具有回路和阀控制能力的集成过程控制器的制造方法
【专利摘要】被配置为在现场中运行的集成控制器包括网络接口模块、一个或多个功能模块、以及输出模块。网络接口模块被配置为经由通信链路从远程主机接收过程变量的设置点。一个或多个功能模块被配置为：(i)从现场设备接收过程变量的测量结果，以及(ii)至少部分地基于过程变量的测量结果和过程变量的设置点，来执行用于包括现场设备的控制回路的逻辑，以独立于远程主机生成输出信号，其中，输出信号用于控制现场设备。输出模块被配置为直接向现场设备应用所生成的输出信号。
【专利说明】
具有回路和阀控制能力的集成过程控制器
技术领域
[0001] 本发明总体上设及过程工厂系统，并且具体而言，设及能够在现场中驱动控制回 路的控制器。
【背景技术】
[0002] 本文中所提供的背景描述是为了总体上呈现本公开内容的背景的目的。当前提名 的发明人的工作（到本【背景技术】部分中所描述的程度）W及说明书中的可能在提交时不能 另外算作现有技术的方面既未明确地也未隐含地被承认为相对于本公开内容的现有技术。
[0003] 过程控制系统(例如在化学、石油或其它过程工厂中使用的那些过程控制系统)通 常包括经由模拟总线、数字总线或组合模拟/数字总线、或经由无线通信链路或网络来通信 地禪合到一个或多个现场设备的一个或多个过程控制器。现场设备(其可W是例如阀、阀定 位器、开关、W及发射机(例如，溫度、压力、液位W及流速传感器））位于过程环境内，并且通 常执行物理功能或过程控制功能（例如开启或关闭阀、测量过程参数等），w便对在过程工 厂或系统内执行的一个或多个过程进行控制。智能现场设备(例如遵照公知的现场总线协 议的现场设备)还可W执行控制计算、警报功能、W及通常在控制器内实现的其它控制功 能。过程控制器(其还通常位于工厂环境内）接收指示由传感器和/或现场设备获得的过程 测量结果的信号和/或与现场设备有关的其它信息，并执行例如运行进行过程控制决策的 不同控制模块的控制器应用，基于接收到的信息来生成控制信号并与在现场设备（例如 HART"、无线HART"·、W及FOUNDATION^Fieldbus现场设备）中执行的控制模块或 控制块进行协调。控制器中的控制模块通过通信线路或通信链路向现场设备发送控制信 号，W由此控制过程工厂或系统的至少一部分的运行。
[0004] 通过数据高速公路使得来自现场设备和控制器的信息可用于一个或多个其它硬 件设备，例如操作员工作站、个人计算机或计算设备、数据历史库、报告生成器、集中式数据 库、或通常放置在控制室或远离更严酷的工厂环境的其它位置中的其它集中式管理计算设 备。运些硬件设备中的每一个设备通常跨过程工厂或跨过程工厂的一部分而集中。运些硬 件设备运行可W例如使得操作员能够执行关于控制过程和/或操作过程工厂的功能（例如 改变过程控制例程的设置、修改控制器或现场设备内的控制模块的操作、查看当前的过程 状态、查看由现场设备或控制器生成的警报、为了训练人员或测试过程控制软件的目的而 对过程的运行进行模拟、保持和更新配置数据库等）的应用。由硬件设备、控制器和现场设 备利用的数据高速公路可W包括有线通信路径、无线通信路径、或有线和无线通信路径的 组合。
[0005] 图1示出了示例性的公知系统10,其中，阀10在管道12中运行来保持特定流速、压 力、或另一变量。PID控制器14执行用于包括阀10的控制回路的比例-积分-微分(PID)逻辑。 为此，PID控制器14从传感器20(在该示例中，压力传感器)接收传感器测量结果，发射机22 经由一组通信链路40将该传感器测量结果传输到PID控制器14"PID控制器14还经由通信链 路40向I/P定位器30提供用于控制阀10的命令，并且I/P定位器30可W对致动器42进行操作 来致动(例如，开启和关闭）阀IOdPID控制器14可w从操作员工作站50接收命令并且向操作 员工作站50提供报告。PID控制器14还可W通信地禪合到储存诊断数据、历史数据等的数据 库。
