具有解耦控制器的工业过程控制和自动化系统的制作方法

本公开整体涉及工业过程控制和自动化系统。更具体地，本公开涉及一种工业过程控制和自动化系统，该系统的过程控制器与其监督层解耦。

背景技术：

工业过程控制和自动化系统常常用于使大型且复杂的工业过程自动化。这些类型的系统通常包括各种部件，包括传感器、致动器和过程控制器。过程控制器从传感器接收测量值并且生成用于致动器的控制信号。现代的成熟的(well-bred)过程控制系统的特点是从系统应用层到各种i/o设备的控制和感测的一套良好集成且统一的操作。这种控制已通过以下方式来实现：将多种联网设备诸如服务器捆绑以将系统应用程序(诸如历史记录和高级控制应用程序、使用针对控制系统的操作员的各种人机接口(hmi)解决方案的工作站)提供给交换机、路由器、防火墙、安全系统和专有实时控制器以及工业现场设备和其他i/o元件。此类系统的集成性质实现了系统的所有部件、元件和应用层的协调行为。

工业过程控制和自动化系统的许多用户偏好一个元件、应用程序或部件而不是其他的，并且偏好他们喜爱的部件与若干不同过程控制器、hmi解决方案和应用程序一起工作和操作。自20世纪90年代初起，许多现代过程控制系统已从封闭式专有系统演变为更方便的连接式和开放式系统。然而，现代控制系统的开放式部件一直专注于此类系统的具体应用程序或联网通信协议。控制器及其编程、指令和i/o和诊断行为的一般方面在其操作中仍然是相对封闭并且供应商特定的。

技术实现要素：

本公开提供一种装置和系统，该系统的过程控制器与其监督层解耦。

在第一实施方案中，公开了一种装置，该装置在使用开放式平台数据通信协议进行操作的工业过程控制和自动化系统中使用，该装置包括：处理器和存储器；以及通信接口，该通信接口连接到至少一个过程器械并且被布置用于向该至少一个过程器械以及工业过程控制和自动化系统的数据网络传输指令并且从至少一个过程器械接收数据。该通信接口适于使用开放式平台数据通信协议进行通信。系统储存库文件存储在存储器中，该系统储存库文件包含从至少一个过程器械发送到装置的过程数据信息。该存储器还包含：存储的功能块定义文件，该存储的功能块定义文件包含定义用于控制至少一个过程器械的控制策略的功能块；以及工程储存库，该工程储存库包含与至少一个过程器械相关联的功能块的特性和参数。所述处理器操作来使用所述开放式平台数据通信协议将所述过程数据从所述系统储存库文件传达到所述工业过程控制和自动化系统，并且操作来从所述工业过程控制和自动化系统接收指令以执行所述控制策略。

在第二实施方案中，公开了一种系统，该系统用于控制使用开放式平台数据通信协议进行操作的工业过程控制和自动化系统中的至少一个过程器械，该系统包括数据网络、连接到数据网络的至少一个操作员站和至少一个控制器。至少一个控制器包括：处理器和存储器；以及通信接口，该通信接口连接到至少一个过程器械，被布置用于向至少一个过程器械和数据网络传输指令并且从至少一个过程器械接收数据，适于使用开放式平台数据通信协议进行通信。系统储存库文件存储在存储器中并且包含从至少一个过程器械发送到控制器的过程数据信息。存储器还包含：存储的功能块定义文件，该存储的功能块定义文件包含定义用于控制至少一个过程器械的控制策略的功能块；以及工程储存库，该工程储存库包含与至少一个过程器械相关联的功能块的特性和参数。处理器操作来使用所述开放式平台数据通信协议将所述过程数据从所述系统储存库文件传达到所述操作员站，并且操作来从所述操作员站接收指令以执行所述控制策略。

附图说明

为了更完整地理解本公开，现在结合附图参考以下描述，在附图中：

图1例示了示例性工业过程控制和自动化系统；

图2例示了根据本公开的示例性控制器的细节，其示出了示例性控制器的内部部件和功能；

图3例示了根据所公开实施方案的具有解耦过程控制器的工业过程控制系统；以及

图4例示了根据所公开实施方案的解耦过程控制器的内部部件和功能的细节。

具体实施方式

下文所论述的图1至图4以及用于描述本专利文档中的本发明的原理的各种实施方案仅仅以例证的方式，并且决不应被解释为限制本发明的范围。本领域的技术人员将理解，本发明的原理可在任何类型的适当布置的设备或系统中实现。

