用于设计分布控制系统的方法及其设计工具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及分布控制系统，并且更具体地涉及用于设计分布控制系统的方法。
【背景技术】
[0002]分布控制系统(在下文DCS)用于控制加工厂，并且在工厂内实现自动化中起重要作用。通过经由DCS的各种设备设计这些控制和自动化功能来实现对于加工厂的控制和自动化功能。
[0003]设计的方法通常基于标准，例如IEC 61499(国际电工委员会)，其规定由设备模型、资源模型和应用模型组成的系统模型以用于配置系统。设备模型规定表示设备、其过程接口、通信接口以及用于事件的数据流。可对DCS中的资源进行配置、用参数表示、开启(start up)、删除等。资源模型规定预定功能，其配备了功能块规范。应用模型规定高级应用和子应用构建和行为。应用可分布在相同或不同的设备中的若干资源之中。
[0004]设计过程包括以下步骤:分析以P&I图表、输入/输出(I/O)点描述和一些附加的用户输入的形式进来的输入以及基于所述输入创建功能块网络，连接功能块以及基于预先设置的设备/控制器来创建应用。
[0005]每个设备/控制器类型与其库一起出现，所述库包含能够从控制器使用的功能块的类型。同样，控制器类型与其能力的某些描述一起出现，例如它们支持什么用于通信的接口。这些控制器类型库在设计站工具箱中出现。工程师按照类似下面的原则将这些功能或应用类型拖曳(drag drops)给功能设计者:
[0006]1.写入/布线需要和现场输入和输出的物理位置
[0007]2.装载控制逻辑然后检查运行时的CPU利用
[0008]3.通信逻辑配置为标准接口(通信)块并且连接到控制逻辑并且作为数据或事件表露在控制网络上。
[0009]4.1/O的数量及其类型决定分配，并且控制器能够接入有限的1/0，或者I/O直接附连到控制器。
[0010]5.当前工程师选择控制器类型，控制器类型将与I/O信息一起工作。
[0011]这些应用附有时间约束，并且定义和下载了执行顺序，使得它们在所定义的执行顺序下操作。
[0012]在现代设备中，智能能够驻留在传感器、1/0、控制器(通信接口或控制模块)和人机界面(运行方实时部件和非实时部件)的任何地方来创建能够动态计算的系统。
[0013]在现代系统中，所有数据在单一总线上可以是可用的(或能够经由代理/网关进入单一总线)，并且动态连接设备是可能的。
[0014]为了利用常规设备的能力并且充分利用与具有用于动态连接的能力和可编程智能的较新设备一起出现的新技术，对于控制系统中的设备上的平衡应用分布，存在较动态的方法的需要。
[0015]在现代系统中，邻近性的考虑可不再是约束，由于用有线宽带/无线网络我们能够跨越足够远的距离交谈。在一个总线上的所有数据的可用性意味着我们能够基于以较分布的方式和较本地的方式上的数据和对数据的响应来采取各种决策。为了有效实现分布并且仍作为系统在一起工作，需要传送上的软配齐/软连线和重新连线是动态的。
[0016]本发明旨在提供设计DCS的方法，该方法能够在同时代的DCS中考虑所有前面提到的结构的和功能的改进。
【发明内容】
[0017]本发明的一个方面是用于设计DCS的方法。DCS具有包含至少一个输入/输出(I/O)设备和至少一个控制器设备的、在DCS网络上连接的多个设备，使得I/O设备能够与至少一个控制器设备通信。在现代DCS中，I/O设备中的任何一个能够与控制器设备中的任何一个通信，并且与控制器关联的过程控制/监管活动可在控制器或I/O设备自身的任何一个中实现。本发明提供用于设计这种系统的方法。该方法包括多个步骤，所述多个步骤包括:请求用户输入应用类型，并且对于所请求的应用类型从设计工具库中可用的一个或多个解决方案变形选项中选择解决方案变形。基于用户输入，从DCS中的多个可用设备中识别用于配置的至少一个设备。同样，对于所请求的应用类型和解决方案变形，识别对应的功能块。
[0018]功能块由链接在一起的多个功能片段组成，在一个或多个设备中配置功能片段。功能片段的实例在设计工具中创建，并且考虑识别的至少一个设备(例如I/o设备)被布置。实例的创建包括考虑所涉及的设备规范、过程和通信开销来分析功能片段，使得可根据DCS(过程、设备或交互)需要确定全部的功能性。按照分析所创建的实例和合适的布置用于通过设计工具来配置设备。在分析期间设计工具可动态重新布置功能片段的初始所创建的实例，以满足一个或多个识别的分布控制系统需要。
[0019]而且，将涉及对于各种解决方案变形选项或设备或(通过算法步骤号的)算法类型的功能片段的所分析的选项进行报告以收集用户输入以找到适合配置的解决方案。设计工具还可由自身选择用于配置的功能片段和设备的最合适的组合。