[0006] 在某些实施方式中，通信链路40可W包括经由集线器、开关等互连的有线链路和/ 或形成网状网络的无线链路。在任何情况下，PID控制器14经由相对复杂的通信路径与设备 30、22等交换信息，并且可W在具有显著的延迟的情况下控制回路。例如，PID控制器14可W 从操作员工作站50接收管道12中的流速的新的设置点，并且通过向I/P定位器30发送具体 的阀定位命令来开始执行PID控制。响应于来自压力传感器20的压力测量结果，或者更具体 而言，由在现场中运行的传感器所报告的传感器测量结果，PID控制器14可W提供新的定位 命令。因此，为了在某个时间段内将阀10驱动至新的设置点，控制器14和设备30、22可W交 换众多消息，每个消息都具有可能显著的传播延迟。
[0007] 出于类似原因，PID控制器14无法在没有延迟的情况下执行诊断功能、预后功能、 维护功能、W及与阀1〇(或包括阀10的控制回路)相关的其它功能。例如，为了收集诊断数据 W便储存在数据库52中，PID控制器14可能需要经由通信链路40发送对数据的多个请求并 且收集多个响应。
[000引除了传播延迟，系统10还具有若干其它限制。例如，部件20、22、W及30必须单独地 获得、安装、布线、W及维护，由此增加了复杂性、成本、人员的需求等。此外，在控制回路中 运行的相对大数量的单独的设备使得诊断更为困难。
【发明内容】
[0009] 本公开内容的集成数字过程控制器被配置为在现场中运行，W便在本地执行过程 值测量并实现PID控制。控制器可W从远程主机接收过程变量(例如，管道中的压力或流速） 的设置点，并且在本地（独立于远程主机）执行对包括诸如阀之类的现场设备的回路的控 审IJ。具体而言，控制器可W在没有传输测量结果或从远程主机接收经调整的控制参数的情 况下实现控制。在控制器内运行的部件可W在小距离上W线速(在某些情况下甚至W片上 速度(on-chip speed))交换数据，由此使得控制快速并有效。控制器可W在本地回路、分布 式巧制系统、或SCADA系统中担化。
[0010] 除了实现PID控制，控制器可W使用本地储存在例如集成模块的非易失性存储模 块中的数据来执行实时学习和诊断。控制器可W基于本地执行的测量和诊断来生成警告和 警报。控制器可W储存该警告和警报W及特征数据，W便在本地存储器中进行有效比较，由 此消除了向远程主机报告测量结果并且依赖于远程主机进行计算的需要。控制器不仅可W 对现场设备而且可W对整个控制回路执行诊断，并且类似地可W调整与现场设备和控制回 路两者都有关的参数。此外，控制器可W针对所有过程变量类型（例如流量、压力、液位、密 度、pH、溫度、组分等)来优化控制回路性能。
[0011] 根据某些实施方式，控制器W模块的方式来进行组装，W实现快速和有成本效益 的部件(例如传感器、I/P转换器等）。因此，部件可W在发生故障时或当升级可用时容易地 进行替换。此外，控制器可W配备有冗余部件W便在发生故障时确保即刻业务恢复(例如， 热插拔），并且支持分立应用中的表决逻辑。
[0012] 在某些实施例中，控制器还可W包括W下特征中的一个或多个：（i)控制器的壳体 可W是防爆的，并且符合本安（IS)标准；（ii)控制器可W包括无排放气动部件(将用于例如 天然气应用中控制器可W包括电源，该电源可W为CPU和/或其它处理单元提供足 够的功率来执行PID计算、支持传输、W及另外极大地支持控制器在现场中的自主运行； (iv)控制器可W经由无线链路从远程主机接收设置点数据并向远程主机提供警告、警报、 W及报告；（V)控制器可W支持W太网连接，（Vi)除了用于与远程主机进行通信的有线或无 线接口，控制器还可W包括例如用于接收配置数据和显示警告或警报的本地用户接口； (Vi i)控制器还可W支持用于由远程主机使用的标准操作平台（例如，Windows饭）的远程 用户接口（RUI);W及(viii)控制器可W包括模拟输出(A0)和模拟输入(AI)4-20mA模块，来 结合传统现场设备运行。
【附图说明】