现今构建的分布式过程控制系统集成到功能控制层中，每个层提供在本地控制水平到企业控制水平范围内的控制的系统。在第一水平下，通过本地控制器来控制过程器械和传感器。来自连接的传感器的数据和到控制器的命令通常通过网络向/从监督控制层传输。监督控制层使用监督服务器来记录由控制器收集或生成的信息，诸如与过程元件的操作有关的状态信息。服务器还可执行应用程序，这些应用程序控制控制器的操作，生成用于执行控制策略的功能控制块，从而控制过程元件的操作。耦接到服务器的一个或多个操作员站提供对服务器的用户访问，这些服务器接着可提供对控制器和过程元件的用户访问。

在过去，由于硬件、存储器、处理能力和带宽约束，控制系统的监督控制器以及工程控制服务需要使用专用服务器来执行控制系统的这些功能。此实施方案设想了一种分布式控制系统架构，该分布式控制系统架构将监督层和监督服务器与过程控制器解耦，从而允许控制应用程序和工程数据库驻留在过程控制器中的存储器中，由此允许过程控制器的内含嵌入式处理器执行对系统的过程元件的控制。

图1例示了当前用于提供对制造过程的控制的示例性分布式过程控制系统架构100。图1所示的过程控制系统100的实施方案仅用于例示。在不脱离本公开的范围的情况下可使用过程控制系统100的其他实施方案。

在此示例性实施方案中，过程控制系统100包括一个或多个过程元件102a-102b。过程元件102a-102b表示处理环境中的执行广泛多种功能中的任一种功能的部件。例如，过程元件102a-102b可表示处理环境中的马达、阀和其他工业设备。过程元件102a-102b可表示处理环境中的任何其他部件或附加部件。过程元件102a-102b中的每个过程元件包括用于在处理环境中执行一个或多个功能的任何硬件、软件、固件或它们的组合。过程元件102a-102b可例如表示能够操纵、更改或以其他方式处理处理环境中的一种或多种材料的任何部件、设备或系统。两个过程控制器104a-104b耦接到过程元件102a-102b。过程控制器104a-104b控制过程元件102a-102b的操作。例如，控制器104a-104b通常向过程元件102a-102b提供控制信号。控制器104a-104b中的每个控制器包括用于控制一个或多个过程元件102a-102b的任何硬件、软件、固件或它们的组合。

两个服务器106a-106b耦接到控制器104a-104b。服务器106a-106b执行各种功能以对控制器104a-104b和过程元件102a-102b的操作和控制提供监督支持。例如，服务器106a-106b可记录由控制器104a-104b收集或生成的信息，诸如与过程元件102a-102b的操作有关的状态信息。服务器106a-106b还可执行应用程序，这些应用程序控制控制器104a-104b的操作，从而控制过程元件102a-102b的操作。此外，服务器106a-106b可提供对控制器104a-104b的安全访问。服务器106a-106b中的每个服务器包括用于提供对控制器104a-104b的访问或控制的任何硬件、软件、固件或它们的组合。服务器106a-106b中的每个服务器可例如包括一个或多个处理器以及能够存储由处理器使用的数据和指令的一个或多个存储器。

由于控制器产品(诸如专用硬化控制器平台)内的存储限制，控制执行事件通常被及时地传输到监督服务器106a-106b。另外，由于控制器/服务器通信的性质，有时链路或者这些平台中的一个或多个不可用。这可例如在冗余服务器故障转移(failover)、冗余控制器故障转移或控制器和服务器之间的通信链路的中断期间发生。在控制执行环境中生成的控制事件保留在过程控制器104a-104b中的事件缓冲区内，并且在所定义的中断不再存在时发送到监督服务器。

一个或多个操作员站108a-108b耦接到服务器106a-106b。操作员站108a-108b表示提供对服务器106a-106b的用户访问的计算或通信设备，这些服务器106a-106b接着可提供对控制器104a-104b和过程元件102a-102b的用户访问。例如，操作员站108a-108b可允许用户使用由控制器104a-104b和服务器106a-106b收集的信息来查看过程元件102a-102b的操作历史。

