ВЫЧИСЛЕНИЕ И ГРАФИЧЕСКОЕ ОТОБРАЖЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ
COMPUTATION AND GRAPHIC DISPLAY OF STATISTICAL DATA

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Управляющие системы управляют различными промышленными процессами. Например, управляющая система может управлять энергетической станцией, углеводородной перерабатывающей установкой или хлебобулочным комбинатом. Независимо от типа управляемой промышленной станции, управляющая система может содержать, в дополнение к компьютерным системам, исполняющим управляющие алгоритмы, по меньшей мере одну компьютерную систему, выполняющую функцию архивного сервера, собирающего данные и хранящего значения данных, относящихся к управляемому процессу.
[0002] При увеличении размеров и/или сложности управляемых процессов количество данных, собираемых и сохраняемых компьютерными системами, выполняющими функцию архивного сервера, может быть чрезвычайно большим. Таким образом, любой способ, позволяющий уменьшить количество данных, при необходимости сохраняемых в архивных серверах, и/или расширить функциональность, относящуюся к архивной информации, может обеспечить конкурентные преимущества для изготовителя распределенных систем управления технологическими процессами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0003] Далее подробно описаны различные варианты реализации изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
[0004] на фиг.1 показана управляющая система в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации;
[0005] на фиг.2 графически изображен пример механизма реализации архивного сервера в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации;
[0006] на фиг.3 графически изображен пример механизма информирования интерфейсной машины о требуемом статистическом вычислении;
[0007] на фиг.4 показана корреляционная диаграмма для примера статистических данных;
[0008] на фиг.5 показана гистограмма для примера статистических данных;
[0009] на фиг.6 проиллюстрирован реализованный при помощи компьютера способ в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации;
[0010] на фиг.7 показан блок обработки данных в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации;
[0011] на фиг.8 показана система в соответствии с некоторыми другими вариантами реализации.
ПРИМЕЧАНИЕ И ТЕРМИНОЛОГИЯ
[0012] В нижеследующем описании и формуле изобретения использованы некоторые термины, относящиеся к конкретным компонентам системы. Специалистам ясно, что компании, связанные с распределенным управлением технологическими процессами, могут использовать различные наименования для компонентов. В настоящем описании не проведены различия между компонентами, которые отличаются наименованием, а не функцией.
[0013] В нижеследующем описании и формуле изобретения термины "включающий" и "содержащий" использованы в неограничительном смысле и, таким образом, означают "включающий без ограничения". Кроме того, термин "соединение" или "соединения" относится к прямому или непрямому соединению. Таким образом, если первое устройство соединено со вторым устройством, то соединение может быть как прямым соединением, так непрямым соединением, реализованным посредством других устройств и соединений.
[0014] Термин "интеллектуальный анализ данных" относится к статистическому и/или логическому анализу наборов данных с определением отношений между различными потоками параметров физического процесса.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0015] Далее описаны различные варианты реализации настоящего изобретения. Хотя по меньшей мере один из этих вариантов реализации является предпочтительным, раскрытые варианты реализации не следует рассматривать или использовать как ограничивающие объем изобретения, в том числе объем формулы изобретения. Кроме того, специалистам станет ясно, что раскрытое ниже изобретение имеет широкое применение, а описанные варианты реализации предназначены исключительно для иллюстрации изобретения и не ограничивают его объем, включая объем формулы изобретения.
[0016] На фиг.1 показана управляющая система 1000, связанная с физическим процессом 10, в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации. Физический процесс 10 может быть любым физическим процессом, для контроля и управления которого использована управляющая система. Например, управляемый физический процесс 10 может относиться к установке для дозирования углеводородов (т.е. для предъявления счетов и/или передачи продукта потребителю), различным подсистемам энергетической станции, различным подсистемам углеводородной перерабатывающей установки или различным печам, конвейерам и смешивающим устройствам на заводе по производству пищевых продуктов. Независимо от конкретной природы физического процесса 10, различные температурные датчики, датчики давления, позиционеры клапанов, индикаторы положения клапанов и системы для управления двигателями при необходимости соединены с проиллюстрированными устройствами 12 ввода/вывода управляющей системы.
[0017] Как показано на фиг.1, управляющая система 1000 может содержать по меньшей мере один распределенный блок обработки данных. На фиг.1 показан частный вариант реализации распределенного блока 16 обработки данных. Однако в зависимости от размера и сложности физического процесса 10 может быть использовано любое количество распределенных блоков обработки данных, а поточный компьютер 18 (описан ниже) можно схожим образом считать блоком обработки данных. В соответствии с технологией распределенного управления процессом, каждый распределенный блок 16 обработки данных может быть физически размещен вблизи устройств 12 ввода/вывода, которые непосредственно с ним соединены. Кроме того, каждый блок 16 также может быть физически размещен вблизи конкретной части физического процесса 10, за работу которой он отвечает. В проиллюстрированном варианте реализации энергетической станции, управляемой системой 1000, распределенный блок обработки данных, например блок 16, и соединенные с ним устройства 12 могут отвечать за управление котлом, ввиду чего блок 16 может быть физически размещен рядом с котлом. Схожим образом, в проиллюстрированном варианте реализации энергетической станции блок 16 и соединенные с ним устройства 12 могут отвечать за управление турбиной и, таким образом, могут быть размещены рядом с турбиной, например в турбинном помещении.
