监控工业过程的方法

监控工业过程的方法
【专利摘要】在历史数据库中连续存储由控制工业过程的实际自动化系统提供的多个实际控制输入和实际过程测量值。同时，在未来数据库中连续存储由基于模拟模型的虚拟自动化系统提供的多个预测控制输入和过程测量值。在操作者屏幕上既显示基于来自所述历史数据库的数据的、直到当前时间的所述工业过程的过去操作，又显示基于来自所述未来数据库的数据的、从当前时间起的所述工业过程的预测未来操作。
【专利说明】监控工业过程的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明总体上涉及通过自动化系统对工业过程的控制。
【背景技术】
[0002]过程控制或自动化系统用于自动地控制诸如化工厂、油精炼厂、造纸和纸浆厂以及发电厂等工业过程。过程自动化系统通常使用网络互连各种系统组件，诸如传感器、致动器、控制器以及操作者终端。过程自动化涉及使用计算机技术和软件工程来帮助发电厂和工厂更有效、更安全地运行。
[0003]过程模拟是基于模型用软件表示工业过程和单元操作，用于研究和分析实际或理论系统的行为和性能。模拟研究不在现实系统上实施，而是在为研究一定系统的动态和特性的目的而建立的系统模型上(通常基于计算机)实施。任何模型的目的是使其用户能够通过研究和分析模型响应得出关于实际系统的结论。开发模型而不分析实际系统的主要原因包括经济的原因、“真实”系统的不可用性、以及出于更深入地理解系统元件之间的关系的目的。
[0004]过程模拟总是使用引入近似和假设、但允许描述实际数据可能无法覆盖的很大范围的特性(诸如温度和压力)的模型。模型还允许在一定限度内内插和外推，并且使得能够搜索已知特性的范围之外的条件。在过程自动化中，模拟器不仅可以使用测量值来显示工厂如何工作，还可以模拟不同的操作模式并找到工厂的最优策略。
[0005]模拟可以用于任务或情境训练领域，以允许操作者预测一定情况并能够做出适当的反应，以及能够基于一些标准来测试和选择替代方案，以测试为什么在所考虑的系统的操作中发生某些现象，以获得对关于哪些变量对性能最重要以及这些变量如何相互作用的了解，以识别出过程中的瓶颈，以便更好地理解系统实际是如何运行的(相对于人们认为其如何运行)，以及比较替代方案并且降低决策的风险。
[0006]基本的过程模拟器在运行时没有与所模拟的过程的实时连接。另一方面，跟踪模拟器具有使其行为适应于现实情况的能力。跟踪模拟器是与实际过程并行地实时运行并且设置有至实际过程的连接的过程模拟器。更具体而言，跟踪模拟器从实际过程接收过程测量值，并且能够通过将实际过程测量值与模拟器输出相比较来校正其自身的行为(模型)。PCT/FI2010/050564公开了这样的跟踪模拟器的示例。
[0007]US2008/0027704公开了一种过程工厂内的实时同步控制与模拟。模拟器与实际控制系统以及实际过程并行运行。操作者可以在操作的两种替代模式之间切换模拟器:跟踪模式和预测模式。在跟踪模式中，模拟器可以基于来自实际过程的数据校正或更新其模型。在预测模式中，模拟器在某未来时间范围上实施对过程控制系统的模拟，以实施例如“假设”情景。在预测模式中，模拟器对应于没有与所模拟过程的实时连接而运行的基本过程模拟器。
[0008]扰动进入或影响过程，而且往往驱使受控因变量远离其期望值或设定条件。典型的扰动包括产品需求的改变或者进料供应的改变。控制系统必须调整因变量，使得保持自变量的设定值不受扰动影响。如果设定值改变，则自变量必须改变以将受控变量调整到其新的期望值。
[0009]尽管存在不同之处，但是连续过程工业均有如下基本的特点:其在设施中保持具有很大启动成本和时间却可以被轻微的扰动中断或扰乱的连续操作。如果产品流被扰乱或过程未优化运行，则所损失的生产率和所损失的产品可能造成较大的经济负担。所以，操作者实时监测和监视过程非常重要。控制室是用于管理诸如工业过程的大型系统的中心设施。要求作为大型系统的操作者更有效地实施、使用更先进的控制系统、并且承担更多的义务和责任，控制室设备的开发者力求提高操作者与其系统有效地交互的能力。
