CN103336492B - 一种混合工业计算机网络控制处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种混合工业计算机网络控制处理系统，包括n台工业设备、管理设备、控制设备和处理器组，每一台工业设备具有至少一个传感器和至少一个控制部件；管理设备中具有n个处理模块，每一个处理模块与一台工业设备相连并进行信息交互，处理模块中具有信息处理单元和仿真单元；控制设备与处理模块相连并根据接收到的传感器信息和仿真信息生成控制命令；处理器组包括m台处理器，每台工业设备与一台处理器相连，处理器控制相应工业设备的控制部件工作。本发明的管理设备内设置有与多台工业设备对应的处理模块，通过控制设备实现工业设备的管理，工业设备管理者不需要完全参与执行工业设备管理的所有环节，易于扩展、升级和维护。
Description
技术领域
本发明涉及计算机网络技术领域，具体涉及一种混合工业计算机网络控制处理系统。
背景技术
在混合工业生产过程中，经常通过使用基于微处理器的控制器、计算机或者工作站来实现，它们通过向硬件设备发送和接收命令与数据，来控制生产过程的特定方面或者控制作为整体的全过程，从而监控该过程。控制器、计算机或者工作站根据总体控制方案来存储和实施集中式且经常很复制的控制方案，从而实现影响过程参数的测量和控制，然而通常情况下，所实施的控制方案是由现场设备制造商专有的，由于现场设备提供者必须完全参与执行这些活动的任一环节，因此控制处理系统很难扩展、升级和维护。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种混合工业计算机网络控制处理系统，能够快速方便地实现扩展、升级和维护。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种混合工业计算机网络控制处理系统，包括：
n台工业设备，所述n为正整数，每一台工业设备具有至少一个传感器和至少一个控制部件；
管理设备，所述管理设备中具有n个处理模块，所述n个处理模块与n台工业设备一一对应，每一个处理模块与一台工业设备相连并进行信息交互，所述处理模块中具有信息处理单元和仿真单元，所述信息处理单元与传感器相连，所述信息处理单元用于接收处理所述传感器的信息并将所述处理后的信息传输给所述仿真单元，所述仿真单元进行仿真；
控制设备，所述控制设备分别与处理模块的信息处理单元和仿真单元相连，所述控制设备根据接收到的工业设备的传感器信息和仿真信息生成相应的控制命令；
处理器组，所述处理器组包括m台处理器，所述m为不大于n的正整数，所述m台处理器分别与所述控制设备连接，所述每一台工业设备与一台处理器相连，所述处理器接收所述控制设备的控制命令并控制相应工业设备的控制部件工作。
本发明的混合工业计算机网络控制处理系统建立管理设备，其内设置有与多台工业设备对应的处理模块，通过控制设备实现工业设备的管理，工业设备管理者不需要完全参与执行工业设备管理的所有环节，易于扩展、升级和维护。
在本发明的一种优选实施方式中，所述控制设备包括三个子站：操作员工作站、实验室工作站和工程师工作站，所述操作员工作站、实验室工作站和工程师工作站两两连接，所述操作员工作站、实验室工作站和工程师工作站还分别与管理设备中的处理模块相连，所述工程师工作站接收修改所述信息处理单元中传感器的信息并显示，并接收仿真单元的信息，并根据仿真单元的信息生成控制命令，所述工程师工作站将所述控制命令传输给所述操作员工作站、实验室工作站和处理器，所述处理器根据所述控制命令控制相应工业设备的控制部件工作。
本发明的控制设备设置操作员工作站、实验室工作站和工程师工作站，适宜于不同人群对控制设备进行管理。
子站包括多个子系统，控制处理图形子系统向控制处理系统环境的结构提供用户定义的视图和操作员人机界面，控制处理编辑器通过交互子系统界面连接至控制管理图形查看器。
在本发明的另一种优选实施方式中，所述工程师工作站包括用户交互设备、显示器、CPU、解决方案创建模块和存储器；
所述CPU接收修改所述信息处理单元中传感器的信息，并接收仿真单元的仿真信息；
所述用户交互设备与所述CPU相连，用于输入信息，所述输入的信息包括修改的传感器信息；
