过程控制系统及方法

专利名称：过程控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及用于管理自动化系统的过程控制系统及方法，特别地涉及 用于(虽然不是专用于)管理用在安全和环境感知应用中的自动化系统。这 种系统在本地级别和更广级别上提供数据的记录、当前状态以及自动化控制 动作的监控。
在整个说明书中，除非上下文要求，否则，词"包含"("comprise") 或i者如"包含，，(comprises)或"包含"(comprising)的变形均应净皮理解为 意味着包括所述的整体或整体组但不排除任何其它的整体或整体组。
另夕卜，在整个说明书中，除非上下文要求，否则，词"包括"("include") 或其诸如"包括"("includes")或"包括"("including")的变形均应被 理解为意味着包括所述的整体或整体组但不排除任何其它的整体或整体组。
背景技术：
下面对本发明背景的论述旨在帮助理解本发明。然而，应该理解，本 论述并不是以任意权限来确认或承认所提到的任何材料均是在本申请的优 先权日前公开的、已知的或是本领域技术人员的公知常识的一部分。
目前，过程控制自动化系统通常被设计为一个完整系统，其具有将由 该系统解决的系统范围的自含的控制问题。在已知的系统中，完整系统设计 被很好地表征并且被下载到诸如可编程逻辑控制器("PLC")的控制装置中。 对企业的员工来说使用这样的控制方案并不容易。必须要与他们的工作环境 有关。典型的系统通常由专业工程师来安装、维护和调试，并且由技术人员 来使用。此外，这样的系统通常被实现为大且不易管理的大的中央管理的网 络。 一种分散的方法是将多个系统一起联网以形成"网络的网络"，以使该 系统更加模块化。本发明描述了该问题的模块化方法，其对于访问该系统的 不同人和群体都是有意义的。
7在安全和其他的自动化应用中，通常利用"烟自"(stovepipe)中的信 息来实现系统，在"烟囱"中存在分开的系统，这些系统用于闭路电视 ("CCTV")、安全、位置、控制、建筑管理及其他。这导致昂贵且复杂的 工程以统 一 完全不同的系统。本发明利用统一 了多种不同的信息和控制源的 结构来克服这种缺陷，因而即使由不是工程师的人员来管理也是简单的。
国际专利申请第PCT/AU2004/000243号描述了 一种过程控制系统及配 置这种系统的方法。该系统包括可编程自动化控制器，该可编程自动化控制 器具有与其连接的一个或多个过程控制外围装置。该可编程自动化控制器可
以配置为定义关于外围装置的、包括触发条件和报警条件的信息。用户可以 通过连接至可编程自动化控制器的用户终端来访问关于外围装置的信息。外 围装置根据配置信息工作，并且能够将数据传送至可编程自动控制器。
国际专利申请第PCT/AU2005/001314号描述了 一种过程控制系统及方 法，其中，由控制器控制外围装置。外围装置位于以层级性布置的环境中。 每个外围装置均具有唯一的取决于它所处的环境的层级标识符。如果环境改 变，则该唯一的标识符也改变。这个唯一的标识符可以用于根据其标识符来 控制外围装置。

发明内容
根据本发明的第 一方面，提供了 一种包括子网络的网络的过程控制系 统，每个子网络均包括自动化服务器，该自动化服务器具有连接于其上的至 少一个外围装置，以及具有存储于其上的数据，该数据包括自动化服务器的 位置数据及附加数据，该网络还包括具有连接于其上的网络用户终端的至少 一个网络服务器，由此，网络中的每个自动化服务器均连接至至少一个网络 服务器中的一个以在其间进行数据通信，该至少一个网络服务器可操作以接 收响应于从至少 一个网络服务器中的 一个到选择的自动化服务器的查询而 传送的、从选择的自动化服务器输出的数据，由此，该网络服务器基于位置 数据来查询所选择的自动化服务器。
优选地，至少一个网络服务器中的一个可操作以基于选择的自动化服 务器的位置与选择的地理位置的匹配来查询所选择的自动化服务器。可选 地，至少一个网络服务器中的一个可操作以基于在选择的地理位置附近的选 择的自动化服务器的位置来查询选择的自动化服务器。优选地，至少 一 个网络服务器中的 一 个可操作以将查询作为广播查询 发送至所有的自动化服务器。可选地，至少一个网络服务器中的一个可操作 以将查询作为广播查询发送至选择的自动化服务器，或至少一个网络服务器 中的一个可操作以通过对所有的自动化服务器顺序轮询来发送查询。
优选地，由至少 一个网络服务器中的 一个接收的数据被本地存储在至 少 一个网络服务器中的 一个上用于随后的访问。
优选地，至少一个网络服务器中的一个可操作以响应于来自选择的自 动化服务器的数据的接收来发出报警。
优选地，过程控制系统还包括设置在网络中并连接至子网络和至少一 个网络服务器的配置服务器，用于存储从其上的子网络的自动化服务器输出 的数据，以使得至少 一个网络服务器中的一个可操作以从配置服务器中获取数据。
优选地，过程控制系统还包括设置在网络中并连接至子网络和至少一 个网络服务器的处理服务器，该处理服务器可操作以向所选择的子网络的自 动化服务器查询进一步处理的数据。
优选地，自动化服务器和网络服务器都是单服务器。
优选地，网络服务器可操作为自动化服务器，并且包括连接至其上的 一个或多个外围装置。
根据本发明的第二方面，提供了一种使用包括子网络的网络的过程控 制系统的过程控制方法，每个子网络均包括自动化服务器，该自动化服务器 具有连接至其上的至少一个外围装置，并具有存储于其上的数据，该数据包 括自动化服务器的位置数据及附加数据，网络还包括具有连接至其上的用户 终端的至少一个网络服务器，以及由此，网络中的每个自动化服务器均连接 至至少 一个网络服务器中的一个以在其间进行数据通信，该方法包括以下步
骤基于位置数据通过传输来自至少 一个网络服务器中的一个的查询来查询 一个或多个自动化服务器；以及接收响应于从至少一个网络服务器中的一个 到自动化服务器的查询而传送的、从自动化服务器输出的数据。
