过程控制系统和配置系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的公开内容涉及用于工业工厂的工业自动化的领域。具体地，本发明涉及 用于工业工厂的过程控制系统的配置。
【背景技术】
[0002] 图1A示出了用于石油、钢铁和化学过程工业的工业工厂的过程控制系统100。在 工业工厂中，诸如传感器102和阀装置、致动器104的现场装置测量或控制过程，诸如由工 厂设备执行的流体过程。传感器102的示例是流量计、温度指示器，阀装置104是流量控制 阀和开/关阀，致动器104是风扇和电动机。现场装置102、104连接至现场网络106。现场 装置102、104通过输入-输出（I/O)单元连接至在控制网络110中的各控制器108。基于 来自传感器102的测量结果，控制器108执行用于生成用以控制致动器的信号的计算。控 制器108中的每个控制逻辑封装在一个功能块中。功能块被定义为接收或生成针对每个现 场装置所定义的输入参数、输出参数，并且包括用以计算参数的算法。参数包括过程变量和 在功能块中生成的调整参数。过程变量是存在对其的测量的变量，诸如温度、压力、力、馈电 信号、流速、化学成分、重量、位置和速度。调整参数是在控制器中应用于控制过程的变量。 控制逻辑是控制器108的算法。
[0003] 控制网络110中的人机界面（HMI)终端112与功能块交换数据并且将信息提供给 操作者以操作过程控制系统100。过程控制系统100针对诸如设备和现场装置的部分而基 于所交换的数据管理并（从功能块）发布命令。所发布的命令基于在工程工具120中根据 作为工业工厂的规范的设计数据而准备和修改的控制逻辑。控制逻辑被转换为二进制控制 数据以在控制器和HMI终端中执行。操作者通过在控制器和HMI终端中应用二进制控制数 据来控制和操作工业工厂。HMI终端112的屏幕定义由工程工具120准备。功能炔基于来 自传感器的测量结果和二进制控制数据来执行计算以生成用于致动器的信号。操作者在过 程调整期间设置调整参数的设计值。
[0004] 图1B示出了用于设置或配置过程控制系统100的工程工具120。用户使用工程工 具120中的编辑器122来针对工业工厂的设计数据的任何改变而准备和修改控制逻辑。改 变的示例是为不同的过程或者该过程的不同原材料设置不同的现场装置参数值。不同的过 程针对不同产品或者同一产品的不同等级。所准备和修改的控制逻辑被存储为序列化的控 制数据124。序列化的控制数据124由转换器126读取。转换器126根据序列化的控制数 据124生成二进制控制数据128,该二进制控制数据128是二进制格式的控制数据。二进制 控制数据128存储在数据库130中。二进制控制数据128被发送至过程控制系统100以在 HMI终端112和控制器108中执行。
[0005] 在工业工厂中，存在针对参数的许多数据文件和数据集合。当相关的数据集合是 不同类型或来源时，这些参数具有复杂的数据关系。一个示例是与控制器有关的功能块中 的参数。该参数在功能块中被定义为第一类型而当在警报管理系统中时被定义为第二类 型。第一类型和第二类型的定义是不同的。当改变设计数据中的参数或参数关系时，识别 要在用于过程控制系统100的控制逻辑中更新的对应参数是繁重的。
[0006] 如图1C所示，使用与工程工具分开且不同的工具来手动地准备针对工业工厂的 文档，诸如指令手册、控制逻辑定义和规范。单独地准备从控制逻辑到控制数据的针对过程 工厂的文档。
[0007] 由于手动地准备文档，因此确保文档与用于工业工厂的控制逻辑或控制数据一致 是繁重且耗时的。在石油过程工厂的示例中，诸如石油的原材料的成分取决于原产国。因 此，需要针对每个不同的成分改变过程工厂的过程控制系统中的控制逻辑。单独手动地准 备针对不同成分的原材料的不同控制逻辑的文档。该准备是繁重的且耗时的。
[0008] 文档由作为工程工具或过程控制系统的客户或供应商的用户准备。由于不同的用 户不同地准备并修改控制逻辑，因此必须由同一用户准备或更新文档。这对于其他用户是 不便且麻烦的。
