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1、用于批性能估计的装置和方法专利名称：用于批性能估计的装置和方法技术领域：本发明一般涉及过程控制系统，更具体地讲，本发明涉及确定与批处理的性能相关的估计和/或预测。背景技术： 通常，能将处理分为三个种类连续处理、半连续处理、以及批处理。连续处理是以连续的速率对原始材料或馈送元素进行操作，以在输出端产生连续的产品流的过程。连续处理的例子包括石油冶炼处理、维生素C生产处理、以及某些大量日用化学品制造处理。处理变量的值，例如温度、压力、流速等，通常在连续处理中的任何位置不随时间变化，保持相同。批处理是对作为一组的一定有限量的原始材料或馈送元素进行操作，并随时间的推进而迫使这些馈送元素通过一系列处理步骤
2、，以在完成这些处理步骤时生产出输出产品的处理。一般情况下，在处理步骤的操作期间，不向批处理引入新的馈送元素。批处理的例子包括啤酒制造、一些药品的制造、以及许多特殊化学药品的生产。过程变量的值，例如温度、压力、流速等，通常在批处理中的一或多个位置上随时间变化。半连续处理是其中具有批处理成分的连续处理。通常，半连续处理对连续供给的原始材料进行操作，以产生连续的输出产品流，例如还拥有一组混合器，在过程中的某一阶段在一定的时间段内该混合器混合一定量的将要处理的材料。对于批处理(以及半连续处理的批处理成分)，基于过去或当前的处理变量，例如温度和压力，来估计批处理的未来状态，这可能是有益的。例如，处理状态
3、或变量估计可以使用户确定特定批处理的最终输出将是否是可以接受的。如果估计最终产品输出将低于可接受的标准，则例如可以立即中止批处理。或者，可以是批处理超过批处理所需的所预期时间，以致于所输出的产品将可接受。然而，精确地估计批处理的未来状态，通常十分困难、十分耗时、和/或十分昂贵。因此，在一种通常的方案中，批处理操作员可以记录成功的批处理的处理条件。然后，在相继的批处理中，操作员可以尝试着精确地维持接近于已知成功的批处理的那些批处理条件的批处理条件。在这一方案中，假设如果维持批处理条件接近于已知成功的批处理的批处理条件，则最终的批处理状态应接近于已知成功的批处理的最终的批处理状态。但是，其它不能精
4、确地控制的未测量条件或条件可以影响最终的批处理状态。因此，即使精确维持了许多批处理条件，批处理的最终结果也可能不同于已知成功的批处理的最终结果。在另一个通常的方案中，可以推导数学方程(即，参数模型)，来估计处理的反应速率，其中该方程为所测量的处理条件的函数。然后，可以对该方程进行积分，以生成对批处理当前状态的估计。然而，这样一个考虑了许多处理条件的方程的推导，通常是极其困难的。因此，通过进行各种假设来简化所推导的方程，从而产生仅提供粗略近似的反应速率的方程。因此，根据这样一个方程来对批处理的当前状态的任何估计，仅提供了对批处理的当前状态的粗略近似。根据本发明的实施例，提供了用于生成估计批处理的
5、性能的方法和装置。总体上讲，无参数模型生成多个与批处理相关联的反应速率估计。例如，在批处理期间，每一个反应速率估计可以对应于特定的时间。可以对多个反应速率估计进行积分，以生成特定时间时的批处理的性能的估计。在其它实施例中，提供了用于训练无参数模型的技术。总体上讲，在批结束时，无参数模型生成对性能的估计。在结束时，可以把这一估计与该批的实际性能的测量结果进行比较。可以使用估计和测量结果之间的误差来调整无参数模型。相类似，可以使用来自多个批处理的数据，多次对无参数模型进行调整。在又一些实施例中，可以根据由无参数模型所生成的多个反应速率估计来生成额外的信息。例如，可以生成特定时间时的批处理的性能和对
