CN106873547B - 工业自动化封装电力解决方案 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业自动化封装电力解决方案。公开了用于对过程自动化系统(110)中的过程控制器(112)与电气自动化系统(120)的一个或更多个智能电气装置(IED)(122)进行对接以使用过程和电气控制空间信息来在互联企业系统(100)中执行行为和进行关于行为的决策以基于电气控制空间信息和过程控制空间信息有利于能量管理目标以及过程控制目标的系统(100)、方法和装置。

Description

工业自动化封装电力解决方案
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年9月15日提交的第62/218,801号美国临时申请的优先权和权益，其全部主题通过引用并入本文。
背景技术
制造工厂和其他企业通常包括机器、马达以及由形成过程自动化系统的过程控制设备来操作的其他受控装置和过程。这些受控过程和装置转而由配电系统供电。已经开发了可以用于节能，对配电系统内的多个电气装置进行减载、负载共享以及其他行动的电气自动化系统。然而，过程控制目标和电气自动化或能量管理目标往往发生彼此冲突，并且常规系统对于过程控制和电气自动化系统行动不提供彼此协作以达到最佳能量管理以及过程自动化目标。
发明内容
描述了互联企业系统、技术和设备以利于控制空间或过程自动化系统与企业的电气自动化系统空间的整合以根据过程控制空间操作和注意事项有利于智能电气空间操作和智能电力管理。
附图说明
图1是互联企业的示意图，互联企业包括具有过程控制器的过程自动化系统和具有多个智能电气装置(IED)的电气自动化系统以及高准确度定时装置以使与过程自动化系统和电气自动化系统相关联的第一网络和第二网络中的信号的定时关联。
图2是互联企业的另一示例的示意图，其中，高准确度定时装置与第一切换装置连接并且时间信号经由第一切换装置分配至第一网络，高准确度定时装置经由第二切换装置连接到第二网络。
图3是互联企业的另一示例的示意图，其中，高准确度定时装置与第二切换装置耦接以向第二网络分配时间信号，并且高准确度定时装置被耦接以通过第一切换装置向第一网络分配时间信号。
图4是互联企业的另一示例的示意图，其中，在过程自动化系统的过程控制器中实施高准确度定时装置。
图5是示出IED的附加配置文件(AOP)接口的示意图。
图6是示出在示例性互联企业中示出显示画面的各种图形用户界面(GUI)呈现的示意图。
图7是示出由互联企业中的过程控制器实现的附加指令(AOI)的示意图。
图8示出了互联企业。
图9还示出了某些示例的能力。
图10示出了封装电力使用案例。
具体实施方式
首先参照图1至图4，公开了用于对过程自动化系统或控制空间110中的过程控制器112和其他装置114、装置116、装置118与电气自动化系统120的一个或更多个智能电气装置(IED)122进行对接以利于实现过程控制决策和控制行动进一步实现过程控制目标和能量管理目标的系统100、方法和设备。图1示出了示例性互联企业系统100，示例性互联企业系统100包括具有过程控制器112的过程自动化系统110以及具有多个智能电气装置(IED)122的电气自动化系统120。
过程自动化系统110包括一个或更多个控制装置，所述控制装置包括与第一网络108a工作上耦接的过程控制器112、第一变频驱动114a和第二变频驱动114b、软起动器116以及马达控制中心(MCC)118。过程自动化系统装置112、过程自动化系统装置114、过程自动化系统装置116、过程自动化系统装置118中的至少一些过程自动化系统装置运作以控制一个或更多个过程(未示出)，以及本示例中的过程自动化系统装置112至118包括网络连接108a1、网络连接108a2、网络连接108a3和网络连接108a4以用于经由第一路由器或其他切换装置104a在其间或者与其他网络交换数据。本示例中的第一切换装置104a与计算机或其他处理器140工作上连接以提供处理器140与过程自动化系统110的过程控制器112和其他设备114至118之间的通信能力。
电气自动化系统120包括经由网络连接108b1、网络连接108b2、网络连接108b3、网络连接108b4、网络连接108b5和网络连接108b6与第二网络108b和相关联的第二路由器或第二切换装置104b工作上耦接的IED 122a、IED 122b、IED 122c、IED 122d、IED 122e和IED122f。在本示例中，IED 122e和IED 122f两者包括在开关装置阵容124中。在操作中，IED122向过程自动化系统110供电，以及某些IED即IED 122a、IED 122c和开关装置阵容124分别通过连接130a、连接130b和连接130c与VFD 114a、软起动器116和MCC 118工作上相关联。任何合适的网络配置、拓扑和协议可以用于网络108a和网络108b，包括但不限于以太网型网络。此外，网络108可以独立地包括任何形式的连接或节点，如有线网络节点、光纤网络节点和/或无线网络节点。
