CN101446822A - 在过程系统中用于批处理及执行的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种在过程控制系统中用于实施控制过程及在所述控制过程的执行期间用于解决矛盾的系统及方法包括：加载所述控制过程的逻辑结构、在所述控制过程被实例化时加载多个实例化对象或过程、在执行期间使用所述实例化对象来将所述控制过程的程序元件实例化成所述程序元件的控制过程要求、执行所述程序元件作为所述控制过程的部分、以及在所述控制过程的执行期间在所述程序元件的执行完成时解构所述程序元件。矛盾的解决包括在控制器中执行实体的第一模型、在执行引擎中执行所述实体的第二模型、检测所述模型之间的差异、产生提示及接收操作指令以继续所述过程或中止所述过程。

Description

在过程系统中用于批处理及执行的方法及系统
技术领域
本发明总体上涉及过程设备中的过程控制系统，尤其涉及执行过程(比如批过程)以及在所述过程的运行期间的矛盾解决。
背景技术
工厂及其他生产设施经常用于创造多种产品。过程控制系统-比如由美国德克萨斯州奥斯汀市(Austin，Texas)的艾默生过程控制有限公司(Emerson Process Management，LLP)提供的那些过程控制系统-广泛地用于这些制造产品或控制过程(例如化学品制造、发电厂控制等等)的工厂及/或设施。过程控制系统也用于自然资源的开采，例如石油及天然气钻探及处理过程等等。实质上，任何制造过程、资源开采过程等等可以通过一个或多个过程控制系统的应用来自动化。
过程控制网络-如那些用于化学、石油或其他过程的过程控制网络-一般包括集中式过程控制器，集中式过程控制器通信连接到一个或多个现场设备，所述现场设备可能是阀定位器、开关、传感器(温度传感器、压力传感器及流率传感器)等等。这些现场设备可以在过程中执行物理控制功能(比如开启及/或关闭阀)，可以在过程中进行测量以用于控制过程的操作，或可以在过程中执行任何其他期望功能。过程控制器传统上通过一个或多个模拟信号线或总线与现场设备连接，模拟信号线或总线可以(例如)传送4-20mA信号到现场设备或从现场设备传送4-20mA信号。然而，最近，过程控制行业已经开发许多标准、开放式、数字或混合数字及模拟通信协议，比如FOUNDATIONTM FIELDBUS(此后称“Fieldbus”)、
Figure A200810094729D0010181600QIETU
、
Figure A200810094729D0010181614QIETU
、
Figure A200810094729D0010181631QIETU
、
Figure A200810094729D0010181640QIETU
、CAN等协议；这些协议可以用于实施控制器与现场设备之间的通信。一般而言，所述现场设备接收由一个或多个现场设备所进行的测量的信号及/或关于所述现场设备的其他信息，并使用这些信息来实施典型复杂的控制例程，然后产生控制信号并通过所述通信线或总线传送至所述现场设备，从而控制所述过程的操作。
由过程控制系统控制的另一个常见的制造过程为批处理过程。批处理典型地涉及用于创建材料的配方。例如，批处理经常在医药及化学工业中用于制造药品、化学品及其他物质。描述批处理过程的配方典型地指示怎样制造期望的物质。例如，可以首先混合两种化学品，然后加热其混合物来制成特定化学品。仅仅用于制造一种物质的总配方可能包含数以百计的步骤。所述配方可能指示需使用哪些原材料及采用什么比例、应加热或冷却所述原材料及需要什么设备来产生所期望的物质。聚氯乙烯的制造是一个工业规模的批处理过程范例。聚氯乙烯是通过聚合或“结合”小得多的氯乙烯分子而制成。聚氯乙烯的制造是通过以氯乙烯、溶剂及诱导聚合物的混合物将批式反应器填充至适当水平、加热所述反应器中的混合物、冷却生成批产物、以及通过清除剩余的原材料来提纯所述批产物。
某些类别的过程控制网络-如那些用于批处理过程的过程控制网络-典型地包括设计成有相同或相似设备的多组重复的设备，所述多组重复的设备在所述过程中执行本质上相同的功能。因此，作为例子，聚氯乙烯制造厂可能有多组反应器设备(即反应器)、多组加热设备(即加热器)、多组冷却设备(即冷却器)、多组提纯设备(即提纯器)及多组包装设备(即包装机)，其中一些或所有反应器能够与一些或所有加热器、冷却器、提纯器及包装机并行地操作，或其中一些或所有反应器能够连接，从而与一些或所有加热器、冷却器、提纯器及包装机连续地操作。
典型地，批处理过程按顺序执行许多不同阶段或步骤，在开始第二阶段之前先完成第一阶段。因此，在上述制造厂中，所述批处理过程可以运行第一阶段或步骤来控制反应器，然后可以接着运行第二阶段来对由所述反应器设备制造的产品开动加热器，运行第三阶段来控制冷却器以冷却由所述加热器产生的产品，运行第四阶段来控制提纯器以提纯所述产品，以及运行第五阶段来控制包装机以包装已提纯的产品。典型地，每个单元有一相关的单元模块对象，其可以是适合代表某单元(例如硬件构件)的状态的软件。单元模块对象可以是实施于软件指令中的算法，这些软件指令被最优化来协调较低层次模块(此后较低层次模块将简称为“模块对象”)的执行。模块对象，如此后更详细描述的那样，可以包括可变部分及算法部分。典型地，模块对象被设计来执行单一逻辑功能，比如开启阀或填充槽。简而言之，模块对象用于改变硬件构件的状态。
虽然前述用于制造聚氯乙烯的范例批处理过程指示每个阶段在一个特定单元上操作，但并一定总是这样。视每个阶段的步骤数目而定，设备的多个单元可以用于执行一特定阶段。例如，如果代替批处理过程被写入及用于制造聚氯乙烯，制造聚氯乙烯可以是较大的批处理过程的单一阶段，这样的阶段可以涉及反应器、加热器、冷却器、提纯器及包装机。
一般上，对批处理过程进行控制非常重要。例如，如果氯乙烯反应混合物的反应时间不够长，所述处理过程的聚氯乙烯产量将不充分，而且将损失金钱。在涉及危险化学品或可相比实体的生产时，批处理过程的控制可能变得很关键。控制批处理过程的一个方式是人工方式。换句话说，一个或多个工人被指定注视批处理过程的所有方面，以确保事事根据计划进行。然而，这是冗长乏味的工作，而且错误可能悄悄混进而不被发现。由于这些原因及其他原因，已经发展自动化以通过使用电子设备来控制批处理过程。计算机、可编程控制器及可相比电子设备与智能现场设备(即智能传感器及可控制阀)已经被许多批控制系统供应商同时用于自动化批处理过程的控制。智能传感器典型地放置在设备上，并向工厂的中央控制室报告设备情况。可控制阀典型地控制对设备的输入或控制来自设备的输出，而且可控制阀常常可以根据接收自智能传感器的信息，从中央控制室控制。
使批处理自动化的努力已经促使涉及批处理的行业成员及批处理设备供应商等方面组成多个标准委员会。这些标准委员会的共同目的在于为自动化批处理制订统一标准。“国际测量及控制学会”(International Society forMeasurement and Control)-一个涉及过程控制课题的国际组织-已经公布一个这样的标准。这个标准的标题为《批控制第1部分：模型及术语》(BatchControl Part 1：Models and Terminology)，其常被称为ISA S88.01-1995标准(或在这个应用中称为“S88”)。S88.01标准定义用于自动化批处理过程的设备模型及程序，以及定义用于称谓这些模型及其元件的术语。S88.01标准将“批处理过程”定义为：通过使用一台或多台设备，使大量输入材料在限定时间期内经过有序组合的处理活动而导致限定数量的材料的生产的过程。“批”为正在通过批处理过程的单一执行而生产的材料，或已经通过批处理过程的单一执行而生产的材料。
在批处理过程中用于操作物理元件的控制配方在S88.01标准中常被称为“程序模型”。根据S88.01标准，程序模型被结构化为程序的层次等级，其最高层次包含每个较低层次，下一个最高层次包含其下的每个层次，依此类推。程序模型的层次降序排列，其排列为“程序”、“单元程序”、“操作”及“阶段”，而“程序元件”指的是所述控制配方或程序模型中的任何层次。在所述层级中，最高层次的程序元件被称为程序，而程序是由一个或多个单元程序组成。每个单元程序依次由一个或多个操作组成，而每个操作依次由一个或多个阶段组成。
