專利名稱：用于配置加工廠中的圖形顯示元素和過程模塊的系統的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種加工廠，具體涉及一種智能控制和仿真的環境，它使得用戶的查看、仿真和控制能夠以加工廠控制體系的系統級集成在一起。
背景技術：
諸如化學、石油或者其它工業中所使用的分布式過程控制系統，一般包括一個或多個過程控制器，這些過程控制器經由模擬、數字或模擬/數字混合總線，與一個或多個現場設備通信相連。現場設備可以是例如閥、閥門定位器、開關、傳感器(例如溫度、壓力，液位和流量傳感器)等，它們位于過程環境中，并執行諸如開啟或關閉閥以及測量過程參數等過程功能。智能現場設備，例如符合公知的Fieldbus協議的現場設備，還可以執行控制計算、警示功能以及通常在控制器中實現的其它控制功能。通常位于工廠環境中的過程控制器，接收表示由現場設備產生的過程測量值的信號和/或屬于現場設備的其它信息，并執行控制器應用程序，舉例來說，該控制器應用程序運行不同的控制模塊，這些控制模塊根據接收到的信息進行過程控制決策、產生控制信號，并與正在諸如HART和Fieldbus現場設備之類的現場設備中執行的控制模塊或塊(block)協調工作。控制器中的控制模塊通過通信線路發送控制信號到現場設備，從而控制過程的操作。來自現場設備和過程控制器的信息通常通過數據總線可用于一個或多個其它硬件設備，例如操作員工作站、維護工作站、個人計算機、數據歷史記錄器、報告發生器、集中數據庫等，它們典型地設置在控制室或其他遠離比較苛刻的工廠環境的場所。舉例來說，這些硬件設備運行應用程序，以使操作員能夠執行與過程相關的功能，例如，改變過程控制例行程序的設置，修改過程控制器或現場設備中控制模塊的操作，查看過程的當前狀態，查看由現場設備和控制器產生的警報，仿真過程的操作以培訓人員或測試過程控制軟件，保持和更新配置數據庫等。例如，由愛默生過程管理公司出售的DeltaV 控制系統，包括了多個應用程序，這些程序存儲在加工廠內不同位置處的不同設備中，并由這些設備執行。一個或多個操作員工作站內的配置應用程序，使用戶創建或改變過程控制模塊，并通過數據總線將這些過程控制模塊下載到專用的分布式控制器中。典型地，這些控制模塊由通信互連的功能塊組成， 這些功能塊是面向對象的編程協議中的對象，它們可以基于輸入在控制方案中執行功能， 并向控制方案中的其它功能塊提供輸出。所述配置應用程序還允許設計者創建或改變操作員界面，該界面通過查看應用程序被用于向操作員顯示數據，并使操作員能夠改變過程控制例行程序中的設置，例如設定點。每個專用控制器以及某些情況下的現場設備，存儲并執行控制器應用程序，該應用程序運行被指派的以及被下載到其中的控制模塊，以實現實際的過程控制功能。那些可以在一個或多個操作員工作站上運行的查看應用程序，通過數據總線接收來自控制器應用程序的數據，并將該數據顯示給過程控制系統的設計者、操作員或使用用戶界面的用戶，查看應用程序也可以提供多個不同視圖中的任意一個，例如操作員視圖、工程師視圖、技術員視圖等。特別地，數據歷史記錄器應用程序存儲于數據歷史記錄器設備中并由其執行，該設備采集并存儲通過數據總線提供的某些或全部數據，同時配置數據庫應用程序可以運行在與數據總線相連的且距離尚遠的計算機上，以存儲當前過程控制例行程序的配置和與之相關的數據。可選擇地，配置數據庫可以與配置應用程序放置在同一工作站內。如上所述，操作員顯示應用程序通常在一個或多個工作站內以系統級為基礎被實現，并向與工廠內的控制系統或設備的操作狀況相關的操作員或維護人員提供預配置的顯示。特別是，這些顯示采用警報顯示的方式，這些警報顯示接收由加工廠內的控制器或設備生成的警報，控制表示加工廠內的控制器和其它設備的操作狀況的顯示，維護表示加工廠內的設備的操作狀況的顯示等。這些顯示基本上都按照已知的方式預先配置，以顯示接收來自加工廠內的過程控制模塊或設備的信息或數據。在一些已知的系統中，通過使用對象生成顯示，其中對象含有關于物理或邏輯元素的圖形，且該圖形與物理或邏輯元素通信互連，以接收關于物理或邏輯元素的數據。該對象可以基于接收到的數據改變顯示屏幕上的圖形，以說明例如罐是半滿的，或說明由流量傳感器測量的流量等。由于顯示所需要的信息由加工廠里的設備或配置數據庫發送，因而信息只用于向關于該信息的用戶提供顯示。因此，所有用于在工廠內生成警報、檢測問題等的信息和程序必須由與工廠相關的不同設備生成并在其中配置，例如加工廠控制系統的配置過程中的控制器和現場設備。只有這樣，信息才能在過程操作過程中被發送到操作員顯示器進行顯示。雖然誤差檢測和其它程序有助于檢測與不同控制器上運行的控制回路相關的條件、誤差、警報等，以及個別設備的問題，但很難對過程控制系統編程，以識別系統級條件或誤差，這些系統級條件或誤差必須通過分析來自加工廠內不同、可能分散的設備的數據來進行檢測。而且，操作員顯示已經基本上不用將這樣的系統級條件信息表示或顯示給操作員或維護人員，而且在任何情況下，很難利用這些顯示器內不同元素的變化信息源或數據源來生成操作員顯示器中的對象。關于物質流的生成和建模這種事實，確實是真的，例如管內流體的流量，原材料在傳送帶上的移動等，物質流通常由顯示器上兩設備之間的簡單連線所表示。此外，目前還沒有能夠檢測工廠里某條件的有組織的方式，例如流量條件和質量平衡，當物質經過工廠時，也幾乎沒有用于以系統級為基礎執行這些功能的可簡單操作的系統。同樣地，很難建立或生成加工廠或加工廠一部分的仿真，因為仿真活動通常必須與在加工廠的在線環境里被執行的顯示和控制活動分開執行。而且，如果創建了工廠的仿真，如果不是不可能，那么也很難將該仿真與工廠內正被操作的操作員顯示或控制模塊集成起來。
