過程控制系統和配置系統的制作方法
【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，本發明涉及 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/關閥，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中的各控制器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一個功能塊中。功能塊被定義為接收或生成針對每個現 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。過程變量是存在對其的測量的變量，諸如溫度、壓力、力、饋電 信號、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于控制過程的變量。 控制邏輯是控制器108的算法。
[0003] 控制網絡110中的人機界面（HMI)終端112與功能塊交換數據并且將信息提供給 操作者以操作過程控制系統100。過程控制系統100針對諸如設備和現場裝置的部分而基 于所交換的數據管理并（從功能塊）發布命令。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終端中執行。操作者通過在控制器和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。功能炔基于來 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。操作者在過 程調整期間設置調整參數的設計值。
[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中執行。
[0005] 在工業工廠中，存在針對參數的許多數據文件和數據集合。當相關的數據集合是 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而當在警報管理系統中時被定義為第二類 型。第一類型和第二類型的定義是不同的。當改變設計數據中的參數或參數關系時，識別 要在用于過程控制系統100的控制邏輯中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針對工業工廠的 文檔，諸如指令手冊、控制邏輯定義和規范。單獨地準備從控制邏輯到控制數據的針對過程 工廠的文檔。
[0007] 由于手動地準備文檔，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。在石油過程工廠的示例中，諸如石油的原材料的成分取決于原產國。因 此，需要針對每個不同的成分改變過程工廠的過程控制系統中的控制邏輯。單獨手動地準 備針對不同成分的原材料的不同控制邏輯的文檔。該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操作改進而連續地改變。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。手動地更新這樣巨大的文檔是繁重 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，需要額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，拖延或完全避免維持文檔編制的成本。在這些狀況下，文檔因缺乏更新而過時。 需要改進文檔的準備和更新。
[0011] 工業工廠被設計并構建成持續30年以上的時間。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持或更新工廠控 制系統的控制邏輯。在工廠運營的數年內這些用戶可能已更換。現有的用戶不得不更新他 們對控制邏輯的理解，并且新的用戶必須找出并理解控制邏輯，以便對控制邏輯做出改變。 一種理解控制邏輯的方式來自文檔。無法從文檔了解文檔何時由于以上說明的原因而與控 制邏輯不一致。
[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] 不同用戶不同地執行工程任務。當做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。這導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 及其文檔化的效率。另外，需要提高控制邏輯和文檔化的一致性。必須存在能夠有效地實 現連續維護和操作改進的機構。
【發明內容】
[0016] -種用于被配置為執行過程控制的過程控制系統的配置系統。該配置系統包括但 不限于：a)基于設計數據的針對工業工廠的一部分的定義模塊，其存儲在存儲器中。定義 模塊包括但不限于：a-Ι)控制邏輯定義文件，被配置為定義針對該部分的控制邏輯；以及 a_2)數據定義文件，被配置為定義與所定義的控制邏輯有關的數據。
【附圖說明】
[0017] 圖1A是現有技術中的過程控制配置系統。
[0018] 圖1B是現有技術中的工程工具的示圖。
[0019] 圖1C示出了現有技術中的準備工廠文檔的手動工作流程。
[0020] 圖2A是示例過程控制的管道和儀表示意圖。
[0021] 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各控制器的示例。
[0022] 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。
[0023] 圖4A示出了示例編輯器400。
[0024] 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。
[0025] 圖5示出了根據一些實施例的本發明的示例框圖。
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] 圖7D是根據一些實施例的工廠文檔的示例內容表。
[0031] 圖8A是根據本發明的一些實施例的編輯器的工作流程。
[0032] 圖8B是根據本發明的一些實施例的海量編輯器（mass edi tor)的工作流程。
[0033] 圖9是根據本發明的一些實施例的過程控制配置系統。
[0034] 圖10是過程控制配置系統的框圖。
【具體實施方式】
[0035] 過程控制系統
[0036] 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的示 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中的每一個均包括多個子部 分。在該示例中，部分220具有多個子部分、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(在圖9中示出）中執行控制邏輯 206。在該示例中，控制邏輯206用于根據用于工業工廠230的設計數據234(未示出）來 控制現場裝置202、204。
[0037] 在該示例中，現場裝置202是傳感器、將輸入參數發送至控制器212的輸入裝置。 控制器212具有第一功能塊205和第二功能塊207這兩個功能塊中的控制邏輯206。功能 塊205、207是控制器212中用于處理控制邏輯206的軟件部件。在第二功能塊207中處理 輸入參數之前在第一功能塊205中處理該輸入參數以生成輸出參數。然后，控制器212將 輸出參數從第二功能塊207傳送至現場裝置204(在該示例中其是作為閥的致動器的輸出 裝置）。在該示例中，現場裝置202、204連接至諸如輸入-輸出（I/O)卡或模塊的硬件接口 部件，該硬件接口部件接著連接至控制器中的第一功能塊205和第二功能塊207。
[0038] 根據本發明的一些實施例，用于工業工廠230的過程控制系統200由用于相同類 型或不同類型的設備210的多個過程控制系統200組成。
[0039] 過程控制系統200包括多個處理器和多個HMI終端218 (未示出）。每個HMI終 端218由HMI屏幕217 (未示出）和輸入裝置組成。HMI屏幕217顯示部分220并相應地顯 示子部分（即現場裝置202、204)。根據本發明的一些實施例，HMI屏幕217顯示所有部分 220、222、224、226、228及其子部分（即現場裝置202、204、控制邏輯206)。
[0040] 過程232包括但不限于設備210中的過程以及每個部分220、222、224、226、228中 的過程。可選地，設備210是由部分220、222、224、226、228組成的部分。在該可選方式中， 設備210中的過程由部分220、222、224、226、228的過程組成。
[0041] 邈分
[0042] 在短語"工業工廠中的部分"的上下文中的術語"部分"意味著"不是全部"，而是 構成工業工廠的一個零件（piece)。在短語"作為工業工廠的一部分的過程控制目標"的上 下文中的術語"部分"是指經受由過程控制系統執行的過程控制的目標。"部分"或"過程 控制目標"可以僅僅是硬件，僅僅是軟件或者兩者的組合。"部分"或"過程控制目標"的一 些說明性示例可以包括但不限于現場裝置、功能塊、連接器、控制器、HMI屏幕。術語"與部 分相關的數據"是指與上述的部分或"過程控制目標"相關的數據。如果"部分"是"現場裝 置"，則與部分相關的數據是指與現場裝置相關的數據集合。
[0043] 對于被視為整體的工業工廠230,整個工業工廠230的分割部分被稱為部分。在 本發明中，部分是工業工廠230的部件或區域。部件包括但不限于諸如傳感器和致動器的 現場裝置202、204、控制邏輯206、控制器212以及設備210。根據本發明的一些實施例，控 制器212包括功能塊205、207、在相關功能塊205、207之間的連接器209。當部件由其他部 件組成時，部分由多個子部分組成。例如，部分