CN1532655A - 高速自动调谐回路 - Google Patents
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Abstract
一种自动调谐器适用于具有通信网络的分布式过程控制网络，其中所述通信网络以通信方式耦合于过程控制器和用于过程控制回路的一个或多个过程设备，所述过程控制器执行过程控制例程。该自动调谐器包括：第一调谐器件，配置它以导致控制实体迫使过程回路执行自动调谐程序；和调谐数据栈，操作在过程设备之一中，以接收和存储一个与控制实体相关联的调谐信号以及一个时间标签，其中时间标签指示设备使调谐信号起作用的时间。把一个测量数据栈放置在相同的或不同的过程设备中，并操作以接收和存储由过程设备生成的响应或测量信号以及一个时间标签，其中时间标签指示何时生成或检测到响应信号。第二调谐器件，例如在控制器或工作站中，周期性地从调谐数据栈和测量数据栈接收数据，并确定对过程回路调谐中将要使用的调谐参数。
Description
技术领域
总体上讲，本发明涉及分布式过程控制网络。更具体地讲，本发明涉及用于自动调谐以通信方式连接在一个分布式过程控制网络中的过程元素的设备和方法。
背景技术
过程控制网络，例如，那些用于化工，石油或其它过程中的过程控制网络，通常包括一个以通信方式耦合于一个或多个现场设备的集中化过程控制器，例如，现场设备可以为阀定位器、转换器、传感器(例如温度、压力以及流速传感器)等。这些现场设备可以执行过程中的物理控制功能(例如打开或关闭一个阀)，可以在用于控制过程操作的过程中进行测量，或在这种过程中执行任何其它所希望的功能。历史上，经由一个或多个模拟信号线或总线，例如可以把4～20mA(毫安)的信号传送至现场设备或从现场设备接收4～20mA的信号，把过程控制器连接于现场设备。总体上讲，过程控制器接收指示由一个或多个现场设备进行测量的信号，与/或与现场设备相关的其它信息，使用这一信息实现一个通常复杂的控制例程，然后生成控制信号，其中把控制信号经由模拟信号总线发送至现场设备，从而可控制过程的操作。
更近期地，在过程控制业中，出现了在过程控制环境中实现基于现场的数字通信的动向。例如，过程控制器业已实现了一系列标准，这些标准包括开放数字或组合数字与模拟通信协议，例如HART、PROFIBUS、WORLDFIP、Device-Net、以及CAN协议。这些数字通信协议通常能够使更多的现场设备连接于一个特定的网络、支持现场设备和控制器之间更多与更快的通信，与/或允许现场设备向过程控制器发送更多和不同类型的信息，例如，与现场设备本身的状态和配置相关的信息。而且，标准的数字协议使不同制造商所制造的现场设备能够在同一过程控制网络中一起加以使用。
另外，在过程控制业中还存在非集中化过程控制的动向，从而可简化各过程控制器。通过使现场安装的过程控制设备，例如阀定位器、传送器等，使用通常叫做功能模块或控制模块的模块执行一个或多个过程控制功能，可以实现非集中化的控制。功能模块可以跨越一个网络结构传送数据，供执行其它控制功能的其它过程控制设备(或功能模块)使用。为了实现这样的控制功能，通常每一个过程控制设备包括一个微处理器，这一微处理器具有实现一个或多个功能模块的能力以及使用一个标准的和开放的通信协议与其它过程控制设备进行通信的能力。在这一方式中，可以把现场设备互连在一个过程控制网络中，以互相通信，并执行一个或多个过程控制功能，以形成一个控制回路，而无需集中化过程控制器的干预。目前，由Fielbus Foundation所颁布的全数字、双线网络协议，叫做FOUNDATION Fieldbus，是一个开放的Fieldbus通信协议，允许由不同制造商所制造的设备互操作，并允许它们经由一个标准的网络互相通信，以在一个过程中实现非集中化的控制。
在现有技术系统中，任何控制模块或控制回路的调谐是相当简单的，因为可以把整个调谐例程存储在集中化的控制器或现场设备中。当希望调谐这样的控制例程的一个控制回路时，控制器或现场设备中的独立的调谐模块迫使相应的控制模块，例如一个比例-积分(PI)或比例-积分-导数(PID)控制模块，通过一个调谐程序，例如一个导致振荡的程序，确定过程或回路的预定义的特征。在调谐程序的动态数据捕获阶段，调谐模块收集由回路所生成的数据，该数据被提交给每一正常操作的控制例程，并且调谐模块根据这一数据确定一个或多个过程特征，例如过程的最终增益、时间常数等。一旦计算出所希望的过程特征，则调谐模块使用计算出的过程特征采用一组规则或其它算法，为控制模块或控制回路确定新的调谐参数。通常把这一步骤叫做调谐程序的规则应用阶段。此后，调谐例程将新的调谐参数提交给控制模块(或控制回路)，并且结束调谐程序。在一个集中化的过程控制系统中，由于把所有控制功能定位在控制器中，并且在过程的正常操作期间把所有调谐所需的数据提交给控制器，所以调谐模块具有对控制模块的直接存取，以及对调谐各控制模块所需的数据的直接存取。