优选地，查询基于自动化服务器的位置与选择的地理位置的匹配。可 选地，查询基于在选择的地理位置附近的自动化服务器的位置。优选地，查询是到所有的自动化服务器的广播。可逸地，查询是到选 择的自动化服务器的广播，或者查询是对所有自动化服务器的顺序轮询。
优选地，该方法包括以下步骤在至少一个网络服务器中的一个中， 本地存储由至少 一个网络服务器中的 一个接收到的数据，用于随后的访问。
优选地，该方法还包括以下步骤在网络上设置的配置服务器上存储 从子网络的自动化服务器输出的数据，并从配置服务器中获取数据。
优选地，该方法包括以下步骤向所选择的子网络的自动化服务器查 询进一步处理的数据。
根据本发明的第三方面，提供了 一种用于过程控制系统的网络服务器， 该网络服务器设置在子网络的网络中，每个子网络均包括自动化服务器，该 自动化服务器具有连接至其上的至少一个外围装置，并具有存储于其上的数 据，该数据包括自动化服务器的位置数据和附加数据，网络还包括具有连接 至其上的网络用户终端的至少一个网络服务器，由此，网络中的每个自动化 服务器均连接至至少一个网络服务器中的一个，以在其间进行数据通信，该 至少 一 个网络服务器可操作以接收响应于从至少 一 个网络服务器中的 一 个 到选择的自动化服务器的查询而传送的、从选择的自动化服务器输出的数 据，由此，网络服务器基于位置数据来查询选择的自动化服务器。
优选地，至少一个网络服务器中的一个可操作以基于选择的自动化服 务器的位置与选择的地理位置的匹配来查询选择的自动化力良务器。可选地， 至少 一 个网络服务器中的 一 个可操作以基于在所选择的地理位置附近的选 择的自动化服务器的位置来查询选择的自动化服务器。
优选地，至少 一个网络服务器中的一个可搡作以将查询作为广播查询 发送至所有的自动化服务器。可选地，至少一个网络服务器中的一个可操作 以将查询作为广播查询发送至选择的自动化服务器，或者至少一个网络服务 器中的一个可操作以通过对所有的自动化服务器进行顺序轮询来发送查询。
优选地，至少一个网络服务器中的一个可搡作以响应于对来自选择的 自动化服务器的数据的接收来发出报警。
根据本发明的第四方面，为过程控制系统提供了一种配置服务器，该 配置服务器设置在子网络的网络中，每个子网络均包括自动化服务器，该自动化服务器具有连接至其上的至少一个外围装置，并具有存储于其中的数 据，该数据包括自动化服务器的位置数据和附加数据，网络还包括具有连接 至其上的网络用户终端的至少一个网络服务器，由此，网络中的每个自动化 服务器均连接至至少 一 个网络服务器中的 一个以在其间进行数据通信，其 中，配置服务器连接至子网络和至少一个网络服务器，以存储从其上的子网 络的自动化服务器输出的数据，以使得至少一个网络服务器中的一个可操作 以从配置服务器中获取数据。
根据本发明的第五方面，提供了 一种用于过程控制系统的处理服务器， 该处理服务器设置在子网络的网络中，每个子网络均包括自动化服务器，该 自动化服务器具有连接至其上的至少一个外围装置，并具有存储于其上的数 据，该数据包括自动化服务器的位置数据和附加数据，网络还包括具有连接 至其上的网络用户终端的至少一个网络服务器，由此，网络中的每个自动化 服务器连接至至少 一个网络服务器中的 一个以在其间进行数据通信，其中处 理服务器可操作以向选择的子网络的自动化服务器查询进一步处理的数据。
本发明的灵活性，特别是当应用于安全自动化模式时，通过允许分散 和集中的管理和操作提供了操作的灵活性。通过去除了麻烦的重新设计的必 要，提供了交给具有领域专长的人的对系统进行修改的灵活性。这使得在有
差别的信息(discriminatory information )捕获需要调节的情况下，对于不同 的威胁等级和预先隐蔽操作(pre-emptive covert operation),能够容易地对 系统进行调节。


现在将仅参考附图通过实例来描述本发明，其中 图1是根据本发明的 一 个方面的过程控制系统的第 一 实施例的示意图； 图2是根据本发明的一个方面的过程控制系统的第二实施例的示意图； 图3是根据本发明的一个方面的过程控制系统的第三实施例的示意图； 图4是根据本发明的 一个方面的过程控制系统的第四实施例的示意图； 图5是根据本发明的 一个方面的过程控制系统的第五实施例的示意ii图6示意性地示出了网络服务器和自动化服务器之间的一个简单的查
询过程；
图7示意性地示出了在网络服务器和自动化服务器之间的一个公布/预 订(publish/subscribe)查询过程；
图8示出了图2的实施例使用的查询过程；
图9是根据本发明的 一个方面的过程控制系统的第六实施例的示意图10是用于安全和态势环境中的作为安全自动化系统工作的过程控制 系统的示意图；以及
图11是图10中的安全自动化系统的示意性的层次模型(layermodel)。
具体实施例方式
本发明一个实施例的过程控制系统500包括可以由一个或多个用户访 问的网纟备100。
网络IOO包括一个或多个网络服务器101和一个或多个子网络200。在 图l示出的实施例中，网络100包括三个子网络200;每个子网络200均经 由路由器300连接至两个网络服务器101和其它子网络200。然而，应该理 解，子网络200的数量与网络服务器101的数量一样都是可变的。
每个网络服务器101均连接至网络用户终端102,诸如个人电脑或其它 适合的用户接口，其可以被网络用户103访问，并且用于访问、控制和配置 网络100,这将在下面进一步详细描述。网络用户终端102可以包括4建盘105， 以及具有诸如触摸屏的视觉显示器106。网络用户终端102还包括合适的处 理器107,以有助于与网络服务器101进行l史据通信。对本领域的技术人员 来说，对这样的网络用户终端102的使用和操作是众所周知的，并且除非它 与本发明相关，否则不需要在这里进一 步地详细描述。
每个网络服务器101还连接至网络服务器数据库104。
