计算和标绘统计数据的制作方法

xiaoxiao2020-7-22  6

专利名称:计算和标绘统计数据的制作方法
计算和标绘统计数据
背景技术
控制系统控制各种工业过程。例如,控制系统可以控制电厂、烃加工工厂或烘烤食品加工工厂。不论受控制工厂的类型如何,除用于执行控制算法的计算机系统之外,控制系统还可以包括充当历史记录单元(historian unit)的一个或多个计算机系统,用于收集数据并且存储关于受控过程的数据值。随着受控过程的规模和/或复杂度的增加,作为历史记录单元操作的计算机系统所收集和存储的数据量可能是巨大的。因此,任何用来减小可能需要存储在历史记录单元中的数据量和/或增加与历史信息相关联的功能的技术将会给分布式过程控制系统制造商带来竞争优势。


为了详细描述示例性实施例,现在将参考下述附图图1示出了依照至少一些实施例的控制系统;图2图解示出了依照至少一些实施例的用于配置历史记录单元的示例性机制;图3图解示出了用于向接口机告知所需统计计算的示例性机制;图4示出了示例性统计数据的散布图;图5示出了示例性统计数据的直方图;图6示出了依照至少一些实施例的计算机实现方法;图7示出了依照至少一些实施例的处理单元;以及图8示出了依照替换实施例的系统。记号和名称下面整个描述和权利要求书使用了某些术语来指代特定的系统组件。本领域技术人员将理解,分布式过程控制公司可以用不同的名称来指代组件。本文并不区分那些名称不同而非功能不同的组件。在以下的讨论和权利要求书中,术语“包括”和“包含”按开放式意义来使用,并且因此应当被解释为“包括但不限于…”。而且,术语“耦合”是指间接连接或直接连接。因此, 如果第一设备耦合到第二设备,则该连接可以是通过直接连接或经由其它设备和连接的间接连接。“数据挖掘”是指数据集的统计和/或逻辑分析以确定在物理过程的不同参数流之间的关系。
具体实施例方式以下讨论针对本发明的各种实施例。尽管这些实施例中的一个或多个可以是优选的,但是公开的实施例不应当被解释为、或以其他方式被用来限制本公开(包括权利要求) 的范围。另外,本领域技术人员将理解,以下描述具有广泛应用,并且任何实施例的讨论只意味着该实施例是示例性的,而无意暗示本公开(包括权利要求)的范围限于该实施例。
图1示出了依照至少一些实施例的控制系统1000,其耦合到物理过程10。物理过程10可以是利用控制系统来指导和管理所述过程的任何物理过程。例如,受控的物理过程10可以是烃计量功能(即,为了计费和/或交接目的)、电厂的各种子系统、烃加工工厂的各种子系统或食品加工厂的各种烤箱、输送器和搅拌器。不论物理过程10的确切性质如何,并且如果存在的话,各种温度发送器、压力发送器、阀定位器、阀位指示器和电机控制系统耦合到该控制系统的示例性输入/输出(I/O)设备12。仍然参照图1,控制系统1000可以包括一个或多个分布式处理单元。在图1的示例性情况中,具体示出了分布式处理单元16 ;然而,可以根据物理过程10的规模和复杂度来使用任何数目的分布式处理单元,并且(下面讨论的)流量计算机18同样可以被认为是处理单元。依照分布式过程控制理念,每个分布式处理单元16可以在物理上被置于其直接耦合的I/O设备12附近。此外,每个分布式处理单元16还可以在物理上被置于每个分布式处理单元16负责的物理过程10的特定部分附近。在控制系统1000的控制下的电厂的示例性情况下,诸如分布式处理单元16及其相关I/O设备12之类的分布式处理单元可以负责锅炉控制,并且因此分布式处理单元16可以在物理上被置于锅炉附近。同样,在电厂的示例性情况下,示例性分布式处理单元16和相关的I/O设备12可以负责涡轮控制,并且因此可以被置于所述涡轮附近,诸如在涡轮机房中。每个分布式处理单元16执行与物理过程10中它负责的部分有关的控制软件。 控制软件可以实现基于布尔的控制方案(有时被实现为“阶梯逻辑”),或者所述控制软件可以实现过程的闭合回路控制,诸如一个或多个比例积分微分(proportional integral differential, PID)控制回路。在另外的其它实施例中,控制软件可以实现对物理过程10 的基于神经网络的控制。除物理过程10的控制部分之外,分布式处理单元16、18还可以运行用来执行诸如水流量、蒸气流量和气流量之类的计算的程序,并且这些计算值可以被存储以供稍后查看和/或变为在分布式处理单元16中执行的控制软件中所使用的输入、反馈或前馈参数。分布式处理单元16例如可以是可从密苏里州圣路易斯市的爱默生过程管理公司(Emerson Process Management)获得的 DeltaV MD 控制器。仍然参照图1,虽然一些分布式处理单元是通用的,但是在分布式处理单元可以被编程用来监视和控制各种物理过程的意义上来说,流量计算机18只是被设计用于特定任务的处理单元的例子。特别地,流量计算机18可以被具体设计和构造来对接(interface) 用于监视物理过程10的各种流量计设备14A和14B。流量计设备14例如可以是超声波流量计或者与用于流量计算的孔板相关联的各种压力和温度发送器。在孔板的情况下,流量计算机18可以读取各种发送器并且计算通过孔的流体流量。在超声波流量计的情况下,流量计算机18可以读取由超声波流量计确定的即时流量。