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使用典型組件和適配器組件的過程控制系統的制作方法

文檔序號:9546406閱讀:435來源:國知局
使用典型組件和適配器組件的過程控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開總體上涉及過程控制系統,并且具體地,涉及提供對這樣的系統的高效配置。
【背景技術】
[0002]諸如像那些在公用電力、水、污水或其他過程中使用的分布式過程控制系統或可擴展過程控制系統的過程控制系統,典型地包括一個或多個過程控制器,這些過程控制器通信地彼此耦合,耦合到至少一個主機或操作員工作站,以及經由模擬總線、數字總線或組合的模擬/數字總線耦合到一個或多個現場設備。現場設備可以是例如閥門、閥門定位器、開關和發射機(例如,溫度、壓力和流速傳感器),這些現場設備執行過程內的功能,例如,打開或關閉閥門和測量過程參數。
[0003]典型地,過程控制器接收指示由現場設備所進行的過程測量的信號和/或指示關于現場設備的其他信息的信號,使用該信息來實現控制例程、以及生成控制信號,控制信號通過總線被發送到現場設備以控制過程的操作。典型地,來自現場設備和過程控制器的信息經由一個或多個應用而變得可用,這些應用由工作站操作員來運行以執行關于過程的所期望的功能,例如,觀察過程的當前狀態、修改過程的操作等。
[0004]—些過程控制系統使用位于控制器中的和/或現場設備中的算法或成組的算法來執行控制操作。在這些過程控制系統中,過程控制器或另一適當設備被配置為包括并執行一個或多個算法,其中的每個算法從其他算法接收輸入和/或提供輸出到其他算法(在相同的設備內或者在不同的設備內),并且執行一些過程操作,例如,測量或檢測過程參數、控制設備、或執行諸如實現比例積分微分(PID)控制例程之類的控制操作。過程控制系統內的不同算法通常被配置為(例如,通過總線)彼此通信以形成一個或多個過程控制環。
[0005]本文所使用的術語“算法”不限于特定協議,但相反,包括與任意適當類型的控制系統和/或通信協議相關聯的可以被實現以提供控制功能的任意適當類型的塊、程序、硬件、固件等。此外,算法可以指的是諸如離散輸入(DI)、離散輸出(D0)、模擬輸入(AI)、模擬輸出(AO)、PID控制、ro控制、PI控制、P控制、控制選擇器、偏置/增益站等基本功能,并且指的是諸如設定點斜坡生成器(Setpoint Ramp Generator)、計時器、模擬警報、離散警報、時滯等高級算法。更進一步,本文所使用的術語算法可以是嵌套的塊,也稱為宏,其包括若干算法,例如,或一個或若干個宏。盡管算法典型地表現為面向對象程序環境內的對象的形式,但是算法可以使用任何期望的數據結構來定義以作為任意適當的軟件環境一部分。
[0006]典型地,過程控制器被編程以針對多個不同的過程環中的每個過程環而執行不同的控制功能、子例程或控制環(其為控制例程),該多個不同的過程環中的每個過程環是針對過程所定義的或者是包含在過程內的,例如流控制環、溫度控制環、壓力控制環等。如上文所指出的,每個這樣的控制環包括諸如模擬輸入(AI)算法的一個或多個輸入塊、諸如比例積分微分(PID)或模糊邏輯控制算法的單輸出控制塊,以及諸如模擬輸出(A0)算法的輸出塊。
[0007]典型地,根據多個控制技術來配置控制例程以及實現這樣的例程的算法,這些控制技術包括PID控制、模糊邏輯控制、和諸如史密斯預估(Smith Predictor)或模型預測控制(MPC)的基于模型的技術。在基于模型的控制技術中,在例程中用于確定閉環控制響應的參數是基于對于用作對過程的輸入的操縱干擾或測量干擾的變化的動態過程響應的。對于過程輸入的變化的這樣的過程的該響應的表示的特點可以為過程模型。例如,一階參數化的過程模型可以指定該過程的增益、停滯時間以及時間常量的值。