每个网络服务器101还可以连接至可选的报警装置108,如蜂窝手持无 线电话或其他适合的装置，用以向用户提供报警。每个子网络200包括自动化服务器201 ，其连接至一个或多个外围装置 203，并且连接至诸如个人电脑或其它合适的用户接口的本地用户终端202, 用于由本地用户205使用以访问、控制和配置子网络200和设置于其中的外 围装置203。本地用户终端202可以包括键盘208、以及具有诸如触摸屏的 视觉显示器206。本地用户终端202还包括有助于与自动化服务器201进行 数据通信的合适的处理器207。对本领域的技术人员来说，对这样的本地用 户终端202的使用和操作是众所周知的，并且不需要在这里进一步地详细描 述。外围装置203可以是模拟或数字装置，并且可以包括而不限于相机、传 感器、致动器(actuator )、和安全装置。
自动化服务器201包括存储器、处理装置、存储装置和I/0端口，这 对本领域的技术人员是众所周知的。
存储装置包括数据库204。数据库204可以具有多种形式，包括固定或 移动硬盘或固态存储装置。类似地，1/0端口可以具有多种形式，包括电缆、 无线、红外线和PCI/ISA卡。数据库204存储数据和信息用于自动化服务器 201使用，并且包括关于自动化服务器201和连接至其上的外围装置203的 配置和其它数据，并且其可以输出到设置在网络IOO中的其他自动化服务器 201、网络服务器101以及其它服务器，这将在下面进一步地详细描述。
自动化服务器201通过I/O端口与外围装置203和本地用户终端202 进行数据通信，以及经由路由器300与网络100上的网络服务器101进行数 据通信。本地用户终端203与自动化服务器201进行控制通信。自动化服务 器201与外围装置203进行控制通信。在本实施例中，通过诸如TCP/IP和 蓝牙的非专用通信标准来完成数据和控制通信。
每个自动化服务器201连接至可选的可以向用户发出报警的报警装置 209，如蜂窝手持无线电话或其它合适的装置。
在此处描述的实施例中的本地用户终端202是标准配置的典型的计算 机，这对于本领域的技术人员是显而易见的。
本地用户205，不论是不是过程工程师或其它类似的技术人员，在期望 的位置安装外围装置203。然后，本地用户205在另外的期望位置安装自动 化服务器201，并在必要时釆取行动以保证自动化服务器201和外围装置203
之间的数据和控制通信的安全。然后，本地用户205能够配置自动化服务器201和外围装置203。通过 经由本地用户终端202的适当的输入，本地用户205 4丸行记录在自动化服务 器201上的软件来开始进行配置。
配置包括，但是不必限于
定义外围装置203所处的环境；
以本领域技术人员公知的"即插即用"的方式冲企测并存储外围装置203 的细节(details,详细资冲十)；
定义外围装置203和自动化服务器201之间的通信信道；
根据要求为外围装置203设置工作参数；
为外围装置203定义任意触发条件；
定义关于外围装置203的任意报警和警告；
根据要求为外围装置203定义和设置控制动作和/或顺序；
为外围装置203定义和设置校准信息；
提供关于外围装置203的位置的地理信息；以及
关于外围装置的任意其他参数或信息。
在本发明的备选实施例中，根据自动化服务器201和连接至其上的外 围装置203的性质，可以使用本领域技术人员公知的其他合适的配置过程。
如上面所提到的，在数据库204中存储关于配置的数据。
在本发明的一个实施例中，以层级形式来组织环境和设置于其中的外 围装置203，以作为过程控制系统来帮助用户管理和配置外围装置203，并 提供灵活性以及有用的控制功能。外围装置203可使其控制动作取决于其它 装置和触发条件并且利用其它装置和触发条件来命令(order )。控制动作还 可以取决于外围装置203所位于的环境。
每个外围装置203均具有与其相关的层级标识符，该层级标识符根据 外围装置203的环境和子环境定义外围装置203。在自动化服务器201中生成并存储层级标识符，并且允许通过定义装置和它们的触发条件之间的依赖 关系来建立涉及一个或多个装置的控制序列。环境的改变(以及因此其标识 符也改变)可以触发在自动化服务器201的控制下发起的控制动作和/或动 作序列。作为配置过程的一部分，与控制动作一起，关于装置的类型和操作 参数以及其具有的特性的信息可以链接到层级信息并且存储在自动化服务
器201中。如以上提到的，外围装置203的配置数据可以包括环境或装置的 位置、图示表示(pictorial representation )、冲交准参数、控制序列、触发等级 和对其它装置的依赖关系。其实例包括装置图片或它所使用的待被读(如果 是传感器)或被启动(如果是致动器)的操作和校准参数。
每个外围装置203可以是诸如传感器、交换机(switch)或阀门的物理装 置，或者可以是由计算方法的一部分建模并在自动化服务器201中实现的虛 拟装置。这种虚拟装置提供了大大增加的灵活性。例如，它们可以表示由触 摸屏上的图形图片激活的交换机，或者它们可以提供延时或定时功能。它们 可以在装置的操作或评估被启动之前表明对条件的逻辑设置(set)的相关 性(由装置的触发条件和对其它外围装置203的相关性或由计算机程序逻辑 语句来限定)。它们还可以为了测试的目的而暂时代替实际装置。这种虚拟 装置还可以像实际装置一样被组织到层级系统和环境中。
外围装置203还可以是人、动物或任4可其它物体一并且应该相应地解 释该术语。装置还可以被看作是其它装置的环境。
如上所述，外围装置203与层级性组织的环境相关联。每个环境均可 能已经存储了该环境的图形或图示表示以及与层级中的其它环境相关的空 间间隔、拓朴组织以及地理位置。尽管该信息可以与其它环境和外围装置 203相关，^f旦也可以通过^f吏用地理坐标4吏其绝对化。
可选地，前述的层级组织的外围装置203及其控制信息能够由另一种 更传统的方式来限定，例如通过包含基本相同的信息的独立数据库的询问 (interrogation)来卩艮定。