图1至图4中的互联企业系统100还包括高准确度定时装置102以使第一网络108a和第二网络108b中的信号的定时关联。在一个示例中，定时装置102经由合适的通信互连106a和通信互连106b与切换装置104a和切换装置104b工作上耦接。此外，在某些示例中，路由器或切换装置104经由通信连接150彼此通信上耦接。在操作中，定时装置102通过第一网络108a向控制装置112、控制装置114、控制装置116、控制装置118中的至少一些控制装置分配时间信号，以及经由路由器104a和路由器104b通过第二网络108b向IED 122中的至少一些IED分配时间信号。在某些示例中，定时装置102是GPS接收机。定时装置102的其他实现方式是可行的，包括但不限于精确时间协议(PTP)主时钟服务器、网络时间协议(NTP)服务器、飞轮变换器(fly wheel converter)技术装置或者简单网络时间协议(SNTP)服务器。来自定时装置102的时间信号的分配提供时间同步，时间同步通过控制装置112、控制装置114、控制装置116、控制装置118中至少之一结合过程控制决策和行动有利于智能能量管理决策和行动。此外，在某些示例中，时间信号从定时装置102通过第一网络和第二网络的标准以太网通信介质108分配，标准以太网通信介质108可以独立地包括有线、无线、光纤和/或其他网络技术。
在图1的示例中，定时装置102经由相应的通信连接106a和通信连接106b连接至第一切换装置104a以及第二切换装置104b。图2示出了另一示例性配置，其中，高准确度定时装置102经由连接106a与第一切换装置104a连接，以及时间信号经由第一切换装置104a分配至第一网络108a并且经由路由器连接150和第二切换装置104b分配至第二网络108b。在图3中，定时装置102经由连接106b与第二切换装置104b耦接以将时间信号经由切换装置104b分配至第二网络108b并且将时间信号通过连接150和第一切换装置104a分配至第一网络108a。图4示出了另一示例，其中在过程自动化系统110的过程控制器112中实施定时装置102。在这种情况下，来自高准确度定时装置102的时间信号从过程控制器112分配到切换装置104a、切换装置104b以及第一网络108a和第二网络108b的其他装置。
还参照图5至图7，除了时间同步，所公开的示例还包括执行附加配置文件(AOP)510(图5和图6)(例如，由图1至4中的处理器140执行)以对过程控制器112进行配置来限定过程控制器112与电气自动化系统120的IED 122之间的数据交换，以及包括在过程控制器112中执行一个或更多个附加指令(AOI)710(图7)以将来自IED 122的无符号数据选择性地转换成符号数据，并且根据用户限定的比例因子730对来自IED 122中至少之一的数据进行缩放以提供经缩放的数据值用于由过程控制器112在控制至少一个过程中使用。在这些示例中，过程控制器112与第一网络108a工作上互连以获得电气控制空间信息，连同网络108a与网络108b之间的时间同步一起使过程控制器112能够至少部分地根据从电气自动化系统120的智能电气装置IED 122中的至少一个智能电气装置IED获得的电气控制空间信息和过程控制信息实现一个或更多个过程控制目标，以及实现一个或更多个能量管理目标。如下面结合图8至图10进一步详细描述的，这些能力有利于采用常规企业配置不可行的其中过程控制空间和电气控制空间被高效且独立操作的整个系统的智能能量管理和过程控制。
图5示出了IED 122的示例性AOP接口510的进一步的细节。在一个示例中，处理器140根据由给定IED 122的制造商提供的电子数据表(EDS)文件502实现(例如，执行)EDSAOP 510。处理器140根据与给定IED 122对应的电子数据表EDS文件502使用AOP 510对过程控制器122进行配置以限定要通过网络通信协议在通信流中在电气自动化系统120的给定IED 122与过程控制器112之间进行交换的数据。在某些示例中，处理器140根据相应的EDS文件502执行各自与IED 122独立对应的多项EDS AOP 510。以此方式，过程控制器112被配置成与电气自动化系统120的一个或更多个IED 122进行通信。在一个示例中，网络通信协议包括下述至少之一：IEC 61850MMS、GOOSE、SV、DNP 3.0、IEC 60870-5、Modbus TCP、以太网/IP协议以及设备网。此外，通信流可以包括任何合适形式的消息或消息传送，在某些示例中包括1类消息和/或3类消息。
在一个示例中，图5中的处理器140根据EDS文件502实现EDS AOP 510以向限定与IED 122的接口的过程控制器112发送配置分组或多个分组。在512处，处理器140接收或分析EDS文件502并且解析EDS文件502的参数以确定或识别与IED 122相关联的过程控制器112感兴趣的参数。在514处，处理器140根据第一参数识别IED供应商，并且在516处从EDS文件502读取控制器标记。在一个示例中，标记表示在操作中在IED 122与过程控制器112之间交换的参数或值。在518处，处理器114将所识别的控制器标记写入过程控制器112。在操作中，处理器114执行控制监测程序，过程控制器112可以根据所写入的控制器标记中的一个或更多个通过控制监测程序提供实时数据530，并且实时数据530可以由处理器140的用户经由由处理器140实现的图形用户界面(GUI)532进行监测。以此方式，EDS AOP接口510对过程控制器112进行配置以与IED 122实时操作交换标记(例如，参数，值等)，以利于由过程控制器112实现的过程控制目标以及与整个系统相关联的能量效率目标。在一个示例中，由EDS AOP接口510写入过程控制器112的标记对过程控制器112进行配置以限定如何将数据(例如，标记)从IED 122呈现到过程控制器112，以及期望从IED 122获得哪些参数。
在操作中，过程控制器112基于由EDS AOP 510设置的配置参数实现输入组件520以及输出组件522。输入组件是从IED 122通过网络连接到过程控制器112的数据流，以及输出组件是在实时操作期间从过程控制器112到IED 122的数据流。在一个示例中，使用任何合适的网络技术和协议如罗克韦尔以太网/IP协议来实现输入组件数据流520和输出组件数据流522。
