基于通用过程系统库配置过程控制系统的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本公开总的涉及过程控制系统，并且更具体地，涉及基于通用过程系统库对过程 控制系统进行配置的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 过程控制系统（比如，在化学、石油或其他过程中所使用的那些系统）通常包括一 个或更多个过程控制器，该一个或更多个过程控制器通过模拟总线、数字总线或结合的模 拟/数字总线被通信地耦接至一个或更多个现场设备。例如，该现场设备可以是阀、阀定位 器、开关和传送器（例如，温度传感器、压强传感器和流速传感器），执行过程（比如，打开或 关闭阀，以及测量过程参数）之中的过程控制功能。过程控制器接收由现场设备所产生的 表明过程测量值的信号，然后处理该信息以生成控制信号来执行控制例程、作出其他过程 控制决定以及另外管理过程控制系统的运行。
【发明内容】
[0003] 基于通用过程系统库对过程控制系统进行配置的方法和装置被公开。一种示例方 法包括实例化通用过程系统库的实例。该实例与过程控制系统的设备项目和对应过程信号 相关联。该通用过程系统库包括通用过程图形数据或通用控制策略数据中的至少一项，该 通用过程图形数据或通用控制策略数据对应于过程控制系统的设备项目和对应过程信号。 该示例方法进一步包括通过使与过程控制系统的运行相关联的过程特有数据和通用过程 图形数据或通用控制策略数据中的至少一项合并，对该通用过程系统库的实例进行配置。
[0004] -种包括指令的示例有形计算机可读存储媒介被公开，当该指令被执行时，使机 器至少实例化通用过程系统库的实例。该实例与新的过程控制系统的设备项目和对应的过 程信号相关联。该通用过程系统库基于先前配置的过程控制系统。该先前配置的过程控制 系统中的至少一些设备将与该新的过程控制系统中的设备项目相同。当该示例指令被执行 时，进一步使该机器将该实例配置来操作该新的过程控制系统中的设备项目。
[0005] -种示例装置被公开，该装置包括通用库数据库以存储通用过程系统库。该通用 过程系统库包括对应于过程控制系统的通用图形数据和通用控制策略数据。该示例装置进 一步包括实例生成器，以通过使与该过程控制系统相关联的过程特有数据与通用图形数据 和通用控制策略数据合并，生成该通用过程系统库实例。
【附图说明】
[0006] 图1是一种示例过程控制系统的示意性例证，在该过程控制系统之内本公开的教 导可被实施；
[0007] 图2示出了一种依照本文所公开的教导的实施图1的示例操作员站的示例方式；
[0008] 图3示出了一种在示例过程控制系统（比如，图1中的示例过程控制系统）的过 程单元中的设备的示例过程图形表示；
[0009] 图4示出了一种基于图3的示例过程单元中的设备的示例设备层级；
[0010] 图5示出了一种示例通用过程系统库，该示例通用过程系统库对应于图3的示例 过程单元；
[0011] 图6示出了图5的示例通用过程系统库；
[0012] 图7示出了图5和/或图6的示例通用过程系统库的示例实例；
[0013] 图8示出了图3的标签名称对应于图7的实例的示例过程图形；
[0014] 图9示出了依照本文所公开的教导图7被生成然后被修改的实例；
[0015] 图10示出了在图9的示例实例修改之前（左侧）和之后（右侧），图3的示例过 程图形的部分；
[0016] 图11-13是表示依照本文所公开的教导用于执行图1和/或图2的示例操作员站 104来对特定的过程控制系统进行配置的示例过程的流程图；
[0017] 图14是表示依照本文所公开的教导用于执行图1和/或图2的示例操作员站104 来建立通用过程系统库的示例过程的流程图；
[0018] 图15是一种示例计算机的示意性例证，该示例计算机可被用于和/或被编程来执 行图11-14的示例过程，和/或更具体地实施图1和/或图2的示例操作员站。
【具体实施方式】
[0019] 通常地，为便于过程控制系统的配置，配置工程师使用对应于过程控制系统之内 的现场设备中的每个的现场设备标签。现场设备标签是逻辑实体，其包括现场设备的类型 和/或唯一地标识每个现场设备的指定名称（例如，标签）。此现场设备标签名称被用于定 义不同现场设备之间的关系及其在全面控制策略中用于过程控制系统的控制模块之内的 对应控制参数，以及如同在过程控制系统中被物理地连接，使该逻辑控制策略与对应现场 设备相关联或结合。更具体地，工程师通常通过适当地连接物理现场设备并对现场设备中 的每个分配适当的标签名称，对过程控制系统进行配置。结合过程控制系统的物理配置，工 程师使用现场设备标签以将控制模块的输入和/或输出单独分配给现场设备中的每个，以 对用于实施过程控制系统的控制策略进行配置。通过将标签单独分配给控制模块，逻辑控 制策略被绑定到物理设备，以使能够对过程控制系统进行控制。