此外，可以人工地或动态地改变外围装置203的层级之间的关系，并 且这本质上能够触发自动化动作或新的自动化序列。
15自动化服务器201还可以包含外围装置203的过去状态的"已记录的，， 历史并且还能够对过程控制系统500的当前状态进行监控。这些数据将被存 储在数据库204中。
可以通过每个自动化服务器201相关的子网络200对自动化服务器201
进行本地或远程管理。
子网络200的管理是由相关的自动化月良务器201完成的。子网络200 的本地用户205能够直接访问自动化服务器201以管理和修改子网络200 和设置于其中的外围装置203。应当理解，本地用户205可以远程地位于子 网络200中并且也可以访问自动化服务器201 ，并且对该文件来说，仍然将 其称为本地用户。自动化服务器201在其由本地用户205设置的级别上处理 记录、自动化、监控、报警和告警。在图1中，示出了三个自动化服务器 201，但如上所述，也可以是任意个数(N)的自动化服务器。
如上所述，可以将地理信息提供为配置数据的一部分。在配置过程期 间，当将本地用户终端202加入到过程控制系统500中时，可以通过每个外 围装置203的本地用户终端202输入每个外围装置203的诸如地理空间坐标 的地理空间信息。特别地，可以为外围装置203所在的每个环境显式地输入 地理空间坐标，或者环境中的每个外围装置203均可以继承其所在的环境的 地理空间参考。如果没有更多精确的数据，则子环境可以继承其父环境的地 理空间坐标。可以通过本地用户终端202人工地打字来输入坐标或以更自动 化和更方便的方式通过诸如全球定位系统("GPS")装置的另一机器来设置 坐标。
地理空间坐标可以被显式地输入作为诸如纬度和经度或另 一坐标系统 的绝对全球参考点。可选地，可以根据距离相对于全球参考点来输入地理空 间坐标，或从固定位置通过估计的人工测量计算出或/人具有全^求参考的已知 尺寸的设施的图形图片来计算出地理空间坐标。例如，方便的全球参考点可 以是自动化服务器201自身的位置。可以容易地看出，这个信息对于计算每 个外围装置203及其所在的环境的绝对地理空间坐标是足够的，即使参考点 或环境是移动的，例如人或者车辆的情况下，同时为管理自动化系统的人员 提供了方便的数据输入。
根据国际专利申请PCT/AU2005/001314中所描述的方法或诸如数据库 访问的任何其它合适的或可用的方法，可以在自动化月良务器201和网络服务
16器101之间使用、输入或输出地理空间坐标和其它元数据。作为 一个例子，
数据可以作为逗号分割的(comma-separated)可变数据文件被输入，或者使 用诸如CORBA和XML的开》文标准格式输入l丈据。
此外，可以在网络100上将地理空间坐标和其它元数据作为具有报警 或被收集并存储在自动化服务器201上的输出数据的元数据通过路由器300 输出到一个或多个网络服务器101。在一个实施例中，所有网络服务器101 自动共享元数据，而在一些情况中，网络服务器101可以层级性地分组以更 好地组织过程控制系统500来匹配地理的或组织的功能组。在这里描述的实 施例中，网络服务器101是可以显示在地图或网格(grid)中的地理信息系 统(GIS)服务器，网络IOO中的一定数量的网络服务器101是平面或任意 合适方式的层级类型。
在本领域中GIS服务器是众所周知的，并且除非与本发明有关，此处 不需要任何进一 步的详细描述。
网络服务器101向独立的自动化服务器201查询关于其配置以及其连 接的外围装置203的信息，并且响应于这种请求能够将数据输出至网络服务 器101。这些查询基于来自网络用户103的特定请求，该网络用户103使用 网络用户终端102来访问特定的自动化服务器201 ，或访问基于自动化服务 器201离感兴趣的地理点最近的自动化服务器201。 一旦自动化服务器201 已被查询，则来自相关被查询的自动化服务器201的配置数据可以被本地存 储在网络服务器101中以加速将来的查询。以这种方式，网络服务器201 用作"中央配置服务器"。因此网络用户103能够使用由自动化服务器201 通过网络100输出至网络服务器101的元数据来地理地浏览过程控制系统 500。可选地，网络服务器101可以处理从自动化服务器201查询的数据以 发出它自己的警报级别，从而执行自动化服务器202的功能。可以通过任意 适合的模拟或数字通信方式来传递警报。
可以通过网络用户终端102的^见觉显示器106由4见觉指示(诸如例如 在视觉显示器106上的图标的闪烁或变化的颜色)来向用户显示警报或可用 数据和元数据的存在。这将会提醒或邀请用户103通过^l建盘105的使用、和 /或通过点击网络服务器101的位置来进一步研究以浏览并管理在网络服务 器101中的可用的资源或仅接收已产生的特定的警报或数据。
17网络用户103可以使用网络服务器101来访问存储在每个自动化服务 器201的数据库204中的数据，其中网络服务器101使用相关的自动化服务 器201的位置作为识别正确的自动化服务器201的手段。只有在地理空间坐 标与自动化服务器201的地理空间坐标精确地匹配时，数据才可以被确定为 是相关的。可选地，可以使用距离计算来返回最近位置的自动化服务器201 或在感兴趣的给定点的给定半径内的自动化服务器201。可选地，可以返回 由多边形或其他几何形状描述的限定面积内的自动化服务器201。可选地， 可以通过连接至自动化服务器201的外围装置203的绝对位置来识别自动化 服务器201。这可以通过向选定数量的自动化服务器201发送特定的查询、 通过向连接至网络100的所有自动化服务器201发送广播查询、或通过对连 接至网络100的所有已知的自动化服务器201进行顺序轮询来实现。