[0018] Каждый блок 16 исполняет управляющее программное обеспечение, относящееся к его части физического процесса 10. Управляющее программное обеспечение может выполнять управляющие схемы на основе булевской логики (в некоторых случаях реализуемые в форме многоступенчатой логики) или обеспечивать управление с обратной связью, например управление по меньшей мере с одним пропорционально-интегрально-дифференциальным контуром обратной связи. В некоторых других вариантах реализации управляющее программное обеспечение может осуществлять управление физическим процессом 10 на основе нейронной сети. Кроме управления частями физического процесса 10, распределенные блоки 16, 18 также могут исполнять программы, вычисляющие значения расхода воды, пара и газа. Эти значения могут быть сохранены для последующего просмотра и/или использованы в качестве входных параметров, параметров обратной связи или параметров прямой связи, используемых в управляющем программном обеспечении при исполнении в блоке 16. В качестве блока 16 может быть использован, например, контроллер DeltaV MD, изготовленный компанией Management Emerson Process, Сент-Луис, штат Миссури, США.
[0019] Хотя некоторые распределенные блоки обработки данных выполнены многофункциональными и могут быть запрограммированы с возможностью отслеживания различных физических процессов и возможностью управления ими, проиллюстрированный на фиг.1 поточный компьютер 18 является примером блока обработки данных, предназначенного для решения конкретной задачи. В частности, компьютер 18 может быть предназначен и выполнен специально для интерфейсной связи с различными измерительными устройствами 14А и 14В, отслеживающими физический процесс 10. В качестве устройств 14 могут быть использованы, например, ультразвуковые измерители расхода или различные датчики давления и температуры, связанные с измерительной диафрагмой, используемой для потоковых вычислений. В случае использования измерительной диафрагмы компьютер 18 может считывать данные различных датчиков и вычислять расход текучей среды, протекающей через измерительную диафрагму. В случае использования ультразвуковых измерителей расхода компьютер 18 может считывать мгновенную скорость потока, определенную ультразвуковым измерителем. В некоторых вариантах реализации (например, в которых измерительные устройства 14 являются исключительно ультразвуковыми измерителями потока) компьютер 18 может быть исключен, а измерительные устройства в форме ультразвуковых измерителей потока могут быть непосредственно соединены с сетью связи и, таким образом, могут быть схожим образом рассмотрены как блоки обработки данных. Соединенный с измерительной диафрагмой, ультразвуковым измерителем потока или обоими устройствами компьютер 18 также может накапливать (суммировать) измеренные значения расхода за любой подходящий промежуток времени. Кроме того, компьютер 18 может осуществлять различные сигнальные функции (например, подавать сигналы тревоги при высоких и низких значениях потока или избыточном давлении), а также дополнительно управлять клапанами с выборочным переводом в работу или выводом из измерительной линии (например, в качестве функции общего потока). В качестве компьютера 18 может быть использован, например, поточный компьютер Daniel S600, изготовленный компанией Emerson Process Management. Кроме того, в качестве различных устройств 14 также могут быть использованы устройства компании Emerson Process Management. Таким образом, физический процесс, управляемый системой 1000, может относится как к промышленной установке в целом, так и к различным устройствам измерительной подсистемы.
[0020] В большинстве случаев, значения данных, отслеживаемые или вычисляемые конкретным распределенным блоком обработки данных, а также выходные значения, управляемые схожим образом, связаны с локально присоединенными устройствами (т.е. устройствами 12 ввода/вывода в случае блока 16 и измерительными устройствами 16 в случае компьютера 18). Однако блок 16 и компьютер 18 могут сообщаться друг с другом и другими устройствами посредством сети 20 связи. Таким образом, значения данных могут быть направлены от одного блока обработки данных к другому для облегчения выполнения назначенных задач, относящихся к физическому процессу 10. В соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации, в качестве сети 20 использована сеть типа Ethernet (т.е. сеть, определяющая физический уровень и уровень передачи данных модели открытого системного взаимодействия) с точным протоколом для информационного обмена (т.е. уровнями выше уровня передачи данных модели открытого системного взаимодействия), установленным конкретным разработчиком системы. Иными словами, хотя большинство управляющих систем использует основанную на Ethernet сеть 20, каждый разработчик может использовать частный протокол высокого уровня, подходящий для конкретных аппаратных средств и конфигураций разработчика.
[0021] Как показано на фиг.1, большинству пользователей управляющей системы также предпочтительно или необходимо иметь значения архивных данных, относящиеся к физическому процессу 10. В соответствии с различными вариантами реализации архивный сервер 22 выполнен в виде части управляющей системы 1000 и отвечает за сбор и хранение архивных данных, относящихся к физическому процессу 10. В частности, архивный сервер 22 может содержать блок 24 обработки данных, форма и конструкция которого могут быть выполнены сходными с формой и конструкцией блока 16, но который может исполнять различные прикладные программы и/или поддерживать различные операционные системы. Блок 24 соединен с энергонезависимым устройством 26 для хранения данных, в котором размещены значения архивных данных. В соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации в качестве энергонезависимого устройства для хранения данных использован жесткий диск или при необходимости матрица жестких дисков, управляемых в отказоустойчивом режиме, например матричная система недорогих дисков с избыточностью. В некоторых других иллюстративных вариантах реализации в качестве энергонезависимого устройства для хранения данных может быть использовано любое доступное в настоящее время или разрабатываемое устройство, в котором данные могут быть сохранены в энергонезависимом режиме, например оптические носители и устройства для хранения данных. В некоторых других вариантах реализации энергонезависимое устройство 26 может содержать различные устройства для хранения данных, например жесткие диски для последних значений архивных данных и накопители на оптических дисках или ленточные накопители для архивированных данных, к которым обращаются реже.
