CN103324157B - 过程控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了过程控制系统和过程控制方法。对在工厂中实现的工业过程进行控制的过程控制系统包括：网络，被提供在工厂中；第一现场装置，其与所述网络相连，该第一现场装置被构造为输出通过测量工业过程中的状态量而得到的测量数据和输出仿真所述状态量的第一仿真数据中的一个；控制器，气与所述网络相连，该控制器被构造为响应于来自第一现场装置的测量数据和第一仿真数据之一来执行控制；以及仿真器，其被构造为生成要从第一现场装置输出的第一仿真数据。

Description

过程控制系统

技术领域

本发明涉及过程控制系统。

本申请要求于2012年3月23日提交的日本专利申请No.2012-068042的优先权，其内容通过引文方式并入本文。

背景技术

为了更加全面地描述本发明涉及的技术的现状，在本发明的下文中将要引用或标记的所有专利、专利申请、专利公开、科技文章等将通过引文方式被整体并入本文。

传统上讲，在车间或工厂（在下文中简单地统称为工厂）中，实施了用来控制工业过程中的诸如压力、温度和流量的各种状态量的过程控制系统，并实现了高等级的自动化操作。在这些过程控制系统中，为了在确保安全性的同时实现高等级的控制，提供了诸如分布式控制系统（DCS）的控制系统以及诸如安全仪表系统（SIS）的安全系统。

在上述分布式控制系统中，诸如测量仪表和致动器的、被称为现场装置的现场装置以及控制现场装置的控制器通过通信装置进行相连，控制器采集现场装置测量到的测量数据，根据采集到的测量数据通过致动（控制）现场装置来控制各种状态量。上述安全仪表系统在出现紧急情况时可靠地将工厂停在安全状态下，从而防止涉及人身伤害和环境污染的事故，并保护高成本的设备。

上述分布式控制系统在工厂建设和操作之前通常会经历各种测试。例如，用来检验各种现场装置和控制器是否恰当连接的连接测试以及用来检验控制器中使用的控制程序是否正常运行的操作检验测试。在这种情况下，只有现场装置与控制器都安装在工厂中并真实连接，上述连接测试才能得以进行。相反，日本未经审查的专利申请首次公开No.2004-29910以及日本未经审查的专利申请首次公开No.2008-21135公开了一种技术，该技术使得即使在没有现场装置（以及没有连接现场装置和控制器的通信设备）的情况下也能进行上述操作性检验测试。

在大多数传统过程控制系统中，现场装置和控制器通过模拟传输线（例如，用于传输4到20mA信号的传输线）连接，通过模拟传输线传送和接收模拟信号。相反，为了实现高等级功能，近年来在很多过程控制系统中，控制器和现场装置通过有线或无线网络来连接，以及通过有线或无线网络来传送或接收数字信号。

在传统的过程控制系统中，因为在现场装置和控制器接口之间存在直接的一对一连接，所以一旦完成了对现场装置和控制器的安装和连接任务，现场装置和控制器之间就能进行模拟信号的传送和接收，而不会出现大问题。但是在近些年的过程控制系统中，为了通过数字化给现场装置提供先进的功能，增加了传送和接收数字信号的数据量，以及为了实现标准安全的操作，在整个过程控制系统中检验（例如）以下（1）至（3）项是非常重要的。

（1）数据量的增加对整体系统性能的影响。

（2）功能强大的现场装置的操作状态是否为最优（智能现场装置的装置参数是否设置为最优）。

（3）网络的通信质量以及在其影响下的系统可控性。

例如通过测量网络的负载程度以及控制器中CPU（中央处理单元）的负载程度来检验上述项（1）。上述项（2）不仅可以通过判断单个现场装置内设置的装置参数的内容来检验，还可以通过由现场装置通知的警报和事件是否正确来检验。上述项（3）通过例如测量通过网络进行通信时的波动、延迟量和重复发送次数来检验。

如果过程控制系统没有在正在运行的工厂中实际操作，则应用到整个过程控制系统的这些项基本上不可能被检验。为此，检验上述项的任务可看作在调试任务（对工厂进行试运行以检验性能的任务）之后进行。但是，如果在调试任务后进行的检验任务中发现异常，则需要返回调试任务之前的条件并对其进行修正，然后再次进行调试任务，这将导致效率极低的问题。此外，当进行调试任务时，还需要通过工厂实际消耗材料（样品），因此同样导致成本问题。