所述解决方案创建模块接收所述CPU传输的传感器信息和仿真信息并生成解决方案，所述解决方案传输给所述操作员工作站、实验室工作站和处理器；
所述显示器用于对管理设备的运行状况进行显示；
所述存储器与所述CPU相连，用于存储所述解决方案。
本发明的工程师工作站能够对多个工业设备同时进行监控管理，大大节约人力物力，同时易于扩展、升级和维护。
在本发明的一种优选实施例中，所述管理设备内还包括地理定位模块，所述地理定位模块与工业设备相连，获取工业设备的地理信息并传输给所述控制设备。能够快速形成工业设备空间布局信息。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明混合工业计算机网络控制处理系统的结构示意图；
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供了一种混合工业计算机网络控制处理系统，如图1所示，其包括：
n台工业设备，所述n为正整数，所述每一台工业设备具有至少一个传感器和至少一个控制部件；
管理设备，所述管理设备中具有n个处理模块，所述n个处理模块与n台工业设备一一对应，每一个处理模块与一台工业设备相连并进行信息交互，所述处理模块中具有信息处理单元和仿真单元，所述信息处理单元与传感器相连，所述信息处理单元用于接收处理所述传感器的信息并将所述处理后的信息传输给所述仿真单元，所述仿真单元进行仿真；
控制设备，所述控制设备分别与处理模块的信息处理单元和仿真单元相连，所述控制设备根据接收到的工业设备的传感器信息和仿真信息生成相应的控制命令；
处理器组，所述处理器组包括m台处理器，所述m为不大于n的正整数，所述m台处理器分别与所述控制设备连接，所述每台工业设备与一台处理器相连，所述处理器接收所述控制设备的控制命令并控制相应工业设备的控制部件工作。
本发明的混合工业计算机网络控制处理系统建立管理设备，其内设置有与多台工业设备对应的处理模块，通过控制设备实现工业设备的管理，工业设备管理者不需要完全参与执行工业设备管理的所有环节，易于扩展、升级和维护。
在本实施方式中，控制设备包括多个子站，具体为操作员工作站、实验室工作站和工程师工作站，所述操作员工作站、实验室工作站和工程师工作站两两连接，所述操作员工作站、实验室工作站和工程师工作站还分别与管理设备中的处理模块相连，所述工程师工作站接收修改所述信息处理单元中传感器的信息，并接收仿真单元的信息，并根据仿真单元的信息生成控制命令，所述工程师工作站将所述控制命令传输给所述操作员工作站、实验室工作站和处理器，所述处理器根据所述控制命令控制相应工业设备的控制部件工作。
在本实施方式中，工作站通过局域网而连接至多个处理器，实现工作站与多个工业设备之间的连接。在其他实施例中，处理器的具体数量取决于控制处理环境的目标和需求，在本实施方式中，单个处理器控制几个不同的控制处理过程，即控制几个不同的工业设备工作，在本发明另外的优选实施方式中，单个处理器控制一个不同的工业设备工作，或者控制单个控制处理过程的一部分。
本发明的控制设备设置操作员工作站、实验室工作站和工程师工作站，适宜于不同人群对控制设备进行管理。
在本实施方式中，所述工程师工作站包括用户交互设备、显示器、CPU、解决方案创建模块和存储器；
所述CPU接收修改所述信息处理单元中传感器的信息，并接收仿真单元的仿真信息；
所述用户交互设备与所述CPU相连，用于输入信息，所述输入的信息包括修改的传感器信息；
所述解决方案创建模块接收所述CPU传输的传感器信息和仿真信息并生成解决方案，所述解决方案传输给所述操作员工作站、实验室工作站和处理器；
所述显示器用于对管理设备的运行状况进行显示，具体是显示器按照工业设备的布局显示各个工业设备中传感器的信息和仿真信息，并且在操作员工作站和实验室工作站中也具有显示器对上述信息进行显示；
所述存储器与所述CPU相连，用于存储所述解决方案。
本发明的工程师工作站能够对多个工业设备同时进行监控管理，大大节约人力物力，同时易于扩展、升级和维护。
在本实施方式中，管理设备内还包括地理定位模块，地理定位模块与工业设备相连，获取工业设备的地理信息并传输给所述控制设备。能够快速形成工业设备空间布局信息，便于监控查看。