其中把控制模块或控制元素，例如PI控制元素、PID控制元素、模糊逻辑控制元素等，以分布方式定位在整个过程控制网络中的非集中化过程控制系统更难加以调谐，因为把控制模块脱离通常存储调谐模块的控制器或现场设备加以定位。总体上讲，非集中化过程控制系统以调度或同步方式进行通信，以实现与过程控制例程相关联的特定控制功能。在其中不发生同步通信期间，可以按调度或异步方式传送其它信息，例如警报、设置点变化、或其它诊断信号(例如调谐信号)。然而，一个其配置旨在以异步方式进行通信的调谐控制模块不能够向现场设备发送一个确定的调谐信号，并且不能够从一个现场设备接收一个确定的响应信号，因为控制器或现场设备必须使用异步通信实现调谐功能。特别是，由于按异步方式传送调谐信号，所以控制器没有办法检测现场设备何时实际接收调谐信号，或何时生成相应的响应信号，从而妨碍了对调谐程序计时的严格的控制，因而增大了不精确调谐结果的可能性。
在一个用于实现分布式过程控制网络中调谐的人们所熟悉的现有技术系统中，对整个网络进行配置，并脱线执行调谐程序。在这一配置中，使用同步通信执行调谐程序，与此同时挂起特定的控制功能。在另一个用于实现调谐的人们所熟悉的现有技术系统中，把整个调谐例程放置在与将加以调谐的控制模块(例如，PID功能模块)相同的设备中，而且事实上，可以实际地把它们并入控制模块的功能中。尽管这一系统能够精确地控制调谐程序的计时，并且能够以任何所希望的速率收集数据(直至及包括执行控制模块的速率)，但必须随控制模块一起以及与控制模块同时编译调谐例程，这增大了过程的正常操作期间与控制模块的使用相关联的开销(例如计时、处理、存储器等要求)，甚至是在控制回路的正常操作期间相当不频繁地使用自动调谐例程的功能。而且，必须把一个完整的自动调谐例程放置在每一不同的其中定位了一个控制模块的设备中，以能够自动调谐每一控制模块，这增大了过程控制系统的不必要的冗余度，并增加了过程控制系统的成本。
发明内容
一种自动调谐器适用于具有通信网络的分布式过程控制网络，其中所述通信网络以通信方式耦合于过程控制器和用于过程控制回路的一个或多个过程设备，所述过程控制器执行过程控制例程。该自动调谐器包括：第一调谐器件，配置它以导致控制实体迫使过程回路执行自动调谐程序；和调谐数据栈，操作在过程设备之一中，以接收和存储一个与控制实体相关联的调谐信号以及一个时间标签，其中时间标签指示设备使调谐信号起作用的时间。把一个测量数据栈放置在相同的或不同的过程设备中，并操作以接收和存储由过程设备生成的响应或测量信号以及一个时间标签，其中时间标签指示何时生成或检测到响应信号。第二调谐器件，例如在控制器或工作站中，周期性地从调谐数据栈和测量数据栈接收数据，并确定对过程回路调谐中将要使用的调谐参数。
附图说明
图1是包括一个自动调谐系统的分布式过程控制网络的示意性方框图；
图2是一个示意性方框图，说明了图1的自动调谐系统的一个实施例中的信息流；
图2A是一个功能方框图，说明了图1的自动调谐系统的一个实施例中的一个控制例程；
图3A～3C表示了可以用于和存储在图1的自动调谐系统的一个实施例中的信号；
图4是一个示意性方框图，说明了流入与一个自动调谐系统相关联的数据寄存器的信息流；
图5是一个示意性方框图，说明了收集和使用存储在自动调谐系统的一对数据寄存器中的数据的一个数据收集程序；以及
图6是一个示意性方框图，说明了自动调谐系统的另一个实施例中的信息流；
具体实施方式
图1说明了一个包括一个或多个用户接口设备的分布式控制网络(DCN)2，总体上，用户接口设备由数字4加以表示，经由通信网络6加以连接。通信网络6可以为一个符合IEEE 802.3标准的Ethernet局域网(LAN)，或任何其它合适的通信网络。用户接口设备4可以为任何类型的网络终端，例如触摸面板8、个人计算机10、具有无线网络能力的膝上计算机12与/或经由无线路由器16连接的个人数字助手14(PDA)。无线路由器16可以符合IEEE 802.11x(其中，x表示一个具体的无线协议，例如a、b或g)，并允许LAN与无线设备12和14之间的无缝通信。