發明內容
公開一種便于加工廠配置的系統。該系統可以包括過程圖形編輯器和過程模塊編輯器。過程圖形編輯器有助于加工廠中物理實體的圖形表示的創建和/或修改。使用過程圖形編輯器創建和/或修改的圖形表示可以顯示在顯示設備上，例如工作站的監視器。過程模塊編輯器有助于過程模塊的創建和/或修改。過程模塊可以包括一個或多個互連的過程對象，它們表示加工廠內一個或多個相應的物理實體。過程模塊里的零個、一個或多個過程對象可以包括對加工廠里的物理實體進行仿真/建模操作的仿真和/或建模能力。系統還可以包括通信連接到過程圖形編輯器和過程模塊編輯器的監督模塊(例如監督應用程序)。該監督模塊能夠利用過程圖形編輯器檢測對加工廠里物理實體的圖形表示所做的改變。響應于對這些變化的檢測，監督模塊可以命令過程模塊編輯器對相應于物理實體的圖形表示的過程模塊進行相應的改變(如果有的話)。任選地，監督模塊可以利用過程模塊編輯器檢測對過程模塊所做的改變。響應于對這些變化的檢測，監督模塊可以命令過程圖形編輯器對相應于過程模塊的物理實體的圖形表示進行相應的改變(如果有的話)。
圖1是位于加工廠內的分布式過程控制網絡的框圖，其中工廠包括實現顯示例行程序的操作員工作站，該例行程序使用智能過程對象來創建過程模塊和圖形顯示，以仿真加工廠的操作；圖2是存儲在圖1的操作員工作站中的一組應用程序和其它實體的邏輯方框圖， 包括智能過程對象和過程模塊，可用于實現加工廠中的增強功能；圖3是配置屏幕的簡化描述，其中配置工程師使用該配置屏幕來利用存儲在對象庫中的智能過程對象創建過程圖形顯示或過程模塊；圖4是示例性過程圖形顯示的詳細描述，其包括加工廠內的流(stream)和連接元素的表述，通過互連許多智能過程對象的圖形顯示元素來創建；圖5描述了一組最小化的過程圖形顯示，包括圖4所示的過程圖形顯示，互連為用于工廠的更大型圖形顯示；圖6描述了與圖4所示的過程圖形顯示相關的過程模塊，也示出了與高保真仿真例行程序的互連；圖7A和圖7B是在加工廠內集成的圖形顯示、過程模塊和控制模塊之間通信互連的邏輯方框圖；圖8是示例過程模塊的簡化描述，該過程模塊具有與控制模塊中的功能塊互連以提供先進控制和仿真能力的塊；圖9是利用智能過程對象在現有過程控制網絡中創建過程模塊并在該網絡中執行該過程模塊的方式的邏輯方框圖；圖10是過程模塊與專家模塊集成在其中的示例性顯示的一部分；圖11是圖10的示例性顯示，其中已選擇了顯示的左手部分的一項；圖12示出了可以用于瀏覽已創建的過程模塊的示例性顯示的一部分；圖13示出了可以用于分配過程模塊以由加工廠內的特定節點執行的示例性顯示的一部分；圖14是與用于創建和修改過程模塊的編輯器相關的示例性顯示；圖15示出對應于一簡單罐的過程模塊；圖16A是與在過程模塊中修改過程對象的參數相關的示例性顯示；圖16B是將過程模塊中過程塊的一個參數與另一模塊中的功能塊關聯起來的示例性顯示；圖17示出了屬性、參數和/或測量值被自動從控制模塊拉進過程模塊；圖18是用于顯示過程模塊中已經被定義用于某一過程對象的模型的示例性顯示；圖19是用于顯示與所選擇的模型的不同屬性/參數相關的階躍響應的示例性顯示；圖20是查看和編輯階躍響應的示例性顯示；圖21是用于修改模型參數的示例性顯示，其中參數例如包括增益、滯后時間、一階時間約束、二階時間約束，和前置時間約束；圖22是可用于修改初始條件和/或達到模型穩態的時間的示例性顯示；圖23是用于選擇供過程對象使用的一種類型的模型的示例性顯示；圖24是用于查看和/或編輯過程對象的與模型相關的參數的示例性顯示；圖25是圖24的示例性顯示，其中已經選擇了位于左手位置的“流和參數”文件夾；圖26示出圖24的示例性顯示，其中用戶已選擇增加參數以供階躍響應模型使用；圖27示出圖24的示例性顯示，其中允許用戶增加關于新模型的信息，例如新模型的文本描述；圖28是用于指定供過程對象使用的第一原理模型的示例性顯示；圖29是用于增加或修改流元素屬性的示例性顯示；圖30是用于增加或修改屬性的示例性顯示；圖31是示例性系統的方框圖，該系統可以用于根據相應的過程圖形自動生成過程模塊，反之亦然；和圖32是可用于幫助配置過程模塊的示例性顯示。