[0010]现代化过程工厂产生必须经常存储并高效处理以供日后分析的大量实时数据。所有测量值、设定值、控制器输出、设备状态、电机启动、警报、操作跟踪等可以存储到所谓的历史数据库中。历史数据库可以与控制系统的其他部分(诸如控制、工程和控制室功能体)集成在一起。借助于随时间从过程工厂采集的历史数据，能够建立示出数据随时间的过程趋势的趋势图。在现代控制室中，较长历史趋势通常对用户是可得的。由于全部过程发生变化，单个的点测量值可能是误导性的。显示随时间的历史数据增进了对过程的实际性能的理解。

【发明内容】

[0011]本发明的一个目的是提供一种工业过程的改进监控方案。通过所附独立权利要求的主题来实现本发明的这一目的。在从属权利要求中公开本发明的优选实施例。
[0012]本发明的一个方案为一种监控工业过程的方法，包括:
[0013]在历史数据库中连续存储由控制工业过程的实际自动化系统提供的多个实际控制输入和实际过程测量值；
[0014]在未来数据库中连续存储由基于所述工业过程的模型的虚拟自动化系统提供的多个预测控制输入和过程测量值；以及
[0015]在图形化用户界面上在同一图形化趋势图中既显示基于来自所述历史数据库的数据的、直到当前时间的所述工业过程的过去操作，又显示基于来自所述未来数据库的数据的、从当前时间起的所述工业过程的预测未来操作。
[0016]根据本发明的实施例，所述历史数据库中的实际控制输入和过程测量值实时覆盖(overwrite)或替换所述未来数据库中带有相同时间戳的相应预测控制输入和过程测量值。
[0017]根据本发明的实施例，所述方法包括在所述未来数据库中存储未来动作和/或设定值(setpoint)并且在所述图形化用户界面上显示相应的趋势。
[0018]根据本发明的实施例，所述方法包括:
[0019]将协作数据提供至另一自动化系统，或从另一自动化系统提供协作数据，所述协作数据包括以下中的一个或多个:未来动作、未来设定值、未来趋势、未来过程测量值、未来过程控制、未来警报；
[0020]将所述协作数据存储在所述未来数据库中；
[0021]在产生和显示图形化趋势视图时使用所述协作数据。
[0022]根据本发明的实施例，所述方法包括:在所述虚拟自动化系统中跟踪所述实际自动化系统的状态。
[0023]根据本发明的实施例，所述方法包括:在所述虚拟自动化系统中的预测或模拟中跟踪实际过程的过程状态。
[0024]根据本发明的实施例，所述方法包括:在所述虚拟自动化系统中以比实际控制输入和过程测量值的实时速度快的速度产生所述预测控制输入和过程测量值。
[0025]根据本发明的实施例，所述方法包括:基于存储在所述未来数据库中的数据在所述图形化用户界面上产生和显示未来警报。
[0026]根据本发明的实施例，所述方法包括:在所述图形化用户界面上显示时间线控制工具；用户使用所述时间线控制工具以数据的所需分辨率和/或所需时间跨度，在时间上往回移动以分析所述历史数据库中的过去事件，并且在时间上向前移动以分析所述未来数据库中的未来事件。
[0027]本发明的另一方案是一种系统，用于实现根据上述实施例中任一个所述的方法，包括:实时自动化系统，连接到工业过程；虚拟自动化系统，能够比实时更快地运行；图形化用户界面；历史数据库；以及未来数据库。
[0028]本发明的又一个方案是一种计算机程序，包括程序代码，用于当所述程序运行在计算机上时实施根据上述实施例中任一个所述的方法。
[0029]本发明的另一个方案是一种计算机程序产品，包括存储在计算机可读介质上的程序代码手段，用于当所述程序产品运行在计算机上时实施根据上述实施例中任一个所述的方法。
