CN107885075B - 一种对过程控制智能整定的检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种对过程控制智能整定的检测方法及系统，所述检测方法包括：获取过程控制系统的运行标准及运行目标；根据所述运行标准及运行目标，确定任务运行的时间约束条件；判断所述过程控制系统是否能够稳定运行，如果不能稳定运行，则通过智能仪表修正过程控制系统的运行标准及运行目标；否则，选择PID调节的输入参数区间；根据所述输入参数区间，对所述过程控制系统进行动态测试，获得测试结果；判断所述测试结果是否满足测试要求，如果不满足，则修正所述PID调节的输入参数区间；否则，分析所述测试结果，获得检测报告。将智能整定与过程控制的使用目标结合起来，充分考虑了各种使用情景下的条件和变化和各个环节的影响，使检测的结果更准确。

Description

一种对过程控制智能整定的检测方法及系统

技术领域

本发明涉及工业过程控制及仪器仪表测量技术领域，特别是涉及一种对过程控制智能整定的检测方法及系统。

背景技术

过程控制广泛应用于流程工业的生产运行中，在生产过程的检测和控制中，为实现预定的控制方案，需要在系统运行之初进行调节参数的整定。这一过程是各类仪表不可缺少的重要工作步骤。智能仪表采用后，这种工作可分为两类：一类是直接在流程工艺管线现场进行的参数整定，仪器传感器直接安装在工艺管道或设备中，也称为原位式过程控制；另一类是通过数字通信，实现远程参数整定，也称为远程过程控制。过程控制的智能整定是利用智能仪表的数字化通信能力进行的过程控制前设置，只有具备数字化能力和智能可变调节能力，才能确保过程控制参量准确的智能整定。这对过程控制的长期稳定运行极为重要。

智能仪表作为一种全数字、分布式、串行、双向、多路、开放的仪表产品，已广泛运用于现场的控制系统中，提高了自控系统的可用性、智能整定的可操作性。随着应用需求的加强，在流程工业中使用的过程控制也越来越多地依赖智能仪表，以提高过程控制的效能。因此，过程控制智能整定就是指过程控制系统中采用的智能仪表对过程控制完成任务的运行参数的可变设置。因为智能整定不能直接测量，只能通过试验的方法评估其效果。过程控制的智能整定检测问题实质上是结合具体应用场景，依据设计目标，对实际使用中统计的一些数据和解析方法计算与仿真得来的数据来计算智能整定测度指标。通常，一个系统的智能整定以它完成规定功能的能力来度量，就是在规定条件下、规定时间内，保持系统稳定运行的概率。目前的通用方法是从系统工程的观点来分析过程控制的智能整定检测，首先要确定现有过程控制的智能整定设计目标，其次分析过程控制的智能整定测度指标，对各个测度指标建模，运用数值分析方法、统计理论、仿真理论来求得智能整定的测度指标，然后再对智能整定指标进行综合评估，最后进行结果分析验证。

但是，由于现在对过程控制中智能仪表的智能整定研究不多，对智能整定对过程控制整体影响的研究就更少，目前能够对过程控制智能整定检测有借鉴的方法主要来自对过程控制的参数整体评估。从适用性上存在以下几个方面的问题：

(1)对智能整定的检测方案整体缺失：各种检测依据(如各种标准)主要针对常规仪表和控制过程，对于智能仪表的过程控制尤其是包含总线通信部分没有具体的检测方法，这种情况下的检测不免会造成非标准化和非规范化。

(2)智能整定指标不能反映潜在行为对系统的影响：智能整定指标或者不与评价目标相联系，或者指标过多脱离了约束条件而抽象存在，从而使得不能综合地反映系统影响，或者不能可靠地反映出复杂多变的系统行为效果。

(3)检测过程以单机为主，没有考虑智能仪表的网络节点影响：当前的检测方法对常规仪表研究较多，在网络方面有欠缺，使得检测通用性不强，检测过程不具有可重复性，使检测结果缺乏一致性和必然性。

