过程控制系统和过程控制方法
【专利说明】过程控制系统和过程控制方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年3月25日提交的日本专利申请N0.2014-061786的优先权，其内容通过引用并入本文中。
技术领域
[0003]本公开涉及过程控制系统和过程控制方法。
【背景技术】
[0004]过程控制系统安装在工厂和制造厂(以下简称为“工厂”作为其通用名称)中。过程控制系统控制各种类型的状态量(例如，压力、温度、流量等)。通过过程控制系统，实现了高级的自动操作。
[0005]在过程控制系统中，现场装置(例如，测量装置、操作装置、或其它装置)通过I/O模块连接至控制器。控制器根据测量装置(例如，传感器)的测量结果来控制操作装置(例如，致动器)以控制上述各种类型的状态量。
[0006]现场装置用于过程控制系统中。根据测量目标和操作目标，存在各种类型的现场装置，并且存在各种类型的输入/输出信号。例如，存在“4至20[mA]”的模拟信号、24[V]的数字信号、触点信号、热电偶信号等。因此，现场装置通过I/O模块连接至控制器，该I/O模块将从现场装置接收的信号转换为可以由控制器处理的信号。
[0007]在日本未审查专利申请公开N0.2007-286705、日本未审查专利申请公开N0.H8-179816、日本未审查专利申请公开N0.H7-135510、日本未审查专利申请公开N0.2001-514406和日本专利N0.4860620中公开了安装在工厂中的过程控制系统的示例。例如，在日本未审查专利申请公开N0.2007-286705中公开了一种防止虚拟存储器错误以提高包括在过程控制系统中的控制器的性能的过程控制系统。虚拟存储器错误称为页面错误，虚拟存储器错误发生在使用虚拟存储器的情况中。
[0008]过程控制系统所执行的通信包括控制数据通信和装置数据通信。控制数据通信是发送和接收用于过程控制的数据的通信，装置数据通信是发送和接收表示现场装置正常状态的数据的通信。
[0009]控制数据通信是在控制器和现场装置之间执行的周期性通信。在控制数据通信中，由于需要实时控制过程数据，所以控制数据通信的优先级被设置为比装置数据通信的高。另一方面，装置数据通信通过控制器在装置管理器和现场装置之间执行。装置管理器是用于接收过程控制系统的正常状态的装置。跟控制数据通信相反，由于装置数据通信无需实时通信，所以装置数据通信的优先级被设置为比控制数据通信的低，从而不影响控制数据通信。
[0010]控制数据通信和装置数据通信都是以命令响应方式通过在控制器和I/O模块之间进行通信来实现的。具体地，在控制数据通信中，控制器将用于请求数据(例如，传感器的测量数据)的命令发送给I/o模块，I/O模块将该命令所请求的数据发送给控制器。同样，在装置数据通信中，控制器将用于请求数据(例如，指示现场装置的正常状态的数据)的命令发送给I/o模块，I/O模块将该命令所请求的数据发送给控制器。
[0011]新近的现场装置变得智能，例如，绝大多数新近的现场装置具有诊断自身装置状态的自诊断功能。为了实时收集从具有该功能的现场装置发送的各种类型的数据，需要缩短命令响应方式的通信周期，从而不影响控制数据通信。因此，存在增加通信负荷和控制器的负荷的问题。为了解决该问题，在使用高速通信网络和处理能力较高的高性能控制器和I/o模块的情况下，成本显著地增加。
[0012]具有自诊断功能的现场装置包括能够自主地向更高级别的装置通知表示自诊断结果以及自身装置中生成的异常状态和变化的数据的现场装置。由于现场装置通过I/O模块自主地将数据发送给控制器，因此可以省略命令响应方式的通信并且可以减少控制器的负荷。
[0013]由于传统I/O模块只具有主从通信的从属功能，因此需要I/O模块还具有自主发送数据的功能从而有效地向控制器通知从现场装置自主发送的数据。然而，由于对于控制器来说，自主通知是非周期性的中断处理，所以这可能增加控制器的负荷并影响控制数据通信。