[0013] 图1是禪合到现场设备的公知远程终端单元的框图；
[0014] 图2是本公开内容的示例性集成控制器的框图；
[001引图3是根据本公开内容的技术的用于执行回路的PID控制的示例性方法的流程图；
[0016] 图4是用于在本公开内容的集成控制器处原位实施诊断的示例性方法的流程图； W及
[0017] 图5是用于在现场设备或控制回路的运行期间实施实时诊断的示例性方法的流程 图，可W在本公开内容的集成控制器中实施该示例性方法。
【具体实施方式】
[0018] 图2例示了能够使用本地测量结果和本地控制功能来在现场中执行控制的示例性 集成数字过程控制器(为简单起见，称为"控制器"）。如下面所讨论的，控制器100能够针对 各种类型的过程变量、性能优化、实时诊断等进行快速、动态的原位过程控制。通过在阀或 另一个现场设备处直接实现PID控制，控制器100可W实现改进的环路性能。此外，控制器 100有效地取代了若干设备，由此简化了安装和维护。单个供应商可W为总的环路控制提供 控制器100。
[0019] 在图2中的示例性配置中，控制器100对安装在管道104中的阀102进行操作。阀102 和管道104可W类似于W上参照图1所讨论的阀10和管道12。控制器100包括功能模块110、 存储器112和气动输出模块114。在某些实施方式中，控制器100还可W包括诸如压力传感器 116之类的传感器。此外，集成控制器100可W包括网络接口模块118和功率调节器120。更进 一步，集成控制器100可W配备有本地用户接口模块122。取决于实施方式，部件100-120可 W存在于相同的壳体130中，或者部件中的某些部件(例如，压力传感器116)可W提供于单 独的壳体中，但在任何情况下，部件100-120都可W使用直接的本地有线链路或其它适当类 型的短距离、高速通信链路来进行互连。在示例性实施方式中，部件100-122禪合到背板 124。控制器100可W经由通信线路150接收过程变量和配置数据的设置点，并且经由通信线 路152向远程主机提供过程信息和报告。线路150和152并非必须是物理上分隔的信道，并且 通常可W是在相同的一条布线或一组布线上的通信信道、不同的无线电信道或相同信道的 不同时隙、或任何其他适当类型的物理信道或逻辑信道。
[0020] 接下来，可W简要地单独考虑部件110-124,接着对控制器100的运行进行讨论。
[0021] 取决于实施方式，功能模块100可W包括被配置为执行储存在存储器112中的指令 的通用中央处理单元(CPU)和/或一个或若干个专用模块(例如，被配置为执行PID功能的专 用集成电路(ASIC)) dCPU可W包括精确到跨越控制器100可W运行的整个溫度范围的每年 在一定数量分钟（例如，10分钟）内的实时时钟。更通常地，功能模块110可W包括任何适当 类型的一个或多个处理器。如图2中示意性地例示的，功能模块110可W实现一个或若干个 PID功能160、一个或若干个调节功能162、一个或若干个实时定位和/或诊断功能164、W及 (如果期望的话)与监控、检修、过程可变性优化等相关的额外的功能。功能模块110可W用 硬件、固件、可由一个或多个处理器执行的软件指令、或硬件、固件、W及软件的任何适当的 组合来实现运些功能。
[0022] 在示例性场景中，功能模块110借助网络接口 118、经由通信线路150从远程主机接 收管道104的压力设置点，从压力传感器116接收传感器数据，执行PID算法来生成定位命令 (或者，更具体而言，输出信号），并经由气动输出模块114将定位命令应用于阀102。应当指 出，功能模块110可W接收过程变量的而非现场设备的设置点。功能模块110可W从存储器 112获取用于PID回路的调节参数。如下面更详细地讨论的，运些参数可W是预先配置的，从 远程主机接收到的，经确定和/或经调整的所使用的自动调节等。因此，功能模块110可W在 不依赖于远程主机的情况下使用本地收集的传感器数据来本地执行控制功能。取决于实施 方式，功能模块110可W实现用于控制许多不同的过程变量(例如压力、位置、溫度、流速、或 pH)的功能。