[0009] 另外，控制逻辑由于工业工厂中的连续操作改进而连续地改变。在理想状况下，针 对控制逻辑的每次改变来更新文档。然而，实际上，每当控制逻辑改变时就更新文档在逻辑 上是具有挑战性的。因此，通常不更新文档。在一些情况下，用户整理控制逻辑的改变以定 期地更新文档。由于文档编制是手动过程，因此错误和疏忽在准备或更新文档期间是普遍 发生的。定期更新可能引起更多不准确。这导致控制逻辑与文档之间的不一致性。当文档 缺乏准确性时，文档不是对于过程工厂的可靠文档编制。
[0010] 在典型的工业工厂中，规范文档包括上千页。手动地更新这样巨大的文档是繁重 且耗时的。为了确保文档与控制逻辑一致，手动过程需要很多额外的人力、时间和成本。这 增加了维护和更新过程控制系统的成本。除了维护和更新控制逻辑的成本外，当需要改变 过程控制系统时，需要额外的成本来确保文档编制与控制逻辑一致。在过程工业的成本竞 争环境中，拖延或完全避免维持文档编制的成本。在这些状况下，文档因缺乏更新而过时。 需要改进文档的准备和更新。
[0011] 工业工厂被设计并构建成持续30年以上的时间。在典型的大型工业工厂中，过程 控制系统控制多于10000台现场装置。在过程控制系统中存在许多复杂且先进的功能。对 于具有许多复杂且先进的功能的工业工厂，需要许多用户在一起工作以维持或更新工厂控 制系统的控制逻辑。在工厂运营的数年内这些用户可能已更换。现有的用户不得不更新他 们对控制逻辑的理解，并且新的用户必须找出并理解控制逻辑，以便对控制逻辑做出改变。 一种理解控制逻辑的方式来自文档。无法从文档了解文档何时由于以上说明的原因而与控 制逻辑不一致。
[0012] 存在准备过程控制系统的许多工程任务。一项工程任务是生成控制逻辑或文档的 方法。对所生成的控制逻辑执行测试以确保控制逻辑正确。由于控制逻辑包括每个控制器 108所特有的数据，因此重复地执行控制逻辑的工程任务、设计、生成和测试。这需要很多努 力和时间来为工业工厂准备过程控制系统100。
[0013] 不同用户不同地执行工程任务。当做维护的用户不同于先前用户时，需要来自该 用户的更多努力。存在改善并标准化工程任务的质量的需求。这是为了改善理解过程工厂 的过程控制系统的便利性。
[0014] 用户必须花费额外的人力和时间来对控制逻辑进行解释并且使用不同类型的文 档（诸如具有所有修订改变的规范文档）进行验证。这导致了维护过程控制系统的附加成 本。
[0015] 需要通过减少所涉及的人力、时间和成本来提高准备、修改和维护过程控制系统 及其文档化的效率。另外，需要提高控制逻辑和文档化的一致性。必须存在能够有效地实 现连续维护和操作改进的机构。
【发明内容】
[0016] -种用于被配置为执行过程控制的过程控制系统的配置系统。该配置系统包括但 不限于：a)基于设计数据的针对工业工厂的一部分的定义模块，其存储在存储器中。定义 模块包括但不限于：a-Ι)控制逻辑定义文件，被配置为定义针对该部分的控制逻辑；以及 a_2)数据定义文件，被配置为定义与所定义的控制逻辑有关的数据。
【附图说明】
[0017] 图1A是现有技术中的过程控制配置系统。
[0018] 图1B是现有技术中的工程工具的示图。
[0019] 图1C示出了现有技术中的准备工厂文档的手动工作流程。
[0020] 图2A是示例过程控制的管道和仪表示意图。
[0021] 图2B和图2C是根据本发明的一些实施例的将控制逻辑分配给各控制器的示例。
[0022] 图3A、图3B、图3C示出了根据本发明的一些实施例的定义模块。
[0023] 图4A示出了示例编辑器400。
[0024] 图4B示出了所生成的定义模块与应用模块之间的链接以及所定义的应用模块与 控制器之间的链接的示例。
[0025] 图5示出了根据一些实施例的本发明的示例框图。
[0026] 图6A、图6B、图6C、图6D是根据本发明的一些实施例的工作流程。
[0027] 图7A是根据本发明的一些实施例的模块生成器的示例显示屏幕。
[0028] 图7B是根据本发明的一些实施例的用以显示所生成的链接的示例显示屏幕。