具體實施例方式參見圖1，詳細圖示了示例性加工廠10，其中智能過程對象用來形成過程圖形顯示和過程模塊，二者可以與控制模塊集成起來以提供工廠環境內的增強的控制和仿真。特別的，加工廠10采用含有一個或多個控制器12的分布式過程控制系統，每個控制器都通過輸入/輸出(I/O)設備或卡18與一個或多個現場設備14和16相連，輸入/輸出(I/O)設備或卡18可以是例如Fieldbus接口、Profibus接口、HART接口、標準4_20ma接口等。通過例如以太網鏈接的數據總線24，控制器12也與一個或多個主機或操作員工作站20和22 相連。數據庫28可以與數據總線24相連，并作為數據歷史記錄器工作，以收集和存儲與工廠10中的控制器和現場設備相關的參數、狀態和其它數據，和/或作為配置數據庫工作，以存儲工廠10中過程控制系統的被下載至并存儲在控制器12和現場設備14和16中的當前配置。雖然控制器12、I/O卡18和現場設備14和16通常位于有時嚴酷的工作環境里，并廣泛分布于其中，但是操作員工作站20和22及數據庫28通常位于控制室或其它不怎么嚴酷的并且控制者或維護人員很容易訪問的環境中。正如已知的，每個控制器12，例如由愛默生過程管理出售的DeltaV 控制器，都可以存儲和執行控制器應用程序，該程序通過使用任意數目的不同的、獨立運行的控制模塊或塊29來實現控制策略。每個控制模塊29可以由通常所謂的功能塊構成，其中每個功能塊是整個控制例行程序的一部分或子例行程序，并與其它功能塊(通過所謂的鏈接的通信)結合工作，以實現加工廠10里的過程控制回路。正如已知的，可以是面向對象的編程協議里的對象的功能塊，典型地執行下列功能之一輸入功能，例如與變送器、傳感器或其它過程參數測量設備相關；控制功能，例如與執行PID、模糊邏輯等控制的控制例行程序相關；或輸出功能，它控制某設備的操作，例如閥，以執行加工廠10內的某物理功能。當然還有混合的和其它種類的復雜功能塊，例如模型預測控制器(MPC)、優化器等。雖然Fieldbus 協議和DeltaV系統協議采用在面向對象的編程協議中設計并實現的控制模塊和功能塊， 但是控制模塊可使用任何希望的控制編程方案來進行設計，例如包括順序功能塊，梯形邏輯等，并且不局限于使用功能塊或其它特殊編程技術所進行的設計和實現。在圖1所示的工廠10中，與控制器12相連的現場設備14和16可以是標準的 4-20ma設備，可以是智能現場設備，例如HART、Profibus、或F0UNDATI0N Fieldbus現場設備，它們包括處理器和存儲器，或者現場設備14和16也可以是所希望的其它類型的設備。 這些設備中的某些，例如Fieldbus現場設備(在圖1中用附圖標記16標注)，可以存儲并執行與在控制器12中實現的控制策略相關的模塊或子模塊，例如功能塊。已知的是，在圖 1中示出為在兩個不同的Fieldbus現場設備16中設置的功能塊30，可以與控制器12中的控制模塊29 —起執行以實現過程控制。當然，現場設備14和16可以是任何一種設備，例如傳感器、閥、變送器、定位器等，而且I/O設備可以是任何一種符合任何希望的通信協議或控制協議的I/O設備，例如符合HART、Fieldbus、Profibus等協議的設備。在圖1所示的加工廠10中，工作站20包括一套操作員接口應用程序和其它數據結構32，它們可以由任何授權的用戶(雖然還有其它類型的用戶存在，但這里有時指配置工程師，有時指操作員)所訪問，以查看和提供關于連接在加工廠10中的設備、單元等的功能。該套操作員接口應用程序32被存儲在工作站20的存儲器34中，且該套應用程序32 里的每一個應用程序或實體適于在與工作站20相連的處理器36上執行。雖然整套應用程序32被示出為存儲在工作站20中，但這些應用程序中的一些或其它實體仍可以存儲在位于工廠10中或于工廠10相關的其它工作站或計算機設備中，并由其執行。而且，該套應用程序可以提供顯示輸出給與工作站20相關的顯示屏37，或任何其它所希望的顯示屏或顯示設備，包括手持設備、筆記本電腦、其它工作站、打印機等。同樣，該套應用程序32里的應用程序可以被分解，并在兩個或多個計算機或機器上執行，也可以被配置成相互結合一起工作。一般來說，該套應用程序32提供三種不同實體的生成和使用，或使其有效，三種不同實體的操作可以集成在一起，以提供加工廠10中增強的控制、仿真和顯示功能。更特別的是，該套應用程序32可以用于創建和執行過程圖形顯示35 (它一般提供關于加工廠一部分的操作員顯示)，過程模塊39 (它一般提供加工廠一部分的仿真)和過程控制模塊，例如控制模塊29，它一般提供或執行過程的在線控制。過程控制模塊29在本領域中通常是公知的，并可以包括任何一種控制模塊，例如功能塊、控制模塊等。下面將詳細描述的過程圖形顯示元素35，基本上是由操作員、工程師使用的元素，或其它顯示，以便向用戶(例如操作員)提供關于加工廠及其元素的操作、配置或建立的信息。過程模塊39 —般緊密地連接于過程圖形顯示元素35，并可以用于實現加工廠操作的仿真或其中以過程圖形顯示35所示的方式相連的一些不同元素的操作的仿真。雖然過程圖形顯示35和過程模塊39可以被下載在與過程控制工廠10相關的任何其它計算機中，包括筆記本、手持設備等，并由其操作，但是過程圖形顯示35和過程模塊39被示出為存儲在工作站20和22中，并由其執行。圖2示出了工作站20的一套應用程序32內的一些應用程序和數據結構或其它實體。具體地，該套應用程序32包括控制模塊應用程序、過程模塊應用程序和圖形顯示配置應用程序38，它們被配置工程師使用，以創建控制模塊、過程模塊(也叫過程流模塊)和相關的圖形顯示。雖然控制模塊配置應用程序38可以是任何標準的或已知的控制模塊配置應用程序，過程模塊和圖形顯示配置應用程序可以使用一個或多個智能過程對象來創建過程模塊和圖形顯示，下面將對其特性進行詳細描述。