此外，还参照图6以及某些示例，处理器140执行EDS AOP 510以设置图形用户界面(GUI)532(图5)，包括以用户画面600的形式呈现对于给定IED 122的IP地址的指派，针对1类连接的所请求的分组间隔RPI的配置，和/或来自给定IED 122的实时数据标记的过滤。图6示出了在上述的示例互联企业系统100中显示画面形式的各种GUI呈现，包括图5中的处理器140的用户可用的图形用户界面532的截图呈现602、截图呈现604、截图呈现608和截图呈现612。用户界面设置了可导航呈现602，可导航呈现602使得用户能够在连接至网络108的各种装置或实体包括IED 122中选择，对此过程控制器112已经根据相应的EDS文件502通过EDS AOP 510配置。在呈现602的列表中选择特定IED 122向用户提供如图6所示的相应呈现或画面604，在本示例中，特定IED 122为电气自动化系统120的空气断路器。用户可以向所配置的IED 122指派任何期望的名称，并且画面604使得能够指派IP地址用于与IED 122进行通信。呈现或画面608示出了对于所选择的IED 122从EDS文件502获得的参数。在实时操作期间，参数画面608使得用户能够经由从IED 122通过一个或更多个网络108到过程控制器112的3类消息传送连同在图6所示的指定列610中的经配置的单位和样式一起监测实时值(live value)。图5的EDS AOP 510中的在512处的EDS参数的解析填入参数画面行，包括标记或值名称、单位、样式和描述。其他列信息通过1类消息传送填入参数画面608中。EDSAOP 510还呈现连接标签，其使得处理器140的用户能够针对1类消息交换率控制对在IED122与过程控制器112之间通过一个或更多个网络108传输的分组的(所请求的分组间隔)定时(RPI)进行配置。这使得数据延迟之间的可配置的折衷能够实现过程和电气系统目标，以及用于数据交换的网络带宽资源。
图6中的呈现608和呈现612使得处理器140的用户能够过滤来自在其环境内的IED122的实时数据标记。EDS AOP 510通过在EDS文件502中所描述的IED标记进行过滤。在一个示例中，如截图608和截图612中所示，EDS AOP 510使得用户能够查看在512处解析的所有参数，包括使用下拉列表614对IED参数进行排序的能力以将参数根据绝对最小/最大测量、命令、当前测量、能量测量、其他测量、功率测量、状态或电压测量进行排序。在实践中，EDSAOP 510使用来自EDS文件502的参数来配置过程控制器112，并且使得能够由在在外部计算机或处理器142中运行的过程监测软件通过如示例性画面608和画面612中所示的图形用户界面访问部分或全部IED参数的监测实时值。在这个示例中，用户可以查看名称、值、单位、样式和每个单独参数的描述。
还参照图7，示意图700示出了根据本公开内容的其他方面的附加指令(AOI)710。在某些示例中，过程控制器112执行AOI 710以将来自IED 122的无符号数据选择性地转换成符号数据。在一个示例中，AOI 710的执行在计算系统环境内将符号数据类型对接到工业控制器标记。AOI 710的执行还根据用户限定的比例因子730对来自IED 122中至少之一的数据进行缩放以提供经缩放的数据值用于由过程控制器112在控制至少一个过程中使用。在某些示例中，AOI 710以无符号整数到符号实值或浮点值的形式对来自IED 122中至少之一的数据进行缩放。图7中的AOI 710由过程控制器112实现，并且根据EDS文件502和/或用户比例因子730进行配置。在一个示例中，AOI 710被实施为向由过程控制器112实现或执行的阶梯逻辑编程代码实施添加指令以处理从IED 122通过一个或更多个网络108接收的输入组件管理数据。此外，在所示的示例中，AOI 710实现来自IED 122的无符号数据向由过程控制器112消费的符号数据的转换。在712处，AOI 710解析来自IED 122的输入数据流，并且在714处确定是否任何IED数据是无符号的。鉴于此，某些IED 122可以为EDS文件502中所标识的一个或更多个参数提供无符号二进制数据。在一个示例中，IED 122可以提供无符号整数值来表示给定参数的范围，参数可以包括正数和负数。在714处，AOI 710识别这些作为无符号数据。另一方面，过程控制器112可以被配置成操作无符号数据。因此，AOI将来自IED122的任何符号数据转换成由过程控制器112使用的符号数据。以此方式，来自IED 122的潜在的大的无符号值不会被过程控制器112误解为非常大的负数。如果任何数据是无符号的(在714的是)，则在716处，AOI 710将数据类型转换到下一个较大尺寸。例如，在716处，将无符号8位数据字类型转换为16位符号数据字。在另一示例中，在716处，将无符号16位数据字类型转换为32位符号数据字。在716处，按比例放大有利于在不损失分辨率的情况下向数据添加符号位。
在一个示例中，AOI 710使用来自相应EDS文件502的信息以确定来自IED 122的输入流的哪个值已知是无符号值。在712处缩拢给定输入流中，AOI 710被执行以选择性地类型转换714和716处的无符号数据值，以适应可以设置无符号数据值的IED 122。鉴于此，EDS文件502限定用于由相应IED 122设置的所有参数的数据格式，包括给定参数是否被格式化为无符号数据值。
