CN102741792A - 实时的设备图形状态树 - Google Patents

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CN102741792A CN2009801537745A CN200980153774A CN102741792A CN 102741792 A CN102741792 A CN 102741792A CN 2009801537745 A CN2009801537745 A CN 2009801537745A CN 200980153774 A CN200980153774 A CN 200980153774A CN 102741792 A CN102741792 A CN 102741792A
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戴维德·A·费雷拉
皮特·E·奥斯特尔姆
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Schneider Electric Systems USA Inc
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    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
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Abstract

本发明提供一种用于存储控制系统中的现场设备的分层输入的系统和方法，所述分层输入包括上层输入和下层输入，所述上层输入是接收自多个输入设备的与受控过程相关的数据，所述下层输入是由所述现场设备使用所述上层层输入产生。保存分层输入之间相关性的记录以及保存各个分层输入的状态，各个分层输入的状态被转换成图形状态树表示，所述图形状态树表示包括一个或多个分层流程所展示的相关性。向所述分层输入中的具有正常状态的输入应用视觉标记，并向所述分层输入中的具有错误状态的输入应用其它视觉标记以突出错误流程，由此能够识别图形状态树中的分层输入的状态。

Description

实时的设备图形状态树
技术领域
本发明涉及过程控制系统，尤其涉及过程控制系统中的用于现场设备诊断的图形用户界面系统。
背景技术
术语“控制”和“控制系统”是指通过监视设备或系统的一个或多个特性而对该设备或系统的操作参数所进行的控制。上述控制或控制系统用于确保输出、操作、质量和/或效率随着时间推移总能保存在理想参数范围内。
在很多领域中都用到控制。例如，过程控制通常在用于过程、重复制造和离散制造的制造业中使用，但它也广泛用于电力和其它服务产业。在必须适当保存温度和其它温度因素的住宅、商业、公共机构和工业环境中，环境控制得到应用。控制也用于监视和控制制造各种产品(例如，烤箱、石化产品到航天器)时使所使用的设备。
控制系统通常使用现场设备，现场设备包括集成在受控设备中的传感器等。例如，温度传感器通常直接安装在物品、储藏箱或用于处理、容纳或运送被测量材料的管道之上或之中。如阀门、继电器等控制设备也必须与其操作受到这些控制设备控制的装置集成在一起。
随着控制系统的复杂度的增加，在这些系统中实现有效和精确的故障识别变得日益重要。
本发明的受让人所生产的I/A SERIES
Figure BPA00001392993400011
过程控制系统代表了这一技术的重大进步。I/A SERIES过程控制系统使用包括工作站的体系结构，工作站向操作和维护人员提供监视和控制界面。通过冗余现场总线模块(redundant fieldbus module)所实现的控制，在一个或多个控制处理器(CP)中执行控制运算，该冗余现场总线模块连接到如单参数或多参数变送器或者可编程逻辑控制器(PLC)等现场设备(field device，FD)，或连接到与物理装置关联操作的传感器或阀门。过程控制系统上的各种软件包提供工厂历史追踪数据、报警能力、操作员动作追踪和所有站点的状态。对此，配置器(configurator)能够追踪包括多种设备的网络的配置，并能够产生用于识别哪一个网络组件发生故障或产生错误的消息。
虽然现有技术到目前为止是有效的，但控制系统不断增加的复杂性可能为这些技术带来问题。例如，由于这些系统的复杂性的原因，随着系统中流经有越来越多的数据(如测量和状态信息等)，各种组件出现故障的方式之间总是存在着影响下行(downstream)计算的相关性。因此，网络中的故障可导致各种网络组件产生大量的以错误消息形式存在的信息。通常，为识别出某个故障的根本原因，对这些消息及它们之间的相关性所做的检查通常消耗时间且比较繁琐。这就可能会导致如下结果：即使在根本原因可能是设备的可简单矫正的错误的情况下，或在根本原因实际上产生自位于显示错误的设备的逻辑上行(upstream)处的其它组件的情况下，仍必须替换掉整个设备。
因此，需要一种改进的用于显示和识别过程控制系统中的现场设备的错误状态的系统和方法。
发明内容