现在将进一步详细描述查询过程的实施例。对自动化服务器201的查 询首先请求关于外围装置203和位于所查询的自动化服务器201的位置的环 境的数据，以提供访问以层级方式或绝对地理形式的可用的环境和外围装置 203的基础。图6中示意性地示出了查询过程。网络服务器101连接至自动 化服务器201并执行认证过程。 一旦建立连接，则网络服务器IOI可操作以 查询自动化服务器201并获取与查询参数相匹配的装置、事件、或其它数据。 接下来，网络服务器101可操作以緩存获取到的数据。接下来，数据被输出 到用于执行该查询的网络服务器101。可以使用任何适合的查询过程。由查
询请求的数据的实例可以是请求位于可以是例如房屋或车辆的具体环境中 的所有外围装置203的所有信息。其它请求的数据可以是例如涉及一个特定 外围装置203的信息。可以完全层级性地或基于地理坐标、或通过这些方法 的组合来请求数据。根据例如诸如数字传感器(诸如运动检测器)或模拟传 感器(诸如温度传感器)的外围装置203或提供音频和视频数据的外围装置 的类型来向一个或多个自动化服务器201请求数据也是可能的。与可以被传 统数据库适应(accommodate) —样，在网络服务器101中适应基于多种形 式中的 一种元数据或其組合的元数据的查询也是可能的。
可选地，可以执行公布/预订模型，由此，网络服务器101可以预订任 意装置变化、以及配置变化数据、以及涉及外围装置203的控制事件。当装 置、配置改变和/或控制事件出现在自动化服务器201上时，向所有预订的 网络服务器101公布该信息。图7中示意性地示出了这个过程。在图2中示出的可选实施例中，其中，相同的标号表示相同的部件，
网络100包括中央配置月良务器400，通常自动化服务器201的每个逻辑组均 具有一个中央配置服务器400。配置服务器400通过路由器300连接至网络 服务器101和子网络200。不是向每个自动化服务器201查询其配置和元数 据，而是在中央配置服务器400中以数据库的方式存储该配置和适当的元数 据。需要关于自动化服务器201或连接至其上的外围装置203的数据的网络 服务器101中的任意一个可以直接从配置服务器400中获取需要的数据，并 且如果改变它们的配置，则自动化服务器201可操作以更新中央配置服务器 400。图8中示意性地示出了这个过程。配置服务器400与自动化月良务器201 连接，并且获取和存储诸如配置数据和配置变化事件的数据。接下来，网络 服务器101可操作以连接至配置服务器400并查询配置服务器400，并获取 与查询参数相匹配的数据。接下来，由网络服务器101对数据进行援存。接 下来，网络服务器101进一步操作以向配置服务器400查询与查询参数相匹 配的自动化服务器201的列表。接下来，基于该列表，自动化服务器201 能够向相关的自动化服务器201查询与那些查询参数相匹配的数据。自动化 服务器201像以前一样浏览网络100并像以前一样执行可选的过程及报警。 这种配置的优点在于自动化服务器201和网络服务器101都具有对配置信息 的单接触点。
虽然可以使用多个中央配置服务器400以提供冗余，4旦通常只有一个 中央配置服务器400。如果中央配置服务器的数目等于网络服务器101的数 目，则网络服务器101可以执行配置服务器的角色，并且还可以在中央配置 服务器400发生故障的情况下，具有冗余配置服务器的角色。
当网络服务器101具有涉及外围装置203和相关环境的初始需要的信 息时，可在每个环境、外围装置203或一组外围装置203或环境的独立基础 上由网络服务器101对数据做出进一步请求。如果这是将要被依赖的，则就 配置、可用性或位置来说，对自动化服务器的环境和连接至其上的外围装置 203的改变必须在网络服务器101处更新。这能够使用任意适当的、已知的 方法来实现，例如通过网络服务器IOI的预订来更新每个自动化服务器201 自身或通过对前述的中央配置服务器400的预订，该中央配置服务器400 用作由自动化服务器201通知给它的这种变化的存储库和数据库。
通过以这种方式配置过程控制系统500，由于可以访问来自外围装置 203和环境的数据(即，包括模拟、数字、音频和视频以及关于内容的元数
19据的数据，其非常重要地包括其被捕获的时间以及捕获地点和原因)，因此能够具有新的性能。这种数据可以被网络服务器101进一步后期处理以寻找所记录的数据的模式或加强对用于进一步报警和动作的特定的音频和视频数据的处理。如果这已经在自动化服务器上执行，则这只能对在该特定的自动化服务器201上的数据实现。例如，可以使用复杂的算法分析视频图片中的运动或特定内容。
在图3中示出的本发明的第三实施例中，网络IOO包括处理服务器600，其通过路由器300连接至子网络200和网络服务器101。在本实施例中需要更广泛的数据，处理服务器600可操作以根据需要向自动化服务器201查询进一步处理的数据。以这种方式，数据可首先被自动化服务器201过滤，之后传送至用于分析视频或图案的大数据集的大计算量任务的处理服务器600。处理服务器600可操作以发出其自身的报警，并且基于这点考虑，其连接至可以向其发送报警的报警装置601。报警装置的实例可以是手持蜂窝无线电话。可选地，处理服务器600可操作以向网络服务器101返回结果以用于进一步分析并根据需要发出报警。
在图4中示意性示出的本发明的第四实施例中，所有的浏览处理和才艮警发生在自动化服务器201中并且远程网络用户211通过其子网络200的位置直接地浏览每个自动化服务器201。基于这点考虑，远程网络用户211使用设置为通过路由器203与自动化服务器201进行数据通信的远程网络端210。
在图5中示意性示出的本发明的第五实施例中，第二和第三实施例结合在一起。因此在本实施例中，配置服务器400的处理和管理与网络服务器101分离。
在图9示意性地示出的本发明的第六实施例中，网络服务器101用作自动化服务器，其除了一个或多个本地连接的外围装置203之外，不附加(attach)或附加一个或多个作为外围装置的自动化服务器201。另外，连接至附加的自动化服务器201的外围装置203使用附加的自动化服务器101作为代理服务器与网络服务器101相连。连接的外围装置203保持在远程的自动化服务器201的环境层级内。利用上述的公布/预订的查询方法向网络服务器101提供信息和事件。网络服务器101和自动化服务器201的关系可以被复制N级深以允许在服务器级复制层级模型的集合。总的来说，最终结果是自动化服务器201可以更加稳定并具有更低的