(4)测试方法缺少动态调参、反复改进及设备效率的考虑：因以评价目的为中心，对于采用了智能功能的仪表过程控制的评估缺乏智能特性(如动态性)的考虑，需要继续完善和进一步发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种对过程控制智能整定的检测方法及系统，可结合智能仪表，实现对过程控制系统智能整定的检测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种对过程控制智能整定的检测方法，所述检测方法包括：

获取过程控制系统的运行标准及运行目标，所述运行标准包括对应过程控制系统运行的规定场景、过程调节点、运行路径、备份路径、保护机制及输入参数、输出参数的变化；

根据所述运行标准及运行目标，确定任务运行的时间约束条件；

根据所述过程控制系统的运行标准、运行目标及时间约束条件判断所述过程控制系统是否能够稳定运行，如果不能稳定运行，则通过智能仪表修正过程控制系统的运行标准及运行目标；否则，选择PID调节的输入参数区间；

根据所述PID调节的输入参数区间，对所述过程控制系统进行动态测试，获得测试结果；

判断所述测试结果是否满足测试要求，如果不满足，则修正所述PID调节的输入参数区间；否则，分析所述测试结果，获得检测报告。

可选的，所述根据所述过程控制系统的运行标准、运行目标及时间约束条件判断所述过程控制系统是否能够稳定运行，具体包括：

根据所述运行标准及时间约束条件对所述过程控制系统进行仿真实验，获得对应的仿真结果；

根据所述仿真结果与所述运行目标，确定所述过程控制系统是否能够稳定运行。

可选的，所述选择PID调节的输入参数区间，具体包括：

根据发生故障的原因和各原因对故障的影响程度确定超调节条件；

根据所述超调节条件对各输入参数进行超调分析，确定每个输入参数的多个PID调节区间；

分析振荡水平确定每个输入参数的多个PID调节区间的优先级，选取PID调节的输入参数区间。

可选的，所述根据所述PID调节的输入参数区间，对所述过程控制系统进行动态测试，获得测试结果，具体包括：

根据所述PID调节的输入参数区间，通过智能仪表设置所述过程控制系统运行的输入激励；

根据所述输入激励对所述过程控制系统进行仿真实验，获得被控变量的变化曲线。

可选的，所述判断所述测试结果是否满足测试要求，具体包括：

调用PID运行数据库中的经验调参数据定义与智能整定相关的失效数据，所述失效数据用于反映用户的服务经验；

根据所述失效数据及被控变量的变化曲线，确定引起智能整定振荡的失效影响，所述失效影响为所述测试结果；

根据所述失效影响判断是否满足测试要求，如果不满足，则根据所述失效影响修正所述PID调节的输入参数区间，重新进行动态测试；否则分析所述失效影响。

可选的，所述服务经验包括服务可访问性、连续性及释放中至少一者。

可选的，所述失效影响包括输出偏移、调节失常及传输宕机。

可选的，所述分析所述测试结果，具体包括：

根据所述失效影响，确定振荡结果的严重性程度，评估智能调节的影响。

可选的，所述分析所述测试结果，还包括：

检查基于总线拓扑而创建的节点和连接的网络配置；

检查定义与服务路径相联系的总线服务功能；

评估选择与服务路径、网络节点和连接及在服务流中相关的保护机制；

检查、评估每一个服务路径，为服务功能的规定确定仪表的智能整定和可用性性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种对过程控制智能整定的检测系统，所述检测系统包括：

获取单元，用于获取过程控制系统的运行标准及运行目标，所述运行标准包括对应过程控制系统运行的规定场景、过程调节点、运行路径、备份路径、保护机制及输入参数、输出参数的变化；