在本发明的一个方面中，布置在计算机可读媒体上的计算机可读程序代码配置成：存储控制系统中的多个现场设备中的至少一个现场设备的分层输入，所述分层输入包括上层输入和下层输入，所述上层输入是接收自多个输入设备的与受控过程相关的数据，所述下层输入是由所述现场设备使用所述上层输入产生，其中，所述一个或多个下层输入取决于一个或多个所述上层输入；保存所述分层输入之间的相关性的记录；获得各个所述分层输入的状态；将所述分层输入转换成所述分层输入的图形状态树表示，所述图形状态树表示包括在从所述上层输入到所述下层输入的分层下行方向上的一个或多个流程所展示的所述相关性；通过将视觉标记应用到所述分层输入中的具有正常状态的分层输入，并将其他视觉标记应用到所述分层输入中的具有错误状态的分层输入以突出错误流程，在视觉上识别所述图形状态树中的所述分层输入的所述状态。
在本发明的另一方面中，一种在分布式过程控制系统中的用于现场设备(FD)诊断的图形用户界面(GUI)系统包括：设备表示模块，其配置成保存输入设备的记录，所述输入设备以通信方式耦合到现场设备，并配置成产生数据，所述数据与受控于所述过程控制系统的过程相关；输入表示模块，其配置成保存所述现场设备所使用的多个输入的记录，并将所述输入表示为分层上层输入和分层下层输入，其中，所述输入表示模块配置成将所述数据表示为所述上层输入，并将所述现场设备产生的输入表示为所述下层输入，其中，所述下层输入取决于所述上层输入；输入相关性模块，其配置成保存所述多个输入之间的相关性的记录；状态模块，其配置成从所述现场设备获得各个所述多个输入的操作状态；及转换模块，其以通信方式耦合到所述状态模块，并配置成将所述多个输入转换成所述多个输入的图形状态树表示，所述图形状态树表示包括在从所述上层输入到所述下层输入的分层下行方向上的一个或多个流程所展示的所述相关性。所述转换模块配置成视觉地识别所述状态树中的所述输入的所述状态，将视觉标记应用到在所述状态树中的所述多个输入中具有正常状态的输入，并将其它视觉标记应用到所述状态树中的所述多个输入中具有错误状态的输入以突出错误流程。
在本发明的再一方面中，一种用于显示分布式过程控制系统中的现场设备的状态的方法包括：通过设备表示模块保存多个输入设备的记录，所述输入设备以通信方式耦合到所述分布式过程控制系统中的一个或多个现场设备，并配置成产生数据，所述数据与受控于所述过程控制系统的过程的物理特征相关；通过输入表示模块保存至少一个所述现场设备所使用的分层输入的记录，所述分层输入包括上层输入和下层输入，所述上层输入是所述数据，所述下层输入是由所述现场设备使用所述上层输入产生，其中，所述一个或多个下层输入取决于一个或多个所述上层输入；通过输入相关性模块保存所述多个输入之间的相关性的记录；通过以通信方式耦合到所述现场设备的状态模块获得各个所述多个输入的操作状态；通过以通信方式耦合到所述状态模块的转换模块将所述多个输入转换成所述多个输入的图形状态树表示，所述图形状态树表示包括在从所述上层输入到所述下层输入的分层下行方向上的一个或多个流程所示出的所述相关性；通过所述转换模块将视觉标记应用到所述多个输入中的具有正常状态的输入，并将其它视觉标记应用到所述多个输入中的具有错误状态的输入以突出错误流程，来视觉地识别所述图形状态树中的所述输入的所述状态。
在本发明的另一方面，一种用于分布式过程控制系统的现场设备诊断系统包括：现场设备(FD)，其以通信方式耦合到所述分布式控制系统；多个输入设备，其耦合到所述现场设备，所述输入设备配置成产生数据，所述数据与受控于所述过程控制系统的过程相关；所述现场设备配置成使用多个输入产生所述控制系统能够使用的一个或多个输出，所述多个输入包括分层上层输入和分层下层输入；所述现场设备配置成获取和使用所述数据作为所述上层输入；所述现场设备配置成使用所述上层输入产生一个或多个所述下层输入，其中，所述一个或多个所述下层输入取决于一个或多个所述上层输入；输入相关性模块，其配置成保存所述多个输入之间的相关性的记录；状态模块，其配置成基本上实时地获得各个所述多个输入的状态；转换模块，其以通信方式耦合到所述状态模块，并配置成将所述多个输入转换为所述多个输入的图形状态树表示，所述图形状态树表示包括在从所述上层输入到所述下层输入的分层下行方向上的一个或多个流程所示出的所述相关性；所述转换模块配置成通过颜色编码识别所述状态树中的所述输入的所述状态；所述转换模块配置成将颜色应用到所述状态树中的所述多个输入中具有正常操作状态的输入；所述转换模块配置成将其它颜色应用到所述多个输入中具有错误状态的输入以突出错误流程，应用到具体错误流程的最上层输入的所述其它颜色不同于应用到所述具体错误流程的其它输入的所述其它颜色。其中，各个错误流程的所述最上层输入颜色编码成表示错误的根本原因，各个错误流程的所述其它输入颜色编码成表示由一个或多个分层上行输入产生的错误状态；并且所述图形状态树通过与所述状态模块的通信实时更新。
这里所述特征和优点并不包括全部，尤其是，基于附图、说明书和权利要求书，本领域技术人员将了解本发明的其它特征和优点。另外，应注意的是，说明书所使用的表述方式的选择主要基于可读性和指导性的目的，不是对发明主题的范围限制。