操作员站108a-108b还可允许用户调整过程元件102a-102b、控制器104a-104b或服务器106a-106b的操作。操作员站108a-108b中的每个操作员站包括用于支持对系统100的用户访问和控制的任何硬件、软件、固件或它们的组合。操作员站108a-108b中的每个操作员站可例如包括一个或多个处理器以及能够存储由处理器使用的数据和指令的一个或多个存储器。

在此示例中，操作员站108b中的至少一个操作员站是远程站。远程站通过远程网络110耦接到服务器106a-106b。网络110促进系统100中的各种部件之间的通信。例如，网络110可在网络地址之间传达互联网协议(ip)包、帧中继帧、异步传输模式(atm)信元或其他合适的信息。网络110可包括一个或多个局域网(lan)、城域网(man)、广域网(wan)、全球网(诸如互联网)的全部或一部分或者一个或多个位置处的任何一个或多个其他通信系统。

在此示例中，系统100包括两个附加服务器112a-112b。服务器112a-112b执行各种应用程序以控制系统100的总体操作。例如，系统100可在处理或生产工厂或其他设施中使用，并且服务器112a-112b可执行用于控制工厂或其他设施的总体操作的应用程序。作为特定示例，服务器112a-112b可执行应用程序，诸如企业资源规划(erp)、制造执行系统(mes)或者任何其他或附加工厂或过程控制应用程序。服务器112a-112b中的每个服务器包括用于控制系统100的总体操作的任何硬件、软件、固件或它们的组合。服务器112a-112b中的每个服务器可例如包括一个或多个处理器以及能够存储由处理器使用的数据和指令的一个或多个存储器。

如图1所示，系统100包括支持系统100中的部件之间的通信的各种冗余网络114a-114b和单个网络116a-116c。这些网络114a-114b、116a-116c中的每个网络表示促进系统100中的部件之间的通信的任何合适的网络或网络的组合。网络114a-114b、116a-116c可例如表示以太网网络。

在操作的一个方面，控制过程由控制器104a-104b实现，并且控制过程使用功能块118来构建。功能块118表示执行特定任务的可执行软件对象。每个功能块118也可由符号以图形方式表示并且具有指定参数(诸如一个或多个输入和/或一个或多个输出)。为了定义控制过程，用户可选择特定功能块118并且链接所选功能块118的输入和输出。控制器104a-104b接着可实现所定义的控制过程。

系统100中可存在任何合适类型和数量的功能块118。功能块118可例如包括表示基本功能的“部件块”。这些基本功能可组合成称为“容器块”的更大功能块。“独立块”表示不包含部件块并且不包含在容器块内的功能块。这些块仅表示可在系统100中使用的功能块118的类型的示例。其他或附加类型的功能块118可在系统100中使用。

不同类型的功能块118与不同的块定义文件120相关联。块定义文件120定义相关联类型的功能块118的各种特性。例如，块定义文件120可定义一种类型的功能块118的参数(诸如输入和输出)。块定义文件120还可定义以图形方式表示一种类型的功能块118的符号。块定义文件120可进一步针对一种类型的功能块118定义窗体布局，其中该窗体布局稍后由用户使用来配置功能块118以用于在控制过程中使用。

在此示例中，块定义文件120存储在数据库122中。数据库122包括用于存储信息并且促进信息的检索的任何硬件、软件、固件或它们的组合。数据库122可使用多种数据结构、布置和编译中的任一种来存储信息并且促进信息的检索。在一些实施方案中，数据库122表示工程储存库数据库(erdb)。

控制过程使用过程构建器应用程序124以功能块118来构建。过程构建器应用程序124提供图形用户界面，该图形用户界面允许用户使用表示功能块118的类型的图形符号来创建或编辑控制过程。例如，过程构建器应用程序124可允许用户选择特定类型的功能块，这些功能块向用户呈现表示所选类型的功能块的图形符号。用户接着可链接所选类型的功能块的输入和输出。接着可创建所选功能块类型(功能块118)的实例并将其用于实现控制过程。过程构建器应用程序124包括用于创建或编辑控制过程的任何硬件、软件、固件或它们的组合。过程构建器应用程序124可例如表示霍尼韦尔国际(honeywellinternational)公司的控制构建器(controlbuilder)应用程序。

