个情况下，传送器60-64必须采样所述测量值(项160)，将所述测量值从原始数值或单位转换为工程单位(项161)，测量所转换的测量值自最近的传输测量值至当前的变化，然后对所转换的测量值中的变化与阀值进行比较(项162)。如果所转换的测量值中的变化超过所述预定阀值，则所述新采样及转换的测量值被传输到所述监测应用程序，并被存储为最近传输的测量值(项163)。
可选择地，如图9B所示，传送器60-64使用以原始单位表示的预定阀值。在这个情况下，传送器60-64可以只是采样以原始单位表示的测量值(项170)，然后对以原始单位表示的所述测量值与所述阀值进行比较(项171)，及与以原始单位表示者比较(项174)。如果所述差异超过阀值，或如果所述刷新时间已经耗用，则传送器60-64可以将以原始单位表示的所述测量值转换为适当的工程单位值(项172)，然后传输以所述工程单位表示的所述测量值(项173)。在9A及9B中，处理及动力最集约的步骤是将采样值从原始单位转换为工程单位的步骤(项161及172)。图9A中描绘的过程，在每次采样所述测量值之后，在项161执行将采样值从原始单位转换为工程单位的步骤。图9B中描绘的过程只是在需要传输所采样的值时，在项172执行将所采样的值从原始单位转换为工程单位的步骤。因此，图9B中的转换比图9A中的转换执行得不频繁得多，导致处理及动力消耗的有效节省。为了进一步减少动力消耗，所述系统可以只是传输原始的未转换的设备测量，并在主设备或网关设备(比如所述控制器或用户界面)执行多种转换(转换、线性化、缩放等等)。这个技术有几个优点，包括原始A/D转换信号可以是12-16比特对很可能是32或64比特的工程值，以及采集设备不需要消耗动力来执行多种数据操纵。
对所述以原始单位表示的测量值及阀值的比较可以以多种方式实现。例如，所述预定阀值可以由制造商预定。如果制造商的预定值是以工程单位或以工程单位表示的百分率变化提供，则传送器60-64将所述预定值转换为原始单位。可选择地，如果用户随后输入或改变以工程单位表示的预定阀值或以工程单位表示的百分率变化，所述预定阀值可以由所述系统的任何部分(包括工作站13、控制器11、现场设备15-22或传送器60-64)转换为原始单位，以及存储在适当传送器。用户提供的预定阀值可以存储在检查表或其他存储器中。制造商预定的或用户输入的预定阀值的标度转换，可以通过使用最近传输的测量值(以原始单位表示)及检查表来确定。例如，所述传送器可以在包含以原始单位表示的采样测量值及以原始单位表示的相应最小预定阀值的清单的表中检查当前的采样测量值(以原始单位表示)。如果最近传输的测量值及以原始单位标志的采样测量值之间的差异的大小超过所述表中包含的相应最小预定阀值一特定的原始数值，则所述采样测量值应传输到所述监测应用程序。在图9B所示的这个实施例中，所述新测量值只是在该值需传输到所述监测应用程序的情况下才会被转换为工程单位，例如，如果超过用于报告值的刷新时间或所述原始测量值超过所述预定阀值。(可选择地，如以上所述，所述原始数值可以被传输，而且其转换可以在主设备或接收设备执行。)使用图9B中描绘的这个方法，所述传送器的动力消耗需求可以有效地减少，这是由于只是在所述采样测量值被传输时，才需要执行将所述采样值从原始单位转换为工程单位的步骤，而且可能完全不需要执行这个转换步骤。
如以上所述，本专利所揭示的技术支持避免需要过度采样过程变量或传输过度采样过程变量的过程控制及监测配置，从而利于无线通信的使用以及利于传送器面对的可能不能定期地利用测量值或可能不能像控制执行期那样经常地利用测量值的其他情况。简而言之，本专利所揭示的通信或传输技术避免需要经常地传输测量数据或其他监测数据以供过程控制例程执行或监测应用程序执行。由于所揭示的传送器(或其他现场设备)的设计改变及控制改进，测量数据或其他监测数据一般只是为了传送有效变化(从最近传送的值)或在刷新时间之后才被传输。因此，传送器通信的频繁程度及用于数据传输的动力数量有效地降低。