【专利附图】

【附图说明】
[0030]在下文中，将通过示例性实施例参照附图更详细地描述本发明，附图中:
[0031]图1是示出根据本发明示例性实施例的系统的框图；
[0032]图2是示出在历史数据库和未来数据库中存储标签的示例的简化框图；
[0033]图3A示出根据本发明的示例性实施例可以显示在操作者用户界面上的示例性趋势图，并且图3B、图3C、图3D、图3E、图3F示出在图形用户界面上显示历史数据和未来数据的进一步示例；
[0034]图4示出显示在图形用户界面上的时间线和缩放工具的示例；
[0035]图5是示出根据本发明示例性实施例的虚拟自动化系统的框图；以及
[0036]图6是根据本发明的又一示例性实施例的系统的框图。
【具体实施方式】
[0037]图1中示出本发明的示例性实施例。本发明可以与任何自动化系统(过程控制系统)4以及任何工业过程2等相关联地应用。工业过程2可以包括但不限于:诸如纸浆造纸、油脂精炼、石油化工和化学工业等处理工业中的过程、或者发电厂中的过程等。自动化系统有各种架构。例如，自动化系统4可以是在本领域中均已知的直接数字控制(DDC)系统、分布式控制系统(DCS)或现场控制系统(FCS)。这样的非集中式自动化系统的一个示例是美卓(Metso)提供的美卓DNA (DNA，动态应用网络)。控制诸如造纸厂的整个工厂的生产活动的自动化系统的中央处理单元常被称为控制室，控制室可以由一个或多个控制室计算机/程序和过程控制计算机/程序以及自动化系统的数据库组成。自动化系统4可以包括过程总线/网络和/或控制室总线/网络，不同的过程控制组件或计算机通过这些总线/网络彼此联接。控制室总线/网络可以互连自动化系统4的用户界面组件。控制室总线/网络可以是局域网，例如，基于标准以太网技术的局域网。过程总线/网络则可以互连过程控制组件。过程总线/网络可以例如基于确定性令牌传递协议。过程控制器还可以连接到控制室网络，使得过程控制器和用户界面之间可以通信。然而，必须理解的是，并不意图将本发明的应用范围限制于自动化系统4的任何具体的实现。
[0038]由自动化系统4控制的过程2通常可以包括大量现场设备，诸如工厂范围(现场)中的致动器、阀门、泵和传感器。有各种替代方式来布置自动化系统4和过程2 (例如现场设备)之间的互连，诸如双线双绞线环(4到20毫安模拟信号)、HART (高速可寻址远程换能器)协议、以及其他现场总线(例如现场总线(Fieldbus)和过程现场总线(PTOfibus))。然而，可以理解的是，自动化系统4和过程2之间、例如控制室和现场设备之间互连的类型或实现可以基于任何一个上述的替代方案，或基于任何上述的组合，或基于任何其他实现。由于工厂在很长一段时间中逐步更新和扩展，所以实际工厂配置可以包括并且通常包括并行的几种类型自动化线或现场总线。
[0039]过程测量值y (k)可以包括过程2中诸如流量、压力、温度、阀门位置等的任何所需变量或属性的任何测量值。这些过程变量可以用布置在过程工厂的现场中的专用传感器测量。从自动化系统4到进程2的过程控制(输入)u (k)可以包括但不限于对现场设备的控制输入。
[0040]操作者或用户可以经由自动化系统的用户界面6监测和控制自动化系统4。通过用户界面，用户可以监测从自动化系统4接收到的所显示的测量值数据y(k)和过程控制u(k)，并且向自动化系统4提供动作(action)和设定值。在图1所示的示例性实施例中，测量值数据y (k)、过程控制u (k)和动作以及设定值r (k)可以存储在数据库8中或数据库8的被称为历史数据库8A的部分中。历史数据可以包括在操作期间从自动化系统和过程获得的测量值、设定值、控制器输出、设备状态、电机启动、警报、操作跟踪等中的部分或全部。数据库8可以是通常被称为标签数据库的数据库，其中包含被称为标签(tag)或点的数据元素。