附图说明
图1～图3是采用本发明的实施例的代表性过程控制系统的示意图；
图4表示本发明的实施例的代表性图形状态树；和
图5表示本发明的替代实施例的代表性图像状态树。
具体实施方式
在下文中，将参考附图(说明书的一部分)以示例的方式来说明本发明的具体实施例。下文将充分地详细说明这些实施例以使得本领域技术人员能够实施本发明，应理解本发明也可采用其它实施例。也应该理解在不背离本发明精神和范围的基础上还可以在结构、程序和系统方面进行修改。此外，为了能够清楚理解本文，没有详细说明已知的结构、电路和技术。因此，下面的具体说明不应认为是限制性的，本发明的保护范围是由所附的权利要求书及其等同物限定。为保证说明的清楚性，使用相同的附图标记表示附图中的相同特征，且使用相同的附图标记表示替代实施例中的相同特征。
概述
在代表性实施例中，本发明的分布式过程控制系统包括现场设备诊断/图形用户界面(GUI)系统，该分布式过程控制系统以通信方式耦合有至少一个现场设备(FD)。现场设备可以是如Invensys(Invensys Systems，Inc.，Foxboro，MA)生产的多参数变送器(multivariable transmitter)，也可选择常规的可编程逻辑控制器(PLC)。一系列的输入设备将过程相关数据提供到现场设备。这些输入设备包括各种传感器等，例如，这些传感器等用于检测受控过程的温度、绝对压力、压力差、质量流量等。因此，现场设备从这些输入设备接收数据作为上层输入，使用上层输入来计算下层输入，并然后使用这些输入中的一个或多个输入来产生输出，其中，所产生的输出随后被发送到过程控制系统，以被其它系统组件(包括操作和维护人员所使用的监视和控制界面(例如工作站))使用。
诊断系统包括图形用户界面(Graphical User Interface，GUI)模块，GUI模块用于产生例如监视和控制界面上显示的诊断GUI。GUI模块包括输入相关性模块，该输入相关性模块用于保存现场设备所使用的输入(包括上层输入和下层输入之间的相关性)的记录。以通信方式耦合到现场设备的状态模块基本上实时地获得各个输入的操作状态。
以通信方式耦合到状态模块的转换模块将输入信息转换成图形状态树，该图形状态树包括在从上层输入到下层输入的分层下行方向上延伸的一个或多个流程所展示的相关性。对该状态树中的各种输入进行颜色编码，以提供这些输入的操作状态的视觉指示。对此，转换模块向具有正常操作状态的输入应用一种颜色，而向具有错误状态的输入应用其它颜色。这样能够在视觉上突出任何错误流程。此外，具体错误流程的最上层输入所应用的颜色不同于该错误流程的其它输入所应用的颜色。以此方式，将各个错误流程的最高层输入唯一地颜色编码成表示错误的根本原因，而将该错误流程中的其它输入颜色编码成表示这些错误流程的错误状态是由一个或多个分层上行输入引起的。转换模块与状态模块进行通信，以实时更新该图形状态树。
在本说明书中，术语“计算机”是指工作站、个人计算机、个人数字助理(PDA)、无线电话或包含处理器、可配置有计算机可读程序代码的计算机可读媒体和用户界面的其它合适的计算设备。“现场总线”是智能测量控制设备之间的数字双向多支路通信链路，其用作高级过程控制、远程输入/输出和高速工厂自动化应用所使用的局域网络(LAN)。如“组件”、“模块”、“控制组件/设备”、“消息组件/设备”等术语是指计算机相关实体，其可以是硬件、硬件与软件的组合、软件或执行软件。例如，组件可以是但并不局限于处理器上运行的进程、处理器、目标程序、可执行文件、线程、程序和计算机。举例来说，服务器上运行的应用程序和服务器(或控制相关设备)都可以是组件。一个或多个组件可驻留在进程和/或线程中，也可以位于一台计算机上和/或分布在两台以上的计算机或控制设备之间。在另一示例中，消息组件可以是在计算机或控制设备上执行的如下过程，即，该过程根据向PLC提供界面的应用程序(其可改变PLC操作的一个或多个特性)来处理PLC交互。术语“实时”是指与外部事件的发生几乎同步地(例如数秒内、数毫米内或数微妙内)感应和响应该外部事件，或足够快以至于使设备能够与外部过程(例如，足够快以至于避免丢失现场设备所产生的数据)保存一致。
编程语言
可通过任合合适的语言和技术来编程设计用于实施本发明的系统和方法，例如超文本标记语言(HTML)、动态服务页面(ASP)和JavaScript。也可以使用其它编程语言开发出替换版本，其它编程语言包括但并不限于C++、Visual Basic、Java、VBScript、Jscript、BCMAscript、DHTM1、XML和CGI。能够采用任意合适的数据库技术，并不限于MicrosoftAccess和IBM AS 400。
