CN102081397B

CN102081397B - 利用非可靠通信的过程控制

Info

Publication number: CN102081397B
Application number: CN201110021318.4A
Authority: CN
Inventors: 特瑞思·L·贝利文斯; 陈德基; 马克·J·尼克松; 格雷戈里·K·麦克米伦
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2026-10-25
Also published as: JP2007149073A; GB2431736A; US20070112905A1; US7620460B2; JP5230922B2; GB2431736B; CN102081397A; DE102006050374A1; HK1100095A1; GB0620420D0

Abstract

公开了利用控制信号控制过程的方法和装置。执行控制例程的迭代以产生所述控制信号，当无法得到该控制信号的响应指示时，在该控制例程的一个或多个迭代期间保持该控制信号的反馈项。之后，一旦接收到该响应指示就修正该反馈项，其中根据所接收的响应指示与该响应指示的先前传送之间的耗用时间来确定该反馈项。

Description

利用非可靠通信的过程控制

本申请是于2006年10月25日提交的申请号为200610149998.7、标题为“利用非可靠通信的过程控制”的专利申请的分案申请。

相关申请的引用

本申请是已于2005年10月25日提交的标题为“在无线和其它过程控制系统中的非周期控制通信”、转让序列号为11/258,676的申请的部分继续申请，该申请的全部内容特别合并于此作为参考。

技术领域

本发明总体上涉及过程控制系统，更具体地说，涉及过程控制系统中的无线和/或非周期控制通信的传输和处理。

背景技术

过程控制系统，例如用于化学、石油或其它过程的分布式或可升级式过程控制系统，通常包括一个或多个过程控制器，这些过程控制器通过模拟、数字或模拟/数字混合总线，互相通信连接以及通信连接到至少一个主机或操作员工作站以及一个或多个现场设备。现场设备可以是例如阀、阀定位器、开关和变送器(例如，温度、压力和流速传感器)，它们执行过程内的各功能，例如开启或关闭阀以及测量过程参数。过程控制器接收表示由现场设备产生的过程测量值的信号和/或属于现场设备的其它信息，并使用该信息来实施控制例程以产生控制信号，这些控制信号通过总线发送到现场设备以控制该过程的操作。来自现场设备和控制器的信息通常可用于由操作员工作站所执行的一个或多个应用程序，以使得操作员能够执行与过程有关的任何所需功能，例如查看过程的当前状态、修正过程的操作等。

一些过程控制系统，例如总部设在得克萨斯州的奥斯汀市的费舍-柔斯芒特系统(Fisher Rosemount System)有限公司销售的

系统，使用位于控制器中或其它现场设备中、称为模块的功能块或功能块组来执行控制操作。在这些情况下，该控制器或其它设备能够包括和执行一个或多个功能块或模块，这些功能块或模块的每一个接收来自(无论是在相同设备内或在不同设备内的)其它功能块的输入和/或为这些其它功能块提供输出，并执行一些过程操作，例如测量或检测过程参数、对设备进行控制、或者执行诸如实现比例-微分-积分(PID)控制例程的控制操作例。过程控制系统内的不同功能块和模块通常配置为(例如通过总线)互相通信以形成一个或多个过程控制回路。

过程控制器通常被编程为对许多不同回路中的每一个执行不同算法、子例程或控制回路(这些都是控制例程)，这些不同回路由过程所定义或包含在过程中，例如流量控制回路、温度控制回路、压力控制回路等。一般说来，每个这样的控制回路包括：一个或多个输入块，例如模拟输入(AI)功能块；单输出控制块，例如比例-积分-微分(PID)或模糊逻辑控制功能块；以及输出块，例如模拟输出(AO)功能块。控制例程以及实施这些例程的功能块可根据许多控制技术进行配置，这些控制技术包括PID控制、模糊逻辑控制，以及诸如史密斯预测器(Smith Predictor)或者模型预测控制(MPC)的基于模型技术模型预测控制。

为了支持例程的执行，典型的工厂或加工厂具有集中控制室，该集中控制室以可通信方式连接到一个或多个过程控制器和过程I/O子系统，而这些过程控制器和过程I/O子系统可与一个或多个现场设备连接。常规上，模拟现场设备通过两线或四线电流回路连接到控制器，既用于信号传输又用于供电。发送信号到控制室的模拟现场设备(例如传感器或变送器)调制流经电流回路的电流，使得该电流与测量到的过程变量成比例。另一方面，在控制室的控制下执行操作的模拟现场设备由通过该回路的电流的强度来控制。

近来，现场设备在用来传送模拟信号的电流环路上可以叠加数字数据。例如，高速可寻址远程传感器(HART)协议使用回路电流强度来发送和接收模拟信号，并在电流回路信号上叠加数字载波信号以实现与智能现场装置的双向现场通信。另一个通常被称作现场总线的协议定义两个子协议，其中之一在对连接到网络的现场设备供电的同时支持以高达每秒31.25千比特的速率进行数据传送，另一个在不为现场设备提供电源的情况下支持以高达每秒2.5兆比特的速率进行数据传送。通过这些类型的通信协议，通常为全数字的智能现场设备可以支持许多维护模式和增强功能，而这些维护模式和增强功能是以前的控制系统所不能提供的。

随着数据传送总量的增长，过程控制系统设计的一个特别重要的方面包括一种方式，即现场设备可互相通信连接、并且可通信连接到控制器以及过程控制系统或加工厂内的其它系统或设备的方式。通常，使得现场设备在过程控制系统中能够实现功能的各种通信信道、链接和链路通常全部称作输入/输出(I/O)通信网络。

用来实现I/O通信网络的通信网络拓扑和物理连接或链路可能对现场设备通信的鲁棒性或完整性具有实质影响，尤其是在网络遭受不利的环境因素或苛刻的条件时。这些因素和条件可能在一个或多个现场设备、控制器等之间的通信的完整性方面作出折衷。控制器和现场设备之间的通信对这种中断尤其敏感，这是因为控制例程通常需要周期性地更新用于每次例程迭代的过程变量。因此折衷的控制通信可能导致过程控制系统效率和/或收益下降，和对设备过多的磨损和损害，以及许多潜在有害故障。

为了确保稳定的通信，在历史上过程控制系统中所用的I/O通信网络已经是硬布线式的了。但是不幸地，硬布线网络带来许多复杂性、挑战和限制。例如，硬布线网络质量可能随着时间的推移而下降。此外，硬布线I/O通信网络的安装通常是昂贵的，尤其是在该I/O通信网络与分布在较大区域内的大型工业工厂或设施有关的情况下，例如，占用数英亩土地的炼油厂或化学工厂。这些必需的长布线的运行通常包括大量人力、材料和费用，并可能因为布线阻抗和电磁干扰而带来信号衰减的发生。因为这些和其它的原因，硬布线I/O通信网络通常很难再配置、修正或更新。