标签可以表示由系统4监测或控制的单个输入或输出值。标签可以是“硬”的或“软”的。硬标签表示系统4内的实际输入或输出，而软标签是由应用到其他点的逻辑和数学运算得到的。标签通常存储为数值-时间戳对:数值及其被记录或计算时的时间戳。一系列数值-时间戳对给出标签的历史。可选地，历史数据库8可以随标签存储附加的元数据，诸如警报信息。历史数据库8可以存储来自大量标签的数据，例如很长时间段(历史长度)上的数千或数万个标签，主要的限制因素是数据库的存储容量。标签的采集周期、即两个样品的采集(采样)之间的时间可以由用户选择，例如从大约为0.1秒到几天或几周。例如，对于不同的标签或不同的用户可以有不同的采集周期和/或历史长度。趋势历史的长度由可用的数据库容量、例如硬盘空间限制。根据示例性实施例，历史数据库可以是圆形缓冲器，即如果数据库达到其最大存储容量，则自动删除和覆盖较旧的数据。
[0041]控制室中的操作者用户界面6可以基于在操作者控制台中运行并且允许用户监测、监视和控制过程的人机界面(HMI)。操作者用户界面的目的是通常借助于键盘和鼠标控制的显示来有效地操作和控制工厂系统，其中在该显示上以图形形式呈现大量过程信息(图形用户界面，⑶I)。此界面的主要方案是利用来自过程的反馈的图形动画，其有助于操作者做出操作决策，例如进行动作和改变设定值来操作该过程。操作者用户界面还可以包括数据浏览和分析功能、配置工具和警报显示。在稳定的操作中，显示在主控制室中的操作者界面可以示出工厂系统的综合状态和功能状态。操作者一看就可以知道工厂系统的整体状态，即所有组件的全局状态。如果出现问题，则受控组件显示为错误并且操作者可以访问其详细状态，例如打开针对该被监视组件的显示器。此界面可以帮助操作者定位故障来源，并且如可能则会建议纠正措施。在操作者用户界面中，需要的是，应基于对操作者显见的和可识别的明确一致的模型以有意义和有用的方式有目的地组织所显示的信息，将相关事项放在一起而分开非相关事项，区分不同的事项并且使相似的事项彼此相像。
[0042]为了向过程工业中的操作者提供改进的用户界面环境，根据本发明的示例性实施例，还可以提供预测控制输入u’(k)、预测过程测量值y’(k)以及预测动作和设定值r’(k)，并将其存储在历史数据库8中。所存储的预测数据在本文中也被称为未来数据，并且数据库8的存储未来数据的部分也被称为未来数据库SB。操作者可以经由操作者用户界面6做出预测动作或设定预测设定值r’(k)。可以由虚拟自动化系统、诸如利用过程模型和模拟器的虚拟自动化系统或基于统计预测(例如回归(regression)模型和/或平均信息(entropy))的虚拟自动化系统，来产生预测控制输入u’(k)、预测过程测量值y’(k)以及任何其他未来数据。换而言之，历史数据库部分8A存储从工业过程的过去操作直到当前时间(即当前的实时情形)所采集的过程历史数据，而未来数据库部分8B存储预测的过程“历史”数据，该数据表示从当前时间(即当前的实时情形)起直到经过所需时间跨度的未来的工业过程的未来操作。这在图2示意性地示出，其中从当前时刻Π(现在)、过去一小时前Π(-1h)以及过去两小时前Π (_2h)等的系统采集的标签存储在历史数据库8A中。类似地，
未来一小时后UI (+lh)、未来两小时后UI (+2h)、......未来五小时后UI (+5h)等的模拟/