而且，雖然過程模塊和過程圖形配置應用程序38是單獨示出的，但一個配置應用程序也可以一起生成這兩種類型的元素。智能過程對象42的程序庫40包括智能過程對象42的示例或模板，智能過程對象 42可以被配置應用程序38訪問、復制和使用，以創建過程模塊39和圖形顯示35。可以理解的是，配置應用程序38可用于創建一個或多個過程模塊39，每一個過程模塊都由一個或多個智能過程對象42構成或創建，并且可以包括一個或多個過程流或仿真算法45，它們存儲在過程模塊存儲器46中。此外，配置應用程序38可用于創建一個或多個圖形顯示35，每個圖形顯示都由一個或多個智能過程對象42構成或創建，并可以包括連接在一起的任意數目的顯示元素。圖形顯示35b之一以放大的形式示于圖2中，它包括對一組過程元素的描述，例如閥、罐、傳感器和流量變送器，它們通過管路、管道、電力電纜、傳送機等連接元素進行互連。執行機48在運行期間操作或執行每一個圖形顯示35和過程模塊39，以為操作員創建由圖形顯示35限定的一個或多個過程顯示，并實現與過程模塊39相關的仿真功能。執行機48可以使用準則數據庫50，其限定了作為一個整體待在過程模塊39上實現的邏輯以及特別的這些模塊內的智能過程對象。執行機48也可以使用連接矩陣來實現過程模塊39 的功能，該矩陣定義了工廠10和過程模塊39里過程元素之間的連接。圖2詳細示出了智能過程對象42e之一。雖然智能過程對象42e被示出作為智能過程對象模板之一，但可以理解，其它智能過程對象一般包括相同或類似的元素、特征、參數等，正如對智能過程對象42e的描述，而且這些元素、特征和參數的規定或取值可以根據智能過程對象的特性和使用在智能過程對象之間進行改變或變化。此外，雖然智能過程對象42e可以是面向對象的編程環境中的對象，并因而包括數據存儲、輸入和輸出及相關方法，但該智能過程對象也可由任何其它希望的編程范例或協議來創建，并由其執行。可以理解的是，在智能過程對象42e實例化之前，該對象是與圖1中加工廠10內的諸如物理或邏輯實體之類的特殊類型的實體相關的對象。然而，在被復制和實例化之后， 智能過程對象42e則可與加工廠內的特殊實體相連。不管怎樣，智能過程對象42e包括數據存儲部分53，它用于存儲從與智能過程對象42e相連的邏輯實體所接收的數據或屬于它的數據。一般數據存儲部分53包括數據存儲53a，它存儲關于智能過程對象42e所屬的實體的總的或永久信息，例如制造商、校正、名稱、類型等。數據存儲53b可以存儲可變的或變化的數據，例如參數數據、狀態數據、輸入和輸出數據、成本或其它關于智能過程對象42e 所屬的實體的數據，包括與過去或現在存在于加工廠10中的實體相關的數據。當然，智能過程對象42e可以被配置或被編程為定期或不定期地，通過任何希望的通信連接從實體本身，通過以太網總線24從記錄器28或以任何其它的方式，接收這種數據(如成本數據)。 數據存儲53c可以存儲智能過程對象42e所屬的實體的圖形表示，其用于通過例如與圖1 中工作站20相關的屏幕37的操作員界面實際顯示給操作員。當然，該圖形表示可以包括關于實體的信息的位置標志符(在數據存儲53c中用下劃線標記)，例如由參數或其它關于存儲在數據存儲53b中的實體的可變數據所限定的信息。當圖形表示在作為圖形顯示 35之一的一部分的顯示設備37上呈現給操作員時，這種參數數據可以被顯示在圖形位置標志符中。圖形表示(和智能過程對象42e)還可以包括預定連接點(在數據存儲53c中以“X”標記)，它可以使操作員或配置工程師按照圖形表示的描述將上游或下游元素與過程元素連接起來。當然，這些連接點也可以使智能過程對象42e知道與在過程模塊中配置的智能對象相連的元素，還可以指定一種必須使用的連接元素，如與該元素相關的管路、管道、流等。數據存儲53c可以有選擇地存儲大量的圖形表示。例如，不同的圖形表示可以對應于不同的視圖，例如工程師視圖、維護人員視圖、操作員視圖、管理人員視圖、訓練者視圖或練習生視圖等。例如，在生成用于特殊視圖的圖形顯示時，可采用特殊的圖形表示。用于創建圖形表示的示例性系統和方法在同一申請人的標題為“圖形與過程配置和控制環境的集成(GRAPHICS INTEGRATION INTO A PROCESS CONFIGURATION AND CONTROL ENVIRONMENT)”(代理備案No. 06005/41116)的申請中有描述。當然，也可以采用其它合適的系統和方法來創建圖形表示。智能過程對象42e還可以包括一個或多個輸入54和輸出56，以使其能與使用了智能過程對象42e的過程模塊內外的其它智能過程對象通信。輸入54和輸出56與其它智能過程對象的連接可以在過程模塊的配置期間，由配置工程師通過將其它智能過程對象與這些輸入和輸出簡單連接，或通過指定智能過程對象之間發生的特殊通信來進行配置。一些該輸入和輸出可以被限定為與智能過程對象連接，并連接在用于如上所述的智能過程對象的預定連接點處。這些輸入54和輸出56也可以由準則數據庫50中的準則組和限定工廠 10中不同設備或實體之間的連接的連接矩陣52所確定或限定。