如上所指出，常规的过程控制系统通常缺乏用于允许用户创建或编辑功能块类型或与功能块类型相关联的参数的机制。根据本公开，用户能够访问功能块编辑器126。块编辑器126提供图形用户界面，该图形用户界面允许用户创建或编辑功能块类型并且创建或编辑与功能块类型相关联的参数。例如，块编辑器126可允许用户创建、编辑或删除块定义文件120，这允许用户控制将哪些类型的功能块118传输到控制器104a-104b以用于在过程控制系统100中使用。

在特定实施方案中，块编辑器126可用于创建或编辑基金会现场总线(foundationfieldbus)设备的自定义算法功能块类型、自定义数据块类型和功能块类型。自定义算法块包含用户定义的算法和用户定义的数据结构。自定义数据块支持用户定义的数据参数。基金会现场总线块与支持基金会现场总线技术的设备一起使用，该基金会现场总线技术支持专用现场设备与基于数字的控制系统的动态集成。接着可使用过程构建器应用程序124将由用户定义的这些功能块类型的实例结合到控制过程中。这仅表示可使用块编辑器126来创建、编辑或删除的功能块的类型的若干示例。块编辑器126可用于创建、编辑或删除任何其他或附加类型的功能块。作为特定示例，块编辑器126可用于创建、编辑或删除在系统或控制器内使用的专有功能块类型。

块编辑器126包括用于创建或编辑功能块类型或其相关联参数的任何硬件、软件、固件或它们的组合。块编辑器126可例如被实现为active-x控件。

图2例示了根据本公开的控制器200的示例。过程控制器200可表示例如图1中的过程控制器104a-104b中的任一者。然而，设备200可在任何其他合适的系统中使用，并且可表示该系统中的任何合适的设备。

如图2所示，控制器200包括至少一个处理器202、至少一个存储设备204、至少一个通信单元206和至少一个输入/输出(i/o)单元208。每个处理器202可执行指令，诸如可被加载到存储器210中的那些指令。每个处理器202代表任何合适的处理设备，诸如一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或分立电路。处理器202将执行任何合适的指令，诸如实现对过程元件102a-102b的控制和监督的那些指令。

存储器210和持久性存储装置212是存储设备204的示例，这些示例表示能够存储信息(诸如数据、程序代码和/或临时性的或持久性的其他合适信息)并且促进信息的检索的任何结构。存储器210可表示随机存取存储器或任何其他合适的易失性的或非易失性的存储设备。持久性存储装置212可包含支持数据的更长期存储的一个或多个部件或设备，诸如只读存储器、硬盘驱动器、闪存存储器或光盘。在本公开中，持久性存储装置212包括数据库230和240，这些数据库230和240包括用于存储信息并且促进信息的检索的任何硬件、软件、固件或它们的组合。数据库230和240可使用多种数据结构、布置和编译中的任一种来存储信息并且促进信息的检索。

通信单元206支持与其他系统或过程器械和设备进行通信。例如，至少一个通信单元206可包括一个或多个有线通信网络，该一个或多个有线通信网络使用用于与过程器械(诸如基金会现场总线、hart、profibus和modbus)进行通信的任何数量或形式的通信协议通过任何合适的物理或通信链路来支持数据通信。通信单元206还将控制器200连接到数据通信网络，诸如支持系统100中的部件之间的通信的网络114a-114b。

i/o单元208允许向网络输入和输出数据和命令。例如，单元206可通过键盘、鼠标、小键盘、触摸屏或其他合适的输入设备为操作员站的用户输入提供连接。单元206还可向显示器、打印机或其他合适的输出设备发送输出。

图3例示了根据一个或多个实施方案的具有解耦控制器的工业自动化系统架构的部件。如图3所示，工业自动化系统300被组织成三个主要层，即开放式平台层、工厂网络层和工厂控制层。工厂控制层可包括一个或多个过程器械或设备，诸如传感器、致动器、流量计、压力和温度传输器和在处理设施中操作的其他设备、以及控制器和无线网关。控制器304通过根据一个或多个总线协议(诸如基金会现场总线、profibus、hart或modbus)操作的有线网络335提供对一个或多个有线过程器械或设备330a-330c的本地和监督控制。控制器304可以是以单个网络配置或双冗余网络配置操作的单个控制器或双冗余控制器对。

控制器305通过无线网关设备325提供对一个或多个无线过程器械或设备320a-320c的本地和监督控制。无线网关325使用一个或多个工业无线通信协议(诸如wirelesshart和isa100)使用无线网络350向无线过程器械或设备320a-320c无线地发送和接收数据。控制器305也可以是以单个网络配置或双冗余网络配置操作的单个控制器或双冗余控制器对。