批执行环境已经变得越来越复杂，特别是在S88.01标准出现后更是如此。这个复杂性典型地以越来越大的控制配方出现，而每个配方在外观上是不断地有更大数目的程序元件。与此同时，批处理设备的规模及能力也正在增长。例如，批处理设备能够同时地运行多组产品“列车”，从而需要控制系统能够同时管理许多并行的批。然而，由于配方的复杂性及规模增加，加上实际工厂设备的机动性已改进，使得批处理控制系统的工作过度紧张。以大而复杂的配方加载及运行许多批，使得处理设备、存储器及其他资源的利用达到极限。
例如，批执行引擎将控制配方加载到过程存储器，然后按照预配置顺序开始执行所述控制配方的程序元件。整个程序结构在创建时间加载，包括控制配方的所有层次，不论所述多种程序元件是否将会被实际执行。因此，视执行两个不同程序之间的选择而定，完全可能实际上绝不会需要未经选择的程序(包括一些或所有相关程序单元、操作及阶段)。不幸的是，实际上执行哪个程序的选择并非已知-直到所述控制配方的运行时间为止，而所述控制配方的运行时间超过所有程序元件在创建时间被加载的时间许多。因此，即使在实际执行期间有些程序元件可能需要或不需要，它们都被加载，而且程序元件消耗大量内存、处理器时间及其他资源。最后，这些应变导致对设备典型地能在批执行引擎中加载的批次数目的限制。
批执行环境的复杂性已经变得越来越复杂，并且不断地以更大的设备配置出现，而这些设备配置必须定期地维护及更新。在典型的系统中，有两个组件在批的执行期间被使用：一较低层次控制器(其负责促动阀、泵及其他设备)及一较高层次批执行引擎(其裁定、监控及协调较低层次控制器)。这两个组件使用实际设备的最新模型(比如以上讨论的程序模型)及需要的相关逻辑，以便在运行特定的批时控制工厂设备。工厂工程师及监督员可以重新配置工程设备的部分，以适应新产品的制造、增高效率等等。这个重新配置可以包括控制配方或设备模型的改变，以使控制配方或设备模型匹配新配置。在重新配置发生时，所述控制器及批执行引擎应进行更新，以使所述控制器及批执行引擎知道所述改变并能够实施所述新改变。不幸的是，由于任何数目的原因，这两个组件之间的矛盾典型地需要停止或中止整个批，从而导致损失生产时间或甚至导致损失产品。然而，所述矛盾完全可能属于良性或完全可能以较旧模型或模型参数来克服。
发明内容
本发明提供一种用于实施控制配方及在所述控制配方的执行期间解决矛盾的系统及方法。明确地说，所述控制配方是以最优化加载及执行最复杂的控制配方所需要的时间数量及内存的技术来实施，其增加可以同时处理的并行批的数目。所述技术涉及“刚好及时地”实例化及加载配方的程序元件，而且只是在程序元件在所述控制配方的运行时间被使用时(而不是在所述控制配方的创建时间时)实例化及加载配方的程序元件。在以所述程序元件完成所述控制配方时(例如所述程序元件被完成执行时)，所述程序元件从所述控制配方被解构及卸载。
用于“刚好及时”的处理的系统及方法使用实例化对象或程序，这些实例化对象或程序被实施为所述控制配方的部分，或由所述控制配方要求。可以在所述控制配方的运行时间期间被要求的每个程序元件与一实例化对象有关。例如，在批创建时间，所述程序元件可以加载到相关实例化对象。明确地说，所述程序元件的逻辑结构可以加载到所述实例化对象，而所述逻辑结构不包括由所述程序元件用于控制所述过程的方面的多个参数。在另一个例子中，在所述程序元件被使用时，所述程序元件的逻辑结构被创建在所述实例化对象中。在运行时间期间，所述实例化对象被用于实例化程序元件，这是由于所述控制配方需要。一旦所述程序元件被执行为所述控制配方的部分，所述实例化对象被用于从所述控制配方解构所述程序元件。已由所述程序元件使用的资源可以从而被收回，以供进一步用于执行所述控制配方。
在另一方面，相同的实例化对象可以用于多个程序元件。例如，使用相同的逻辑结构的多个程序元件可以使用相同的实例化对象。所述实例化对象加载或创建所述逻辑结构，并且以特定程序使用的参数来填写所述逻辑结构。因此，较少的程序元件在创建时间被加载，这可能导致资源使用减少。
此外，用于检测及解决在所述控制配方的执行期间发生的矛盾的技术允许选择忽略矛盾或中止(停止)批处理过程以纠正所述矛盾。明确地说，所述技术解决用于较高层次的执行引擎及较低层次的控制器的模型之间的矛盾。有关所述矛盾的信息可以被提供，而所述批执行引擎或批操作员可以根据有关矛盾的信息来决定是否继续或中止所述批处理过程。在一个例子中，所述批过程可以被允许继续使用默认参数、供所有控制器使用的全球参数、先前使用的参数等等。
附图说明
图1为一部分框图、部分原理图，其显示过程设备的部分的一个范例，该图描绘在批处理过程设备中实施的批执行环境；
图2为一部分框图、部分原理图，其显示图1的范例过程控制系统的部分及一批处理过程的部分；
图3为一流程图，其显示控制配方的执行(包括批执行环境中的多种程序元件的执行)的一个范例；
图4为一流程图，其显示控制配方的执行在批执行环境中使用实例化对象来实例化多种程序元件的一个范例；
图5为一流程图，其显示实例化对象实例化程序元件、程序元件被执行及所述实例化对象解构所述程序元件的一个范例；
图6为一流程图，其显示控制配方的执行在批执行环境中使用相同的实例化对象来实例化多个程序元件的一个范例；
图7为一部分框图、部分原理图，其显示过程设备的部分的一个范例，该图描绘较高层次的批执行引擎与较低层次的控制器以及它们之中使用的模型之间的关系；以及
图8为一流程图，其显示用于解决较高层次的批执行引擎的模型与较低层次的控制器的模型之间的矛盾的程序的一个范例。
具体实施方式
过程控制系统经常在多种工业中用于控制及监测工业厂房的多种设备的操作。使用过程控制系统的一类工业厂房是医药制造设施。医药制造设施使用批处理技术并经过一步接一步的过程来产生大量的特定物质(比如药品)。与连续处理技术(比如那些用于控制天然气流率的连续处理技术)相反，批处理技术涉及一系列的离散而有序的步骤(比如以配方指定用于制造产品的各别步骤)。例如，在批处理环境中，最终产品或期望产品典型地是使用被称为“控制配方”的一系列步骤来制造。每个步骤可能需要使用一台或多台设备，比如加热器、运输带、槽、混合器等等。
特定设备也可能充分并行地运行多个配方。典型地，制造设备被逻辑地分别为截然不同组合的设备，以避免使批控制系统的处理能力超载。每个组合将包括某些设备而且将被指定用于某些操作。每个控制配方一般包含所有信息(例如程序结构、配方参数、需要的设备等等)以控制所述过程的多个组合，包括不同过程区域、单元、环路或设备，以便制造特定产品。例如，一个配方可能需要使用混合桶，而另一个配方则涉及在存储容器中加热。这些控制配方被实例化为运行“批”，并由批执行系统或等效的子系统进行。以控制配方的实际实例化来运行批典型地涉及加载所述控制配方到所述批执行系统的过程，例如通过将所述配方加载到由所述批执行系统使用的存储器资源，然后所述批执行系统使用处理器或其他计算机资源(包括多种硬件及软件资源)来执行所述控制配方。
现在参看图1，其图解一范例过程设备10，其中一个或多个控制过程(特别是批处理过程或配方)可以由批执行系统实施及执行。明确地说，如图1中所示，过程设备50包括过程控制系统52、一个或多个区域54、一个或多个设备56、通信网络58及一个或多个设备用户60。过程设备50可以包括医药制造或生产设施、精炼处理操作或其他化学处理操作、或其他合适的批或连续过程环境。在所述公开的实施例中，过程设备50使用至少一个批处理技术，比如批配方。
过程控制系统52可以包括硬件及/或软件，所述硬件及/或软件可操作以通过通信网络58来控制、要求、监测、测试设备56、与设备56进行通信及/或使用设备56。例如，过程控制系统52可以是由美国德克萨斯州奥斯汀市(Austin，Texas)的艾默生过程控制有限公司(Emerson Process Management，LLP)提供的DeltaVTM系统。一般上，过程控制系统52控制对设备56的存取并计划设备用户60对设备56的使用。通信网络58支持过程控制系统52、区域54、设备56及设备用户60之间的数据通信，而且可以(单独地或作为多种组合)使用任何期望的基于总线的硬件及/或不是基于总线的硬件来实施，或使用任何期望的固定及/或无线通信结构或其他合适的通信协议(比如Ethernet、Foundation Fieldbus或Profibus协议)来实施。
