用于確定產品流或處理流的屬性的系統、方法和設備的制造方法
【專利說明】
[oow] 相關申請
[0002]本申請要求2014年2月5日提交的題為"System,MethodandApparatusfor DeterminingPropertiesofProductorProcessStreams"的第14/173301號美國正 式專利申請（其要求2013年2月5日提交的題為"System,MethodandApparatusfor DeterminingPropertiesofProductorProcessStreams"的第61/760, 879號美國臨時 專利申請的權利）的優先權，其內容出于所有目的而通過引用全部合并于此。
技術領域
[0003] 本發明一般設及估計控流的屬性的系統、方法和設備。具體地，本發明的系統、方 法和設備設及高頻率和高精確度地測量控流的屬性。
【背景技術】
[0004] 例如通過使用實驗室測量結果或在線分析器、根據分析方法的可得性來杠桿化處 理工廠的操作。運些類型的結果對工廠操作是有價值的，因為它們通常被認為是可靠的。 例如，對于控和/或提煉操作，主要的分析測試方法為屬性已根據工業標準測試方法（諸如 ASTM國際開發和公布的方法）確定的產品的密閉輸送提供了關鍵基礎。 陽0化]不管運些主要測試方法的重要性如何，它們確實也有某些不足。例如，實驗室測量 結果通常可能每天僅可得一次或幾次。此外，在獲得離散樣本與報告來自對該離散樣本執 行的測試的結果之間會經過幾個小時，從而嚴重地限制了基于運些結果對處理進行控制的 可能性。另外，樣本穩定性、樣本污染、代表性采樣的問題W及與測試過程的執行相關聯的 不確定性可能導致返回錯誤的樣本值。
[0006] 改進測試數據的可得性、完整性和可再現性在許多情況下都已促進測量的在線運 用。然而，根據正執行的測量和分析的類型，在線分析器的循環時間可能為約十分鐘W上， 在一些情況下，達到和超過一小時，運在一些情況下可能對于最大化處理效率或產品質量 的目的而言仍然是不足的。
[0007] 加工產業傳統上通過制定能夠預測某些處理流的屬性的輔助測量技術來對時間 延遲問題和主要測量的可靠性作出響應。運樣的輔助技術通常已包括使用一些形式的模 型，例如，能夠使用處理輸入來預測某些關注的屬性的多元統計模型，其中，關注的屬性可 W被稱為"從屬變量"，并且處理輸入可W被稱為"獨立變量"。
[0008] 運些基于模型的方法中的重要類別是"推理分析器"，也稱為"軟傳感器"，因為它 們通常駐存于軟件中。軟傳感器吸引人的原因至少有兩個。首先，因為它們通常依賴于可 能已可利用的測量結果（諸如，溫度、壓力和流速），因此它們不需要在處理單元中多次安 裝附加傳感器。其次，隨著分布式控制系統的出現，軟傳感器通常依賴的輸入測量結果基本 上是可實時利用的，從而具有一秒乃至更小的離散采樣率。運些優點至少通過W比處理控 制系統通常需要的間隔大的間隔提供屬性預測來解決了與主要測量相關聯的時間延遲的 缺陷。另外，運些優點避免了物理地獲得樣本的需求，從而消除了代表性采樣和樣本完整性 的問題。
[0009] 盡管運些模型的逼真度可能在范圍從幾小時到甚至也許幾天的有限時間段內非 常好，但是傳統的推理分析器往往魯棒性不足，因為總的來說，用作模型的輸入的獨立變量 通常既間接地又不完整地與處理流的化學性質有關。在關于處理的傳感器讀數是處理條件 和處理中的材料兩者的函數的程度上，運些模型是化學性質的間接表達；在運些模型中所 使用的獨立變量的數量少于系統中的自由度的范圍內，運些模型是不完整的，運設及處理 系統和通過其正處理的材料運兩者。