在718处，AOI 710根据在720处解析的缩放输入基于用户比例因子730缩放原始数据。然后，在722处，AOI 710将经缩放的控制器标记或数据参数写入过程控制器112。从IED122接收的参数值作为整数。用户比例因子730将输入IED数据从整数转换为实数如工程单位，并且设置用户比例因子730以经由处理器140由用户输入配置AOI 710。在一个示例中，AOI 710接收针对电压比例因子、当前比例因子以及由IED 122设置的所有其他参数的用户输入730。在执行AOI 710中，在718处，过程控制器112使用用户比例因子730缩放原始IED输入数据(直接或在716处的无符号数据的类型转换之后)。在722处，经缩放的数据值或标记被写入过程控制器112。在一个示例中，过程控制器112实现一个或更多个过程控制功能以实现过程目标以及能量目标，并且AOI 710将722处的经缩放的控制器标记提供到过程控制器112的预定存储器位置以由控制器112中实施的过程控制功能使用和消耗。例如，过程控制功能或指令和AOI 710可以是在过程控制器112的单个处理器上实现的软件模块，以及AOI 710传递经缩放的数据值作为用于由过程控制指令消费的控制器标记。对于在评估图6中的GUI呈现608、GUI呈现612中所示的IED参数时的特定IED 122，比例因子730可以在过程控制器112的配置期间由处理器140的用户来输入。在某些示例中，IED AOP 510确定比例因子730中的一个或更多个并且将这些比例因子存储在过程控制器112的存储器如在过程控制器112的操作中使用的控制器数据表中以实现一个或更多个过程控制和/或能量管理目标。在一个示例中，控制器数据表使得控制程序能够根据经缩放的数据值或值进行操作，并且所述值可以由其他装置通过一个或更多个网络108进行访问以用于数据监测或其他用途。如上所述，在一个示例中，经缩放的值可以由处理器140实时监测，并且经由图6所示的GUI画面608和GUI画面612呈现给用户。在实践中，一个AOI 710针对每个经配置的IED 122通过网络被配置在过程控制器112中。
图8示出了互联企业系统800的另一示例。互联企业800包括过程控制空间(例如，上述图1至图4中的过程自动化系统110)，使用马达驱动、马达起动器和其他控制致动器、过载、控制逻辑和相关联的装置控制一个或更多个过程。此外，图8中的互联企业系统800包括具有开关装置和用于控制配电与其他功能的其他设备的电气控制空间(例如，图1至图4中的电气自动化系统120)，以及能量管理系统。这些系统部件通过一个或更多个网络如以太网网络(上述的第一网络108a和第二网络108b)的方式工作上、通信上互连。互联企业系统800包括使用一个或更多个通信协议和智能设备通过整合架构彼此工作上耦接的各种装置和控制中心。公开的示例扩展了互联企业及其控制空间以及企业的电气自动化系统空间，以根据过程控制空间操作和注意事项通过网络108中的时间同步、使用AOP 510配置过程控制器112以接收来自给定IED 122的数据和/或通过由过程控制器执行AOI 710以处理来自IED 122的数据来有利于智能电气空间操作和智能电力管理。过程自动化系统部件服务制造过程装置并且实施过程控制计算和操作，以实现制造或生产目标(即，过程控制目标)。电气自动化系统实现对企业(如车间或工厂)的配电以将企业系统和装置与电网电力或来自辅助源(例如，风能、太阳能、燃料电池、地热等)的电力连接并且控制开关装置和配电装置从流程的角度看上游。
互联企业系统800提供了封装电力系统，封装电力系统包括实现过程控制特征以及电力管理特征用于与智能电力管理和过程控制的电气空间系统对接的的部件和智能控制空间控制器。公开的实施方式提供了封装电力解决方案，使得相邻的智能电气设备能够整合到互联企业平台中。某些实施方式包括用于电气和自动化系统的单一的通信和控制基础设施。在一个示例中，可以使用以太网/IP和IEC 61850协议通过未修改的以太网网络互连将电气控制空间和过程控制空间例如与添加到Logix控制架构系统如由罗克韦尔自动化制造的那些控制架构系统的变电站监测和控制对接。此外，某些实施方式提供了工厂范围的数据在相同的时钟的同步，以提供高准确度时间戳。这个特征结合精确的过程控制能力进而有利于智能能量管理决策和行动。
公开的实施方式将过程控制空间和电气控制空间系统联系到一起以例如使用以太网/IP和61850网络或其他合适的网络技术和协议增强互联企业的概念。这种工作上互连使控制装置空间和过程参与在电气空间所采取的行动的决策。例如，控制空间可以控制过程以防止一个或更多个受控过程在电气空间减载行动期间断电，反而通过过程控制行动选择性地参与减载选择和/或控制空间功率减小行动，以利于减载目标，同时还利于过程控制目标。因此，在考虑能量管理目标的情况下可以定制过程控制行动，反之在定制过程控制行动的情况下考虑能量管理目标。过程空间中的控制装置可以以主动的方式来管理一个或更多个过程，以提高效率、节约成本和其他电力管理目标。
电气控制空间中的开关装置包括功率切换装置如断路器，其对电能到车间或工厂的各部或各块的供应进行控制。例如，开关装置可能具有20种不同的断路器20提供20种不同的过程，或者提供20种不同的下游负载。能量管理目标包括减载和优化，以及鉴于效率和成本考虑的智能源选择，和过程空间控制器参与互联企业中的能量管理决策和行动。在特定实施方式中，智能过程控制装置执行这些任务连同过程控制任务。除了从各种电源中选择以外，除了电网源以外的其他能量来源可以被控制。来自能量控制空间中的智能装置和系统的能量管理信息是由过程空间控制器可访问的以提供整合方法将电气自动化系统联系到过程自动化空间。通过这种互连和编程，过程空间装置和系统可以在过程侧主动执行操作(包括过程控制改编或调整)以有利于减载或其他配电或能量管理目标。