[0023] 更通常地，功能模块110允许集成控制器100快速并有效地对设备问题作出反应 (例如，检测阀102的问题，检测传感器116的故障），控制回路问题(例如，确定应当调整PID 参数），执行紧急程序(例如，关闭通过管道104的流量）、生成警告W便经由本地UI模块122 输出和/或W便报告给远程主机。
[0024] 存储器112可W是任何适当的非暂态计算机可读介质，并且可W包括易失性和/或 非易失性部件。因此，存储器112可W包括随机存取存储器(RAM)、硬盘、闪存驱动器、或任何 其他适当的储存部件。储存器112可W储存PID参数170、诊断数据172、阀特征数据174、W及 过程特征数据176。特别地，PID参数170可W针对控制阀102或另一个现场设备的回路指定 比例、微分、和积分增益值。可W由远程操作员经由远程主机进行配置并经由网络接口 118 来提供、由本地操作员经由UI模块122进行配置、由集成控制器100的制造商预储存在存储 器112中等等来提供PID参数170。在某些场景中，例如，集成控制器100可W响应于接收到新 的设置点150或在进行诊断时调整PID参数170。
[0025] 阀特征数据174和过程特征数据176可W分别描述阀102和用于控制阀102的回路 的预期行为。例如，阀特征可W包括与阀102的一组相应位置相对应的一组预期的传感器测 量结果。在图2中的示例性实施方式中，阀特征可W指定压力传感器116(设置在压力传感器 116的下游并由此与阀102的输出压力相对应)如何与阀102的行进位置(例如，其可W被测 量为行进致动器的位置或开启位置的百分比）相关。类似地，响应于设置点的值或输入值的 变化，过程特征数据可W描述预期的过程输出值，例如来自压力传感器116的压力测量结 果。更普遍地，储存在存储器112中的特征可W描述子系统对输入信号的预期响应，W便与 子系统的实际响应进行比较并判断子系统是否正确运行。
[0026] 与如今公知的系统不同，集成控制器100可W本地收集数据，W便确定对诸如阀 102之类的子系统的实际响应，并且再次在本地将所收集的数据与特征174、特征176、或另 一个特征进行比较。W此方式，集成控制器可W快速且有效地检测阀的问题(例如，致动器 卡住了、压力损耗、流体泄露）、过程扰乱(upset)、控制回路劣化等。此外，如果期望的话，集 成控制器100可W执行适当的调节功能162来产生过程特征。使用过程特征，控制器可W检 测到用于期望的控制回路响应的适当的一组调节参数。
[0027]此外，存储器112可W保留配置信息、日志、历史数据、输入和输出端口的状态等。 集成过程控制器100可W被配置为在发生电源故障时将事件日志、警告日志、实时时钟数 据、回路日志、历史数据、数据库数据、输入/输出信道的状态、功能模块属性、用户列表等保 留在存储器112中。
[00%]继续参照图2,气动输出模块114可W在运行期间致动阀102。气动输出模块114可 W包括I/P换能器和一个或多个继动部件。在示例性实施方式中，气动输出模块114包括I/P 模块和双侧作用继动器。此外，在一个实施方式中，气动输出模块114包括进行排放的继动 器W及在发生电源故障时锁定在最后值的继动器。控制器100可W经由本地UI 122或远程 主机的RUI提供对气动输出模块114的输出压力的指示。应当指出，控制器100可W例如通过 感测输出压力来监控气动输出模块114的运行，并执行实时诊断W在早期检测到完整故障 或部分故障。
[0029] 当用在其中天然气是介质的应用中时，控制器100可W包括一个或若干个无排放 气动部件W遵照排放法规。
[0030] 运些实施方式中的控制器100允许在与传统的气动设备相比减少了排放的同时继 续使用介质。