一般來說，包括與之相關的數據存儲或緩沖的輸入54和輸出56用于提供從其它智能過程對象到智能過程對象42e 的數據通信，或提供存儲在智能過程對象42e中或由其生成的數據向其它智能過程對象的通信。這些輸入和輸出也可用于提供智能過程對象42e和過程控制系統中其它對象間的通信，例如控制器12中的控制模塊、現場設備14、16等。如圖2所示，智能過程對象42e也包括用于存儲零個、一個或多個方法60 (圖2中示為方法60a、60b和60c)的方法存儲部分58，該方法可以由智能過程對象42e在使用該智能過程對象42e的過程模塊執行期間來實現。基本上，存儲在方法存儲部分58中的方法 60將使用存儲在數據存儲部分53a和53b內的數據和來自其它智能過程對象的數據，甚至來自其它源的數據，例如配置數據庫或記錄器28，通過輸入54和輸出56以確定關于加工廠10或工廠10內的實體的信息。例如，方法60可以確定與智能過程對象42e所限定的實體相關的差的或不好的操作條件，與加工廠10內的該實體或其它實體相關的誤差等。方法 60可以基于智能過程對象的類型或類被預先配置或提供，并基本上在執行機48運行期間， 每次執行智能過程對象42e時被執行。可以在例如智能過程對象42e的智能過程對象里提供的一些示例性方法60，包括檢測泄漏、死區、滯后時間、移動、變化、條件監測、計算成本或與實體相關的其它條件。在物質流經與智能過程對象相關的過程實體時，該方法60也可以被提供以幫助對該過程實體的操作進行仿真。因此，方法60可以用于計算質量平衡、能量平衡、流、溫度、 成分、氣態和與工廠10中的物質相關的其它系統級參數或流級參數，以仿真該元素的操作，因而根據所提供的輸入等計算出預計的輸出。當然，還有幾種方法可以存儲在智能過程對象42e中并由其運行，還有其它許多可使用的其它方法，這些方法基本上是由下列因素決定的，即被表示的實體的類型，該實體被連入并用在加工廠中的方式及其它因素。需要注意，重要的是，雖然智能過程對象42e可以存儲和執行檢測系統級條件、誤差等的方法，但是這些方法也可以用于確定關于設備、諸如過程控制模塊和回路之類的邏輯元素和其它非系統級實體的信息。如果需要，方法60可以以諸如C、C++、C#等的任何希望的編程語言被編程或提供，或被參考，或可以定義準則數據庫50里的可用準則，其中該數據庫應當在執行期間針對智能過程對象42e來運行。
如果需要，每個智能過程對象可以包括可用算法或方法庫，它們可以用于定義智能過程對象在被連接進過程模塊時的仿真行為。這樣一個庫示于圖2的智能過程對象42e 的下拉菜單61中，且類似的菜單可與每個其它智能過程對象相關。通過經由例如下拉菜單 61選擇仿真算法(稱為方法1、方法2等)的一個庫，配置工程師可以定義在智能過程對象被設置在過程模塊39中時，智能過程對象的仿真行為。這種方式下，配置工程師可以根據過程的類型或性質定義針對智能過程對象的不同仿真行為，其中智能過程對象用于對該過程進行建模。如果需要，配置工程師可以改為提供專用的或由其它用戶提供的算法來定義由智能過程塊限定的過程元素的仿真行為。這樣一個用戶定義的算法(在下拉菜單61中示為 “用戶定義”項)可以在智能過程對象被設置于或使用于過程模塊39中時，被提供給或存儲于該智能過程對象中。這個功能使仿真行為可以由用戶定制，因而提供更好或更準確的仿真。如下面將詳細描述的，如果需要，智能過程對象42e或每個過程模塊39可以包括操作員可啟動的開關(例如電子開關或標記)，它可以停止智能過程對象內仿真算法的使用，相反，它可以使得過程模塊的行為由例如HYSYS提供的高保真仿真包或程序來確定。這種情況下，智能過程對象或過程模塊從高保真仿真獲得被仿真的參數，這與使用智能過程對象本身的仿真算法相反。在由執行機48執行圖形顯示35或過程模塊39期間，執行機48實現由輸入54和輸出56限定的與圖形顯示35或過程模塊39中的每個智能過程對象的通信，并可以實現用于每個對象的方法60，以執行由方法60提供的功能。如上所述，方法60的功能可以設置在智能過程對象的程序里，或由準則數據庫50里的準則組來限定，其中準則數據庫50由執行機48根據智能過程對象的類型、類、標識、標簽名稱等進行執行，以實現用這些準則所限定的功能。可以理解的是，智能過程對象42e的一個例子具有智能過程對象42e與之相關的過程模塊上下文內的標簽或唯一名稱，該標簽或唯一名稱可用于提供與智能過程對象42e 之間的通信，且可在運行期間由執行機48引用。過程模塊標簽在控制系統配置中應該是唯一的。該標簽協議使得過程模塊39里的元素可以由其它過程圖形顯示35、過程模塊39、甚至控制模塊29里的元素所應用。更進一步地，智能過程對象42e的參數可以是簡單的參數， 例如簡單值、結構化參數或了解與之相關的單位和屬性值的智能參數。智能參數可由過程準則機或執行機48來解釋或使用，以保證所有的信號都能以同一單位被發送或被適當地轉換。智能準則也可用于開啟和關閉智能過程對象(或過程模塊)的警報集合，以創建智能警報策略和/或操作員界面。更進一步地，智能過程對象類可以與工廠10的過程控制策略中的設備和模塊類相關，以提供智能過程對象與需要解釋或訪問的過程變量之間的已知的鏈接。