现在参考附图详尽说明本发明的实施例。如图1所示，本发明的代表性实施例包括现场设备诊断系统，该现场设备诊断系统可结合到如附图标记100所示的分布式控制系统中。现场设备(FD)14、16获取与物理设备(例如，过程)22相关联的各种输入设备(例如，传感器)18、20所产生的数据。现场设备使用所获取的数据作为上层输入，该上层输入可接着被现场设备用于产生下层输入。这些各种输入中的一个或多个输入可用于产生如下输出，即，该输出被发送到过程控制系统中的其它设备，所述过程控制系统包括一个或多个监视和控制界面(例如，工作站)13。可在工作站13中和/或选择地在一个或多个以通信方式耦合到现场总线模块(FBM)10、12(图2)的控制处理器(CP)15(图2)中执行各种常规的控制运算，从而通过现场设备14、16和输入设备18、20实现控制。
在具体实施例中，现场设备可以是如Invensys(Invensys Systems，Inc.，Foxboro，MA)生产的多参数变送器或常规的可编程逻辑控制器。一系列输入设备18、20将过程相关数据提供到现场设备14、16。这些输入设备包括耦合到过程22的各种传感器等，例如温度传感器、绝对压力传感器、压力差传感器、质量流量传感器等。由此，现场设备从输入设备接收如绝对压力、压力差和温度等数据作为上层输入，并用它们计算下层输入(例如，使用较高层输入的测量)。然后，现场设备可以使用各种输入中的一个或多个输入来产生输出(例如，表示输入的组合的测量)，该输出被发送到包括工作站13的过程控制系统。
如图所示，现场设备诊断系统(图形用户界面系统)的实施例包括图形用户界面(GUI)模块30，用户界面模块30用于产生诊断GUI，该诊断GUI包括例如由监视和控制界面(工作站)13显示的图形状态树40(图4)。GUI模块30可选择地包括设备表示模块31(如虚线所示)，设备表示模块31用于保存以通信方式耦合到现场设备14、16的输入设备(例如，各种传感器18、20)的记录。模块30包括输入相关性模块32，输入相关性模块32保存现场设备所使用输入(包括上层输入和下层输入之间的相关性)的记录。由此，相关性模块32为现场设备储存接收自多个输入设备18、20的分层输入，这些分层输入包括上层输入，所述上层输入是与受控过程相关的数据。如在下文参考图4所详细说明，模块32还保存现场设备通过使用上层输入而产生的下层输入(即，取决于一个或多个上层输入的下层输入)的记录。以通信方式耦合到现场设备(14、16)的状态模块34通过系统100基本上实时地获得各个输入的状态。
以通信方式耦合到状态模块34的转换模块36产生输入的图形状态树(GUI)40(图4)，图形状态树40包括从上层输入到下层输入的分层下行方向上的一个或多个流程所展示的相关性。如在下文参考图4所详细说明，图形状态树(GUI)40设有如颜色编码等视觉指示，以便于诊断性地排除故障。GUI模块30包括转换模块36，其与状态模块34进行通信，以实时更新图形状态树。
应注意，本发明的实施例可包括GUI模块30自身，或者也可以包括系统100中的一个或多个组件(例如，现场设备14、16)。
现参考图2，本发明的实施例可应用在系统100′中，系统100′包括工业过程控制系统中通常使用的各种设备。例如，在所示的实施例中，系统100′可包括一个或多个控制处理器(CP)15，控制处理器15用于执行各种控制运算，并以通信方式耦合到现场总线模块(FBM)10、12，以便通过现场设备14、16和输入设备18、20实现过程22的控制。由此，系统100′可包括I/A SERIES
Figure BPA00001392993400081
过程控制系统，同时CP15可包括(Invensys生产的)FCP 270或ZCP控制处理器。FBM 10、12可以是(Invensys生产的)常规FBM 233控制处理器，同时控制室工作站13对例如根据本发明的启示修改成包含GUI模块30的(Invensys生产的)PC50配置器进行操作。
在代表性实施例中，现场设备14、16包括多参数变送器(例如，Invensys生产的IMV31变送器)。现场设备14、16也可包括可编程逻辑控制器(PLC)。这些现场设备可以以通信方式耦合到任意数量的与过程22相关的传感器18、20(例如，其用于测量通过管道的流量)。作为非限制性示例，现场设备可以是Allen-Bradley Company，Inc.(RockwellInternational)生产的ControlLogixTM可编程逻辑控制器(PLC)(也可以是Telvent Git，S.A.生产的合适PLC)。
此外，虽然上文说明了上述实施例具有一对FBM 10、12和一对现场设备14、16，但应认识到，本发明还可应用到基本上具有任何数目的组件的过程控制系统和装置。例如，本发明的实施例还可应用于如图3所示的具有大量现场设备120、FBM 122和CP 124的过程控制系统。