在一些实施例中(例如,其中流量计设备14只是超声波流量计),可以省略流量计算机18,并且采用超声波流量计形式的流量计设备可以被直接耦合到通信网络,并且因此同样可以被认为是处理单元。无论是否耦合到孔板流量计、超声波流量计或同时耦合到它们两者,示例性流量计算机18还可以在任何适当的时间段累加(求和)测量的流量。此外,流量计算机18可以实现各种警报条件(例如,高和低流量警报器,过压警报器),并且可以进一步控制各阀,使得选择性地使各流量计导管(meter run)启用或停用(例如,根据总流量)。流量计算机18例如可以是可从爱默生过程管理公司获得的Daniel S600流量计算机。此外,采用许多形式的流量计设备14也可以从爱默生过程管理公司获得。因此,控制系统1000控制的物理过程可以与整个工业设施或者只是与计量子系统的各种设备一样复杂。在大多数情况下,特定分布式处理单元所监视或计算的数据值关联于本地附接的设备(即,在示例性处理单元16的情况下是I/O设备12并且在示例性流量计算机18的情况下是流量计设备16),并且被驱动输出的数值也是如此。然而,处理单元16和流量计算机18可以在通信网络20上彼此通信并与其它设备通信。因此,可以在处理单元之间交换数据值以帮助执行与物理过程10相关的分配任务。依照至少一些实施例,通信网络20是以太网类型的网络(即,定义OSI模型的物理和数据链路层的以太网),并且用于信息交换的确切协议(即,在OSI模型的数据链路层以上的层)基于特定系统供应商。换句话说,虽然大部分控制系统利用基于以太网的通信网络20,但是每个供应商可以利用适合于供应商的特定硬件和配置的专有高层协议。仍然参照图1,控制系统的大部分用户还想要或需要与物理过程10相关联的历史数据值。依照各个实施例,历史记录单元22是控制系统1000的一部分,并且所述历史记录单元22负责收集和维持关于物理过程10的历史数据值。特别地,历史记录单元22可以包括处理单元24,处理单元24可与分布式处理单元16的形式和配置类似,但是可以运行不同的应用程序和/或不同的操作系统。被耦合到处理单元24的是非易失性储存单元26,其中放有历史数据值。依照至少一些实施例,非易失性储存器是硬盘驱动器或者可以是按容错方式操作的硬盘驱动器阵列,诸如廉价冗余磁盘陈列(RAID)系统。在另外的其它示例性实施例中,非易失性储存器可以是任何当前可用的或日后开发的技术,其中可以以非易失性方式存储数据,诸如光储存介质和设备。在另外的其它实施例中,非易失性储存器26可以包括多个不同的储存设备,诸如用于近期历史数据值的多个硬盘驱动器,以及用于不太频繁访问的存档数据值的光驱动器或磁带驱动器。在一些实施例中,历史记录单元22通过轮询(polling)诸如示例性分布式处理单元16和流量计算机18之类的处理单元来收集历史数据值。在其它实施例中,处理单元被编程用来定期地向历史单记录元22发送选择的数据值。例如,缓慢移动的过程参数的数据值可以由处理单元每分钟或更长时间发送给历史记录单元22,而那些值迅速改变的参数可以按明显更短的时间跨度(例如,两秒或更短)被发送到历史记录单元22。图1的示例性控制系统1000还包括人/机接口(HMI) 28。顾名思义,人/机接口 28可以是用户用来与控制系统1000的其余设备对接的机构。例如,人/机接口 28可以是用来把在分布式处理单元中执行的控制回路初始化并将其与适当的I/O设备输入和输出相关联的机构。同样,人/机接口 28可以是用来设置和修改由流量计算机18使用的各种参数的机构。更进一步的,人/机接口 28可以是操作者用来监视和控制物理过程10 (例如, 进行设置点调整,监视警报值,改变阀位)的机构。更进一步的,人/机接口 28可以是过程工程师用来监视物理过程10的趋势并且可能基于那些趋势来改变由分布式处理单元16的控制软件执行的调谐参数或控制策略的机构。人/机接口 28可以包括处理单元30,处理单元30可以与历史记录单元22的处理单元24的形式和构造类似。处理单元30可以在应用程序的类型和数目和/或不同的操作系统方面不同于其它处理单元。处理单元30耦合到显示设备32,诸如阴极射线管(CRT)或液晶(IXD)显示器。最后,人/机接口 28可以耦合有键盘34和指点(pointing)设备36,使用户能够与在处理单元30上执行的应用程序对接。人/机接口观可以是过程工程师或其它有关人员用来在显示设备32上查看物理处理器10的图形表示的机构。人/机接口观还可以是有关人员用来从历史记录单元22获得历史数据值并且在显示设备32上产生数据值的一个或多个流的趋势或标绘图的机构。 例如,过程工程师可以请求人/机接口观产生在物理过程10的某个相关部分的天然气流量(例如,流经一组平行的流量计导管中的特定流量计导管的天然气流量)作为时间的函数的标绘图。人/机接口观从历史记录单元22请求数据值,并且当返回数据时,所述人/ 机接口观在显示设备32上做出示例性的天然气流量作为时间的函数的标绘图。在替代实施例中,在历史记录单元22上可以包括用于实现人/机接口功能的程序,因此不需要独立的人/机接口和历史记录单元22。