DCN 2还包括控制器18和20，可以经由操作在通信网络6上的一个集线器22对它们加以连接，它们能够把一个过程控制例程存储在其一个存储器中，并且能够在一个处理器(未在控制器18、20中示出)上实现过程控制例程。控制器18和20还能够与定位在多个分布于整个物理过程中总体上由数字24加以表示的现场设备中的功能模块进行通信。控制器18和20可以为，仅以举例的方式，Fisher-Rosemont Systems公司所销售的Delta VTM控制器，并对其加以配置，以使用任何专有的或开放源的通信协议，例如HART、PROFIBUS、以及Fieldbus协议。在这一配置中，无线PDA 14、膝上计算机12、触摸面板8、以及个人计算机10可用于与控制器18和20进行通信，以获得关于物理过程24的各元素的信息。如果控制器18和20为Delta VTM控制器，则可以对它们配置，以提供在控制器18和20中实现的过程控制例程的图形描述。而且，如果希望的话，用户可以经由连接于网络6的任何一个用户接口设备4，启动一个自动调谐例程。
通过任何标准输入/输出(I/O)设备26、28以及30，把控制器18和20连接在众多定位于整个物理过程24的现场设备上。I/O设备26被显示为按HART协议所要求的点到点的拓扑与现场设备32～36进行通信。或者，I/O设备28被显示为按PROFIBUS协议所要求的环配置以通信方式与现场设备38～46相耦合，同时I/O设备30被显示为使用配置为符合Fieldbus协议，例如FOUNDATIONFieldbus协议的总线56连接于可以为Fieldbus设备的现场设备48～54。I/O设备26、28以及30可以为任何能够连接于使用4～20mA信号的模拟设备、使用数字协议信号的数字设备、或它们的任何组合的标准I/O设备。而且，现场设备32～54也可以为任何类型的现场设备，包括，但不局限于，光传感器、热耦、阀定位器、伺服定位器、阀控制器等。
图2说明了一组例程的一个示意性方框图，其中的某些可以为功能模块，可以对它们加以连接，以形成控制图1中所表示的物理过程24的DCN 2中的一个示范性自动调谐回路。在图2的图中，用户接口(UI)4包括一个可以由Delta VTM应用程序生成的活动的图形控制显示58，它表示了由控制器20所实现的控制例程60。应该加以注意的是，如果UI4是一个无线设备，例如膝上计算机12或PDA 14，则控制显示58很可能为控制例程60的一个HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)表示，其可以通过Web浏览器，例如Microsoft Internet Explorer或Netscape Navigator加以存取。
控制器20中所实现的控制例程60可以提供对直接连接于Fieldbus总线56的现场设备48～54的全面的监视或可以对其加以配置使其能够提供对整个DCN 2的控制与/或监视。在操作中，可以对控制例程60进行配置，使其能够生成多个控制信号，这些控制信号依赖于具体现场设备32～54，即用于进行通信的现场设备，或一个具体控制回路中所控制的现场设备。
为了实现一个具体的控制回路，如图2中所说明的，以进行通信方式把控制例程60连接于一个PID功能模块62，并连接于操作在现场设备50中的模拟输出(AO)功能模块64，以及连接于操作在现场设备52中的一个模拟输入(AI)功能模块66。控制例程60，如图2中更详细加以说明的，可以包括一个阴影AI功能模块68、一个阴影PID功能模块70以及一个阴影AO功能模块72，其中的每一个模块都以通信方式分别连接于现场设备50和52中的相应功能模块66、62、以及64。例如，阴影功能模块68～70可以按序号为09/151,084、名为“用于过程控制网络中的阴影功能模块接口(Shadow Function BlocksInterface for Use in a Process Control Network)”的美国专利申请中所描述的那样进行操作，特此将这一专利所公开的内容并入此处，以作参考。在这一具体的例子中，对阴影功能模块68～72进行配置，使其能够映射远程操作在现场设备50和52中的实际的功能模块62～66的状态以及与相应功能模块62～66相关联的数据。