使用典型组件和适配器组件的过程控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开总体上涉及过程控制系统，并且具体地，涉及提供对这样的系统的高效配置。
【背景技术】
[0002]诸如像那些在公用电力、水、污水或其他过程中使用的分布式过程控制系统或可扩展过程控制系统的过程控制系统，典型地包括一个或多个过程控制器，这些过程控制器通信地彼此耦合，耦合到至少一个主机或操作员工作站，以及经由模拟总线、数字总线或组合的模拟/数字总线耦合到一个或多个现场设备。现场设备可以是例如阀门、阀门定位器、开关和发射机(例如，温度、压力和流速传感器)，这些现场设备执行过程内的功能，例如，打开或关闭阀门和测量过程参数。
[0003]典型地，过程控制器接收指示由现场设备所进行的过程测量的信号和/或指示关于现场设备的其他信息的信号，使用该信息来实现控制例程、以及生成控制信号，控制信号通过总线被发送到现场设备以控制过程的操作。典型地，来自现场设备和过程控制器的信息经由一个或多个应用而变得可用，这些应用由工作站操作员来运行以执行关于过程的所期望的功能，例如，观察过程的当前状态、修改过程的操作等。
[0004]—些过程控制系统使用位于控制器中的和/或现场设备中的算法或成组的算法来执行控制操作。在这些过程控制系统中，过程控制器或另一适当设备被配置为包括并执行一个或多个算法，其中的每个算法从其他算法接收输入和/或提供输出到其他算法(在相同的设备内或者在不同的设备内)，并且执行一些过程操作，例如，测量或检测过程参数、控制设备、或执行诸如实现比例积分微分(PID)控制例程之类的控制操作。过程控制系统内的不同算法通常被配置为(例如，通过总线)彼此通信以形成一个或多个过程控制环。
[0005]本文所使用的术语“算法”不限于特定协议，但相反，包括与任意适当类型的控制系统和/或通信协议相关联的可以被实现以提供控制功能的任意适当类型的块、程序、硬件、固件等。此外，算法可以指的是诸如离散输入(DI)、离散输出(D0)、模拟输入(AI)、模拟输出(AO)、PID控制、ro控制、PI控制、P控制、控制选择器、偏置/增益站等基本功能，并且指的是诸如设定点斜坡生成器(Setpoint Ramp Generator)、计时器、模拟警报、离散警报、时滞等高级算法。更进一步，本文所使用的术语算法可以是嵌套的块，也称为宏，其包括若干算法，例如，或一个或若干个宏。尽管算法典型地表现为面向对象程序环境内的对象的形式，但是算法可以使用任何期望的数据结构来定义以作为任意适当的软件环境一部分。
[0006]典型地，过程控制器被编程以针对多个不同的过程环中的每个过程环而执行不同的控制功能、子例程或控制环(其为控制例程)，该多个不同的过程环中的每个过程环是针对过程所定义的或者是包含在过程内的，例如流控制环、温度控制环、压力控制环等。如上文所指出的，每个这样的控制环包括诸如模拟输入(AI)算法的一个或多个输入块、诸如比例积分微分(PID)或模糊逻辑控制算法的单输出控制块，以及诸如模拟输出(A0)算法的输出块。
[0007]典型地，根据多个控制技术来配置控制例程以及实现这样的例程的算法，这些控制技术包括PID控制、模糊逻辑控制、和诸如史密斯预估(Smith Predictor)或模型预测控制(MPC)的基于模型的技术。在基于模型的控制技术中，在例程中用于确定闭环控制响应的参数是基于对于用作对过程的输入的操纵干扰或测量干扰的变化的动态过程响应的。对于过程输入的变化的这样的过程的该响应的表示的特点可以为过程模型。例如，一阶参数化的过程模型可以指定该过程的增益、停滞时间以及时间常量的值。
[0008]在典型的工厂中，工程师可以使用在操作员工作站上运行的配置系统来定义和配置过程控制策略。一些配置系统可以包括用于存储控制功能模板(通常由多个算法组成)的库，使得工程师能够根据特定应用来选择并生成所选择的控制元件的实例。配置系统也可以允许工程师在例如通过将控制元件下载到控制器或可编程现场设备来将所选择的控制元件的所生成的实例应用到过程控制环境之前，修改或改变该实例。
[0009]例如，模板库通常存储处理基本测量和控制功能的各种功能模板。模板可以是自主的或者基于类的(即，链接到从类模板实例化的实例并能够将类模板的改变传送到该实例)。工程师常常使用一个或若干个功能模板作为定义和配置对应的过程控制方案的开始点。然而，因为对功能模板的典型修改涉及显著的工程工作并且要求特定的登入、登出和文件规程，所以利用模板库进行工作是费时的。
[0010]为了简化配置过程控制系统的任务，配置系统通常采用若干方法。在一种方法中，提供了全面的可复用的功能模板和功能类的集合作为模板库的一部分。一般地，模板库中的功能模板处理可应用于特定功能的配置选项和情境的最广泛的构想范围。对模板库作出贡献的工程师在诸如ISA S88.0、IEC 61408、IEC 61131-3等国际标准之上构建并且合并来自很多小时的应用以及项目工程的经验与最佳实践。使用模板库，工程师能够选择功能模板，修改功能参数的值以启用和配置期望的特征，以及禁用对于特定应用不必要的特征。
