過程控制系統及其配置系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明的公開內容涉及用于工業工廠的工業自動化的領域。具體地，其涉及對用 于工業工廠的過程控制系統的配置。
【背景技術】
[0002] 圖1A示出了用于石油、鋼鐵和化學過程工業的工業工廠的過程控制系統100。在 工業工廠中，諸如傳感器102和閥裝置、致動器104之類的現場裝置測量或控制過程，諸如 由工廠設備執行的流體過程。傳感器102的示例是流量計、溫度指示器，閥裝置104是流量 控制閥和開/閉閥，致動器104是風扇和電動機。現場裝置102、104連接至現場網絡106。 現場裝置102、104通過輸入輸出（I/O)單元連接至在控制網絡110中的控制器108。基于 來自傳感器102的測量結果，控制器108執行用于生成用以控制致動器的信號的計算。控 制器108中的每個控制邏輯封裝在功能塊中。功能塊被定義為：接收或生成為每個現場裝 置所定義的輸入參數、輸出參數，并且包括用以計算這些參數的算法。參數包括過程變量和 在功能塊中生成的調整參數。過程變量是對其的測量存在的變量，諸如溫度、壓力、力、進料 (feed)、流速、化學成分、重量、位置和速度。調整參數是在控制器中應用來對過程進行控制 的變量。控制邏輯是控制器108的算法。
[0003] 控制網絡110中的人機接口（HMI)終端112與功能塊交換數據并且將信息提供給 操作員以操作過程控制系統1〇〇。過程控制系統1〇〇針對諸如設備和現場裝置之類的部分 而基于所交換的數據來管理并發布來自功能塊的命令。所發布的命令基于在工程工具120 中根據作為工業工廠的規范的設計數據而準備和修改的控制邏輯。控制邏輯被轉換為二進 制控制數據以在控制器和HMI終端中運行。操作員通過在控制器和HMI終端中應用二進制 控制數據來控制和操作工業工廠。HMI終端112的屏幕定義由工程工具120準備。功能塊 基于來自傳感器的測量結果和二進制控制數據來執行計算以生成用于致動器的信號。操作 員在過程調整期間為調整參數設置設計值。
[0004] 圖1B示出了用于設置或配置過程控制系統100的工程工具120。用戶使用工程 工具120中的編輯器122來針對工業工廠的設計數據的任何改變而準備和修改控制邏輯。 改變的示例是為不同的過程或者用于該過程的不同原材料設置不同的現場裝置參數值。不 同的過程針對不同的產品或者同一產品的不同等級。所準備和修改的控制邏輯被存儲為序 列化的控制數據124。序列化的控制數據124由轉換器126讀取。轉換器126根據序列化 的控制數據124生成二進制控制數據128,該二進制控制數據128是二進制格式的控制數 據。二進制控制數據128存儲在數據庫130中。二進制控制數據128被發送至過程控制系 統100以在HMI終端112和控制器108中運行。
[0005] 在工業工廠中，存在針對參數的許多數據文件和數據集。當相關的數據集是不同 類型或來源時，這些參數具有復雜的數據關系。一個示例是與控制器有關的功能塊中的參 數。該參數在功能塊中被定義為第一類型并且當在警報管理系統中時被定義為第二類型。 第一類型的定義和第二類型的定義是不同的。當在設計數據中改變參數或參數關系時，識 別在用于過程控制系統100的控制邏輯中要更新的對應參數是繁重的。
[0006] 如圖1C所示，使用與工程工具分開且不同的工具來手動地準備用于工業工廠的 文檔，諸如指令手冊、控制邏輯定義以及規范。單獨地準備從控制邏輯到控制數據的用于工 業工廠的文檔。
[0007] 由于文檔是手動準備的，因此確保文檔與用于工業工廠的控制邏輯或控制數據一 致是繁重且耗時的。在石油加工工廠的示例中，諸如石油之類的原材料的成分取決于原產 國。因此，必須針對每個不同的成分來改變加工工廠的過程控制系統中的控制邏輯。針對 原材料的不同成分的不同控制邏輯的文檔是單獨地手動準備的。準備是繁重的且耗時的。