[0022] В некоторых вариантах реализации архивный сервер 22 собирает архивные данные путем опроса блоков обработки данных, например блока 16 и компьютера 18. В некоторых других вариантах реализации блоки обработки данных запрограммированы с возможностью периодической отправки выбранных данных архивному серверу 22. Например, значения данных для замедления движущихся параметров процесса могут отправляться блоками обработки данных архивному серверу 22 по меньшей мере каждую минуту, а параметры, значения которых меняются быстрее, могут отправляться архивному серверу 22 через меньшие промежутки времени (например, каждые две секунды или чаще).
[0023] Показанная на фиг.1 система 1000 также содержит человеко-машинный интерфейс 28. Как указывает такое наименование, в качестве человеко-машинного интерфейса 28 может быть использован механизм, посредством которого пользователь взаимодействует с остальным оборудованием системы 1000. Например, в качестве интерфейса 28 может быть использован механизм, посредством которого обеспечена инициализация контуров обратной связи, исполняемых блоком 16, и их соединение с входами и выходами соответствующих устройств ввода/вывода. В качестве интерфейса 28 также может быть использован механизм, посредством которого могут быть заданы и изменены различные параметры, используемые компьютером 18. Кроме того, в качестве интерфейса 28 может быть использован механизм, посредством которого оператор отслеживает физический процесс 10 и управляет этим процессом 10 (например, путем регулировки рабочей точки, отслеживания значений сигналов тревоги или изменения положения клапанов). Кроме того, в качестве интерфейса 28 может быть использован механизм, посредством которого технолог отслеживает тенденции физического процесса 10 и при необходимости вносит изменения на основании указанных тенденций в параметры настройки или алгоритм управления, исполняемый управляющим программным обеспечением блока 16.
[0024] Человеко-машинный интерфейс 28 может содержать блок 30 обработки данных, форма и конструкция которого могут быть сходными с формой и конструкцией блока 24 обработки данных архивного сервера 22. Тип и количество прикладных программ и/или операционная система блока 30 могут быть отличными от типа и количества прикладных программ и/или операционной системы других блоков обработки данных. Блок 30 соединен с устройством 32 отображения, например дисплеем на основе электронно-лучевой трубки или жидкокристаллическим дисплеем. Наконец, интерфейс 28 может содержать соединенные с ним клавиатуру 34 и указывающее устройство 36 для обеспечения возможности взаимодействия пользователя с прикладными программами, исполняемыми блоком 30.
[0025] В качестве интерфейса 28 может быть использован механизм, посредством которого технолог или другой специалист просматривает графические представления физического процессора 10 при помощи устройства 32. В качестве интерфейса 28 также может быть использован механизм, посредством которого специалист получает клапаны архивных данных от архивного сервера 22 и формирует графики или диаграммы по меньшей мере одного потока значений данных при помощи устройства 32. Например, технолог может направить интерфейсу 28 запрос на формирование временной диаграммы потока природного газа в соответствующей части физического процесса 10 (например, потока природного газа через конкретную измерительную линию из набора параллельных измерительных линий). Человеко-машинный интерфейс 28 направляет в архивный сервер 22 запрос о клапанах данных и при поступлении данных графически отображает их в виде временных диаграмм потока природного газа при помощи устройства 32.
[0026] В некоторых других вариантах реализации архивный сервер 22 может содержать программы, посредством которых обеспечена функциональность человеко-машинного интерфейса, с устранением необходимости наличия отдельных человеко-машинных интерфейсов и архивных серверов 22. Такая комбинация, в частности, может быть подходящей для физических процессов ограниченной сложности, например при использовании системы 1000 для измерения и отслеживания потоков углеводородов.
[0027] В известных управляющих системах при необходимости графического отображения пользователем, например технологом, статистических данных эти данные должны быть точкой данных, для которой архивный сервер 22 сохраняет значения архивных данных. Иными словами, в известных управляющих системах для отображения графика любого параметра (статистического или другого параметра) на устройстве 32 необходимо постоянно хранить значения архивных данных для этого параметра в архивном сервере 22. Если указанный параметр не является прямым представлением отслеживаемого или управляемого параметра физического процесса 10, то он должен быть сформирован на основании отслеживаемых и/или управляемых параметров физического процесса 10 (например, путем использования функционального блока в распределенном блоке 16), и параметра, сохраненного в форме потока значений данных для точки данных в архивном сервере 22. Такая технология может приводить к увеличению размера базы архивных данных, которой управляет архивный сервер 22 и размер которой непосредственно влияет на скорость работы архивного сервера 22, а также к увеличению количества и размера энергонезависимых устройств 26.
