CN107664988B - 具有集成的模拟和控制系统配置的工厂构建器系统 - Google Patents

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Abstract

所描述的方法和系统实现了迭代的工厂设计。这些方法和系统可用于在构造工厂之前测试多个P&ID设计和控制策略，使得工程师能够针对特定单元测试物理布局和控制策略，从而促进工厂和用于控制过程的控制方案的最佳设计。所描述的方法和系统因此促进最佳物理布局和控制策略的最佳设计。

Description

具有集成的模拟和控制系统配置的工厂构建器系统
技术领域
概括地，本公开内容涉及设计工厂和用于工厂的控制系统。
背景技术
为了为受控过程设计控制方案，控制工程师需要关于工厂的物理布局、用于操纵受控过程的致动器、以及用于测量过程的不同方面的传感器的信息。通常，这些所需要的信息中的许多信息可以从过程和仪表图(P&ID)(有时也称为管道和仪表图)获取。
P&ID是示出工厂处使用的设备之间的关系的图。该设备可以包括(i)促进产品和/或产品流(例如，储罐、管道、泵、阀、风扇、干燥器、冷却塔、热交换器等)的操纵的致动器和其它过程设备；(ii)获得该过程的不同方面的测量结果的仪表(例如，用于测量温度、流量、压力、流体液位等的传感器)；(iii)计算应当如何操纵致动器以实现期望的过程输出(例如，基于从仪表/传感器获得的测量结果)的控制系统设备；和/或(iv)促进致动器、仪表/传感器、以及控制系统设备之间的通信的通信设备。
通常，P&ID用于设计工厂，用作工厂中物理部件布局的蓝图或路线图。例如，工程师可以利用计算机辅助绘图工具来为工厂的多个区域设计P&ID。一旦完成P&ID，则通过根据P&ID所描绘的设计安装过程设备(例如，管道、储罐、阀等)和仪表(例如，传感器)来构造工厂(或工厂的一部分)。
一旦已经安装过程设备和仪表，则可以设计通信方案，并且控制系统部件可以安装部件为与安装在工厂中的致动器(例如，阀、泵和其它电动机)和传感器(例如，温度传感器、流量传感器等)通信。在针对工厂设置通信方案时，工程师可以手动上传到与所安装的致动器和传感器唯一相关联的控制系统仪表标识符(或“标签”)。这些标签随后可以通过控制系统部件来引用，以控制致动器并从传感器接收测量结果。工程师在执行该控制系统配置时将通常参考P&ID，以确保控制系统(i)依赖于来自适当设备的测量结果或反馈，以及(ii)传送控制信号以控制适当的设备。一旦配置了控制系统，控制工程师就可以设计用于控制工厂的控制方案，参考P&ID来理解工厂中部件的物理布局。
不幸的是，该工厂设计过程是冗余的、耗时的、乏味的、和容易出错的。在某些实例总，例如，工厂可以根据有缺陷的设计来构造，如P&ID所描绘的。由于购买和安装在过程工厂处安装的复杂设备时所涉及的费用，因此重新设计工厂通常不是一种选择。
发明内容
所描述的方法和系统实现了迭代工厂设计。这些方法和系统可用于在构造工厂之前测试多个P&ID设计和控制策略，使得工程师能够在构造工厂之前测试物理布局和控制策略。简而言之，所描述的方法和系统促进最佳物理布局和最佳控制策略的设计。