6、应时间时的模型批处理的性能之间的差的估计。可以使用这一估计来生成额外的信息。例如，可以确定所预期的结束时间时的性能的预测。作为另一个例子，可以确定在性能达到所希望的值之前的剩余时间的估计。当参照以下的详细描述及附图时，将可最好地理解此处所描述的实例的特性和优点，其中图1是一个实例处理工厂的方框图；图2是一个方框图，示意性地说明了图1中的实例控制器；图3是一个方框图，示意性地说明了图1中的实例工作站；图4是一个方框图，说明了系统中的信息流的实例，例如该系统为图1中的处理工厂；图5是用于生成批处理的性能估计的方法的一个实施例的流程图；图6是批性能估计器的一个实施例的方框图；图7是用于训练图6的批性
7、能估计器的方法的一个实施例的流程图；图8是批性能估计器的另一个实施例的方框图；图9是用于在结束时间时生成批处理的性能预测的方法的一个实施例的流程图；图10是用于生成在批处理的性能达到所希望的值之前的剩余时间的估计的方法的一个实施例的流程图；图11是批性能估计器的又一个实施例的方框图；图12是用于在结束时间时生成批处理的性能预测的方法的另一个实施例的流程图；图13是用于生成在批处理的性能达到所希望的值之前的剩余时间的估计的方法的另一个实施例的流程图；图14是批性能估计器的再一个实施例的方框图；以及图15是用于生成图14的增益调整的方法的一个实施例的流程图。具体实施例方式图1是一个实例处理工厂10
8、的方框图。处理工厂10包括一个或多个节点12、14、16、18以及20。在图1的这一实例处理工厂10中，节点12、14以及16中的每一个节点均包括经由输入/输出(I/O)设备24连接到一个或多个现场设备22和23的处理控制器12a、14a、16a，例如，其中I/O设备24可以为Foundation Fieldbus接口、HART接口等。也可以经由网络30，将控制器12a、14a以及16a同样连接到节点18和20中的一个或多个主机或操作员工作站18a和20a，例如，网络30可以包括一条或多条总线、诸如EthernetLAN的有线局域网络(LAN)、无线LAN、广域网络(WAN)、Intranet
9、等。尽管通常将控制器节点12、14、16和与其相关联的输入/输出和现场设备22、23和24定位在有时很严酷的工厂环境中或将它们分布于整个这样的环境中，但通常将操作员工作站节点18和20定位在控制室中或其它控制器人员容易接近的不太严酷的环境中。总体上讲，可以使用节点18和20的工作站18a和20a来存储和执行用于配置和监视处理工厂10、和/或用于管理处理工厂10中的设备22、23、24和控制器12a、14a、16a的应用程序。另外，也可以将数据库32连接于网络30，并作为数据历史学家和/或配置数据库运作，其中存储着下载于和/或存储在节点12、14、16、18以及20中的处理工厂10的当前配置。控
10、制器12a、14a、16a中的每一个均可存储和执行通过使用多个不同的、独立执行的控制模块或块来实现控制策略的控制器应用程序，例如，控制器12a、14a、16a可以为Emerson Process Management公司所销售的DeltaVTM。每一个控制模块均可由通常叫做功能块的功能块构成，其中，每一个功能块是完整控制例程的一部分或子例程，并与其它功能块相结合(经由叫做链路的通信)来运行，以实现处理工厂10中的处理控制回路。如人们十分熟悉的，通常，功能块执行下列功能之一输入功能(例如该输入功能是与发送器、传感器、或其它处理参数测量设备相关联的)、控制功能(例如该控制功能是与执行PID、模糊逻
11、辑的控制例程等相关联的控制)、或控制一些设备的操作(例如阀)的输出功能，以执行处理工厂10中的一些物理功能。当然，也存在和可利用混合型或其它类型的功能块。尽管Fieldbus协议和DeltaVTM系统协议可以使用面向对象程序设计协议中所设计和所实现的控制模块和功能模块，但也可以使用任何所希望的程序设计方案来设计这些控制模块，例如，这些程序设计方案包括顺序功能块、阶梯逻辑等，而且不局限于使用功能块或任何其它特定的程序设计技术来设计这些控制模块。如通常所为，将如存储在处理控制节点12、14以及16中的控制模块的配置存储在由工作站18a和20a所执行的应用程序可访问的配置数据库32中。在图1中所说明