这样的组合可以特别适合于有限复杂性的物理过程,诸如当在计量和监视碳氢化合物流量中使用控制系统1000时。在现有技术中,在诸如过程工程师之类的用户想要标绘统计数据的情况下,统计数据必须是历史记录单元22为之存储历史数据值的数据点。换句话说,在现有技术中,用户想要查看在显示设备32上标绘的趋势的任何参数(统计等)要求该参数的历史数据值驻留在历史单记录元22中。在该参数不是物理过程10的被监视或驱动的参数的直接表示的情况下,在现有技术中,要基于物理过程10的被监视和/或驱动的参数(例如,使用在分布式处理单元16中执行的功能块)以及在历史记录单元22内作为数据点的数据值的流存储的参数来建立该参数。这样的操作理念倾向于增加由历史记录单元22管理的历史数据库的规模,并且该规模直接影响历史记录单元22操作的速度,以及实现非易失性储存器沈的设备的数目和规模。依照各个实施例,无需要求历史记录单元实际存储统计数据而根据历史记录单元 22的历史数据值的流来计算统计数据的系统至少部分地解决了所提及的关于现有技术的缺陷。当用户想要查看和/或分析与物理过程10相关的统计数据时,用户通过人/机接口观来请求计算统计数据。检索历史数据值,在任何适当的位置(例如,人/机接口观或历史记录单元2 计算统计数据,并且在人/机接口观的显示设备32上呈现所述统计数据 (例如,钟形曲线、散布图、作为时间或其它参数的函数的标绘图)。依照这种方式,与把想要的统计数据作为数据点的数据值的流存储在历史记录单元22中相比,在历史记录单元 22中存储的数据量可以更小。此外,由于与物理过程10的被监视和/或驱动的参数相关的适当统计数据可以被请求并在显示设备32上显示,所以用户不是被限制在那些恰好在历史记录单元22中存储的统计数据。说明书首先讨论了用于向人/机接口观通知想要的统计数据的示例性机制,并且然后说明书再描述可以实现的多个示例性统计计算。图2示出了依照至少一些实施例的历史记录单元22的“拖放(drag and drop),, 配置。特别地,图2在左窗口 60中图示了物理过程10的参数62的列表,如果用户想要的话,所述参数可以被存储或“历史化”在历史记录单元22中。右窗口 64示出了数据点66的列表,所述数据点66已经被选择使得所述历史记录单元22将维持每个所选数据点的历史数据值的流。此外,组合的左窗口 60和右窗口 64图示了用于选择特定的数据点以存储在历史记录单元22中的“拖放”机制。在图2的情况下,(诸如通过在指点设备36上的点击且保持)选择参数“Profilehctor”,该参数是流体在管道内按不同高度的相对流速的指示,并且把示例性的ProfileFactor数据点拖到右窗口 64,然后(诸如通过释放指点设备按钮)将其“放到”右窗口 64中。因此这种“拖放”技术选择了将由历史记录单元22跟踪的特定数据点。用于执行历史记录单元22的“拖放”配置的软件可从许多来源(诸如爱默生过程管理公司)处获得。依照至少一些实施例,历史记录单元22的“拖放”配置技术可以通过在人/机接口观上执行的、与在历史记录单元22上执行的软件通信的软件组合来实现。依照各个实施例,可以使用类似于关于图2讨论的“拖放”方法来配置统计数据的计算和标绘。特别地,图3依照至少一些实施例示出了用于图示计算统计数据的配置的多个窗口。左上窗口 70示出了多个数据点,历史记录单元22为它们维持历史数据值。右下窗口 72图示了空白表单窗口,用于向人/机接口观通知想要的统计数据。更特别地,并且依照至少一些实施例,人/机接口观的用户从可能的统计计算列表中进行选择。每个可能的统计计算与表单窗口相关联,其中可以由用户来标识将用于统计计算的各个数据点。在图3的示例性情况中,表单窗口 72用于计算两个数据点之间的百分比误差的示例性情况。 然后,用户可以把数据点从窗口 70 “拖放”到窗口 72的第一值字段74(如箭头所示)。此后,用户可以从窗口 70选择另一数据点并且把该数据点“拖放”到窗口 72的第二字段76。 在向人/机接口观通知了为示例性百分比误差计算选择的数据点之后,人/机接口观可以检索关于与物理过程相关的所选数据点的历史数据值,通过(图1的)通信网络20上的通信来从历史记录单元22检索。一旦人/机接口观接收历史数据值,则人/机接口观可以基本上使用下列公式来计算作为百分比误差的示例性统计数据百分比误差(%)=((值I-值 2)/值 1)*100(1)其中百分比误差是在所选数据点的两个相应值(例如,在时间上对应的数据值) 之间的百分比误差,值1是置于在字段74内的特定数据点,并且值2是置于字段76中的特定数据点。换句话说,人/机接口观基于历史数据值的两个流来计算多个百分比误差值, 并且其中历史数据值的那些流与物理过程10的被监视、驱动或计算的参数相关联。基于这些计算,人/机接口观以某种形式来标绘多个百分比误差值。至此所讨论的实施例中,人/机接口观检索历史数据值并且对想要的统计数据执行计算。然而在其它实施例中,人/机接口观可以从用户接受要计算的统计数据的标识 (例如,通过选择用于特定计算的表单窗口),并且进一步地,人/机接口观可以从用户接受要用于所述计算的数据点的指示。然而,在替代实施例中,人/机接口观本身并不计算统计数据。而是,人/机接口观把想要的统计计算和要使用的数据点传送到历史记录单元 22。