预测过程未来操作的未来标签存储在未来数据库8B中。在时间上的一个采集周期之后，来自实际过程的历史数据标签将覆盖(即替换)先前存储在未来数据库8B中的带有相同时间戳的未来标签。参照图2所示的示例，一小时时间后即在+Ih时刻采集的实际过程标签将覆盖/替换先前存储的具有相同时间戳+Ih的未来标签Π (+lh)。应理解的是，历史数据库8A和未来数据库SB可以是虚拟数据库，并且可以仅基于时间戳来限定历史数据库8A和未来数据库8B之间的边界，即从过去到当前(现在)的时间戳指向历史数据库8A，而晚于当前时点的时间戳指向未来数据库SB。因此，边界随实际时间(现在)不断地滑动。历史数据库8的物理配置是无关紧要的，其可以包括单一的连续缓冲器数据库(诸如圆形缓冲器)、可以随时间在边界区域中彼此重叠的一对连续历史缓冲器数据库和连续未来缓冲器数据库、分布式数据库或者任何其他数据库配置。
[0043]图3A示出可能在根据本发明实施例原理的操作者用户界面6上显示的示例性趋势图。在该示例图中，可以有三个不同的窗口或区域:动作31、动作趋势32以及历史趋势
33。在本示例中，动作窗口 31可以显示动作列表310和控制工具312，动作列表310包括过程组件25M-100和25FC-100 (诸如泵)的动作，控制工具312用于设定实时和未来的动作以及设定值r(k)和r’(k)。动作趋势窗口 32可以图形化地将动作示为时间线中的趋势，包括来自从过去到当前时间(现在)的趋势的过去(历史)动作和设定值以及从当前时间到未来的预测(未来)动作和设定值。类似地，历史趋势窗口 33可以示出历史趋势，包括直到当前时间(现在)的过去(历史)测量值y (k)和控制u (k)的历史趋势部分，以及预测(未来)测量值y’(k)和控制u’(k)的预测趋势部分。因此，可以在与来自过程历史数据库的任何其他趋势相同的屏幕上(例如在同一图表或绘图中)并且在相同时间线中显示未来趋势(预测趋势)。换而言之，在具有共同时间线的同一画面中，显示在自动化系统用户界面上的历史趋势可以延伸为还包括趋势预测(并且带有警报和事件)。与必须记住所有未来动作和趋势、或者对未来动作或趋势一无所知的情况相比，使未来动作和趋势显示在屏幕上更容易管理过程情况。由于在同一屏幕上显示实时做出的或设定为在未来做出的校正动作的结果，所以从故障情况的恢复也更快。操作者可以立即看到在一定过程情况中发生了什么或将发生什么以及事件的顺序如何进行或将如何进行。通过使用时间线和缩放功能，操作者可以在时间上前后移动并得到所需分辨率的数据。操作者可以“重播”存储在历史数据库8中的过去和未来事件。时间线和缩放工具可以是例如图形滑动控制器，其中可以将指针或调节“钮”沿时间线滑动至过去或未来所需的点，其中可以显示存储在历史数据库8中的更详细的过程数据以分析过程情况。图4示出这样的图形化时间线和缩放工具的示例。如果由历史数据判定过程以现有和/或未来的动作和设定值从当前情况继续到未来，则还可以预测未来警报并将其存储在未来数据库中或警报列表中，使得操作者可以获得未来可能发生的故障情况的警报。这样的警报预测的示例可以包括缺乏原料的警报或废物箱已满的警报，而取决于所讨论的具体过程可以预测任何警报。
[0044]让我们更详细地考虑图3A所示的示例性趋势图。借助于控制滑条和“激活”、“删除”和“取消”按钮，操作者可以设定下列未来动作r’(k)，未来动作r’(k)写入未来数据库8B并具有未来时间戳:25M-100将在时刻tl停止；25FC_100将在时刻t2进入本地模式；25FC-100将在时亥Ij t3被控制至Ij spl=100的水平；以及25FC-100将在时刻t4被控制到spl=50的水平；以及25FC-100将在时刻t5返回到远程模式。这些未来动作还显示在动作趋势窗口 32中。在窗口 33中历史趋势的未来部分中显示预测测量值y’(k)和控制u’(k)，所述预测测量值y’(k)和控制u’(k)是基于历史(实际)数据和未来动作r’(k)计算的并被存储在未来数据库8B中。因此，根据本发明实施例的操作者用户界面可以通过未来趋势显示过去和未来动作的累积结果，使得操作者能够在实际过程中实现这样的结果之前事先看到该结果。未来控制动作和趋势可以与其他历史数据同时显示在屏幕上，并且操作者可以持续了解到未来的结果，而无需记住它们或在实际模式和未来模式之间切换。