发明内容

用来控制在工厂中实施的工业过程的过程控制系统可包括：网络，被提供在工厂内；第一现场装置，其与所述网络连接，该第一现场装置被构造来输出通过测量工业过程的状态量得到的测量数据和仿真该状态量的第一仿真数据中的一个；控制器，其与所述网络连接，该控制器被构造为响应于从第一现场装置输出的测量数据和第一仿真数据之一来执行控制；以及仿真器，其被构造为生成要从第一现场装置输出的第一仿真数据。

过程控制系统还可包括：第二现场装置，其与所述网络连接，该第二现场装置被构造为输出响应数据和第二仿真数据中的一个，其中所述响应数据表示在控制器的控制作用下工业过程中的状态量的操作结果，所述第二仿真数据仿真状态量的操作结果。仿真器被构造为通过使用从第二现场装置输出的第二仿真数据和控制器的控制量中的至少一个来生成新的第一仿真数据。

第一现场装置可以包括第一存储单元，该第一存储单元被构造为暂时地存储仿真器生成的第一仿真数据。

仿真器可被构造为当第一现场装置的操作模式被设置为输出第一仿真数据的仿真模式时，通过网络将第一仿真数据连续地发送给第一现场装置。

仿真器可被构造来通过网络传送第一仿真数据，以使第一现场装置预先存储第一仿真数据，此后，将第一现场装置的操作模式设置为输出第一仿真数据的仿真模式。

所述网络可以是遍布整个工厂铺设的有线网络、在工厂内形成的无线网络和有线网络与无线网络的混合网络中的一种。

第一现场装置还可包括具有第一操作模式设置单元的第一控制单元，该第一控制单元根据第一操作模式设置单元中设置的操作模式来控制第一现场装置的操作。第一操作模式设置单元可被构造为将第一现场装置的操作模式设置为正常模式和仿真模式中的一种。正常模式可以是这样一种操作模式：第一现场装置测量状态量并将第一现场装置得到的测量数据传送到控制器。仿真模式可以是这样一种操作模式：无需使用第一现场装置的测量结果，第一现场装置将存储在第一存储单元内的第一仿真数据而不是测量数据传送到控制器。

第二现场装置可包括具有第二操作模式设置单元的第二控制单元，该第二控制单元根据在第二操作模式设置单元中设置的操作模式来控制第二现场装置的操作。第二操作模式设置单元可以构造为将第二现场装置的操作模式设置为正常模式和仿真模式中的一种。

如果在第二操作模式设置单元中设置了正常模式，第二现场装置可在控制器的控制下操作，并将表示操作结果的响应数据传送到控制器。如果在第二操作模式设置单元中设置了仿真模式，则第二现场装置可将第二仿真数据（其为至少包括来自控制器的控制量的响应数据）传送到控制器和仿真器。

如果将第一现场装置和第二现场装置的操作模式均设为正常模式，第一现场装置可以测量状态量，以将已测量到的测量数据通过网络传送到控制器。一旦接收到来自第一现场装置的测量数据，控制器就可根据测量数据计算出第二现场装置的控制量，基于该控制量来控制第二现场装置，以从第二现场装置得到响应数据。

如果将第一现场装置和第二现场装置的操作模式设置为仿真模式，则仿真器可将已经生成的第一仿真数据传送到第一现场装置。一旦接收到来自仿真器的第一仿真数据，第一现场装置就可将收到的每个第一仿真数据暂时地存储到第一存储单元中。暂时存储在第一存储单元中的第一仿真数据被读出并被传送到控制器。一旦接收到来自第一现场装置的第一仿真数据，控制器就可根据第一仿真数据来计算第二现场装置的控制量，并控制第二现场装置。第二现场装置可根据控制器的控制量来将第二仿真数据传送至仿真器。仿真器可接收从第二现场装置传送来的第二仿真数据，并响应接收到的第二仿真数据生成下一仿真数据。仿真器可确定是否已经完成所有仿真数据的传送，以及如果确定已经完成了所有仿真数据的传送，则仿真器可将第一现场装置和第二现场装置的操作模式从仿真模式改为正常模式。