当然，应该理解，在一些情况中，设备可以采集及监测多个不同测量(即不同信号的测量)，而且在此描述的相同的传输技术可以用于这些一个或多个测量中的每个测量。此外，在一些情况中，采集所述测量的设备可以对数据执行高级分析(比如误差检测分析、调谐分析等等)或测量，而且在此描述的相同的传输技术可以用于确定是否发送全分析、单一状况、或是否等待到下一采样间隔才传输信号。
根据本专利的一些方面，在此描述的技术可以应用于控制器及现场设备或过程控制系统的其他元件之间的许多不同的无线(或其他)通信被延迟或损失的情况。因此，前述有关控制器与传送器之间以及控制器与促动器之间的通信问题的范例，是在已理解其性质在于例证原理的前提下阐明的。此外，涉及所述通信的参数并不限于正由控制例程控制的过程变量。相反地，本专利所揭示的技术可以应用于涉及被测量或反馈或传送以供控制例程或监测例程使用的任何参数的通信。因此，以上所述的响应指示(即过程变量测量及促动器位置)，是在已理解其性质在于例证原理的前提下阐明的。涉及其他有关对控制信号的响应的数据的通信问题也可以以本专利所揭示的技术处理。因此，可能涉及来自控制例程的下游的元件(例如现场设备、另一过程控制例程等等)的数据的任何通信。
在有些(但不是全部)情况下，所述传输设备的动力消耗也可以是通信缺乏的原因。在其他情况下，节省用于数据传输的动力将不是个问题，就如现场设备为其他目的(比如促动)而需要大量动力的情况。但是，如以上所述，由于不合需要的环境因素或其他不利条件或任何其他原因(例如包括无线网络上的繁重数据流通负荷)，通信可能损失、延迟、间歇、不正常或不可利用。
本专利所揭示的方法、系统及技术的实践不限于任何一个特定无线结构或通信协议。合适的例证结构及通信支持方案，在2005年6月17日提交的标题为“用于过程控制系统的无线结构及支持”(Wireless Architecture and Support forProcess Control Systems)的美国11/156,215号专利申请(U.S.Patent ApplicationSerial No.11/156,215)中描述，所述申请的全部揭示在此通过引用被并入本专利。其实，本专利所揭示的对所述控制例程的改进，适合控制例程以定期方式实施但没有为每个控制迭代提供过程变量测量更新的任何情况。其他例证情况包括采样数值由(例如)分析器或通过实验室采样不定期地或更少地提供。本专利所揭示的技术的实践不限于使用于单输入但输出PI或PID控制例程，而还可以应用于许多不同的多输入及/或多输出控制方案及级联控制方案。更普遍地，本专利所揭示的技术也可以应用于涉及一个或多个过程变量、一个或多个过程输入或其他控制信号的任何封闭环路的基于模型的控制例程，比如模型预测控制(MPC)。
在此使用的“现场设备”一词广义地包括许多设备或设备的组合(即提供多功能的设备，比如传送器/促动器的混合)以及在控制系统中执行功能的任何其他设备。无论如何，现场设备可以包括(例如)输入设备(例如提供指示过程控制参数[例如温度、压力、流率等等]的状况、测量或其他信号的传感器及仪器)，以及包括响应接收自控制器及/或其他现场设备的命令而执行动作的控制操作器或促动器。
在实施时，在此描述的任何软件可以存储在任何计算机可读存储器，比如存储在磁盘、激光盘、或其他存储媒介上、存储在计算机或处理器的随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)中、等等。同样地，这个软件可以使用任何已知的或期望的传送方法-例如包括在计算机可读盘或其他移动式计算机存储装置上，或通过通信频道-比如互联网、万维网、任何其他局域网或广域网等等-传送到用户、过程设备或操作员工作站(其传送被当成与通过移动式存储媒介来提供这样的软件的方式相同或可与其互换)。此外，这个软件可以在没有调制或加密的情况下直接提供，或可以在通过通信频道传送之前，使用任何适合的调制载波及/或加密技术进行调制及/或加密。
虽然本发明已经参考特定范例进行描述，但这些范例只是在于阐明原理，而不是限制本发明包括的范围。本领域的普通技术的人员将很清楚，本专利揭示的实施例可以在不脱离本发明的精神及范围的条件下被修改、增加或删除。