区域54代表过程设备50、设备56及设备用户60的逻辑及/或物理组织。区域54一般用于组织用于执行过程设备50中使用的配方步骤的设备56。区域54的组织可以根据过程设备50中的设备56的物理位置、过程设备50中的设备56的逻辑组织、或设备56的物理及逻辑组织中的合适者。例如，批处理操作可以分解为不同的区域54，以用于接收、准备、处理及运送。继续先前的范例，用于医药制造过程的原材料可以被接收于接收区域、改变于准备区域、结合及处理于过程区域以制造目标药物，而目标药物接着被包装并从运送区域载运。区域54中的设备56可以作为不同类别的最终产品的生产的部分来使用，比如用于制造不同医药的多种设备。在一个实施例中，区域54也为过程控制系统52需要以单一组合来处理太多设备56及设备用户60的问题提供实际解决方案。区域54可以用于分离大配方的处理，以便使过程控制系统52不会因需要在执行其他过程监测任务时管理大量的设备56而变得缓慢。
设备56可以各自包括阀、槽、泵、输送带、混合器、加热器或其他可作为过程设备50中执行的过程的部分的合适设备。设备56可以在不同时间由不同设备用户60用于所述批处理过程的不同部分。例如，特定加热器设备56可以以第一实体用于一个最终产品、清洗、然后接着以第二实体用于不同的最终产品。
设备用户60代表使用设备56的物理或逻辑实体。例如，设备用户60可以代表由过程控制系统52执行的特定配方，其按特定顺序使用设备56，以生产特定产品。设备用户60本身可以是设备56。例如，泵设备可以在要求存取槽设备时担当设备用户的角色，以使所述泵设备能够以特定材料来填充所述槽设备。此外，设备用户60可以代表作为所述生产过程的部分的材料，比如原材料。例如，当前正在被存储在槽中的第一实体可以要求存取泵，以便将所述第一实体作为配方的部分移到加热器。此外，设备用户60可以是不由过程控制系统52直接控制的人员或其他实体，但这可能要求从过程控制系统52存取设备56。一般而言，设备用户60可以是由过程设备50在过程控制系统52的控制下用于生产产品的人员、材料、硬件、软件及/或其他设备56。
在操作中，一个或多个人类用户(图中未显示)可以使用过程控制系统52来配置、控制及监测一个或多个配方、批处理过程或其他过程的执行。所述配方是以可用于过程设备50的设备56来执行，以产生一个或多个期望的最终产品。过程控制系统52负责通过设备用户60来控制对设备56存取，以便使两个设备用户60不尝试同时使用相同的设备56。
图2为更详细的显示过程控制系统52与区域54相互作用的图。一般上，过程控制器12通过(例如)局域网(LAN)15与多个工作站连接，其中一个例子可以是以太网通信连接。控制器12也通过一个或多个输入/输出设备(图中未显示)及一组通信线及/或总线18连接到过程设备(整体以参考数字56命名)中的设备或装置。控制器12例如可以是由艾默生过程控制有限公司(Emerson Process Management)提供的DeltaVTM Batch控制器，控制器12能够与控制元件(比如分布遍及过程设备50的现场设备及现场设备中的功能块)进行通信，以执行一个或多个过程控制例程，从而对过程设备50实施期望的控制。这些过程控制例程可以是连续过程控制例程，但将在此被描述为批过程控制例程或程序。工作站14(其可以是个人计算机、服务器等等)可以由一名或多名工程师或操作员或其他用户用于设计及执行需由控制器12执行的一个或多个过程控制例程，用于与控制器进行通信以便下载这些过程控制例程，在过程设备50的操作期间用于接收及显示关于过程设备50的信息，以及另外与由(例如)控制器12执行的过程控制例程相互作用。此外，历史数据库19可以连接到局域网(LAN)15，而且可以以任何已知或期望方式自动地采集及存储在过程设备50中产生的数据，包括在控制器12、所述现场设备及工作站14中产生的数据。
每个工作站14包括存储器20，存储器20用于存储应用程序(比如配置设计应用程序)及存储数据(比如有关过程设备50的配置的配置数据)。每个工作站14也包括处理器21，处理器21执行一个或多个应用程序，应用程序允许用户设计过程控制例程(比如批控制例程)及将这些过程控制例程下载到控制器12。同样地，控制器12包括存储器22，以存储配置信息及存储用于控制过程设备50的过程控制例程，控制器12也包括处理器24，处理器24执行所述过程控制例程以实施过程控制策略。如果控制器12为DeltaVTM Batch控制器，其可以与工作站14的其中一个工作站上的一个或多个应用程序一起向用户提供控制器12中的过程控制例程的图形描绘，以图解所述过程控制例程中的控制元件及这些控制元件被配置来提供对过程设备50的控制的方式。
在图2的图解范例中，控制器12通过总线18通信连接到两组同样地配置的设备，每组设备有一反应器单元(其在此称为反应器_01或反应器_02)、一过滤器单元(其在此称为过滤器_01或过滤器_02)及一干燥器单元(其在此称为干燥器_01或干燥器_02)。反应器_01包括一反应器容器100、两个输入阀101及102，反应器容器100和输入阀101及102连接成能够控制流体输入线(流体输入线从(例如)高位槽(图中未显示)提供流体进入反应器容器100)，以及包括一输出阀103，输出阀103连接成能够控制通过输出流体线从反应器容器100流出的流体流率。一设备105(其可以是传感器，比如温度传感器、压力传感器、料位计等或其他设备-比如电气加热器或蒸汽加热器)布置及/或靠近所述范例反应器容器100。反应器_01通过阀103连接到过滤器_01，过滤器_01具有过滤器设备110，而过滤器设备110依次连接到干燥器_01，干燥器_01具有干燥器设备120。同样地，第二组设备包括反应器_02，反应器_02有一反应器容器200、两个输入阀201及202、一输出阀203及一设备205。反应器_02连接到过滤器_02，过滤器_02具有过滤器设备210，过滤器设备210依次连接到干燥器_02，干燥器_02具有干燥器设备220。过滤器设备110及210和干燥器设备120及220可以有与其相关的附加控制元件(比如加热器、输送带及类似物)、传感器等等。如果需要(虽然图中未显示)，过滤器_01及过滤器_02中的每个过滤器单元可以物理地连接到反应器_01及反应器_02中的每个反应器单元，而干燥器_01及干燥器_02中的每个干燥器单元可以连接到过滤器_01及过滤器_02中的每个过滤器单元，以至使用各一个反应器、过滤器及干燥器的批处理运行可以采用图2中图解的设备的任何组合。
如图2所示，控制器12通过总线18通信连接到阀101、103、201、203，通信连接到设备105、205，通信连接到过滤器110、120，及通信连接到干燥器120及220(以及通信连接到其他与其相关的设备)，以控制这些元件(它们可以是单元、现场设备等等)的操作，从而执行与这些元件有关的一个或多个处理操作。这些操作可以包括(例如)填充所述反应器容器或干燥器，或加热所述反应器容器或干燥器中的材料，倾卸所述反应器容器或干燥器，清洗所述反应器容器或干燥器等等。当然，控制器12可以通过附加的总线、通过专用通信线(比如4-20mA通信线、HART通信线等等)，连接到过程设备50中的元件。
图1中图解的阀、传感器及其他设备可以是任何期望种类或类别的设备，包括(例如)Fieldbus设备、标准4-20mA现场设备及/或HART设备等等，而且可以使用任何已知或期望的通信协议(比如Fieldbus协议、HART协议及/或4-20mA模拟协议等等)，与控制器12进行通信。此外，其他类别的设备可以以任何期望方式连接到控制器12及/或由控制器12控制。另外，其他控制器可以通过(例如)以太网通信线15连接到控制器12及连接到工作站14，以控制其他与过程设备50有关的设备或区域，而且这些附加控制器的操作可以以任何期望或已知方式与图2中图解的控制器12的操作协调。
一般而言，图2的过程控制系统可以用于实施批处理过程，例如其中工作站14的其中之一执行一个批执行应用程序，其根据一个或多个控制配方来实施并可能协调过程设备50中的不同批处理运行。这个批执行引擎30被图解为存储在图1的工作站14a，而批执行引擎30可以在其他工作站14中存储及执行或在其他以任何期望方式(包括任何无线方式)通信连接到总线15或总线18的计算机中存储及执行。同样地，如果需要，批执行引擎30可以分成多种组件或与在过程设备50中的不同计算机或工作站存储及执行的多种组件发生联系。