一种通过使用过程控制系统来控制在工厂中实施的工业过程的过程控制方法，所述过程控制系统包括：网络，被提供在工厂内；第一现场装置，其与所述网络连接，该第一现场装置被构造为输出通过测量工业过程中的状态量而得到的测量数据和仿真该状态量的第一仿真数据中的一个；控制器，其与所述网络连接，该控制器被构造为响应于从第一现场装置输出的测量数据和第一仿真数据之一执行控制；仿真器，其被构造为生成要从第一现场装置输出的第一仿真数据；以及第二现场装置，其与所述网络连接，第二现场装置被配置为输出响应数据和第二仿真数据中的一个，其中所述响应数据表示工业过程中在控制器的控制下的状态量的操作结果，所述第二仿真数据仿真状态量的操作结果。过程控制方法可包括：将第一现场装置和第二现场装置的操作模式设置为正常模式和仿真模式之一；以及若将第一现场装置和第二现场装置的操作模式设为正常模式，则通过第一现场装置测量状态量并将已经测量到的测量数据通过网络传送到控制器，以及一旦接收来自第一现场装置的测量数据，控制器就根据测量数据计算用于第二现场装置的控制量，并基于该控制量控制第二现场装置，以从第二现场装置处得到响应数据。

过程控制方法还包括：若将第一现场装置和第二现场装置的操作模式设置为仿真模式，则通过仿真器将已经生成的第一仿真数据传送到第一现场装置，一旦接收到来自仿真器的第一仿真数据，第一现场装置就将接收到的每个第一仿真数据暂时地存储到第一存储单元中，将暂时存储在第一存储单元中的第一仿真数据传送到控制器，控制器根据第一仿真数据计算用于第二现场装置的控制量以控制第二现场装置，第二现场装置将根据控制器的控制量的第二仿真数据传送到仿真器，仿真器接收从第二现场装置传送来的第二仿真数据并响应于接收到的第二仿真数据生成下一仿真数据。

该过程控制方法还包括：仿真器确定是否已经完成了所有仿真数据的传送，以及如果确定已经完成了所有仿真数据的传送，则将第一现场装置和第二现场装置的操作模式从仿真模式更改为正常模式。

附图说明

以下结合附图对特定优选实施例的描述使得本发明的以上特征和优势更加明显，在附图中：

图1是示出了根据本发明的第一优选实施例的过程控制系统的主要部件的构造的框图。

图2是示出了根据本发明的第一优选实施例的现场装置的主要部件的构造的框图。

图3是示出了根据本发明的第一优选实施例的过程控制系统的操作的一个示例的流程图。

图4是示出了根据本发明的第一优选实施例的过程控制系统的第一变形示例的框图。

图5是示出了根据本发明的第一优选实施例的过程控制系统的第二变形示例的框图。

具体实施方式

这里将要参照说明性的优选实施例来描述本发明。本发明的技术人员将会认识到，通过使用本发明的教导可以实现很多替代的优选实施例，并且本发明并不限于本文中为了说明的目的而示出的优选实施例。

下面将参照附图详细地描述根据本发明的优选实施例的过程控制系统。

图1是示出了根据本发明的第一优选实施例的过程控制系统的主要部件的构造的框图。如图1所示，第一优选实施例的过程控制系统1具有多个现场装置10、控制器20、操作及监控设备30和仿真器40，在操作及监控设备30的监控下，控制器20通过控制该多个现场装置10来控制工厂内实施的工业过程（未示出）。在第一优选实施例的过程控制系统1中，通过使用对工厂操作进行仿真的仿真器40，可以检验诸如网络负载程度的系统级项，而不需要将工厂置于操作状态下。

现场装置10是诸如流量计和温度传感器的传感器装置、诸如流量控制阀和开/关阀的阀装置、诸如风机和电机的致动装置以及其它安装在工业现场的装置。在第一优选实施例中，为了便于理解，在描述的示例中，工业过程中控制的状态量为流体的流量。为此，在图1中，示出了安装在工厂的现场装置10的一个测量流体流量的传感器装置10a（第一现场装置）和一个控制（操控）流体流量的阀装置10b（第二现场装置）。传感器装置10a可被称为第一现场装置。阀装置10b可被称为第二现场装置。