已经建议，可以使用无线I/O通信网络来降低一些与硬布线I/O网络有关的困难。例如，名为“在分布式控制系统中为现场设备提供冗余无线访问的装置”的第2003/0043052号美国专利申请公开了一种利用控制器和现场设备之间的无线通信来增强或补充对硬布线通信使用的系统，其全文在此被引入作为参考。

不幸的是，对于过程控制中的无线通信来说，电力消耗是另一个复杂因素。从I/O网络上断开连接，现场设备可能需要提供它们自己的电源。因此，现场设备可由电池供电、太阳能供电，或者窃取周围能量，例如振动、热量、压力等。对于这些设备，用于数据传输的能量消耗构成总能量消耗的相当大的一部分。实际上，对努力建立或维护无线连接的过程中消耗的电能比由现场设备执行其它重要操作，例如感知或检测正被测量的过程变量所采取的步骤的过程中消耗的电能更多。

通常说来，由于对其它事情的可靠性考虑，对控制相关传输的无线通信的可靠性受到限制。如上所述，现代过程控制依靠控制器和现场设备间的可靠数据通信以实现最优控制级。此外，典型的控制器以很快的速率执行控制算法，从而快速更正过程中不必要的偏差。但是，令人讨厌的环境因素或其它不利条件可能创建间歇性干扰，这妨碍或阻止对支持这种控制算法的执行来说是必要的快速通信。

发明内容

根据本发明的一个方面，公开了利用控制信号控制过程的方法。该方法包括执行控制例程的迭代以产生所述控制信号的步骤。在无法得到所述控制信号的响应指示时，该方法包括在所述控制例程的一个或多个迭代期间保持该控制信号的反馈项的步骤，以及一接收到该响应指示就修正该反馈项的步骤。所述修正步骤包括根据所接收的响应指示与该响应指示的先前传送之间的耗用时间来确定该反馈项的步骤。

根据有些实例，所述反馈项是复位项。可替换地或附加地，所述反馈项是微分项。

所述修正步骤进一步包括或者含有根据所接收的响应指示的接收次数与该响应指示的先前传送的接收次数之间的差值来确定所述耗用时间。可替换地或附加地，所述修正步骤可以包括或者含有根据与所接收的响应指示相关的时间戳和与该响应指示的先前传送有关的时间戳来确定所述耗用时间。

根据有些实施例，所述响应指示是由所述控制例程进行控制的过程参数的测量值。所述过程参数可以是由对所述控制信号作出响应的现场设备来控制的过程变量。

所述控制例程可以是根据定点来控制过程变量的比例-积分-微分(PID)控制例程。所述反馈项是由所述PID控制例程的积分项和微分项中的一个项产生的，以及所述响应指示是所述过程变量的测量值或者对所述控制信号作出响应以控制所述过程变量的过程参数的测量值。可替换地，所述控制例程可实施模型预测控制(MPC)方案以使所述反馈项以过程模型响应为根据。

该方法还可以包括监控新值标记以确定在什么时间无法得到所述控制信号的响应指示的步骤。所述保持步骤可以包括或者含有根据所述新值标记来计算复位项，而所述计算步骤可以包括或者含有利用来自下游元件的反馈来确定所述复位项。所述计算步骤还可以包括或者含有在如果未按预期接收到所述来自下游元件的反馈的变化值则保持所述复位项。

根据有些实例，该方法进一步包括通过无线传输接收所述响应指示的步骤。可替换地或另外地，该方法进一步包括在一旦可得到所述响应指示就发送该响应指示以方便所述修正步骤的步骤。

所述控制程序的迭代可以是事件触发的。可替换地或另外地，所述迭代可以是周期性的。

根据本发明的另一个方面，公开了利用控制信号控制过程的装置，该装置包括：处理器；接收该控制信号的响应指示的通信接口；以及计算机可读媒介，其存储有由该处理器执行以产生该控制信号的控制例程。所述控制模块被配置为：根据该响应指示来确定该控制信号的项；在该通信接口未接收到该响应指示时，在该控制例程的一个或多个迭代期间保持该控制信号项；以及根据该响应指示的更新之间的耗用时间更新该控制信号项。

根据有些实例，所述通信接口配置为通过无线传输来接收所述响应指示。

根据有些实例，所述控制例程进一步配置为根据所述新值标记和来自下游元件的反馈来确定复位项。

附图说明

参照下面详细说明和附图，以更完全地理解公开内容，其中相同的附图标记在图中表示相同的元件，其中：

图1是根据公开内容一个方面的过程控制系统的示意图，该系统具有配置为实施一个或多个控制例程的控制器(或控制元件)，该例程采用通过控制器和许多现场设备之间的硬布线连接传送的非周期性或低频率控制通信；

图2是通过描述了对过程输入即控制信号的过程响应、以及对测量传输和控制迭代执行的示例性实例的图，由图1中的控制器(或控制元件)实施控制例程的图形表示，；

图3是根据公开内容一个方面的过程控制系统的示意图，该系统具有配置为实施一个或多个控制例程的控制器(或控制元件)，该例程采用通过控制器和许多现场设备之间或者现场设备之间的无线连接传送的非周期性或低频率控制通信；

图4是根据一个实施例的图1或图3中的控制器(或控制元件)的示意图，其中控制器产生过程输入信号或者控制信号来控制过程，无论是无线的、非周期性的还是与控制执行速率相比频率更低的过程测量的其它传输；

图5是根据可替换实施例的控制器(或控制元件)的示意图，该控制器配置为控制具有过程和/或测量延迟的过程；

图6是根据另一个实施例的图1或者图3中的控制器(或控制元件)的示意图，其中控制器通过具有微分或者比率项(contribution)的控制例程产生控制信号；

图7是根据再另一实施例的图1或者图3中的控制器(或控制元件)的示意图，其中控制器产生控制信号，该控制信号是由现场设备以及由该控制信号控制的控制元件或者其它下游装置提供的数据确定的；以及

图8是根据再另一实施例的图1或者图3中的控制器(或控制元件)的示意图，其中控制器通过控制例程产生控制信号，该控制例程能够配置为根据用于现场设备或者由控制信号控制的控制元件的真实数据或默认数据确定积分或者复位项。

由于所公开的系统和方法容易受到各种形式的实施例的影响，所以在图中示出了(并将在后面描述的)本发明的特定实施例，可以理解为该公开意在示例性的，而不是意在将本发明局限于在此描述和图示的特定实施例。

具体实施方式

此处描述了过程控制系统、装置和方法，它们实施通信和控制技术来支持在控制器和现场设备之间、或例如变送器和其它设备的现场设备之间的过程控制数据的传输。在公开内容的另一个方面，所公开的技术使得过程测量和现场设备收集的其它信息能够在一个或多个过程控制例程的实施中由控制器(或者其它控制元件)来使用。

在过去，这些测量是基于定时地、或周期性地获取并发送给控制器的，以确保更新数据对于过程控制例程的每个迭代的周期性执行都为可用的。相反，所公开的技术允许对这种数据进行非周期性和/或以大于控制执行周期的间隔传输。结果，所公开的技术很适于支持以间歇性地、不可靠地，或以其它方式非经常性或非规律性提供的过程控制测量。非规律性或非经常性传输具有优势是有很多原因的，并可由许多因素、条件或过程控制系统或其环境的各个方面来产生。