[0008] 文檔由作為工程工具或過程控制系統的客戶或供應商的用戶準備。由于不同的用 戶不同地準備并修改控制邏輯，因此必須由同一用戶準備或更新文檔。這對于其他用戶是 不便且麻煩的。
[0009] 另外，控制邏輯由于工業工廠中的連續的操作上的改進而連續地改變。在理想狀 況下，針對控制邏輯的每次改變來更新文檔。然而，實際上，每當控制邏輯改變時就更新文 檔在邏輯上是具有挑戰性的。因此，通常不更新文檔。在一些情況下，用戶整理控制邏輯的 改變以定期地更新文檔。由于文檔編制是手動過程，因此錯誤和疏忽在準備或更新文檔期 間是普遍發生的。定期更新可能引起更多不準確。這導致控制邏輯與文檔之間的不一致性。 當文檔缺乏準確性時，文檔不是對于過程工廠的可靠文檔編制。
[0010] 在典型的工業工廠中，規范文檔包括上千頁。手動地更新這樣大型的文檔是繁重 且耗時的。為了確保文檔與控制邏輯一致，手動過程需要很多額外的人力、時間和成本。這 增加了維護和更新過程控制系統的成本。除了維護和更新控制邏輯的成本外，當需要改變 過程控制系統時，需要另外的成本來確保文檔編制與控制邏輯一致。在過程工業的成本競 爭環境中，推遲或完全避免維護文檔編制的成本。在這些狀況下，文檔因缺乏更新而過時。 存在改進文檔的準備和更新的需要。
[0011] 工業工廠被設計并構建為延續30年或以上的很長時期。在典型的大型工業工廠 中，過程控制系統控制多于10000臺現場裝置。在過程控制系統中存在許多復雜且先進的 功能。對于具有許多復雜且先進的功能的工業工廠，需要許多用戶在一起工作以維護或更 新工廠控制系統的控制邏輯。在工廠運營的數年內用戶可能已改變。現有的用戶不得不更 新他們對控制邏輯的理解，并且新的用戶必須發現并理解控制邏輯，以便對控制邏輯做出 改變。理解控制邏輯的一種途徑來自文檔。當文檔由于以上說明的原因而與控制邏輯不一 致時，根據文檔來理解是不可能的。
[0012] 存在準備過程控制系統的許多工程任務。一項工程任務是生成控制邏輯或文檔的 方法。對所生成的控制邏輯執行測試以確保控制邏輯正確。由于控制邏輯包括每個控制器 108所特有的數據，因此重復地執行控制邏輯的工程任務、設計、生成和測試。這需要很多努 力和時間來為工業工廠準備過程控制系統100。
[0013] 不同的用戶不同地執行工程任務。當進行維護的用戶不同于先前用戶時，需要來 自該用戶的更多努力。存在改善并標準化工程任務的質量的需求。這是為了改善理解過程 工廠的過程控制系統的便利性。
[0014] 用戶必須花費額外的人力和時間來對控制邏輯進行解釋并且使用不同類型的文 檔（諸如具有所有修訂改變的規范文檔）進行驗證。這招致了維護過程控制系統的附加成 本。
[0015] 需要通過減少所涉及的人力、時間和成本來提高準備、修改和維護過程控制系統 及其文檔編制的效率。另外，需要提高控制邏輯和文檔編制的一致性。需要一種機制來有 效地實現連續維護和操作改進。

【發明內容】

[0016] 本發明包括用于過程控制系統的配置系統，該過程控制系統被配置為執行過程控 制。該配置系統包括儲存庫，該儲存庫包括至少一個存儲器和存儲在該存儲器中的一個或 多個定義模塊。每個定義模塊可以包括用于控制關聯部件的控制邏輯。該配置系統還包括 儲存庫控制器。儲存庫控制器可以被配置為接收對工業系統內的特定部件的一個或多個屬 性進行標識的用戶輸入。儲存庫控制器另外可以使得能夠從儲存庫中選擇定義模塊，其中， 所選擇的定義模塊包括用于對具有所標識的一個或多個部件屬性的關聯部件進行控制的 控制邏輯。
[0017] 儲存庫控制器還可以被配置為生成定義模塊的實現實例以控制特定部件，其中， 實現實例包括基于所選擇的定義模塊中的控制邏輯而生成的二進制控制邏輯。