[0029] 图7C是根据本发明的一些实施例的用于文档布局配置器的示例显示屏幕。
[0030] 图7D是根据一些实施例的工厂文档的示例内容表。
[0031] 图8A是根据本发明的一些实施例的编辑器的工作流程。
[0032] 图8B是根据本发明的一些实施例的海量编辑器（mass edi tor)的工作流程。
[0033] 图9是根据本发明的一些实施例的过程控制配置系统。
[0034] 图10是过程控制配置系统的框图。
【具体实施方式】
[0035] 过程控制系统
[0036] 图2A是用于工业工厂230 (未示出）中的设备210的示例过程控制系统200的示 图。在该示例中，设备210是原油炉。过程控制系统200具有用以控制设备210的不同部 分的部分220、222、224、226、228。部分220、222、224、226、228中的每一个均包括多个子部 分。在该示例中，部分220具有多个子部分、现场装置202、204和控制逻辑206。在用于控 制工业工厂230中的过程232(未示出）的控制器212(在图9中示出）中执行控制逻辑 206。在该示例中，控制逻辑206用于根据用于工业工厂230的设计数据234(未示出）来 控制现场装置202、204。
[0037] 在该示例中，现场装置202是传感器、将输入参数发送至控制器212的输入装置。 控制器212具有第一功能块205和第二功能块207这两个功能块中的控制逻辑206。功能 块205、207是控制器212中用于处理控制逻辑206的软件部件。在第二功能块207中处理 输入参数之前在第一功能块205中处理该输入参数以生成输出参数。然后，控制器212将 输出参数从第二功能块207传送至现场装置204(在该示例中其是作为阀的致动器的输出 装置）。在该示例中，现场装置202、204连接至诸如输入-输出（I/O)卡或模块的硬件接口 部件，该硬件接口部件接着连接至控制器中的第一功能块205和第二功能块207。
[0038] 根据本发明的一些实施例，用于工业工厂230的过程控制系统200由用于相同类 型或不同类型的设备210的多个过程控制系统200组成。
[0039] 过程控制系统200包括多个处理器和多个HMI终端218 (未示出）。每个HMI终 端218由HMI屏幕217 (未示出）和输入装置组成。HMI屏幕217显示部分220并相应地显 示子部分（即现场装置202、204)。根据本发明的一些实施例，HMI屏幕217显示所有部分 220、222、224、226、228及其子部分（即现场装置202、204、控制逻辑206)。
[0040] 过程232包括但不限于设备210中的过程以及每个部分220、222、224、226、228中 的过程。可选地，设备210是由部分220、222、224、226、228组成的部分。在该可选方式中， 设备210中的过程由部分220、222、224、226、228的过程组成。
[0041] 邈分
[0042] 在短语"工业工厂中的部分"的上下文中的术语"部分"意味着"不是全部"，而是 构成工业工厂的一个零件（piece)。在短语"作为工业工厂的一部分的过程控制目标"的上 下文中的术语"部分"是指经受由过程控制系统执行的过程控制的目标。"部分"或"过程 控制目标"可以仅仅是硬件，仅仅是软件或者两者的组合。"部分"或"过程控制目标"的一 些说明性示例可以包括但不限于现场装置、功能块、连接器、控制器、HMI屏幕。术语"与部 分相关的数据"是指与上述的部分或"过程控制目标"相关的数据。如果"部分"是"现场装 置"，则与部分相关的数据是指与现场装置相关的数据集合。
[0043] 对于被视为整体的工业工厂230,整个工业工厂230的分割部分被称为部分。在 本发明中，部分是工业工厂230的部件或区域。部件包括但不限于诸如传感器和致动器的 现场装置202、204、控制逻辑206、控制器212以及设备210。根据本发明的一些实施例，控 制器212包括功能块205、207、在相关功能块205、207之间的连接器209。当部件由其他部 件组成时，部分由多个子部分组成。例如，部分