过程控制器及其更新方法
【专利说明】过程控制器及其更新方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年I月20日提交的第2014-008047号日本专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003]本公开涉及一种过程控制器及其更新方法。
【背景技术】
[0004]控制各种类型的状态量(例如，流体的压力、温度和流量)的过程控制系统安装在工厂和制造厂(下文中，简称为“工厂”作为其统称)中。具体地，第4399773号日本专利公开了作为过程控制系统的核心的控制器(过程控制器)收集传感器(例如，流量计和温度计)的检测结果，该控制器根据检测结果来计算致动器(例如，阀)的操控值，并且控制器根据所算出的操控值来操控致动器。通过这些过程来控制上述的各种类型的状态量。
[0005]虽然通过使用独占使用的专用装置来建立过程控制系统，但是新近的过程控制系统正被公开并且通常通过使用规范被公开的通用装置(计算机或工作站)来建立。在使用通用装置的过程控制系统中，与一般的信息系统相同，需要转换(更新)包括硬件、操作系统(OS)等在内的平台。对平台进行转换以例如扩展平台的功能或者校正平台的故障和弱点。
[0006]虽然通常单独地建立过程控制系统，但是新近的过程控制系统通常连接到执行生产管理等的另一信息系统以提高工厂的生产率。在过程控制系统连接到另一信息系统的情况下，存在外部网络攻击的风险。为此，连续地转换平台很重要。
[0007]过程控制器转换平台以尽可能多地缩短通过控制应用执行的控制的停工时间(downtime) ο具体地，通过以下步骤I至4来对过程控制器的平台进行转换。“旧过程控制器”是指在转换平台之前所使用的过程控制器。“新过程控制器”是指在转换平台之后要使用的过程控制器。
[0008]1.启动新过程控制器以使控制应用可设置。
[0009]2.将在旧过程控制器中已运行的控制应用的设置转移到新过程控制器。
[0010]3.使得旧过程控制器停止。(通过该任务，断开网络，并且控制应用停止。)
[0011]4.在新过程控制器中引导(boot)控制应用。
[0012]在上述的步骤中，在新过程控制器中引导控制应用(步骤4)之前，使得旧过程控制器停止(步骤3)。通过这些步骤，能够防止多个相同的控制应用的竞争。然而，在通过步骤I至4转换平台的情况下，在使得旧过程控制器停止时使得控制应用停止运行，旧过程控制器的操作状态(控制应用的操作状态、操作系统的操作状态、通信状态等)没有被新过程控制器接管(take over)。
[0013]在新过程控制器中引导控制应用而没有接管操作状态的情况下，控制应用必须启动初始化任务。出于该原因，存在控制操作不连续的可能性。“控制操作不连续”是指例如不执行本来要执行的操作或者多余地执行相同操作。在控制操作不连续的情况下，半成品(work in process)根据其特性而严重地损坏，并且也存在作为控制对象的设施损坏的可能性。
【发明内容】
[0014]一种过程控制器可以包括:第一虚拟化器，其被配置为在第一过程控制器中运行；第一操作系统，其被配置为在第一虚拟化器上运行，该第一操作系统在对在工厂内所实现的工业过程进行的控制开始的情况下从第一状态转变为第二状态，该第一操作系统在一个周期的工业过程的控制结束的情况下从第二状态转变为第一状态，第一状态是等待开始对工业过程进行控制的状态，以及第二状态是对工业过程进行控制的状态；应用，其被配置为在第一操作系统上运行，该应用以恒定周期对工业过程进行控制；以及保存单元，其被配置为在第一操作系统处于第一状态的情况下保存表示应用的内部状态的信息，该信息是在与第一过程控制器不同的第二过程控制器中恢复所述应用所需的。
【附图说明】
[0015]图1是示出在第一实施例中的使用过程控制器的过程控制系统的主要部分的框图。
[0016]图2是第一实施例中的静态操作系统的状态转变图。
[0017]图3是示出在第一实施例中的保存和恢复快照的任务的框图。
[0018]图4是示出第一实施例中的控制器的转换方法的流程图。
[0019]图5是示出在第一实施例中在转换控制器之后的过程控制系统的框图。
[0020]图6是示出在第二实施例中的使用过程控制器的过程控制系统的主要部分的框图。
[0021]图7是示出第二实施例中的数据库的内容的示例的图。
[0022]图8是示出在第三实施例中的使用过程控制器的过程控制系统的主要部分的框图。
【具体实施方式】
[0023]本文中将参照说明性优选实施例来描述本发明的实施例。本领域技术人员将认识到，可以使用本发明的教导来实现许多替选的优选实施例，并且本发明不限于本文中为了说明目的而例示的优选实施例。