网络层314可包括任何合适的有线或无线网络，例如像局域网(lan)、广域网(wan)、以太网、无线保真(wifi)、ieee802.11或isa100。作为特定示例，网络314在此实施方案中表示一对冗余的以太网网络，诸如来自honeywellinternationalinc.的容错以太网(fte)网络。

工厂网络层还可连接到云网络340和一个或多个远程操作员站341。远程站341通过云网络340耦接到工厂网络层314。云网络340促进系统300中的各种部件(包括控制器304、305、模块312a-312c和操作员站307、308)之间的通信。例如，网络340可在网络地址之间传达互联网协议(ip)包、帧中继帧、异步传输模式(atm)信元或其他合适的信息。云网络340可包括一个或多个局域网(lan)、城域网(man)、广域网(wan)、全球网(诸如互联网)的全部或一部分、或者一个或多个位置处的任何一个或多个其他通信系统。另外，云网络340还可支持任何开放式数据通信协议诸如opcua(开放式平台连接统一架构)数据协议及其用于同步和异步数据发布、警报和事件发布、历史数据传输等的核心服务。

开放式平台层至少包括分析模块312a、历史记录模块312b和高级控制模块312c以及运行任何合适的hmi软件应用程序的操作员站308。模块312a-312c向系统300的整体操作提供各种功能。例如，分析模块312a可用于提供用于预测分析的工具，以基于历史数据递送关于未来性能的见解。历史记录模块312b充当来自系统300的控制器304、305、过程器械和设备330a-330c、320a-320c的过程数据的储存库。存储在历史记录312b中的历史数据可由开放式平台层的其他模块以及操作员站308和远程站341通过云网络340检索。例如，历史数据可用作预测分析的基础，并且还可由高级控制模块312c用于开发高级软件模型。高级控制模块312c的任务是实现模型预测控制(mpc)或其他高级预测控制(apc)模型，这些模型可被发送到一个或多个控制器以使用模块312c所开发的模型和预测来控制过程器械和其他设备。模块312a-312c中的每个模块包括用于控制系统的整体操作的任何硬件、软件、固件或它们的组合。开放式平台层的每个模块312a-312c可被配置为单个或多个服务器平台，并且可包括例如一个或多个处理器以及能够存储由处理器使用的数据和指令的一个或多个存储器。即使图3例示了模块312a-312c通过工厂网络314本地连接在工厂中，模块312a-321c也可位于远程位置并且通过云网络340连接到系统300。

开放式平台层还包括操作员站308。站308表示提供对系统300的部件和设备的用户访问的计算或通信设备。例如，操作员站308可允许用户在内含显示器上查看存储在历史记录312b中并且由控制器304和305收集的过程器械和设备的操作历史。该操作员站308还可执行软件程序以允许用户利用来自分析模块312a的数据来运行“基于模式的发现和预测过程分析”。

操作员站308使用人机接口(hmi)软件应用程序来实现系统300的整体用户通信和控制。hmi表示软件应用程序，该软件应用程序的任务是提供对开放式平台层及其模块的用户访问，以及对工厂控制层及其控制器、过程器械和设备的访问。例如，hmi可允许系统300的用户和操作员调整过程器械和设备以及控制器的操作。hmi将包括用于支持对系统300的用户访问和控制的任何硬件、软件、固件或它们的组合。hmi可例如提供从实现模型预测控制(mpc)或其他高级预测控制(apc)的高级控制模块到一个或多个控制器的高级过程控制，以使用由高级控制模块开发的模型和预测来实时控制过程器械和其他设备。

转到图4，例示了本公开的控制器304。出于此实施方案的目的，控制器304将用于解释解耦控制器的操作。控制器305也是解耦控制器，并且包括与控制器304相同的内部部件并且以与控制器304相同的方式操作。控制器304包括处理器202、存储器210、存储设备204、i/o单元208、通信单元206和控制器总线200。控制器总线200提供统一双向高速系统总线，该统一双向高速系统总线提供到控制器304的部件和设备的数据连接、地址连接和存储器连接。通信单元206支持通过网络总线335与其他系统和过程器械和设备330a-330c进行数据通信，该网络总线335采用任何合适的总线协议，诸如基金会现场总线、profibus、hart或modbus。通信单元206还通过网络314向用户操作的输入/输出设备(诸如数据终端、显示器、打印机)或其他合适的通信设备(诸如操作员站307、308和远程站341)提供到平台层的网络数据通信。