批执行引擎30一般为高层次控制例程(比如上述控制配方)，而且可以包括批活动管理器，批活动管理器使用户能够指定需在所述过程设备中执行的许多批处理运行，而且批活动管理器设置实质上在过程设备控制网络10中独立操作的许多不同批处理运行或批处理过程。批执行引擎30也可以包括批执行例程或应用程序，批执行例程或应用程序实施并检查由所述批活动管理器指定的不同批处理运行。每个这样的批处理运行引导一个或多个程序、单元程序、操作、阶段及批的其他细分的操作，每个程序、单元程序、操作、阶段及批的其他细分是或可以是在单一单元(比如所述反应器单元、所述过滤器单元、所述干燥器单元或过程设备50中的其他设备的其中之一)上操作的子例程或过程。在这个范例中，每个单元程序(其为一般在其中一个工作站14上运行的批处理运行的部分)可以执行一系列的操作，每个操作可以在一物理单元上执行一个或多个阶段。对这项讨论而言，“阶段”、“操作”、“单元程序”及“程序”等术语可以指那些由S88标准定义的程序元件，因此，“阶段”是被执行的最低层次的动作或步骤，而且典型地是在其中一个控制器12上实施或执行；“操作”是执行特定功能的一组阶段，而且“操作”典型地是通过在控制器12中要求一系列阶段，在其中一个工作站14上实施或执行；“单元程序”是被执行的一系列的一个或多个操作，而且典型地是在其中一个工作站14上实施为一组操作要求。同样地，“程序”可以是一组单元程序，这些单元程序实施为控制配方中的步骤，而且可以(例如)在过程设备50中的不同物理设备或装置上执行。因此，任何程序可以包括一个或多个单元程序，而任何单元程序可以包括一个或多个阶段及/或一个或多个操作。照这样，每个批处理过程执行制造产品(比如食物产品、药品等等)而需要的不同步骤或阶段(例如单元程序)。在此使用的“程序元件”一词指程序模型的这些层次中的任何层次的任何具体化或实施，而不仅仅指所述程序模型的“程序”层次或任何其他单一层次的那些具体化或实施。
为了实施个别批的不同程序、单元程序、操作及阶段，控制配方指定需执行的步骤、与所述步骤有关的数量及时间以及所述步骤的顺序。一个配方的步骤可以包括(例如)以适当材料或成分填充反应器容器、混合反应器容器中的材料，在某时间长度内将反应器容器中的材料加热到某个温度、清空反应器容器并接着清洗反应器容器以准备下一批、运行过滤器以过滤反应器的输出，然后运行干燥器来干燥在反应器容器中制造的产品。所述系列步骤中与不同单元有关的每个步骤定义所述批的单元程序，而所述控制配方将为这些单元程序中的每个单元程序执行不同的控制算法。当然，用于不同配方的特定材料、材料数量、加热温度及时间等等可能不同，因此，视正在制造及/或生产的产品及/或正在使用的配方而定，这些参数可以因不同的批处理运行而有所不同。
本领域的普通工程技术人员将可以理解，通用批处理过程的相同阶段、操作、单元程序及程序可以在相同或不同时间作为不同实际批处理过程或批处理运行的部分，实施在图2的不同反应器单元中的每个反应器单元。此外，由于图2的反应器一般包括相同数目及类别的设备(即它们属于相同的单元级)，因此可以在特定阶段使用相同的通用阶段控制例程来控制所述不同反应器单元中的每个反应器单元，但这个通用阶段控制例程必须更改，以控制与所述不同反应器单元有关的不同硬件或设备。例如，为了实施反应器_01的填充阶段(其中所述反应器单元被填充)，一填充控制例程将在一个特定时间长度内开启输入阀101或102中的一个或多个输入阀，例如开启输入阀直到料位计105检测到容器100已满。然而，仅仅通过将所述输入阀的指定改变为阀201或202(而不是阀101或102)以及将所述料位计的指定改变为料位计205(而不是料位计105)，此同一控制例程可以用于实施反应器_02的填充阶段。
图3图解控制配方300的执行的一个范例，该控制配方300可以实施于批执行引擎30及由批执行引擎30执行。虽然以下范例参考程序元件来进行描述(由于程序元件可能涉及对区域中的设备或装置的控制)，但应该理解，所述程序元件可能涉及过程层级中的较高层次(例如程序元件涉及所述过程的不同区域)，或程序元件可能涉及过程层级中的较低层次(例如程序元件涉及不同单元、不同环路、不同设备等等)。同样地，控制配方中程序元件的实施指的是所述控制配方的层级中的不同层次，包括任何程序、单元程序、操作或阶段。因此，应该理解所述控制配方的执行可能涉及一个或多个批处理过程的较高层次的执行，或可能涉及过程的较低层次的执行。因此，控制配方执行300及在此描述的用于实施所述控制配方的技术可以应用于批处理过程中的任何层次的执行。
如图3所示，所述控制配方包括程序元件或步骤层级体系，一如以上讨论的那样。每个程序元件或步骤被配置成根据所述控制配方，按特定顺序执行，而所述控制配方的执行可以包括两个或多个程序元件之间的几个决定树。在每个决定所作的程序元件选择可能视多种因素而定，这些因素包括所述过程的状态、从所述过程获得的参数、所述控制配方中的先前程序元件的结果或涉及所述批处理运行的多种因素。因此，使用一个程序元件(而不是另一程序元件)的决定导致所选择的程序元件的执行，而未经选择的程序元件未被执行，虽然未经选择的程序元件在所述控制配方的执行期间可以在别处执行。然而，未经选择的程序元件还是可能将绝不会在所述批处理运行期间被执行。
明确地说，参看图3，所述控制配方的执行以第一程序元件的执行在流程块302为开始，接着在流程块304进行决定，以便在流程块306执行第二程序元件或在流程块308执行第三程序元件。在流程块304的决定可能视由在流程块302的第一程序元件产生的结果而定。例如，如果在流程块302的第一程序元件需填充反应器_01的反应器容器100及执行反应，在流程块304的决定可能根据来自传感器105的测量来确定所述反应是否完全而定。如果所述反应充分地完成，所述控制配方可以进行到流程块306的第二程序元件，以开启阀103来将反应器100的内容输出到过滤器110。如果所述反应未完成，则所述控制配方可以使用流程块308的第三程序元件来继续或重复所述反应，及可能使用随后的程序元件-视后来的决定而定，而控制返回到流程块306的第二程序元件。可选择地，流程块306的第三程序元件也可以开启阀103，以便将反应器100的内容输出到过滤器110，但与所述批处理过程的执行(如果所述第二程序元件被选择)比较，所述第三程序元件涉及的所述批处理过程被执行的方式不同。
因此，所述控制配方可能涉及任何数目的程序元件(程序1-N)302、304、308、312、314、318、320的潜在执行，并不是所有的程序元件可以在所述控制配方的执行期间被执行-视在所述控制配方的执行期间所作的决定306、310、316而定。在图3图解的程序3、4、5...N中的任何程序可能不在所述控制配方的执行期间被执行。例如，在流程块308的以程序3代表的程序元件事实上可能不需要-视在所述控制配方中在流程块304的“或者”决定点所作决定而定。另一方面，有些程序元件可能必要地在所述控制配方的执行期间(例如程序1及2)被执行。
亦如图3所示，在所述控制配方(例如程序2)的执行期间的程序元件的执行可以进一步包括在程序步骤的层级结构中排列的一个或多个子程序元件的执行。例如，如果在流程块306的所述第二程序元件涉及开启阀103的操作及将反应器100的内容输出到过滤器110的操作，子程序元件可以是阶段，该阶段被实例化来控制所述阀的开启，而另一子程序元件(例如阶段)被实例化来操作过滤器110。如同所述控制配方的执行，程序元件的执行可以涉及一个或多个决定。因此，虽然有些子程序元件可能必要地被执行为所述程序元件的执行的部分，其他子程序元件可能不会在所述程序元件的执行期间被执行。此外，程序元件中的子程序元件可以包括进一步的子程序元件等等。例如，如以上所述，控制配方可以包括几个程序，每个程序可以包括单元程序，单元程序可以包括操作，而操作可以包括阶段。因此，图3中所示的控制配方可能实际上是较高层次的控制配方中的程序元件。
应该理解的是，在此使用的对程序元件及子程序元件的提及用意在于说明整个批处理过程的层级的不同层次中的程序元件之间的关系，而且不应被解释成限制以下的权利要求。例如，所述层级的一个层次中(例如单元程序)的程序元件可以被视为涉及所述层级的另一个层次(例如程序)的子程序元件。相反地，所述层级的一个层次(例如操作)中的子程序元件可以被视为涉及所述层级的另一个层次(例如阶段)的程序元件。因此，所述程序元件或子程序元件中的任何一个程序元件或子程序元件可以涉及整个批处理过程控制的层级的不同层次的控制配方。此外，虽然控制配方执行300已经被显示为包括多种决定304、310、316，但应该理解，控制配方的执行可以包括一系列的以预配置顺序执行的程序元件，这系列的每个程序元件在所述控制配方的执行期间被执行。