历史记录单元22检索与所指示的数据点相关联的历史数据值,计算请求的统计数据, 并且然后向人/机接口观发送要在显示设备32显示的统计数据。换句话说,并且从人/ 机接口观的视角来看,人/机接口观从用户接收要计算统计数据的请求(其中该统计数据在历史记录单元22中并未被追踪)。人/机接口观向历史记录单元22发送关于计算统计数据的请求。此后,人/机接口观从历史记录单元22接收统计数据并且在显示设备32 上标绘统计数据。不论计算统计数据的确切位置在何处,系统的用户能够查看并分析所述统计数据,尽管事实上所述统计数据并非是历史记录单元22对其维持历史数据值的数据点。图4 示出了依照至少一些实施例的统计数据的标绘图,并且在图4的特定情况中百分比误差值的标绘图采用散布图的形式。图5还图示了两个数据点之间的百分比误差值的标绘图;然而,在图5的示例性情况中,数据被标绘为直方图。通知人/机接口 28把示例性百分比误差标绘为直方图可以类似于把百分比误差值标绘为散布图,与直方图相对比,不同之处在于可以使用不同的空白表单窗口来用于散布图,或者如图3中所图示,标绘机构在表单窗口 72内是可选择的。至此的讨论说的是一般的统计数据,并且给出了计算百分比误差的特定例子。然而,百分比误差的计算仅仅是示例性的,这是因为存在许多统计计算,所述统计计算可以被应用于在历史记录单元22中保持的历史数据值,这对人/机接口 28的用户来说可能是有用的。说明书现在开始描述统计数据更进一步的但并非是限制性的例子,其中依照各个实施例来计算所述统计数据。可以依照各个实施例计算的统计数据的一个示例性例子是计算在历史记录单元 22中保持的历史数据值的流的标准偏差。特别地,并且不论确切地是在哪里计算,可以在任何指定的开始和停止日期和/或时间内计算所监视、驱动或计算的参数的标准偏差。在另外的其它实施例中,可以在历史数据值的活动窗口上计算示例性标准偏差,并且可以在显示设备32上标绘计算的标准偏差。物理过程10的参数的高的标准偏差可以指出在物理过程10中的缺陷或困难,而平均值可能未必会示出这种缺陷或困难。在其它情况下,高标准偏差可以指示监视设备(例如,温度发送器,压力发送器)的即将发生的故障。作为可以计算的统计数据的又一例子,并且不论执行所述计算的确切位置在何处,可以计算在任何指定的开始和停止日期和/或时间内的一组历史数据值的平均值,并且在一些情况下可以在活动窗口内计算所述平均值。作为又一例子,统计数据可以是使用历史数据值流的物理过程10的未知值的统计估计。未知值的估计可以在任何指定的开始和停止日期和/或时间内进行,或者统计估计可以在数据值的活动窗口上进行。尽管可以使用任何统计估计技术来估计物理过程10 的未知值,但是依照至少一些实施例,所述估计可以实现用于减小计算误差的多个系统中的任何一个。例如,统计估计可以使用贝叶斯估计器和矩量法估计器。此外,可以实现其它误差减小技术,诸如最大后验(MAP)、最小方差无偏估计器(MVUE)、最佳线性无偏估计器 (BLUE)、马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)、卡尔曼滤波器、恩赛博卡尔曼滤波器(EnKF)、维纳滤波器以及其它统计估计技术。统计估计的示例性例子是两个并行计量流的情形。如果在计量流适当操作的大部分情形下,在两个计量流之间存在45% /55%的流量拆分,则在计量流之一出现故障的情况下,可以对通过故障的计量流的未知流量值进行统计估计。作为统计数据的又一例子,可以基于与在历史记录单元22中维持的两个或多个数据点相关联的历史信息来执行数据挖掘。数据挖掘可以确定在历史数据值的不同流中的多个流之间是否存在任何关系。作为统计数据的又一例子,依照至少一些实施例,可以在历史记录单元22维持的任何两个数据点的相应值之间计算皮尔森积矩相关(Product-Moment correlation)。作为可以计算的统计数据的又一例子,对于与历史记录单元22维持的数据点相关联的数据值的任何流,可以执行线性和/或非线性回归分析。例如,所述分析可包括通过使用线性回归、贝叶斯线性回归、绝对偏差最小化、分位数回归和非参数回归的最小二乘曲线拟合,所有这些都依据指定的开始和停止日期和/或时间或在值的活动窗口内。作为可以计算的统计数据的又一例子,统计计算可以包括来自在指定的开始和停止日期和/或时间内或者值的活动窗口内的方差分析(ANOVA)。作为可以计算的统计数据的又一例子,可以对与在历史记录单元22内保持的历史数据值相关的预测未来值执行在频域或时域上的时间序列预测。作为最后一组例子,统计数据可以进一步包括标准化测试,包括诸如标准偏差、累积百分数、百分位等值、Z分数、T分数、标准9 (standard 9’ s)和标准9中的百分数之类的计算,所有这些均在指定的开始和停止日期和/或时间或值的活动窗口内计算。如以上讨论所说明的,依照各实施例基本上可以实现可向用户展现感兴趣信息的任何统计计算。图6图示了依照至少一些实施例的计算机实现方法。特别地,该方法可以通过人/ 机接口观实现。该方法开始(框600)并且继续至处理器接受要检索的数据点(框604)。 