现参考图4，说明GUI模块30(图1和图2)所产生的示例性图形状态树(GUI)40。如上所述，示例性现场设备14、16可包括从输入设备18、20接收数据的多变量压力变送器。在此示例中，现场设备14从输入设备18接收数据，输入设备18以压差(DP)传感器、电阻式温度检测器(RTD)和绝对压力(AP)传感器形式存在。这些输入设备提供的原始数据被现场设备14获取，GUI模块30将这些原始数据分别转换为状态树40中图形表示的上层输入42、44和46。如在状态树40中所图示，这些上层输入通过现场设备以各种方式进行组合，从而产生DP测量48、温度测量50、AP测量52和密度测量54所示的下层输入。对此，状态树40通过使用箭头提供这些组合(即，相关性)的视觉标示，这些箭头用于描述从分层上层输入到分层下层输入的下行信息流。在此示例中，示出的DP测量48取决于原始DP 42和原始RTD温度44(即，使用了二者的组合)。示出的温度测量50取决于原始RTD温度44。示出的AP测量52取决于原始RTD温度44和原始AP数据46。示出的密度测量54取决于温度测量50和AP测量52。
应注意的是，状态树40仅是示例说明，多个实际现场设备可基本上包括任意数目的输入，这些输入包括各种类型的原始数据和经计算的测量。根据具体应用，其它示例还包括体积流量和质量流量。因此，应该可进一步认识到，具体状态树取决于所使用的具体现场设备，且取决于具体现场设备在现场的配置方式。对此，可以预期，可以使用或者也可以不使用具体现场设备的某些功能，且/或者可以以不同方式配置具体现场设备，使得即使具有相同类型和型号的现场设备也可能具有彼此不同的状态树40等。还应注意，可通过现场设备将与现场设备相关的各种输入中的任何一个或多个输入输出到过程控制系统以供其使用。例如，参考图4，任何下层输入48～54都可被输出到过程控制系统100、100′。
再次参考图4，状态树40的特点在于包括任何错误状态的视觉表示，该视觉表示在视觉上突出状态树中的处于故障的部分。此外，该视觉标示用于可以在视觉上将根本故障与次要故障区分开，即，用于在视觉上将上行故障与这些上行故障所导致的下行故障区分开。
在具体实施例中，状态树(GUI)所提供的输入的视觉指示基本上可包括任何类型的视觉指示，例如，颜色编码、阴影、交叉影线、闪光、输入形状的变化、符号(文字数字或其它)等，或上述方式的组合。在所示的实施例中，对状态树中的各种输入进行颜色编码，以便提供上述各种输入的操作状态的视觉指示。对此，转换模块向具有正常操作状态的输入应用一种颜色(例如标示有“G”的绿色)，而向具有错误状态的输入应用其它颜色(例如，粉色“P”和红色“R”)。因此，粉色和红色输入用于在视觉上突出任何错误流程。此外，应用到具体错误流程中的最上层输入的颜色(例如，红色)不同于应用到该错误流程中的其它输入的颜色(例如，粉色)。以此方式，如图所示，将错误流程中的最上层输入唯一地颜色编码(例如，红色)成表示错误的根本原因，而该错误流程中的其它输入颜色(例如，粉色)编码成表示它们的错误状态是由一个或多个分层上行输入造成的。还应注意的是，在具体实施例中，通过状态模块34与转换模块36之间的基本实时通信来实时更新图形状态树。应认识到，基本上可将任何颜色用于本文所述的颜色编码。
在所示的示例GUI 40中，原始DP 42、原始RTD 44、DP测量48和温度测量50都是绿色的。然而，原始AP 46是红色的，而AP测量52和密度测量54都是粉色的。因此，现有技术中的设备/系统只能简单地记录密度测量错误，而观察GUI 40的用户能够通过该视觉指示轻易地确定出在54处存在密度错误，该错误是由52处的AP测量造成的，由此能够将该错误追溯到46处的原始AP错误。因此，GUI 40提供的视觉指示能够使用户快速地确定出各种错误的根本原因，而不必阅读大量的错误消息。然而，应注意的是，在具体实施例中，用户可点击各种输入，以便深度获取错误有关的额外信息。例如，用户可(通过使用计算机鼠标或其它输入设备)点击或激活原始AP 46来获得错误有关的额外信息。对此，通过点击输入，用户可确定错误是否是由AP传感器自身引起的，还是由配置错误引起的(例如，由测量单位或操作范围的错误选择引起的)。
或者，参考这个示例，如果原始AP 46是绿色的，则AP测量52将是红色的，这表明错误的根本原因存在于AP测量52处。这表明：原始AP 46不存在问题，而该问题与AP测量的计算有关。而且，通过点击这个输入，用户可获得该错误有关的更详细信息。例如，在点击该输入时，用户可了解，由于如使用了错误的单位或范围等原因而错误地配置该具体输入。
应注意的是，尽管所示的GUI模块30在工作站13(见图1和图2)上运行(并显示GUI 40)，但GUI模块30基本上也可在以通信方式耦合到具体现场设备14、16的任何计算机上运行，这些计算机包括直接耦合到现场设备的手持计算机(例如，配置器)。或者，GUI模块30可在网络100、100′中的任意数目的其它组件(包括控制处理器15或现场设备自身)上运行，同时，GUI 40在这些组件上显示，或基本上在以通信方式耦合到这些组件且具有屏幕或其它合适显示功能的任何其它组件上显示。
在具体实施例中，GUI模块30结合到常规的现场设备配置软件(configuration software)中。由于通过作为常规的现场设备配置过程(configuration process)的一部分的配置器来获得模块32所需的信息，所以这有利于相关性模块32的布置。因此，一旦完成现场设备配置，配置软件可简单地将各种输入及其相关性有关的信息传递到相关性模块32。或者，例如，在GUI模块30没有集成到或没有以通信方式耦合到配置器的情况下，模块30可简单地通过控制系统网络建立用于与个别现场设备通信的通道，从而获得必要的输入和相关性信息。
