CN101467110A - 用于使用无线设备进行过程控制的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种设备，包含至少一个过程元件(202)和被配置与至少一个过程元件(202)进行通信的第一收发信机(204)。该设备还包括第二收发信机(206)，其被配置与第一收发信机(204)进行无线通信并且与过程控制系统(100)进行通信。过程控制系统(100)可以将数据通过第一收发信机(204)和第二收发信机(206)传送给至少一个过程元件(202)。过程控制系统(100)也可以通过第一收发信机(204)和第二收发信机(206)接收来自至少一个过程元件(202)的数据。
Description
技术领域
本公开总的涉及过程控制系统，更具体地涉及用于使用无线设备进行过程控制的系统和方法。
背景技术
处理设施通常是使用过程控制系统来管理。处理设施的例子包括制造设备(plant)、化工设备、原油精炼设备、以及矿石处理设备。在其他的操作中，过程控制系统通常管理处理设施中的发动机、阀门和其他工业设备的使用。
先进的控制与优化技术一般都是受到能够提供给控制应用的信息的数量和质量的限制。通常，如果额外的仪器被添加到控制系统的话，则更多或更高的质量信息能够提供给该控制应用。然而，在控制保真度与成本之间的权衡往往结果是与增加硬连线仪器相关的高的开销。反过来，一些关键的经济问题，不一定与控制的鲁棒性相关，被排除在控制优化问题之外，导致次优的经济形势。
此外，在一些典型情况中，信息必须通过复杂的计算或以其他方式来推断，因为使用典型仪器直接观察是不切实际的或不可能的。总之，由于缺乏可操作的信息，真正的过程优化往往是无法实现的，即使当采用先进的控制策略时也是如此。
发明内容
本公开提供了用于使用无线设备进行过程控制的系统和方法。
在第一个实施例中，设备包含至少一个过程元件和被配置为与至少一个过程元件通信的第一收发信机。该设备还包括第二收发信机，其被配置与第一收发信机进行无线通信和与过程控制系统通信。
在特定实施例中，过程控制系统通过第一收发信机和第二收发信机传输数据到至少一个过程元件。在其他特定实施例中，过程控制系统通过第一收发信机和第二收发信机接收来自至少一个过程元件的数据。
在又一些其他的特定实施例中，该设备还包括至少一个第二过程元件和被配置与至少一个第二过程元件进行通信的第三收发信机。第二收发信机还被配置与第三收发信机进行无线通信。
在第二实施例中，过程控制系统包含至少一个控制器和能够由该至少一个控制器控制的至少一个过程元件。该系统还包括被配置与至少一个过程元件通信的第一收发信机和被配置与第一收发信机进行无线通信的第二收发信机。第二收发信机还被配置与至少一个控制器进行通信。
在第三实施例中，方法包括在第一收发信机处接收来自至少一个过程元件的数据，无线地传送该数据到第二收发信机，并且将该数据从第二收发信机传送到过程控制系统。该方法还可能包括在第二收发信机处接收来自过程控制系统的第二数据，并且无线地传送该第二数据到第一收发信机，并且将该第二数据从第一收发信机传送到至少一个过程元件。
其他技术特征对于本领域的技术人员来说从下面的附图、说明和权利要求可以很容易明白。
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说明，其中：
图1图示了根据本公开的一个实施例的示例性过程控制系统；
图2图示了根据本公开的一个实施例的过程控制系统中包括无线部分的示例性过程元件；以及
图3图示了根据本公开的一个实施例的使用无线设备进行过程控制的示例性方法。
具体实施方式
图1图示了根据本公开的一个实施例的示例性过程控制系统100。如图1所示的过程控制系统100的实施例只用于说明目的。在不背离这一公开的范围的情况下，可以使用过程控制系统100的其他实施例。
在这个示例性实施例中，过程控制系统100包含一个或多个过程元件102a-102b。过程元件102a-102b代表可以执行任何各种各样功能的过程或生产系统中的部件。例如，过程元件102a-102b可以代表发动机、催化裂化装置、阀门和生产环境中的其他工业设备。过程元件102a-102b可以代表在任何适当的过程或生产系统中的任何其他的或额外的部件。每个过程元件102a-102b包括任何硬件、软件、固件、或其组合，用于执行过程或生产系统中的一个或多个功能。虽然在这个例子中示出了仅两个过程元件102a-102b，在过程控制系统100的特定实现中可以包括任何数量的过程元件。
