过程控制工厂图形描绘内的导航的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开总体上涉及过程控制系统，并且更具体地，涉及监控过程变量的趋势及过程控制工厂的层次结构、图形导航。
【背景技术】
[0002]诸如那些用于化学、石油或其它工业中的过程工厂通常包括一个或多个集中的或分散的过程控制器，这些控制器经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线通信地耦接到至少一个主机或操作人员工作站和一个或多个过程控制和仪表设备，例如现场设备。例如可以是阀、阀定位器、开关、发送器、和传感器(例如，温度、压力、和流速传感器)的现场设备在过程中执行诸如增加或减少流体流以及测量过程参数的功能。过程控制器接收指示由现场设备做出的或与其相关的过程测量或过程变量的信号和/或与现场设备有关的其它信息，使用这些信息来实施控制例程，并接着生成控制信号，通过总线中的一个或多个或其它通信线路发送至现场设备来控制过程的操作。来自现场设备和控制器的信息通常被提供给由操作人员工作站执行的一个或多个应用程序，以使操作人员能够执行所期望的与过程有关的功能，例如查看过程的当前状态、修改过程的操作等。例如，Emerson ProcessManagement出售的Delta V?控制系统包括存储在位于过程工厂内多个地方的不同设备内并由这些不同的设备执行的多个应用程序。
[0003]虽然典型的过程工厂具有许多过程控制和仪表设备，例如连接到一个或多个过程控制器的阀、发送器、和传感器等，在过程的操作期间过该一个或多个过程控制器执行用于控制这些设备的软件，但是还有许多过程的操作所必需的、或与过程的操作有关的其它配套设备或装置。这些额外的装置包括，例如，电源装置、发电和配电装置、存储罐、加热器、诸如涡轮机等转动装置，等等，它们位于典型工厂中的多个地方。虽然这种额外的装置不一定创建或使用过程变量，而且在许多情况下，为了影响过程操作的目的，这种额外的装置不受控制或甚至不连接到过程控制器，但这种装置仍然是重要的并且最终对过程的适当操作来说是必需的。
[0004]为了管理多个现场设备和装置组件的相对位置和来自它们的信息，驻留在一个或多个操作人员工作站内的配置应用程序使得设计者能够创建或更改操作人员界面，该操作人员界面由查看应用程序使用以将数据显示给操作人员，并使得操作人员能够在过程控制例程内更改设置，例如设置点。每个专用控制器以及，在一些情况下，一个或多个现场设备存储并执行用于运行被分配给和下载到专用控制器或现场设备的控制模块的控制器应用程序，来实施实际的过程控制功能。可在一个或多个操作人员工作站上运行的查看应用程序经由总线从控制器应用程序接收数据，并将数据显示给过程控制系统设计者、操作人员、或使用用户界面的用户，并且可提供多个不同的视图中的任何视图，例如操作人员的视图，工程师的视图，技术员的视图等。数据库应用程序通常存储在数据库设备中并由其执行，数据库设备收集并储存跨总线提供的数据中的一些或全部，同时配置数据库应用程序可在附接到这些总线的又一计算机上运行，来存储当前过程控制例程配置和与其相关的数据。可替代地，配置数据库可位于与配置应用程序相同的工作站中。
[0005]随着过程控制环境中使用的现场设备的复杂性和数量的增加，不同的查看应用程序，例如图形显示应用程序已被提供以使诸如操作人员的用户能够监控该过程。例如，已使用图形显示应用程序以使控制操作人员能够查看过程工厂的当前运转、或过程工厂的区域，或使维护人员能够查看过程工厂内的硬件设备的状态、使能够模拟过程工厂等。
[0006]例如，一种类型的图形显示应用程序可使用管线(或过程)和仪表图(P&ID)以使用户能够实时监控过程工厂的当前运转。P&ID通常包括工厂装置和功能的图形表示，其共同形成过程的特定部分的功能平面图。P&ID内的图形表示通常是类实际地布置的，从而提供过程控制装置的更真实的布局，使得P&ID中的每件设备的布局在一定意义上反映了过程工厂中实际装置的布局。例如图形显示应用程序可使用P&ID，通过以在空间中有代表性的布局以描绘包括诸如加热器、存储罐，脱盐设备等若干件设备的原油单元的每件设备，来表示过程工厂的特定区域中原油单元。