[0024]本发明的一些实施例的目的在于提供可以通过接管操作状态来在继续运行控制应用的同时转换平台的过程控制器及其更新方法。
[0025](第一实施例)
[0026][过程控制系统]
[0027]图1是示出在第一实施例中的使用过程控制器的过程控制系统的主要部分的框图。如图1所示，过程控制系统I包括多个现场装置10、控制器20 (过程控制器)和监测装置30 (主机装置)。控制器20在监测装置30的监测下控制现场装置10以控制在工厂(未示出)中所实现的工业过程。
[0028]图1所示的两个控制器20中的控制器20a是为了控制工业过程而使用的控制器。图1所示的两个控制器20中的另一控制器20b是代替控制器20a而新使用的控制器。也就是说，控制器20b是根据控制器20a中对平台的转换而新使用的控制器。
[0029]现场装置10和控制器20 (20a和20b)连接到现场网络NI。控制器20 (20a,20b)和监测装置30连接到控制网络N2。例如，现场网络NI是铺设在工厂的现场中的有线网络，其中过程控制器和现场装置通过无状态通信路径彼此进行通信。另一方面，例如，控制网络N2是铺设在工厂的现场与监测室之间的有线网络，其中各过程控制器彼此进行通信或者过程控制器和监测装置通过无状态通信路径或有状态通信路径彼此进行通信。现场网络NI和控制网络N2可以是无线网络。
[0030]“无状态通信路径”是指其中没有执行通信开始/结束过程并且没有执行通信状态控制和管理(例如，发送管理)的通信路径。也就是说，“无状态通信路径”是指另一装置可以进行通信而无需管理通信状态的通信路径。另一方面，“有状态通信路径”是指其中执行通信开始/结束过程并且执行通信状态控制和管理(例如，发送管理)的通信路径。在有关通信丢失并且在有状态通信路径中无法恢复的情况下，通信路径终止于任一端。
[0031]例如，现场装置10是诸如传感器装置(例如，流量计和温度传感器)、阀装置(例如，流量控制阀和开关阀)、致动器装置(例如，风扇和电动机)以及安装在工厂的现场中的其他装置。为了容易理解，作为安装在工厂中的现场装置10，图1中示出了测量流体的流量的传感器装置11和控制(操控)流体的流量的阀装置12。
[0032]现场装置10根据经由现场网络NI从控制器20发送的控制数据进行操作。例如，在将发送测量数据(表示流体的流量的测量结果的数据)的请求从控制器20发送到传感器装置11的情况下，传感器装置11将测量数据经由现场网络NI发送到控制器20。在将控制数据(用于控制阀的孔径的数据)从控制器20发送到阀装置12的情况下，阀装置12基于控制数据来控制流体流过的阀的孔径。
[0033]控制器20在监测装置30的监测下执行关于工业过程控制的周期性任务。“周期性任务”是指控制器20以恒定周期执行的任务。例如，“周期性任务”是指从传感器装置11收集过程值PV、从监测装置30接收设置值SV、计算操控值MV并将操控值MV传输至阀装置12的一系列任务。控制器20的功能是通过将软件读取到计算机中以及通过软件与硬件的协作来实现的。稍后将描述控制器20(20a、20b)实现的具体功能。
[0034]例如，监测装置30是由计算机实现的。工厂操作员操控监测装置30以检测工业过程。具体地，监测装置30监测在控制器20中运行的应用的控制功能(稍后将描述详情)。工厂操作员根据监测结果指示并操控控制器20。监测装置30建立与控制器20的有状态通信路径。
[0035][控制器20a]
[0036]控制器20a包括硬件HWl，该硬件HWl包括MPU (微处理单元)、存储器等。硬件HWl执行所安装的程序以实现控制器20a的功能。实际装置RDll和RD12是诸如NIC(网络接口卡)、1/0(输入/输出)模块等的通信装置。实际装置RDll连接到现场网络NI，而实际装置RD12连接到控制网络N2。
[0037]用于实现超级监视器41 (虚拟化器)的程序、静态操作系统(OS) 42 (第一操作系统)、用于实现保存单元43的程序以及操作系统45 (第二操作系统)安装在控制器20a中。通过这些程序实现的功能是固定地嵌入控制器20a中的功能。此外，用于实现应用44的程序和用于实现通信中继单元46的程序安装在控制器20a中。要通过转换控制器20a的平台来将通过这些程序实现的功能移动到控制器20b。
[0038]超级监视器41使得静态操作系统42、保存单元43和应用44能够独立于操作系统45和通信中继单元46而运行。超级监视器41也使得操作系统45和通信中继单元46能够独立于静态操作系统42、保存单元43和应用44而运行。超级监视器41分配硬件资源并使实际装置RDll和RD12分别与虚拟装置VDll和VD12相关。超级监视器41以并行方式运行虚拟机VMll和VM12 (虚拟化器)。
[0039]虚拟机VMll是静态操作系统42、用于实现保存