能量管理实体与控制空间中的分布式控制系统(DCS)或过程侧装置一起联网，以及开关装置通信上连接到DCS和能量管理部件两者。开关装置在能量管理系统或过程控制系统或者能量管理系统和过程控制系统两者的控制下进行功率切换、减负、配电以及其他功能。在一个示例中，过程控制系统接收来自能量管理实体的指示期望减载的提示。过程空间控制系统确定是否可以采取或修改过程控制行动以减小负载，并且如果有的话，还可以确定过程空间中的哪些受控过程可以被关闭以适应减载请求。在其他实施方式中，过程控制系统接收来自电气空间中的智能装置的能量管理信息、以及有关能量成本调度的信息、来自电力企业关于期望的负载减小的信息、有关替代能量来源(例如，风能、太阳能、地热等)可用性的信息，并且一个或更多个过程空间控制器可以主动发起过程控制修改，以减小一个或更多个受控过程中的功率消耗，和/或决定哪些受控过程可以被关闭以适应减负目标。因此，公开的实施方式向过程控制器和系统提供能量管理相关信息，以利于互联企业中的智能能量管理。
图9还示出了视图900，视图900示出了某些实施方式的能力。在某些实施方式中可以很好地使用罗克韦尔自动化Logix产品可以，提供显著的可扩展性和数据管理能力以实现组合电气控制和过程控制特征为互联企业提供能量管理优势。公开的实施方式提供了智能马达控制以及采用电气控制空间系统和任何适当形式的独立或整合的智能电力管理系统实现合作网络的能力。此外，可以使用通过与电气控制空间的其他系统(例如，开关装置、配电控制装置等)和智能装置与独立或整合的电力管理系统工作上互连被修改成实现智能能量管理功能的现有控制空间设备来构建所描述的实施方式。增强的过程控制空间能力为企业内的互联企业管理提供了灵活性，以及采用潜在的不同协议的互连网络的技术整合和分化以构建潜在地具有由多个合格的供应商提供的部件的封装电力系统。
在图9中，采用相关联的值、益处和示例示出了封装电力系统和技术的各种增强能力。第一个涉及将数据从电气空间提供到过程控制空间，反之将数据从过程控制空间提供到电气空间。这增大了访问系统的效率吞吐量。在一个示例中，这通过同步来自电气装置的确定性类型数据来完成。来自电气控制空间的同步信息可以由过程控制空间控制器用于任何目的，如监测或进行修改过程控制行动等，过程控制器必须具有过程控制信息，以及来自电气分配空间的数据，使得过程控制或自动化空间系统能够关闭过程循环或做出相应反应。
图9中的第二个示例涉及整合能量控制，向过程空间控制器提供作出反应的能力以从能量的角度来看进行管理。一些示例中，由来自第一示例的电气控制空间数据的增大的可用性促进该特征。使用该信息，过程空间控制器可以基于来自电气控制空间的信息根据改变能量或配电条件做出智能的能量决定或反应。一个非限制性示例是用于减载或工厂负载流。减载根据在自动化空间中的事件或条件或需要包括关断电气分配空间的部分开关装置。如果存在大量能量，则进入系统以及有时出差错的电力问题可以在下游出现由于电流过大而启动跳闸断路器。可替代地，如果存在一些故障情况，则过程空间系统可以在不得不关闭整个车间之前在分配空间中的上游发起反应。因此封装电力系统能够基于过程数据提供智能反应以利于过程以及能量管理目标。
对于减载和其他负载管理目标，系统基于过程数据基于通知的需求信息使用开关装置实现基于动态负载的减载。例如，如果公共设施请求减载，则过程空间系统可以潜在地减慢传送线或采取其他过程控制行动(例如，在可接受的过程控制参数内)以减少电流消耗从而降低能耗。以此方式，系统可以在过程控制空间的减少的能量操作或关闭非关键过程控制空间负载之间智能地选择以利于能量管理目标，同时仍然实现所期望的过程空间目标。鉴于此，许多能量管理目标和过程如选择性减载或负荷减小在必须采取行动以使得过程控制空间系统能够相应行动之前具有足够的准备时间。此外，来自电气控制空间的信息以及来自公共设施和其他能量管理系统部件的依赖于时间的请求的同步利于过程控制空间设备的快速响应以实现这些目标。
在另一示例中，消耗大量能量例如用于炼钢厂、炼油厂或矿场等的工厂的工业工厂管理器可以使用过程控制空间设备主动发起减载或能耗降低，以在峰值需求窗或其中能量的价格为高的其他条件期间减少消耗。在某些实施方式中，过程控制空间设备询问或以其他方式收集来自配电系统的信息，其中，工厂将被计量以在这些电气控制和过程控制装置(例如，MCC单元、驱动、火花输送系统等)之间主动通信，并且调整一个或更多个受控过程以实现“低能量”状态。作为其中的一部分，系统能够确定哪些过程可能不是关键的，并且对于所有或部分峰值需求时间段潜在地关闭这些过程。以此方式，系统可以主动节能以及为终端用户节约成本。这种能力不同于本质上是二元的即打开负载或关闭负载的常规电气控制空间设备。此外，这种能力通过识别与受控过程相关联的负载来减轻或避免潜在的安全性或最终产品报废，在受控过程中，如果过程被随意关停，则部分生产的产品将被废弃，或者随意关闭过程会影响针对特定过程的安全性考量。
系统还可以提供能量图，能量图包括由工厂管理器使用以联合过程控制信息以及电气空间信息的数据和/或图形表示，其可以补充能量管理信息。因此，系统使用用于管理整个车间或多个车间的改进的工具来提供工厂管理。系统还提供使得管理能够出于任何数量的目的在过程控制和/或电气控制空间中发起主动调整的接口，目的包括但不限于，能量管理目标。此外，过程控制空间系统可以由管理或其他用户使用用于实现能量管理目标和/或特定过程控制目标的基于角色的逻辑其他算法和规则集进行配置。因此，向用户呈现从一个或更多个能量来源(如，公共设施、现场太阳能来源、地热能来源、风能来源，现场可充电电池组等)向下通过配电架构到各过程控制装置和设备的真正计划范围的能量操作视图。以此方式，在某些示例中，过程控制空间控制设备可以用作用于提供有关能量消耗以及过程控制状态、机器状态信息等的联合信息的数据聚合器。在另一非限制性示例中，可以根据经验基于这样的图形呈现或算法调整熔解炉，以更有效的速率进行操作。