在至少一些实施例中,通过使用户能够借助于图形用户接口从第一窗口拖动数据点并且把所述数据点放到第二窗口中来接受该数据点。接下来,处理器与分布式过程控制系统的活动历史记录单元通信(框608)。基于该通信(框608),计算机实现的方法从历史记录单元检索关于物理过程的历史数据(框612)。在检索历史数据之后,计算机实现的方法基于接收到的历史数据值来计算统计数据,其中在历史记录单元中没有跟踪所述统计数据(框 616)。特定类型的统计数据在每种实现中可以变化。例如,统计数据可以是基于来自历史记录单元22的数据值的两个流的百分比误差值的流。在其它实施例中,统计数据可以是来自历史记录单元22的数据值的流的标准偏差。在另外的其它实施例中,统计数据可以是根据从历史记录单元22检索到的数据使用物理过程的一系列已知数据值对所述物理过程的一系列未知值的估计。在另外的其它实施例中,统计数据可以是对从历史记录单元22检索到的数据值进行数据挖掘的结果。在任何示例性实施例中,当物理系统使历史数据值不可使用时(即使该历史数据值存在),可以将这种历史数据值的多个部分标记为在计算统计数据中被忽略。不论所计算的统计数据确切是什么,在计算统计数据之后,该计算机实现的方法可以在显示设备上标绘统计数据(框620)并且此后该方法结束(框624)。虽然图6说明了人/机接口观执行统计数据的计算,但是在其它实施例中由历史记录单元22来执行该计算。可以从人/机接口观省略历史数据的检索(框612)和统计数据的计算(框616), 并且历史记录单元22执行所述统计数据的计算(框616)。图7图示了依照至少一些实施例的处理单元700。处理单元700可以是图1的任何处理单元,诸如分布式处理单元16、(与人/机接口 28相关联的)处理单元30、(与历史记录单元22相关联的)处理单元M或流量计算机18。特别地,处理单元700包括通过桥接设备7 耦合到存储设备724的处理器722。尽管只示出了一个处理器722,但是可以等效地实现多个处理器系统以及其中“处理器”具有多个处理核心的系统。处理器722可以是任何当前可用的或日后开发的处理器,诸如可从加利福尼亚州桑内维尔市的AMD公司或者加利福尼亚州圣克拉拉市的htel公司获得的处理器。处理器722通过处理器总线 7 耦合到桥接设备726,并且存储器7 通过存储器总线730耦合到桥接设备728。存储器7M是任何易失性或任何非易失性存储设备,或存储设备阵列,诸如随机存取存储器(RAM)设备、动态RAM设备、静态DRAM (SDRAM)设备、双数据速率DRAM (DDR DRAM)设备或磁RAM(MRAM)设备。
桥接设备726包括存储器控制器并且断言(assert)控制信号来读取和写入存储器724,所述读取和写入由耦合到所述桥接设备726的处理器722和其它设备来完成(即, 直接存储器存取(DMA))。存储器724是处理器722的工作存储器,用于存储由处理器722 执行的程序并且存储由在所述处理器722上执行的程序使用的数据结构。在一些情况下, 在存储器724中保持的程序在执行之前从其它设备(例如,下面讨论的硬盘驱动器734)中复制。桥接设备726不仅把处理器722桥接到存储器724,而且把处理器722和存储器 724桥接到其它设备。例如,示例性处理单元700可以包括输入/输出(I/O)控制器732, 用于把各个I/O设备对接到处理单元700。在示例性处理单元700中,I/O控制器732使得能够耦合并使用非易失性存储设备、指点设备744和键盘736,所述非易失性存储装置诸如硬盘驱动器(HD) 734、“软盘”驱动器736 (和相应的“软盘”738)以及光驱动器740 (和相应的光盘742)(例如,光盘(⑶),数字多用途光盘(DVD))。在处理单元700是与人/机接口 28相关联的处理单元的情况下,键盘746和指点设备744可以分别对应于图1的键盘34和指点设备36。在图7的处理单元700是分布式处理单元16的情形下,可以省略与历史记录单元22相关联的处理单元24或流量计算机18、键盘746和指点设备744。在处理单元 700是分布式处理单元16或流量计算机18的情况下,另外可以省略硬盘驱动器734、软盘驱动器736和光驱动器740。更进一步地,在处理单元700是与历史记录单元22相关联的处理单元24的情况下,I/O控制器732可以用多个驱动控制器来代替,诸如用于RAID系统的驱动控制器。仍然参照图7,桥接设备726进一步把处理器722和存储器724桥接到其它设备, 诸如图形适配器748和网络适配器750。图形适配器748如果存在的话是用于读取显示存储器并且利用在所述显示存储器中表示的图形图像来驱动显示设备或监视器752的任何适当的图形适配器。在一些实施例中,图形适配器748内部包括存储区域,其中通过处理器722和/或在存储器724和图形适配器748之间的DMA权限把图形原语写入到所述存储区域。图形适配器748通过任何适当的总线系统耦合到桥接设备726,诸如外围组件互连 (PCI)总线或高级图形端口(AGP)总线。在一些实施例中,图形适配器748与桥接设备726 集成。图1的人/机接口 28可以包括图形适配器,而分布式处理单元16、(与历史记录单元22相关联的)处理单元24和流量计算机18可以省略图形适配器。