阴影功能模块68～72通过Fieldbus总线56以异步方式进行通信，以致于控制例程60好象在这样一种状态下操作：实际的功能模块62～66根据控制器执行调度正在以同步方式执行在控制器20中，而不必在Fieldbus总线56上进行通信。而且，在图2的系统中，使用同步Fieldbus通信把实际的功能模块62～66以通信方式耦合在一起，由图2中的这些模块之间的实线表示以定义一个控制回路74。应该清楚地认识到：这一例子旨在简要说明配置简单控制回路74的一种方法，和其它可能的配置包括把实际的PID功能模块62定位在控制器20中，并且以同步方式或异步方式向现场设备52发送控制命令，在这一情况下，阴影PID功能模块70不是必须的。当然，也可以把PID功能模块66定位在其它现场设备中。
通常，在DCN 2配置过程期间，在Fieldbus宏循环中把(可能连续的)同步通信周期分配给AI功能模块66、PID功能模块62、以及AO功能模块64，从而定义了控制回路74。在这一方式下，AI功能模块66可以为PID功能模块62提供一个指示在物理过程24中某一位置测量的过程变量的值。反过来，PID功能模块62可以确定一个传送到AO功能模块64的用于驱动一个现场设备，例如一个阀的控制值。然后，AO功能模块64可以将一个指示所生成的控制值的控制信号提供给控制下的被测设备(例如现场设备50与/或52)。由这些功能模块所定义的控制回路74重复这一顺序若干次，取决于过程要求和增益特征，直至所测过程变量的值等于一个所希望的值或设置点。
控制例程60可以包括图2A的阴影功能模块68～70，以监视实际的功能模块62～66的状态和操作，并经由Fieldbus总线56上的异步通信向其提供输入(如图1中所说明的)。然而，控制器20还包括一个以通信方式连接于控制例程60的自动调谐例程76。将会认识到：自动调谐例程76可以操作在UI 4中，并可简单地激活控制器20中的一个控制子例程，或可以在控制器20中被执行，如图2中所描述的。例如，当激活时，自动调谐例程76经由控制显示58，或根据一个调度维护周期，向操作在由功能模块62～66所定义的控制回路74中的控制实体或功能模块(例如PID功能模块62)提供一个调谐控制信号，从而导致控制回路74执行一个调谐程序。具体地讲，例如，自动调谐例程76迫使PID功能模块62生成一个人们所熟悉的导致控制回路74执行感应振荡或一个阶梯变化的控制信号u′。然后可以按任何人们所熟悉的方式使用控制回路74的输出，例如由AI功能模块66所测量的输出或与AI功能模块66相关联的输出，以及人们所熟悉的输入(控制信号)以确定将用于执行调谐的过程的一个或多个过程特征。在图2中所说明的示范性实施例中，自动调谐例程76确定与该过程相关联的过程特征(最终增益、时间常数等)，并使用这些参数确定或修改与比例-积分-微分(PID)功能模块62相关联的增益。
在操作过程中，自动调谐例程76指示控制例程60，或更具体地讲，指示阴影PID功能模块70通过受控的振荡或扰动驱动该过程。如以上所讨论的，控制例程60中的阴影PID功能模块70和远程现场设备50之间的Fieldbus通信以异步方式进行，以致于来自现场设备50的信息可异步地用于控制例程60，反之亦然。因此，当指示阴影PID功能模块70执行受控的扰动时，以异步或非调度方式经由Fieldbus网络56把指令传递给操作在现场设备50中的PID功能模块62。由于异步地发送这一指令(即凡是当无调度通信时)，所以自动调谐例程76能够追踪何时发布该指令，但不能确定何时在Fieldbus总线56上实际传送这一指令或何时由PID功能模块62接收这一指令。
图3A说明了可以在自动调谐程序期间使用的、由一个具有周期T的连续正弦信号所表示的原始受控扰动信号u。这一扰动信号u的数字表示是一系列被标识为段ui的离散阶梯(其中下标i标识相应于每一个段的离散的时间段)。将会认识到：控制例程60以异步方式把扰动信号段ui传送到现场设备50，如图2中以虚线说明的。由于异步地(即以非调度方式)传送扰动信号段ui，所以控制例程60和自动调谐例程76本身不能够精确地确定何时由现场设备50接收这些段，更具体地讲，不能够精确地确定何时由PID功能模块62接收这些段。这样一个通信系统的实际效能在于：基于系统通信能力，按不规则的间隔传送图3A中所描述的扰动信号段ui，从而导致了所接收的扰动信号段xi在图3B中有代表性地得以表示。