[0028] В соответствии с различными вариантами реализации, недостатки уровня техники по меньшей мере частично устранены посредством создания системы, которая вычисляет статистические данные на основании потоков значений архивных данных из архивного сервера 22 без необходимости фактического хранения архивным сервером указанных статистических данных. При необходимости просмотра и/или анализа статистических данных, относящихся к физическому процессу 10, пользователь делает запрос на вычисление статистических данных посредством человеко-машинного интерфейса 28. Значения архивных данных извлекают, а статистические данные вычисляют в любом подходящем месте (например, в человеко-машинном интерфейсе 28 или архивном сервере 22) и полученные статистические данные отображают на устройстве 32 человеко-машинного интерфейса 28 (например, в виде кривой нормального распределения, точечной диаграммы, графика зависимости от времени или другого параметра). Таким образом, количество данных, хранящихся в архивном сервере 22, может быть уменьшено по сравнению с вариантом, при котором необходимые статистические данные сохранены в виде потока значений данных для точки данных в архивном сервере 22 Кроме того, пользователь не ограничен только статистическими данными, сохраненными в архивном сервере 22, поскольку подходящие статистические данные, относящиеся к отслеживаемым и/или управляемым параметрам физического процесса 10, могут быть запрошены и отображены на устройстве 32. Ниже прежде всего описан пример механизма информирования человеко-машинного интерфейса 28 о требуемых статистических данных, а затем описаны некоторые примеры реализуемых статистических вычислений.
[0029] На фиг.2 показана конфигурация архивного сервера 22, основанная на перетаскивании и опускании, согласно по меньшей мере некоторым вариантам реализации. В частности, на фиг.2 в левом окне 60 показан список параметров 62 физического процесса 10, который при необходимости может быть сохранен или "заархивирован" в архивном сервере 22. В правом окне 64 показан список точек 66 данных, которые выбраны таким образом, что архивный сервер 22 поддерживает поток значений архивных данных для каждой выбранной точки данных. Кроме того, левое окно 60 и правое окно 64 совместно иллюстрируют механизм перетаскивания и опускания для выбора конкретной точки данных, сохраняемой в архивном сервере 22. Как показано на фиг.2, выбран параметр "профильный фактор" (например, путем нажатия и удержания при помощи указывающего устройства 36), который характеризует относительную скорость потока текучей среды в трубе на различных уровнях, а точка данных для профильного фактора перетащена в правое окно 64 и затем отпущена в нем (например, путем высвобождения кнопки указывающего устройства). Таким образом, этот способ перетаскивания и опускания обеспечивает выбор конкретной точки данных, отслеживаемой архивным сервером 22. Программное обеспечение, реализующее основанную на перетаскивании и опускании конфигурацию архивного сервера 22, может быть доступно из различных источников, например компании Emerson Process Management. В соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации, основанная на перетаскивании и опускании конфигурация архивного сервера 22 может быть реализована посредством сочетания программного обеспечения, исполняемого человеко-машинным интерфейсом 28, взаимодействующим" с программным обеспечением, исполняемым в архивном сервере 22.
[0030] В соответствии с различными вариантами реализации, вычисление и графическое отображение статистических данных могут быть реализованы путем перетаскивания и опускания сходно с описанным и проиллюстрированным на фиг.2 способом. В частности, на фиг.3 показаны окна, иллюстрирующие конфигурацию вычисления статистических данных в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации. В левом верхнем окне 70 показаны точки данных, для которых архивный сервер 22 поддерживает значения архивных данных. В качестве правого нижнего окна 72 использовано окно чистого бланка для информирования интерфейса 28 о требуемых статистических данных. Более конкретно, в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации, пользователь интерфейса 28 осуществляет выбор из списка возможных статистических вычислений. Каждое возможное статистическое вычисление связано с окном формы, в котором различные точки данных, используемые при статистическом вычислении, могут быть идентифицированы пользователем. В проиллюстрированном на фиг.3 варианте реализации, окно 72 формы использовано для вычисления процентной погрешности между двумя точками данных. Пользователь может перетаскивать и опускать точку данных из окна 70 в первое поле 74 значений окна 72 (указано стрелкой). После этого пользователь может выбирать еще одну точку данных из окна 70 и перетаскивать и опускать ее во второе поле 76 значений окна 72. После информирования интерфейса 28 о выбранных точках данных для вычисления процентной погрешности интерфейс 28 может извлекать из архивного сервера 22 значения архивных данных, связанные с выбранными точками данных, относящихся к физическому процессу, посредством взаимодействия через сеть 20 связи (фиг.1). После приема значений архивных данных интерфейс 28 вычисляет статистические данные, в качестве которых в проиллюстрированном варианте реализации использована процентная погрешность, по существу на основании следующего уравнения:
Процентная погрешность (%) = (Значение 1 - Значение 2)/Значение 1*100 (1),
где «Процентная погрешность» представляет собой процентную погрешность между двумя соответствующими значениями выбранных точек данных (например, значениями данных, соответствующими по времени), «Значение 1» является конкретной точкой данных, размещенной в поле 74, а «Значение 2» является конкретной точкой данных, размещенной в поле 76.
Иными словами, человеко-машинный интерфейс 28 вычисляет значения процентной погрешности на основании двух потоков значений архивных данных, в случаях когда эти потоки связаны с отслеживаемыми, управляемыми или вычисляемыми параметрами физического процесса 10. Интерфейс 28 графически отображает в некоторой форме на основании вычислений значения процентной погрешности.