[0031] 在示例性实施方式中，压力传感器116是被配置为对作为过程变量(PV)的压力进 行测量的积分压力传感器模块。压力传感器116可W直接栓至壳体130。然而，在替代的实施 方式中，压力传感器116可W被提供为通过有线链路或短距离无线链路来禪合到控制器100 的单独的设备。与W上所讨论的气动输出模块114类似，控制器100可W经由（本地)UI模块 122或远程主机处的RUI来显示压力传感器100的实时数据。此外，控制器100可W支持命令， 操作员可W使用该命令经由本地接口或远程接口来请求或提取(pull)实时数据。
[0032] 尽管在图2中所描绘的示例性实施方式包括与控制器100的剩余组件集成的压力 传感器116,但在其它实施方式中，控制器100可W包括另外的I/O模块，例如阀位置传感器 或溫度传感器。运些模块和其它模块可W插入到背板124中，或者控制器100可W经由短距 离通信链路与另外的模块进行通信。
[0033] 网络接口模块118可W支持诸如互联网协议(IP)之类的通用协议W及被设计为传 送用于控制过程工厂的命令和参数的专用过程控制和工业自动化协议（例如，Μ 0 d b U S、 HART、Profibus等）。网络接口模块118可W支持有线通信和/或无线通信。如W上所讨论的， 控制器100可W经由与网络接口模块188禪合的远距离通信链路来从远程主机接收设置点 值。网络接口模块188可W支持W太网端口，并且在某些实施方式中，实现对未授权访问的 保护。
[0034] 仍然参照图2,功率调节器120可W经由一条或多条线路123从电源接收电力，W便 为功能模块110提供足够的功率来执行PID控制并且与本地设备和远程设备进行通信。功率 调节器120可W包括例如DC-DC转换器，W便将8-30V的DC电源转换为对禪合到背板124的部 件供电所必需的电平。通常来说，功率调节器120可W确保控制器100的实质上自主的运行， W控制阀102和对应的控制回路。
[0035] 本地用户接口模块122可W包括任何适当的显示器，例如液晶显示器化CD)、键盘 和/或触摸屏等。在某些实施方式中，用户接口模块122还可W包括诸如扬声器之类的音频 输出设备和/或诸如麦克风之类的音频输入设备。在其它实施方式中，鉴于本质安全考虑而 将用户接口模块122的部件选择为使爆炸的风险最小化。此外，控制器100可W支持用于从 远程主机(例如，W上参照图1所讨论的主机50)取得储存在控制器100中的某些特征和/或 数据的远程用户接口。
[0036] 背板124可W是不具有有源电路、位于壳体130中并且具有用于安装各种模块的连 接件的部件。如在图2中所例示出的，背板124可W将功能模块110、存储器112、网络接口 118、功率调节器120、UI模块122、气动输出模块114、等进行互连。在某些实施方式中，选择 或设计CPU模块W防止误插入到背板124中。
[0037] 壳体130可W是防爆的，符合本安（IS)标准。在某些实施方式中，集成控制器100包 括用于与压力传感器接合的屏蔽体(barrier)、W及用于将本公开内容的完整性保持为 1类1区（C1D1)防爆的显示器。
[0038] 如W上所指示的，控制器100可W具有模块化设计W允许移除/插拔有缺陷的部件 或废弃的部件。在某些实施方式中，控制器100可W支持热插拔或替换部件，而无需使系统 离线。模块化的和弹性的设计可W允许某些操作员通过使控制器100仅仅配备有模块中的 某些模块来定制系统和/或容易地替换部件。例如，可W在没有压力传感器的情况下或在没 有气动输出模块的情况下提供控制器100。此外，可W通过选择用于连接到背板124的期望 的电子I/O或功能模块来定制控制策略。
[0039] 在运行时，控制器100可W执行实时预测W允许操作员快速获得对过程变化、与阀 102有关的问题、传输和通信、控制维护等的准确桐察。因此，控制器100可W在现场中执行 控制功能。换句话说，控制器100可W在本地控制阀102和/或回路参数，而不是基于由执行 PID回路的远程主机所生成的命令来运行，并且如果期望的话，经由通信网络借助通信线路 152向主机报告信息。