所接收的扰动信号段xi具有与原始扰动信号段ui一样的大小，但具有一个总周期T+ΔT。周期ΔT中的变化，表示扰动信号u的生成与传输和现场设备50对扰动信号x的接收之间的通信偏差(在本例中，为通信延迟)的总和。或者，所接收的扰动信号段xi也可以具有相同的或大致相同的周期，但可能不会以严格的周期方式被接收，因此可能不会再形成一个简单的正弦信号。
现场设备50，例如可以为一个阀定位器，还包括一个与PID功能模块62与/或AO功能模块64合作的倾向(Trend)模块78。实质上，倾向模块78作为一个寄存器或一个数据存储栈以收集和存储所接收的扰动信号段xi，如图4中所描述的。所接收的扰动信号段Xi-X1被说明为按时间顺序加以存储，但也可以通过简单地为各段贴时间标签按任何可以接受的顺序对它们加以存储。另外，还应该认识到：依赖于所使用的具体的调谐程序，可以把所接收的扰动信号段xi存储在先进先出(FIFO)或后进先出(LIFO)的配置中。如果倾向模块78为Fieldbus协议中的一个标准倾向对象，则可以周期性地执行以存储正弦信号xi，并且还可以存储一个与最后存储的数据样本相关联的单个时间标签。当然，可以根据时间标签和倾向对象的周期取样率确定与其它所存储的数据样本相关联的时间。或者，倾向模块78也可为每一数据信号段存储一个时间标签指示何时接收数据段。还可启动倾向模块78以开始通过调谐控制信号或通过来自控制例程60或自动调谐例程76的一个独立信号收集数据。
然后，PID功能模块62可以使用所接收的扰动信号段xi为AO功能模块64基于所接收的扰动信号段xi计算相应的控制信号。尽管把倾向模块78说明为连接它以接收PID功能模块62的输入，例如所接收的扰动信号段xi，但它也可收集和存储PID功能模块62的输出，例如控制扰动信号段ui′或AO功能模块64的输入。又如图2中所示，A1功能模块66以如图3C中所说明的响应信号段yi的形式提供响应信号y，以经由同步Fieldbus通信驱动PID功能模块62。而且，AO功能模块64还向PID功能模块62提供一个反馈控制信号。
将会认识到：经由Fieldbus总线56，以通信方式把现场设备52中的AI功能模块66，其可以为一个传送器或任何其它能够测量或检测响应信号y的设备，连接于现场设备50(如图1中所示)，并且测量响应信号段yi。AI功能模块66还向一个倾向模块80提供被测数据。应该加以注意的是，尽管AI功能模块66根据模块执行速率，以周期方式测量响应信号段yi，但响应信号段yi反映现场设备50以异步或非调度方式使其起作用的实际的控制信号。
倾向模块80(可以按与倾向模块78相同的方式与/或在与倾向模块78相同的时刻对其加以启动)接收来自用于分类和存储的AI功能模块66的响应信号段yi，如图4中所示，以及如以上结合倾向模块78所描述的。当然，倾向模块80还可以用使用信号或多个时间标签为这一数据贴时间标签。倾向模块80包括记录现场设备50何时响应扰动信号段xi生成响应信号段yi的一部分或全部信号记录。包括在倾向模块80中的信号记录本地地分类和存储响应信号y(即在调谐例程期间，不必以异步方式把响应信号段yi传送到控制器20或其它设备)，从而避免了由通信方案所引入的时间延迟(即ΔT)。取而代之，在倾向模块78和80收集了一定量的数据之后，例如16个数据信号，它们可以立刻或以一条单一消息异步地把这一数据传送到控制器20。能够以任何方式进行批数据传送，例如编译一个定义文件(delimited file)，或提供一个连续的数据串，其中，在串中向所收集的数据的每一部分分配一个具体的位置，从而，如果所分配的位置为一个或多个接收设备所知，则允许重新获得数据。
图5说明了经由Fieldbus总线56和I/O设备30以通信方式连接于一个识别算法82的倾向模块78和80。倾向模块80，可以或可以不将其集成于自动调谐例程76或控制例程60，通过把所接收的信号段xi(或ui′)与相应的所存储的响应信号段yi关联起来提供了一个用于补偿自动调谐例程76和控制设备(例如，在这一实例中，为现场设备50)之间的通信延迟时间的影响的系统。例如，倾向模块78和80可以把每一个所接收的信号段(xi和yi)与一个时间标签关联起来，从而能够指出何时该模块使扰动信号段xi起作用，以及何时测量响应信号段yi。由于时间标签指出，或可以用于确定何时由现场设备50和52本地地接收和生成每一信号段(xi和yi)，所以不必连续地与控制例程60进行通信，因而这消除了异步通信时间延迟。由于消除了通信延迟，识别算法80能够根据xi和yi使用相关的数据段更精确地计算回路的过程特征，例如最终增益、时间常数、以及响应时间等。然后，可以把所计算的过程特征传送给自动调谐例程76，如果需要的话，例如，自动调谐例程76可以为PID功能模块66确定新的PID增益。接下来，自动调谐例程76把这些新的增益值以异步方式传送给PID功能模块62。尽管这些示范性实施例涉及PID功能模块，但将会认识到，控制元件也可以为任何适当的控制元件，例如P1功能模块、模糊逻辑控制功能模块、神经网络控制功能模块等。