现场装置10被连接到遍布整个工厂铺设的有线现场网络N1（网络），并在控制器20的控制下根据现场装置10的功能进行操作。具体来讲，传感器10a测量流体的流量，并将得到的测量数据通过现场网络N1传送给控制器20。正如稍后将要描述的，代替上述的测量数据，传感器装置10a可以将仿真器40生成的仿真数据（仿真流体流量的数据；第一仿真数据）传送给控制器20。

阀装置10b在控制器20的控制下，通过调节流体经过的阀的开口来操控流体的流量，并通过现场网络N1将表示操作结果的响应数据传送给控制器20。正如稍后将要描述的，阀装置10b在没有实际上按照控制器20的控制信号来调节阀开口的情况下，可以将仿真流量操控结果（第二仿真数据）的仿真数据传送给仿真器40。

图2是示出了根据本发明的第一优选实施例的现场装置的主要部件的构造的方框图。在该情况下，将安装在工厂的多个现场装置10中的传感器装置10a作为示例进行描述。如图2所示，传感器装置10a具有感测单元11、通信单元12、存储器13（存储单元）以及控制单元14，该传感器装置10a测量流体的流量，并将上述测量数据或仿真数据传送给控制器20。存储器30可被称为存储单元。

感测单元11具有（例如）发送和接收超声波信号的换能器，该换能器将超声波信号传送到管道中流动的流体中，并接收经过流体的超声波信号来测量流体的流量。通信单元12在控制单元14的控制下经由现场网络N1进行通信。具体来说，通信单元12接收仿真器经由现场网络N1传送的仿真数据，以及将上述测量数据或仿真数据传送给控制器20。

存储器13存储由感测单元11获得的测量数据和由通信单元12接收的仿真数据。控制单元14具有操作模式设置单元14a，并根据在操作模式设置单元14a中设置的操作模式来控制感测单元10a的操作。在这种情况下，在操作模式设置单元14a中设置的操作模式有正常模式和仿真模式，以及仿真器40（例如）设置这些操作模式中的一种。

正常模式是这样一种操作模式：感测单元11测量流体流量，以及从通信单元22将通过感测单元11得到的测量数据传送到控制器20。与此相比，仿真模式是这样一种操作模式：感测单元不必进行测量（不使用感测单元11的测量结果），代替测量数据，将通信单元12接收的并存储在存储器13中的仿真数据从通信单元12传送到控制器20。

如果在操作模式设置单元14a中设置了正常模式，则控制单元14控制感测单元11，使感测单元11测量流体的流量，以及控制通信单元12，使通信单元12将感测单元11得到的测量数据传送给控制器20。如果在操作模式设置单元14a中设置了仿真模式，则控制单元14不必控制感测单元11，而是控制通信单元12，使通信单元12接收来自仿真器40的仿真数据，并将仿真数据存储到存储器13中，以及使通信单元将存储器13中存储的仿真数据传送到控制器20。

阀装置10b具有与图2所示的传感器装置10a基本相同的构造，以及取代传感器装置10a中提供的感测单元11的、用来致动阀的阀致动单元（未示出）。在阀装置10b的操作模式设置单元14a中设置的操作模式也具有正常模式和仿真模式，并且（例如）由仿真器40设置这些模式中的一种。

如果阀装置10b的操作模式设置单元14a中设置了正常模式，则阀装置10b的控制单元14在控制器20的控制下，控制阀致动单元，使阀致动单元操控流体的流量，并使阀致动单元通过通信单元12将表示致动结果的响应数据传送给控制器20。如果在阀装置10b的操作模式设置单元14a中设置了仿真模式，则阀装置10b的控制单元14不对阀致动单元进行控制，而是控制通信单元12，使其将仿真数据（其为至少包括来自控制器20的控制量在内的响应数据）传送到控制器20和仿真器40。

回到图1，控制器20连接到现场网络N1和控制网络N2，并在操作及监控设备30的控制下从传感器装置10a采集测量数据（或仿真数据）。控制器20同样根据采集到的测量数据（或仿真数据）确定阀装置10b的控制量，控制阀装置10b，以及从阀装置10b得到响应数据（或仿真数据）。

操作及监控设备30连接到控制网络N2，并监控和管理均连接到现场网络N1的现场装置10和控制器20。具体来说，操作及监控设备30通过控制网络N2利用控制器20接收和发送各种参数，并监控现场装置10。例如，操作及监控设备30从控制器20处获得现场装置10中设置的参数，以了解当前的测量条件，以及使控制器20对现场装置10设置新的参数以改变测量条件。