在图9的第三示例中，系统还有利于预测性诊断。特别地，过程空间控制系统可以收集且分析状态和关于电气控制空间中的智能装置的其他信息。因此，尽管现有系统不提供整合计划范围的预后或诊断框架，但是封装电力系统方法有利于使用来自过程控制空间以及来自电气控制空间的信息来使用预测和预防性诊断两者。以此方式，如果电气控制空间中的一个或更多个部件可以被识别为被降级或可能变得降级，则可以安排主动维护。特别地，智能装置可以通过接口向过程空间控制系统提供数据，系统使用所述数据可以预测随着时间的推移的磨损并且采取一个或更多个补救措施。
图9中的第四示例涉及过程控制空间和电气控制空间两者中的电弧闪光检测或其他潜在危险状况的检测。在一个示例中，过程控制装置和/或电气控制空间装置中的电弧闪光状况的检测或预测可以以信号的形式通过网络发送到过程控制空间控制设备。系统可以通过以信号的形式发出上游过载继电器进行反应来在电弧闪光状况发生之前或在损坏变得明显之前预防或减轻电弧闪光状况。这比通过常规电气控制空间装置的纯粹的反动行动(例如，基于过电流的跳闸断路器)有显著改进。
包括网络接口的系统在可以适应来自多个控制域或空间的信息的控制架构中提供了统一网络，并且提供了用于针对智能决策和行动在任一域中同步信息。以此方式，来自电气控制空间的数据与来自过程控制空间的数据关联，反之来自过程控制空间的数据与来自电气控制空间的数据关联。要做到这一点，可以使用任何合适的同步协议，包括IEEE同步协议、以及适于IEC 61850网络技术的协议和同步模型。因此，所公开的过程控制空间控制设备有利地使用来自两个域的信息，并且评估两个域中的能量消耗以及装置健康/状态，并且实现除了过程控制目标以外的能量管理目标，以及诊断/系统维护目标。
图10示出了封装电力使用案例的概述1000。本示例在以稳定且可靠的方式操作的未修改的以太网上使用以太网/IP和IEC 61850协议，并且采用结合这两种协议的系统参考架构。接口还支持使用无符号数据类型的EMAX2EKIP COM以太网/IP模块，以及向过程控制空间中的直接或间接无符号数据提供支持。一种实现方式使用AOP整合装置。通过开发AOI表单上的代码，将EMAX2原始数据复制为Logix数据类型，包括：UINT(16位)为DINT(32位)，UDINT(32位)为LINT(64位)，基于以太网/IP装置的通用配置文件的整合，AOI将标记名称指派给MAX2提供的数据表中的各参数。在某些实施方式中，电气控制空间设备提供用于呈现给过程控制空间中的一个或更多个罗克韦尔自动化Logix控制器的数据格式，包括EMAX2Ekip模块FW变化以将UINT转化为DINT，以及电气控制空间设备能够使用EDS AOP。此外，系统使得能够开发定制的AOP配置文件，并且可以通过以太网/IP支持SEL RTAC。
在前面的说明中，参照附图描述了各实施方式。然而，明显的是，在不脱离如权利要求所阐述的本发明的更宽范围的情况下，可以对实施方式进行各种修改和变化，并且可以实现另外的实施例。因此，说明书和附图应被视为说明性而不是限制性的。
上述内容包括了主题发明的示例。当然，不可能为了描述所要求的主题而描述组件或者方法的每一个可想到的组合，然而，本领域的普通技术人员可以认识到，主题发明的很多另外的组合和置换都是可能的。因而，所要求的主题意在包括落入所附权利要求的精神和范围内的所有这样的变更、修改和变型。具体地，关于由上述组件、设备、电路、系统等执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语(包括涉及“手段”)除非另行指出，否则意在对应于执行所述组件的指定功能的任意组件(例如，功能等同)，即使在结构上不等同于执行本文示出的被要求主题的示例性方面中的功能的所公开结构。在这点上，还应当认识到，本发明包括系统以及具有计算机可执行指令的计算机可读介质，这些计算机可执行指令用于执行所要求的主题的各种方法的动作和/或事件。此外，虽然主题发明的具体特征可能已针对若干实现中的一种实现而公开，但是可以将这样的特征与对于任意给定或特定应用是期望的且有利的其他实现方式的一个或更多个其他特征组合。此外，就具体实施方式或权利要求中所使用的用语“包含(includes/including)”及其变体而言，这些用语以与作为用语“包括(comprising)”相类似的方式意指包括在内(inclusive)。
根据由常规计算机部件对数据位所执行的操作的符号表示和算法来呈现本文中详细描述的一些部分，计算机部件包括中央处理单元(CPU)、用于CPU的存储器存储装置，以及连接的显示装置。这些算法描述和表示是由数据处理领域技术人员使用的手段，以最有效地将他们工作的实质传达给其他领域技术人员。算法通常被看作是导致期望结果的步骤的自洽序列。步骤是物理量所需的那些物理操纵。通常，尽管不是必须的，这些量采用能够被存储、传输、组合、比较以及以其他方式操纵的电或磁信号的形式。已经证明有时，主要由于普遍使用的原因，把这些信号称为位、值、元素，、符号、字符、术语、数字等。
然而，应当理解，所有这些和类似的术语都将与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量的方便的标签。除非特别说明，否则，如根据文中所讨论的，显而易见地，应该理解在整个说明书中，使用如“处理”或“计算”或“核算”或“确定”或“显示”等的讨论是指计算机系统，或类似的电子计算装置的处理，其将被表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据操纵和变换成类似地被表示为计算机系统存储器或寄存器或其他这样的信息存储、传输或显示装置内的物理量的其他数据。