根据一些实施例，所公开的技术与通信方案结合利用，例如无线通信，包括在异常报告(report-by-exception)基础上进行的过程控制数据传输。在无线通信环境中的过程控制数据的异常报告可带来许多好处。例如，可降低在现场中变送器或其它现场设备消耗电力的速率，以此保存电池电量或其它有限的电源供给。

然而，不同于过去的异常报告，所公开的技术支持在周期性基础上执行的过程控制例程中所利用的数据的传输。并且尽管过去的警告阻止过程控制例程的执行利用在事件触发基础上提供的数据，但所公开技术的实践可提供对过程控制例程的周期性执行而不在性能上做出有害牺牲。

尽管很适于无线通信方案，并在此多次结合无线通信方案进行描述，但是所公开技术的实践并不局限于任何特定通信方案、环境、或协议、或任何过程控制网络、架构、控制器或系统。相反，所公开的技术可应用在任何数目或多种的环境中，其中过程控制数据以相对于控制例程执行周期更不经常地被传送，并用于任何所需的原因。这些环境可以表示使通信不可靠或者间断的令人讨厌的或者不利的条件。因此，下面的描述是在对所公开的技术的实践并不局限于以下描述的低功率或其它无线通信方案的理解下提出的。

现在参考图1，过程控制系统10包括连接到历史数据库(historian)12和一个或多个主机工作站或计算机13(可以是任何类型的个人计算机、工作站等)的过程控制器11，每个主机工作站或计算机13都具有显示屏14。控制器11还通过输入/输出(I/O)卡26和28连接到现场设备15-22。历史数据库12可以是具有任何所需类型的存储器和任何所需或现有软件、硬件或固件的用于存储数据的任何所需类型的数据收集单元。该历史数据库12可与工作站13分离(如图1所示)或为工作站13的一部分。控制器11，例如示例性地可以是费舍-柔斯芒特系统有限公司销售的DeltaV控制器，通过例如以太网连接或任何其它所需的通信网络，通信连接到主计算机13和历史数据库12。如在此将进一步描述地，控制器11还可使用硬布线通信方案通信连接到现场设备15-22。无论在哪种情况下，任何所需的硬件、软件和固件都可被利用来实施这些方案，其与例如标准4-20毫安设备(当使用硬布线时)和/或诸如FOUNDATION现场总线协议、HART协议之类的任何智能通信协议有关。然而在图1显示的示例性实施例中，控制器11和现场设备15-22之间的通信包括硬布线连接。

更一般地，现场设备15-22可以是任何类型的设备，例如传感器、阀、变送器、定位器等，I/O卡26和28可以是遵从任何所需的通信或控制器协议的任何类型的I/O设备。在图1所示的实施例中，现场设备15-18是标准4-20毫安设备，它们通过模拟线路与I/O卡26进行通信，而现场设备19-22是智能设备，例如现场总线现场设备，它们使用现场总线协议通信通过数字总线与I/O卡28进行通信。当然，现场设备15-22可遵从任何其它所需的标准或协议，包括未来开发的任何标准或协议。

控制器11包括处理器23，其实施或察看存储在存储器24中的一个或多个过程控制例程(或任何模块、块、或其子例程)。存储在存储器24中的过程控制例程可包括其中存储的控制回路，或与其中存储的控制回路有关。通常说来，控制器11通过任何所需的方式与设备15-22、主计算机13和历史数据库12进行通信以控制过程。应该注意到在此描述的任何控制例程或模块可具有多个部分，这些部分通过多种设备以分布式的方式实施或执行。结果，如果希望这样的话，控制例程或模块可以具有由不同控制器、现场设备(例如智能现场设备)或其它设备或控制元件来实施的各部件。同样，在此描述的将在过程控制系统10中实施的控制例程或模块也可采取任何形式，包括软件、固件以及硬件等。此处涉及的提供这些功能的任何设备或元件通常称为“控制元件”，而不论相关的软件、固件或者硬件位于控制器、现场设备还是过程控制系统内的任何其它设备(或者设备集)中。为了公开内容的目的，控制模块可以是过程控制系统的任何部分或部件，包括例如存储在任何计算机可读媒质上的例程、模块或任何其中的元件。这些控制模块、控制例程或任何其中部件(例如模块)可以由此处通常称为控制元件的过程控制系统的任何元件或者设备实施或执行。可以是模块或诸如子例程、子例程的部分(例如代码线)的控制程序的任何部分的控制例程，可以通过以任何所需的格式来实施，例如使用面向对象的编程，使用阶梯逻辑、时序功能图表、功能块图表、或使用任何其它软件编程语言或设计范例。同样，控制例程可以是硬编码烧入的，例如一个或多个电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除只读存储器(EEPROM)、专用集成电路(ASIC)、或任何其它硬件或固件元件。而且，控制例程也可以使用任何设计工具来设计，这些设计工具包括图形设计工具或任何其它类型的软件/硬件/固件编程或设计工具。因此，控制器11可配置为通过任何需要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使用通常所称的功能块来实施控制策略或方案，其中每个功能块都是(通过称为链接的通信)结合其它功能块操作以实施过程控制系统10中的过程控制回路的总控制例程的对象或其它部分(例如子例程)。功能块通常执行以下功能中的一个：输入功能，例如与变送器、传感器或其它过程参数测量设备有关；控制功能，例如与执行PID、模糊逻辑等控制的控制例程有关；或输出功能，其控制诸如阀之类的设备的操作以执行过程控制系统10中的某些物理功能。当然，混合和其它类型的功能块也存在并可在此被利用。这些功能块可存储在控制器11中并由控制器11执行，这通常是在功能块用于或有关标准4-20毫安设备和诸如HART设备的一些类型智能现场设备的情况下。可替代地或在此之外，功能块可存储在现场设备本身或者过程控制系统的其它控制元件内并由这些现场设备或元件实施，这可以是在利用现场总线设备的系统的情况下。虽然对控制系统10的描述在此使用功能块控制策略来提供，但是所公开的技术和系统也可使用其它诸如阶梯逻辑、时序功能图表之类的惯例或使用任何其它所需的编程语言或范例来实施或设计。