图6说明了其连接旨在形成一个示范性自动调谐回路的功能模块的一个可选实施例的示意性方框图，其中，自动调谐回路完全在一个单一现场设备54中得以实现。在这一示范性实施例中，DCN 2包括UI 4，UI 4可以执行包括自动调谐例程76的控制显示58，并能够以通信方式耦合于控制器20。反过来，控制器20执行控制例程60，控制例程60可以包括代表位于整个过程的实际的功能模块62～66的阴影功能模块68～70。自动调谐例程76指示控制例程60生成扰动信号u，按异步方式把扰动信号u传送到现场设备54，并作为最终的扰动信号x加以接收。
现场设备54包括倾向模块78和80、PID功能模块62、AO功能模块64、以及AI功能模块66。在这一配置中，第一倾向模块78按以上所描述和图4中所说明的方式，接收和分类的扰动信号段xi(或控制扰动信号段ui′)，并且可将其用于驱动PID 66功能模块。反过来，PID功能模块66以通信方式连接于AO功能模块66，AO功能模块66把一个反馈控制信号提供给PID功能模块62，以形成一个反馈回路。现场设备54中的AI功能模块66，可以为传送器或任何其它能够测量响应信号y的设备，测量响应信号段yi，并以响应信号段yi的形式把所测量的数据提供给倾向模块80和PID功能模块62。
倾向模块80接收用于分类和存储的响应信号段yi，并包括记录何时PID功能模块66响应扰动信号段xi生成响应信号段yi的一个完整的记录。由于把倾向模块78和80包括于现场设备54中，所以不存在因需要以异步方式在两个设备之间进行通信所导致的通信延迟(ΔT)。因此，倾向模块78和80中所分类和所存储的数据，以及提供于识别算法82的数据，如图5中所说明的，产生过程参数的精确特征。
因此，总体上讲，为了计算所希望精度的过程参数，在为该数据贴时间标签的同时，倾向模块78和80本地地收集所希望的数据段xi(或ui′)和yi(即不必确定地向控制器20发送数据)，从而消除了因异步通信延迟或两个设备之间的延迟所造成的错配。数据段xi和yi(就本例而言，为数据段x3和y3)分别代表了所接收的扰动信号段和响应信号段，而且在倾向模块78和80中为它们贴上了时间标签。通过计算何时接收扰动信号段x3以及何时检测到响应信号段y3之间的时间差，可以确定和忽视或补偿ΔT。自动调谐例程76可以把x3和y3的结果相关值用于更精确地计算过程特征。能够以任何人们所熟悉的方式把结果过程特征用于确定新的调谐参数，例如控制元件(例如PID功能模块62)的新增益。然后，自动调谐例程76可以经由控制器20把这些调谐参数传送到控制功能模块(例如PID功能模块62)。
当实现时，此处所描述的任何元件，包括功能模块、倾向模块等，可以以存储在计算机可读存储器中，例如磁盘、激光或光盘、或其它存储介质上、存储在计算机或处理器等的RAM或ROM中的软件的形式加以实现。同样，也可以，使用已知的或所希望的分发方法，例如包括在计算机可读盘上，或在其它移动式计算机存储机制上，或者在例如电话线、互联网、环球网(WorldWide Web)、任何其它局域网或广域网等的通信通道上，把这一软件分发给用户、过程工厂、操作员工作站、控制器、逻辑解算装置、或任何其它计算设备(将这一分发与经由移动式存储介质提供这样的软件视为相同的或视为可相交换的)。另外，可以把这一软件直接加以提供而无需调制或加密。也可以于在通信通道上对其进行传输之前，使用任何合适的调制载波与/或加密技术对其进行调制与/或加密。
尽管已参照具体的实施例描述了本发明，但这一描述仅为说明性的，而不是对本发明的限制。本领域中的普通技术人员将会明显认识到：在不背离本发明的构思与范围的情况下，可以对所公开的这些实施例进行修改、添加或删减。
Claims (42)