图4为控制配方结构的一个范例，该控制配方结构实施一个或多个实例化对象或过程，以便在所述控制配方的执行期间实例化每个程序元件。明确地说，使用控制过程执行对象或过程，批执行引擎30可以在批处理创建时加载所述控制配方结构，以及在所述控制配方被实例化或加载时加载所述实例化对象。与加载整个控制配方结构(包括所有程序元件、结构、配方参数、设备等等)的、可以用于运行所述批的典型控制配方执行相比，所述实例化对象在所述程序元件由所述控制配方使用时用于实例化每个程序元件。此外，对特定程序元件是否可以在控制过程的执行期间实际地被执行的选择不能在创建时间(例如在所述控制配方被加载以供执行时)获知，而且直到运行时间(例如所述控制配方的执行)之前还是未知。在所述程序元件被执行时，所述实例化对象将所述程序元件从所述控制配方卸载，而所述控制配方继续执行。换句话说，所述控制配方的多个程序元件“刚好及时”地被加载，而且只是在需要时而不是在创建时间时被加载。在程序元件由所述控制配方使用时，通过使用所述实例化对象来实例化每个程序元件，每个程序元件一般只是在所述程序元件的执行期间使用过程控制系统52的资源(例如存储器、处理器、软件等等)。此外，通过只是在需要程序元件时(而不是在创建时间)实例化所述程序元件，只是在所述控制配方的执行期间被实际使用的那些程序元件最终使用过程控制系统52的资源。因此，批执行引擎30及过程控制系统52的性能一般可以实现增高资源的使用(例如处理器使用、存储器资源使用等等)的效率。
现在参看图4，所述控制配方的逻辑结构被显示涉及多个实例化对象，这些实例化对象亦被称为程序水化器(例如程序水化器1-N)。如图所示，所述控制配方的逻辑结构与图3中显示的结构相似，带有实施多种程序元件及任何“或者”决定点的逻辑预定顺序。然而，所述控制配方的逻辑结构在没有所述程序元件的情况下被加载到批执行引擎30，而不是在批处理创建时间加载整个控制配方(包括可以在所述控制配方的执行期间调用的所有程序元件)。在一个范例中，所述控制配方的逻辑结构可以参考所述控制配方的逻辑流、“或者”决定点、以及标记或与可以在所述控制配方的执行期间被访问的每个可能程序元件有关的要求。
也是在批创建时间，每个实例化对象可以加载到批执行引擎30。如图4中所示，以及与图3相比，实例化对象与可以在所述控制配方的执行期间被执行的每个程序元件有关。在一个范例中，每个所述实例化对象可以在所述控制配方的逻辑结构中实施。另一方面，所述控制配方的逻辑结构中的要求或标记可以在每个实例化对象需要实例化程序元件时用于要求每个实例化对象。
在所述控制配方的批处理运行时间及执行期间，每个程序元件在所述程序元件的执行期间被实例化、执行及解构，以至每个程序元件只是在需要的时间内使用资源。例如，在批处理过程的运行时间期间，批执行引擎30通过在流程块402使用所述实例化对象(程序水化器1)来开始所述控制配方，以实例化图3中显示的程序元件1。一旦程序元件1已经被执行，批执行引擎30使用所述实例化对象(程序水化器1)来解构程序元件1，从而使已经在程序元件1的执行期间被分配给程序元件1的所有资源被取消分配然后返回(或释放)到批执行引擎30。其后，所述控制配方的执行达到决定点404，决定点404提供以程序2或程序3来继续进行的决定，其选择可以视先前程序1的执行而定。如果根据所述控制配方的逻辑来选择程序3，所述实例化对象(程序水化器3)被用于实例化程序3，然而如果选择程序2，所述实例化对象(程序水化器2)被用于实例化程序2。因此，所述控制配方的执行分别地以实例化对象或对实例化对象402、406、408、412、414、418、420的要求来替换可以在执行期间被要求的每个程序元件302、306、308、312、314、318、320。
实例化对象可以以相似方式用于在程序元件期间被要求的任何子程序元件。例如，在执行程序2时，所述程序元件的逻辑结构可以包括实例化对象，或对实例化对象的要求。如果在所述程序元件(例如程序2)的执行期间需要子程序结构(例如单元程序、操作、阶段等等)，实例化对象被用于实例化相关的子程序对象，而所述子程序对象在所述程序元件的运行时间期间被执行，并在所述子程序对象完成时被解构。所述程序元件可以按需要继续，或可以结束及由与所述程序元件有关的实例化对象解构，所述控制配方从而按需要继续执行。因此，可以观察到，所述实例化对象一样适用于控制配方中的多种层级。
图5为一过程范例，该过程由实例化对象用于实例化及解构程序元件，以供所述控制配方使用。实例化对象可以包括可以在创建时间加载到所述实例化对象的、程序元件的逻辑结构。可选择地，实例化对象可以包括逻辑模块或例程，所述逻辑模块或例程理解所述程序元件的逻辑结构怎样被实施，并在所述程序元件被实例化时构建所述程序元件的逻辑结构。
每个实例化对象可以进一步包括逻辑模块或例程，所述逻辑模块或例程理解怎样在所述程序元件的逻辑结构内实施参数。明确地说，实例化对象理解怎样以不同参数来创建所述程序元件，而所述参数可以包括逻辑论证(比如运行时间属性)或在所述控制配方的执行期间开发的逻辑论证、过程控制变数、过程控制数据、设备使用等等。例如，在程序1由所述控制配方执行时，在流程块402用于程序2的实例化对象可以理解怎样使用开发自程序1的测量数据(例如用于填充反应器100的产品数量)。用于程序2的实例化对象可以进一步理解怎样将有关反应器100的设备信息(例如填充状况、压力)使用在程序2的实例化中(例如用于开启阀103的行程及速度)。此外，所述实例化对象可以核算所述设备用于程序2的参数(例如阀诊断信息)。实例化对象因此能够构建所述相关程序元件的逻辑结构，以及使用将由相关程序元件在执行期间使用的参数来填写所述相关程序元件的逻辑结构。
现在参看图5，实例化对象(程序水化器)可以等待在流程块502由所述控制配方或批执行引擎30调用或要求。例如，所述实例化对象可以基于对与所述实例化对象有关的程序元件的要求而被调用或要求，可以基于其被包含于所述控制配方的逻辑结构而被调用或要求，或可以基于对所述控制配方的逻辑结构中的所述实例化对象的标记或要求被包含而被调用或要求。
在所述实例化对象在流程块502被调用或要求时，所述实例化对象由所述相关程序元件实例化，或在所述相关程序元件中被实例化。如以上所述，每个实例化对象可以与加载到所述实例化对象中的所述相关程序元件的逻辑结构一起加载到批执行引擎30。另一方面，在流程块504，所述实例化对象可以使用上述逻辑模块或例程来构建所述程序元件的逻辑结构，包括任何子程序元件的核算。一旦所述程序元件的逻辑结构已经被构建或检索，所述实例化对象在流程块506检索用于所述程序元件的参数，其可以包括或根据已经在所述控制配方的运行时间期间开发的参数(包括已经由先前执行的程序元件开发的参数，或已经根据先前执行的程序元件开发的参数)。如以上所述，所述参数可以包括但不限于需使用的设备、过程控制数据、过程控制变数、逻辑论证或属性等等。
在流程块508，所述实例化对象将所述程序元件的逻辑结构及在流程块506检索的参数结合，以完成实例化所述程序元件。所述实例化对象的逻辑被提供，以便按所述程序元件的执行需要(而且可以由批执行引擎30引导)来结合所述参数及逻辑结构。其后，所述程序元件被加载到批执行引擎30，以便在流程块510在所述控制配方中执行。
在流程块512，所述实例化对象等待所述程序元件完成执行。在所述程序元件已经被执行时(其可以以所述实例化对象被调用或要求来指示)，所述实例化对象在流程块514用于解构所述程序元件。明确地说，所述实例化对象可以从批执行引擎30卸载所述程序元件，从而解放所述批执行引擎的资源，以及从所述程序元件的逻辑结构移动参数。所述实例化对象可以维持所述程序元件的逻辑结构或分解所述逻辑结构。其后，所述实例化对象将控制返回到流程块502，以供在所述控制配方的执行期间按需要而再次调用或要求。
图6图解所述实例化对象的另一方面，该方面可以在批执行环境中用于上述控制配方的实施。明确地说，许多用于控制配方的执行的程序元件使用相同的逻辑结构，或所述程序元件之间的差异在于其中使用的参数。在执行控制配方的过程中，相同的逻辑结构实质上是反复地使用。然而，根据以上讨论可以理解，由程序元件使用的参数在运行时间(即在所述控制配方的执行期间)之前可能为未知。