用在過程圖形顯示或過程模塊中的智能過程對象，也可以包括操作模式、狀態和警報行為，以便這些智能對象在運行期間可以置于不同的模式(例如關閉、開啟)和正常模式下，智能過程對象可以提供與基于它當前操作狀態的對象相關的狀態，還可以提供基于所檢測的條件的警報，例如參數超出范圍、受限、高可變性等。智能過程對象還可以包括類 /子類層次，這使得它們可以被分類列入類庫中，在復合結構中被收集在一起等。更進一步地，智能過程對象可以利用來自其它元素的信息，例如控制模塊和其它對象，以使得智能過程對象能夠識別，例如其相關實體何時忙碌或何時被工廠10中的分批控制過程所需要。智能過程對象可以與任何希望的過程實體相關，例如象泵、罐、閥等的物理設備， 象過程區域、測量值或執行器、控制策略等的邏輯實體。在一些情況中，智能過程對象可以和連接器相關，例如管路、管道、線路、傳送機或其它任何其它將物質、電、氣體等從過程里的一點移動到另一點的設備或實體。這里有時稱作智能鏈接或連接元素的與連接器相關的智能過程對象，也被標注(即使實際的設備或連接器自身并沒有被標注，或能夠在加工廠 10中通信)，且基本上用于表示過程中的其它元素之間的物質流動。典型地，智能鏈接包括屬性或參數，它們限定了不同物質或現象(例如電)(如蒸汽、電、水、污水等)怎樣流經連接元素。這些參數可以表明經過連接器的流體的類型和性質(如平均速率、摩擦系數、象湍流或非湍流的類型、電磁等)，以及流過連接器的可能方向或方向。智能鏈接可包括程序或方法，它們保證智能鏈接所連接的源對象和目標對象相匹配，如果不匹配，則可以執行轉換。智能鏈接的方法也可以使用模型或算法來對經過連接器的流體進行建模，以估計流過實際連接器的流體的速度或性質、物理連接的長度和尺寸、運輸延遲等。為智能過程對象存儲的參數(如摩擦參數)可以用在這些方法中。因此，實際上，智能鏈接或連接元素使智能過程對象能夠知道其它上游或下游的對象或實體。當然，智能鏈接例如可以以任何希望的或方便的方式限定系統內其它對象間的連接，流體類型，例如液體、氣體、電流等，實體的上游和下游側，其它實體是用于該智能過程對象的實體的上游和下游，材料、流體、電流的方向等。在一個實施例中，矩陣52可以在執行過程流體模塊之前被創建，且可以為智能鏈接限定工廠內不同設備之間的互連，以及因此而來的不同智能過程對象之間的互連。事實上，執行機48可以使用矩陣52來確定上游和下游實體，并因此限定智能過程對象間的通信和與該智能過程對象相關的方法。更進一步地，可以提供一個或多個準則組供智能過程對象使用，以彼此交互，并獲得智能過程對象內的方法所需的相互的數據，并解決與輸出連接相關的智能對象的影響。如果需要，智能過程對象42e也可包括諸如URL的熱鏈接，以鎖定適用于這種類型對象的文檔，或特定于智能過程對象42e所屬設備的示例(根據其重要性和實用性)的文檔。該文檔可以是銷售商提供的，也可以是用戶指定的。文檔的一些例子包括配置、開始和關閉程序、操作和維護文檔。如果需要，操作員可以點擊顯示在操作員顯示器上的對象，以提取用于該對象或相關設備的特定示例(如果有的話)和普通文檔。同樣的，操作員也能夠添加/刪除/改變獨立于系統軟件的文檔，例如維護要求、操作問題記錄等。進一步，這些熱鏈接可以是用戶可配置或可改變的，以向操作員界面內的對象提供添加信息鏈接的能力，提供對關于對象的合適信息的快速導航，以及提供添加專用于用戶、特定對象類型、甚至對象的特定示例的工作指令的能力。雖然以上描述的過程模塊和過程圖形是由不同的智能過程對象的互連一起創建的，但它們可以分開創建。例如，過程圖形可使用智能過程對象創建，當完成時，用于該圖形的過程模塊可以根據圖形元素和它們在圖形顯示里的互連來創建。可選擇的是，過程模塊可以使用智能過程對象首先創建，一旦創建完成，該過程模塊的圖形顯示可以由配置應用程序38，利用用于創建過程模塊的智能過程對象里的圖形顯示元素來自動創建。更進一步地，過程模塊和圖形顯示可以分開創建，且這兩個實體的單個元素可以通過相互參考手動連接在一起(例如使用圖形顯示和過程模塊里的元素的標簽屬性)。通過該機制，智能過程對象可以被多個顯示所參考。在任何情況下，一旦創建完成，過程圖形顯示和相關的過程模塊可以獨立或分開運行，雖然它們通常如所希望或所需要的那樣來回傳輸參數和信息。為了更易于理解，下面將詳細描述智能過程對象的某些可能的特征和范例，其中智能過程對象可用在過程圖形顯示和過程模塊中或用于創建過程圖形顯示和過程模塊。接下來，下面將描述如下方式使用所述元素和特征創建的過程圖形顯示和過程模塊，可以與控制模塊結合以提供先進控制和仿真能力。當然可以理解的是，智能過程對象元素和特征應不限于這里所述的元素和特征，如果需要的話，其它特征和元素也可用在過程圖形顯示和過程模塊之一或二者中或用于創建過程圖形顯示和過程模塊之一或二者。一般而言，預定義的圖形元素組可被提供于配置應用程序中，以使用戶能夠構建反映該加工廠的操作員顯示或圖形顯示。這些圖形元素可以被設計成動態顯示與控制系統交互的在線測量值和執行器。此外，反映過程操作的未測量的參數可利用在過程模塊中所提供的在線過程仿真來計算，并作為相關的圖形顯示的主要部分進行顯示。此外，在為工程或訓練仿真目的而使用的離線環境中，由過程模塊提供的過程仿真可以在圖形元素和相關的控制模塊內，代替過程測量值來使用。這些由相關過程模塊計算出的值，可以是基于執行器位置或狀態以及由過程圖形中所示的手動干擾值的。