1.一种用于分布式过程控制网络以调谐过程控制回路的自动调谐器，该过程控制回路具有控制过程中的第一现场设备的控制实体和放置在现场设备中测量与过程相关联的过程变量的测量实体，该自动调谐器包括：
第一调谐元件，配置它以生成在调谐程序期间由过程控制回路中的控制实体所使用的调谐控制信号；
第一数据收集实体，其放置在第一现场设备中，用于收集和存储调谐程序期间多个与控制实体相关联的控制数据信号，以及与一个或多个控制数据信号相关联的时间指示；
第二数据收集实体，其放置在与测量实体相同的现场设备中，用于收集和存储调谐程序期间多个与测量实体相关联的测量数据信号，以及与一个或多个测量数据信号相关联的时间指示；以及
第二调谐元件，配置它以接收该多个控制数据信号以及该多个测量数据信号，并根据该多个控制数据信号和该多个调谐数据信号确定用于调谐控制实体的调谐参数。
2.根据权利要求1的自动调谐器，其中，把第一和第二数据收集实体放置在相同的现场设备中。
3.根据权利要求1的自动调谐器，其中，把第一和第二数据收集实体放置在不同的现场设备中。
4.根据权利要求1的自动调谐器，其中，第一和第二数据收集实体为Fieldbus协议中的倾向对象。
5.根据权利要求1的自动调谐器，其中，对第一调谐元件进行配置，以生成导致控制实体生成阶梯输入或正弦控制信号的调谐控制信号。
6.根据权利要求1的自动调谐器，其中，把第一调谐元件定位在与控制实体相同的设备中。
7.根据权利要求6的自动调谐器，其中，把第一调谐元件和控制实体定位在控制器中。
8.根据权利要求1的自动调谐器，其中，把第一调谐元件定位在与控制实体不同的设备中，以及其中把控制实体定位在与过程相关联的现场设备中。
9.根据权利要求1的自动调谐器，其中，第一调谐元件生成传送给控制实体的调谐控制信号，而且第一数据收集实体收集和存储由控制实体所接收的调谐控制信号。
10.根据权利要求1的自动调谐器，其中，第一调谐元件生成传送给控制实体的调谐控制信号，这一调谐控制信号导致控制实体生成输出控制信号，以及其中第一数据收集实体收集和存储该输出控制信号。
11.根据权利要求10的自动调谐器，其中，控制实体包括比例、积分、微分控制例程。
12.根据权利要求10的自动调谐器，其中，控制实体包括比例、积分控制例程。
13.根据权利要求10的自动调谐器，其中，控制实体包括模糊逻辑控制例程。
14.根据权利要求1的自动调谐器，其中，第一数据收集实体同时向第二调谐元件发送一系列控制数据信号。
15.根据权利要求1的自动调谐器，其中，第二调谐元件把最终增益确定为过程特征，并使用该最终增益确定调谐参数。
16.根据权利要求1的自动调谐器，其中，第二调谐元件把时间参数确定为过程特征，并使用该时间常数确定调谐参数。
17.根据权利要求1的自动调谐器，其中，第一和第二数据收集实体经由一条总线与第二调谐元件异步地进行通信。
18.根据权利要求17的自动调谐器，其中，总线为Fieldbus协议总线。
19.一种用于控制过程的过程控制系统，包括：
控制器设备，连接在过程中以执行过程中的控制活动；
多个现场设备，以通信方式耦合于控制器，该多个现场设备中的每一个包括处理器和存储器；
控制回路，包括控制实体和测量元件，其中，测量元件被存储在存储器中，并适用于在第一个现场设备的处理器上执行；
自动调谐器，适用于调谐过程控制回路，该自动调谐器包括：
第一调谐元件，配置它生成导致控制实体驱动控制回路执行调谐程序的调谐控制信号；
第一数据收集实体，适用于收集和存储调谐程序期间多个与控制实体相关联的控制数据信号，以及与一个或多个控制数据信号相关联的时间指示；
第二数据收集实体，放置在第一个现场设备中，并适用于收集和存储调谐程序期间多个与测量元件相关联的测量数据信号，以及与一个或多个测量数据信号相关联的时间指示；以及
第二调谐元件，配置它以接收该多个控制数据信号以及该多个测量数据信号，并根据该多个控制数据信号和该多个测量数据信号确定用于调谐过程控制回路的调谐参数；
其中，把第一和第二数据收集实体至少之一放置在不同于第一和第二调谐元件的设备中。
20.根据权利要求19的过程控制系统，其中，把第一和第二数据收集实体放置在相同的现场设备中。
21.根据权利要求19的过程控制系统，其中，把第一和第二数据收集实体放置在不同的现场设备中。
22.根据权利要求19的过程控制系统，其中，第一和第二数据收集实体为Fieldbus协议中的倾向对象。
23.根据权利要求19的过程控制系统，其中，把第一调谐元件定位在与控制实体相同的设备中。