[0007]此外，P&ID通常允许操作人员实时监控工厂中的参数(例如过程变量值)，同时提供高度地用户可配置的显示选项。然而不幸的是，P&ID中的实时值显示无法有效地支持对这些实时值随时间而变化的检测。换言之，经由P&ID的实时过程变量值的显示并不能使P&ID的用户很容易地检测或了解所描绘的实时数据内的趋势。事实上，由于P&ID倾向于在没有被以在空间上类真实的显示中所描绘的设备使用的屏幕空间内填满实时值，因此对用户来说难以看到和了解实时数据本身，更不必说该数据内的时间趋势。
[0008]P&ID开发人员最近以来尝试设计P&ID显示以反映与过程工厂装置相关的更多细节或反映更为复杂的过程工厂，P&ID开发人员相信更多的这些数据有助于用户更好地理解所述过程，这加剧了这一问题。这推动创建更复杂的P&ID，致使开发人员将更多的信息纳入P&ID中，并随后在P&ID中显示，这些信息来自包括更多数量的装置和现场设备的日益复杂的过程工厂。除了运行以在更多的图形杂乱内隐藏实时数据的操作之外，这些更为复杂的P&ID通常包括不一致布局(不同的P&ID之间)，使得对必须在多个不同的P&ID之间切换的用户来说，越来越难以定位实时参数值。实际上，最近的这些趋势只是加剧了 P&ID内的杂乱，从而进一步减慢由用户做出的对过程参数数据的搜索。
[0009]作为结果，由于操作人员面对如此巨大量的详细数据，使用P&ID监控过程的操作人员可能会很快迷失在P&ID中呈现的巨大信息量中，或者其可能会错过过程中出现的重要的过程变量趋势或模式。此外，尤其是在大型、复杂的过程工厂中，这种巨大量的数据难以查看，更不用说仅使用P&ID(和潜在的其它支持图形或图表，例如可经由P&ID访问的过程变量趋势图)来掌握和理解。作为结果，操作人员可能花费不必要的时间和精力来定位过程变量的当前值和将其与设定点值、期望值等进行比较。此外，通过不在过程中快速地检测或识别问题，例如特定过程变量的状态的恶化等，操作人员可能会对纠正潜在的失控过程反应迟缓，这可能会导致严重的伤害、财产损失、环境污染、甚至死亡。当操作人员尝试经由P&ID监控更复杂和/或更大的工厂时，这些“恐怖事件”有可能更频繁地发生。
[0010]另外，对操作人员来说，在大规模、复杂的过程工厂的P&ID中导航可能带来很多困难。由于过程工厂的层次结构的特性以及大规模，经由P&ID导航到过程工厂的不同部分或区域可能是令人迷惑的、困难的以及违反直觉的。根据控制操作人员经由P&ID查看的过程工厂的图示的当前层次结构等级或细节等级，操作人员可能会难以适当地确定在过程工厂的其它区域的上下文的视图中显示的过程工厂的图示内的当前位置。在当前的P&ID查看实现中，当在P&ID中特定的层次结构等级查看过程工厂的图示的该当前位置或区域时，操作人员被提供有有限数量的超链接以遍及工厂的图示而进行导航。可指示工厂中的区域、单元、或一个装置的这些超链接中的每个通常只显示为文本，并且没有给出它们相对于工厂中其它区域或单元的具体位置或层次结构等级。也就是说，在导航链接和这些链接的指向之间通常没有一致的激发-响应映射，从而给经验不足的操作人员在提供一系列互连的P&ID进行导航时留下不确定感。
[0011]此外，提供给操作人员的超链接通常只用于在当前层次结构等级内的导航，并且不提供用于遍及过程工厂的图示内的位置和层次结构进行导航的其它选项。换言之，P&ID缺少使操作人员“钻”到更详细的层次结构等级而同时保持过程工厂的整个图示的上下文的能力。例如，如果过程工厂的图示的不同区域需要操作人员立即注意，例如该不同区域中的指向所述过程的偏离情况的过程变量，操作人员可能难以确定并随后难以导航到相对于过程工厂的当前位置的过程工厂中的所述不同区域的位置。作为结果，在时间关键事件期间，操作人员可能遭受不可预知的导航(例如，试验和错误点击等)，有可能导致操作人员在不必要的压力和挫折中做出较差的决策。
[0012]同样，如果操作人员未成功地导航到所识别的问题的不同区域的位置，则控制操作人员可能仍然需要应付尝试获取过程控制变量的适合等级的细节。在过高的细节等级，操作人员可能仅在查看P&ID时掌握非常少的过程控制信息。替代地，操作人员可能在查看多个过程变量趋势图、试图将当前过程变量值与设定点信息进行比较等时掌握太多细节。此外，详细的信息源可不与P&ID集成，并且可能需要控制操作人员查看跨多个分离的窗口或屏幕分布的各个细节等级的信息。掌握太少或太多的细节可能会分别导致控制操作人员作出不完整的或慢的决策，从而在关键事件或时期期间造成严重后果。
【发明内容】