例如，用具有诸如键盘或指示设备的输入设备、诸如液晶显示装置的显示装置、CPU（中央处理单元）和存储器的手提电脑或台式电脑实现操作及监控设备30。操作及监控设备30将监控现场装置10和控制器20的结果显示在显示装置上，由此为（工厂内的）操作者提供了表示工厂状态的信息，以及通过操作者输入到输入装置中的指令来控制控制器20。

仿真器40被连接到现场网络N1，仿真工厂的操作，生成仿真要被传感器装置10a测量的流体的流量的仿真数据，以及将仿真数据传送到传感器装置10a。仿真器40被提供为能够进行检验系统级项（例如，现场网络N1上的负载程度）的任务，而不需将工厂置于操作状态下。仿真器40与操作及监控设备30相似，可以通过（例如）诸如手提电脑或台式电脑的个人电脑来实现。

接下来，将要描述具有上述构造的过程控制系统1的操作。图3是示出了根据本发明的第一优选实施例的过程控制系统的操作的一个示例的流程图。图3所示的流程图示出了当现场装置10的操作模式设置为仿真模式时的操作。下面，先简要地描述当将现场设备10（传感器设备10a和阀设备10b）的操作模式设置为正常模式时的操作，接着参照图3描述当将现场设备10的操作模式设置为仿真模式时的操作。

（设置为正常模式时的操作）

如果将传感器装置10a和阀装置10b的操作模式设置为正常模式，则传感器装置10a的控制单元14控制感测单元11，以测量流体的流量。通过传感器装置10a的控制单元14对通信单元12的控制，将表示感测单元11测量到的流体流量的测量数据通过现场网络N1传送到控制器20。

控制器20一旦接收到来自传感器装置10a的测量数据后，根据该测量数据确定阀装置10b的控制量，控制阀装置10b，以及获得来自阀装置10b的响应数据。如上所述，如果将传感器装置10a和阀装置10b的操作模式设置为正常模式，则控制器20根据来自传感器装置10a的测量数据来计算阀装置10b的控制量，以及基于该控制量控制阀装置10b。然后，当完成了对阀装置10b的控制时，阀装置10b将表示流量操控结果的响应数据传送给控制器20。

（设置为仿真模式的操作）

首先，当操作者操控仿真器40来发出启动仿真的指令时，仿真器40内生成仿真数据启动条件（步骤S11）。当生成了仿真数据启动条件时，仿真器40将仿真模式设置给现场装置10（传感器装置10a和阀装置10b）的操作模式设置单元14a，则现场装置10（传感器装置10a和阀装置10b）的操作模式被设置为仿真模式（步骤S12）。

当完成了上述处理时，仿真器40将步骤S11中生成的仿真数据传送到现场装置10（传感器装置10a）（步骤S13）。一旦收到了来自仿真器40的仿真数据，现场装置10（传感器装置10a）就将每个接收到的仿真数据暂时地存储到存储器13中。

从仿真器40传送来的暂时存储到传感器装置10a的存储器13中的仿真数据由控制单元14读出，并由通信单元12传送到控制器20（步骤S14）。如果将传感器装置10a的操作模式设置为仿真模式，则因为感测单元11不进行测量，所以传感器装置10a将仿真数据而不是测量数据传送给控制器20。

控制器20一旦接收到来自传感器装置10a的仿真数据，则根据该仿真数据确定阀装置10b的控制量，从而控制阀装置10b（步骤S15）。在这种情况下，如果将阀装置10b的操作模式设置为仿真模式，则不在阀装置10b中进行真实的阀致动。取而代之的是，阀装置10b将根据来自控制器20的控制量的响应（第二仿真数据）传送给仿真器40（步骤S16）。从阀装置10b传送的响应被仿真器40接收，并且响应于收到的响应在仿真器40内生成下一仿真数据（步骤S17）。

当完成了上述处理后，仿真器40判断是否已经完成所有仿真数据的传送（步骤S18）。如果判断结果为还没有完成所有仿真数据的传输（否判断结果），则重复步骤S13至S17的处理。但是如果判断出已经完成了所有仿真数据的传送（是判断结果），则仿真器40清除在现场装置10（传感器装置10a和阀装置10b）的操作模式设置单元14a中设置的仿真模式，并将现场装置10（传感器装置10a和阀装置10b）的操作模式设置为正常模式（步骤S19）。上述完成了图3所示的一系列处理。