如图1的分解块30所示的，控制器11可包括许多单回路控制例程，图示为例程32和34，并且如果需要的话，可以实施一个或多个高级控制回路，图示为控制回路36。每个这种回路通常被称为控制模块。该单回路控制例程32和34图示为分别使用单输入/单输出模糊逻辑控制块和单输入/单输出PID控制块来执行单回路控制，并连接到合适的模拟输入(AI)和模拟输出(AO)功能块，这些功能块可与例如阀的过程控制设备有关，可与例如温度和压力变送器的测量设备有关，或可与过程控制系统10中的任何其它设备有关。高级控制回路36被图示为包括高级控制块38，该高级控制块具有通信连接到一个或多个AI功能块的输入，和通信连接到一个或多个AO功能块的输出，尽管该高级控制块38的输入和输出也可连接到任何其它所需的功能块或控制元件以接收其它类型的输入以及提供其它类型的控制输出。高级控制块38可实施任何类型的多输入多输出控制方案，并可组成或包括模型预测控制(MPC)块、神经网络建模或控制块、多变量模糊逻辑控制块、实时优化块等。应当理解，图1所示的包括高级控制块38的功能块，可由控制器11执行，或可替代地，可位于任何过程控制系统的任何其它处理设备或者控制元件内并由这些设备或者元件执行，例如工作站13之一或现场设备19-22之一。作为实例，可为变送器和阀的现场设备21和22可分别对应实施控制例程的控制元件，并且包括实施控制例程各部分的处理和其它元件，例如一个或更多功能块。更具体地说，如所示的，现场设备21可以具有用于存储有关模拟输入块的逻辑和数据的存储器39A，现场设备22可以包括具有存储器39B的执行器，存储器39B用于存储有关与模拟输出(AO)块通信的PID或其它控制块的逻辑和数据。

现在参考图2，对控制回路32、34和36(以及合并有对位于现场设备21和22内功能块的处理的控制回路)中的每一个的实施，通常都适于通过对控制例程的多个迭代40而周期性地执行。在常规情况下，每次迭代40都由例如变送器或其它现场设备提供的更新的过程测量42来支持。为避免对与控制的测量值同步的限制，许多以前的控制器(或控制回路)被设计为按照系数的2-10倍对测量进行过采样。这种过采样有助于确保用在控制方案中的过程测量是最新的。同样，为最小化控制变化，常规设计指定反馈控制应按照比过程响应时间快4-10倍来执行，其在图2中描述为加上在过程输入中的阶跃改变44之后的过程延迟的过程时间常数。更一般地，过程响应由过程输出中的改变或随着时间的变化46来表示。因此，为了满足这些常规设计需要，测量值通常快于过程响应进行采样，如图2中所示。

大体来说，所公开的技术提出了以这种高速率发送测量值的挑战。例如，如上所述，与测量有关的感知功能可能并不会消耗传感器或变送器的大量电源，但是随着时间的流逝通过无线通信链接传输测量值构成了相当大的电源消耗。即使测量和控制执行同步，如在基础现场总线控制方案中那样，计划控制4-10倍快于过程响应的常规方法，还会导致在数据传输过程中过多的功率消耗。因此，为了减少变送器功率消耗，所公开的技术通常支持对传送测量值的频率的最小化。

为此，并根据公开内容的一个方面，所公开的技术通常将过程控制系统10、控制器11、发送和其中的其它现场设备配置为当满足特定条件时在非周期性基础上发送新的测量值。在一个实施例中，基于过程变量是否改变超过了预定阈值(例如，被确定为很大的总量)来发送一个新的测量值。更具体地，如果新的测量值和上次传送的测量值之间差值的幅度大于指定的分辨力(resolution)，那么将产生一个触发，以使得测量可以被更新。

在其它的情况下，新的测量值在差值超出了指定分辨力(如在前面的例子中)，以及在自从上次传送以来的时间超出了预定刷新时间时被传送。换句话说，无论是过程变量的改变(例如控制执行迭代48和50之间的过程响应)还是经过了默认时间(例如在迭代52和54之间的耗用时间)都会导致测量传输。用于测量传输的刷新或默认时间在各控制回路之间会变化，或多或少的因为经常的更新根据过程是否缓慢运行或快速响应(例如由过程时间常数所表示的)而是合适的。在一些情况下，可在调谐控制回路的过程中，基于时间常数来作出判定，并在之后按照需要进行调节。在任何情况下，默认或刷新时间在经过了一段没有测量更新的时间段之后运行为完整性检查或撤销。这种检查对于例如便于将过程变量最后驱动到目标值是有用的。

同时，变送器、传感器或负责获取测量值的其它现场设备仍旧以所需的速率周期性的对测量进行采样，例如常规的4-10倍于过程响应时间的速率。所公开的技术然后确定所采样的数值是否被传送到控制器11。

尽管结合图2提出的操作环境和下面描述的示例性实施例包括周期执行的控制例程，但所公开的技术不受限于执行环境或应用程序。根据有些实施例，控制例程(例如，PI、PID等)可以是通过例程以非周期性方式执行而事件触发的。在这些情况下，只要不修正定点和控制块(或例程)的其它传输或结构，控制例程的输出(即控制信号)将保持相同。这在有些应用程序中是可以满足的。但是，通过广泛定义事件触发以包括任何定点变化、增益传输变化或者控制块(即控制例程结构)中的任何其它变化，这样的事件触发执行可以提供与周期性执行控制例程相同的结果。因此，所公开的技术可以结合事件触发以及周期性控制例程使用。由于触发事件对应每个执行时间的结束(或开始)周期，在可以理解为周期性执行也可看作是事件触发执行的一种形式下提出了这种描述。

图3描述了所公开的技术用于在过程控制数据的无线通信过程中减小功率消耗的示例性实例，该过程控制数据用于支持控制器11，更一般的，用于支持图1中的过程控制系统10的操作。然而在开端，应当注意到图1和3中显示的硬布线连接也可利用并受益于所公开的技术的应用程序。例如，一个或多个硬布线设备也可依赖于有限电源或者以其它方式受益于减少的数据传输。在一种示例性实例中，系统10可包括采样分析器或其它设计为以低于控制执行速率的速度提供测量数据的采样系统。

还应注意到，为便于图示，许多无线现场设备被添加到过程控制系统10中，而现场设备15-22仍然通过I/O设备26和28硬布线连接到控制器11。在可选实施例中，一个或多个现场设备15-22也可以或可选的根据所公开的技术与控制器11进行无线通信。

然而，在图3所示的示例性实例中，所公开的技术通常包括对由变送器60-64或者其它控制元件所测量或感知的数据的无线传输。该无线通信可使用所需的装置来建立，包括硬件、软件、固件或现在已知的它们的组合或以后开发的。该实施例的示例性设备由连接到并专属于变送器60的天线65和具有用来共同处理用于变送器61-64的通信的天线67的无线路由器或其它模块66来表示。在一些情况下，变送器60-64可构成控制传感器和控制室之间的单独链路，并因此对于发送准确的信号到控制网络以确保产品质量和产量不被折衷来说是可靠的。因此经常被称作过程变量变送器(PVT)的变送器60-64可在过程控制系统10中起重大作用。

在无线通信链路的接收端，控制器11可具有一个或多个I/O设备68和70，其分别具有天线72和74。更一般的，所公开技术的实践并不局限于任何变送器或无线装置的配置。例如，在实施所公开技术中可以包括除了控制器11具有的那些传输之外的无线传输。在图3所示的示例性实例中，无线现场设备71可以是智能阀，从而可以提供用于实施控制例程各部分的控制元件。结果，在实施控制例程期间，现场设备71的功能块FB1和FB2可以与位于其它现场设备内的功能块通信，例如与一个或多个变送器61-64通信。