然而，當穩定狀態條件或準穩定狀態條件占優勢并且 許多處理變量和流變量在名義上恒定時，例如，當處理系統的原料質量和操作基本上不變 時，可能發生例外。在運樣的時候，獨立變量可W在數學意義上"確定"流化學性質，并且推 理分析器的屬性預測可能極其可靠。然而，基本問題是模型一般是相關的，并且由于相關性 不一定表示原因，因此推理模型可能很大程度上是憑經驗的，其中第一原理僅具有遙遠的 影響。實際上，文獻大量地將也許最常用的建模方法稱為"黑盒方法"。總之，推理分析器 的屬性預測易于達到從主要原因（最終由樣本化學性質確定的流屬性）中去除影響（預測 值）的程度。
[0010] 因此，共同的實踐是使用定期的實驗室測量結果來更新來自推理分析器的輸出W 應對各種變量。該策略可W改進對于如下的推理預測的質量：（i)可能原料質量的完全范 圍；扣）處理系統的條件的改變，例如，污垢；W及（iU)讀數是獨立變量的傳感器的響應 的改變，例如由簡單偏移或者用新傳感器替代有故障的傳感器而產生的改變。然而，該方法 伴隨著對優化連續處理的性能的可能性存在限制的問題，優化連續處理的性能可W包括最 大化吞吐量、緊密地遵循產品質量目標、最小化能量使用、延長催化劑使用壽命等。對于改 進的模型自適應過程的需求在本領域中仍然存在，尤其是適應由例如原料的成分和屬性的 改變而導致的操作條件的變化；不在模型的范圍內的其他處理單元改變；處理測量中的傳 感器故障和/或差異；用于更新模型的實驗室分析結果和/或來自分析儀器的測量結果的 可得頻率；W及分析器可靠性。
[0011] 甚至模型準確性的小偏差也會顯著地影響與在煉油廠和石油化工廠中發現的那 些處理單元類似的大型處理的產品的經濟性。在本領域中仍存在對于改進的測量（尤其是 頻繁地（優選基本上實時在線地）測量）控流的屬性的方法的需求。此外，在本領域中仍 存在對于改進的W高準確度測量控流的屬性的方法的需求。
【發明內容】
[0012] 本發明的一方面包括用于確定處理流的屬性的系統。該系統包括硬分析器，該硬 分析器被配置為測量與處理流的樣本相關聯的一個或多個從屬變量，其中，從屬變量也是 樣本的屬性。推理分析器包括處理的各方面的模型，并且被配置為采集與處理流相關聯的 一個或多個獨立處理變量并使用獨立處理變量來生成一個或多個推斷的從屬變量。比較模 塊生成硬分析器測量的從屬變量與推理分析器推斷的從屬變量的比較。該系統使用該比較 來調整模型的一個或多個方面W及/或者調整一個或多個推斷的從屬變量W及/或者控制 處理流。
[0013] 本發明的另一方面包括用于使用上述系統來確定處理流的屬性的方法。
[0014] 在審閱W下結合附圖進行的描述時，本發明的運些實施例W及本發明的其他方面 和實施例將變得顯而易見。然而，本發明具體地由所附權利要求指明。
【附圖說明】
[0015] 在運樣大體地描述了本發明的情況下，現在將參照附圖，并且在附圖中：
[0016] 圖1A是本發明的實施例的功能框圖；
[0017]圖1B是通過應用可W與本發明的實施例一起使用的屬性模型進行模型開發和屬 性預測的步驟的流程圖；
[0018] 圖2是示出根據本發明的實施例的、使用基于模型的軟分析器來預測屬性并且結 合硬分析器來更新模型的步驟的流程圖；W及
[0019] 圖3是示出根據本發明的實施例的確定處理流的屬性的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0020] 下文中，將參照附圖更全面地描述本發明的一些實施例，其中，示出了本發明的部 分但不是全部實施例。實際上，本發明的各個實施例可許多不同的形式實現并且不應 該解釋為限于本文中所闡述的實施例；確切地，提供運些實施例是為了本公開會滿足適用 的法律要求。