网络适配器750使得处理单元700能够在计算机网络20上(图1)与其它处理单元通信。在一些实施例中,网络适配器750通过硬接线连接(例如以太网)提供访问,并且在其它实施例中,网络适配器750通过无线联网协议(例如IEEE 802. 11(b),(g))提供访问。如上所述,当示例性处理单元700与人/机接口 28相关联时,处理单元700可以是计算机,由此用户与分布式处理单元16 (例如,为了编程与控制物理过程10相关的控制回路)、流量计算机18以及还有历史记录单元22相交互。此外,为执行上述示例性方法而实现和执行的程序可以被存储在示例性处理单元700的任何计算机可读储存介质(例如, 存储器724,光学设备742,“软盘”设备738或硬盘驱动器734)中和/或从中执行。至此所讨论的各实施例都是关于控制系统的;然而,在历史记录单元耦合到处理单元的任何情形下,可以使用在历史记录单元中保持减少的数据作为历史数据值并且基于所述历史数据值来计算统计数据的功能。图8图示了诊断套件800直接耦合到超声波流量计802的替代实施例。特别地,诊断套件800可以包括直接(或本地)耦合到显示设备806 以及键盘808和指点设备810的处理单元804。处理单元804可以与历史记录单元22的处理单元24(图1)的形式和构造类似。在关于由超声波流量计802生成的数据值的流的此示例性情况下,在这些替代实施例中的处理单元804以及因此诊断套件800运行程序,所述程序执行关于物理过程的数据值的多个流的历史记录功能。示例性超声波流量计802可以产生数据流,诸如在多个换能器的换能器对之间的超声波信号传播时间、声音速度测量以及通过超声波流量计802的即时流量。超声波流量计802仅仅示例了可以耦合诊断套件的处理单元,并且其它例子包括控制系统的流量计算机和分布式处理单元。除了相对于由超声波流量计802生成的数据执行历史记录功能之外,并且依照至少一些实施例,示例性诊断套件800还可以从用户接收计算并未作为历史数据值来维持的统计数据的请求。在图8中所示出的实施例中,接收计算统计数据的请求可以通过键盘 808、指点设备810和显示设备806来进行,但是在替代实施例中,接收所述请求可以通过经由计算机网络耦合的另一处理单元来进行。此外,接收对计算统计数据的请求可以通过以上讨论的拖放技术来进行。不管用来接收请求的确切机构是什么,由诊断套件800来计算统计数据。因此,图 8的实施例明确描述了在相同的处理单元中实现人/机接口和历史记录的情形。一旦计算了统计数据,则标绘统计数据。在一些情况下,在直接耦合的显示设备806上标绘统计数据。在其它实施例中,标绘图或者也可能是统计数据本身,可以被发送到远程耦合(即,通过非内部的计算机网络)的显示设备并且在远程耦合的显示设备上标绘。任何或所有上述示例性统计数据以及标绘技术均可同样地应用于图8的实施例中。根据这里提供的描述,本领域技术人员能够容易地组合利用适当的通用或专用计算机硬件创建的软件,以创建依照各个实施例的计算机系统和/或其它计算机子组件、创建用于执行各个实施例的方法的计算机系统和/或计算机子组件、和/或创建用于存储用来实现各个实施例的方法方面的软件程序的一个或多个计算机可读储存介质。以上讨论意在说明本发明的原理和各种实施例。一旦充分理解以上公开内容,许多变化和修改对本领域技术人员来说将变得显而易见。例如,以上讨论和术语基于分布式过程控制(DCS)系统;然而,可以在基于耦合到可编程逻辑控制器(PLC)的监督控制和数据获取(SCADA)单元的系统(可以被称为SCADA系统)中实现类似的功能。使用SCADA的系统可以包括在主干通信网络上耦合到一个或多个PLC单元的一个或多个SCADA单元。PLC 单元控制物理过程(例如,离散或布尔控制,以及“连续”控制,诸如比例积分微分),并且 SCADA单元收集关于物理过程的信息并且向系统用户提供监测控制。换句话说,一旦被编程,则PLC单元自主地用来控制物理过程的一部分或全部,并且SCADA单元存储历史数据并且提供用于控制状态的窗口,以使得用户能够做出控制改变(例如,流量设置点改变,等级设置点改变)。因此,可以看出由SCADA单元提供的功能是非常类似于(如果不相同的话) 上面讨论的人/机接口和历史记录单元。此外,由PLC提供的功能非常类似于(如果不相同的话)上面讨论的分布式处理单元。在SCADA系统和DCS系统之间的术语差异大体上只是在于应用该系统的产业。对于工厂(例如,烃加工工厂、电厂)而言使用DCS系统术语, 而对于工厂自动化而言使用SCADA术语。然而,为了本公开和权利要求的目的,在此说明书中就DCS系统而言所讨论的发明贡献同样适用于在SCADA术语下讨论的系统,并且因此制造商用不同的名称来指代组件的事实(例如,是PLC而不是分布式处理单元,以及是SCADA 而不是历史记录单元和/或人/机接口)并不会回避侵权。更为广泛地,发明贡献适用于在其设计内包括历史记录功能的任何SCADA、PLC、诊断和/或实时监视套件。权利要求旨在被解释为包含所有这样的变化和修改。
权利要求