示例性实施方式还涉及用于执行文中所讨论的操作的设备。该设备可以是为所需目的而专门构建，或者设备可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这种计算机程序可以被存储在计算机可读存储介质中，例如但不限于，任何类型的盘，包括软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘，只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，EPROM，EEPROM，磁卡或光卡，或者适于存储电子指令的任何类型的介质，且各自耦接到计算机系统总线。
文中所呈现的算法和显示并不固有地涉及任何特定的计算机或其他设备。可以使用具有根据文中的教导的程序的各种通用系统，或者可以证明易于构造更专用的设备以执行本文所描述的方法。用于多种这些系统的结构根据上面的描述是显而易见的。此外，并不参照任何特定的编程语言描述示例性实施方式。应当理解的是，各种编程语言可以用于实现如本文所述的示例性实施方式的教导。
计算机或机器可读介质包括用于由机器(例如，计算机)可读的以非暂态形式存储或传输信息的任何机制。例如，仅举几个示例，机器可读介质包括只读存储器(“ROM”)；随机存取存储器(“RAM”)；磁盘存储介质；光存储介质；和闪速存储器装置。整个说明书中示出的方法可以以在计算机上执行的计算机程序产品来实现。计算机程序产品可以包括在其上记录有控制程序的非暂态计算机可读记录介质，如磁盘、硬盘驱动器等。例如，非暂态计算机可读介质的常见形式包括软盘、柔性磁盘、硬盘、磁带或任何其他磁性存储介质、CD-ROM、DVD或任何其他光介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM或其他存储器芯片或盒，或者计算机从其中可以读取和使用的任何其他有形介质。
应该理解的是，上述公开内容的变型和其他特征和功能，或其替换，可以组合到许多其他不同的系统或应用中。可以由本领域的技术人员随后进行在其中也意在由所附权利要求涵盖的各种目前无法预料的或无法预期的替换、修改、变型或改进。在前面的说明中，参照附图描述了各实施方式。然而，明显的是，在不脱离如所附权利要求所阐述的本发明的更宽范围的情况下，可以对实施方式进行各种修改和变化，并且可以实现另外的实施例。因此，说明书和附图应被视为说明性而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种提供在过程自动化系统(110)与电气自动化系统(120)之间工厂范围的数据的时间同步的方法，所述过程自动化系统(110)具有对一个或更多个过程进行控制的一个或更多个控制装置(112，114，116，118)，所述电气自动化系统(120)具有向所述过程自动化系统(110)供电的一个或更多个智能电气装置IED(122)，所述方法包括：
通过与所述过程自动化系统(110)的所述控制装置(112，114，116，118)工作上耦接的第一网络(108a)分配来自定时装置(102)的时间信号，其中，所述控制装置包括变频驱动VFD；
通过与所述电气自动化系统(120)的所述智能电气装置(122)工作上耦接的第二网络(108b)分配来自所述定时装置(102)的所述时间信号；以及
在所述过程自动化系统(110)的过程控制器(112)中执行附加指令AOI(710)，以将来自所述智能电气装置(122)的无符号数据选择性地转换成符号数据并且根据用户限定的比例因子(730)对来自所述智能电气装置(122)中至少之一的数据进行缩放以提供经缩放的数据值用于由所述过程控制器(112)在控制至少一个过程中使用，以实现所述工厂范围的数据的时间同步。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述定时装置(102)是GPS接收机、精确时间协议PTP主时钟服务器、网络时间协议NTP服务器、飞轮变换器技术装置或简单网络时间协议SNTP服务器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时间同步利于通过所述控制装置(112，114，116，118)中至少之一结合过程控制决策和行动的智能能量管理决策和行动。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时间信号是从所述定时装置(102)通过标准以太网通信介质(108)分配的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述标准以太网通信介质(108)包括有线网络节点、光纤网络节点或无线网络节点。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用附加配置文件AOP(510)对所述过程自动化系统(110)的所述过程控制器(112)进行配置，附加配置文件AOP(510)在处理器(140)上执行以根据与给定智能电气装置(122)对应的电子数据表EDS文件(502)限定要在所述电气自动化系统(120)的所述给定智能电气装置(122)与所述过程控制器(112)之间进行交换的数据。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述过程控制器(112)中执行所述附加指令(710)来以无符号整数到符号实值或浮点值的形式对来自所述智能电气装置(122)中至少之一的数据进行缩放。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述过程控制器(112)中执行所述附加指令(710)以在计算系统环境内将符号数据类型对接到工业控制器标记。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在处理器(140)上执行附加配置文件AOP程序(510)，以根据来自与给定智能电气装置(122)对应的电子数据表EDS文件(502)的信息限定要通过网络通信协议在通信流中在所述电气自动化系统(120)的所述给定智能电气装置(122)与所述过程控制器(112)之间进行交换的数据。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述网络通信协议包括下述至少之一：IEC61850MMS、GOOSE、SV、DNP 3.0、IEC 60870-5、Modbus TCP、以太网IP和设备网。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述通信流包括1类消息或3类消息。