[0040] 此外，尽管控制器100可W经由无线通信链路来接收设置点值150(运可能引入通 信延迟），但控制器100随后可W使用相同设备内的部件之间的有线信号发送或者甚至片上 信号发送来将过程变量驱动至设置点。更具体而言，控制器100不需要将压力、位置、溫度、 液位、流速、或其它测量结果报告给能够计算新的控制信号的另一个设备。对设置点的更新 因此会受到无线通信的速度的限制，但是传感器、计算比例、微分和积分值的模块等之间的 通信W较高的速度发生。
[0041] 通常，W下所讨论的技术可W用于各种应用中，例如上游油气、中游油气、液体管 道、气体输送、气体分布、电力、化学制品、石油化学产品、炼油、制浆造纸、餐饮、制药、给排 水、矿业和金属、液体分配、液化天然气化NG)的液化和气化。此外，可W结合连续的控制方 案和分立的控制方案两者来使用运些技术，W确保阀处的准确过程控制，实现实时诊断能 力，并提供在本公开内容中所讨论的其它优点中的一个或多个优点。简言之，控制器100可 W增加效率，减少停工期，提供具成本效益的选择。
[0042] 为了更清晰起见，参照图3简要地讨论用于控制过程回路的控制器100的示例性运 行。例如，图3中的方法200可W在功能模块110和存储器112中实现为一组软件或固件指令。 方法200从框202开始，其中，经由通信链路从远程主机接收设置点。例如，设置点可W是管 道中的压力或流速。
[0043] 在框204处，使用本地储存的PID参数，控制器开始生成输出W将回路驱动至所接 收到的设置点。运些参数(其可W包括用于比例、微分、和积分块的增益)例如可W储存在存 储器112中。取决于实施方式和/或场景，利用运些参数来预先配置控制器，或者控制器在单 独的配置程序期间接收运些参数。如W上所指示的，控制器在某些情况下可W动态地调整 运些参数。
[0044] 在框206处，使用与控制器集成在一起或经由短距离通信链路禪合到控制器的传 感器来在本地测量过程变量。随后在框208处在本地执行控制回路。例如，控制器100可W在 不依赖于远程主机W及不将中间测量结果(例如，在框206处收集到的测量结果)报告给远 程主机的情况下执行PID逻辑。当执行PID逻辑时，取决于实施方式，控制器内的逻辑块或物 理块可线速或W片上速度交换数据。在任何情况下，控制器中的部件交换数据的速度 实质上高于控制器可W与远程主机进行通信的速度。方法100可W包括框206和框208处的 多次计算和测量，直到达到设置点。
[0045] 在框210处，报告可选地可W提供给远程主机。报告可W包括非时间要求严格 (non-time-critical)的数据，并且可W经由相对慢的有线或无线链路传送至远程主机。如 果期望的话，还可W经由本地用户接口来提供输出。
[0046] 现在参考图4,方法300还可W在功能模块110和存储器112中实现为一组软件或固 件指令。根据方法300,控制器再次在不依赖于外部的或远程设置的控制器、主机、或数据库 的情况下原位地执行诊断。当现场设备例如未运行时或者在安装不久之后和在上线之前， 控制器可W执行方法300。
[0047] 在框302处，从诸如上面所讨论的存储器112之类的本地存储器中获取诊断数据。 诊断数据可W包括阀特征、过程特征、或者用于与现场设备的当前输出进行比较的其它数 据。控制器随后可W驱动对应的现场设备（例如，阀102)通过多个位置W生成输出值（框 304)。在框306处，使用本地传感器和本地P/I换能器来从现场设备收集反馈或另一个输出 值。接下来，在框308处，可W执行本地处理W将所储存的诊断数据与现场设备的实际输出 进行比较，W判断输出是否与诊断数据匹配，并且在发生偏差时是否应当生成警告或警报。 [004引可W实时地并且使用本地处理能力而非远程主机来执行框304-308。可W重复地、 周期性地、或根据任何适当的计划表来执行框304-308。