变送器60-64中的每一个可以发送表示各自过程变量(例如流量、压力、温度或电平)的过程信号到控制器11以用在一个或多个控制回路或例程中。其它无线设备，例如现场设备71也可以无线接收过程信号，和/或被配置为传送表示任何其它过程参数的其它信号。一般说来，控制器11或其它无线设备，例如现场设备71，可包括用于支持这种无线通信，更具体地说，是用于接收过程信号的许多元件。这些元件可包括或构成例如存储在存储器24中的软件例程或位于控制器11中其它地方的硬件或固件。在任何情况中，接收无线通信的方式(例如解调、解码等)可采取任何所需的形式，并在这里将仅被大体提出。在一个实例中，控制器11可包括通信栈80来处理输入信号，以及包括模块或例程82来检测输入信号何时提供了测量更新。然后检测例程82可产生标记或其它信号，来表示正通过通信栈80提供的数据包括一个新的测量值或测量更新。然后该新的数据和更新标记可提供给一个或多个控制模块84(或者功能块)，以如上结合图1大致所示的例程以及如在下面进一步详细描述的来实施。更新检测功能也可以在功能块层次实施，并且可以由与控制模块84有关的一个或多个功能块提供。诸如现场设备71的其它无线设备可以包括类似的元件和功能，以支持位于其中的一个或多个功能块(例如FB1和FB2)接收和处理这些信号。

在一些情况中，通信栈80和更新检测模块82通过一个或多个I/O设备26、28、68和70(图1和3)来实施。此外，更新检测模块82做出判定的方式可包括硬件、软件、固件或任何它们组合，并可包括任何适于比较过程变量的数值的例程。

上面描述的用于无线(或其它)变送器的通信技术通常会带来非周期性、不规律的或者是其它方式的非经常的数据传输。然而，从现场到控制器11的测量值的传输常规上被构建为以周期性的方式来报告，以支持控制例程的周期性执行。换句话说，控制例程通常被设计为并依赖于测量值的周期性更新。

为适应非周期性或以其它方式不可用的测量更新(以及其它不可用的通信传输)，所公开内容的另一方面通常用于修正或重建控制例程。通过这种方式，过程控制系统10可依赖于非周期性或比控制执行周期发生更不经常的其它间断更新。这样，在有些情况下，不管过程控制例程的周期性执行，所公开的技术通常支持对过程变量测量的异常报告形式。如下所述的，所公开技术还可以提出以及支持异常报告形式，其包括响应于控制例程产生的控制信号的控制例程和诸如执行器和其它设备或者元件之类的控制例程的下游设备之间的传输。

控制设计中的潜在假设(例如，使用z变换、差分方程式等)和控制例程的数字化实施，例如比例-积分-微分(PID)控制，是算法在周期性基础上被执行的。如果测量没有更新，那么诸如例程的积分(或复位)部分或者项之类的步骤可能是不合适的。例如，如果控制算法继续使用上次的、过期的测量值进行执行，那么输出将基于复位调谐以及上次测量值与定点之间的误差来继续移动。另一方面，如果控制例程仅在传送新的测量的时候执行，那么对于定点改变的控制响应和根据测量的干扰的前馈动作可能被延迟。控制例程还可包括基于自从上次迭代以来所耗用的时间的计算。但是通过非周期性和/或非经常性的测量传输，基于控制执行周期(即自从上次迭代以来的时间)来计算复位项，可能导致过程可变化性提高。

考虑到以上问题，并为了当测量值未在周期性基础上更新时提供准确和响应的控制，在此所公开的通常是基于对过程变量的更新是否为可用来修正过程控制例程的控制技术。在一些情况中，控制例程可基于自从上次测量更新以来所所需的过程响应来根据所公开技术而被重建。

图4示出了根据所公开技术的一方面而配置的控制方案的示例性实施例，其中在100基本示意性地表示了过程。该示例性控制方案可与控制器11的部件102(或一组部件，如果所需的话)或者现场设备(例如无线现场设备)的控制元件相对应，控制器11的部件102或者现场设备的控制元件配置为提供结合图3进行显示和描述的通信栈80、更新检测模块82和控制模块84的功能。根据该示例性实例，控制器11从例如工作站13(图1)之一或从过程控制系统10中或与过程控制系统10通信的任何其它来源接收定点，以产生一个或多个过程输入或其它控制信号来控制过程100，其可能经受在104示意性图示的测量的或未测量的干扰。如上所述，过程输入信号可控制与阀或任何其它现场设备有关的执行器以影响过程操作中的响应。对过程输入信号中的改变的过程响应由变送器、传感器或其它现场设备106测量或感知，这些设备例如可以与图3中所示的变送器60-64中的任何一个对应。结果，变送器106和控制器11之间的通信链接(用虚线表示)可包括无线连接。可替代地或除此之外，如果需要的话，该通信可包括硬布线连接，由于它间歇性地可用或可操作，所以可受益于所公开的技术。

在该示例性实例中，控制器11实施单闭环控制例程，例如PI控制例程。因此，控制回路包括多个标准PI控制方案元件，其包括：用于将定点与过程变量数据做比较的求和点108；比例增益元件110；用于组合例如比例和积分项的另一个求和点112；以及高-低限制器114。除了控制方案的标准元件之外，所公开的控制技术的该实施例还利用修正滤波器116来提供对控制信号的期望过程响应的指示。在该示例性实例中，所期望的过程响应近似为一阶并由包括在正反馈回路中确定PI控制方案的积分项的修正滤波器来实现。更一般地，在控制实施中使用的期望过程响应可由任何过程模型来提供，并且并不局限于结合在正反馈回路、滤波器或积分或复位项中。例如，利用模型来提供期望控制响应的控制可合并微分项，以使得控制例程可以实施PID控制方案。下面结合图6-8描述合并了微分项的示例性类型的多个示例性实施例。

修正滤波器116在许多方面与常规复位或积分项不同。作为背景技术，常规PI控制器可使用正反馈网络来实施以确定复位项。从数学上可以看出，用于常规实施的传递函数等于用于无约束控制，即输出无限制的标准公式。

\frac{O (s)}{E (s)} = K_{p} (1 + \frac{1}{{sT}_{Reset}})

其中，K_p为比例增益；

T_Reset为复位，秒；

O(s)为控制输出；

E(s)为控制误差。

正反馈网络的一个优势是在控制器输出被限制器114进行高或低限制时，自动阻止复位项终止(winding up)。

结合所公开技术，也可以使用许多其它控制方案。例如，如图1所示，模型预测控制(MPC)方案可以代替上述的PI控制方案。而且，该控制方案不需要在控制器11内实施，而可以在位于一个或多个现场设备中的控制元件内实施。