控制器304的处理器202可运行命令和控制应用程序、流式和分批分析，并且通过通信单元206和工厂网络314将设备生成的遥测数据发送到开放式平台层。类似地，源于开放式平台层的数据可通过控制器304发送到过程器械和设备(例如，设备330a-330c)，诸如例如，mpc和apc控制和命令数据和指令发送到所连接设备和传感器。

本实施方案的控制器304包括存储在持久性存储装置212中的开放式协议数据通信和安全软件应用程序225，该开放式协议数据通信和安全软件应用程序作为公共协议机器操作、被布置用于使用开放式通信协议递送到工厂控制层和其他设备和系统的下游连接。另外，开放式协议数据通信和安全软件225被布置用于提供到连接到工厂网络314的模块312a-312c、操作员站308和开放式平台层的其他设备以及连接到云网络340的任何远程站或其他设备的上游连接。从下游协议收集的数据映射到统一抽象层，该统一抽象层提供一致的名称空间和数据服务以用于信息发布到与开放平台层相关联的模块312a-312c和操作员站308。

在过去，每个软件或应用程序开发者需要写入自定义接口(或服务器/驱动器)以与硬件过程器械和设备交换数据。工业开放式协议标准通过以下方式来替代此惯例：提供准许此工作完成一次然后容易由hmi和自定义应用程序重新使用的公共接口。

例如，开放式平台连接(opc)规范是基于microsoftobject链接和嵌入ole(现为activex)、部件对象模型(com)和分布式部件对象模型(dcom)技术。dcom提供允许客户端和服务器在运行兼容性操作系统的同一计算机内进行通信的一组接口。opc定义用于在过程控制、制造和自动化应用程序中使用的一组标准接口、属性和方法。这些应用程序包括分布式控制系统、可编程逻辑控制器、输入/输出(io)系统、智能现场设备和其他实时信息服务器。activex/com技术定义各个软件部件如何交互和共享数据。通过使用microsoftvisualbasic面向对象的部件，ole自动化、opc可通过局域网(lan)、远程站点或互联网为办公室应用程序提供工厂底层数据。

opc协议为最终用户以及硬件和软件制造商提供了许多益处，包括开放式连接性、高性能以及改进的供应商生产率和安全性。opc提供开放式连接性，使用户在更广泛多种工厂底层设备和客户端软件当中进行选择，从而允许更好地利用最佳选择的(best-in-breed)应用程序。因为opc是开放式标准，所以软件和硬件制造商花费更少时间于连接性问题和更多时间于应用程序问题，从而消除大量重复努力。opc促进自动化和控制应用程序、现场设备以及商业和办公应用程序之间的更大互操作性。其他开放式协议数据通信协议可用于在系统300包括例如以太网/ip、profinet、iec-61850、modbus/tcp、hart/ip等中进行通信。

处理器202使用支持开放式平台连接统一架构(opcua)数据协议及其核心服务的通信栈，以实现同步和异步数据发布、警报和事件发布、历史数据传输、盲记录或“blob”传输等。opcua架构是不依赖平台和操作系统的，因为它不依赖于dcom技术在系统的部件之间进行通信。opcua还包括安全特征，包括加密和基于证书的认证。安全服务可供用于其设备双向地提供安全保护流量流以保护开放式平台层模块和操作员站两者以及工厂控制层系统和设备的平台、网络连接和控制层。作为opcua的替代或除opcua之外，可支持其他开放式平台协议。

本实施方案将监督层和监督服务器106a-106b与过程控制器304、305解耦。先前驻留在监督服务器106a-106b中的控制应用程序、工程数据库以及名称和名称服务现在驻留在控制器304的持久性存储装置212中。持久性存储装置212包括数据库230和240，这些数据库230和240包括用于存储信息并且促进信息的检索的任何硬件、软件、固件或它们的组合。

数据库230执行监督服务器106a-106b的功能。在此实施方案中，数据库230充当系统储存库，该系统储存库被配置为将由控制器304收集或生成的信息诸如与过程设备的操作有关的状态信息记录到存储器文件232中。收集和存储在存储器文件232中的信息通过通信单元206上载到网络314，以供模块312a-312b存储和使用和供操作员站308访问。