[0020] 一旦过程控制系统被如上描述地进行配置，该过程系统可被投入运行。在许多实 例中，为了帮助操作员、工程师和/或其他工厂人员监测和/或控制运行中的过程系统，过 程控制系统和/或其部件（例如，单个装置、区域、设备模块等）通过管路和仪表图（piping and instrumentation diagram，P&ID)和/或其他过程图形进行图形地呈现。相应地，在一 些示例中，该配置过程还包括为过程控制系统建立过程图形并对该过程图形进行配置。配 置工程师经常通过在过程控制系统之内使表示不同现场设备的图形元素和设备结合，以及 为对应的现场设备标签单独分配相应的图形元素，建立此过程图形。以此方式，通过标签相 关联的物理现场设备和控制策略还被连接至过程图形，从而由现场设备和/或基于控制策 略所生成的信息（例如，过程参数值和/或信号）可在过程图形之内在对应设备的图形表 示旁边的适当位置处被显示。
[0021] 为过程控制系统中的每个现场设备确定标签、使每个标签与对应的控制模块相关 联并使该标签与过程图形中对应的图形元素相关联的配置过程可能耗费时间且费力。此 外，许多过程控制系统包括如同一个过程控制系统的其他装置（unit)、单元（cell)、区域 或其他部件以类似的或可比较的方式被配置的过程装置、单元、区域或其他部件（包括类 似设备或可比较设备）。如本文所用，术语"类似（similar)"或"可比较（comparable)"专 门被定义为意味着相同或基本相同。例如过程控制系统可具有两个分开的锅炉装置，每个 锅炉装置包括可比较的（例如，相同或基本相同的）设备和以可比较的（例如，相同或基本 相同的）方式进行配置的对应过程信号。因此，每个装置的物理布局和在每个装置中的设 备的交互（例如，功能性运行）将会是相同或基本相同的。然而，因为在过程控制系统的可 比较部件中的每个中的特定现场设备与不同、唯一的标签相关联，因此该类似部件中的每 个被分开地进行配置。使用该锅炉作为示例，第一锅炉系统可包括具有1的标签的设备，以 表明与锅炉1的关联关系，然而在第二锅炉系统中的可比较设备可包括具有2的标签的设 备，以表明与锅炉2的关联关系。因此，虽然与锅炉1和锅炉2相关联的系统是可比较的， 但因为对于对应于每个锅炉系统的设备每个具有不同的标签，每个管理系统必须分开地进 行配置。此外，过程系统可在不同的时间被用于不同的项目。然而，标签通常是项目专用， 从而对于特定项目，过程系统的配置将完全重新进行，即使较早的项目使用相同或可比较 的过程系统，该过程系统以不同标签分配给设备。照此，在许多实例中，对过程控制系统进 行配置的耗时性可包括许多配置可比较过程控制系统的重复步骤。
[0022] 在本文所讨论的示例中，过程配置的耗时性通过通用过程系统库和/或通用库 定义的使用被显著减少，该通用过程系统库和/或通用库定义可通用应用于多个可比较 过程控制系统或其部件。以此方式，通用过程系统库和/或通用库定义可被用于或被重 复用于对可比较的多个过程控制系统或其部件进行配置，而不必要对每个此可比较过程 系统或其部件的共同方面进行重新配置。对于本公开的目的，术语过程控制系统的"部件 (component) "可指的是整个过程控制系统或过程控制系统的部分（比如，工厂、区域、装 置、过程单元、设备模块、控制模块、滑轨（skid)、工具包或任何其他适合部分）。此外，如本 文所用，参考过程控制系统包括安全仪表系统（SIS)。
[0023] 更具体地，如本文所用的"通用过程系统库（generic process system library) " 指的是与过程控制系统或其部件相关联的数据和信息的通用层级库。通用过程系统库是通 用的，因为其仅包括对于其所应用的多个控制系统是共同的或通用的信息，而过程特有细 节和项目特有细节已被移除或被抽离出来。通用过程系统库是分层级的，因为该通用数据 和信息基于该过程控制系统的设备层级进行组织和存储。通用过程系统库可包括对应于过 程控制系统或其部件中的设备和对应的控制信号的通用过程图形和/或通用控制策略。也 就是说，在一些示例中，通用过程系统库包括表明在过程控制系统之内物理设备的存在或 可用性和对应的控制参数和/或信号的信息，而不需要具体地确定过程设备和过程参数之 间的关系和/或交互，和/或不需要具体地确定过程参数如何被计算或被使用来控制该系 统。表示设备和/或设备的运行与过程参数之间的关系的数据和信息是过程特有的，并且 不被包括在特有过程系统库之内。如本文所用，术语"过程参数（process parameter)"和 "过程信号（process signal)"被互换使用。