例如，状态模块34也可使用由配置器或直接通道实现的这个通信来实现各种输入的状态的实时更新。对此，应注意的是，状态模块34用于获取常规的基于文本的错误消息(该错误消息具有各种现场设备所共同设置的本领域技术人员已知的类型)。由此，通过模块36将该常规的错误消息转换为GUI 40中的前述视觉指示等。
图5中的附图标记40′表示本发明的GUI的替换实施例。GUI 40′是由GUI模块30(图1和图2)产生，并显示(Invensys生产的)型号为I/A SERIES
Figure BPA00001392993400121
多参数变换器IMV31的常规IMV31TM现场设备(I/ASERIES
Figure BPA00001392993400122
Multivariable Transmitter Model IMV31 conventional IMV31TM现场设备)的各种输入的视觉转换。在S1～S6处显示上层输入，在M0～M7和D1～D4处显示下层输入。
现参考下表I，示出并说明了根据本发明的冗余设备与分布式控制系统的接口方法。
表I
Figure BPA00001392993400123
在200处，设备表示模块32保存以通信方式耦合到过程控制系统中的一个或多个现场设备的输入设备的记录，输入设备配置成在过程控制系统的控制下产生与过程的物理特征相关的数据。在202处，输入表示模块保存现场设备中所使用的包括上层输入和下层输入的分层输入的记录。在204处，输入相关性模块保存输入之间的相关性的记录。在206处，以通信方式耦合到现场设备的状态模块基本上实时地获得输入的操作状态。在208处，转换模块将输入转换为图形状态树表示。在210处，通过将视觉标记应用到具有正常状态的输入，并将其它视觉标记应用到具有错误状态的输入以突出错误流程，转换模块由此在视觉上识别图形状态树中的输入的状态。
表II示出并说明了这个方法的可选择方面。
表II
Figure BPA00001392993400131
在212处，转换模块使用视觉标记来标记具体错误流程中的最上层输入，所述视觉标记不同于应用到该错误流程中的其它输入的视觉标记。在214处，对转换模块所应用的视觉标记进行颜色编码。在216处，基本上实时地更新图形状态树。在218处，现场设备配置成可耦合到分布式控制系统，并使用多个输入来产生该控制系统能够使用的一个或多个输出。在220处，现场设备配置成从输入设备接收数据。在222处，现场设备配置成获取并使用该数据作为上层输入，并使用该上层输入产生下层输入。
此外，本发明的实施例包括计算机程序代码类产品，上述计算机程序代码类产品包括存储有程序代码的计算机可读存储媒体，所述程序代码用于命令计算机执行本发明的相关功能、方法和/或模块。该计算机存储媒体包括任何但不限于下述媒体中的任何一种：CD-ROM、DVD、磁带、光盘、硬盘、磁盘、铁电存储器、闪存、铁磁存储器、光存储器、电荷耦合器件、磁卡或光卡、智能卡、EEPROM、EPROM、RAM、ROM、DRAM、SRAM、SDRAM和/或任何合适的静态或动态存储器或数据存储器件。
应理解的是，在本说明书中，一个实施例所描述的任何特征在不背离本发明的范围的情况下可相似地应用到任何其它实施例。
尽管说明书说明了各个实施例基本上能够实时地运作，但应认识到，这些实施例也可以在不背离本发明的范围的情况下使用历史数据运作。
在上文中，为了阐述和说明，参考具体示例性实施例说明了本发明。但这些实施例并不是用于穷尽本发明或将本发明限制成上述明确形式。鉴于本发明，还可以做出各种变形和修改。我们希望本发明的范围不受限于上述详细说明，而是通过所附权利要求书来确定。
例如，本发明中的上层输入、下层输入、输入设备(例如，传感器)和/或现场设备的数目不限制上述数目。此外，上述各种实施例可在各种计算环境中实施。例如，本发明可以在常规IBM PC或其等同物、多节点系统(例如，LAN)或网络系统(例如，Internet、WWW、无线网络)上实施。与本发明相关的所有程序设计和数据存储在静态或动态的或者非易失性的计算机存储器中，且可由用户从下述任一媒体中获取：常规计算机存储器、显示器(例如，CRT、平板LCD、等离子显示器等)和/或硬拷贝(即，打印)格式。计算机系统和/或软件设计领域的技术人员可实施本发明的程序设计。

Claims (31)

1.一种产品，其包括：
计算机可读程序代码，其布置在计算机可读媒体上，所述计算机可读程序代码配置成：
存储控制系统中的多个现场设备中的至少一个现场设备的分层输入，所述分层输入包括上层输入和下层输入，所述上层输入是接收自多个输入设备的与受控过程相关的数据，所述下层输入是由所述现场设备使用所述上层输入产生，其中，所述一个或多个下层输入取决于一个或多个所述上层输入；
保存所述分层输入之间的相关性的记录；
获得各个所述分层输入的状态；
将所述分层输入转换成所述分层输入的图形状态树表示，所述图形状态树表示包括在从所述上层输入到所述下层输入的分层下行方向上的一个或多个流程所展示的所述相关性；