12.根据权利要求9所述的方法，还包括：在所述处理器(140)上执行所述附加配置文件AOP程序(510)以为下述中至少之一提供图形用户界面GUI(600)：对于所述给定智能电气装置(122)的IP地址的指派、针对1类连接的所请求的分组间隔RPI的配置、以及来自所述给定智能电气装置(122)的实时数据标记的过滤。
13.一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令当由一个或更多个处理器执行时使所述一个或更多个处理器执行一种提供在过程自动化系统(110)与电气自动化系统(120)之间工厂范围的数据的时间同步的方法，所述过程自动化系统(110)具有对一个或更多个过程进行控制的一个或更多个控制装置(112，114，116，118)，所述电气自动化系统(120)具有向所述过程自动化系统(110)供电的一个或更多个智能电气装置IED(122)，所述方法包括：
通过与所述过程自动化系统(110)的所述控制装置(112，114，116，118)工作上耦接的第一网络(108a)分配来自定时装置(102)的时间信号，其中，所述控制装置包括变频驱动VFD；
通过与所述电气自动化系统(120)的所述智能电气装置(122)工作上耦接的第二网络(108b)分配来自所述定时装置(102)的所述时间信号；以及
在所述过程自动化系统(110)的过程控制器(112)中执行附加指令AOI(710)，以将来自所述智能电气装置(122)的无符号数据选择性地转换成符号数据并且根据用户限定的比例因子(730)对来自所述智能电气装置(122)中至少之一的数据进行缩放以提供经缩放的数据值用于由所述过程控制器(112)在控制至少一个过程中使用，以实现所述工厂范围的数据的时间同步。
14.根据权利要求13所述的非暂态计算机可读介质，包括计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令由所述过程控制器(112)执行时使所述过程控制器(112)执行根据权利要求2至12中的任一项所述的方法。
15.一种互联企业系统(100)，包括：
过程自动化系统(110)，所述过程自动化系统(110)包括与第一网络(108a)工作上耦接并且能够操作以控制一个或更多个过程的一个或更多个控制装置(112，114，116，118)，其中，所述控制装置包括变频驱动VFD；
电气自动化系统(120)，所述电气自动化系统(120)包括与第二网络(108b)工作上耦接并且能够操作以向所述过程自动化系统(110)提供电力的一个或更多个智能电气装置IED(122)；
定时装置(102)，所述定时装置(102)能够操作以通过所述第一网络(108a)向所述控制装置(112，114，116，118)中的至少一些控制装置分配时间信号以及通过所述第二网络(108b)向所述智能电气装置(122)中的至少一些智能电气装置分配所述时间信号；以及
所述过程自动化系统(110)的过程控制器(112)，所述过程控制器被编程以执行附加指令AOI(710)将来自所述智能电气装置(122)的无符号数据选择性地转换成符号数据并且根据用户限定的比例因子(730)对来自所述智能电气装置(122)中至少之一的数据进行缩放以提供经缩放的数据值用于由所述过程控制器(112)在控制至少一个过程中使用。
16.根据权利要求15所述的互联企业系统(100)，其中，所述定时装置(102)经由至少一个切换装置(104)与所述第一网络(108a)和所述第二网络(108b)工作上耦接。
17.根据权利要求15所述的互联企业系统(100)，其中，所述定时装置(102)在所述过程自动化系统(110)的过程控制器(112)中实现。
18.根据权利要求15所述的互联企业系统(100)，其中，所述第一网络(108a)和所述第二网络(108b)分别包括有线网络节点、光纤网络节点或无线网络节点。
19.根据权利要求15所述的互联企业系统(100)，包括所述过程自动化系统(110)的过程控制器(112)，所述过程控制器(112)使用附加配置文件AOP(510)进行配置，所述附加配置文件AOP(510)在处理器(140)上执行以限定在所述电气自动化系统(120)的智能电气装置(122)与所述过程控制器(112)之间进行交换的数据。
20.根据权利要求15所述的互联企业系统(100)，包括所述过程自动化系统(110)的过程控制器(112)，所述过程控制器(112)与受控过程以及与所述第一网络(108a)工作上互联以获得电气控制空间信息，所述过程控制器(112)被配置成至少部分地根据过程控制信息和从所述电气自动化系统(120)的所述智能电气装置IED(122)中至少之一获得的电气控制空间信息实现一个或更多个过程控制目标，以及实现一个或更多个能量管理目标。
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