[0020]本发明的另一方面，提供了使用本发明中描述的方法的设计工具。设计工具具有所要求的功能块的库，该库具有与在DCS中使用的通信块类型和设备类型关联的算法类型和算法步骤号和规范。而且，设计工具对于DCS中的设备具有用于创建功能片段的模块并且对于在DCS中使用的设备具有用于分析功能片段的实例的模块。设计工具按照所创建的功能片段的实例来执行设备的配置。
【附图说明】
[0021]为了全面和更完整地理解所要求保护的发明，参照本文下面的附图:
[0022]图1按照本发明示出设计的方法的框图。
【具体实施方式】
[0023]参考附图提供了下面的描述以帮助全面理解由权利要求及其等同所定义的本发明的优选的实施例。它包括各种具体细节以帮助理解，但是这些仅当作是示范性的。
[0024]用于设计DCS的示范性设计工具使用功能块网络接受包括过程和指令(P&I)图表、I/o点描述和用户输入的输入以基于所述输入来设计DCS。设计工具包括设备/控制库，所述设备/控制库包含关于设备类型、功能块类型和通信块类型的信息。
[0025]本发明旨在提供支持动态能力的设计DCS的方法。该工具进一步包括设备/控制库，还包含定义(与过程关联的)算法类型-例如PI或PID以及算法步骤号(基于架构输入的执行顺序步骤)的新的属性。如果存在可作为选项用的多个算法类型，则算法步骤号能够基于算法类型来区分。
[0026]图1示出了所述方法[100]。根据目前的发明，该方法包括以下步骤:请求用户输入应用类型并且从一个或多个解决方案变形选项中选择解决方案变形[110]，基于用户输入从对于设计DCS可用的多个设备中识别至少一个设备[120]，基于所述用户输入从在设计工具库中可用的多个功能块中选择至少一个功能块连同其功能片段[130]，考虑从多个设备中识别的至少一个设备来创建功能片段的实例以及布置至少一个功能片段的实例[140]，以及基于所创建的功能片段的实例配置从多个设备中识别的至少一个设备[150]。
[0027]这里，在本发明提供的方法中，在对于所选择的解决方案变形选项和关联的/可用的设备分析功能片段的实例的布置之后，执行创建功能片段和布置功能片段的步骤，所述功能片段与对于DCS中的具体设备来指定功能片段关联，使得该布置满足与DCS或过程需要或所使用的设备的功能性关联的设计规范。在本发明中，这样的规范在本文中称作“分布控制系统需要”。
[0028]分析还包括DCS设计工具内可用的一系列选项，由设计工具用功能块片段布置、算法(基于与可用功能块关联的算法步骤号和算法类型)或解决方案变形的各种组合来尝试可用的设备，以在最佳可能的方式中满足分布控制系统需要。工具还建议可用的选项以用于设计DCS中可用资源的最佳使用。可同样处理用户输入以基于所分析(所创建)的功能片段的实例来确认用于设备配置的具体选项。
[0029]因此，设计工具提供可与功能片段的初始选择不同的功能片段的动态分布，基于一系列分析以对于所选择的/可用的设备找到最适合的功能片段，并且作为系统最佳工作以满足DCS需要。
[0030]还借助对于锅炉控制中的应用的示范性说明示出方法和设计工具。在配置期间使用设计工具请求用户规定应用类型，并且用户对于示例锅炉保护选择应用类型。该工具请求用户从多个解决方案变形中选择，为了说明假定解决方案变形I或解决方案变形2，其中，解决方案变形包含下面的信息:
[0031]a.时间同步方案
[0032]1.来源设备类型和精度
[0033]i1.时间同步通信机制和协议方案
[0034]b.通彳目和决策方案
[0035]1.用于决策制定的投票协议方案
[0036]i1.决策制定者和参加者方案
[0037]c.警报方案
[0038]1.对于警报传播和协议方案的通信路径的定义
[0039]i1.精度描述和定时方案
[0040]为了说明，对于锅炉保护应用类型，可考虑下面的解决方案变形作为示范性例子。
[0041]解决方案变形I
[0042]a.时间同步方案
[0043]1.来源设备类型=控制器，以及精度=Ims
[0044]2.时间同步通信机制和协议方案=SNMP
[0045]b.通信和决策方案
[0046]1.用于决策制定的投票协议方案=ALP (私有协议)
[0047]2.决策制定者和参加者方案(2/3投票)遵从PRP标准的冗余性
[0048]3.大于210丽并且小于1000MW的工厂的能力
[0049]c.警报方案
[0050]1.用于警报传播和协议方案的通信路径的定义=基于HMI导向的EEMUA 191标准
[0051]2.精度描述=事件的顺序对于过程保持Ims以及对于功率系统事件保持I微秒
[0052]解决方案变形2
[0053]a.时间同步方案
[0054]1.来源设备类型=外部时间来源，以及精度=I微秒
[0055]2.时间同步通信机制和协议方案=PTP 1588
[0056]b.通信和决策方案
[0057]1.用于决策制定的投票协议方案(2/3投票)
[0058]2.决策制定者和参加者方案(基于投票或基于混合快速/精度的决策支持)以及基于HSR方案的冗余性
[0059]c.警报方案
[0060]1.对于警报传播和协议方案的通信路径的定义=包括所有链接的网络(包