在实施例中，工厂构建器系统可以包括显示器、通信地耦合到显示器的处理器、以及通信地耦合到处理器的存储器。存储器可以储存(A)P&ID例程，P&ID例程在被执行时，使得显示器显示配置区域，以基于用户对多个设备符号在所显示的配置区域中的放置来促进用户对用于工厂的一部分的P&ID的设计；以及(B)设备对象生成器例程，该设备对象生成器例程在被执行时基于P&ID中的多个设备符号来生成多个可执行设备对象，其中，来自多个设备对象的设备对象与来自P&ID中的多个设备符号的特定设备符号相对应。设备对象中的每个设备对象都可以包括(i)名称元素，该名称元素根据来自P&ID的与特定设备符号相关联的名称来限定；(ii)图形元素，该图形元素根据特定设备符号来限定；(iii)材料输入/输出(“I/O”)元素，该材料输入/输出(“I/O”)元素根据P&ID中的连接到特定设备符号的多个连接符号中的一个或多个连接符号来限定，材料I/O元素针对对应于特定设备符号的物理设备部件限定材料输入和输出；(iv)模拟元素，该模拟元素可以经由用户输入来限定，以指定针对设备对象的模拟行为；和/或(v)未限定的通信I/O元素，该未限定的通信I/O元素可以被限定为指定可以被控制器利用以与物理设备部件通信的地址。
在实施例中，方法可以包括在显示器上呈现配置区域，以基于用户对多个设备符号在所显示的配置区域中的放置来促进用户对过程和仪表图(P&ID)的设计。方法可以包括生成与通过来自P&ID中的多个设备符号的特定设备符号表示的物理设备部件相对应的可执行设备对象。所生成的设备对象可以包括(i)名称元素，该名称元素根据来自P&ID的与特定设备符号相关联的名称来限定；(ii)图形元素，该图形元素根据特定设备符号限定；(iii)材料输入/输出(“I/O”)元素，该材料输入/输出(“I/O”)元素根据P&ID中的连接到特定设备符号的多个连接符号中的一个或多个连接符号来限定，材料I/O元素针对与特定设备符号相对应的物理设备部件限定材料输入和输出；(iv)模拟元素，该模拟元素可以经由用户输入来限定，以指定针对设备对象的模拟行为；和/或(v)未限定的通信I/O元素，未限定的通信I/O元素可以被限定为使得控制器能够与物理设备部件进行通信。
在实施例中，工厂构建器系统可以包括用于在显示器上呈现配置区域以基于用户对多个设备符号在所显示的配置区域中的放置来促进用户对过程和仪表图(P&ID)的设计的装置。工厂构建器系统可以包括用于生成与由来自P&ID中的多个设备符号的特定设备符号表示的物理设备部件相对应的设备对象的装置。所生成的设备对象可以包括(i)名称元素，该名称元素根据来自P&ID的与特定设备符号相关联的名称来限定；(ii)图形元素，该图形元素根据特定设备符号来限定；(iii)材料输入/输出(“I/O”)元素，该材料输入/输出(“I/O”)元素根据连接到P&ID中的特定设备符号的多个连接符号中的一个或多个连接符号来限定，材料I/O元素针对对应于特定设备符号的物理设备部件限定材料输入和输出；(iv)模拟元素，该模拟元素可以经由用户输入来限定，以指定设备对象的模拟行为；和/或(v)未限定的通信I/O元素，该未限定的通信I/O元素可被限定为使得控制器能够与物理设备部件通信。
附图说明
根据实施例，下面描述的附图中的每个附图描绘了所公开的系统和/或方法的一个或多个方面。在可能的情况下，以下描述应用包括在以下附图中的附图标记。
图1A是根据实施例的包括工厂构建器系统的系统的关系图。
图1B是根据实施例的位于过程厂内的分布式过程控制网络的框图。
图2是用于设计工厂的现有技术方法的流程图。
图3是根据实施例的用于设计工厂的示例方法的流程图。
图4是根据实施例的用于设计工厂的系统的关系图。
图5是根据实施例的可由工厂构建器生成的示例设备对象的框图。
图6是根据实施例的可由工厂构建器生成的示例性设备对象的框图。
图7描绘了根据实施例的工厂构建器的示例界面。
具体实施方式
下面参照图1-图7讨论了各种技术、系统和方法。以下描述被划分为以下部分：
I、概述
II、工厂
III、现有技术的工厂设计方法
IV、根据所公开的实施例设计工厂
V、其它注意事项。
I.概述