本发明通过在工程师工作站上创建解决方案，并且经由局域网将该解决方案传输到操作员工作站、实验室工作站，以及传输给用于执行该解决方案的控制器，从而生成控制处理策略。操作员工作站的显示器显示处理器中实施的控制监控策略，从而查看控制处理过程，并根据解决方案的需求来改变输出对控制部件的控制值，控制工业设备的控制部件工作，在本实施方式中，工业设备可以为智能现场设备或常规现场设备，具体对每一种设备的传感器设置、需要的传感器信息以及控制处理部件可按照现有方式设定。
在本实施方式中，操作员工作站还可以将有关控制处理策略的状态的视觉和音频反馈传送给操作员。
在本实施方式中，操作员工作站、工程师工作站以及实验室工作站包括至少一个中央处理单元，中央处理单元与处理器相连，该中央处理单元还连接至显示器和用户界面设备，从而允许用户和处理器之间进行交互。
在本实施方式中，工程师工作站的存储器可以为易失性存储器，也可以为非易失性存储器。存储器存储在处理器上执行的控制程序。
存储器还包括配置和管理控制处理网络的工具，在本实施方式中，具体可以采用配置控制处理网络，并确保该控制处理网络符合期望的标准协议的工具。工具还可以在控制处理网络的管理期间使用，从而提供更有效的故障检修和维护。优选地，工具为存储于存储器中的软件，该软件也可以存储于计算机可读介质上，并且工程师工作站的cpu来执行，在本实施方式中，工具可使用HART、PROFIBUS等通信协议进行通信，或者使用现有的或在将来可研制出的任何其它通信协议进行通信的控制管理系统。在本实施方式中，工具可以实现呈现于工程师工作站的显示器上的屏幕表示，该屏幕表示仅示出控制管理的逻辑连接，或者可包括并入了精炼或制造工厂的布局的空间特性的物理连接。具体配置控制处理网络的工具可采用现有技术。
在本实施方式中，控制处理网络包括多种空间特性，例如特定通信区域的激励长度、总线的总长、连接至特定接线盒的过程控制设备的总数。控制处理网络配置完成后，可通过利用任一工作站来管理该控制管理系统。管理该系统的功能包括诸如诊断、在线调试、警报监控和设备维护等功能，在诊断和警报监控期间，当阀或其它设备出现故障时，显示设备屏幕上会标示出在工厂的空间视图闪烁，设备的标签名以及设备的空间位置能用来标识阀或其它设备。用户提供有关控制管理网络非空间特性的信息，比如客户的信息、所用设备、校准数据、标签名、电缆类型、电源特性的信息，以及卡、段和接线配置的信息。控制处理网络可首先利用逻辑连接进行配置，并且稍后，配置应用于工厂的空间布局并且用来利用应用于网络布局的空间信息来管理控制处理网络。在本实施方式中，对控制处理策网络的管理和配置可按照现有技术进行。
在本实施方式中，现场总线协议是数字的串行双向通信协议，该协议向双线回路或总线提供标准化物理接口，这些回路或总线用于互联工业设备或控制设备之中的诸如传感器、执行器、控制器、阀之类的控制部件。现场总线协议有效地为控制管理过程中的工业设备提供局域网，从而使得这些设备在分布遍及控制管理的各个位置处都能够执行控制功能，从而实施总体控制策略。现场总线协议使得控制功能能够分布遍及控制管理网络，所以该协议降低了集中式过程控制器的复杂度，或者完全消除了集中式过程控制器的必要性。
在本实施方式中，控制部件为诸如变送器和阀之类的部件。
对工业设备的操作包括校准步骤、参数配置步骤以及控制系统与这些工业设备通信所需要的其它信息。工业设备向控制系统通过标准运行参数，而且进行自我诊断，并能向控制系统报告诸如仪器未校准之类的设备问题，每个工业设备均具有唯一的物理设备标签以及相应的网络地址。在本实施方式中，对每一个工业设备的操作可按照现有技术的操作进行。具体对可以利用多种类型的通信来对工业设备进行管理，包括：获取端口和通信统计值、获取现场工业设备的状态、查看并改变资源配置和参数、启动现场设备的主复位或自测试、显示传感器的状态并改变传感器的上、下和零校正。通过向以上列出的管理通信提供空间信息，控制管理系统的管理特性更为有效并更易于使用。
在本实施方式中，子站包括多个子系统，其中某些子系统既具有配置实施又具有运行实施，例如，控制处理图形子系统向控制处理系统环境的结构提供用户定义的视图和操作员人机界面，控制处理编辑器通过交互子系统界面连接至控制管理图形查看器。子站还包括控制管理子系统，控制管理子系统用于定义、安装控制模块和装置模块。