确定单元，用于根据所述运行标准及运行目标，确定任务运行的时间约束条件；

第一判断单元，用于根据所述过程控制系统的运行标准、运行目标及时间约束条件判断所述过程控制系统是否能够稳定运行；

第一修正单元，分别与所述第一判断单元、确定单元连接，用于在所述第一判断单元的判断结果为不能稳定运行时，通过智能仪表修正过程控制系统的运行标准及运行目标；

选择单元，与所述判断单元连接，用于在所述第一判断单元的判断结果为稳定运行时，选择PID调节的输入参数区间；

测试单元，用于根据所述PID调节的输入参数区间，对所述过程控制系统进行动态测试，获得测试结果；

第二判断单元，用于判断所述测试结果是否满足测试要求，

第二修正单元，分别与所述第二判断单元和测试单元连接，用于在所述第二判断单元的判断结果为不满足时，修正所述PID调节的输入参数区间；

分析单元，与所述第二判断单元连接，用于在所述第二判断单元的判断结果为满足时，分析所述测试结果，获得检测报告。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过获取过程控制系统的运行标准及运行目标，以确定任务运行的时间约束条件，结合过程控制中智能仪表的网络联结情况，从适用性和适应性的角度进行了优化，增强适应范围；将智能整定与过程控制的使用目标结合起来，充分考虑各种使用情景下的条件和变化和各个环节的影响，使检测的结果更准确；通过智能仪表修正过程控制系统的运行标准及运行目标，并通过动态测试不断修正所述PID调节的输入参数区间，从而可在满足测试要求时分析测试结果，准确得到检测报告。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例对过程控制智能整定的检测方法的流程图；

图2为过程控制系统的模块结构示意图；

图3本发明实施例对过程控制智能整定的检测系统的模块结构示意图。

符号说明：

获取单元—1，确定单元—2，第一判断单元—3，第一修正单元—4，选择单元—5，测试单元—6，第二判断单元—7，第二修正单元—8，分析单元—9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种对过程控制智能整定的检测方法，通过获取过程控制系统的运行标准及运行目标，以确定任务运行的时间约束条件，结合过程控制中智能仪表的网络联结情况，从适用性和适应性的角度进行了优化，增强适应范围；将智能整定与过程控制的使用目标结合起来，充分考虑各种使用情景下的条件和变化和各个环节的影响，使检测的结果更准确；通过智能仪表修正过程控制系统的运行标准及运行目标，并通过动态测试不断修正所述PID调节的输入参数区间，从而可在满足测试要求时分析测试结果，准确得到检测报告。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明对过程控制智能整定的检测方法包括

步骤100：获取过程控制系统的运行标准及运行目标。

其中，所述运行标准包括对应过程控制系统运行的规定场景、过程调节点、运行路径、备份路径、保护机制及输入参数、输出参数的变化等。

具体地，根据过程控制的特点，本发明涉及的程控制系统运行标准是指包含智能仪表通信单元和上位机通信的部分(具体如图2所示)。

步骤200：根据所述运行标准及运行目标，确定任务运行的时间约束条件。

步骤300：根据所述过程控制系统的运行标准、运行目标及时间约束条件判断所述过程控制系统是否能够稳定运行；如果不能稳定运行，则执行步骤400；如果能稳定运行，则执行步骤500。