例如，再次参看图3，程序4及程序5之间的差异可以是程序4在反应器100上运行，而程序5则在反应器200上运行。程序4及程序5的逻辑结构在其他方面相同；只是与它们有关的设备及参数不同。在另一个范例中，程序1涉及使用反应器100的反应过程，而在决定点304所作决定确定所述反应过程是否需要使用程序3来运行，或确定所述批处理过程是否使用程序2来继续。由于程序3实质上是程序1的再执行，唯可能有不同参数(例如不同反应时间)，程序3的逻辑结构可能与程序1的逻辑结构相同。
现在返回到图6，综合地称为600的控制配方的执行被显示为包括不同程序元件602、604、606(程序A-C)。当然，应该理解，所述控制配方(包括不同程序元件及子程序元件等的构件结构)可以比图6中所示的控制配方复杂得多。程序A及C(602、606)被显示为包括相同的逻辑结构。因此，相同的实例化对象(综合地称为608)可以用于程序元件A及C两者。换句话说，相同的实例化对象608可以根据需要，在实例化程序元件A及C中的每个程序元件时使用相同的逻辑结构；以及可以根据需要，在将所述逻辑结构及唯一适用于程序元件A及C的参数结合时使用相同的逻辑结构。
因此，虽然所述控制配方的执行使用两个不同的程序元件，但该两个程序元件只需要一个实例化对象。因此，只是一个实例化对象在创建时间时被加载到批执行引擎30，而且所述实例化对象只需要为该两个程序元件维持一个逻辑结构，或只是需要维持用于为该两个程序元件构建一个逻辑结构所需的逻辑。
比较测试已经显示，上述用于实施控制配方的方法可以显著地改善内存使用或消耗，其改善可多至93％-视所述控制配方的复杂性而定。因此，由于可用资源的增加，可以同时运行多得多的批。虽然按需要实例化每个程序元件涉及若干时间，但即使是最大而复杂的控制配方为实例化一程序元件而涉及的时间增加只不过是几秒。
虽然以上批执行技术参考用于实施控制配方的已改善方法及系统来进行描述，但过程控制系统中的控制配方的运行依赖设备模型，这些设备模型向执行环境描述所述过程设备的物理设备(例如槽、阀、泵等等)。一般上，程序元件被实施为计算机程序，这些计算机程序由数据处理设备(包括个人计算机、工作站14及控制器12)执行，或在数据处理设备(包括个人计算机、工作站14及控制器12)中执行。程序元件的执行导致从可以用于控制物理元件(比如设备)的数据处理设备输出。程序元件通过调用对至少一个物理元件的“基本控制”来执行其指派任务。这类的控制专用于建立及维持所述物理元件的特定需要状态。基本控制(例如)将起动或维持存储元件中的材料流率或聚氯乙烯反应元件中的原料的加热。
所述程序模型的较低层次(也就是阶段)执行与所述实际物理元件的实际通信，从而调用或执行基本控制。所述程序模型的较高层次被提供为摘要，以改善所述程序模型以及所述物理模型的组织及结构。执行对象或过程在执行程序元件的所述数据处理设备(例如所述批执行引擎)上运行。所述对象或过程根据一个或多个模型来协调程序元件的执行。程序、相应的单元程序、相应的操作及相应的阶段各自的步骤自始至终由所述对象或过程排序。在阶段被实例化时，所述阶段将实例化要求传送到相关控制器12中的阶段逻辑界面。所述可编程控制器12接着为所述阶段执行实际状态逻辑，并通过对所述过程设备的通信来提供所需要的过程控制。
图7图解批执行环境中的批执行引擎30、控制器12及其中提供的设备模型700之间的逻辑关系的一个范例。像S-88标准中指定的那些模块一样，设备模型700被分解为设备模块及分解为控制模块702、704、706，使得所创建的每个模块代表一逻辑集合的控制动作。例如，一反应器(及相关的过滤器及干燥器)可以分解为三或四个控制模块，每个控制模块用于操纵及协调多个阀103及泵，以便在没有不适当地混合不必要的供应材料的情况下，将产品从一个反应器移到另一个反应器，或将产品从一个区域移到另一个区域。这些控制模块本身典型地组合在一起，以构成“阶段逻辑模块”708。
阶段逻辑模块708本身为可以用于执行特定任务(例如“混合”、“输送”或“加热”)的实体。通常这些阶段708被分配及执行于所述分布式批控制系统中的控制器12。同时，工厂设备模型700也被分配及加载到“较高层次”的批执行引擎30，“较高层次”的批执行引擎30负责协调在控制器12中运行的多个阶段708，以完成较高层次的控制配方，每个较高层次的控制配方导致制成品。
由于控制器12及批执行引擎30之间的这个逻辑关系，较低层次的控制器12及较高层次的批执行引擎30之间的设备模型700的两个拷贝应保持一致，以便使控制配方的执行能够成功地完成。虽然如此，疏忽或必然性可能导致一个或多个控制器12及批执行引擎30辨认的设备模型之间出现矛盾。在发生这种情况时，可以用以下描述的解决技术来调节所述情况，而不是在矛盾发生时立刻中止所述的批。使用下述技术，可以减少损失的生产时间，而且在最坏的情况，可以减少因物理过程所受时间限制而遭致的产品损失。
图8图解用于解决由控制器12及批执行引擎30所维持的模型之间的矛盾的技术的一个范例。明确地说，所述技术提供可以检测矛盾的方式，并向批执行引擎30或设备人员提供在运行时间决定是否解决或忽略所述矛盾的能力。在一个范例中，用于解决矛盾的所述技术可以执行为程序元件的执行的部分，如以上讨论的那样。这个选择在为对怎样及在什么时候实施工厂设备模型改变的决定提供灵活性的同时，使得所述模型的旧版本及新版本或它们的参数能够同时共存。
现在参看图8，所述范例假设所述过程设备中使用一阶段，该阶段称为阶段_1，而阶段_1有一单一输入参数，该输入参数在流程块802标注为“反应时间”，该单一输入参数“反应_时间”由其阶段逻辑用于确定所述阶段应运行反应器100多久。然而，应该理解，图8中所示的技术可以同样应用于所述模型(包括不同模型版本)、不同设备(例如不同反应器)的模型或任何其他模型参数之间的任何矛盾。此外，虽然所述模型与所述过程设备中的设备或装置有关，但应该理解，所述模型可以涉及所述过程设备中的任何实体，包括环路、单元、区域及所述整个过程设备本身的模型。
在某个时候，所述阶段(其为整个工厂设备模型的部分)被下载到控制器12及批执行引擎30-如在流程块804标注的那样，而且在需要时被使用。在这个范例中，所述“反应_时间”参数可以在运行时间由批执行引擎30初始化(初始化可以根据操作员的输入选择)，然后在起动阶段_1之前发送到控制器12。
在这个范例中，进一步假设在由至少一个控制器12维持的模型及由批执行引擎30维持的模型之间引进一矛盾。例如，设备人员可能需要对阶段1进行修改，使阶段_1有2个输入参数，而不是1个输入参数。例如，设备人员可能添加第二参数“卸载_目标”，以用于确定所述产品在阶段_1完成之后应发送到哪里。为了使用所述阶段的这个新版本，所述改变应被下载到可能需要运行其逻辑(如在流程块808标注的那样)的任何控制器12，以及将所述新信息发送到批执行引擎30。
然而，有可能甚至很可能的是，所述改变可通过N-M，安全地更新到有些控制器12，而不是更新到其他控制器(N)，所述更新可能基于使用所述控制器的多个批处理的状态。例如，使用控制器N的批处理可能妨碍所述控制器更新所述模型。如果批执行引擎30正在对当时没有模型的控制器N运行一个批处理；或是正在运行已经以第二参数“卸载__目标”更新的一个阶段。
在批执行引擎30接收输入来对控制器N执行所述批处理(例如执行与控制器N有关的过程)时-如流程块810标注的那样，批执行引擎30发送“卸载_目标”的一个值到所述控制器-如流程块812标注的那样。然而，由控制器12维持的阶段_1的较旧版本将不会知道任何有关新“卸载_目标”参数的信息。
然而，实际上所述矛盾可能完全是良性的。例如，可能阶段_1已经在没有发生事件的情况下运行了一段很可观的时间(例如数周)-因为在旧配置中，所述“卸载_目标”被“硬编码”到所述阶段逻辑本身。在这种情况下，所述硬编码值已足够，而阶段_1可以由所述控制器执行。另一方面，有可能所述矛盾是由于疏忽(即所述新配置没有下载到所述控制器，而所述控制器没有“卸载_目标”的值)，在这种情况下，遗漏的参数不能被忽略。所述矛盾可以在流程块814由控制器12向批执行引擎30报告(例如在接收指示所述值或参数未知时，通过信号交换信号报告)，而批执行引擎30可以向一工作站14提供有关所述矛盾的信息，以供操作员处理所述矛盾。在这种情况下，操作员可以包括工作站用户或由所述工作站14使用的诊断及维护例程。可选择地，批执行引擎30可以在向所述工作站14报告或不向所述工作站14报告的情况下处理所述矛盾。