技术要求，并集中在数据获取和控制上，同时能够在网络服务器101上远程
地承担更大计算量的分析以及更高等级的空间显示和分析。自动化服务器
201独立操作以发送其自身报警并管理其自身的本地网络，并且这增加了系统的健壮性并提高了对诸如拒绝服务的网络攻击的免疫性。通过使用分布的网络服务器101来调整自动化服务器201的组以使协调性得到全面地提高，并且其可基于由自动化服务器201提供的对数据和元数据的分析来选择性地发送其自身的报警。可以在网络服务器101上管理每个自动化服务器201的配置数据，或者可选地，如果提供了中央配置服务器400,则可以在中央配置服务器上集中每个自动化服务器的配置数据。网络服务器101还可以承担数据的大计算量分析，或在可选实施例中，将数据发送到如在第三实施例中描述的以及图3中示意性示出的处理服务器600。
进一步的情况是对这种信息的访问将有利地需要以安全为基础，以便使用对来自自动化服务器201、网络服务器IOI、处理服务器600或中央配置服务器400的访问数据的合适的认证。
本操作方法的主要优势是
1 )"在地上"的人可以引证层级名称以管理其自动化空间。从远处访问信息的人除了能够基于可能、可行或期望为准确的、最近的绝对地理数据来集合和访问数据,也可以使用层级名称来对话。因此除了全局调节以外还可以容易地进行本地管理。
2)网络和机器可以基于日期、时间和位置来集合数据并以容易的方式对数据进行操作。因此可以由机器和人来容易地引用并管理信息而不管它们是否熟悉本地环境。
上述的过程控制系统500具有很多应用。实施并且使用这种过程控制系统500的一个实例是用于安全和环境感知中，例如军事应用。
图10示意性地示出了过程控制系统500怎样在军事环境中用于安全和环境感知，即自动化系统700。
自动化系统700的多个用户705,例如命令和控制的操作者、现场操作者和远征部队，所有都作为使用用户终端704访问一个或多个网络服务器701的网络用户。在本实施例中，网络服务器701由装载有适当的软件的计算机提供。
外围装置703位于远端并用于从其位置收集数据和信息。外围装置703可包括(但不限于)闭路TV照相机、IP照相机、生化辐射核爆炸("CBRNE")传感器、速度位置高度("VPA")传感器、以及侵入检测器。这些外围装置703以普通方式连接至安全自动化服务器702并且可操作以向自动化服务器702提供数据并接收来自自动化服务器702的控制和配置数据。网络服务器701、本地用户终端704、以及自动化服务器702都设置在网络706中并彼此进行数据通信。可以使用例如IP协议或本领域中所/厶知的4壬-f可其它合适的数据通信协议来进行数据通信。
在自动化系统700中，可以连4妄外围装置703以对大量信息进行过滤以通过报警装置709动态地产生报警，并且允许容易地对持续的改进而改变，并且最初被开发用于国家安全应用。所有提取大量物理信息的算法和成果均被归入包括运动检测、不变帧(frame)拒绝、传感器视频集成、以及行为和模式匹配(例如，生物计量或目标)识别的"安全自动化"。本质上本自动化系统700自动执行监控多个站点的巨大任务以将信息发送给命令链中的正确人员以进行行动。
图11示意性地示出了本发明的自动化系统700的多个级。
实体世界是自动化系统700的最底层。可以从安全输入(音频、视频、访问控制、运动和CBRNE传感器)、车辆或船舶仪器、速度、位置和高度("VPA，，)以及从健康、安全和环境("HSE，，)传感器中收集数据。部署层通过使用外围装置703的即插即用特性与简单的网络工程一起为灵活和经济的物理安全实现的部署做好了准备。可以通过使用技术员的技能来快速地实现配置，而没有将用于现有技术中呈现出问题的烟囱系统集合到一起的大的综合程序的开销。
应用层一进一步管理外围装置701。这使得安全自动化系统700能够被经济地审核、修改和升级以对付变化的威胁等级、新的装置性能或其它的环境变化。作为一个实例，可以简单地增加一个新的外围装置。通常，与需要几小时来规划传统的、普通的工程系统相比，新的传感器或装置可以在五分钟以内集成。层二能够集成诸如传感器、致动器和相机的具有自动化关系的外围装
置703。这是涉及辨别和收集来自外围装置703的数据的层。该层为能够收集的大量的物理数据提供了隔断(bulkhead),并且该层是带宽管理的基础。典型的自动化动作包括视觉运动检测(通常在相机本身中执行)、传感的运动检测(通常是红外传感器)和基于CBRN (或其它传感器)的视频触发和事件生成。可以在该层直接产生报警，并且该报警可以是对包括被基于动态地认为在4喿作上必须的任意等级的命令链的本地远征部队、位于永久或暂时的营帐设施中的护卫队或远程军力的简单报警。通过使用自动化的该层，可以实现对威胁等级的动态灵活性并且可以减轻数据存储和带宽规划的工程问题。
在层二中，自动化系统700提供了 一个完全运行的分散环境感知系统。
用户终端704为远征部队(其在营帐里为手持，或在车辆或船舶中)配置在加固型PC平台上，通过有线或安全无线TCP/IP被网络化以在服务器周围提供充足的本地带宽以处理视频和多个传感器及装置。
安全自动化模型的层三提供了大计算量的活动(诸如视频分析或复杂的传感器分析)，其可以在网络服务器701自身中完成或者可以通过网络706委托给其它装置。由于它们是大计算量的，所以使用由自动化的层二传递的带宽管理来远程地执行通常是有利的。
层四通常部署生物计量或才莫式匹配以及诸如面部识别或目标识别的4支术。自动化的前面的层用于管理远程地有效地完成其所需要的带宽。该层能够可选地在网络服务器701中实现，但是也可能委托给远程的安全生物计量和目标/模式匹配数据库。