[0031] В описанных выше вариантах реализации, интерфейс 28 извлекает значения архивных данных и выполняет вычисление необходимых статистических данных. Однако в некоторых других вариантах реализации интерфейс 28 может принимать от пользователя идентификацию вычисляемых статистических данных (например, путем выбора окна формы для конкретного вычисления), а затем указания относительно используемых в вычислениях точек данных. В некоторых других вариантах реализации интерфейс 28 самостоятельно не вычисляет статистические данные. Вместо этого, интерфейс 28 передает архивному серверу 22 посредством связи необходимое статистическое вычисление и используемые точки данных. Архивный сервер 22 извлекает клапаны архивных данных, связанные с указанными точками данных, вычисляет запрошенные статистические данные и затем отправляет их интерфейсу 28 для отображения при помощи устройства 32 отображения. Иными словами, с точки зрения самого интерфейса 28, интерфейс 28 принимает от пользователя запрос на вычисление статистических данных (в случае если они не отслежены в архивном сервере 22). После этого интерфейс 28 отправляет архивному серверу 22 запрос на вычисление статистических данных, принимает статистические данные от архивного сервера 22 и графически отображает их при помощи устройства 32.
[0032] Независимо от точного места вычисления статистических данных, пользователь системы имеет возможность просмотра и анализа статистических данных, хотя они не являются точкой данных, для которой архивный сервер 22 поддерживает значения архивных данных. На фиг.4 представлено графическое отображение статистических данных в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации. В конкретном случае, показанном на фиг.4, в качестве графического отображения значений процентной погрешности использована точечная диаграмма. На фиг.5 также представлено графическое отображение значений процентной погрешности между двумя точками данных; однако в случае, проиллюстрированном на фиг.5, в качестве графического отображения значений процентной погрешности использована гистограмма. Информирование интерфейса 28 о графическом отображении процентной погрешности в виде гистограммы может быть осуществлено сходно с информированием интерфейса о графическом отображении значений процентной погрешности в форме точечной диаграммы, за исключением того, что, в сравнении с графическим отображением в виде гистограммы, для точечной диаграммы может быть использовано другое окно чистого "бланка, или, как показано на фиг.3, механизм графического отображения может быть выбран в окне 72.
[0033] Выше речь шла о статистических данных в целом, и был описан конкретный пример вычисления процентной погрешности. Однако вычисление процентной погрешности является только примером, поскольку существуют различные статистические вычисления, которые могут быть применены к хранящимся в архивном сервере 22 значениям архивных данных и могут быть подходящими для пользователя интерфейса 28. Ниже описаны некоторые другие неограничительные примеры статистических данных, которые могут быть вычислены в соответствии с различными вариантами реализации.
[0034] Одним из примеров статистических данных, которые могут быть вычислены в соответствии с различными вариантами реализации, является среднеквадратичное отклонение потока значений архивных данных, хранящихся в архивном сервере 22. В частности, независимо от точного места вычисления, среднеквадратичное отклонение отслеживаемого, управляемого или вычисляемого параметра может быть вычислено в пределах любых заданных начальной и конечной дат и/или начального и конечного времени. В некоторых других вариантах реализации, среднеквадратичное отклонение может быть вычислено для движущегося окна значений архивных данных и графически отображено при помощи устройства 32. Большое среднеквадратичное отклонение параметра физического процесса 10 может указывать на недостатки или проблемы физического процесса 10, которые не обязательно отражены средними значениями. В некоторых других случаях большое среднеквадратичное отклонение может указывать на приближающийся отказ устройства отслеживания (например, температурного датчика, датчика давления).
[0035] Еще в одном примере вычисляемых статистических данных, независимо от точного места выполнения вычисления может быть вычислено среднее значение значений архивных данных в пределах любых заданных начальной и конечной дат и/или начального и конечного времени. В некоторых случаях среднее значение может быть вычислено в движущемся окне.
[0036] Еще в одном примере в качестве статистических данных может быть использована статистическая оценка неизвестных значений физического процесса 10 при помощи потока значений архивных данных. Оценивание неизвестного значения может быть осуществлено в пределах любых заданных начальной и конечной дат и/или начального и конечного времени или в движущемся окне значений данных. Хотя для оценивания неизвестных значений физического процесса 10 может быть использован любой способ статистической оценки, в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации при оценивании может быть использована любая система для уменьшения погрешности вычислений. Например, для статистической оценки могут быть использованы оценочные функции Байеса и оценки по методу моментов. Кроме того, могут быть использованы другие способы уменьшения погрешности, например метод апостериорного максимума, метод несмещенной оценки с минимальной дисперсией, метод наилучшей линейной несмещенной оценки, анализ Монте-Карло с использованием цепей Маркова, фильтры Кальмана, ансамбль фильтров Кальмана, фильтры Винера, и другие методы статистической оценки. Одним из примеров статистической оценки является случай двух параллельных измерительных потоков. Если в большинстве ситуаций, когда измерительные потоки работают надлежащим образом, существует разделение потоков в соотношении 45/55% между двумя измерительными потоками, то в случае отказа одного из измерительных потоков может "быть выполнена статистическая оценка для неизвестных значений потока посредством неисправного измерительного потока.
[0037] Еще к одному примеру статистических данных относится интеллектуальный анализ данных, выполняемый на основе архивной информации, связанной по меньшей мере с двумя точками данных, поддерживаемыми в архивном сервере 22. Интеллектульный анализ данных позволяет определить наличие каких-либо отношений между различными потоками значений архивных данных.