图1A是根据实施例的包括工厂构建器系统105的系统100的关系图。系统100包括工厂构建器系统105、一个或多个数据库28、和/或过程模块模拟器110。一个或多个数据库28可以包括管道和仪表图(P&ID)35，有时被称为过程和仪表图35；过程模块31；和/或控制模块29。
一般而言，工厂构建器系统105(有时称为工厂构建器105)是被配置为促进工厂10的设计和重新设计的不同阶段的计算机或计算机组。工厂构建器105可以用于设计整个工厂10或工厂10的一部分，工厂10可以包括不同设备部件130。例如，工厂构建器105对于设计对现有工厂的扩展可能是有用的。
工厂10是用于控制任何类型的过程的工厂。例如，工厂10可以是发电厂、化学加工工厂、炼油厂、或任何其它过程工厂。工厂10可以包括不同设备部件130，例如现场设备14、用于移动材料的管道132、用于保持材料的储罐134、以及其它设备部件136。为了生产最终产品(例如，电力、精炼油、乙醇等等)，使用控制系统来监测和控制过程。这种监测和控制是通过现场设备14来实现的，现场设备14通常包括用于测量过程的不同方面的传感器和/或用于操纵过程的不同方面的致动器。这些现场设备14通常通信地连接到安装在工厂10处的控制器(未示出)，该控制器负责控制和/或监测过程的不同方面。参照图1B更详细地描述了现场设备14。工厂10中的各个设备130的具体布置被设计为实现特定的目标。因此，在工厂被构造之前前应仔细思考工厂10的设计。参照图1B更详细地描述工厂10。
工厂构建器系统105有助于改进的工厂设计。尤其是，工厂构建器105能够创建和使用三种不同类型的实体：P&ID 35、设备对象39、以及控制模块29。这些实体可以以集成的方式被创建和利用，以提供增强的工厂设计、工厂模拟、以及工厂控制。P&ID 35、设备对象39、以及控制模块29可以储存在任何适当的数据储存器28处，并且可以一起储存或独立储存。
A.P&ID 35
P&ID 35是示出工厂10中使用的设备之间的关系的图。每个P&ID 35都包括表示在工厂10中安装或计划用于潜在安装的特定件数的设备130的符号15。一般而言，P&ID 35可以被认为是工厂10的特定区域或单元的蓝图或路线图。例如，P&ID 35可以描绘工厂10的水冷却区，并且可以包括与特定储罐134、管道132、现场设备14、和包括在水冷却区中的其它设备136相对应的符号15。P&ID 35在工厂构建器105处设计和生成，并且可以经由工厂构建器105处的显示器来显示。
B.设备对象35
每个设备对象39都表示安装(或计划用于潜在安装)在工厂10中的特定设备部件130，并且通常表示为P&ID 35中的符号15。设备对象39是可以由工厂10内的不同设备引用和利用以进行工厂设计、模拟和控制的模块、例程和/或数据结构。对于每个对象39，这些数据结构可以包括对象39和与对象39相对应的设备部件130的属性。
例如，每个设备对象39可以包括或引用：设备部件特有的特定标识符(“ID”)；设备部件的图形元素(用于显示在P&ID和/或操作员显示器上)；标识设备对象链接到其的其它设备对象的材料I/O元素(并因此识别下层设备部件连接到其的其它设备部件)；识别用于与下层设备部件通信的装置(例如，I/O设备地址)的通信I/O元素；用于模拟下层设备部件的模拟功能；和/或对应于所表示的设备部件130的设备/装置参数(例如，管道的直径或雷诺数)。对象图5和6中示出了示例的设备对象。
设备对象39中的一个或多个设备对象可以被组织为被称为过程模块31的集合或单元。一般而言，每个过程模块31都对应于P&ID 35中的一个P&ID中所描绘的特定区域或单元，以及可以用于模拟该特定区域或单元的操作。