通过将视觉标记应用到所述分层输入中的具有正常状态的分层输入，并将其他视觉标记应用到所述分层输入中的具有错误状态的分层输入以突出错误流程，在视觉上识别所述图形状态树中的所述分层输入的所述状态。
2.如权利要求1所述的产品，其中，所述计算机可读程序代码配置成将另一颜色应用到具体错误流程的最上层输入，所述另一颜色不同于应用到所述具体错误流程中的其它输入的其它颜色。
3.如权利要求1所述的产品，其中，所述计算机可读程序代码配置成将各个错误流程的最上层输入标记成表示错误的根本原因，并将各个错误流程中的其它输入标记成表示由一个或多个分层上行输入产生的错误状态。
4.如权利要求1所述的产品，其中，所述计算机可读程序代码配置成基本上实时更新所述图形状态树表示。
5.如权利要求1所述的产品，其中，所述计算机可读媒体和所述计算机可读程序代码结合到配置和校准系统中，所述配置和校准系统在以通信方式耦合到所述至少一个现场设备的计算机上运行。
6.如权利要求5所述的产品，其中，所述计算机包括过程控制系统的控制室工作站。
7.如权利要求5所述的产品，其中，所述计算机可读程序代码结合到以通信方式耦合到所述至少一个现场设备的PC中。
8.如权利要求1所述的产品，其中，所述至少一个现场设备包括变送器。
9.如权利要求1所述的产品，其中，所述计算机可读程序代码配置成基本上实时获取所述输入的错误状态。
10.一种在分布式过程控制系统中用于现场设备(FD)诊断的图形用户界面(GUI)系统，所述图形用户界面包括：
设备表示模块，其配置成保存输入设备的记录，所述输入设备以通信方式耦合到现场设备，并配置成产生数据，所述数据与受控于所述过程控制系统的过程相关；
输入表示模块，其配置成保存所述现场设备所使用的多个输入的记录，并将所述输入表示为分层上层输入和分层下层输入，其中，所述输入表示模块配置成将所述数据表示为所述上层输入，并将所述现场设备产生的输入表示为所述下层输入，其中，所述下层输入取决于所述上层输入；
输入相关性模块，其配置成保存所述多个输入之间的相关性的记录；
状态模块，其配置成从所述现场设备获得各个所述多个输入的操作状态；及
转换模块，其以通信方式耦合到所述状态模块，并配置成将所述多个输入转换成所述多个输入的图形状态树表示，所述图形状态树表示包括在从所述上层输入到所述下层输入的分层下行方向上的一个或多个流程所展示的所述相关性，
所述转换模块配置成视觉地识别所述状态树中的所述输入的所述状态，
所述转换模块配置成将视觉标记应用到在所述状态树中的所述多个输入中具有正常状态的输入，
所述转换模块配置成将其它视觉标记应用到所述状态树中的所述多个输入中具有错误状态的输入以突出错误流程。
11.如权利要求10所述的图形用户界面系统，其中，所述转换模块配置成将所述其它视觉标记中的一个视觉标记应用到具体错误流程的最上层输入，并将所述其它视觉标记中的另一视觉标记应用到所述具体错误流程中的其它输入，所述其它视觉标记中的所述一个视觉标记在视觉上不同于所述其它视觉标记中的所述另一视觉标记。
12.如权利要求10所述的图形用户界面系统，其中，所述转换模块配置成将各个错误流程的最上层输入标记成表示错误的根本原因，并将各个错误流程中的其它输入标记成表示由一个或多个分层上行输入产生的错误状态。
13.如权利要求10所述的图形用户界面系统，其中，所述图形状态树配置成通过所述转换模块和所述状态模块之间的通信基本上实时地更新。
14.如权利要求10所述的图形用户界面系统，其中，所述转换模块配置成通过颜色编码识别输入的所述状态。
15.如权利要求14所述的图形用户界面系统，其中，所述转换模块配置成将颜色应用到所述多个输入中的具有正常状态的输入。
16.如权利要求15所述的图形用户界面系统，其中，所述转换模块配置成将其他颜色应用到所述状态树中的所述多个输入中具有错误状态的输入以突出错误流程，其中，所述其它颜色中的应用到具体错误流程的最上层输入的一种颜色不同于所述其它颜色中的应用到所述具体错误流程的其它输入的另一颜色，
其中，各个错误流程的所述最上层输入标记成表示错误的根本原因，各个错误流程中的所述其它输入标记成表示由一个或多个分层上行输入产生的错误状态；且
其中，所述图形状态树通过所述转换模块和所述状态模块之间的通信基本上实时地更新。
17.如权利要求10所述的图形用户界面系统，其布置在所述分布式过程控制系统的诊断系统中，所述诊断系统包括以通信方式耦合到所述分布式控制系统的所述现场设备。
18.如权利要求10所述的图形用户界面系统，其中，所述输入相关性模块、所述状态模块和所述显示模块包括布置在计算机可读媒体上的计算机可读程序代码。
19.如权利要求18所述的图形用户界面系统，其中，所述计算机可读程序代码结合到配置和校准系统中，所述配置和校准系统在以通信方式耦合到所述现场设备的计算机上运行。
20.如权利要求19所述的图形用户界面系统，其中，所述计算机包括耦合到所述过程控制系统中的工作站。
21.如权利要求20所述的图形用户界面系统，其中，所述计算机包括所述过程控制系统中的控制处理器。