Claims (25)

1、一种用于监测过程的系统，包括:
通信网络；
位于通信连接到所述通信网络的第一设备中的监测应用程序；以及
通信连接到所述通信网络的过程控制设备；
其中所述过程控制设备包括处理单元，所述处理单元进行操作，以获取监测参数的一系列的值，对所述监测参数的新值与所述监测参数的先前的值进行比较，为此，监测信号先前曾传输到所述监测应用程序，以创建差信号，对所述差信号与差阀值进行比较，以及在所述差信号超过所述差阀值时，通过所述通信网络，将指示所述监测参数的所述新值的进一步的监测信号传输到所述监测应用程序。
2、如权利要求1所述的系统，其中所述过程控制设备的所述处理单元进一步进行操作，以计算当前时间及与先前传输到所述监测应用程序的所述监测信号相关的时间之间的时间差，对所述时间差与时间阀值进行比较，以及在所述时间差超过所述时间阀值时，即使所述差信号不超过所述差阀值，通过所述通信网络，将指示所述监测参数的所述新值的所述进一步的监测信号传输到所述监测应用程序。
3、如权利要求1所述的系统，其中所述过程控制设备的所述处理单元进一步进行操作，以计算当前时间及与先前传输到所述监测应用程序的所述监测信号相关的时间之间的时间差，对所述时间差与时间阀值进行比较，以及在所述时间差超过所述时间阀值时，即使所述差信号不超过所述差阀值，通过所述通信网络，将指示所述通信网络的可操作性的心率信号传输到所述监测应用程序。
4、如权利要求1所述的系统，其中所述监测参数的所述新值及所述监测参数的所述先前的值以原始单位表示；以及其中所述过程控制设备的所述处理单元在所述差信号超过所述差阀值时，将所述监测参数的所述新值转换为新的单位标度；以及指示所述监测参数的所述新值的所述进一步的监测信号包括被转换为所述新的单位标度的所述监测参数的所述新值。
5、如权利要求1所述的系统，其中所述监测参数的所述新值及所述监测参数的所述先前的值以原始单位表示；以及其中所述过程控制设备的所述处理单元只是在通过所述通信网络将指示所述监测参数的所述新值的所述进一步的监测信号传输到所述监测应用程序时，将所述监测参数的所述新值转换为新的单位标度。
6、如权利要求1所述的系统，其中所述过程控制设备是现场设备。
7、如权利要求1所述的系统，其中所述过程控制设备是传感器，以及所述监测参数是测得过程变量。
8、如权利要求1所述的系统，其中所述过程控制设备包括计算单元，该计算单元使用多个输入来计算变量值；以及其中所述监测参数是所述计算变量值。
9、如权利要求8所述的系统，其中所述多个输入的其中之一是测得过程变量。
10、如权利要求1所述的系统，其中所述通信网络是无线通信网络。
11、如权利要求1所述的系统，其中所述处理单元获取所述监测参数的所述系列的值，所述系列的值为所述监测参数的一系列的有规律地按时间间距的值。
12、一种监测过程的方法，包括:
在多个时间获取监测信号的值；
计算指示在第一时间采集的所述监测信号的值与所述监测信号的值之间的差异的差信号，为此，信号先前曾通过通信网络传输到监测单元；
对所述差信号与差阀值进行比较；以及
如果所述差信号超过所述差阀值，通过所述通信网络，将指示在所述第一时间采集的所述监测信号的所述值的信号传输到所述监测单元。
13、如权利要求12所述的方法，进一步包括在所述差信号超过所述差阀值时，将在所述第一时间采集的所述监测信号的所述值从原始单位转换为以工程单位表示的所述监测信号的值，以产生指示在所述第一时间采集的所述监测信号的所述值的所述信号。
14、如权利要求12所述的方法，其中将指示在所述第一时间采集的所述监测信号的所述值的所述信号传输的步骤包括通过无线通信通道，将指示在所述第一时间采集的所述监测信号的所述值的所述信号无线地传输到所述监测单元。
15、如权利要求12所述的方法，进一步包括跟踪与指示先前曾通过通信网络传输到所述监测单元的所述监测信号的值的信号相关的耗用时间，对所述耗用时间与时间阀值进行比较，以及在所述耗用时间大于所述时间阀值时，即使所述差信号不超过所述差阀值，通过所述通信网络，将指示在所述第一时间采集的所述监测信号的所述值的所述信号传输到所述监测单元。