1.一种系统,包括流量计算机,所述流量计算机被配置成监视在处理单元外部的物理过程; 历史记录单元,所述历史记录单元通过计算机网络耦合到所述流量计算机,所述历史记录单元被配置成接收关于所述物理过程的数据,并且被配置成把所述数据存储在非易失性储存设备中,以及人/机接口(HMI),所述人/机接口(HMI)通过所述计算机网络耦合到所述历史记录单元,所述HMI被配置成从所述历史记录单元检索关于所述物理过程的历史数据值; 计算未在所述历史记录单元中保持的统计数据,所述计算基于所述历史数据值;以及在显示设备上标绘所述统计数据。
2.如权利要求1所述的控制系统,其中,当所述HMI计算所述统计数据时,所述HMI被配置成执行以下各项组成的组中选择的至少一个基于历史数据值的两个流来计算多个百分比误差值,历史数据值的每个流与所述物理过程的被监视或驱动的参数相关联;计算与所述物理过程的被监视或驱动的参数相关联的历史数据值的流的标准偏差;使用在检索到的历史数据值中所述物理过程的历史数据值的流来估计所述物理过程的未知值的流;对所述历史数据值执行数据挖掘。
3.如权利要求1所述的控制系统,其中,HMI进一步被配置成通过从第一窗口拖动数据点并且把所述数据点放到第二窗口中来接受要使用的所述数据点。
4.如权利要求1所述的控制系统,其中,所述历史记录单元和所述人/机接口是相同的计算机系统。
5.一种控制系统,包括 处理单元,包括处理器;存储器,所述存储器耦合到所述处理器,所述存储器存储控制程序,所述控制程序当由所述处理器执行时使所述处理器监视在所述处理单元外部的物理过程;历史记录单元,所述历史记录单元通过计算机网络耦合到所述处理单元,所述历史记录单元包括 处理器;非易失性储存设备,所述非易失性储存设备耦合到所述处理器; 存储器,所述存储器耦合到所述处理器,所述存储器存储历史记录程序,所述历史记录程序当由所述处理器执行时使所述处理器接收关于所述物理过程的数据,并且把所述数据存储在所述非易失性储存设备中;人/机接口(HMI),所述人/机接口(HMI)通过所述计算机网络耦合到所述历史记录单元,所述人/机接口包括 显不设备;处理器,所述处理器耦合到所述显示设备;存储器,所述存储器耦合到所述处理器,所述存储器存储趋势程序,所述趋势程序当由所述处理器执行时使所述处理器从所述历史记录单元检索关于所述物理过程的历史数据值;计算未在所述历史记录单元中保持的统计数据,所述计算基于所述历史数据值;以及在所述显示设备上标绘所述统计数据。
6.如权利要求5所述的控制系统,其中,所述处理单元是从由以下各项组成的组中选择的至少一个耦合到计量设备的流量计算机;被配置成实现在所述物理过程内的控制策略的分布式处理单元。
7.如权利要求5所述的控制系统,其中,当所述HMI的处理器计算所述统计数据时,所述趋势程序进一步使所述处理器基于历史数据值的两个流来计算多个百分比误差值,历史数据值的每个流与所述物理过程的被监视或驱动的参数相关联。
8.如权利要求5所述的控制系统,其中,当所述HMI的处理器计算所述统计数据时,所述趋势程序进一步使所述处理器计算与所述物理过程的被监视或驱动的参数相关联的历史数据值的流的标准偏差。
9.如权利要求5所述的控制系统,其中,当所述HMI的处理器计算所述统计数据时,所述趋势程序进一步使所述处理器使用在检索到的历史数据值中的所述物理过程的历史数据值的流来估计所述物理过程的未知值的流。
10.如权利要求5所述的控制系统,其中,当所述HMI的处理器计算所述统计数据时,所述趋势程序进一步使所述处理器对所述历史数据值执行数据挖掘。
11.如权利要求5所述的控制系统,其中,在计算所述统计数据之前,所述趋势程序进一步使所述处理器基于物理系统的配置来确定特定的历史数据值是否能使用,并且当所述物理系统使所述历史数据值不能使用时把该历史数据值标记为在计算所述统计数据时被忽略。
12.如权利要求5所述的控制系统,其中,所述趋势程序进一步使所述处理器通过从第一窗口拖动数据点并且把所述数据点放到第二窗口中来接受要使用的所述数据点。
13.如权利要求5所述的控制系统,其中,所述历史记录单元和人/机接口是相同的设备。
14.一种控制系统,包括 处理单元,包括处理器;存储器,所述存储器耦合到所述处理器,所述存储器存储控制程序,所述控制程序当由所述处理器执行时使所述处理器监视在所述处理单元外部的物理过程;历史记录单元,所述历史记录单元通过计算机网络耦合到所述处理单元,所述历史记录单元包括 处理器;非易失性储存设备,所述非易失性储存设备耦合到所述处理器; 存储器,所述存储器耦合到所述处理器,所述存储器存储历史记录程序,所述历史记录程序当由所述处理器执行时使所述处理器接收关于所述物理过程的数据,并且把所述数据存储在所述非易失性储存设备中;人/机接口(HMI),所述人/机接口(HMI)通过所述计算机网络耦合到所述历史记录单元,所述人/机接口包括 显不设备;处理器,所述处理器耦合到所述显示设备;存储器,所述存储器耦合到所述处理器,所述存储器存储趋势程序,所述趋势程序当由所述处理器执行时使所述处理器从用户接收要计算所述历史记录单元中未被跟踪的统计数据的请求,该要计算的请求基于关于所述物理过程的数据;向所述历史记录单元发送关于统计数据计算的请求;接收统计数据;以及在所述显示设备上标绘所述统计数据;所述历史记录程序进一步使所述历史记录单元的处理器计算所述统计数据并且向所述HMI提供所述统计数据。