名称和名称服务由可执行软件应用程序252提供，并且还与此服务的支持翻译库一起存储在系统储存库数据库230中。名称和名称服务应用程序252提供无需使用具体控制对象标识符而直接与控制器304一起使用以访问控制对象或其他配置数据的纯文本名称引用。例如，控制器对象和功能的库保持在支持控制器304(诸如功能块、算法、过程或任何其他可执行元件)的操作的数据库230中。另外，名称和名称服务可支持使用纯文本消息传送进行访问、报警功能、属性/参数、标签和用于连接到控制器304的过程器械和设备的改进的控制功能。翻译库构建在控制器304的控制执行环境上。

数据库240存储控制控制器的操作并且包含功能控制块218的功能块定义220的可执行软件应用程序。功能块218执行控制策略，从而控制连接到控制器304的过程器械和设备的操作。如图1所解释，功能块218表示执行特定任务的可执行软件对象。每个功能块218也可由符号以图形方式表示并且具有指定参数(诸如一个或多个输入和/或一个或多个输出)。为了定义控制过程，用户可选择特定功能块218并且链接所选功能块218的输入和输出。

持久性存储器212中可存储有任何合适类型和数量的功能块218。功能块218可例如包括表示基本功能的“部件块”。这些基本功能可组合成称为“容器块”的更大功能块。“独立块”表示不包含部件块并且不包含在容器块内的功能块。这些块仅表示可由控制器304使用的功能块218的类型的示例。

不同类型的功能块218与不同的块定义文件220相关联。块定义文件220定义相关联类型的功能块218的各种特性。例如，存储在数据库240中的块定义文件220可定义一种类型的功能块218的参数(诸如输入和输出)。块定义文件220还可定义以图形方式表示一种类型的功能块218的符号。块定义文件220可进一步针对一种类型的功能块218定义窗体布局，其中该窗体布局稍后由用户使用来配置功能块218以用于在控制过程中使用。

在此实施方案中，块定义文件220存储在数据库240中。数据库240包括用于存储信息并且促进信息的检索的任何硬件、软件、固件、数据结构或布置或它们的组合。在一些实施方案中，数据库240表示工程储存库数据库(erdb)。

在图1的系统100的示例中，使用监督服务器106a-106b中维护的过程构建器应用程序124来为功能块118构建控制指令。过程构建器应用程序124提供图形用户界面，该图形用户界面允许用户使用表示功能块118的类型的图形符号来创建或编辑控制过程。例如，过程构建器应用程序124可允许用户选择特定类型的功能块，这些功能块向用户呈现表示所选类型的功能块的图形符号。用户接着可链接所选类型的功能块的输入和输出。接着可创建所选功能块类型(功能块118)的实例并将其用于实现控制过程。过程构建器应用程序124包括用于创建或编辑控制过程的任何硬件、软件、固件或它们的组合。过程构建器应用程序124可例如表示霍尼韦尔国际公司的控制构建器应用程序。

然而，在系统300的实施方案中，操作员站307用于将控制器304连接到在操作员站307中执行的过程构建器应用程序224。用户可使用过程构建器应用程序224来使用存储在erdb220中的数据创建或编辑功能块218。过程构建器应用程序224可允许用户创建、编辑或删除块定义文件220，从而控制那些类型的功能块218由控制器304控制。操作员站307和过程构建器应用程序224通过网络层314连接到控制器304。

存储在持久性存储装置225中的数据通信和安全应用程序软件为工厂控制层的设备控制器304提供核心安全性。开放式协议应用程序225结合通信单元206工作，以通过云网络340对来自网络314和操作员站307以及来自操作员站341和网络314的传入流量执行深度包检测。

由于工厂控制层中的每个控制器304包括开放式协议通信和安全应用程序225，因此控制器可使用工厂网络层314在工厂控制层内提供灵活的可扩展性和部署。例如，可通过将控制器和设备连接到网络314来将新的控制器和其他控制设备添加到工厂控制层，而无需配置监督服务器以处理新设备。基于开放式标准内部协议(ip)的工业或商业协议将控制器与监督系统解耦，从而使得每个控制器独立于任何监督设备或服务器。例如，本实施方案的控制器304可集成到工业工厂控制层中，并且通过网络314从操作员站308hmi操作。上游和下游数据处理和安全性由开放式协议应用程序225使用至少一个开放式协议(诸如以太网/ip、opcua、profinet、iec-61850、modbus/tcp、hart/ip等)将控制器304连接到hmi来实现。