步骤400：通过智能仪表修正过程控制系统的运行标准及运行目标。

步骤500：选择PID调节的输入参数区间。

步骤600：根据所述PID调节的输入参数区间，对所述过程控制系统进行动态测试，获得测试结果。

步骤700：判断所述测试结果是否满足测试要求，如果不满足，则执行步骤800；如果满足，则执行步骤900。

步骤800：修正所述PID调节的输入参数区间。

步骤900：分析所述测试结果，获得检测报告。

其中，在步骤300中，所述根据所述过程控制系统的运行标准、运行目标及时间约束条件判断所述过程控制系统是否能够稳定运行，具体包括：

步骤301：根据所述运行标准及时间约束条件对所述过程控制系统进行仿真实验，获得对应的仿真结果；

步骤302：根据所述仿真结果与所述运行目标，确定所述过程控制系统是否能够稳定运行。

进一步地，如果所述仿真结果与所述运行目标的差值在阈值范围内，可说明可以稳定运行，否则不可以。

在步骤500中，所述选择PID调节的输入参数区间，具体包括：

步骤501：根据发生故障的原因和各原因对故障的影响程度确定超调节条件。

步骤502：根据所述超调节条件对各输入参数进行超调分析，确定每个输入参数的多个PID调节区间。

在检测系统中设置调节区间描述：可调量列表和要求；参数区间的关键点；建立基于总线通信的智能传输信道；建立智能整定量的超调情况下的范围区间。

通信服务路径配置：

智能整定节点可用性根据公式(1)和(2)计算：

上式中：R_E2E为节点可用性、DT_E2E为宕机时间；

DT_E2E＝∑_i{f_i×[r_i×dt_i+(1-r_i)×MTTR_i]} (2)；

其中，f_i为故障分布函数，r_i为节点可靠性，dt_i为单位时间，MTTR_i为平均恢复时间；i为节点编号。

分析的前提是：定义超调点和故障类型。

典型故障包括：OAMP性能灾祸；工具失效和电源故障；程序错误；事故和环境事件。

步骤503：分析振荡水平确定每个输入参数的多个PID调节区间的优先级，选取PID调节的输入参数区间。

结合过程控制智能整定特点作为评估过程的一部分，记录以下数据：

a)智能整定时间：每个PID回路的整定时间的总和；由总线通信连接的智能节点时间总和。

b)超调模式：中心点振荡：调节损耗、部分调节损耗、调节间歇、瞬间调节损耗、调节性能降级；区间振荡：整定失效因子。

c)震荡参数信息。

具体地，根据超调振荡合理并尽可能低的原则选择PID调节的输入参数区间。

在步骤600，所述根据所述PID调节的输入参数区间，对所述过程控制系统进行动态测试，获得测试结果，具体包括：

步骤601：根据所述PID调节的输入参数区间，通过智能仪表设置所述过程控制系统运行的输入激励；

步骤602：根据所述输入激励对所述过程控制系统进行仿真实验，获得被控变量的变化曲线。

在步骤700中，所述判断所述测试结果是否满足测试要求，具体包括：

步骤701：调用PID运行数据库中的经验调参数据定义与智能整定相关的失效数据。所述失效数据用于反映用户的服务经验；所述服务经验包括服务可访问性、连续性及释放中至少一者。

步骤702：根据所述失效数据及被控变量的变化曲线，确定引起智能整定振荡的失效影响，所述失效影响为所述测试结果。所述失效影响包括输出偏移、调节失常及传输宕机。

步骤703：根据所述失效影响判断是否满足测试要求，如果不满足，则执行步骤800；否则执行步骤900。

在本实施例中，步骤800具体为，根据所述失效影响修正所述PID调节的输入参数区间，重新进行动态测试。步骤900具体为，分析所述失效影响。

进一步地，所述分析所述测试结果，具体包括：

步骤901：根据所述失效影响，确定振荡结果的严重性程度，评估智能调节的影响。

此外，所述分析所述测试结果，还包括：

步骤902：检查基于总线拓扑而创建的节点和连接的网络配置；

步骤903：检查定义与服务路径相联系的总线服务功能；

步骤904：评估选择与服务路径、网络节点和连接及在服务流中相关的保护机制；

步骤905：检查、评估每一个服务路径，为服务功能的规定确定仪表的智能整定和可用性性能。

进一步地，所述分析所述测试结果还包括：检查过程控制智能整定数据完整性和设备效率。

所述检查过程控制智能整定数据完整性和设备效率，具体包括：

在功能运行规范中建立调查问题的时间序列；

监视和控制在系统运行中减轻持续现场问题的适当性和效率；

收集系统损耗统计和设备宕机时间数据以检查与工业标准对照的智能整定性能(损耗宕机时间用发生的持续时间和频率来表示)；

与运行管理系统和设备数据库信息配合使用，迭代优化检查结果。

此外，针对过程控制智能整定，还需要检测以下几方面：①功能配置的选择方案和信息传输的递送机制；②保护设备的采用及其智能整定分析；③受保护调节参数的风险评估；④从智能整定和可用性角度所强调的过程控制一致性。