[0018] 在實施例中，儲存庫控制器可以被配置為基于經修改的控制邏輯來生成二進制控 制邏輯。經修改的控制邏輯可以通過基于與特定部件相對應的設計規范數據而修改所選擇 的定義模塊中的控制邏輯來生成。所選擇的定義模塊可以包括用于對至關聯部件的輸入或 來自關聯部件的輸出中的至少一個進行控制的控制邏輯。
[0019] 儲存庫還可以包括一個或多個過程模板，每個過程模板均包括用于控制一組部件 的操作的過程數據。儲存庫控制器可以被配置為：接收對與工業系統的子系統相關聯的一 個或多個屬性進行標識的用戶輸入，并且使得能夠從儲存庫中選擇過程模板，其中，所選擇 的過程模板包括用于對具有所標識的與子系統相關聯的一個或多個屬性的一組部件進行 控制的控制邏輯。
[0020] 儲存庫控制器還可以被配置為生成用于控制子系統的二進制控制邏輯，其中，所 生成的二進制控制邏輯基于所選擇的過程模板內的過程數據。
[0021] 儲存庫可以另外包括一個或多個人機接口（HMI)部分，每個HMI部分包括用于生 成與用于工業系統的至少一個部件相關聯的HMI的信息。儲存庫控制器可以被配置為：（i) 接收對與打算生成的HMI相關聯的一個或多個屬性進行標識的用戶輸入；（ii)使得能夠從 儲存庫中選擇HMI部分，其中，所選擇的HMI部分包括用于生成具有所標識的與打算生成的 HMI相關聯的一個或多個屬性的HMI的信息；以及（iii)呈現基于所選擇的HMI部分內的 信息的HMI以向用戶顯示。
[0022] 儲存庫內的HMI部分可以包括一個或多個圖形窗口模板，該一個或多個圖形窗口 模板被配置為使得能夠對用于工業系統的至少一個部件進行基于用戶接口的控制。儲存庫 內的HMI部分還可以包括一個或多個鏈接部分，每個鏈接部分包括用于生成HMI的HMI子 部件以及一組關聯屬性，所述關聯屬性被傳播到包括在所生成的HMI內的所述鏈接部分的 每個實例。
[0023] 儲存庫控制器可以被配置為使得對鏈接部分的關聯屬性中的任一個的修改導致 在每個所生成的HMI內的所述鏈接部分的每個實例的屬性的對應修改。
[0024] 在一個實施例中，儲存庫內的HMI部分可以包括一個或多個定制面板，其中，每個 定制面板與定義模塊特定地相關聯。每個定制面板可以包括被特定地配置為用于對關聯的 定義模塊的實現實例所要求的用戶輸入進行接收的一個或多個元件，或者可以包括被特定 地配置為用于向用戶呈現通過關聯的定義模塊的實現實例而生成的各輸出的一個或多個 元件。
[0025] 在另一實施例中，響應于定義模塊的實現實例的生成，基于與該定義模塊特定地 相關聯的定制面板來生成HMI。
[0026] 儲存庫控制器還可以被配置為通過以下操作來將定義模塊或過程模板中的至少 一個添加到儲存庫中：（i)基于用戶輸入來修改儲存庫內的現有定義模塊或現有過程模 板；或者（ii)從現有定義模塊的實現實例或現有過程模板的實現實例中提取信息，并且基 于所提取的信息生成所添加的定義模塊或所添加的過程模板；或者（iii)從在工業系統內 所實現的二進制控制邏輯中提取信息，并且基于所提取的信息生成所添加的定義模塊。
[0027] 用戶輸入或所提取的用于生成所添加的定義模塊或所添加的過程模板的信息可 以包括與工業系統內的一個或多個部件相對應的控制邏輯、屬性定義或調整參數中的至少 一個。
[0028] 儲存庫控制器可以另外被配置為將唯一標識符分配給添加到儲存庫中的每個定 義模塊或每個過程模板，或者將與在儲存庫內修改的每個定義模塊或每個過程模板相對應 的版本號分配給在儲存庫內修改的每個定義模塊或每個過程模板。
[0029] 在本發明的具體實施例中，儲存庫控制器可以被配置為：與先前已從儲存庫下載 數據的用戶連接，并且向該用戶提供與隨后對所下載的數據的儲存庫更新有關的信息。