[0021] 如在說明書和所附權利要求書中使用的那樣，單數形式"一個"（"a"和"an")W 及"該"（"the")包括復數對象，除非上下文明確表明其他含義。例如，對"分析器"的引 用包括多個運樣的分析器。在另一示例中，對"分析"的引用包括多次運樣的分析。
[0022] 雖然本文中采用了特定術語，但是它們是僅W通用且描述性意義來使用的而不是 出于限制的目的。本文中使用的所有術語（包括技術術語和科學術語）具有與本發明所屬 的領域的普通技術人員通常理解的含義相同的含義，除非術語W另外的方式定義。將進一 步理解，術語（諸如通用詞典中定義的術語）應該被解釋為具有本發明所屬的領域的普通 技術人員通常理解的含義。將進一步理解的是，術語（諸如通用詞典中定義的術語）應該 被解釋為具有與其在相關領域和本公開的上下文中的含義一致的含義。將不會W理想化的 或過于正式的意義解釋運樣的通用術語，除非本文中的公開明確W另外的方式運樣定義。
[0023] 如本文中所使用的，術語"硬分析器"是指能夠基本上直接感測和測量與處理流和 /或處理流的樣本相關聯的特定屬性的值的分析器，包括基于在線或離線實驗室的裝置。運 些測量屬性被稱為"從屬變量"。從屬變量的示例可W包括樣本中的成分的濃度W及包括 "熱屬性"（諸如閃點和蒸饋屬性）或冷屬性（諸如云點、冰點、冷濾點和柴油的流點）的樣 本的特性。運些分析器的示例分別包括可從德國漢堡的BartecBenkeGmWl得到的FPA-4、 DPA-4、CPA-4、FPR-4、CFPP-4. 2 和PPA-4,而化kogawa電氣公司的GCSOOOonlineGC可W 用于執行模擬蒸饋（simdist)分析。術語"主要測量結果"、"測量結果"、"屬性值"和"從屬 變量"是指硬分析器的輸出。運些測量結果或從屬變量可W是單次分析的結果或者多次分 析的平均值。如本文中使用的，術語"推理分析器"和"軟傳感器"是指基于計算機實現的 模型的分析器，其依賴于與DCS(分布式控制系統）相關聯的傳感器采集的各種獨立變量， W推斷處理流體的各個從屬變量的值。運些推斷的特性也稱為"預測的從屬變量"、"推斷 的"或"基于模型的"測量結果、"關注屬性"，或者簡稱為"預測"。在本發明的實施例中可 W使用的"推理分析器"的示例包括來自日本東京的化kogawa電氣公司的ExaR犯Robust Qu曰lityEstimator?。
[0024]如本文中所使用的處理流"或"處理流體"是與處理相關聯的任意流或流體。在 非限制性示例中，處理流包括處理工廠內的處理的任意中間處理流。如本文中所使用的， "產品流"或"產品流體"是作為來自制造處理內的操作單元的輸出并且可W是對另一操作 單元的進料或者可W基本上變為處理工廠制造的產品的基礎的處理流。然而，作為處理流 的更多限制的情況的"產品流"可W仍包括可W經受其他處理單元的進一步修改或者在例 如容器（tank)或混合器化lender)內混合W例如提供成品的期望屬性的處理流。本發明 的方法和系統旨在與所有處理流和可W是處理流的更多限制的類別的所有產品流有關。在 某些實施例中，本發明的方法和系統可W應用于成品本身。
[00巧]術語"計算機"和"終端用戶裝置"意指包括工作站、個人計算機、個人數字助理 (PDA)、無線電話或者包括處理器、在其上可W設置計算機可讀程序代碼（包括指令和/或 數據）的計算機可讀介質和用戶接口的任意其他適合的計算裝置。術語"實時"是指幾乎與 外部事件發生同時地（在數毫秒或微秒內）對外部事件進行感測和作出響應，或者足夠快 地使得裝置能夠跟上外部處理。在處理控制的上下文中，"實時"數據的頻率關于相對（不 是絕對）而定義的。因而，對于顯著改變會在約幾分鐘的時間帖內發生的處理，每隔半分鐘 可得到的新分析