[0014]而且，在过程控制系统中，存在多个控制器需要来自特定I/O模块的数据的情况。例如，存在这种情况:从特定I/o模块输出且被控制上游过程的控制器使用的测量数据又被控制下游过程的另一控制器使用。这种情况下，需要将数据从特定I/o模块发送给多个控制器。然而，不能执行实时处理(过程控制被延时并且不能被实时执行)，并且增加了控制器和I/o模块之间的通信负荷。
【发明内容】
[0015]过程控制系统可以包括I/O模块和更高级别装置，该I/O模块被配置为连接至安装在其中控制工业过程的工厂中的现场装置，I/O模块自主发送从现场装置接收的数据，该更高级别装置包括临时存储从I/o模块自主发送的数据的存储器，该更高级别装置以预定周期读取存储在存储器中的数据。
[0016]本公开的进一步特征和方面将通过下面参考附图对示例性实施例的详细描述而变得清晰。
【附图说明】
[0017]图1是第一实施例中的过程控制系统的框图。
[0018]图2是示出第一实施例中的存储器的存储器映射的图。
[0019]图3A是示出第一实施例中的过程控制系统I的操作的时序图。
[0020]图3B是示出第一实施例中的过程控制系统I的操作的时序图。
[0021]图4是第二实施例中的过程控制系统的框图。
[0022]图5是第三实施例中的过程控制系统的框图。
[0023]图6是第四实施例中的过程控制系统的框图。
【具体实施方式】
[0024]本发明的一些实施例的一个方面在于提供一种过程控制系统和一种过程控制方法，其能够在不存在过重的处理负荷和成本增长的情况下从现场装置获得各种类型的信息。
[0025]本发明的一些实施例的另一个方面在于提供一种过程控制系统和一种过程控制方法，其能够实时地将各种类型的信息从现场装置发送到多个控制器。
[0026]现在将参照示例性优选实施例对本发明的实施例进行描述。本领域技术人员将明白，利用本发明的教导可以实现许多替代的优选实施例，并且本发明并不限制于本文中为说明性目的而阐述的优选实施例。
[0027](第一实施例)
[0028]图1是第一实施例中的过程控制系统的框图。如图1所示，第一实施例的过程控制系统装配有现场装置10、I/O模块20、信号中继器30、控制器40、操作监控终端50和装置管理器60。控制器40根据从操作监控终端50发送的指令控制现场装置10从而控制在工厂(未示出)内执行的工业过程。在第一实施例的过程控制系统I中，装置管理器60可以获得过现场装置10的正常状态。
[0029]现场装置10和I/O模块通过传输线L(例如，传输“4至20[mA]”的信号的传输线)连接。I/O模块20和信号中继器30通过电缆Cl连接。信号中继器30和控制器40通过电缆C2连接。控制器40、操作监控终端50和装置管理器60连接到控制网络N。例如，控制网络N是将工厂中的现场与监控室连接的网络。
[0030]现场装置10例如是传感器装置(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，风扇和电机)以及其它安装在工厂中的装置。本发明中，为了容易理解，将以工业过程中控制的状态量是流体流量为例进行描述。因此，作为安装在工厂中的现场装置10，在图1中示出了两个测量流体流量的传感器装置Ila和Ilb以及两个控制(操作)流体流量的阀装置12a和12b。
[0031]现场装置10具有用于诊断自身装置的状态的自诊断功能。现场装置10自主地将表示通过自诊断功能得到的诊断结果的信息(状态)和现场装置10中生成的异常信息(警报)发送给更高级别的装置(I/O模块20)。现场装置10可以执行混合通信，例如HART(注册商标)。在混合通信中，数字信号叠加到模拟信号上从而同时传输数字信号和模拟信号。例如，传感器装置Ila和Ilb传输作为模拟信号的过程值(流体的流量)，并且传感器装置Ila和Ilb传输作为数字信号的状态和警报。
[0032]I/O模块20布置在现场装置10和信号中继器30之间，并且可以将多个现场装置10连接至I/O模块20。I/O模块20处理在现场装置10和信号中继器30之间输入或输出的信号。例如，I/o模块20从现