[0038] Еще в одном примере статистических данных, в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации, между соответствующими значениями для любых двух точек данных, поддерживаемых в архивном сервере 22, может быть вычислена корреляция Пирсона по смешанным моментам.
[0039] Еще в одном примере вычисления статистических данных, для любого потока значений данных, связанных с точкой данных, поддерживаемой в архивном сервере 22, может быть выполнен линейный и/или нелинейный регрессионный анализ. Например, такой анализ может включать построение кривой методом наименьших квадратов с использованием линейной регрессии, линейной регрессии Байеса, минимизации абсолютных отклонений, регрессии квинтилей и непараметрической регрессии в пределах любых заданных начальной и конечной дат и/или начального и конечного времени или в движущемся окне значений данных.
[0040] Еще в одном примере статистическое вычисление может включать дисперсионный анализ в пределах любых заданных начальной и конечной дат и/или начального и конечного времени или в движущемся окне значений данных.
[0041] Еще в одном примере вычисления статистических данных может быть выполнено прогнозирование временных рядов в частотной или временной области для прогнозирования будущих значений, относящихся к значениям архивных данных, сохраненных в архивном сервере 22.
[0042] В качестве заключительных примеров, статистические данные также могут включать стандартизированное испытание с вычислением, например, среднеквадратичного отклонения, суммарных процентов, процентильных эквивалентов, Z-показателей, Т-показателей, 9-балльных шкал и процентнов по 9-балльным шкалам в пределах любых заданных начальной и конечной дат и/или начального и конечного времени или в движущемся окне значений данных.
[0043] Как описано выше, в соответствии с различными вариантами реализации может быть выполнено по существу любое статистическое вычисление, которое может предоставить требуемую для пользователя информацию.
[0044] На фиг.6 проиллюстрирован реализованный с использованием компьютера способ в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации. В частности, проиллюстрированный способ может быть осуществлен посредством человеко-машинного интерфейса 28. Способ начинается с этапа 600 и переходит к этапу 604, на котором процессор принимает точки данных, подлежащие извлечению. По меньшей мере в некоторых вариантах реализации точки данных приняты путем обеспечения перетаскивания пользователем точек данных из первого окна и опускания их во второе окно посредством графического интерфейса пользователя. Далее, на этапе 608 процессор взаимодействует посредством связи с активным архивным сервером распределенной системы управления технологическим процессом. На основании взаимодействия посредством связи на этапе 608, архивные данные, относящиеся к физическому процессу, извлечены на этапе 612 из архивного сервера согласно реализованному с использованием компьютера способу. После извлечения архивных данных статистические данные, не отслеживаемые в архивном сервере, вычисляет на этапе 616 согласно реализованному посредством компьютера способу на основе на принятых значений архивных данных. Конкретный тип статистических данных может быть различным в каждом варианте реализации. Например, в качестве статистических данных может быть использован поток значений процентной погрешности, основанный на двух потоках значений данных из архивного сервера 22. В некоторых других вариантах реализации в качестве статистических данных может быть использовано среднеквадратичное отклонение потока значений данных из архивного сервера 22. В некоторых других вариантах реализации в качестве статистических данных может быть использована оценка последовательности неизвестных значений физического процесса, основанная на последовательности известных значений данных физического процесса из данных, извлеченных из архивного сервера 22. В некоторых других вариантах реализации статистические данные могут быть результатом интеллектуального анализа значений данных, извлеченных из архивного сервера 22. В любом из проиллюстрированных вариантов реализации игнорируемые при вычислении статистических данных части значений архивных данных могут быть маркированы, если физическая система делает такие значения непригодными даже в случае их наличия.
[0045] На этапе 620 любые вычисленные статистические данные могут быть графически отображены на устройстве отображения посредством реализованного с использованием компьютера способа, после чего предлагаемый способ завершается на этапе 624. Хотя на фиг.6 показан интерфейс 28, выполняющий вычисление статистических данных, в некоторых других вариантах реализации вычисление выполняет архивный сервер 22. Извлечение архивных данных (этап 612) и вычисление статистических данных (этап 616) посредством человеко-машинного интерфейса 28 могут быть опущены, а архивный сервер 22 выполняет вычисление статистических данных на этапе 616.
[0046] На фиг.7 показан блок 700 обработки данных в соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации. В качестве блока 700 может быть использован любой блок обработки данных, показанный на фиг.1, например распределенный блок 16 обработки данных, блок 30 обработки данных (связанный с интерфейсом 28), блок 24 обработки данных (связанный с архивным сервером 22) или поточный компьютер 18. В частности, блок 700 содержит процессор 722, соединенный с запоминающим устройством 724 посредством межсетевого устройства 726 связи. Хотя показан только один процессор 722, могут быть также использованы различные процессорные системы, а также системы, в которых процессор содержит процессорные ядра. В качестве процессора 722 может быть использован любой доступный или разрабатываемый в настоящее время процессор, например процессор, изготовленный компанией AMD, Саннивейл, штат Калифорния, США, или компанией Intel, Санта-Клара, штат Калифорния, США.
[0047] Процессор 722 соединен с межсетевым устройством 726 посредством процессорной шины 728, а запоминающее устройство 724 соединено с межсетевым устройством 728 посредством шины 730 запоминающего устройства. В качестве устройства 724 может быть использовано любое энергозависимое или энергонезависимое запоминающее устройство или матрица запоминающих устройств, например устройств оперативной памяти, устройств динамической оперативной памяти, устройств статической динамической оперативной памяти, устройств динамической оперативной памяти с двойной скоростью обмена данными или устройств магнитной оперативной памяти.