16、如权利要求12所述的方法，其中在所述多个时间获取所述监测信号的所述值的步骤包括在所述多个时间的每个时间获取计算数据值。
17、如权利要求12所述的方法，其中“计算指示在第一时间采集的所述监测信号的所述值与所述监测信号的所述值之间的所述差异的所述差信号，为此，信号先前曾通过所述通信网络传输到所述监测单元”的步骤包括对在所述第一时间采集的所述监测信号的所述值与先前传输到所述监测单元的以原始单位表示的所述监测信号的所述值进行比较。
18、如权利要求12所述的方法，进一步包括:
在相同的、在所述多个时间获取所述监测信号的所述值的现场设备中，在第二批多个时间获取第二监测信号的值；
计算指示在第一时间采集的所述第二监测信号的值与所述第二监测信号的值之间的差异的第二差信号，为此，信号先前曾通过通信网络传输到监测单元；
对所述第二差信号与第二差阀值进行比较；以及
如果所述第二差信号超过所述第二差阀值，通过所述通信网络，将指示在所述第一时间采集的所述第二监测信号的所述值的第二信号传输到所述监测单元。
19、如权利要求12所述的方法，其中“计算指示在第一时间采集的所述监测信号的所述值与所述监测信号的所述值之间的所述差异的所述差信号，为此，信号先前曾通过所述通信网络传输到所述监测单元”的步骤包括对在所述第一时间采集的所述监测信号的所述值与先前传输到所述监测单元的以工程单位表示的所述监测信号的所述值进行比较。
20、一种监测过程的方法，包括:
在多个时间的每个时间测量过程参数；
计算指示在所述多个时间的最近一个时间测量的所述过程参数的大小与在所述多个时间的先前一个时间测量的所述过程参数的大小之间的差异的差信号；
对所述差信号与差阀值进行比较；以及
如果所述差信号大于所述差阀值，将在所述多个时间的所述最近一个时间的所述过程参数的所述大小转换为不同标度，以及通过通信网络，将所述多个时间的所述最近一个时间的所述过程参数的所述转换大小传输到监测单元。
21、如权利要求20所述的方法，其中将所述多个时间的所述最近一个时间的所述过程参数的所述转换大小传输到所述监测单元的步骤包括通过无线通信网络，将所述多个时间的所述最近一个时间的所述过程参数的所述转换大小传输到所述监测单元。
22、如权利要求21所述的方法，其中将在所述多个时间的所述最近一个时间的所述过程参数的所述大小转换为不同标度的步骤包括将所述过程参数的所述大小转换为指示所述过程参数的物理特性的、以工程单位表示的大小。
23、如权利要求22所述的方法，进一步包括跟踪与所述多个时间的所述最近一个时间的所述过程参数相关的时间及与传输到所述监测单元的所述监测参数的先前的转换大小相关的时间之间的耗用时间，对所述耗用时间与时间阀值进行比较，以及，如果所述耗用时间大于所述时间阀值；
(1)将所述多个时间的所述最近一个时间的所述过程参数的所述大小转换为不同标度，以及
(2)通过所述通信网络，将所述多个时间的所述最近一个时间的所述过程参数的所述转换大小传输到所述监测单元。
24、如权利要求23所述的方法，其中与所述多个时间的所述最近一个时间的所述过程参数相关的所述时间，是在所述多个时间的所述最近一个时间的所述过程参数被测量的时间；及其中与传输到所述监测单元的所述过程参数的所述先前转换大小相关的所述时间，是在与所述过程参数的所述先前转换大小相关的所述过程参数被测量的时间。
25、一种在过程设备中无线地传输数据的方法，包括:
在多个时间，在所述过程设备中监测一个或多个参数值；
使用所述一个或多个参数值来执行分析，以产生与所述多个时间的每个时间相关的分析输出；
计算指示与所述多个时间的第一个时间相关的所述分析输出的值及与所述多个时间的先前一个时间相关的分析输出之间的差异的差信号，为此，一个或多个分析信号先前曾通过无线通信网络传输到监测单元；以及
根据所述差信号，确定是否通过所述无线通信网络，将与所述多个时间的所述第一个时间的所述分析相关的一个或多个分析信号传送。
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