按照這種方式，圖形顯示和控制模塊可用于在線或控制情況和離線或仿真情況。而且，由于許多情況下圖形元素的靜態區與包含在已知的圖形庫里的三維分量相似，所以這些圖形元素的更獨特的特征或屬性、與這些元素一起顯示的信息、以及與控制系統I/O及過程仿真模塊的鏈接，將在下面針對圖形元素的一些可能類型和示例進行描述。—般而言，關于智能過程對象的過程模塊里的圖形元素和仿真算法流入不同種類的過程元素中的一種，包括流元素、過程連接元素、執行器元素、處理元素、測量元素和已估屬性元素。流元素基本上限定加工廠中的物質流，并可以顯示在圖形顯示上以示出組成、濃度、流、溫度、壓力、重量和/或任何其它的限定物質流的參數。流元素在過程模塊的輸入端處即被限定，并被提供給過程模塊里的元素，以便使經過過程模塊的物質流被建模并在圖形顯示中被描述。類似的，流元素可示于過程模塊的輸出端或末端，以說明圖形顯示中由圖形顯示描述的加工廠該區的物質輸出。流元素也可用于限定不同圖形顯示(和相關的過程模塊)怎樣相互連接在一起。例如，一過程模塊中的輸出流可能是另一個過程模塊的輸入流，并可提供其它過程模塊的輸入流所使用的值。流可包括下列四部分名稱(如PH流)、 方向(如輸入流)、測量值(如流量、壓力、溫度)和組成(如氮、氨等)。然而，如果需要， 流還有其它部分或參數。過程連接元素限定工廠內的物質(如固體物質、液體和蒸汽以及氣體)從一個設備運輸或傳送到另一個設備的方式。為了清楚地說明經過過程的物質流，可以使用三種不同的過程連接，包括管路、管道和傳送帶。當然，其它連接元素，如在電-化學過程中引導電能流的電纜等也可以被使用。管路基本上用于圖示(和仿真)工廠內的液體和高壓蒸汽或氣體流。管道基本上用于圖示(和仿真)工廠內的低壓氣體流。傳送帶基本上用于圖示 (和仿真)處理單元之間固體物質的移動。結果，每個過程連接元素都限定了連接的類型， 例如用于提供設備輸入或輸出端處物質的管路連接、管道連接或傳送帶連接。如果需要，正在由連接傳輸的物質的屬性由上游輸入確定。該信息加上限定該連接是否完成的連接狀態變量可以被獲得，以作為圖形顯示上的連接元素的屬性。連接元素可在處理元素輸出端、執行器元素輸出端或流元素輸出端開始。以類似的方式，連接元素可在處理元素輸入端、執行器元素輸入端或流輸入端結束。當將光標放在圖形顯示中的連接元素上時，則連接元素的屬性可以被自動顯示。 而且，與連接元素相關的屬性可通過在連接元素上設置測量值或已估計的屬性元素(接下來被限定)來永久地顯示。如果需要，連接元素可通過在元素輸出端(如流輸出端、處理元素輸出端或執行器元素輸出端)上按下鼠標左鍵來創建，同時按住鼠標鍵將指針定位在元素輸入端上。為了成功地建立連接，上游和下游元素的輸入和輸出類型(管路、管道或傳送帶)必須匹配。連接將自動接受上游元素的類型。如果需要，管路元素可以在過程圖形顯示中以管路連接表示或顯示，管道元素可以以管道連接表示或顯示，傳送帶元素可以以傳送帶連接表示或顯示。管路、管道和傳送帶元素連接可在處理元素之間自動被引導，且箭頭可顯示在這些元素的描述外部，以示出流動的方向。如果上游輸出對應于兩個連接，則可以在管路、管道或傳送帶內包括“T”元素。 類似的，“T”元素可用于合并多路輸出。傳送帶元素的顏色或其它圖形特征可以改變，以表明其狀態，如運行/停止、流動/未流動、堵塞等。一般而言，沿著傳送帶的物質流由與傳送帶相連的電機驅動器來確定。因此，電機驅動器操作機構(下面更詳細的描述中為操作元素)可與傳送帶相連。而且，可將測量元素(下面有描述)與管路、管道和傳送帶相連，以使其可能顯示關于管路、管道和傳送帶元素的測量值，例如傳送帶的速度、管路或管道里的物質流、傳送帶之上或其中的物質的屬性，如濕度或重量。而且，可以添加顯示屬性元素，以顯示管路、管道或傳送帶之上和其中的未被測量的物質屬性，例如物質的組成。如果需要，每個管路、管道和傳送帶元素都可以圖形化地并自動地反映丟失的連接(如通過顏色變化)，并反映所選擇的屬性(壓力、溫度、長度等)是在外部配置限制(如通過顏色變化)的。此外，由相關過程模塊計算的參數可以顯示在圖形中。例如，由上游連接提供的屬性、連接狀態是好還是壞、對連接元素的一個或多個所選擇的參數的限制等可以被顯示在圖形顯示中，以提供給操作員關于連接元素或由連接元素傳輸的流的信息。—般而言，執行器元素是對流執行驅動功能的元素，它可以設置于不同連接元素之間或處理元素與連接元素之間。執行器元素的例子包括調節閥(帶致動器)、開關閥(帶致動器)、泵(帶電動機)、強制通風機(帶電動機)、引風機(帶電動機)、排放管(帶開關閥)、阻尼器(帶驅動)、進料器(帶變速電動機)、傳送帶電動機驅動(可連接到傳送帶元素)等等。閥元素的圖形顯示可以動態地反映所指的閥位置(例如通過動畫)、閥故障(例如通過顏色變化)、閥全開/關的位置(例如通過顏色變化)，和控制該閥的相關控制塊的 AO、DO、DC、設定點、PV、OUT、模式等(例如通過字符串或其它指示)。與閥元素(用在過程模塊)相關的仿真元素可以具有仿真算法，該仿真算法計算與閥致動器相關的參數，例如排放壓力、質量流量、液體溫度、液體成分、入口壓力和出口壓力。如果需要，這些被仿真或計算的參數可以顯示在過程圖形中。