两个控制器104a-104b被耦合到过程元件102a-102b。控制器104a-104b控制过程元件102a-102b的操作。例如，控制器104a-104b可以能够监测过程元件102a-102b的操作，并且提供控制信号给过程元件102a-102b。控制器104a-104b中的每个包括任何硬件、软件、固件、或其组合，用于控制过程元件102a-102b中的一个或多个。控制器104a-104b可以例如包括运行GREEN HILLS INTEGRITY操作系统的PowerPC处理器系列的处理器或运行微软视窗操作系统的X86处理器系列的处理器。
两个服务器106a-106b耦合到控制器104a-104b。服务器106a-106b执行各种功能，以支持控制器104a-104b和过程元件102a-102b的操作和控制。例如，服务器106a-106b可以记录由控制器104a-104b所收集或生成的信息，比如有关过程元件102a-102b操作的状态信息。服务器106a-106b还可以执行应用，所述应用控制控制器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可以提供到控制器104a-104b的安全接入。服务器106a-106b中的每个包括任何硬件、软件、固件、或其组合，用于提供接入或控制控制器104a-104b。服务器106a-106b可以例如代表执行微软视窗操作系统的个人计算机(比如台式计算机)。作为另一个例子，服务器106a-106b可以包括运行GREEN HILLS INTEGRITY操作系统的PowerPC处理器系列的处理器或运行微软视窗操作系统的x86处理器系列的处理器。
一个或多个操作者站108a-108b耦合到服务器106a-106b，一个或多个操作者站108c耦合到控制器104a-104b。操作者站108a-108b代表计算或通信设备，其提供到服务器106a-106b的用户接入，然后该服务器106a-106b可以提供到控制器104a-104b以及过程元件102a-102b的用户接入。操作者站108c代表计算或通信设备，其提供到控制器104a-104b的用户接入(不使用服务器106a-106b的资源)。作为具体实例，使用控制器104a-104b和/或服务器106a-106b所收集的信息，操作者站108a-108c可以允许用户审查过程元件102a-102b的工作历史。操作者站108a-108c还可以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。操作者站108a-108c中的每个包括任何硬件、软件、固件、或其组合，用于支持用户接入和控制系统100。操作者站108a-108c可能例如代表了具有显示器和执行微软视窗操作系统的处理器的个人计算机。
在这个例子中，至少一个操作者站108b远离服务器106a-106b。该远程站通过网络110耦合到服务器106a-106b。网络110促进了系统100中的各个部件之间的通信。例如，网络110可以在网络地址之间传送互联网协议(IP)分组、帧中继帧、异步转移模式(ATM)单元、或其他适当的信息。网络110可以包括一个或多个局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、全部或部分的全球网络比如因特网、或在一个或多个地点上的任何其他一个或多个通信系统。
在这个例子中，系统100还包括两个额外的服务器112a-112b。服务器112a-112b执行各种应用来控制系统100的整体操作。例如，该系统100可以用于处理或生产设备或其他设施中，并且服务器112a-112b可以执行用于控制设备或其他设施的应用。作为特定例子，服务器112a-112b可以执行应用，比如企业资源规划(ERP)、制造执行系统(MES)、或任何其他的或额外的设备或过程控制应用。服务器112a-112b中的每个包括任何硬件、软件、固件、或其结合，用于控制系统100的整体操作。