[0049] 图5例示了用于实施诊断的另一种方法，其可W在控制器100中或者与本公开内容 一致的另一个控制器中执行。与W上所讨论的方法300不同，方法400不需要在试验阶段或 专口的诊断阶段期间驱动现场设备通过一组值。相反，根据方法400,控制器在运行期间监 控现场设备的运行。换句话说，当现场设备（例如，阀）响应于接收到设备的设置点而运行 时，和/或当包括了现场设备的控制回路响应于接收到过程变量的设置点而运行时，控制器 收集传感器数据W执行非侵入的实时诊断。因此，方法400包括总体上与参照图3所讨论的 框302-310类似的框402-410,除了在框404处对在现场设备的正常运行期间的各个位置和/ 或输出值进行监控。
[0050] 在某些情况下，将执行框304-308的结果报告给操作员和/或远程主机。例如，可W 经由本地用户接口（例如，UI模块122)来生成和显示警报，可w经由远距离通信链路将报告 发送给远程主机，等等。控制器在某些场景中可W响应于将诊断数据与输出相比较的结果 而调整PID调节参数。在任何情况下，控制器可W执行方法300来快速并有效地在原位执行 诊断、调整、优化、等。
[0051 ] 签逆
[0052] 另外特别记载，本文中的讨论使用诸如"处理"、"计算"、"运算"、"确定"、"识 另IJ"、"呈现"、"显示"、等之类的词语可W指代机器(例如，计算机）的动作或处理，该动作或 处理对在一个或多个存储器(例如，易失性存储器、非易失性存储器、或者它们的组合）、寄 存器、或接收、储存、发送、或显示信息的其它机器部件内被表示为物理(例如，电的、磁的或 光学的)量的数据进行操纵和转换。
[0053] 当用软件实现时，本文中所描述的应用、服务、引擎、例程、W及模块中的任何一个 都可W储存在任何有形的、非暂态计算机可读存储器(例如，磁盘、激光盘、固态存储设备、 分子记忆储存设备、光盘、或其它储存介质）中、计算机或处理器的RAM或ROM中，等等。尽管 本文中所公开的示例性系统被公开为（除了其它部件)包括在硬件上执行的软件和/或固 件，当应当指出，运些系统仅仅是例示性的而不应被认为是限制性的。例如，可W预期的是， 运些硬件、软件和固件部件中的任何部件或全部部件可W专口用硬件体现、专口用软件体 现、或者用硬件和软件的任何组合来体现。因此，本领域普通技术人员将容易意识到，所提 供的示例并不是实现运些系统的唯一方法。
[0054] 因此，尽管本发明已经参照具体示例进行描述(其旨在是例示性的而非对本发明 的限制），但对于本领域普通技术人员来说将显而易见的是，可W在不脱离本发明的精神和 范围的情况下对所公开的实施例进行改变、增加、或删除。
[0055] W下方面表示当前描述的系统和方法的实施例的示例。运些方面的该列表旨在是 非限制性的，因为鉴于本说明书预期到其它实施例。
【主权项】
1. 一种集成控制器，所述集成控制器被配置为在现场中运行，所述集成控制器包括： 网络接口模块，所述网络接口模块用于经由通信链路从远程主机接收过程变量的设置 占. 一个或多个功能模块，所述一个或多个功能模块被配置为：（i )从现场设备接收过程变 量的测量结果，并且（ii)至少部分地基于所述过程变量的所述测量结果以及所述过程变量 的所述设置点，来执行用于包括所述现场设备的控制回路的逻辑，以便独立于所述远程主 机生成输出信号，其中，所述输出信号用于控制所述现场设备；以及 输出模块，所述输出模块用于将所生成的输出信号直接应用于所述现场设备。2. 根据权利要求1所述的集成控制器，还包括： 传感器，所述传感器通信地耦合至所述一个或多个功能模块，并且所述传感器被配置 为生成所述过程变量的所述测量结果，其中，所述传感器经由短距离通信链路向所述一个 或多个功能模块提供所述测量结果。3. 根据权利要求2所述的集成控制器，其中，所述传感器在不需要向所述远程主机报告 所述测量结果的情况下向所述一个或多个功能模块提供所述测量结果。4. 根据权利要求1所述的集成控制器，其中： 所述网络接口模块、所述一个或多个功能模块、以及所述输出模块以第一速度交换数 据； 所述集成控制器以第二速度与所述远程主机交换数据；以及 所述第一速度实质上高于所述第二速度。