明确地说，在流程块816提供一个选项，以便在流程块818中止(停止)所述批处理过程，或在流程块820通过执行阶段_1及继续所述批处理过程，而不是自动地中止所述批处理过程。所述决定可以由工作站用户做出、由所述工作站14使用的诊断及维护例程做出、或由批执行引擎30做出。例如，所述提示可以向所述工作站14的工作站用户(例如设备操作员)显示，或以其他方式提供给所述工作站14或批执行引擎30。所述提示可以包括有关所述矛盾的信息，包括位置(例如控制器)、涉及的模型、模型版本、涉及的模型参数(例如阶段_1、“卸载_目标”)或任何其他有关导致所述矛盾的、控制器12的模型与批执行引擎30的模型之间的差异的信息。所述提示可以进一步包括附加信息，以通过查找可以使用的替代值(例如硬编码值)或确定所述矛盾是否为疏忽来评估所述矛盾的严重性。
用于提供所述提示中的信息的逻辑可以由所述过程系统的多方面(包括控制器12、批执行引擎30及工作站14)提供。例如，控制器12及批执行引擎30各可以提供各自的模型版本及相关参数、犯规参数的标识、先前用于犯规参数的值、先前更新的日期/时间等等，而且控制器12、批执行引擎30及工作站14中的任何一个可以使用所述信息来确定所述矛盾的来源及其对所述批处理过程的影响。当然，这些信息也可以向用户显示，以供用户调用决定。
如果在流程块816的决定是中止(停止)所述批过程，则所述矛盾可以通过将正确模型或模型更新上载到所述控制器12来解决。如果在流程块816的决定是继续所述批处理过程，所述控制器可以被提供可使用的替代性信息，比如使用所述模型或阶段的较旧版本的指令。例如，所述控制器12可以被提供在先前的批处理运行中使用而没有发生事件的“卸载_目标”先前值，这个先前值可以从历史数据库19以所述硬编码值提供。所述控制器12接着能够执行阶段_1，而所述批处理被允许继续。所述控制器12或批执行引擎30可以使用的其他参数范例包括默认值(例如制造商默认值或批处理过程默认值)、用户输入值等等。如果所述过程中的多个控制器使用相同的模型或模型参数，但只是一个控制器提供所述矛盾，所述批执行引擎30可以提供全局参数以供所有控制器12使用，而所述全局参数与所述模型的所有版本兼容。
虽然前述文字阐明了本发明的许多不同的具体实施例的详细描述，但应该理解，本发明的范围是以本专利结尾处的权利要求中宣布的文字定义。所述详细描述只应被解释成起范例性作用，而且其并未描述本发明的每一种可能的具体实施方式，这是由于描述每一种可能的具体实施方式将是不实际的-如果不是不可能的。许多选择性的实施例可以通过利用目前的技术或利用在本专利提交日期之后开发的技术来实现，而这些技术将还是属于定义本发明的权利要求的范围之内。
因此，可以在不脱离本发明的精神及范围的条件下，对在此描述及图解的技术及结构进行许多修改和变化。因此，应该理解，在此描述的方法和设备只是在于阐明而不是限制本发明包括的范围。

Claims (39)

1、一种在过程控制系统中用于实施控制过程的系统，其中所述控制过程包括控制过程结构，而所述控制过程的执行包括多个程序元件的执行，所述系统包括：
多个实例化对象，其中所述控制过程的每个程序元件与所述实例化对象的其中之一有关；以及
控制过程执行对象，所述控制过程执行对象将所述控制过程结构加载到控制过程执行引擎，在所述控制过程被实例化时将所述多个实例化对象中的每个实例化对象加载到所述控制过程执行引擎，在所述控制过程结构在所述控制过程的执行期间要求所述程序元件时使用每个实例化对象来实例化与所述实例化对象有关的程序元件，执行所实例化的程序元件作为所述控制过程的部分，以及在所述程序元件的执行在所述控制过程的执行期间完成时使用所述实例化对象来解构所实例化的程序元件。
2、如权利要求1所述的系统，其中所述控制过程执行对象适合在所述控制过程被实例化时将每个程序元件的逻辑结构加载到所述相关的实例化对象。
3、如权利要求1所述的系统，其中所述多个实例化对象中的每个实例化对象适合通过创建所述程序元件的逻辑结构、以控制过程参数来填写所述逻辑结构来创建所述相关的程序元件、以及将所填写的逻辑结构加载到所述控制过程结构，以实例化与所述实例化对象有关的程序元件。
4、如权利要求3所述的系统，其中所述多个实例化对象中的每个实例化对象适合使用在所述控制过程的执行期间产生的控制过程参数来填写所述相关的程序元件的所述逻辑结构。
5、如权利要求4所述的系统，其中所述多个实例化对象中的每个实例化对象适合使用基于所述控制过程中的先前程序元件的执行而产生的控制过程参数来填写所述相关的程序元件的所述逻辑结构。
6、如权利要求3所述的系统，其中所述多个实例化对象中的每个实例化对象适合使用从包含所述过程控制系统中的设备的逻辑论证、过程控制变数、过程控制数据及使用的组合中选择的一个或多个控制过程参数来填写所述相关的程序元件的所述逻辑结构。
7、如权利要求1所述的系统，其中所述多个实例化对象中的每个实例化对象适合通过从所述控制过程结构卸载所述程序元件、从所述程序元件的所述逻辑结构移动过程参数以及解构所述程序元件的所述逻辑结构，以解构与所述实例化对象有关的程序元件。
8、如权利要求1所述的系统，其中所述控制过程结构包括两个或多个程序元件之间的多个选择，而所述控制过程的执行包括每个选择的所述两个或多个程序元件之间的决定，及其中所述实例化对象适合只实例化所述两个或多个程序元件中的其中之一。
9、如权利要求8所述的系统，其中所述实例化对象适合根据所述控制过程中的先前程序元件的执行，只实例化所述两个或多个程序元件中的其中之一。
10、如权利要求1所述的系统，其中所述控制过程结构包括所述多个实例化对象。
11、如权利要求1所述的系统，其中所述多个程序元件中的两个或多个程序元件包括所述相同的逻辑结构，及其中带有所述相同的逻辑结构的每个所述程序元件与所述相同的实例化对象有关。
12、如权利要求1所述的系统，其中：
所实例化的程序元件的执行包括子程序元件的执行；
所述子程序元件与包括所述子程序元件的逻辑结构的实例化对象有关；以及
所述控制过程执行对象适合在所述程序元件被实例化时将与所述子程序元件有关的实例化对象加载到所述控制过程执行引擎，在所实例化的程序元件在所实例化的程序元件的执行期间要求所述子程序元件时使用与所述子程序元件有关的所述实例化对象来实例化所述子程序元件，执行所实例化的子程序元件作为所实例化的程序元件的部分，以及在所述子程序元件的执行在所实例化的程序元件的执行期间完成时使用与所述子程序元件有关的所述实例化对象来解构所实例化的子程序元件。
13、如权利要求1所述的系统，其中所述控制过程包括适用于批处理过程的控制配方。
14、一种在执行控制过程时用于解决过程控制系统中的设备模型中的矛盾的系统，所述系统包括：
过程控制器，所述过程控制器带有所述过程控制系统的实体的第一模型；
控制过程执行引擎，所述控制过程执行引擎带有所述过程控制系统的所述实体的第二模型，其中所述控制过程执行引擎适合根据所述实体的所述第二模型来向所述过程控制器提供控制指令，及其中所述过程控制器适合根据所述实体的所述第一模型来执行所述控制指令；以及
控制执行对象，所述控制执行对象在所述控制过程的执行期间检测所述实体的所述第一及第二模型之间的差异并产生提示以响应所述差异的检测，及接收有关所述控制过程的继续操作的操作指令，其中所述操作指令包括继续所述控制过程的执行或中止所述控制过程的执行的其中之一。
15、如权利要求14所述的系统，其中所述提示包括所述实体的所述第一及第二模型之间的所述差异的标识。
16、如权利要求14所述的系统，其中所述提示包括向用户提供的所述实体的所述第一及第二模型之间的所述差异的显示。
17、如权利要求14所述的系统，其中所述操作指令包括来自所述控制过程的、要求继续所述控制过程的执行的操作指令。
18、如权利要求14所述的系统，其中所述操作指令包括来自用户的操作指令，其中所述用户可在继续所述控制过程的执行及中止所述控制过程的执行之间进行选择。