如图1所示，系统100包括多种冗余网络114a-114b和单一网络116a-116b，其支持系统100中的部件之间的通信。这些网络114a-114b、116a-116b中的每个代表任何适当的网络或网络的结合，促进系统100中的部件之间的通信。网络114a-114b、116a-116b可能例如代表以太网。过程控制系统100根据特定需要可以具有任何其他适当的网络拓扑结构。
在操作的一个方面中，一个或多个过程元件102a-102b中的每个可能包括无线部分，如下面参考图2具体地加以描述的。过程元件的无线部分允许其布置和用于其中常规有线过程元件将是不切实际、成本高昂、甚至无法使用的位置。虽然下面仅描述了过程元件102a为包括无线部分，在过程控制系统100中的任何数量的过程元件可以包括无线部分。
虽然图1示例了过程控制系统100的一个例子，但是可以对图1做出各种改变。例如，控制系统可以包括任何数量的过程元件、控制器、服务器、和操作者站。
图2示例了根据本公开的一个实施例在过程控制系统100中包括无线部分的过程元件102a的例子。图2中示例的过程元件102a只用于说明目的。在不背离本公开的范围的情况下，其他过程元件可以用于过程控制系统中。此外，为了便于解释，图2所示的过程元件102a关于图1的过程控制系统100进行描述。图2所示的过程元件102a可以用于任何其他适当的设备或系统。
在这个例子中，过程元件102a包含一个或多个实际的过程元件202和由两个收发信机204和206所形成的无线部分，它们通过无线链路208进行通信。一个或多个过程元件202可以代表发动机、催化裂化装置、阀门、生产环境中的其他工业设备。过程元件202可以代表任何适当的处理或生产系统中的任何其他或额外的部件。每个过程元件202包括任何硬件、软件、固件、或其组合，用于执行处理或生产系统中的一个或多个功能。
在特定实施例中，过程元件202包括监测仪器，其特别被配置以工作在敌方环境中，比如在极端温度或压力或存在有毒物质的地方。在许多情况下，这些环境使得典型的硬连线仪器不切实际或不可能使用。
一个或多个过程元件202耦合到收发信机204。在一些实施例中，过程元件202直接连接到收发信机204。在特定实施例中，收发信机204与过程元件202集成或者集成到过程元件202中。收发信机204通过无线链路208与收发信机206通信，收发信机206进而又如上所述通过网络116b进行通信。根据执行情况，收发信机204可以支持单向或双向通信。例如，当没有任何指示或其他数据将发送到该过程元件202时，收发信机204可以能够传输并且不接收。
无线链路208能够根据特定需要使用任何适当的无线技术来实现。适当的无线技术可以包括但不仅限于模拟和数字射频(RF)信号、以及特别协议比如WiFi、蓝牙、TDMA、CDMA、OFDMA、RFID、光信令以及其他。收发信机204和206能够使用与所需要的无线技术一致的任何适当的收发信机技术来实现。
虽然收发信机204可以通常位于非常接近过程元件202或与过程元件202集成，但是收发信机206能够根据需要位于靠近或远离收发信机204，只要无线链路208可靠。在许多情况下，过程元件202和收发信机204是电池供电的，收发信机206可以尽可能接近收发信机204，以便最小化传输功耗。
在一些实施例中，收发信机206直接连接到网络116b。在特定实施例中，收发信机206是专用收发信机或实现为数据处理系统、控制器、或其他设备或系统的一部分。
结合先进的过程控制和优化技术的无线技术使得更多的信息能够提供给控制器或其他设备。这可能提供更好的控制保真度而无需与硬连线设备相关的高成本安装。它还允许从危险地区获取传感器数据，比如其中有线安装将需要部件停工(unit shutdown)的地方或在高温作业(hot work)中。根据本公开的系统能够产生来自先前无法到达的地区(比如催化剂床内部)的过程信息，并且减少或消除需要复杂计算以推断出相同的信息。其他实现可能包括放置过程元件在反应堆内来测量靠近分裂蒸馏塔或者在分裂蒸馏塔内的反应堆。其他好处可以包括用于直接地控制与过程经济学相联系的参数的能力。
虽然图2示例了在过程控制系统100中的包括无线部分的过程元件102a的一个例子，但是可以对图2做出各种变化。例如，收发信机204可以集成到过程元件202中。此外，收发信机206可以被配置与一个或多个收发信机204连接，其中每个收发信机204与一个或多个过程元件202相关联。
图3示例了根据本公开的一个实施例用于使用无线设备进行过程控制的方法例子300。