15.如权利要求14所述的控制系统,其中,所述处理单元是从由以下各项组成的组中选择的至少一个耦合到计量设备的流量计算机;被配置成实现在所述物理过程内的控制策略的分布式处理单元。
16.如权利要求14所述的控制系统,其中,当所述历史记录单元的处理器计算所述统计数据时,所述历史记录程序进一步使所述处理器基于数据值的两个流来计算多个百分比误差值,数据值的每个流与所述物理过程的被监视或驱动的参数相关联。
17.如权利要求14所述的控制系统,其中,当所述历史记录单元的处理器计算所述统计数据时,所述历史记录程序进一步使所述处理器计算与所述物理过程的被监视或驱动的参数相关联的数据值的流的标准偏差。
18.如权利要求14所述的控制系统,其中,当所述历史记录单元的处理器计算所述统计数据时,所述历史记录程序进一步使所述处理器使用在检索到的数据中的所述物理过程的一系列已知数据值来估计所述物理过程的一系列未知数据值。
19.如权利要求14所述的控制系统,其中,当所述历史记录单元的处理器计算所述统计数据时,所述历史记录程序进一步使所述处理器对在所述历史记录单元内存储的数据值执行数据挖掘。
20.如权利要求14所述的控制系统,其中,在计算所述统计数据之前,所述历史记录程序进一步使所述处理器基于物理系统的配置来确定数据值是否能使用,并且当所述物理系统使所述数据值不能使用时把数据值标记为在计算所述统计数据时被忽略。
21.如权利要求14所述的控制系统,其中,所述趋势程序进一步使所述HMI的处理器通过从第一窗口拖动数据点并且把所述数据点放到第二窗口中来接受要使用的所述数据点。
22.如权利要求14所述的控制系统,其中,所述历史记录单元和所述人/机接口是相同的设备。
23.一种用于存储程序的计算机可读介质,所述程序当由处理器执行时使所述处理器与历史记录单元通信;从所述历史记录单元检索关于物理过程的历史数据值;基于检索到的历史数据值来计算在所述历史记录单元中未被跟踪的统计数据,以及在显示设备上标绘所述统计数据。
24.如权利要求23所述的计算机可读介质,其中,当所述处理器计算统计数据时,所述程序进一步使所述处理器对所述历史数据值执行数据挖掘。
25.如权利要求23所述的计算机可读介质,其中,当所述处理器计算所述统计数据时, 所述程序进一步使所述处理器基于所述历史数据值的数据值的第一流和数据值的第二流来计算百分比误差值的流。
26.如权利要求23所述的计算机可读介质,其中,当所述处理器计算所述统计数据时, 所述程序进一步使所述处理器在所述历史数据值的数据值的流的数据值的活动窗口上计算标准偏差。
27.如权利要求23所述的计算机可读介质,其中,当所述处理器计算所述统计数据时, 所述程序进一步使所述处理器使用所述历史数据值来估计所述物理过程的未测量的数据值。
28.如权利要求23所述的计算机可读介质,其中,在处理器计算所述统计数据之前,所述程序使所述处理器基于当存储数据值时物理系统的配置来确定数据值是否有效,并且当所述物理系统的配置使所述数据值不能使用时把数据值标记为在计算所述统计数据时被忽略。
29.如权利要求23所述的计算机可读介质,其中,当所述处理器计算所述统计数据时, 所述程序进一步使所述处理器通过使得用户能够利用图形用户接口从第一窗口拖动数据点并且把所述数据点放到第二窗口中来接受要检索的所述数据点。
30.一种系统,包括第一处理单元,所述第一处理单元被配置成生成关于物理过程的数据值的多个流,数据值的每个流与数据点有关;第二处理单元,所述第二处理单元耦合到所述第一处理单元,所述第二处理单元被配置成维持每个数据点的历史数据值;从用户接收要计算未作为历史数据值来维持的统计数据的请求,该要计算的请求基于关于所述物理过程的历史数据值;以及计算所述统计数据。
31.如权利要求30所述的系统,其中,所述第二处理单元进一步被配置成执行以下各项组成的组中选择的至少一项向远程耦合的显示设备发送所述统计数据;以及在直接耦合的显示设备上标绘所述统计数据。
32.如权利要求30所述的系统,其中,所述第一处理单元是从由以下各项组成的组中选择的至少一项超声波流量计;流量计算机;以及控制系统的分布式处理单元。
全文摘要
在控制系统中计算和标绘统计数据。至少一些示例性实施例是一种系统,包括流量计算机,被配置成监视处理单元外部的物理过程;历史记录单元,通过计算机网络耦合到所述流量计算机(所述历史记录单元被配置成接收关于所述物理过程的数据,并且被配置成把所述数据存储在非易失性储存设备中);以及人/机接口(HMI),通过所述计算机网络耦合到所述历史记录单元。所述HMI被配置成从历史记录单元检索关于物理过程的历史数据值,计算并未保持在所述历史记录单元中的统计数据,所述计算基于所述历史数据值,并且在显示设备上标绘所述统计数据。
文档编号G06F17/30GK102171678SQ200980139636
公开日2011年8月31日 申请日期2009年7月15日 优先权日2008年10月15日
发明者劳森·H·拉姆赛 申请人:丹尼尔度量和控制公司

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