5. 根据权利要求1所述的集成控制器，还包括： 存储器，所述存储器能够由所述一个或多个功能模块读取，所述存储器储存用于所述 控制回路的参数，所述参数包括用于执行PID控制的比例、微分、和积分(PID)值。6. 根据权利要求5所述的集成控制器，其中，所述一个或多个功能模块被配置为在所述 控制回路的运行期间调整所述PID值中的一个或多个。7. 根据权利要求5所述的集成控制器，其中，所述现场设备是阀，并且其中，所述存储器 还储存以下数据： 阀特征，所述阀特征指定一组压力值和所述阀的一组相对应的行进位置，并且 其中，所述一个或多个功能模块还被配置为：（i)在所述控制回路的运行期间实质上实 时地接收压力值以及对所述阀的行进位置的指示，以及(ii)将接收到的压力值以及对所述 行进位置的指示与所述阀特征进行比较，以判断所述阀是否正确运行。8. 根据权利要求7所述的集成控制器，其中，所述一个或多个功能模块还被配置为：响 应于检测到所述阀未正确运行，向所述远程主机发送警报消息。9. 根据权利要求5所述的集成控制器，其中，所述存储器还储存以下数据： 过程特征，所述过程特征指定一组过程变量值和一组相对应的输入值，并且 其中，所述一个或多个功能模块还被配置为：（i)在所述控制回路的运行期间实质上实 时地接收过程变量值和指示以及对应的输入值，以及(ii)将接收到的过程变量值和对应的 接收到的输入值与所述过程特征进行比较，以判断所述控制回路是否正确运行。10. 根据权利要求9所述的集成控制器，其中，所述一个或多个功能模块还被配置为：响 应于检测到所述控制回路未正确运行，向所述远程主机发送警报消息。11. 根据权利要求5所述的集成控制器，其中，所述一个或多个功能模块还被配置为在 运行时间收集诊断数据并将所述诊断数据储存在所述存储器中，所述诊断数据指示（i)所 述现场设备或（ii)所述控制回路的其中之一或两者的性能。12. 根据权利要求1所述的集成控制器，还包括： 功率调节器，所述功率调节器用于向所述一个或多个功能模块、所述网络接口、以及所 述输出模块提供足够的功率，以用于自主运行。13. 根据权利要求1所述的集成控制器，其中，执行用于所述控制回路的所述逻辑，所述 一个或多个功能模块被配置为计算用于所述控制回路的比例、微分、和积分(PID)值。14. 根据权利要求1所述的集成控制器，其中，执行用于所述控制回路的所述逻辑，所述 一个或多个功能模块被配置为计算用于所述控制回路的比例、微分、和积分(PID)值。15. 根据权利要求1所述的集成控制器，还包括防爆组件。16. 根据权利要求1所述的集成控制器，其中，所述一个或多个功能模块包括调节功能， 以便在运行时间自动调整所述控制回路的PID参数。17. 根据权利要求1所述的集成控制器，其中，所述输出模块是无排放气动模块。18. 根据权利要求1所述的集成控制器，还包括： 背板，所述背板用于能够拆装地接收部件，其中，所述部件包括所述网络接口模块、所 述一个或多个功能模块、以及所述输出模块，以支持对所述部件的其中一个或多个的选择 性替换。19. 一种用于在现场中运行控制回路的方法，所述方法包括： 在直接耦合至现场设备的集成控制器处从远程主机接收用于控制回路的设置点，所述 控制回路包括所述现场设备； 在所述集成控制器处本地监控由所述控制回路生成的过程变量； 在所述集成控制器处本地生成输出值，以便至少部分地基于所述设置点和所监控的过 程变量来将所述控制回路驱动至所述设置点；以及 在所述集成控制器处本地执行用于所述控制回路的逻辑以将所述控制回路驱动至所 述设置点，所述执行包括经由输出模块将所生成的输出值应用于所述现场设备。
【文档编号】G05B19/042GK105988402SQ201610169128
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】C·B·卡尔特赖特, T·A·布兰道, J·安可蒂尔, J·E·曼德纳赫
【申请人】费希尔控制产品国际有限公司