[0048] Межсетевое устройство 726 содержит контроллер памяти и генерирует управляющие сигналы для считывания из запоминающего устройства 724 и записи в него при помощи процессора 722, а также других устройств, соединенных с межсетевым устройством 726 (т.е. прямой доступ к памяти). Запоминающее устройство 724 выполняет функцию рабочей памяти для процессора 722, хранящей программы, исполняемые процессором 722, и структуры данных, используемые программами, исполняемыми процессором 722. В некоторых случаях программы, хранящиеся в запоминающем устройстве 724, скопированы из других устройств (например, из жесткого диска 734, как описано ниже) до их исполнения.
[0049] Межсетевое устройство 726 не только обеспечивает соединение процессора 722 с запоминающим устройством 724, но также обеспечивает соединение процессора 722 и запоминающего устройства 724 с другими устройствами. Например, блок 700 может содержать контроллер 732 ввода/вывода, обеспечивающий взаимодействие различных устройств ввода/вывода с блоком 700. В блоке 700 контроллер 732 обеспечивает соединение с энергонезависимыми запоминающими устройствами, например накопителем 734 на жестких дисках, накопителем 736 на гибких дисках (и соответствующим гибким диском 738), накопителем 740 на оптических дисках (и соответствующим оптическим диском 742, например компакт-диском или цифровым видеодиском), указывающим устройством 744 и клавиатурой 736, а также использование этих устройств. В случае если блок 700 связан с человеко-машинным интерфейсом 28, клавиатура 746 и указывающее устройство 744 могут соответствовать клавиатуре 34 и указывающему устройству 36, как показано на фиг.1 Если в качестве блока 700, показанного на фиг.7, использован распределенный блок 16 обработки данных, блок 24, связанный с архивным сервером 22, или компьютер 18, а также клавиатура 746 и указывающее устройство 744 могут быть исключены. Если в качестве блока 700 использован блок 16 или поточный компьютер 18, накопители 734, 736 и 740 также могут быть исключены. Кроме того, если в качестве процессора 700 использован блок 24, связанный с архивным сервером 22, вместо контроллера 732 может быть использован многонакопительный контроллер, например накопительный контроллер для матричной системы недорогих дисковых накопителей с избыточностью.
[0050] Как показано на фиг.7, межсетевое устройство 726 дополнительно обеспечивает соединение процессора 722 и устройства 724 с другими устройствами, например графическим адаптером 748 и сетевым адаптером 750. При необходимости использования адаптера 748 в качестве него может быть использован любой подходящий графический адаптер для считывания памяти дисплея и управления графическими изображениями дисплея или монитора 752, представленными в памяти дисплея. В некоторых вариантах реализации адаптер 748 содержит область памяти, в которой процессором 722 записаны графические примитивы и/или правила прямого доступа к памяти между устройством 724 и адаптером 748. Адаптер 748 соединен с межсетевым устройством 726 посредством любой подходящей системы шин, например посредством шины для соединения периферийных компонентов (PCI) или шины ускоренной графической обработки (AGP). В некоторых вариантах реализации графический адаптер 748 выполнен в виде части межсетевого устройства 726. Человеко-машинный интерфейс 28, показанный на фиг.1, может содержать графический адаптер, в то время как блок 16, блок 24 (связанный с архивным сервером 22) и компьютер 18 могут не иметь графического адаптера.
[0051] Сетевой адаптер 750 обеспечивает возможность взаимодействия блока 700 с другими блоками обработки данных посредством компьютерной сети 20 (как показано на фиг.1). Сетевой адаптер 750 обеспечивает доступ посредством аппаратного соединения (например, сети Ethernet) или беспроводного сетевого протокола (например, IEEE 802.11 (b), (g)).
[0052] Как описано выше, в случае соединения блока 700 с интерфейсом 28, в качестве блока 700 может быть использован компьютер, посредством которого пользователь взаимодействует с распределенным блоком 16 (например, с целью программирования контуров обратной связи, относящихся к управлению физическим процессом 10), компьютером 18, а также архивным сервером 22. Кроме того, программы, реализованные и исполняемые для выполнения вышеописанных способов, могут быть сохранены на любых машиночитаемых носителях для хранения данных блока 700 (например, в запоминающем устройстве 724, оптическом устройстве 742, накопительном устройстве 738 на гибких дисках или накопителе 734 на жестких дисках) и исполнены из этих носителей.
[0053] Различные вышеописанные варианты реализации относятся к управляющей системе; однако функциональность уменьшенных данных, хранящихся в архиве в качестве значений архивных данных, а также способ вычисления статистических данных на основе значений архивных данных могут быть использованы в каждом случае, когда архивный сервер соединен с блоком обработки данных. На фиг.8 показаны некоторые другие варианты реализации, в которых диагностический узел 800 непосредственно соединен с ультразвуковым расходомером 802. В частности, узел 800 может содержать блок 804 обработки данных, непосредственно (или локально) соединенный с устройством 806 отображения, а также клавиатурой 808 и указывающим устройством 810. Форма и конструкция блока 804 могут быть выполнены сходными с формой и конструкцией блока 24 архивного сервера 22 (как показано на фиг.1). В этих вариантах реализации блок 804 и, таким образом, узел 800 исполняют программы, выполняющие архивную серверную функцию в отношении потоков значений данных из физического процесса, в частности в отношении потоков значений данных, сформированных ультразвуковым расходомером 802. Расходомер 802 может формировать потоки данных, например потоки данных, относящиеся ко времени прохождения ультразвукового сигнала между парами преобразователей для нескольких преобразователей, измерениям скорости звука, а также мгновенному потоку через расходомер 802. Хотя, как показано на чертежах, расходомер 802 состоит из блоков обработки данных, к которым может быть присоединен диагностический узел, в некоторых других вариантах реализации могут быть использованы поточные компьютеры и распределенные блоки обработки данных управляющих систем.