针对数据完整性，还需要检测以下几方面：①智能整定元素和服务功能的实现机制；②总线数字通信对智能整定的保证过程；③依赖于过程控制特定要求的安全信息管理方法。

智能仪表是新型工业控制系统的数字化产品，简洁、高效、智能，有效提高了工业控制系统的效能。本发明对过程控制智能整定的检测方法利用智能仪表更好地完成过程控制的智能整定的检测，充分发挥智能仪表对产生的辅助作用，对进一步提高过程控制的网络化、智能化也有很大的帮助，提高检测效率。

本发明还提供一种对过程控制智能整定的检测系统，如图3所示，本发明对过程控制智能整定的检测系统包括获取单元1、确定单元2、第一判断单元3、第一修正单元4、选择单元5、测试单元6、第二判断单元7、第二修正单元8及分析单元9。

所述获取单元1用于获取过程控制系统的运行标准及运行目标，所述运行标准包括对应过程控制系统运行的规定场景、过程调节点、运行路径、备份路径、保护机制及输入参数、输出参数的变化。

所述确定单元2用于根据所述运行标准及运行目标，确定任务运行的时间约束条件。

所述第一判断单元3用于根据所述过程控制系统的运行标准、运行目标及时间约束条件判断所述过程控制系统是否能够稳定运行。

所述第一修正单元4分别与所述第一判断单元3、确定单元2连接；所述第一修正单元4用于在所述第一判断单元3的判断结果为不能稳定运行时，通过智能仪表修正过程控制系统的运行标准及运行目标。

所述选择单元5与所述判断单元3连接，所述选择单元5用于在所述第一判断单元3的判断结果为稳定运行时，选择PID调节的输入参数区间。

所述测试单元6用于根据所述PID调节的输入参数区间，对所述过程控制系统进行动态测试，获得测试结果。

所述第二判断单元7用于判断所述测试结果是否满足测试要求。

所述第二修正单元8分别与所述第二判断单元7和测试单元6连接，用于在所述第二判断单元7的判断结果为不满足时，修正所述PID调节的输入参数区间。

所述分析单元9与所述第二判断单元7连接，所述分析单元9用于在所述第二判断单元7的判断结果为满足时，分析所述测试结果，获得检测报告。

相对于现有技术，本发明对过程控制智能整定的检测系统与上述对过程控制智能整定的检测方法的有益效果相同，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种对过程控制智能整定的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：

获取过程控制系统的运行标准及运行目标，所述运行标准包括对应过程控制系统运行的规定场景、过程调节点、运行路径、备份路径、保护机制及输入参数、输出参数的变化；

根据所述运行标准及运行目标，确定任务运行的时间约束条件；

根据所述过程控制系统的运行标准、运行目标及时间约束条件判断所述过程控制系统是否能够稳定运行，如果不能稳定运行，则通过智能仪表修正过程控制系统的运行标准及运行目标；否则，选择PID调节的输入参数区间；

根据所述PID调节的输入参数区间，对所述过程控制系统进行动态测试，获得测试结果，具体包括：

根据所述PID调节的输入参数区间，通过智能仪表设置所述过程控制系统运行的输入激励；

根据所述输入激励对所述过程控制系统进行仿真实验，获得被控变量的变化曲线；

判断所述测试结果是否满足测试要求，如果不满足，则修正所述PID调节的输入参数区间；否则，分析所述测试结果，获得检测报告；

所述判断所述测试结果是否满足测试要求，具体包括：

调用PID运行数据库中的经验调参数据定义与智能整定相关的失效数据，所述失效数据用于反映用户的服务经验；

根据所述失效数据及被控变量的变化曲线，确定引起智能整定振荡的失效影响，所述失效影响为所述测试结果；

根据所述失效影响判断是否满足测试要求，如果不满足，则根据所述失效影响修正所述PID调节的输入参数区间，重新进行动态测试；否则分析所述失效影响。

2.根据权利要求1所述的对过程控制智能整定的检测方法，其特征在于，所述根据所述过程控制系统的运行标准、运行目标及时间约束条件判断所述过程控制系统是否能够稳定运行，具体包括：