层五是智能提取(distillation)软件和技术的区域，并且由于其如此处所述的从多站点数据集成中获益，所述其是根本不太可能在本地服务器中实现的第一层。多站点数据比较提供所需要的信息以从安全自动化前面的层中寻找异常。这里对获取的自动化数据进行智能分析，其优点是，如果这是合理的话，能够完整地浏览来自每个网络服务器701的特定的较低层数据。
安全自动化层六是命令和控制层。通常使用地理信息系统在此处显示并执行特定的威胁、报警和信息。记录并执行区域性或广域的报警而不是本地事件。与智能分析相似，来自命令链的所有授权者均可以对获取的自动化
23数据进行操作，其优点是，如果具体的分析是合理的，则能够完整地浏览每 个网络服务器701。
层三和层三以上的层通常是基于网络的，并且连接性由开放式标准
TCP/IP集成来提供。典型的开放集成标准包括HTTPS、XML和数据库集成。 层二和层二以下的层通常在单个计算装置中实现，并因此使用在这种计算装 置中更加合适的内部处理通信和标准，而不是用于层三和层三以上的层的网 络协议。
网络服务器701可以缩放(scale)以将该操作模型提供到使用商业、 工业或军事级别的可靠的商业和成品的硬件的、从兆字节到万兆字节的存储
器的手持式计算机或超级计算机上。结合本领域的专门技术，通过使用普遍 可用的硬件、软件和专门技术，可将其很经济地部署在世界上的任意一个国 家。这意味着随着如车辆、船舶、飞行器、(暂时的和永久的)基地和私人 住宅的多样的位置而导致成本降低并提高效率。
通过采用系统的网络以及如此处所述的、围绕本发明的层所组织的， 可以容易地理解，可以由远程操作的且全局协调的人对集成物理信息的非常 复杂的系统和装置进行修改。这可以是以有计划的方式，诸如在层级性组织 的军事、诸如全球公司的企业中所见到的，或以不是很正式的组织的方式由 人们共享其信息传感器和装置的方式。
本领域的技术人员可以容易地理解，可以在本发明的范围内进行修改， 并且本发明不限于所描述的实施例。例如，可选地，已知的，可以使用查询 和通信协议。也可以使用其他网络配置。另外，在每个实施例中描述的特征 可以被结合以形成更进一步的实施例。
2权利要求
1. 一种过程控制系统，包括子网络的网络，每个子网络均包括自动化服务器，所述自动化服务器具有与其连接的至少一个外围装置，并具有存储于其上的数据，所述数据包括所述自动化服务器的位置数据和附加数据，所述网络进一步包括具有与其连接的网络用户终端的至少一个网络服务器，以及由此，所述网络中的每个所述自动化服务器均连接至所述至少一个网络服务器中的一个以在其间进行数据通信，所述至少一个网络服务器可操作以接收响应于从所述至少一个网络服务器中的一个到选择的自动化服务器的查询而传送的、从所选择的自动化服务器输出的数据，由此，所述网络服务器基于所述位置数据来查询所选择的自动化服务器。
2.根据权利要求1所述的过程控制系统，其中，所述至少一个网络服务 器中的一个可操作以基于选择的自动化服务器的位置与选择的地理 位置的匹配来查询所选择的自动化服务器。
3.根据权利要求1所述的过程控制系统，其中，所述至少一个网络服务 器中的一个可操作以基于选择的地理位置附近的所选择的自动化服 务器的位置来查询所选择的自动化服务器。
4.根据上述任一项权利要求所迷的过程控制系统，其中，所述至少一个 网络服务器中的 一个可4喿作以将所述查询作为广4番查询传送到所有 自动化服务器。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的过程控制系统，其中，所述至少 一个网络服务器中的 一 个可操作以将所述查询作为广播查询传送到 所选择的自动化服务器。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的过程控制系统，其中，所述至少 一个网络服务器中的一个可操作以通过对所有自动化服务器进行顺 序轮询来传送所述查询。
7. 根据上述任一项权利要求所述的过程控制系统，其中，由所述至少一个网络服务器中的一个接收到的所述数据被本地存储在所述至少一 个网络服务器中的 一个处以用于随后的访问。
8. 根据上述任一项权利要求所述的过程控制系统，其中，所述至少一个 网络服务器中的一个可操作以响应于对来自所选择的自动化服务器 的数据的接收来发出报警。
9. 根据上述任一项权利要求所述的过程控制系统，进一步包括配置服务 器，所述配置服务器设置在所述网络中并且连接至所述子网络和所述 至少一个网络服务器，用于存储从其上的所述子网络的自动化服务器 输出的数据，使得至少一个网络服务器中的一个可操作以从所述配置 服务器中获取数据。
10. 根据上述任一项权利要求所述的过程控制系统，进一步包括处理服务 器，所述处理服务器设置在所述网络中并且连接至所述子网络和所述 至少 一个网络服务器，所述处理服务器可操作以向所述子网络的所选 择的自动化服务器查询进一步处理的数据。
11. 根据上述任一项权利要求所述的过程控制系统，其中，所述自动化服 务器和所述网络服务器是单一服务器。
12. 根据上述任一项权利要求所述的过程控制系统，其中，所述网络服务 器可操作为自动化服务器并且包括与其连接的一个或多个外围装置。
13. —种使用过程控制系统的过程控制方法，其中，所述过程控制系统包 括子网络的网络，每个子网络均包括自动化服务器，所述自动化服务 器具有与其连接的至少一个外围装置，并且具有存储于其上的数据， 所述数据包括所述自动化服务器的位置数据和附加数据，所述网络进 一步包括具有与其连接的网络用户终端的至少 一个网络服务器，以及 由此，所述网络中的每个所述自动化服务器均连接至所述至少一个网 络服务器中的一个，以在其间进行数据通信，所述方法包括以下步骤 基于所述位置数据，通过传输来自所述至少一个网络服务器中的一个 的查询来查询一个或多个所述自动化服务器；以及接收响应于从所述至少一个网络服务器中的一个到自动化服务器的查询而传送的、从所 述自动化服务器输出的数据。
14.