24.根据权利要求23的过程控制系统，其中，把第一调谐元件和控制实体定位在控制器中。
25.根据权利要求19的过程控制系统，其中，把第一调谐元件定位在与控制实体不同的设备中，以及其中把控制实体定位在该多个现场设备之一中。
26.根据权利要求19的过程控制系统，其中，第一调谐元件为控制实体生成调谐控制信号，而且第一数据收集实体收集和存储由控制实体所接收的调谐控制信号。
27.根据权利要求19的过程控制系统，其中，第一调谐元件生成导致控制实体生成输出控制信号的调谐控制信号，以及其中第一数据收集实体收集和存储该输出控制信号。
28.根据权利要求19的过程控制系统，其中，第一数据收集实体使用异步通信向第二调谐实体发送一系列控制数据信号作为单个通信包。
29.根据权利要求19的过程控制系统，其中，第一和第二数据收集实体经由总线与第二调谐元件异步地进行通信。
30.根据权利要求29的过程控制系统，其中，总线为Fieldbus协议总线。
31.一种用于分布式过程控制网络以调谐过程控制回路的方法，该过程控制回路具有控制过程中的至少一个现场设备的控制实体和测量过程中的过程变量的测量实体，该方法包括：
迫使控制实体控制该至少一个现场设备，以实现调谐程序；
在该至少一个现场设备中的调谐程序期间，收集与控制实体相关联的控制数据信号，并把所收集的控制数据信号存储在定位于该至少一个现场设备中的第一数据栈中，并把与一个或多个控制数据信号相关联的时间指示存储第一数据栈中；
在其中定位了测量实体的现场设备中的调谐程序期间，收集与测量实体相关联的测量数据信号，并把测量数据信号存储在定位于其中定位了测量实体的现场设备中的第二数据栈中，并且存储与一个或多个测量数据信号相关联的时间指示；
把第一数据栈中的控制数据信号和第二数据栈中的测量数据信号发送给第二调谐元件；
使用该多个控制数据信号和该多个测量数据信号确定用于调谐过程控制回路的过程特征；
使用过程特征生成一个或多个调谐参数；以及
向控制实体发送该调谐参数。
32.根据权利要求31的方法，其中，收集控制数据信号包括使用Fieldbus协议中的一个第一倾向对象存储控制数据信号，而且其中，收集测试数据信号包括使用Fieldbus协议中的一个第二倾向对象存储测试数据信号。
33.根据权利要求31的方法，其中，迫使控制实体控制至少一个现场设备以实现调谐程序包括：迫使控制实体控制创建阶梯输入或正弦控制信号。
34.根据权利要求31的方法，其中，迫使控制实体控制至少一个现场设备以实现调谐程序包括：向该至少一个现场设备中的控制实体发送调谐控制信号，而且其中，收集控制数据信号包括收集由控制实体所接收的调谐信号。
35.根据权利要求31的方法，其中，迫使控制实体控制至少一个现场设备以实现调谐程序包括：向控制实体发送调谐控制信号，以导致控制实体产生输出控制信号，而且其中，收集控制数据信号包括收集由控制实体所生成的输出控制信号。
36.根据权利要求31的方法，其中，迫使控制实体控制至少一个现场设备以实现调谐程序包括：向控制实体发送调谐控制信号，以导致控制实体产生传送给至少一个现场设备中的设备控制实体的输出控制信号，而且其中，收集控制数据信号包括收集由该至少一个现场设备中的设备控制实体所接收的输出控制信号。
37.根据权利要求31的方法，其中，把第一数据栈中的控制数据信号和第二数据栈中的测量数据信号发送给第二调谐元件包括：把第一数据消息中两个或两个以上的控制数据信号发送给第二调谐实体和把第二数据消息中两个或两个以上的测量数据信号发送给第二调谐实体。
38.根据权利要求37的方法，其中，发送第一数据消息中两个或两个以上的控制数据信号的步骤包括：异步地向第二调谐元件发送第一数据消息，而且其中，发送第二数据消息中两个或两个以上的消息数据信号包括异步地向第二调谐元件发送第二数据消息。
39.根据权利要求31的方法，其中，使用该多个控制数据信号和该多个测量数据信号确定过程特征包括把最终增益确定为过程特征。
40.根据权利要求31的方法，其中，使用该多个控制数据信号和该多个测量数据信号确定过程特征包括把时间常数确定为过程特征。
41.根据权利要求31的方法，其中，向控制实体发送调谐参数包括异步地向控制实体发送调谐参数。
42.根据权利要求41的方法，其中，向控制实体发送调谐参数包括经由Fieldbus协议通信总线异步地向控制实体发送调谐参数。
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