12、的系统中，连接到控制器12a、14a和16a的现场设备22和23可以为标准的4-20混合放大器设备(ma device)，也可以为智能现场设备，例如HART、Profibus或Foundation Fieldbus设备，该智能现场设备包括处理器和存储器。这些设备中的某些设备，例如Foundation Fieldbus现场设备(图1中标有标号23的)，可以存储和执行与控制器12a、14a和16a中所实现的控制策略相关联的模块或子模块，例如功能块。当然，现场设备22和23可以为任何类型的设备，例如传感器、阀、发送器、定位器等，以及I/O设备24可以为符合任何所希望通信或控制器协议，例如符合HART
13、、Foundation Fieldbus、Profibus等的任何类型的I/O设备。控制器12a、14a、16a中的每一个均包括处理器，该处理器实现或监视一个或多个存储在存储器中的处理控制例程，该处理控制例程可以包括存储在其中的控制回路或与其相关联的控制回路。控制器12a、14a、16a与现场设备(22、23)、工作站(18a、20a)、以及数据库32进行通信，以按任何所希望方式控制处理。也可以对控制器12a、14a、16a中的每一个进行配置，以按任何所希望方式来实现控制策略或控制例程。在一个实施例中，控制器12a、14a、16a使用通常叫做功能块的功能块来实现控制策略，其中，每一个功能块是整
14、个控制例程的一部分(例如，子例程)，并与其它功能块相结合(经由叫做链路的通信)运行，以实现处理工厂10中的处理控制回路。通常，功能块执行下列功能之一输入功能，例如与发送器、传感器、或其它处理参数测量设备相关联的输入功能；控制功能，例如与执行PID、模糊逻辑等的控制例程相关联的控制；或控制一些设备的操作(例如阀)来执行处理工厂10中的某些物理功能的输出功能。当然，也存在混合型或其它类型的功能块。例如，当使用这些功能块时通常的情况是，可以将功能块存储在控制器12a中并且由控制器12a加以执行，或将它们与标准的4-20混合放大器设备(ma device)和某些类型的智能现场设备(例如HART设备)相
15、关联，也可以在使用Fieldbus设备的情况下，将它们存储在现场设备本身中和由现场设备本身加以实现。图2是实例控制器12a(控制器14a和16a可以包括相同的或类似的设备)的方框图。控制器12a可以包括至少一个处理器40、易失性存储器44、以及非易失性存储器48。例如，易失性存储器44可以包括随机存取存储器(RAM)。在某些实施例中，可以由一或多个电池支持RAM，以致于在断电的情况下不丢失数据。例如，非易失性存储器48可以包括一个或多个硬盘、只读存储器(ROM)、致密盘ROM(CD-ROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、数字通用盘(DVD)、闪速存储
16、器等。控制器12a还可以包括控制器输入/输出(I/O)设备52。也可以经由地址/数据总线56互连处理器40、易失性存储器44、非易失性存储器48以及控制器I/O设备52。在某些实施例中，可以经由独立于地址/数据总线56的总线(未示)来将易失性存储器44、非易失性存储器48以及控制器I/O设备52中一个或多个连接到处理器40，或直接连接到处理器40。控制器12a还可以包括经由一条双向总线64连接于处理器40的双向缓冲器60。可以经由一条双向总线68把缓冲器60连接于多个I/O电路24(图1)。经由控制器I/O设备52把控制器12a连接于网络30。可以把与控制节点12、14、16相关联的用户接口存储在一个或多个工作站18a和20a上并且由一个或多个工作站18a和20a将其执行。图3是实例工作站18a的方框图(工作站20a可以包括相同的或类似的设备)。工作站18a可以包括处理器70、易失性存储器74、以及非易失性存储器78中的至少一个。例如，易失性存储器74可以包括RAM。在某些实施例中，可以由一