15.
16.
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18.
19.
20.
21.
22.根据权利要求13所述的方法，其中，所述查询基于所述自动化服务 器的位置与选择的地理位置的匹配。根据权利要求13所述的方法，其中，所述查询基于在选择的地理位 置附近的自动化服务器的位置。根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，所述查询是对所 有自动化服务器的广播。根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，所述查询是对选 择的自动化服务器的广播。根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，所述查询是所有 自动化服务器的顺序轮询。根据权利要求13至18中任一项所述的方法，包括以下步骤在所述 至少 一个网络服务器中的一个处本地存储由所述至少一个网络服务 器中的一个接收到的数据以用于随后的访问。根据权利要求13至19中任一项所述的方法，包括以下步骤在所述 网络上设置的配置服务器上存储从所述子网络的自动化服务器输出 的数据，并从所述配置服务器获取数据。根据权利要求13至20中任一项所述的方法，包括以下步骤向所述 子网络的所选择的自动化服务器查询进一步处理的数据。一种用于过程控制系统的网络服务器，所述网络服务器设置在子网络 的网络中，每个子网络均包括自动化服务器，所述自动化服务器具有 与其连接的至少一个外围装置并且具有存储于其上的数据，所述数据 包括所述自动化服务器的位置数据和附加数据，所述网络进一步包括 具有与其连接的网络用户终端的至少一个网络服务器，以及由此，所 述网络中的每个自动化服务器均连接至所述至少一个网络服务器中 的一个，以在其间进行数据通信，所述至少一个网络服务器可操作以 接收响应于从所述至少 一 个网络服务器中的 一 个到选择的自动化服 务器的查询而传送的、从所选择的自动化服务器中输出的数据，由此， 所述网络服务器基于所述位置数据来查询所选择的自动化服务器。
23. 根据权利要求22所述的网络服务器，其中，所述至少一个网络服务 器中的一个可操作以基于选择的自动化服务器的位置与选择的地理 位置的匹配来查询所选择的自动化服务器。
24. 根据权利要求22所述的网络服务器，其中，所述至少一个网络服务 器中的 一个可操作以基于在选择的地理位置附近的选择的自动化服 务器的位置来查询所选择的自动化服务器。
25. 根据权利要求22至24中任一项所述的网络服务器，其中，所述至少 一个网络服务器中的一个可操作以将所述查询作为广播查询传送到 所有自动化服务器。
26. 根据权利要求22至24中任一项所述的网络服务器，其中，所述至少 一个网络服务器中的一个可操作以将所述查询作为广播查询传送到 所选择的自动化服务器。
27. 根据权利要求22至24中任一项所述的网络服务器，其中，所述至少 一个网络服务器中的一个可操作以通过对所有自动化服务器进行顺 序轮询来传送所述查询。
28. 根据权利要求22至27中任一项所述的网络服务器，其中，所述至少 一个网络服务器中的一个可操作以响应于对来自所选择的自动化服 务器的数据的接收来发出报警。
29. —种用于过程控制系统的配置服务器，所述配置服务器设置在子网络 的网络中，每个子网络均包括自动化服务器，所述自动化服务器具有 与其连接的至少一个外围装置，并且具有存储于其上的数据，所述数 据包括所述自动化服务器的位置数据和附加数据，所述网络进一步包 括具有与其连接的网络用户终端的至少 一个网络服务器，以及由此，所述网络中的所述每个自动化服务器均连接至所述至少 一个网络服 务器中的一个，以在其间进行数据通信，其中，所述配置服务器连接 至所述子网络和所述至少一个网络月良务器，用于存4诸^人所述子网络上 的自动化服务器输出的数据，使得所述至少一个网络服务器中的一个 可操作以从所述配置服务器获取数据。
30. —种用于过程控制系统的处理服务器，所述处理服务器设置在子网络 的网络中，每个子网络均包括自动化服务器，所述自动化服务器具有 与其连接的至少一个外围装置，并且具有存储于其上的数据，所迷数 据包括所述自动化服务器的位置数据和附加数据，所述网络进一步包 括具有与其连接的网络用户终端的至少 一个网络服务器，以及由此， 所述网络中的所述每个自动化服务器均连接至所述至少一个网络服 务器中的一个，以在其间进行数据通信，其中，所述处理服务器可操 作以向所述子网络的所选择的自动化服务器查询进一步处理的数据。
31. —种过程控制系统，所述系统与文中参照附图所描述的基本相同。
32. —种过程控制方法，所述方法与文中参照附图描述的基本相同。
33. —种用于过程控制系统的网络服务器，所述网络服务器与文中参照附 图所描述的基本相同。
34. —种用于过程控制系统的配置服务器，所述配置服务器与文中参照附 图所描述的基本相同。
35. —种用于过程控制系统的处理服务器，所述处理服务器与文中参照附 图所描述的基本相同。
全文摘要
一种过程控制系统(500)包括网络(100)，该网络包括子网络(200)和通过路由器(300)连接至这些子网络的一个或多个网络服务器(101)。网络用户(103)可以通过网络用户终端(102)访问该网络。子网络包括具有连接至其上的外围装置(203)的自动化服务器(201)。自动化服务器控制并配置外围装置，并且能够被本地用户(205)使用本地用户终端(202)进行访问。网络用户终端可以通过网路向自动化服务器查询关于外围装置的数据。可以通过与其地理位置相关的数据来选择和识别自动化装置。
文档编号G06F19/00GK101460954SQ200780021033
公开日2009年6月17日 申请日期2007年4月5日 优先权日2006年4月10日
发明者柯克·爱德华·特纳, 马丁·约翰·彼得·塞比斯 申请人:嵌入技术有限公司