[0045]应当理解的是，本发明的实施例的原理可以应用于向操作者提供任何类型的图形化未来表征，图3A仅示出其中一个示例。作为进一步示例，可以使用任何图形化的图表或数据表征(诸如柱状图、饼图、条形图、线形图、其他类型的图表、趋势等)来显示历史和/或未来数据。历史数据和未来数据可以显示在单个窗口中，或者历史数据和未来数据可以显示在相同屏幕上的分开的窗口中。如此分开的历史窗口和未来窗口可以彼此靠近，使得其在屏幕上建立连续的趋势，如图3B所示，或者历史窗口和未来窗口可以在屏幕上布置为彼此水平或竖直间隔开，如图3C所示。作为再进一步示例，分开的历史视图或窗口和未来视图或窗口可以显示在分开的屏幕上，如图3D所示。用户可以在当前显示在屏幕上的任何控制视图上选择性地打开或关闭(激活和停用)历史和/或未来窗口。
[0046]图3E示出示例图，其中历史和未来数据显示为包括过程组件的图形表征的过程控制视图的一部分。在所示的示例中，蒸馏过程的历史数据和未来数据被描绘为联合的趋势，其中历史数据描绘为实线并且未来数据描绘为虚线。类似地，历史数据和未来数据可以显示为任何过程控制视图的一部分。
[0047]图3F示出另一示例图，其中历史数据和未来数据显示为包括过程组件的图形表征的过程控制视图的一部分。在所示的示例中，燃气轮机的历史数据和未来数据描绘在当前显示在屏幕上的燃气轮机控制视图上打开的分开的窗口中，这例如是通过用户点击燃气轮机控制视图上所需的图标或组件来实现。用户可以例如通过点击窗口中的适当图标来关闭历史和未来窗口。类似地，历史数据和未来数据可以选择性地显示为任何过程控制视图的一部分。
[0048]图5示出根据本发明的又一示例性实施例的虚拟自动化系统10。示例性虚拟自动化系统10可以包括克隆(复制)的过程控制系统50、状态估计器52和模拟器/预报器54。模拟器54的单元过程模型可以包括模拟器状态(X)的描述、控制和扰动(U)的列表、测量值(y)的列表、描述状态更新的函数(f)、描述从状态(X)到测量值的映射的函数(g)。过程模型可以是确保快速模拟的离散时间模型，但也可以使用其他类型的模型。过程模型可以是非线性或线性模型。状态估计器52可以在时刻k (时间戳k)接收测量值y (k)和控制u(k)，并且使用例如函数X (k+l)=f (x (k)，u (k))产生下一个时刻k+1 (时间戳k+1)的下一个状态x(k+l)。估计器52可以设定有估计器增益(H)，其限定如何从实际测量值更新所产生的状态。从当前实时情况(时间戳k=0)开始模拟。通常，模拟可以以更快的速度实施，使得尽可能快地获得和更新所需时间跨度上的预测趋势。例如使用函数y (k+l)=g (x(k+1))，模拟器54可以从状态X产生未来测量值y’(k)和未来控制u’(k)。虚拟自动化系统50的克隆可以接收时间戳k的预测测量值y’(k)和未来动作以及设定r’(k)，并且产生时间戳k+1的预测控制u’(k+1)。所有未来数据或预测数据存储在未来数据库中并且带有相应的时间戳。同时，模拟器的状态可以跟踪实际过程2和实际自动化系统4的状态。因此，模拟可以总是从当前实时情况开始，并且由于模拟器随时准备用于假设分析，所以可以对模拟进行热启动。通过以下循环(loop)可以示出时间跨度从k=0到kmax的示例性预测过程:
[0049]重复
[0050]x=f (x, u)；
[0051]y=g (x)；
[0052]z=F (z, y, r)；
[0053]u=G (z);
[0054]k=k+l ；
[0055]直到k>kmax