[0013]一种用于过程控制工厂的过程控制监控系统，其使用图形趋势符号来辅助检测和监控过程控制工厂内过程变量的趋势。过程控制监控系统内的图形显示应用程序可实现并显示每个图形趋势符号，从而以图形指示或概述过程控制工厂内过程变量的当前趋势和值的信息。特别是，图形显示应用程序可使用从现场设备收集的过程变量数据以及存储在数据库中的过程变量数据来生成一个或多个图形元素，所述图形元素一起显示以形成图形趋势符号。每个图形元素可表示与图形趋势符号相关的过程变量的不同的属性，并且可包括指示过程变量的趋势信息的图形趋势元素，例如过程变量的变化速率、过程变量的变化方向、过程变量的变化期望度等。类似地，图形元素也可以包括指示过程变量的当前值信息的图形值元素，例如过程变量相对于期望值的幅度、过程变量相对于期望值的位置等。图形显示应用程序可一起显示这些图形元素中的一个或多个来形成图形趋势符号并以图形或符号来指示过程变量的当前趋势或值。此外，图形显示应用程序可以以过程控制工厂的图形表示内的在空间上的真实位置来显示所述图形趋势符号(例如P&ID)使得操作人员可迅速利用与图形趋势符号相关的过程变量的位置相对于图形表示内的图形趋势符号周围的区域而找准她自己的方向。
[0014]有利的是，图形显示应用程序可在所述过程工厂的图形表示内显示所述图形趋势符号，而同时地显示导航窗格，导航窗格可为操作人员提供相对于显示图形表示的过程工厂的层次结构或每个层次结构等级(例如，特定区域、单元、一个装置等)的上下文。重要的是，图形显示应用程序还可通过导航窗格辅助操作人员在不同的层次结构等级之间快速导航，来监控所述过程工厂的图形表示内的不同层次结构等级的上下文内的图形趋势符号。特别地，图形显示应用程序可不断地且一致地在相对于图形表示的相同位置上显示所述导航窗格，以在所述过程工厂的图形表示内提供可预测和高效的导航。特别地，图形显示应用程序可实现导航窗格以包括不同类型的选择器图标，其中每个选择器图标代表一不同的单元、区域、一个装置等，并对应于所述工厂的图形表示内所显示的特定的图形描绘。有利地，图形显示应用程序在不同类型的选择区域内显示不同类型的选择器图标，使操作人员容易区分所述过程工厂内的不同的层次结构等级和相对应的过程变量，同时保持相对于整个工厂的上下文。响应于在导航窗格内的特定选择区域中接收到对选择器图标的选择，图形显示应用程序可根据所选择的选择器图标，重新定位或改变所述过程工厂的图形表示的细节等级。
[0015]在工厂的图形表示的在空间上的真实视图内显示所述图形趋势符号时，图形显示应用程序可另外提供与所显示的图形趋势符号相关的过程变量中的一个或多个的不同等级的细节的过程变量信息视图。有利地，图形显示应用程序可确定根据多种因素(例如屏幕空间、处于关键状态的过程变量等)来实施不同等级的细节的一个或多个过程变量信息窗格。图形显示应用程序实施每个窗格以显示针对与图形表示的当前显示的视图内所显示的图形趋势符号相对应的一个或多个过程变量的不同等级的详细信息。例如，图形显示应用程序可显示摘要窗格，该摘要窗格可仅包括针对利用图形表示所显示的一个或多个图形趋势符号的图形趋势符号和过程变量的相关名称。此外，除了摘要窗格中所提供的信息之夕卜，图形显示应用程序还可显示详细窗格，该详细窗格例如可包括针对利用图形表示所显示的一个或多个图形趋势符号的当前过程变量的幅度/位置值以及期望值的比较图和/或实际致动器(actuator)或值位置。此外，除了详细窗格中所提供的信息之外，图形显示应用程序可显示展开窗格，该展开窗格例如可包括过程变量的历史图。重要的是，响应于接收到所述图形表示内的图形趋势符号的选择、摘要窗格内相对应的过程变量视图的选择、详细窗格内相对应的过程变量视图的选择等，图形显示应用程序可动态地突出显示图形表示内的图形趋势符号和窗格内相对应的过程变量的全部变化的详细视图。
【附图说明】
[0016]为了更完整的理解本公开，应参考【具体实施方式】和附图，其中相同的附图标记标识图中相同的元件，并且其中:
[0017]图1是根据本公开的一个方面的具有控制器(或控制元件)的过程控制系统的示意性图示，所述过程控制系统被配置为经由所述控制器和多个现场设备之间传输的通信而接收来自多个现场设备的过程变量信息；
[0018]图2是过程控制工厂的一部分内的示例性原油单元的图形表示和过程控制工厂导航窗格的截屏；
[0019]图2A示出了图2的导航窗格的另一实施方式；
[0020]图2B示出了包含图2A中的示例性导航键的另一示例性导航窗格；
[0021]图2C示出了包含图2A和/或2B中的示例性导航键的另一示例性导航窗格；
[0022]图2D示出了图2C中的示例性导航窗格的另一视图；
[0023]图3是过程控制工厂的导航窗格的详细视图；