每个设备对象39都可以具有多种操作模式(诸如“模拟模式”和“正常模式”)。在正常模式或正常操作期间，设备对象39可被控制系统引用或以其它方式利用以与对应的设备部件130进行通信。例如，在正常操作中，设备对象39可以：(i)将从在控制器处执行的控制模块29接收到的控制信号转发到包括致动器(例如泵或阀)的下层现场设备14，和/或(ii)将包括传感器的下层现场设备14(例如，从流量传感器或液位传感器)接收到的测量结果转发到适当的控制模块29。当处于模拟模式时，设备对象39可以将从控制模块30接收到的控制信号转发到过程模块模拟器110，并且可以将从模拟器110接收到的模拟的测量结果(其可以是对应的设备部件(例如传感器)的模拟操作)转发到适当的控制模块29。
模拟器110可以是执行一个或多个模拟例程的任何计算设备或系统，该一个或多个模拟例程被配置为模拟由过程模块31中的设备对象39表示的设备部件130的操作。
在一些实施例中，模拟器110和工厂构建器系统105是不同的设备或平台。在其它实施例中，模拟器110和工厂构建器系统105是相同的系统或设备。在一些实例中，模拟例程可以是组成工厂构建器系统105的较大套件应用的一部分的应用、例程或子例程。
在操作时，模拟器110分析设备对象39中的每个设备对象的模拟状态，并且执行被设计为根据设备对象39的模拟状态(例如，根据下层设备部件130的模拟的测量结果和输入)来模拟设备部件130的操作的逻辑。例如，当打开进入储罐的热水管路上的模拟阀时，可能会影响以下下游对象：热水管路上的流量传感器；用于储罐中液体的温度传感器；以及用于储罐中液体的液位传感器。模拟器110可以响应于模拟的阀打开来针对这些传感器中的每个传感器模拟测量结果。取决于实施例，模拟器110可以通过参考P&ID 35来模拟由多个过程模块31表示的设备的操作，以确定不同过程模块31之间的关系。
C.控制模块29
“控制模块”是可由处理器(例如，控制器)执行的指令集，其用于执行一个或多个操作以提供或执行对过程的至少一部分的在线控制。控制模块29可以被保存到存储器，例如保存为一个或多个例程、应用、软件模块、或程序。控制模块29可以包括任何类型的控制模块。控制模块29可以引用设备对象39以与对应于设备对象39的现场设备14进行通信。
控制模块29中的每个控制模块都可以由功能块30组成，其中，每个功能块30都是整个控制例程的一部分或子例程(例如，由控制模块29中的一个控制模块体现)。可以是面向对象编程协议中的对象的功能块30通常执行以下各项中的一项：(i)输入功能，诸如接收与变送器、传感器、或其它过程参数测量设备相关联的模拟或离散输入信号；(ii)控制功能，诸如与执行PID、模糊逻辑等控制的控制例程相关联的控制功能；或(iii)输出功能，诸如使得控制器发送模拟或离散输出信号以控制某个致动器或设备(例如阀)的操作，以便执行过程工厂10内的某个物理功能(例如，打开或关闭阀)。当然，存在混合和其它类型的复杂功能块，诸如模型预测控制器(MPC)、优化器等。
每个控制模块29都可以结合其它控制模块29和功能块30(经由工厂10中的通信链路)操作，以执行过程工厂10内的过程控制回路。尽管Fieldbus协议、DeltaV系统协议、以及Ovation系统协议使用在面向对象编程协议中设计和实现的控制模块和功能块，但是可以使用包括例如顺序功能块、梯形逻辑等的任何期望的控制编程方案来设计控制模块29；并且不限于使用功能块或任何其它特定的编程技术来设计和实现。
II.工厂