19、如权利要求14所述的系统，进一步包括多个过程控制器，其中所述实体的所述第一及第二模型之间的所述差异包括所述实体的所述第一及第二模型的参数中的差异，及其中所述操作指令包括使用通用参数来继续所述控制过程的执行的操作指令，而所述通用参数被提供给使用所述参数的所述多个过程控制器中的每个过程控制器。
20、如权利要求14所述的系统，其中所述实体的所述第一及第二模型之间的所述差异包括所述实体的所述第一及第二模型的参数中的差异，及其中所述操作指令包括使用默认参数来继续所述控制过程的执行的操作指令。
21、如权利要求14所述的系统，其中所述实体的所述第一及第二模型之间的所述差异包括所述实体的所述第一及第二模型的参数中的差异，及其中所述操作指令包括使用由所述第一及第二模型使用的先前参数来继续所述控制过程的执行的操作指令。
22、一种在过程控制系统中用于实施控制过程的方法，其中所述控制过程包括在所述控制过程的执行期间要求多个程序元件的控制过程结构，所述方法包括：
为所述程序元件中的每个程序元件建立实例化对象；
在所述程序元件在所述控制过程的执行期间被所述控制过程要求时，在所述相关的实例化对象中构建程序元件；
执行所述程序元件作为所述控制过程的部分；以及
一旦所述程序元件已经被执行作为所述控制过程的部分时，解构所述实例化对象中的所述程序元件，其中解构所述程序元件的步骤是在所述控制过程的执行期间执行。
23、如权利要求22所述的方法，其中为所述程序元件中的每个程序元件建立实例化对象的步骤包括：在所述控制过程结构中实施所述实例化对象，作为对所述多个程序元件的所述要求。
24、如权利要求22所述的方法，其中在所述相关的实例化对象中构建所述程序元件的步骤包括：向所述程序元件分配资源，以供执行为所述控制过程的部分；及其中解构所述实例化对象中的所述程序元件的步骤包括释放已分配给所述程序元件的所述资源。
25、如权利要求22所述的方法，其中在所述相关的实例化对象中构建所述程序元件的步骤包括：
将所述程序元件的逻辑结构及一个或多个控制过程参数结合；以及
将所结合的所述程序元件的逻辑结构及所述一个或多个控制过程参数加载到所述控制过程结构。
26、如权利要求25所述的方法，其中在所述相关的实例化对象中构建所述程序元件的步骤进一步包括：构建所述程序元件的所述逻辑结构。
27、如权利要求25所述的方法，其中将所述程序元件的逻辑结构及一个或多个控制过程参数结合的步骤包括：将所述程序元件的逻辑结构及在所述控制过程的执行期间产生的一个或多个控制过程参数结合。
28、如权利要求27所述的方法，其中将所述程序元件的逻辑结构及一个或多个控制过程参数结合的步骤包括：将所述程序元件的逻辑结构及来自先前在所述控制过程中执行的程序元件的一个或多个控制过程参数结合。
29、如权利要求22所述的方法，进一步包括：
实例化所述控制过程；以及
在所述控制过程被实例化时，将每个程序元件的所述逻辑结构加载到所述相关的实例化对象。
30、如权利要求22所述的方法，其中每个程序元件包括逻辑结构，及其中为所述程序元件中的每个程序元件建立实例化对象的步骤包括：为带有所述相同的逻辑结构的多个程序元件建立实例化对象。
31、如权利要求22所述的方法，其中所实例化的程序元件包括在所实例化的程序元件的执行期间要求一子程序元件的逻辑结构，所述方法进一步包括：
为所述子程序元件建立实例化对象；
在一子程序元件在所实例化的程序元件的执行期间被所实例化的程序元件要求时，在所述相关的实例化对象中构建所述子程序元件；
执行所述子程序元件作为所实例化的程序元件的部分；以及
一旦所述子程序元件已经被执行作为所实例化的程序元件的部分时，解构所述实例化对象中的所述子程序元件，其中解构所述子程序元件的步骤是在所实例化的程序元件的执行期间执行。
32、一种在处理及执行环境中用于解决矛盾的方法包括：
根据过程控制模型的第一版本来执行控制过程，以产生控制参数；
将控制参数传输到所述过程中的控制器；
与所述过程控制模型的第二版本一起使用所述控制参数，以执行控制功能；
根据所述过程控制模型的所述第二版本使用所述控制参数的能力，要求有关所述控制过程的继续操作的操作指令，其中如果所述参数不能与所述过程控制模型的所述第二版本一起使用，则所述过程控制模型的所述第二版本产生误差；
如果所述操作指令包括继续执行指令，则继续所述控制过程的执行；以及
如果所述操作指令包括中止执行指令，则中止所述控制过程的执行。
33、如权利要求32所述的方法，其中要求操作指令的步骤包括传送带有所述实体的所述第一及第二模型之间的所述差异的标识的提示。
34、如权利要求32所述的方法，其中要求操作指令的步骤包括向用户显示所述实体的所述第一及第二模型之间的所述差异。
35、如权利要求32所述的方法，进一步包括：
如果由于所述过程控制模型的所述第一及第二版本的参数中的差异而导致所述参数不可使用，则产生所述误差；以及
向使用所述参数的多个控制器中的每个控制器提供通用参数，
其中继续所述控制过程的执行的步骤包括使用所述通用参数来继续所述控制过程的执行。
36、如权利要求32所述的方法，进一步包括如果由于所述过程控制模型的所述第一及第二版本的参数中的差异而导致所述参数不可使用，则产生所述误差，其中继续所述控制过程的执行的步骤包括使用默认参数来继续所述控制过程的执行。
37、如权利要求32所述的方法，进一步包括如果由于所述过程控制模型的所述第一及第二版本的参数中的差异而导致所述参数不可使用，则产生所述误差，其中继续所述控制过程的执行的步骤包括使用由所述过程控制模型的所述第一及第二版本使用的先前参数来继续所述控制过程的执行。
38、一种在过程控制系统中用于为批处理过程实施控制配方的方法，其中所述控制配方包括在所述控制配方的执行期间要求多个程序元件的控制配方结构，所述方法包括：
为所述程序元件中的每个程序元件建立实例化对象；
根据过程控制模型的第一版本来执行所述控制配方，以产生控制参数；
在所述程序元件在所述控制过程的执行期间被所述控制过程要求时，根据所述相关的实例化对象来构建程序元件；
执行所述程序元件作为所述控制配方的部分，其中执行所述程序元件的步骤包括在所述批处理过程中将控制参数传输到控制器，及与所述过程控制模型的第二版本一起使用所述控制参数来执行控制功能，以及根据所述过程控制模型的所述第二版本使用所述控制参数的能力，要求有关所述控制配方的继续操作的操作指令，其中如果所述参数不能与所述过程控制模型的所述第二版本一起使用，则所述过程控制模型的所述第二版本产生误差；
如果所述操作指令包括继续执行指令，则继续所述批处理过程的执行，其中继续所述批处理过程的执行的步骤包括：一旦所述程序元件已经被执行作为所述控制配方的部分时，解构所述程序元件；及其中解构所述程序元件的步骤是在所述控制配方的执行期间执行；以及
如果所述操作指令包括中止执行指令，则中止所述批处理过程的执行。
39、一种在过程控制系统中用于为批处理过程实施控制配方的系统，其中所述控制配方包括控制配方结构，而所述控制配方的执行包括多个程序元件的执行，所述系统包括：
过程控制器，所述过程控制器带有所述过程控制系统的实体的第一模型；
多个实例化对象，其中所述控制配方的每个程序元件与所述实例化对象的其中之一有关；以及
批处理过程执行引擎，所述批处理过程执行引擎带有所述过程控制系统的所述实体的第二模型，其中所述批处理过程执行引擎适合根据所述实体的所述第二模型来向所述过程控制器提供控制指令，及其中所述过程控制器适合根据所述实体的所述第一模型来执行所述控制指令；
批处理过程执行对象，所述批处理过程执行对象将所述控制过程结构加载到所述批处理过程执行引擎，在所述控制过程被实例化时将所述多个实例化对象中的每个实例化对象加载到所述批处理过程执行引擎，在所述控制配方结构在所述控制配方的执行期间要求所述程序元件时使用每个实例化对象来实例化与所述实例化对象有关的程序元件，执行所实例化的程序元件作为所述控制配方的部分，其在所述控制配方的所实例化的程序元件的执行期间检测所述实体的所述第一及第二模型之间的差异并产生提示以响应所述差异的检测，接收有关所述批处理过程的继续操作的操作指令；其中所述操作指令包括继续所述批处理过程的执行或中止所述批处理过程的执行的其中之一，如果所述操作指令包括继续执行指令，则在所述程序元件的执行在所述控制配方的执行期间完成时使用所述实例化对象来解构所实例化的程序元件，及如果所述操作指令包括中止执行指令，则中止所述批处理过程的执行。
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