[0054] В соответствии по меньшей мере с некоторыми вариантами реализации, в дополнение к выполнению архивных серверных функций в отношении данных, сформированных расходомером 802, узел 800 может принимать от пользователя запрос на вычисление статистических данных, не поддерживаемых в качестве значений архивных данных. В вариантах реализации, показанных на фиг.8, запрос на вычисление статистических данных может быть принят посредством клавиатуры 808, указывающего устройства 810 и устройства 806 отображения. В некоторых других вариантах реализации запрос может быть принят при помощи еще одного блока обработки данных, соединенного посредством компьютерной сети. Кроме того, запроса на вычисление статистических данных может быть принят путем перетаскивания и опускания, как описано выше.
[0055] Независимо от конкретного механизма, посредством которого принят запрос, статистические данные вычислены узлом 800. Таким образом, варианты реализации, показанные на фиг.8, явно отображают случаи, в которых человеко-машинный интерфейс и архивный сервер реализованы в одном блоке обработки данных. Вычисленные статистические данные могут быть отображены графически. В некоторых случаях статистические данные графически отображены на непосредственно присоединенном устройстве 806. В некоторых других вариантах реализации графическое отображение или при необходимости сами статистические данные могут быть отправлены (посредством внешней компьютерной сети) удаленному присоедиенному устройству отображения и графически отображены при помощи этого устройства. Все упомянутые выше статистические данные, а также способы графического отображения могут быть равно применены в вариантах реализации, показанных на фиг.8.
[0056] На основании вышеприведенного описания специалисты могут легко скомбинировать вышеуказанное программное обеспечение с соответствующими универсальными или специализированными компьютерными аппаратными средствами для формирования компьютерной системы и/или других компьютерных подкомпонентов, осуществления вышеописанных способов и/или создания по меньшей мере одного машиночитаемого носителя для хранения программного обеспечения, реализующего аспекты вышеописанных способов, согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения.
[0057] Выше проиллюстрированы принципы и различные варианты реализации настоящего изобретения. Из вышеприведенного описания для специалистов очевидны различные модификации вариантов реализации изобретения. В частности, вышеприведенные описание и терминология относятся к распределенным системам управления технологическими процессами; однако сходная функциональность реализована в системах SCADA, содержащих блоки диспетчерского контроля и сбора данных, соединенные с программируемыми логическими контроллерами. Системы SCADA могут содержать по меньшей мере один блок диспетчерского контроля и сбора данных, соединенный по меньшей мере с одним блоком программируемого логического контроллера посредством базовой сети связи. Блоки программируемого логического контроллера управляют физическим процессом (например, с использованием дискретного или булевского управления и непрерывного управления, в частности "пропорционально-интегрально-дифференциального управления), а блоки диспетчерского контроля и сбора данных собирают информацию о физическом процессе и обеспечивают возможность диспетчерского контроля системным пользователем. Иными словами, запрограммированные блоки программируемого логического контроллера функционируют автономно и управляют физическим процессом или его частью, а блоки диспетчерского контроля и сбора данных сохраняют архивные данные и обеспечивают окно состояния управления, которое предоставляет пользователю возможность вносить изменения в режим управления (например, изменения установок потока или установок уровня). Таким образом, очевидно, что функциональность блока диспетчерского контроля и сбора данных сходна или тождественна в сравнении с функциональностью вышеописанных человеко-машинного интерфейса и архивных серверов. Кроме того, функциональность программируемого логического контроллера сходна или тождественна в сравнении с функциональностью вышеописанных распределенных блоков обработки данных. Терминологические различия между системами SCADA и распределенными системами управления технологическими процессами в значительной степени зависят от отрасли промышленности, в которой используются эти системы. Терминологию, относящуюся к распределенным системам управления технологическими процессами, используют для промышленных станций (например, станций для обработки углеводородов, энергостанций), а терминологию, относящуюся к системам SCADA, используют для промышленной автоматики. Однако ввиду настоящего описания и формулы изобретения, изобретательский вклад, изложенный в терминологии распределенных систем управления технологическими процессами, также относится к системам, описываемым в терминологии систем SCADA, и, таким образом, то, что изготовитель использует другие наименования для компонентов (например, программируемый логический контроллер вместо распределенного блока обработки данных или система SCADA вместо архивного сервера и/или человеко-машинного интерфейса) не исключает наличия нарушения. В более широком смысле, указанный изобретательный вклад относится к любому отслеживающему узлу на основе SCADA, узлу программируемого логического контроллера, диагностическому и/или действующему в режиме реального времени узлу, функциональность которого включает включает функциональность архивного сервера. Таким образом, нижеследующая формула изобретения охватывает все такие модификации.