然而，用戶和配置工程師必須經常配置對于與該閥相關的控制模塊中的AO、DO或DC塊的參考，以及閥的類型(例如線性的、快速開啟的、等比的、閥尺寸等)和從開啟到關閉的工作時間。當然，當物質流過該閥時，可用于仿真閥的操作的仿真算法可以依據閥的類型和尺寸信息。泵元素的圖形顯示可以動態地反映電動機狀態(例如通過顏色變化)、相關的DO或DC功能塊模式和設定點(如使用字符串)、電動機速度(如果使用變速驅動)、AO設定點、PV、0UT模式(如果使用變速驅動)和其它希望的參數。同樣的，該元素的過程仿真(用在過程模塊中)可以確定或計算參數，例如排放壓力、液體組成、液體溫度和質量流量，其中的參數可以顯示在圖形顯示中。用戶可能需要定義基于泵的類型的泵曲線。然而，用戶可以配置對與電動機的開啟/關閉相關的DO或DC塊的參考，對用于變速驅動(如果使用了話)的相關AO功能塊的參考，和用于限定泵操作的泵曲線(例如，壓力與流的關系曲線)。強制通風機或引風機的執行器元素的圖形描述可以具有動態反映任何可在圖形顯示中顯示的電動機狀態、DO或DC功能塊模式和設定點、電動機速度(如果使用變速驅動)、A0設定點、PV、0UT、D0或DC功能塊模式(如果使用變速驅動)和其它期望的參數的描述。該元素的過程仿真元素(用在過程模塊中)可以確定或計算例如排放壓力、氣體組成、氣體溫度和氣體質量流量之類的參數，它們可以被顯示在圖形顯示中。用戶可以配置對用于電動機開啟/關閉的相關DC塊的參考，對用于變速驅動(如果使用的話)的AO塊的參考和用于限定風扇的仿真操作的風扇曲線(壓力對流量的關系曲線)。在一些情況中，特定類型的執行器可以只和特定類型的連接等一起使用，例如與管路、管道或傳送帶一起使用。下面的表格定義了用于典型執行器元素的示例性連接限制。
權利要求
1.一種便于配置加工廠的用戶界面方法，該方法包括將顯示分割為至少第一部分、第二部分和第三部分；在第一部分中顯示工作空間，以便為加工廠的至少一部分創建仿真算法，該仿真算法的至少一部分用所述工作空間中的過程對象間的連接描述來定義；在第二部分中顯示能被加入到所述工作空間中的過程對象庫，該庫中的至少一個過程對象具有至少一個對應于所述過程對象的加工廠中的物理實體的相關圖形表示；并且如果用戶選擇了所述工作空間中的過程對象，則在所述第三部分中顯示所選擇的過程對象的參數指示。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述的那個過程對象包括流對象、連接對象、執行器對象、標準過程對象、定制過程對象或用戶定義的過程對象中的至少之一。
3.如權利要求1所述的方法，進一步包括如果用戶選擇了參數指示中的一個，則提供一顯示以使用戶能夠修改與該指示相對應的參數。
4.如權利要求1所述的方法，進一步包括如果用戶指示要添加一與所述的那個過程對象相對應的新參數，則提供一顯示以使用戶能夠添加該新參數；并且在所述第三部分中顯示該新參數的指示。
5.如權利要求1所述的方法，進一步包括基于利用過程圖形編輯器所創建的過程圖形，在所述工作空間中自動生成至少一些過程對象間的連接描述，其中所述過程圖形描述了所述加工廠的所述至少一部分。
6.如權利要求1所述的方法，進一步包括提示用戶為所述工作空間中的一過程對象選擇一模型，該模型從多個模型中選出，且該模型對與所述過程對象相對應的加工廠中的物理實體的行為進行仿真。
7.如權利要求6所述的方法，其中提示用戶選擇模型的步驟包括提示用戶從至少一階躍響應模型和一第一原理模型中選擇模型。
8.如權利要求7所述的方法，其中所述工作空間中的過程對象能具有與所述過程對象的第一參數相關的階躍響應模型，以及與所述過程對象的第二參數相關的第一原理模型。
9.如權利要求1所述的方法，進一步包括如果用戶選擇了參數指示中的一個，則提供一顯示以使用戶能夠將與所述那個指示相對應的參數鏈接到適于在一個或多個過程控制器上執行的控制模塊上，以實現加工廠中的過程控制活動。
10.如權利要求1所述的方法，進一步包括如果用戶選擇了參數指示中的一個，則提供一顯示以使用戶能夠將與所述那個指示相對應的參數鏈接到適于在一個或多個過程控制器上執行的控制模塊上，以實現加工廠中的過程控制活動。
全文摘要
本發明提供了一種用于配置加工廠中的圖形顯示元素和過程模塊的系統。一種便于配置加工廠的系統可以包括過程圖形編輯器和過程模塊編輯器。過程圖形編輯器可便于加工廠中物理實體的圖形表示的創建和/或修改。過程模塊編輯器可以便于過程模塊的創建和/或修改。過程模塊可以包括代表加工廠中一個或多個相應物理實體的一個或多個互連的過程對象。該系統還包括一與過程圖形編輯器及過程模塊編輯器通信相連的監控模塊。該監控模塊能使用過程圖形編輯器檢測對物理實體的圖形表示所做的變化。響應于對此類變化所進行的檢測，監控模塊可以指令過程模塊編輯器對過程模塊進行相應的改變，如果有的話。
文檔編號G05B23/02GK102323767SQ20111015683
公開日2012年1月18日 申請日期2005年5月4日 優先權日2004年5月4日
發明者亞瑟·韋伯, 布魯斯·坎普尼, 斯蒂芬·吉爾伯特, 特倫斯·L·布蘭文斯, 肯·J·貝歐格特, 邁克爾·J·盧卡斯, 馬克·J·尼克松 申請人:費舍-柔斯芒特系統股份有限公司