根据公开内容的一方面，由所公开的系统和方法实施的控制技术包括对过程变量使用非周期性测量更新。复位项(或其它滤波器或例程)的正反馈网络可以修正以适应这种更新。特别地，滤波器116(或其它例程)可被配置以使得前次计算的滤波器输出被保持一直到传送(例如，被接收)新的测量为止。当接收到新的测量时，滤波器116基于前次控制器输出(即控制信号)和自从传送新的测量值以来耗用时间来计算新的滤波器输出。这种控制技术的示例性实例在以下提出：

F_{N} = F_{N - 1} + (O_{N - 1} - F_{N - 1}) * (1 - e^{\frac{- ΔT}{T_{Reset}}})

其中，FN为新的滤波器输出；

F_N-1为前次执行的滤波器输出，即前次新的测量后的滤波器输出；

O_N-1为前次执行的控制器输出；

ΔT＝自从传送新值后的耗用时间。

通过这种方式，在基于新的测量计算控制输入时，控制例程对前次测量传输的期望过程响应进行说明。结果，变送器可实施任何通信技术，该技术中更新不提供给控制执行的每次迭代，就像上面描述的技术那样。对于那些包括无线传输的通信技术，这样可以允许变送器和其它设备最小化由于过程控制的数据传送所消耗的功率总量。

应注意到，如上面描述的闭环控制例程的复位项，可通过许多方式提供对过程响应的准确表示，例如过程是否呈现出稳态行为。其它过程，例如死时间支配的过程，可包括在为期望过程响应进行建模的例程合并附加部件，如下面描述的。但是考虑到由一阶模型较佳表示的过程，过程时间常数可被用来确定PI(或PID)控制器的复位时间。更特别地，如果将复位时间设置为与过程时间常数相等，则复位项通常抵消比例项，以使得随着时间的流逝，例程可反映期望的过程响应。该方法在图4的示例性实施例中被反映，其中复位项受到具有与过程时间常数相同的时间常数的滤波器的正反馈网络的影响。虽然可以利用其它模型，但是正反馈网络、滤波器或模型提供了用于确定对具有已知或近似过程时间常数的过程的期望响应的方便机制。

作为实例，在包括所公开的技术的测试的持续过程中，通信的数目减少了96％以上。非周期性测量更新对控制性能的影响也通过使用以上描述的修正PI算法而被最小化。特别地，通过比较周期性测量更新与非周期性测量更

新的积分绝对误差(IAE)，控制性能的差异显示在下表1中。

表1-控制性能差异

通信/控制	通信数目	IAE
			标准PI控制器的周期性通信	692	123
该公开技术(修正PI控制器的非周期性通信)	25	159

对于需要PID控制的那些过程，PID输出的微分项也就是比率，也可仅在接收到新测量时被重新计算和更新。在那些情况中，微分计算可类似地使用自从上次新的测量以来的耗用时间。

如图4所示，通信栈80和在一些实施例中的更新检测模块82(图3)处理来自变送器106的输入数据，以产生用于修正滤波器116的新的数值标记。该新的数值标记被提供给修正滤波器116以确定应该在什么时候计算新的滤波器输出。

现在参考图5，根据所公开的控制技术配置的可替换控制器(或者控制元件)120在很多方面与图4中所示的控制器11类似。结果，这两个控制器中相同的元件被标以相同的附图标记。然而控制器120在确定测量传输之间的期望过程响应的例程中合并了附加元件。在这种情况下，该过程可具有相当大的死时间量，结果，单元或块122被包括在模型中用于死时间补偿。对死时间单元122的合并通常有助于得到对过程响应更准确的表示。更特别地，死时间单元122可以任何所需的方式来实施并可包括或利用为史密斯预测器或其它已知控制例程所共用的方法。

图6描述了另一个可替换控制器(或控制元件)130，其与上述实施例的区别在于，控制信号的微分或比率项合并到了过程控制例程。微分项提供给示例性控制方案附加反馈机制，使得在一些情况下，比例-积分-微分(PID)控制方案可以实现。

微分项以一种与上述的结合积分项的类似的方式被配置，以适应过程测量的非周期或者以其它方式不可用的更新。该微分项也可以根据自从前次测量更新之后的耗用时间来重构。这样，可以避免该微分项(以及总输出信号)中的峰值。

微分项是由微分元件或者部件132确定的，该部件132接收与比例和积分项专用的元件平行的误差信号。也可以使用其它PID结构(例如串联结构)，比例、积分以及微分项可以在图6所示的求和点134处组合。

为了适应不可靠传输，以及更一般地适应不可用的测量更新，微分项保持在前次确定值一直到接收到测量更新。这使得控制例程可以继续周期性执行。在接收到更新测量后，微分增益元件132可以根据下列等式来确定微分项：

O_{D} = K_{D} \frac{e_{N} - e_{N - 1}}{ΔT}

其中，e_N为当前误差；

e_N-1为前次误差；

ΔT为自从传送新数值后的耗用时间；

O_D为控制器微分项。

通过用来确定微分项的技术，在不产生输出峰值的情况下，过程变量(即控制输入)的测量更新可能在一个或多个执行周期中不产生作用。在通信重新建立之后，等式中的项(e_N-e_N-1)可以产生与微分项的标准计算中产的值相同的值。但是，对于标准PID技术，确定微分中的除数可能为执行周期。反过来，该公开技术可以利用两个成功接收测量之间的耗用时间。由于耗用时间大于执行周期，所以比标准PID技术相比，该公开技术产生较小的微分项以及下降的峰值。

为了便于确定该耗用时间，如图6所示，通信栈80可以给微分项元件132提供上述的新值标记。可替换实施例可以包括或者含有新测量值的检测或者根据该值的更新。而且，过程测量值可以用于代替比例或者微分成分(component)计算中的误差。更具体地，通信栈80可以包括或者合并任何软件、硬件或者固件(或者其中的任何组合)以实现与过程的通信交互，该过程包括过程内的任何现场设备、控制器外部的过程控制元件等。

由结合图3-6描述的控制器所控制的执行器或者其它下游元件在从控制器或控制元件到下游执行器或其它元件不进行通信的数周期之后，仍旧可以接收带有陡变的控制信号。在有些情况下，控制行为可以十分陡峭以影响工厂操作。这种陡变还可以导致不稳定的不适合级。

通过在确定控制信号的反馈项中合并可代替前次执行的控制器输出的真实下游数据，由于处理因控制器和下游元件之间的无效通信而引起潜在的陡峭控制变化。一般地说，这些真实下游数据提供控制信号响应的反馈指示，并且从而可以由下游元件(例如过程控制模型)或者接收控制信号的设备(例如执行器)来计算或者测量。提供这样数据可用来代替控制信号的默认响应，例如前次执行的控制器输出。如图4-6所示，滤波器116接收控制信号作为下游响应的默认指示。这些默认数据的使用实际上假定诸如执行器之类的下游元件接收到控制信号的通信，并且从而对控制信号进行适当响应。真实反馈数据与诸如被控过程变量的测量值的其它响应指示还是有差异的。

