CN107003644B - 用于使用冗余本地监督控制器来控制过程工厂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于使用多个调节控制器（160）控制过程的方法，所述多个调节控制器（160）通过通信链路（155）连接到远程监督控制器（120）并通过过程总线（170）连接到本地监督控制器（130）。远程监督控制器（120）利用对远程过程模型的使用通过通信链路（155）来控制调节控制器（160）。在工厂的操作期间，在本地监督控制器（130）中利用在通信链路（155）上发送的控制数据来配置本地过程模型。在通信链路（155）的故障时，本地监督控制器（130）通过过程总线（170）接管控制，充当冗余或备用控制器。方法包括：监控控制数据通过通信链路（155）在远程监督控制器（120）与所述多个控制器（160）之间的传输；基于控制数据和预定相关函数来确定经测量的过程变量与控制过程变量之间的函数相关；基于所确定的函数相关来配置本地过程模型；以及在通信链路（155）的中间故障时，使用所配置的本地过程模型来提供中间设置点，其中通信链路在预定时间段内从中间故障恢复。

Description

用于使用冗余本地监督控制器来控制过程工厂的方法

技术领域

本发明涉及控制系统和工业自动化。更特别地，本发明涉及控制系统的冗余辅助控制器。

背景技术

在自动化背景中，高级过程控制应用是监督和调节本地控制应用的控制应用。高级过程控制应用由于其高处理要求而存在于远程服务器上并在向本地控制应用指派设置点方面与工厂站点内的本地控制应用通信。本地控制应用将实现（attain）所接收的设置点作为目标。例如，模型预测控件向工厂级PID控件指派设置点，并且PID控制器将实现那个设置点作为目标。

通常，高级过程控制应用涉及使用具有不同的复杂度级别的模型、控件、优化、分析计算等并且经常要求专家支持。在将高级应用移动到云平台或远程计算平台时，计算复杂度和专门知识保持与云平台在一起，并且仅将最佳设置点传送至工厂级本地控制应用。如果发生到云平台的连通性的故障或者阻止高级过程控制应用与本地控制应用之间的通信的任何其他问题，则本地控制应用保持在先前从高级控制应用指派的设置点处操作。

常规地，用以处理云平台与本地控制应用之间的连通性的丢失的一个方法——提供具有与高级控制应用类似的功能的备份或冗余网络接入点。在检测到连通性的丢失时，选择冗余网络接入点来充当高级控制应用。在另一方法中，在云平台和本地控制应用之间存在辅助通信信道。在主通信信道故障时通过辅助通信信道来访问高级控制应用。

然而，这些方法涉及相当大的成本。因此，存在对于能够处理在云平台上的高级控制过程与工厂中存在的本地控制基础设施之间的连通性的丢失的改进的方法和系统的需要。

发明内容

本发明提供了一种用于使用多个调节控制器160利用过程工厂150中的多个现场设备来控制过程的方法，其中所述多个调节控制器160通过通信链路155连接到远程监督控制器120并通过过程总线170连接到本地监督控制器130以用于接收设置点，所述方法包括：a. 监控控制数据通过所述通信链路155在所述远程监督控制器120与所述多个控制器160之间的传输，其中所述控制数据包括与一个或多个经测量的过程变量相关联的信息以及基于与所述一个或多个经测量的过程变量相关联的信息使用远程过程模型生成的与一个或多个控制过程变量相关的一个或多个设置点；b. 基于所述控制数据和预定相关函数来确定所述一个或多个经测量的过程变量与所述一个或多个控制过程变量之间的一个或多个函数相关性，以用于配置所述本地监督控制器的本地过程模型；c. 基于所确定的一个或多个函数相关性来配置所述本地过程模型；以及d. 在所述通信链路155的中间故障时，使用所配置的本地过程模型向所述多个控制器160提供与所述一个或多个控制过程变量相关的一个或多个中间设置点以用于调节所述一个或多个现场设备；其中所述通信链路155在预定时间段内从所述中间故障恢复。

本发明还提供一种用于使用过程工厂150中的多个现场设备来控制过程的系统，所述系统包括：a. 多个调节控制器160，用于调节所述过程工厂150的所述多个现场设备，其中所述多个调节控制器160被连接到所述过程工厂中的控制网络的过程总线；

b. 远程监督控制器120，其经由通信链路155连接到所述多个调节控制器160，用于接收与一个或多个经测量的过程变量相关联的信息，并用于基于与所述一个或多个经测量的过程变量相关联的信息使用远程过程模型来生成并传输与一个或多个控制过程变量相关的一个或多个设置点；以及c. 本地监督控制器130，其中所述本地监督控制器130被配置成