[0030] 本發明另外提供了一種用于配置用于執行過程控制的過程控制系統的方法。該方 法包括將一個或多個定義模塊存儲在包括至少一個存儲器的儲存庫中。每個定義模塊包括 用于控制關聯部件的控制邏輯，其中，所述控制邏輯是基于與關聯部件相對應的輸入參數 和輸出參數中的至少一個而生成的。該方法另外包括：接收對工業系統內的特定部件的一 個或多個屬性進行標識的用戶輸入，并且從儲存庫中選擇定義模塊，其中所選擇的定義模 塊包括用于控制具有所標識的一個或多個部件屬性的關聯部件的控制邏輯。
[0031] 該方法還可以包括生成所述定義模塊的實現實例以控制特定部件。定義模塊的實 現實例包括基于所選擇的定義模塊中的控制邏輯而生成的二進制控制邏輯。
[0032] 該方法還可以包括通過以下操作來將定義模塊或過程模板中的至少一個添加到 儲存庫中：（i)基于用戶輸入來修改儲存庫內的現有定義模塊或現有過程模板；或者（ii) 從現有定義模塊的實現實例或現有過程模板的實現實例中提取信息，并且基于所提取的信 息生成所添加的定義模塊或所添加的過程模板；或者（iii)從在工業系統內所實現的二進 制控制邏輯中提取信息，并且基于所提取的信息生成所添加的定義模塊。
[0033] 在本發明的實施例中，該方法可以包括：將唯一標識符分配給添加到儲存庫中的 每個定義模塊或每個過程模板；或者將與在儲存庫內修改的每個定義模塊或每個過程模板 相對應的版本號分配給在儲存庫內修改的每個定義模塊或每個過程模板。
【附圖說明】
[0034] 圖1A是現有技術中的過程控制配置系統。
[0035] 圖1B是現有技術中的工程工具的圖。
[0036] 圖1C示出了現有技術中用以準備工廠文檔的手動工作流程。
[0037] 圖2A是示例過程控制的管道布置和儀表圖。
[0038] 圖2B和圖2C是根據本發明的一些實施例的將控制邏輯分配給控制器的示例。
[0039] 圖3A、圖3B、圖3C示出了根據本發明的一些實施例的定義模塊。
[0040] 圖4A示出了示例編輯器400。
[0041] 圖4B示出了所生成的定義模塊與應用模塊之間的鏈接以及所定義的應用模塊與 控制器之間的鏈接的示例。
[0042] 圖5示出了根據一些實施例的本發明的示例框圖。
[0043] 圖6A、圖6B、圖6C、圖6D是根據本發明的一些實施例的工作流程。
[0044] 圖7A是根據本發明的一些實施例的模塊生成器的示例顯示屏幕。
[0045] 圖7B是根據本發明的一些實施例的用以顯示所生成的鏈接的示例顯示屏幕。
[0046] 圖7C是根據本發明的一些實施例的用于文檔布局配置器的示例顯示屏幕。
[0047] 圖7D是根據一些實施例的工廠文檔的示例內容表。
[0048] 圖8A是根據本發明的一些實施例的編輯器的工作流程。
[0049] 圖8B是根據本發明的一些實施例的批量編輯器（mass editor)的工作流程。
[0050] 圖9是根據本發明的一些實施例的過程控制配置系統。
[0051] 圖10不出了根據本發明所配置的儲存庫的系統實施例。
[0052] 圖11不出了工業工廠內的不例性子系統。
[0053] 圖12示出了根據本發明的實施例的儲存庫控制器。
[0054] 圖13A和圖13B不出了根據本發明的不例性工作流程。
[0055] 圖14是用于過程控制配置系統的框圖。
【具體實施方式】
[0056] 過程控制系統
[0057] 圖2A是用于工業工廠230(未示出）中的設備210的示例過程控制系統200的圖。 在該示例中，設備210是原油爐。過程控制系統200具有用以控制設備210的不同部分的 部分220、222、224、226、228。部分220、222、224、226、228中的每一個包括子部分。在該示 例中，部分220具有子部分：現場裝置202、204和控制邏輯206。在用于控制工業工廠230 中的過程232(未示出）的控制器212(圖9中所示）