另外，使用至少一个开放式数据通信和安全协议的工厂控制层和控制器304可在能够在网络314上传达到设备和操作员站以及使用通过云网络340连接的开放式平台协议传达到设备和远程站的混合配置中操作。

虽然图4例示了解耦控制器304的一个示例，但可对图4做出各种改变。例如，控制器304的部件和功能可以有广泛多种的配置。图4所示的控制器304意在图例示解耦控制器的一个示例和类型，并且不将本公开限制于任何特定类型的控制器配置。

控制器305以与控制器304类似的方式操作，然而，如图3所例示，控制器305通过有线网络连接336连接到无线网关325。无线网关325包括使用工业无线协议(例如像wirelesshart或isa100)进行操作的至少一个无线电波设备。无线网关325通过无线网络350将数据和命令信号传输到无线过程器械320a-320c。传感器和过程数据继而通过无线网络350从无线过程器械320a-320c传输到无线网关325。无线网关通过网络连接336将在无线网络350上接收的数据传输到控制器305以供开放式平台层处理。

在一些实施方案中，本专利文档中所述的各种功能由计算机所形成的计算机程序来实现或支持。此实施方案设想了一种分布式控制系统架构，该分布式控制系统架构将监督层和监督服务器与过程控制器解耦，从而允许控制应用程序和工程数据库驻留在过程控制器中的存储器中，由此允许过程控制器的内含嵌入式处理器执行对系统的过程元件、体现在计算机可读介质中的可读程序代码的控制。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够被计算机访问的任何类型的介质，诸如只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、硬盘驱动器、光盘(cd)、数字视频光盘(dvd)或任何其他类型的存储器。“非暂态”计算机可读介质排除传输瞬时电信号或其他信号的有线、无线、光学或其他通信链路。非暂态计算机可读介质包括可永久地存储数据的介质以及可存储和之后重写数据的介质，诸如可重写光盘或可擦除存储器设备。

阐述贯穿本专利文献中使用的某些字词和短语的定义可能是有利的。术语“应用程序”和“程序”是指适于以合适的计算机代码(包括源代码、目标代码或可执行代码)实现的一个或多个计算机程序、软件部件、指令集、过程、功能、对象、类、实例、相关的数据或其一部分。术语“通信”以及其衍生词涵盖直接通信和间接通信两者。术语“包括”和“包含”以及其衍生词意指包括但不限于此。术语“或”是包括性的，意指和/或。短语“与…相关联”以及其衍生词可以意指包括、包括在…内、与…互连、包含、包含在…内、连接到…或与…连接、耦接到…或与…耦接、可与…通信、与…协作、交错、并置、与…接近、结合到…或与…结合、具有、具有…的属性、具有与…的关系或与…具有关系等。当与项列表一起使用时，短语“…中的至少一个”意指可以使用所列的项中的一个或多个项的不同组合，并且可能仅需要列表中的一个项。例如，“a、b和c中的至少一者”包括以下任何组合：a，b，c，a和b，a和c，b和c，以及a和b和c。

不应将本申请中的描述理解为暗示任何特定元件、步骤或功能是必须包括在权利要求书范围内的基本或关键要素。专利保护的主题的范围仅由所允许的权利要求书限定。此外，权利要求中没有一个旨在关于所附权利要求或权利要求要素中的任何一项援引35u.s.c.§112(f)，除非在特定权利要求中明确使用后面是标识功能的分词短语的“用于…的装置”或“用于…的步骤”的确切字词。在权利要求书内使用术语诸如(但不限于)“机构”、“模块”、“设备”、“单元”、“部件”、“元件”、“构件”、“装置”、“机器”、“系统”、“处理器”或“控制器”被理解为并且旨在指代相关领域的技术人员已知的结构，如权利要求书本身特征进一步修改的或增强的，并且不旨在援引35u.s.c.§112(f)。

虽然本公开已描述了某些实施方案和大体上相关联的方法，但是这些实施方案和方法的变更和置换对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。因此，上文对示例性实施方案的描述不限定或约束本公开。在不脱离如以下权利要求书限定的本公开的实质和范围的情况下，其他改变、替换和变更也是可能的。