在本实施方式中，工厂的空间信息可为全三维的，包括三维壁、设备和工作站等，也可以是有关工厂的二维蓝图，在二维蓝图上描绘有控制管理系统的配置。
本发明提供了一种混合工业计算机网络控制处理系统，利用工厂的空间信息对包括于该工厂中的控制处理系统进行配置和管理。该控制处理系统可符合标准协议，优势在于，在确保系统的物理特性符合标准的同时，允许有效设计和使用控制管理系统，提供更有效的诊断、在线调试、警报管理和设备维护。
本发明可自动生成应用于工厂的空间布局的控制管理网络的布局，用来分析应用于所述工厂的物理布局的控制管理网络的布局，以确保所棕网络的布局符合标准协议的准则，例如符合现场总线协议的准则。可选的，还可提供闪烁的设备表示，以指示所述网络中的活跃警报。
控制设备提供表示多台工业设备的多个功能块，多台工业设备与工厂的空间布局相关。该控制设备还提供涉及与工厂的空间布局相关的多台工业设备中的每台工业设备的控制处理信息和仿真信息，采用这种系统，用户可改变有关功能块的一或多个参数，从而生成并查看涉及与工厂的空间布局相关的功能块的仿真信息。
该配置和管理系统还可提供涉及与工厂的空间布局相关的不同设备的地理定位数据，可用三维格式和/或在便携式设备上呈现工厂的空间布局、有关不同设备的控制处理信息、有关不同设备的控制处理仿真信息。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种混合工业计算机网络控制处理系统，其特征在于，包括：
n台工业设备，所述n为正整数，每一台工业设备具有至少一个传感器和至少一个控制部件；
管理设备，所述管理设备中具有n个处理模块，所述n个处理模块与n台工业设备一一对应，每一个处理模块与一台工业设备相连并进行信息交互，所述处理模块中具有信息处理单元和仿真单元，所述信息处理单元与传感器相连，所述信息处理单元用于接收处理所述传感器的信息并将所述处理后的信息传输给所述仿真单元，所述仿真单元进行仿真；
控制设备，所述控制设备分别与处理模块的信息处理单元和仿真单元相连，所述控制设备根据接收到的工业设备的传感器信息和仿真信息生成相应的控制命令；
处理器组，所述处理器组包括m台处理器，所述m为不大于n的正整数，所述m台处理器分别与所述控制设备连接，所述每一台工业设备与一台处理器相连，所述处理器接收所述控制设备的控制命令并控制相应工业设备的控制部件工作；
所述控制设备包括三个子站：操作员工作站、实验室工作站和工程师工作站，所述操作员工作站、实验室工作站和工程师工作站两两连接，所述操作员工作站、实验室工作站和工程师工作站还分别与管理设备中的处理模块相连，所述工程师工作站接收修改所述信息处理单元中传感器的信息，并接收仿真单元的信息并显示，并根据仿真单元的信息生成控制命令，所述工程师工作站将所述控制命令传输给所述操作员工作站、实验室工作站和处理器，所述处理器根据所述控制命令控制相应工业设备的控制部件工作；
子站包括多个子系统，控制处理图形子系统向控制处理系统环境的结构提供用户定义的视图和操作员人机界面，控制处理编辑器通过交互子系统界面连接至控制管理图形查看器；
所述控制设备提供表示多台工业设备的多个功能块，多台工业设备与工厂的空间布局相关，所述控制设备还提供涉及与工厂的空间布局相关的多台工业设备中的每台工业设备的控制处理信息和仿真信息。
2.如权利要求1所述的混合工业计算机网络控制处理系统，其特征在于，所述工程师工作站包括用户交互设备、显示器、CPU、解决方案创建模块和存储器；
所述CPU接收修改所述信息处理单元中传感器的信息，并接收仿真单元的仿真信息；
所述用户交互设备与所述CPU相连，用于输入信息，所述输入的信息包括修改的传感器信息；
所述解决方案创建模块接收所述CPU传输的传感器信息和仿真信息并生成解决方案，所述解决方案传输给所述操作员工作站、实验室工作站和处理器；
所述显示器用于对管理设备的运行状况进行显示；
所述存储器与所述CPU相连，用于存储所述解决方案。
3.如权利要求1所述的混合工业计算机网络控制处理系统，其特征在于，所述管理设备内还包括地理定位模块，所述地理定位模块与工业设备相连，获取工业设备的地理信息并传输给所述控制设备。
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