图7描述了一个示例性实施例，其中控制器140响应控制信号从下游设备或者元件接收执行器位置数据。该下游设备或者元件通常与提供执行器位置的测量值的执行器对应。更具体地，下游设备或者元件可以对应或者包括PID控制块、控制选择器、分配器或由控制信号控制的任何其它设备或者元件。在所示的该实例中，执行器位置数据提供为控制信号的响应指示。这样，在控制例程继续执行周期中，执行器位置可由控制器140使用，无论过程变量的测量更新是否缺乏。最后，滤波器114可以通过通信栈146接收执行器位置数据，该通信栈146建立用于输入反馈数据的接口。在该实例中，反馈数据包括控制信号响应的两个指示，执行器位置和过程变量。

与上述实施例相同，滤波器114被配置以适应包含过程变量的测量更新缺乏的情况。同样地，滤波器114在这样的缺乏期间保持其输出。但在接收到测量更新之后，滤波器114不再依靠控制信号反馈来修正其输出。而且，来自执行器的真实响应数据可如下使用：

F_{N} = F_{N - 1} + (A_{N - 1} - F_{N - 1}) * (1 - e^{\frac{- ΔT}{T_{Rcset}}})

其中，F_N为新的滤波器输出；

A_N-1为前次执行的执行器位置；

ΔT为自从传送新的数值以来耗用时间。

在周期性通信期间以及在非周期期间或在从PID控制元件到诸如执行器的下游元件的无效通信之后，使用控制信号响应的真实指示能够有助于提高该公开技术的精度。但是，如果真实响应指示的传送在不同设备内实施，则通常会需要现场设备和控制器之间的附加通信。如上所述，这样通信可以是无线的，因此可能易受不可靠传送或者功率束缚的影响。其它原因也可以导致反馈数据的不可用性。

如下所描述的，该公开技术还可以解决这些响应指示没有以周期或者及时方式通信的状况。也就是，该公开技术的应用不需要限于对过程变量的测量更新缺乏的情况。而且，该公开技术可以有利地用于解决包含其它响应指示缺乏的状况，例如执行器的位置或者下游控制元件的输出。而且，该公开技术可以用于接近包含从控制器(或者控制元件)到诸如现场设备(例如执行器)或其它控制元件(例如级联PID控制、分配器等)的下游元件的传输的无效、延迟或其它不可用性。

到控制器或者控制元件(即响应指示或者下游元件反馈)或者来自控制器或者控制元件(即控制信号)的附加数据的无线或者其它不可靠传输，提供了另外的潜在的通信难题和/或问题。如上所述的，来自下游元件(例如执行器)的反馈可以包含在确定积分项(或者其它控制参数或者项)中。在该示例性实施例中，控制例程依靠两个反馈信号，而不是上述实施例中反馈的单个过程变量。如果控制信号达不到下游元件，则该过程将不会得到控制方案的益处。这些信号中的任何一个信号的传输都可以延迟或者无效，从而提出此处描述的技术可以解决任何可能状况。

包含在滤波器或者其它控制计算中的响应指示的缺乏，可以通过保持滤波器输出(或者其它控制信号成分)来解决，一直到接收到更新为止。滤波器输出(或者其它控制信号量)之后可以根据从下游元件的前次更新和前次反馈值，例如阀位置之后，随着时间的期望过程响应来修正。

在控制信号未到达下游元件时，来自下游元件的响应指示(即反馈)不会变化。这种情况下，值变化的缺乏可以触发控制器(或者控制元件)中的逻辑，以同样地保持滤波器的输出(或其它控制信号成分)，直到接收到值的变化。

该公开技术还可以在假定真实反馈数据不需要或者不可用的情况下实现。前者情况在有益于简单使用控制信号的默认响应的那些情况下是有利地。例如，真实反馈数据通信可以是有问题或不实际的。后者情况可以包含执行器或者如上所述的未被配置来提供位置测量数据的其它设备。老式设备可能不具有这样的能力。

为了适应这些设备，可以提供开关或者其它设备，以允许该公开技术可以使用默认响应指示或者真实响应指示。图8中示出了一个示例性实施例。如所示的，控制器150可以连接到开关152，该开关可接收默认响应指示以及真实响应指示。这样，控制器150可以与上述控制器中的任何一种相同，这是由于该公开控制方案实现不依赖于知道响应指示的类型。开关152可以在软件、硬件、固件或者其中的任何组合中实现。开关152的控制可独立于控制器150以及任何控制例程的实现。可替换地或者附加地，控制器150可以提供控制信号以配置开关152。在其它实施例中，开关152可以作为控制器本身的一部分来实现，在有些情况下，可以集成为通信栈或控制器其它部件的一部分。

在上述的任何一个实施例中，控制器一接收到测量更新就利用时间戳或其它时间指示。在这些情况下，上述的任何一个或多个反馈项之后可以根据时间戳修正，而不是使用更新标记来确定接收到测量更新的时间。这在由于例如传送延迟引起接收时间与测量时间有很大差异的情况下尤其有用。传送延迟可以由各种原因引起，包括例如无线传送在多个节点或转发器之间有姓程。每个节点或转发器可以引入有限延迟，即使在传送和接收的条件合适的情况下。在不利条件下，节点或者转发器可以具有存储、保持或者释放序列(或者其它程序)以便于数据的成功传送。由于这些原因，传送或者其它延迟在很大程度上变化。时间戳还可以有助于避免由变化的延迟引起的误差。

在利用时间戳数据的实施例中，反馈项确定耗用时间参数(ΔT)为两个成功时间戳之间的差值。也就是说，耗用时间参数是通过计算利用两个连续测量更新通信接收到的时间戳表示的时间值的差异来确定的。

在有些情况下，控制器可以选择不使用与测量更新进行通信的时间戳。例如，如果数据在控制例程的每个周期执行期间的适合时间公布，那么控制器可以确定没有发生明显延迟，并且之后利用执行周期来确定耗用时间参数。

用于分析输入传输的相同技术可以用于确定是否依赖于接收时间来确定耗用时间参数。

如上面描述的实施例所示的，用于确定控制信号的期望过程响应的反馈、滤波器或其它例程可包括任何类型的模型、网络或帮助从过程控制例程的剩余部分中移除任何偏移或其它误差的过程控制元件的其它配置。通过这种方式，所公开的技术可很好地适用于各种不同的过程，而且并不局限于那些呈现为一阶的行为。恰恰相反，所公开的技术可应用于包括不同模型、滤波器或块来确定期望过程响应的环境中，也不局限于仅使用在高精度的过程模型的环境中。

如上所述，所公开的技术支持过程控制配置，该配置避免了对过程变量过采样的需求，因此便于使用无线通信或在其它测量值不能被规律性地或与控制执行周期一样经常地可用的情况下的变送器。简而言之，所公开的技术避免了不断传送用于过程控制例程执行的测量数据。所公开的在变送器(或其它现场设备)设计或控制修正中的改变带来的结果是，测量数据通常被发送以传输明显改变(来自前次通信数值)或在刷新时间之后被发送。结果，变送器通信频率和用于数据传输的功率总量都大大降低。