[0024]图4是过程控制工厂的一部分内的示例性原油单元的图形表示内的加热器的突出显示和过程控制工厂的导航窗格截屏；
[0025]图5是过程控制工厂的一部分内的示例性加热器的图形表示、导航窗格、摘要窗格、和展开窗格的截屏；
[0026]图6是示例性图形趋势符号的视图；
[0027]图7是可用来创建图形趋势符号的过程变量属性图；
[0028]图7A-D和8-17示出了指示与图1的示例性过程控制系统内的组件相对应的过程变量相关的情况、特性、趋势、和/或其它信息的示例性图标；
[0029]图18是图5中摘要窗格、详细窗格和展开窗格的截屏的详细视图；
[0030]图18A示出了图18中的摘要窗格的替代实施例；
[0031]图18B示出了详细的图18中的窗格的替代实施例，其包含比图18A中的示例图形指示更多信息的示例性过程变量图形；
[0032]图18C示出了图18中的过程变量窗格的替代实施例，其包含比图18B中的示例性图形指示更多信息的示例性过程变量图形；
[0033]图18D以收起的形式示出了图18A-18C中的示例性过程变量摘要窗格；
[0034]图18E示出了用于显示的示例事件历史表；
[0035]图19是突出显示的所选择的过程变量和所选择的过程变量的多个相对应的突出显示的截屏；以及
[0036]图20A-20B是生成图形趋势符号的示例性方法。
【具体实施方式】
[0037]图1中所示的过程控制监控系统10可用于实现并显示本文所描述的图形趋势符号，该过程控制监控系统10包括经由网络总线31 (例如，以太网通信网络)连接到数据库12和一个或多个主机工作站或计算机14(其可以是任何类型的个人计算机、工作站等)的过程控制器11。每个工作站14可包括用于存储包括例如图形显示应用程序30的多个应用程序的存储器，并可可通信地耦接到用户界面13。控制器11还经由输入/输出(I/O)卡26和28连接到现场设备15-22。数据库12可以是任何所期望类型的数据收集单元，所述数据收集单元具有存储器和用于存储数据的任何所期望或已知的软件、硬件或固件。系统10可还在数据库12内存储过程变量值或过程变量数据以用于生成图形趋势符号并随后将图形趋势符号显示给操作人员。在图1中，控制器11使用硬连线通信网络和通信方案，或可替代地使用无线网络和无线通信方案通信地连接到现场设备15-22。
[0038]通常，现场设备15-22可以是任何类型的设备，例如传感器、阀、发送器、定位器等，而I/O卡26和28可以是符合任何期望的通信或控制器协议(例如Fieldbus协议、HART协议、4-20ma模拟协议等)的任何类型的I/O设备。图1中所示的阀、传感器和其它设备可以是任何期望的种类或类型的装置，包括例如Fieldbus现场设备、标准4-20ma现场设备、HART现场设备等，并且可以以任何期望的方式连接到控制器11并由控制器11控制。另外，其它控制器可经由例如以太网通信线路31连接到控制器11和工作站14来控制与过程工厂16相关的其它设备或区域，这种额外控制器的操作可以以任何期望的或已知的方式与图1中所示的控制器11的操作进行协调。
[0039]控制器11包括处理器23，处理器23用于实现或监督存储在存储器24中的一个或多个过程控制例程(或其任何模块、块、或子例程)。一般而言，控制器11与设备15-22、主机计算机14和数据库12进行通信，从而以任何期望的方式控制过程。此外，控制器11可使用通常被称为功能块的事物来实施控制策略或方案，其中，每个功能块为整个控制例程的一个对象或者另一部分(例如，子例程)，其与其它功能块一起(经由被称为链路的通信)运行以在过程控制监控系统10内实现过程控制循环。功能块通常执行以下功能中的一种，以在过程控制监控系统10内执行一些物理功能:输入功能(例如与发送器、传感器或其它过程参数测量设备相关的输入功能)、控制功能(例如与执行PID、模糊逻辑等控制相关的控制功能)、或者控制一些设备(例如阀)的运行的输出功能。当然，在本文中也可存在并使用混合的和其它类型的功能块。功能块可存储在控制器11或其它设备中并由其执行，如下文所述。
[0040]一般而言，图1的过程控制监控系统10可用于监控一个或多个过程控制工厂的过程，其中，例如，工作站14中的一个执行图形显示应用程序，该图形显示应用程序允许操作人员经由用户界面13通过工厂的在空间上的真实图形表示来监控所述过程，并在所述过程工厂的层次结构的上下文中导航到所述过程工厂的表示的不同区域。在图1所示的示例性过程控制监控系统中，这一图形显示应用程序30驻留在工作站14中。然而，图形显示应用程序30可在其它