[0011]例如，某种模板可以允许到特定算法的八个可能的输入，并且可以相应地包括对应于这八个输入的八个输入块。仅需要这些输入中的一个输入的用户可以通过将值FALSE分配给对应的参数来有效地禁用八个输入中的七个。来自这样的模板库的典型的模板因此包括比针对类似目的明确定义的典型功能更多的特征。例如，来自针对连续控制的模板库的模板可以包括对应的特定模板的全部特征，以及与以下各项相关的另外的特征:设备仲裁、支持可选的跟踪输入和先出检测、具有启用/禁用能力和操作员访问的条件警报、可选地防止操作员访问功能的模式锁定、故障参数等。简言之，来自这样的模板库的模板很可能包括工程师针对特定项目可能需要的功能的全部功能性，并且工程师通常必须改变功能参数的仅一些或全部值来使用该功能。
[0012]尽管这样的模板库可以显著地简化配置过程控制的过程，但遗憾地，这些模板库要求相对很大量的控制器存储。特别地，因为工程师通过修改功能参数来定制功能模板，每个实例继承来自父功能模板的全部算法连同相关联的参数，无论特定算法在该实例中是否起作用。此外，采用模板库的配置系统通常不提供“所见即所得”的用户体验，这是因为每个功能实例保留模板库内的对应功能模板的全部功能性，并且工程师必须检查很多参数以确定哪些算法和参数在实际使用中。
[0013]在对配置过程控制系统的任务进行简化的第二种方法中，与模板库相反，可以实现单个功能模板。在这样的方法中，单个功能模板处理可应用于特定功能的配置选项和情境的最广泛的构想范围。使用该单个功能的方法，工程师可以修改功能参数的值以启用和配置所期望的特征，并且禁用那些对于特定系统不必要的特征。
[0014]尽管该方法也简化了配置过程，但是缺点再一次包括要求相对很大量的控制器存储。另外，如果另外的功能稍后被加入到该控制系统，例如新的设备要求新的算法作为其控制环的一部分，则整个模板需要更新以包括该新的算法。因此，在不大幅度增加控制器存储的情况下简化过程控制配置系统，而同时为用户提供过程控制的灵活性和选项存在若干挑占戈。
【发明内容】
[0015]公开了使用户能够配置过程控制系统的方法、系统、和非暂时性计算机可读介质。在各种实施例中，描述了用于生成编码的本地控制组件的图形编程用户界面，本地控制组件是从模板库中选择的典型组件和适配器组件实例化的，模板库包括相应的算法和相关联的逻辑表达式。在各种实施例中，典型组件表示在过程控制系统中的一个或多个其他控制功能中使用的公共核心控制过程或功能。另外，适配器组件的各种实施例包括可以由用户结合逻辑表达式改变的一个或多个参数。作为结果，典型组件和适配器组件被实例化以提供本地控制组件，本地控制组件提供与过程控制系统内的一个或多个控制环相关的功能并且能够被载入到控制系统处理器中以执行实际控制功能。
[0016]此外，本公开的各种实施例提供适配器编辑用户界面，该配器编辑用户界面允许用户改变一个或多个参数和/或由适配器中的一个或多个所表不的表达式，和/或观察使用自然语言的与逻辑表达式相关联的条件。
【附图说明】
[0017]图1是根据本公开的各种实施例的过程控制系统10的示意图。
[0018]图2是示出了本领域已知的在配置过程控制系统中所使用的控制元件的层次结构200的一个示例的框图。
[0019]图3是根据本公开的各种实施例的示例性图形编程界面300的框图。
[0020]图4是根据本公开的各种实施例的示例性输出适配器组件的示意图400。
[0021]图5是根据本公开的各种实施例的示例性内联适配器组件的示意图500。
[0022]图6是根据本公开的各种实施例的示例性模拟输入适配器组件的示意图600。
[0023]图7是根据本公开的各种实施例的示例性模拟输入适配器组件的示意图700。
[0024]图8A是根据本公开的各种实施例的示例性模拟输出适配器组件的示意图800。
[0025]图8B是根据本公开的各种实施例的示例性模拟输出适配器组件的示意图850。
[0026]图9是根据本公开的各种实施例的指示包含自然语言的逻辑表达式状态的示例性适配器诊断窗口 900。
[0027]图10是根据本公开的各种实施例的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0028]图1是根据本公开的各种实施例的过程控制系统10的示意图。在各种实施例中，过程控制系统10实现定义和/或编辑作为过程控制配置系统的一部分的一个或多个编码的本地控制组件的技术。过程控制系统10包括过程控制器11，过程控制器11连接到数据历史(data historian) 12并且连接到一个或多个主机工作站13 (其可以是任何类型的个人计算机、工作站、膝上计算机等)，每个主机工作站具有显示屏14。
[0029]过程控制器11也经由输入/输出(I/O)卡26和28连接到现场设备15_22。数据历史12可以是具有任意适当类型的存储器和/或用于存储数据的任意适当的软件、硬件和/或固件的任意适当类型的数据收集单元。数据历史12可以与工作站13分离(如图1所示)或者被集成作为工作站13中的一个或多个的一部分。在一个实施例中，过程控制器11被配置为经由任意适当的通信链路与主机工作站13以及与数据历史12通信，通信链路可以包括例如以太网连接、任意适当的有线总线、任意适当数量的无线链路、通信网络等。
[0030]在一个实施例中，过程控制器11被配置为根据任意适当的通信协议使用任意适当的硬件和/或软件与一个或多个现场设备15-22进行通信。例如，在各种实施例中，过程控制器11被配置为使用标准模拟电流环接口(例如，4-20毫安和10-50毫安标准)、数字电流环接口和/或诸如FOUNDAT1N现场总线协议、HART协议等的任意适当的智能通信协议而与一个或多个现场设备15-22进行通信。
[0031]在各种实施例中，现场设备15-22可以被实现为诸如传感器、阀门、发射器、