通过进行上述操作，仿真结果在控制器20、操作及监控设备30以及仿真器40中累积。通过使用这些累积的仿真结果中的至少一个，通过使用数字设备可以进行系统级项（例如，伴随数据量增加的可控性和可操作性）的检验。

如上所述，在第一优选实施例中，在仿真器40中生成仿真要被传感器装置10a测量的流体流量的仿真数据，将仿真流体流量的仿真数据从传感器装置10a传送到控制器20，以及将仿真流量致动结果的仿真数据从阀装置10b传送到控制器20。为此，即使不将工厂置于操作状态下也可对系统级项进行检验。

在第一优选实施例中，可以对保持在操作状态的现有工厂进行仿真。例如，在添加新的现场装置来扩展工厂的情况下，如果将要添加的新的现场装置的操作模式设置为仿真模式，并且仿真器40进行仿真，则通过继续运行现有的工厂而不使对该工厂新添加的部件操作，可以检验添加新的现场设备的效果。

图4是示出了根据本发明的第一优选实施例的过程控制系统的第一变形示例的框图。在图1所示的过程控制系统1中，有线现场网络N1连接现场装置10、控制器20和仿真器40。对比而言，在图4所示的过程控制系统2中，现场装置10、控制器20和仿真器40通过无线网络N连接。

在这种情况下，相比于有线现场网络N1，无线网络N在通信过程中易于具有更大的波动、延迟量和更大的重发次数。根据第一变形示例的过程控制系统2通过在不将工厂置于操作状态下地来使得能够通过检验使用无线网络进行通信的过程中的波动、延迟量和重发次数即可快速实现系统的可控性。

图5是示出了根据本发明的第一优选实施例的过程控制系统的第二变形示例的框图。在图5所示的过程控制系统3中，操作及监控设备30连接到信息网络N3，在现场网络N1和控制网络N2之间提供了网关51，以及在控制网络N2和信息网络N3之间提供了网关52。通过采用上述构造，仿真器40可连接到控制网络N2或信息网络N3。

尽管上面已经描述了根据本发明的优选实施例的过程控制系统，但是本发明并不限于上述优选实施例，并可以在本发明的范围内进行自由地修改。例如，在上述优选实施例中，针对这样的情况进行了描述：在仿真过程中将来自仿真器40的仿真数据传送到现场装置10，以及将来自现场装置10的仿真数据传送到控制器20。但是，仿真器40中生成的所有仿真数据可以预先存储在现场装置10中，从而省去了在仿真过程中将仿真数据从仿真器40传送到现场装置10。同样，尽管在上述优选实施例中，已经针对其中将单个仿真器40连接到现场网络N1等的实例进行了描述，但是仿真器40可以结合到控制器20和操作及监控设备30内或结合在网关51和52内。

同样，在上述优选实施例中，已经针对这样的示例进行了描述：其中仿真器40设置现场装置10（传感器装置10a和阀装置10b）的操作模式。但是，控制器20或操作及监控设备30也可以设置现场装置10的操作模式。此外，在上述优选实施例中，针对这样的示例进行了描述：其中现场装置10、控制器20和仿真器40均连接到有线现场网络N1或无线网络N。但是，可以将他们连接到有线网络N和无线网络的混合网络上。另外，可以提供多个控制器20和现场装置10（传感器装置10a和阀装置10b），且各自的数量可以不同。此外，尽管已示出的仿真器40具有从阀装置10b接收仿真数据的构造，但可以采用控制器20接收给至阀装置10b的控制量并生成传感器装置10a的仿真数据的结构。

本发明提供了能够在工厂试运行之前对系统级项进行检验的过程控制系统。

根据本发明的优选实施例，因为仿真器生成仿真工业过程中的状态量的仿真数据，该仿真数据由第一现场装置输出到控制器，该控制器响应仿真数据进行控制，所以可以在工厂不操作的情况下进行仿真。这使得能够在工厂试运行之前检验系统级项。

正如本文所用的，以下方向性术语“向前，向后，上面，向下，右，左，垂直，水平，下方，横向，行和列”以及任何其他类似的方向性术语是指装备了本发明的设备的所述方向。因此，这些用来描述本发明的术语，应解释为相对于装备了本发明的设备。