[0008]在典型的工廠中,工程師可以使用在操作員工作站上運行的配置系統來定義和配置過程控制策略。一些配置系統可以包括用于存儲控制功能模板(通常由多個算法組成)的庫,使得工程師能夠根據特定應用來選擇并生成所選擇的控制元件的實例。配置系統也可以允許工程師在例如通過將控制元件下載到控制器或可編程現場設備來將所選擇的控制元件的所生成的實例應用到過程控制環境之前,修改或改變該實例。
[0009]例如,模板庫通常存儲處理基本測量和控制功能的各種功能模板。模板可以是自主的或者基于類的(即,鏈接到從類模板實例化的實例并能夠將類模板的改變傳送到該實例)。工程師常常使用一個或若干個功能模板作為定義和配置對應的過程控制方案的開始點。然而,因為對功能模板的典型修改涉及顯著的工程工作并且要求特定的登入、登出和文件規程,所以利用模板庫進行工作是費時的。
[0010]為了簡化配置過程控制系統的任務,配置系統通常采用若干方法。在一種方法中,提供了全面的可復用的功能模板和功能類的集合作為模板庫的一部分。一般地,模板庫中的功能模板處理可應用于特定功能的配置選項和情境的最廣泛的構想范圍。對模板庫作出貢獻的工程師在諸如ISA S88.0、IEC 61408、IEC 61131-3等國際標準之上構建并且合并來自很多小時的應用以及項目工程的經驗與最佳實踐。使用模板庫,工程師能夠選擇功能模板,修改功能參數的值以啟用和配置期望的特征,以及禁用對于特定應用不必要的特征。
[0011]例如,某種模板可以允許到特定算法的八個可能的輸入,并且可以相應地包括對應于這八個輸入的八個輸入塊。僅需要這些輸入中的一個輸入的用戶可以通過將值FALSE分配給對應的參數來有效地禁用八個輸入中的七個。來自這樣的模板庫的典型的模板因此包括比針對類似目的明確定義的典型功能更多的特征。例如,來自針對連續控制的模板庫的模板可以包括對應的特定模板的全部特征,以及與以下各項相關的另外的特征:設備仲裁、支持可選的跟蹤輸入和先出檢測、具有啟用/禁用能力和操作員訪問的條件警報、可選地防止操作員訪問功能的模式鎖定、故障參數等。簡言之,來自這樣的模板庫的模板很可能包括工程師針對特定項目可能需要的功能的全部功能性,并且工程師通常必須改變功能參數的僅一些或全部值來使用該功能。
[0012]盡管這樣的模板庫可以顯著地簡化配置過程控制的過程,但遺憾地,這些模板庫要求相對很大量的控制器存儲。特別地,因為工程師通過修改功能參數來定制功能模板,每個實例繼承來自父功能模板的全部算法連同相關聯的參數,無論特定算法在該實例中是否起作用。此外,采用模板庫的配置系統通常不提供“所見即所得”的用戶體驗,這是因為每個功能實例保留模板庫內的對應功能模板的全部功能性,并且工程師必須檢查很多參數以確定哪些算法和參數在實際使用中。
[0013]在對配置過程控制系統的任務進行簡化的第二種方法中,與模板庫相反,可以實現單個功能模板。在這樣的方法中,單個功能模板處理可應用于特定功能的配置選項和情境的最廣泛的構想范圍。使用該單個功能的方法,工程師可以修改功能參數的值以啟用和配置所期望的特征,并且禁用那些對于特定系統不必要的特征。
[0014]盡管該方法也簡化了配置過程,但是缺點再一次包括要求相對很大量的控制器存儲。另外,如果另外的功能稍后被加入到該控制系統,例如新的設備要求新的算法作為其控制環的一部分,則整個模板需要更新以包括該新的算法。因此,在不大幅度增加控制器存儲的情況下簡化過程控制配置系統,而同時為用戶提供過程控制的靈活性和選項存在若干挑占戈。

【發明內容】