ⅰ. 在所述通信链路155的中间故障时，使用本地过程模型向所述多个控制器160提供与所述一个或多个控制过程变量相关的一个或多个中间设置点以用于调节所述一个或多个现场设备；以及d. 被连接到所述远程监督控制器的配置服务器125，其被配置成ⅰ.监控与一个或多个经测量的过程变量相关联的信息以及与一个或多个控制过程变量相关的所述一个或多个设置点的传输；ⅱ. 基于预定相关函数来确定所述一个或多个经测量的过程变量与所述一个或多个控制过程变量之间的一个或多个函数相关性；以及ⅲ. 基于所确定的一个或多个函数相关性来配置所述本地过程模型；并且其中所述通信链路155在预定时间段内从所述中间故障恢复。

附图说明

图1图示出根据本发明的各种实施例的用于使用过程工厂中的多个现场设备来控制过程的系统；以及

图2图示出根据本发明的各种实施例的用于使用过程工厂中的多个现场设备来控制过程的方法。

具体实施方式

在以下详细描述中参考附图，所述附图形成其一部分并且在所述附图中通过图示的方式示出了可以被实施的特定实施例。充分详细地描述了这些实施例以使得本领域那些技术人员能够实施实施例，并且要理解的是在不脱离实施例的范围的情况下可以利用其他实施例并且可以做出逻辑的、机械的、电的和其他的改变。因此不要在限制性意义上理解以下详细描述。

图1图示出使用过程工厂150中的（图1中未示出的）多个现场设备来控制过程的系统100。所述多个现场设备包括位于过程工厂的各种区域中的一个或多个传感器，用于测量与过程相关联的过程变量。这些过程变量在本文中被称为经测量的过程变量。另外，所述多个现场设备包括一个或多个致动器，其调节与过程相关的各种物理参数。

所述多个现场设备包括传感器并且现场设备被可操作地连接到多个对应的调节控制器160（在图中被图示为控制器163和控制器166），从而形成一个或多个控制环路。调节控制器160基于与某些过程变量（在后文中称为控制变量）相关的设置点和来自传感器的测量结果来相应地调节致动器。调节控制器160在正常操作模式期间从远程监督控制器120接收与所述一个或多个控制变量相关的设置点。

远程监督控制器120位于过程工厂150外部。远程监督控制器120被经由通信链路155连接到所述多个调节控制器160。远程监督控制器120接收与一个或多个经测量的过程变量相关联的信息，并基于与所述一个或多个经测量的过程变量相关联的信息使用远程过程模型来生成与一个或多个控制过程变量相关的一个或多个设置点。在实施例中，远程监督控制器120被作为远程计算平台110上的服务来托管。

另外，系统100包括本地监督控制器130，其通过过程工厂150内的控制网络的过程总线170连接到所述多个调节控制器160。本地监督控制器130包括（图1中未示出的）本地过程模型。通过配置服务器125来配置本地监督控制器130的本地过程模型。在通信链路155的中间或暂时故障时，本地监督控制器130使用经配置的本地过程模型来向所述多个调节控制器160提供中间设置点直到通信链路155被恢复和与远程监督控制器120的连接被重建为止。本地监督控制器130充当远程监督控制器120的暂时备用直到通信链路155从中间故障恢复为止。在图2的描述中进一步解释这些方面。

图2图示出根据本发明的各种实施例的用于使用过程工厂150中的多个现场设备来控制过程的方法200。

在步骤210处，配置服务器监控与一个或多个经测量的过程变量相关联的信息以及与一个或多个控制过程变量相关的所述一个或多个设置点的传输。

图2图示出根据本发明的各种实施例的在包括对多个设备的配置的一个或多个工程活动期间使用操作者辅助工具来帮助第一操作者的方法200。

在步骤210处，配置服务器125监控控制数据通过通信链路155在远程监督控制器120与所述多个控制器160之间的传输。控制数据在本文中指与一个或多个经测量的过程变量相关联的信息，以及基于与所述一个或多个经测量的过程变量相关联的信息使用远程过程模型生成的与一个或多个控制过程变量相关的一个或多个设置点。

在步骤220处，配置服务器125基于控制数据和预定相关函数来确定所述一个或多个经测量的过程变量与所述一个或多个控制过程变量之间的一个或多个函数相关性。配置服务器125利用本领域中通常已知的多个统计方法来确定所述一个或多个经测量的过程变量与所述一个或多个控制过程变量之间的一个或多个函数相关性。例如，如果配置服务器125根据控制数据标识出违反经测量的过程变量导致与控制过程变量相关的新的设置点，则配置服务器125确定在经测量的过程变量与控制过程变量之间存在函数相关性。特别地，使用远程监督控制器和控制数据，配置服务器125标识出在某些经测量的过程变量违反过程约束时针对其生成新的设置点的所述一个或多个控制变量。相应地，配置服务器125确定控制变量与经测量的变量之间的函数相关性。