[0024] 如本文所用的"通用库定义（generic library definition) "指的是对应于通用 过程系统库的部分的通用数据和信息子集。在一些示例中，通用库定义对应于较大过程系 统之中的设备或控制信号的特定件。在一些示例中，通用库定义包括对应于设备和/或过 程信号的层级关系的数据层级。因此，通用库定义可被归诸于通用过程系统库。然而，通用 库定义主要被归诸于通用过程系统库的子集或部分，表明通用过程系统库可由多个通用库 定义组成。
[0025] 在一些示例中，通用过程系统库包括通用过程图形数据。通常地，过程图形用于表 示过程设备以及与该设备相关联的过程参数值，而不考虑控制是否在过程系统之内被执行 (例如，过程参数被内在地生成），或者控制在另一个系统（例如，设备）中被执行，而所产 生的数据被引入控制系统之中用于查阅和操作（例如，过程参数在外部被生成）。此外，过 程图形通常被生成而不依赖于设备是否使用常规输入/输出（1/0)、现场总线（Fieldbus)、 过程现场总线（Profibus)、未来总线（Futurebus)、人工输入和/或任何其他机制。因此， 在高层级，过程图形可通用地表示任何数量的过程控制系统。然而，在许多已知过程控制系 统中，过程图形仅在其与根据特定控制策略运行的实际设备的特定配置相关联时，才变得 有用。因此，虽然许多用于类似过程控制系统的已知过程图形可从视觉上看起来类似，而根 本配置则通常是过程特有的。此外，在许多示例中，不仅是过程图形的与特定控制策略相关 联的元素，过程图形可包括用于过程设备和/或过程信号的标签或其他标记，从而对于该 图形所表示的特定过程系统，每个过程图形的视觉呈现是唯一的。本文所公开的示例通过 将通用过程图形引入至通用过程系统库之中而0利用了过程图形的通用方面，该通用过程 系统库能被重复利用以图形化地表示多个过程控制系统。具体地，通用过程系统库包括过 程图形，而将该图形之内被呈现的过程参数和/或过程信号如何被计算或被用于控制该过 程系统的细节抽出。
[0026] 额外地或可替换地，在一些示例中，本文中所描述的通用过程系统库包括通用控 制策略数据。通常地，控制策略确定了所期望的过程设备和与该设备相关联的过程参数和 /或过程信号之间的交互。在一些过程控制系统是安全仪表系统的示例中，通用控制策略 数据包括安全仪表功能，该安全仪表功能已被抽离出以变成通用的（例如，适用于多个可 比较的安全仪表系统）。因为具有过程图形，在许多已知过程控制系统中，过程控制策略被 建立用于特定过程系统，该特定过程系统被执行用于特定项目（例如，基于唯一的设备标 签）。因此，本文所描述的通用过程系统库提供用于标识与过程控制系统中的设备相关联的 潜在过程参数，同时将过程参数如何被计算或被使用的细节抽离出的方法。即，通过在后来 特定过程控制系统被配置时对此过程参数的存在进行标识同时留下特定相关关系进行标 识，本文中所描述的一些示例通用过程系统库仅表示此关系的可能性，而不是使来自特定 现场设备的特定过程参数与特定控制模块相关联。例如，过程控制系统可包括对流体的质 量流量的测量，该测量基于该流体的压强、温度和密度。在一些示例中，这些参数中的每个 可使用三个分开设备进行测量，然后计算该质量流量，其中每个设备直接测量该参数中的 一个。相反，在其他示例中，单个设备（例如，科里奥利（coriolis)流量计）可直接地测量 该质量流量。该质量流量参数在该控制系统中可被用于前述示例中的每个，但是该值被确 定的方式不同。相应地，在一些示例中，通用过程系统库标识该质量流动过程参数（其与控 制策略相关），但以通用形式，以排除提供该参数的特定设备（其与控制策略不相关）。以 此方式，该通用过程系统库是适用于示例设置中任何一个。
[0027] 图1是一种示例过程控制系统100的示意性例证，在该示例过程控制系统100之 内本公开的教导可被实施。图1中的示例过程控制系统100包括一个或更多个控制器（其 中的一个在附图标记102处被指出）、一个或更多个操作员站（其中的一个在附图标记104 处被指出）以及一个或更多个工作站（其中的一个在附图标记106处被指出）。示例过程 控制器102、示例操作员站104和示例工作站106通过总线和