术语“构造为”用来描述包括被构成和/或编程来执行预期功能的硬件和/或软件的装置的组件、单元或部件。

此外，在权利要求中表达为“装置加功能”的术语应该包括可被用来执行本发明的部件的功能的任何结构。

术语“单元”用来描述被构成和/或编程来执行预期功能的硬件和/或软件的组件、单元或部件。硬件的典型例子可包括但不限于装置和电路。

尽管上面已经描述并示出了本发明的优选实施例，但是应该理解，这些是本发明的示例而不应被看作限制。在不背离本发明范围的情况下可以进行添加、省略、替代、以及其他改变。因此，本发明不应被看作由前述说明书限制，而是仅由权利要求书的范围限制。

Claims (12)

1.一种用来控制工厂中实施的工业过程的过程控制系统，所述过程控制系统包括：

提供在工厂中的网络；

第一现场装置，其与所述网络连接，所述第一现场装置被构造为输出通过测量所述工业过程中的状态量而得到的测量数据、和仿真所述状态量的第一仿真数据中的一个；

控制器，其与所述网络连接，所述控制器被构造为响应于从所述第一现场装置输出的所述测量数据和所述第一仿真数据中的一个来执行控制；

仿真器，其被构造为生成要从所述第一现场装置输出的所述第一仿真数据；以及

第二现场装置，其与所述网络连接，所述第二现场装置被构造为输出响应数据和第二仿真数据中的一个，其中所述响应数据表示在所述控制器的控制器下的所述工业过程中的状态量的操作结果，所述第二仿真数据仿真所述状态量的操作结果，其中

所述仿真器被构造为通过使用从所述第二现场装置输出的所述第二仿真数据和由所述控制器控制的量中的至少一个来生成新的第一仿真数据。

2.如权利要求1所述的过程控制系统，其中，所述第一现场装置包括第一存储单元，所述第一存储单元被构造为暂时地存储由所述仿真器生成的所述第一仿真数据。

3.如权利要求1所述的过程控制系统，其中，所述仿真器被构造为当所述第一现场装置的操作模式被设置为输出所述第一仿真数据的仿真模式时，通过所述网络连续地将所述第一仿真数据传送到所述第一现场装置。

4.如权利要求2所述的过程控制系统，其中，所述仿真器被构造为通过所述网络来传送所述第一仿真数据，以使所述第一现场装置预先存储所述第一仿真数据，此后将所述第一现场装置的操作模式设置为输出所述第一仿真数据的仿真模式。

5.如权利要求1所述的过程控制系统，其中，所述网络为遍布整个工厂铺设的有线网络、在所述工厂内形成的无线网络、以及所述有线网络和所述无线网络的混合网络中的一种。

6.如权利要求2所述的过程控制系统，其中，

所述第一现场装置还包括具有第一操作模式设置单元的第一控制单元，所述第一控制单元根据所述第一操作模式设置单元内设置的操作模式来控制所述第一现场装置的操作，

所述第一操作模式设置单元被构造为将所述第一现场装置的操作模式设置为正常模式和仿真模式之一，

所述正常模式是这样的一种操作模式：其中所述第一现场装置测量状态量并将所述第一现场装置得到的测量数据发送到所述控制器，以及

所述仿真模式是这样的一种操作模式：不使用所述第一现场装置的测量结果，所述第一现场装置将存储在所述第一存储单元中的所述第一仿真数据而不是所述测量数据传送到所述控制器。

7.如权利要求1所述的过程控制系统，其中，

所述第二现场装置包括具有第二操作模式设置单元的第二控制单元，所述第二控制单元根据在所述第二操作模式设置单元内设置的操作模式来控制所述第二现场装置的操作，

所述第二操作模式设置单元被构造为将所述第二现场装置的操作模式设置为正常模式和仿真模式之一，

如果在所述第二操作模式设置单元内设置了所述正常模式，则所述第二现场装置在所述控制器的控制下进行操作，并将表示操作结果的响应数据传送到所述控制器，以及

如果在所述第二操作模式设置单元内设置了所述仿真模式，则所述第二现场装置将所述第二仿真数据传送到所述控制器和所述仿真器，所述第二仿真数据为至少包括来自所述控制器的控制量的响应数据。