[0056]参数z (k)表示过程控制系统4的应用程序(application)状态。图6示出用于实现本发明的再一个示例性实施例。带有实际控制应用程序602的实际自动化系统(例如过程控制站，PCS) 4经由实际过程界面606以类似于图1的方式控制实际工业过程2。所采集的历史数据、即测量值数据y (k)、过程控制u (k)和动作及设定值r (k)可以存储在历史数据库8A中。提供跟踪模拟器，其同时模型化工业过程2并且与工业过程2并行。跟踪模拟器602可以经由模拟接口 610接收与由自动化系统2对实际工业过程2提供的控制相同的控制。基于这些输入，带有其过程模型的跟踪模拟器608可以使用过程模型提供尽可能准确地表示实际过程输出的模拟(估计)过程输出。为了避免模型从实际过程2发散(divergence)，参数估计部604可以基于实际过程2的输出和跟踪模拟器608的输出之间的差异来校正、即更新跟踪模拟器608的参数和行为(模型)。
[0057]带有克隆的实际控制应用程序的虚拟自动化系统(虚拟过程控制系统)10可以经由虚拟控制1/0614和模拟接口 616控制预测模拟器618。预测控制输入u’(k)、预测过程测量值f (k)以及预测动作和设定值r’ (k)可以通过虚拟过程控制系统10存储在未来数据库8B中。在每次模拟之前，在实际过程控制系统4中的实际控制应用程序602的应用程序状态的复制620应复制到虚拟过程控制系统10中的克隆控制应用程序，以便保持更新虚拟过程控制系统10的实时状态并且与实际过程控制系统4同步。而且，在每次模拟之前，跟踪模拟器608的过程状态的复制622应复制到预测模拟器618，以确保模拟从尽可能接近实际过程的状态开始。
[0058]在本发明的实施例中，在工业工厂不同的部门或单元过程之间还可以存在沟通和协作。由一个部门或单元过程得到的预测对另一个部门或单元过程可能是有价值的信息。因此，可以从其他部门或过程接收所选择的一个或多个未来动作和设定值r’ (k)或其他未来数据。例如，虚拟自动化系统10可以接收以下信息:新的一批原料将在一定时间戳到达、或原料将改变、或将在一定时间运走最终产品、或其他过程或部门的操作者将进行影响过程预测的某一动作。类似地，这种协作信息可以从自己的系统转移到其他系统。这样的协作将提高预测的准确性，并有助于避免其他部门或单元过程中的动作导致的意外过程情况。
[0059]本文描述的技术可以通过各种手段来实现。例如，这些技术可以实现在硬件(一个或多个设备)、固件(一个或多个设备)、软件(一个或多个模块)或其组合中。对于固件或软件而言，可以通过实施本文所描述的功能的模块(例如，过程、函数等)来实现。软件代码可以存储在任何适当的处理器/计算机可读数据存储介质或存储单元中，并且由一个或多个处理器/计算机执行。数据存储介质或存储器单元可以实现在处理器/计算机内或实现在处理器/计算机的外部，在后一种情况下，其可以经由本领域已知的各种手段通信联接到处理器/计算机。此外，本领域技术人员应理解的是，本文描述的系统组件可以重新布置和/或通过额外的部件支持，以便有利于取得与其相关描述的各种方案、目的、优点等，并且本文描述的系统组件不限于给定附图中所列出的确切配置。
[0060]说明书和相关附图仅意在通过示例说明本发明的原理。在本说明书的基础上，各种替代实施例、变型和改变对于本领域技术人员是显而易见的。无意将本发明限制于本文所描述的示例，本发明可以在所附权利要求的范围和精神内变化。
【权利要求】
1.一种监控工业过程的方法，包括: 在历史数据库中存储由控制工业过程的实际自动化系统提供的多个实际控制输入和实际过程测量值； 在未来数据库中存储由基于所述工业过程的模型的虚拟自动化系统提供的多个预测控制输入和过程测量值；以及 在操作者显示器上以图形化方式既显示基于来自所述历史数据库的数据的、直到当前时间的所述工业过程的过去操作，又显示基于来自所述未来数据库的数据的、从当前时间起的所述工业过程的预测未来操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其中带有某一时间戳的新的实际控制输入和过程测量值覆盖或替换所述未来数据库中与相同时间戳一同存储的相应的预测控制输入和过程测量值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，包括: 在所述未来数据库中存储未来动作、设定值和/或警报，并且在操作者屏幕上显示相应的图像。