类似地，在实施例中，当经测量的变量的数目多于控制变量的数目或反之亦然时，配置服务器125确定每个控制变量对经测量的变量的重要性。

在步骤230处，配置服务器125基于所确定的一个或多个函数相关性来配置本地过程模型。在实施例中，配置服务器125根据每个控制过程变量对经测量的过程变量的重要性来配置本地过程模型。在步骤240处，在通信链路155的中间或暂时故障时，本地监督控制器使用所配置的本地过程模型向所述多个控制器160提供与所述一个或多个控制过程变量相关的一个或多个中间设置点以用于调节所述一个或多个现场设备。

通信链路155在预定时间段内从中间故障恢复。在实施例中，由过程工厂150的操作者来设置预定时间段。在实施例中，如果通信链路155未在预定时间段内恢复，则本地监督控制器130唤起警报。在实施例中，配置服务器125保持调整和更新函数相关性，并相应地配置本地监督控制器。

本书面描述使用示例来描述包括最佳模式的本文中的主题并且还使得本领域中的任何技术人员能够制造和使用本主题。主题的可取得专利权的范围由权利要求限定并且可以包括本领域那些技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有不区别于权利要求的文字语言的结构元素，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的非实质差异的等同结构元素，则意图它们处于权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一种用于使用多个调节控制器（160）利用过程工厂（150）中的多个现场设备来控制过程的方法，其中所述多个调节控制器（160）通过通信链路（155）连接到远程监督控制器（120）并通过过程总线（170）连接到本地监督控制器（130）以用于接收设置点，所述方法包括

a. 监控控制数据通过所述通信链路（155）在所述远程监督控制器（120）与所述多个调节控制器（160）之间的传输，其中所述控制数据包括与一个或多个经测量的过程变量相关联的信息以及基于与所述一个或多个经测量的过程变量相关联的信息使用远程过程模型生成的与一个或多个控制过程变量相关的一个或多个设置点；

b. 基于所述控制数据和预定相关函数来确定所述一个或多个经测量的过程变量与所述一个或多个控制过程变量之间的一个或多个函数相关性，以用于配置所述本地监督控制器的本地过程模型；

c. 基于所确定的一个或多个函数相关性来配置所述本地过程模型；以及

d. 在所述通信链路（155）的中间故障时，使用所配置的本地过程模型向所述多个调节控制器（160）提供与所述一个或多个控制过程变量相关的一个或多个中间设置点以用于调节一个或多个所述现场设备；

其中所述通信链路（155）在预定时间段内从所述中间故障恢复。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个调节控制器（160）包括一个或多个比例积分微分（PID）控制器。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述远程监督控制器（120）中设置所述预定相关函数。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述本地过程模型是线性过程模型。

5.一种用于使用过程工厂（150）中的多个现场设备来控制过程的系统，所述系统包括

a. 多个调节控制器（160），用于调节所述过程工厂（150）的所述多个现场设备，其中所述多个调节控制器（160）被连接到所述过程工厂中的控制网络的过程总线；

b. 远程监督控制器（120），其经由通信链路（155）连接到所述多个调节控制器（160），用于接收与一个或多个经测量的过程变量相关联的信息，并用于基于与所述一个或多个经测量的过程变量相关联的信息使用远程过程模型来生成并传输与一个或多个控制过程变量相关的一个或多个设置点；以及

c. 本地监督控制器（130），其中所述本地监督控制器（130）被配置成

ⅰ. 在所述通信链路（155）的中间故障时，使用本地过程模型向所述多个调节控制器（160）提供与所述一个或多个控制过程变量相关的一个或多个中间设置点以用于调节一个或多个所述现场设备；以及

d. 被连接到所述远程监督控制器的配置服务器（125），其被配置成

ⅰ. 监控与一个或多个经测量的过程变量相关联的信息以及与一个或多个控制过程变量相关的所述一个或多个设置点的传输；

ⅱ. 基于预定相关函数来确定所述一个或多个经测量的过程变量与所述一个或多个控制过程变量之间的一个或多个函数相关性；以及

ⅲ. 基于所确定的一个或多个函数相关性来配置所述本地过程模型；并且

其中所述通信链路（155）在预定时间段内从所述中间故障恢复。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述多个调节控制器（160）包括一个或多个比例积分微分（PID）控制器。

7.根据权利要求5所述的系统，其中在所述远程监督控制器（120）中设置所述预定相关函数。

8.根据权利要求5所述的系统，其中所述本地过程模型是线性过程模型。

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