22.如权利要求19所述的图形用户界面系统，其中，所述计算机包括直接耦合到所述现场设备的手持计算机。
23.如权利要求10所述的图形用户界面系统，其中，所述现场设备包括变送器。
24.如权利要求10所述的图形用户界面系统，其中，所述状态模块配置成基本上实时获取所述输入的错误状态。
25.一种用于显示分布式过程控制系统中的现场设备的状态的方法，其包括以下步骤：
(a)通过设备表示模块保存多个输入设备的记录，所述输入设备以通信方式耦合到所述分布式过程控制系统中的一个或多个现场设备，并配置成产生数据，所述数据与受控于所述过程控制系统的过程的物理特征相关；
(b)通过输入表示模块保存至少一个所述现场设备所使用的分层输入的记录，所述分层输入包括上层输入和下层输入，所述上层输入是所述数据，所述下层输入是由所述现场设备使用所述上层输入产生，其中，所述一个或多个下层输入取决于一个或多个所述上层输入；
(c)通过输入相关性模块保存所述多个输入之间的相关性的记录；
(d)通过以通信方式耦合到所述现场设备的状态模块获得各个所述多个输入的操作状态；
(e)通过以通信方式耦合到所述状态模块的转换模块将所述多个输入转换成所述多个输入的图形状态树表示，所述图形状态树表示包括在从所述上层输入到所述下层输入的分层下行方向上的一个或多个流程所示出的所述相关性；
(f)通过所述转换模块将视觉标记应用到所述多个输入中的具有正常状态的输入，并将其它视觉标记应用到所述多个输入中的具有错误状态的输入以突出错误流程，来视觉地识别所述图形状态树中的所述输入的所述状态。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述视觉地识别步骤(f)包括通过所述转换模块将所述其它视觉标记中的一个视觉标记应用到具体错误流程的最上层输入，并将所述其它视觉标记中的另一视觉标记应用到所述具体错误流程中的其它输入，所述其它视觉标记中的所述一个视觉标记在视觉上不同于所述其它视觉标记中的所述另一标记，其中，各个错误流程的最上层输入视觉地标记成表示错误的根本原因，各个错误流程中的其它输入视觉地标记成表示由一个或多个分层上行输入产生的错误状态。
27.如权利要求26所述的方法，其中，所述视觉地识别步骤(f)包括将颜色的编码应用到所述多个输入中的具有正常状态的输入，并将其它颜色的编码应用到所述多个输入中的具有错误状态的输入以突出错误流程。
28.如权利要求27所述的方法，其中，应用到具体错误流程的最上层输入的所述其它颜色不同于应用到所述具体错误流程的其它输入的所述其它颜色，使得各个错误流程的所述最上层输入颜色编码成表示错误的根本原因，且各个错误流程的所述其它输入颜色编码成表示由一个或多个分层上行输入产生的错误状态。
29.如权利要求28所述的方法，其包括基本上实时更新所述图形状态树。
30.如权利要求25所述的方法，其还包括：
(f)将现场设备(FD)配置成耦合到所述分布式控制系统，并使用多个输入产生所述分布式过程控制系统能够使用的多个输出，所述多个输入包括所述上层输入和所述下层输入；
(g)将所述现场设备配置成从多个输入设备接收与所述受控过程相关的数据；
(h)将所述现场设备配置成获取并使用所述数据作为所述上层输入，并使用所述上层输入产生一个或多个所述下层输入，其中，所述一个或多个所述下层输入取决于一个或多个所述上层输入。
31.一种用于分布式过程控制系统的现场设备诊断系统，所述现场设备诊断系统包括：
现场设备(FD)，其以通信方式耦合到所述分布式控制系统；
多个输入设备，其耦合到所述现场设备，所述输入设备配置成产生数据，所述数据与受控于所述过程控制系统的过程相关；
所述现场设备配置成使用多个输入产生所述控制系统能够使用的一个或多个输出，所述多个输入包括分层上层输入和分层下层输入；
所述现场设备配置成获取和使用所述数据作为所述上层输入；
所述现场设备配置成使用所述上层输入产生一个或多个所述下层输入，其中，所述一个或多个所述下层输入取决于一个或多个所述上层输入；
输入相关性模块，其配置成保存所述多个输入之间的相关性的记录；
状态模块，其配置成基本上实时地获得各个所述多个输入的状态；
转换模块，其以通信方式耦合到所述状态模块，并配置成将所述多个输入转换为所述多个输入的图形状态树表示，所述图形状态树表示包括在从所述上层输入到所述下层输入的分层下行方向上的一个或多个流程所示出的所述相关性；
所述转换模块配置成通过颜色编码识别所述状态树中的所述输入的所述状态；
所述转换模块配置成将颜色应用到所述状态树中的所述多个输入中具有正常操作状态的输入；
所述转换模块配置成将其它颜色应用到所述多个输入中具有错误状态的输入以突出错误流程，应用到具体错误流程的最上层输入的所述其它颜色不同于应用到所述具体错误流程的其它输入的所述其它颜色；
其中，各个错误流程的所述最上层输入颜色编码成表示错误的根本原因，各个错误流程的所述其它输入颜色编码成表示由一个或多个分层上行输入产生的错误状态；并且
其中，所述图形状态树通过与所述状态模块的通信实时更新。
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