4.根据权 利要求1、2或3所述的方法，包括: 将协作数据提供至另一自动化系统，或从另一自动化系统提供协作数据，所述协作数据包括以下中的一个或多个:未来动作、未来设定值、未来警报、未来操作、未来过程测量值、未来过程控制； 将所述协作数据存储在所述未来数据库中； 在产生和显示关于所述未来操作的图像时使用所述协作数据。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，包括: 在所述虚拟自动化系统中跟踪所述实际自动化系统的状态。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，包括: 在所述虚拟自动化系统中的预测或模拟中跟踪实际过程的过程状态。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，包括: 在所述虚拟自动化系统中以实质上高于实际控制输入和过程测量值的实时速度的速度在后台中自动产生所述预测控制输入和过程测量值。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，包括: 响应于操作者实现的对至少一个预定参数的改变，在所述虚拟自动化系统中产生所述预测控制输入和过程测量值。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，包括: 基于存储在所述未来数据库中的数据，在所述操作者显示器上产生并显示未来警报。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，包括: 在所述操作者显示器上显示时间线控制工具； 操作者使用所述时间线控制工具以所需的分辨率和/或时间跨度，既在时间上往回移动以分析所述历史数据库中的过去事件，也在时间上向前移动以分析所述未来数据库中的未来事件。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，包括: 在所述操作者显示器上用以下图形化图表或数据表征中的一个或多个来显示历史数据和/或未来数据:柱状图、饼图、条形图、线形图、趋势等。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，包括: 在所述操作者显示器上在单个共同的窗口中或在分开的窗口中显示历史数据和/或未来数据。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，包括: 用户在显示在所述操作者显示器上的过程控制视图上选择性地打开和关闭历史窗口和/或未来窗口。
14.一种系统，用于实现根据权利要求1至13中任一项所述的方法的步骤，包括: 实时自动化系统，连接到工业过程； 虚拟自动化系统，能够比实时更快地运行； 图形化用户界面； 历史数据库；以及 未来数据库。
15.一种计算机程序，包括程序代码，用于当所述程序运行在计算机上时实施根据权利要求I至13中任一项所述 的方法。
【文档编号】G05B23/02GK103703425SQ201180072258
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2011年7月11日 优先权日:2011年7月11日
【发明者】马茨·弗里曼, 米卡·卡莱拉, 维莱·希耶塔宁 申请人:美卓自动化有限公司