根据所公开内容的有些方面，此处描述的技术可以用于这样的环境中，即其中控制器和现场设备或者过程控制系统的其它元件之间的许多不同的无线(或其它)通信令人讨厌地延迟或丢失。因此，考虑到控制器和变送器之间以及控制器和执行器之间的通信问题，在理解为它们本质上是示例性的情况下提出了上述实例。而且，通信中的参数不限于由控制例程控制的过程变量。相反地，该公开技术可以结合包含被测量或被反馈或者由控制例程使用的以另外方式传送的任何参数的通信使用。结果，在理解为它们本质上是示例性的情况下，提出了上述响应指示(即过程变量测量值以及执行器位置)。包含表示控制信号响应的其它数据的通信问题也可以通过该公开技术提出。结果，可以包含来自控制例程下游元件(例如，现场设备、另一过程控制例程等)的传送数据。

在有些(但不是全部)情况下，传输设备的功率损耗也是通信缺乏的原因。在其它情况下，用于数据传送的保存电力不会是难题，由于现场设备需要大量电力用于其它目的，例如进行启动。虽然如此，由于上述的令人讨厌的环境因素或其它不利条件，或由于任何原因，包括例如在无线网络上的重数据负载，通信可能无效、延迟、中断、非规律的或以其它方式不可用。

对所公开的方法、系统和技术的实践并不局限于任何一个特定的无线构架或通信协议。适合的示例性结构和通信支持方案在已于2005年6月17日提交的名为“用于过程控制系统的无线构架和支撑”的第11/156,215号美国专利申请中有描述，其全部公开内容合并于此作为参考。实际上，所公开的对控制例程的修正很适于控制例程以周期性方式实施的任何环境中，而且不需要对每次控制迭代进行过程变量测量更新。其它示例性环境包括采样值由例如分析器或通过实验室样本非规律性的或更少地提供的情况。

对所公开技术的实践并不局限于使用具有单输入、单输出的PI或PID控制例程，而是可被应用在许多不同的多输入和/或多输出控制方案和级联控制方案中。更一般地，所公开的技术也可应用在包括一个或多个过程变量、一个或多个过程输入或其它控制信号的任何基于模型的闭环控制例程中，例如模型预测控制(MPC)中。

术语“现场设备”在此被广义的使用为包括许多设备或设备的组合(即提供多种功能的设备，例如混合变送器/执行器)，以及在控制系统中执行功能的任何其它设备。在任何情况下，现场设备可包括例如输入设备(例如传感器和提供状态、测量或表示诸如温度、压力、流率等的过程控制参数的其它信号的装备的装置)以及响应从控制器和/或其它现场设备接收到的指令以执行操作的控制操作站或执行装置。

在实施时，在此描述的任何软件可被存储在任何计算机可读存储中，例如存储在磁盘、光盘、或其它存储介质上，存储在计算机或处理器的RAM或ROM中等。同样，该软件也可使用任何已知或所需的传送方法，包括例如在计算机可读磁盘上或其它便携式计算机存储机制或通过通信信道，例如电话线、因特网、万维网、任何其它局域网或广域网等(其传送被视为与通过便携式存储介质来提供这种软件相同或可替换)，来传送给用户、加工厂或操作员工作站。此外，该软件也可不通过调制或加密而直接提供，或在通过通信信道发送之前使用任何适合的调制载波和/或加密技术进行调制和/或加密。

虽然参照特定实例对本发明进行了描述，但这些实例仅为示例性的，并不用于限制本发明，对本领域普通技术人员来说，很明显地，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下对公开的实施例进行各种修正、添加或删除。

Claims

1.一种具有过程变量的过程的过程控制系统，包括：

现场设备，用于传送过程变量信号，所述过程变量信号包括所述过程的所述过程变量的值的更新；和

与所述现场设备通信的控制器，所述控制器包括处理器和以周期性执行速率在所述处理器上周期性执行的控制模块，所述控制器用于借助于所述过程变量信号接收所述过程变量的值的新更新，并且基于所述过程变量的值的新更新生成所述过程的控制信号；

其中所述现场设备基于所述过程变量的值的改变是否超过预定阈值，借助于所述过程变量信号非周期性地无线传送所述过程变量的值的更新，使得至少两次连续传送的所述过程变量的值的更新之间的传送时间长于所述周期性执行速率，并且其中所述控制器使用所述过程变量的值的新更新与所述过程变量的值的前一更新之间的耗用时间，生成对前一控制信号的过程响应的表示，并使用所述过程响应的表示来生成所述控制信号。

2.根据权利要求1所述的过程控制系统，其中所述现场设备在自上次传送以来超出刷新时间的情况下借助于所述过程变量信号传送所述过程变量的值的更新之一。

3.根据权利要求1所述的过程控制系统，其中所述控制器在所述控制模块的周期性执行的多个迭代期间保持对所述前一控制信号的过程响应的表示，直到所述现场设备借助于所述过程变量信号传送所述过程变量的值的另一更新。

4.根据权利要求3所述的过程控制系统，其中所述控制器实施利用对所述前一控制信号的过程响应的表示确定所述控制信号的闭环控制方案。

5.根据权利要求3所述的过程控制系统，其中所述控制器实施滤波器算法，以确定对所述前一控制信号的过程响应的表示。

6.一种控制具有过程变量的过程的方法，所述方法包括以下步骤：

在过程控制器处无线接收过程变量信号，所述过程变量信号包括所述过程变量的值的更新，所述过程变量的值的更新借助于所述过程变量信号以非周期性方式传送，使得在所述过程变量的值的改变超过预定阈值时，或在所述过程变量的值的改变不大于所述预定阈值的时间达到预定时间之后，所述过程变量的值的更新之一被传送到所述过程控制器；

由以周期性执行速率执行控制模块的所述过程控制器，基于借助于所述过程变量信号而接收的所述过程变量的值的新更新，周期性地生成所述过程的控制信号，包括：使用所述过程变量的值的新更新与所述过程变量的值的前一更新之间的耗用时间，生成对前一控制信号的过程响应的表示，并使用对所述前一控制信号的过程响应的表示来生成所述控制信号；以及

向所述过程发送所述控制信号以影响所述过程变量。

7.根据权利要求6所述的方法，其中使用对所述前一控制信号的过程响应的表示来生成所述控制信号包括在以周期性执行速率执行控制模块的多个迭代期间保持对所述前一控制信号的过程响应的表示，直到所述过程变量的值的另一更新可用。

8.根据权利要求7所述的方法，其中生成所述控制信号包括实施利用对所述前一控制信号的过程响应的表示确定所述控制信号的闭环控制方案。

9.根据权利要求6所述的方法，其中生成所述控制信号包括使用对所述前一控制信号的过程响应的表示作为更新后的复位项。