在步骤302中，在收发信机204处接收来自过程元件202的数据。
在步骤304中，数据被无线地从收发信机204传送给收发信机206。
在步骤306中，数据优选地通过网络116b从收发信机206传送给过程控制系统100。
在步骤308中，在收发信机206处接收来自过程控制系统100的第二数据。
在步骤310中，第二数据被从收发信机206无线地传送给收发信机204。
在步骤312中，第二数据从收发信机204传送给过程元件202。
虽然图3示例了为过程元件使用无线通信的方法300的一个例子，但是可以对图3做出各种变化。例如，可能根据需要多次会出现所述步骤的一个、一些或者全部。另外，虽然图3中的各个步骤作为步骤序列而示出，但是图3中的各个步骤可以平行地或以不同次序地发生。
阐述在整个这个专利文件中使用的某些单词和短语的定义可能是有利的。术语“耦合”及其派生词是指两个或更多元件之间的任何直接或间接通信，不论这些元件是否相互物理上接触。术语“应用”是指一个或多个计算机程序、指令集、程序、功能、对象、类、实例、或相关数据(其适合于以适当的计算机语言实现)。术语“包括”和“包含”以及其派生词，意味着包括而非限制。术语“或”具有包容性，意味着和/或。短语“与...关联”和“与其关联”以及其派生词，可能意味着包括、被包括在其中、互连、包含、包含在其中、连接到或与其相连、耦合到或与其耦合、与其通信、与其合作、交织、并列、接近、约束到或者约束、具有、具有特性等等。术语“控制器”是指控制至少一个操作的任何设备、系统、或其一部分。控制器可以以硬件、固件、软件、或其至少两个的某种组合来实现。与任何特定控制器相关的功能可以集中或分散，无论是本地还是远程的。
虽然本公开已经描述了某些实施例和一般的关联方法，但是对这些实施例和方法的改变和置换对于本领域的技术人员来说将是将显而易见的。因此，上述示例性实施例的描述没有限定或限制本公开。在不背离如由以下权利要求所限定的本公开的宗旨和范围的情况下，也可能有其他的变化、替换和改变。
Claims (10)
1.一种设备，包括：
至少一个过程元件(202)；
第一收发信机(204)，其被配置与至少一个过程元件(202)通信；以及
第二收发信机(206)，其被配置与第一收发信机(204)进行无线通信，该第二收发信机(206)进一步被配置与过程控制系统(100)进行通信。
2.根据权利要求1所述的设备，其中过程控制系统(100)能够通过第一收发信机(204)和第二收发信机(206)传输数据给至少一个过程元件(202)。
3.根据权利要求1所述的设备，其中过程控制系统(100)能够通过第一收发信机(204)和第二收发信机(206)接收来自至少一个过程元件(202)的数据。
4.根据权利要求1所述的设备，其中第一收发信机(204)集成到至少一个过程元件(202)之一中。
5.根据权利要求1所述的设备，其中第一收发信机(204)和第二收发信机(206)被这样定位以致于它们之间的有线连接是不可能的。
6.根据权利要求1所述的设备，其中多个过程元件(202)连接到第一收发信机(204)。
7.一种过程控制系统，包括：
至少一个控制器(104a-104b)；
至少一个过程元件(202)，能够由至少一个控制器(104a-104b)控制；
第一收发信机(204)，其被配置与至少一个过程元件(202)通信；以及
第二收发信机(206)，其被配置与第一收发信机(204)进行无线通信，第二收发信机(206)进一步被配置与至少一个控制器(104a-104b)通信。
8.根据权利要求7所述的过程控制系统，其中至少一个控制器(104a-104b)能够通过第一收发信机(204)和第二收发信机(206)传输数据给至少一个过程元件(202)。
9.根据权利要求7所述的过程控制系统，其中至少一个控制器(104a-104b)能够通过第一收发信机(204)和第二收发信机(206)接收来自至少一个过程元件(202)的数据。
10.一种方法，包括：
在第一收发信机(204)处接收来自至少一个过程元件(202)的数据；
无线地传送数据给第二收发信机(206)；以及
从第二收发信机(206)传送数据给过程控制系统(100)。
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