根据所述运行标准及时间约束条件对所述过程控制系统进行仿真实验，获得对应的仿真结果；

根据所述仿真结果与所述运行目标，确定所述过程控制系统是否能够稳定运行。

3.根据权利要求1所述的对过程控制智能整定的检测方法，其特征在于，所述选择PID调节的输入参数区间，具体包括：

根据发生故障的原因和各原因对故障的影响程度确定超调节条件；

根据所述超调节条件对各输入参数进行超调分析，确定每个输入参数的多个PID调节区间；

分析振荡水平确定每个输入参数的多个PID调节区间的优先级，选取PID调节的输入参数区间。

4.根据权利要求1所述的对过程控制智能整定的检测方法，其特征在于，所述服务经验包括服务可访问性、连续性及释放中至少一者。

5.根据权利要求1所述的对过程控制智能整定的检测方法，其特征在于，所述失效影响包括输出偏移、调节失常及传输宕机。

6.根据权利要求4-5中任一项所述的对过程控制智能整定的检测方法，其特征在于，所述分析所述测试结果，具体包括：

根据所述失效影响，确定振荡结果的严重性程度，评估智能调节的影响。

7.根据权利要求4-5中任一项所述的对过程控制智能整定的检测方法，其特征在于，所述分析所述测试结果，还包括：

检查基于总线拓扑而创建的节点和连接的网络配置；

检查定义与服务路径相联系的总线服务功能；

评估选择与服务路径、网络节点和连接及在服务流中相关的保护机制；

检查、评估每一个服务路径，为服务功能的规定确定仪表的智能整定和可用性性能。

8.一种对过程控制智能整定的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：

获取单元，用于获取过程控制系统的运行标准及运行目标，所述运行标准包括对应过程控制系统运行的规定场景、过程调节点、运行路径、备份路径、保护机制及输入参数、输出参数的变化；

确定单元，用于根据所述运行标准及运行目标，确定任务运行的时间约束条件；

第一判断单元，用于根据所述过程控制系统的运行标准、运行目标及时间约束条件判断所述过程控制系统是否能够稳定运行；

第一修正单元，分别与所述第一判断单元、确定单元连接，用于在所述第一判断单元的判断结果为不能稳定运行时，通过智能仪表修正过程控制系统的运行标准及运行目标；

选择单元，与所述判断单元连接，用于在所述第一判断单元的判断结果为稳定运行时，选择PID调节的输入参数区间；

测试单元，用于根据所述PID调节的输入参数区间，对所述过程控制系统进行动态测试，获得测试结果，具体包括：

根据所述PID调节的输入参数区间，通过智能仪表设置所述过程控制系统运行的输入激励；

根据所述输入激励对所述过程控制系统进行仿真实验，获得被控变量的变化曲线；

第二判断单元，用于判断所述测试结果是否满足测试要求，具体包括：

调用PID运行数据库中的经验调参数据定义与智能整定相关的失效数据，所述失效数据用于反映用户的服务经验；

根据所述失效数据及被控变量的变化曲线，确定引起智能整定振荡的失效影响，所述失效影响为所述测试结果；

根据所述失效影响判断是否满足测试要求，如果不满足，则根据所述失效影响修正所述PID调节的输入参数区间，重新进行动态测试；否则分析所述失效影响

第二修正单元，分别与所述第二判断单元和测试单元连接，用于在所述第二判断单元的判断结果为不满足时，修正所述PID调节的输入参数区间；

分析单元，与所述第二判断单元连接，用于在所述第二判断单元的判断结果为满足时，分析所述测试结果，获得检测报告。

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