8.如权利要求1所述的过程控制系统，其中

若将所述第一现场装置和所述第二现场装置的操作模式设置为正常模式，则：

所述第一现场装置测量状态量，以通过所述网络将已经测量到的测量数据传送到所述控制器，以及

一旦接收到来自所述第一现场装置的所述测量数据，所述控制器就根据所述测量数据计算用于所述第二现场装置的控制量，并基于所述控制量来控制所述第二现场装置，以从所述第二现场装置得到响应数据。

9.如权利要求8所述的过程控制系统，其中

如果将所述第一现场装置和所述第二现场装置设置为仿真模式，则：

所述仿真器将已经生成的所述第一仿真数据发送到所述第一现场装置，

一旦接收到来自所述仿真器的所述第一仿真数据，所述第一现场装置就暂时地将接收到的每个第一仿真数据存储到第一存储单元中，

将暂时存储在所述第一存储单元中的所述第一仿真数据读出并传送到所述控制器，

一旦接收到来自所述第一现场装置的所述第一仿真数据，所述控制器就根据所述第一仿真数据来计算用于所述第二现场装置的控制量，并控制所述第二现场装置，

所述第二现场装置将根据来自所述控制器的控制量的所述第二仿真数据传到所述仿真器，

所述仿真器接收从所述第二现场装置传送的所述第二仿真数据，并响应于接收到的第二仿真数据生成下一仿真数据，以及

所述仿真器确定是否已经完成了所有仿真数据的传送，以及若确定已经完成了所有仿真数据的传送，则所述仿真器将所述第一现场装置和所述第二现场装置的操作模式从所述仿真模式改变为所述正常模式。

10.一种通过使用过程控制系统来控制在工厂内实施的工业过程的过程控制方法，所述过程控制系统包括：

提供在所述工厂内的网络；

第一现场装置，其与所述网络连接，所述第一现场装置被构造为输出通过测量所述工业过程中的状态量而得到的测量数据以及仿真所述状态量的第一仿真数据中的一个；

控制器，其与所述网络连接，所述控制器被构造为响应于从所述第一现场装置输出的所述测量数据和所述第一仿真数据中的一个来执行控制；

仿真器，其被构造为生成要从所述第一现场装置输出的所述第一仿真数据；以及

第二现场装置，其与所述网络连接，所述第二现场装置被构造为输出响应数据和第二仿真数据中的一个，其中所述响应数据表示在所述控制器的控制下的所述工业过程中的状态量的操作结果，所述第二仿真数据仿真所述状态量的操作结果，

所述过程控制方法包括：

将所述第一现场装置和所述第二现场装置的操作模式设置为正常模式和仿真模式之一；以及

若将所述第一现场装置和所述第二现场装置的操作模式设为正常模式，则通过所述第一现场装置测量状态量并通过所述网络将已经测量到的测量数据传送到所述控制器，以及在接收到来自所述第一现场装置的所述测量数据时，通过所述控制器来根据所述测量数据计算用于所述第二现场装置的控制量，以基于所述控制量来控制所述第二现场装置，以从所述第二现场装置得到响应数据。

11.如权利要求10所述的过程控制方法，还包括：

若将所述第一现场装置和所述第二现场装置的操作模式设置为仿真模式，则通过所述仿真器将已经生成的所述第一仿真数据传送到所述第一现场装置，一旦接收到来自所述仿真器的所述第一仿真数据，所述第一现场装置就将接收到的每个第一仿真数据暂时地存储到第一存储单元中，将暂时存储在所述第一存储单元中的所述第一仿真数据传送到所述控制器，一旦接收到来自所述第一现场装置的所述第一仿真数据，所述控制器就根据所述第一仿真数据计算用于所述第二现场装置的控制量以控制所述第二现场装置，所述第二现场装置将根据来自所述控制器的控制量的所述第二仿真数据传送到所述仿真器，所述仿真器接收从所述第二现场装置传送的所述第二仿真数据以响应于接收到的第二仿真数据生成下一仿真数据。

12.如权利要求11所述的过程控制方法，还包括：

通过所述仿真器确定是否已经完成所有仿真数据的传送，以及

若确定已经完成了所有仿真数据的传送，则将所述第一现场装置和第二现场装置的操作模式从所述仿真模式改变为所述正常模式。