[0015]公開了使用戶能夠配置過程控制系統的方法、系統、和非暫時性計算機可讀介質。在各種實施例中,描述了用于生成編碼的本地控制組件的圖形編程用戶界面,本地控制組件是從模板庫中選擇的典型組件和適配器組件實例化的,模板庫包括相應的算法和相關聯的邏輯表達式。在各種實施例中,典型組件表示在過程控制系統中的一個或多個其他控制功能中使用的公共核心控制過程或功能。另外,適配器組件的各種實施例包括可以由用戶結合邏輯表達式改變的一個或多個參數。作為結果,典型組件和適配器組件被實例化以提供本地控制組件,本地控制組件提供與過程控制系統內的一個或多個控制環相關的功能并且能夠被載入到控制系統處理器中以執行實際控制功能。
[0016]此外,本公開的各種實施例提供適配器編輯用戶界面,該配器編輯用戶界面允許用戶改變一個或多個參數和/或由適配器中的一個或多個所表不的表達式,和/或觀察使用自然語言的與邏輯表達式相關聯的條件。
【附圖說明】
[0017]圖1是根據本公開的各種實施例的過程控制系統10的示意圖。
[0018]圖2是示出了本領域已知的在配置過程控制系統中所使用的控制元件的層次結構200的一個示例的框圖。
[0019]圖3是根據本公開的各種實施例的示例性圖形編程界面300的框圖。
[0020]圖4是根據本公開的各種實施例的示例性輸出適配器組件的示意圖400。
[0021]圖5是根據本公開的各種實施例的示例性內聯適配器組件的示意圖500。
[0022]圖6是根據本公開的各種實施例的示例性模擬輸入適配器組件的示意圖600。
[0023]圖7是根據本公開的各種實施例的示例性模擬輸入適配器組件的示意圖700。
[0024]圖8A是根據本公開的各種實施例的示例性模擬輸出適配器組件的示意圖800。
[0025]圖8B是根據本公開的各種實施例的示例性模擬輸出適配器組件的示意圖850。
[0026]圖9是根據本公開的各種實施例的指示包含自然語言的邏輯表達式狀態的示例性適配器診斷窗口 900。
[0027]圖10是根據本公開的各種實施例的示例性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]圖1是根據本公開的各種實施例的過程控制系統10的示意圖。在各種實施例中,過程控制系統10實現定義和/或編輯作為過程控制配置系統的一部分的一個或多個編碼的本地控制組件的技術。過程控制系統10包括過程控制器11,過程控制器11連接到數據歷史(data historian) 12并且連接到一個或多個主機工作站13 (其可以是任何類型的個人計算機、工作站、膝上計算機等),每個主機工作站具有顯示屏14。
[0029]過程控制器11也經由輸入/輸出(I/O)卡26和28連接到現場設備15_22。數據歷史12可以是具有任意適當類型的存儲器和/或用于存儲數據的任意適當的軟件、硬件和/或固件的任意適當類型的數據收集單元。數據歷史12可以與工作站13分離(如圖1所示)或者被集成作為工作站13中的一個或多個的一部分。在一個實施例中,過程控制器11被配置為經由任意適當的通信鏈路與主機工作站13以及與數據歷史12通信,通信鏈路可以包括例如以太網連接、任意適當的有線總線、任意適當數量的無線鏈路、通信網絡等。
[0030]在一個實施例中,過程控制器11被配置為根據任意適當的通信協議使用任意適當的硬件和/或軟件與一個或多個現場設備15-22進行通信。例如,在各種實施例中,過程控制器11被配置為使用標準模擬電流環接口(例如,4-20毫安和10-50毫安標準)、數字電流環接口和/或諸如FOUNDAT1N現場總線協議、HART協議等的任意適當的智能通信協議而與一個或多個現場設備15-22進行通信。
[0031]在各種實施例中,現場設備15-22可以被實現為諸如傳感器、閥門、發射器、
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