图1B是根据实施例的位于过程工厂10内的分布式过程控制网络的框图。过程工厂10可以使用工厂构建器105(也在图1A中示出)来设计。过程工厂10使用分布式过程控制系统，该分布式过程控制系统包括一个或多个控制器12；一个或多个现场设备14；一个或多个输入/输出(I/O)设备(有时称为I/O卡)18；工厂构建器系统105；一个或多个主机或操作员工作站22；网络24；以及数据库28。
网络24可以是任何适当的网络，包括无线和/或有线链路。控制器12、工作站22、工厂构建器105、以及数据库28可以通信地连接到网络24，并且在连接时均可被认为是网络24的节点。虽然控制器12、I/O卡18、以及现场设备14通常位于有时候恶劣的工厂环境中以及遍及有时候恶劣的工厂环境分布，但是工厂构建器105、操作员工作站22、以及数据库28通常位于可容易地由控制器或维护人员访问的控制室或其它不那么恶劣的环境中。
A.控制器12和I/O设备18
控制器12(通过示例的方式，其可以是由艾默生过程管理公司出售的DeltaVTM控制器)中的每个控制器都储存和执行使用任何数量的不同的独立执行的控制模块或块29来执行控制策略的控制器应用。一个或多个控制器12可以通信地连接到网络24，使得控制器12能够与连接到网络24(例如工作站22或计算机20)的其它设备进行通信。
此外，一个或多个控制器12可以使用任何期望的硬件和软件来通信地连接到现场设备14，包括但不限于：标准4-20ma设备；I/O设备18；和/或任何智能通信协议。每个I/O设备18都可以是符合任何期望的通信或控制器协议的任何类型的I/O设备。例如，I/O设备18可以是Fieldbus接口、Profibus接口、HART接口、WirelessHART接口、标准4-20ma接口等。在示例的操作中，控制器12可以使用现场设备14中的至少一些现场设备来执行批过程或连续过程。
A.现场设备14
一般而言，现场设备14是用于监测和/或控制过程的设备。现场设备14通常是致动器、传感器、或它们的某种组合或包括致动器、传感器、或它们的某种组合。每个现场设备14都通信地耦合到控制器12(通常经由I/O设备18，尽管在一些实施例中现场设备14可以直接耦合到控制器12)。现场设备14中的一些现场设备可以具有处理与控制器12和/或I/O设备18的通信的相关联的微处理器。
一般而言，致动器(例如泵或阀)响应于来自控制器12的控制信号而致动，并且传感器响应于检测到物理现象(例如，流量、温度、或材料的级别)来输出测量结果。测量结果通常经由例如耦合到传感器的变送器发送给控制器12。
现场设备14可以是标准的4-20ma设备；智能现场设备，诸如HART、Profibus或FOUNDATIONTM Fieldbus现场设备(其包括处理器和存储器)；或任何其它期望类型的设备。诸如Fieldbus现场设备之类的这些现场设备14中的一些现场设备可以储存和执行与在控制器12中执行的控制策略相关联模块或子模块，诸如功能块30。功能块30可以结合控制器12内的控制模块29的执行而被执行，以执行过程控制。在实施例中，功能块30使得现场设备14能够独立于执行控制例程的控制器进行工作。
在一些实施例中，工厂10可以包括经由无线网关通信地连接到网络24的一个或多个无线现场设备(未示出)。
B.工作站22
工作站22可以是操作为操作员或其它用户的用户接口的任何计算设备。工作站22可以包括处理器和存储器(未示出)，并且可以包括用户接口例程41和其它应用43。用户接口程序41使得工作站22能够经由输入接口(诸如鼠标、键盘、触摸屏等)接收输入，并在显示器处提供输出。
具体来说，工作站22可以提供表示与工厂10相关联的过程的方面的输出(即，可视表示或图形)，允许用户监测该过程。用户还可以通过在工作站22处提供输入来影响对过程的控制。为了例示，工作站22可以提供表示例如储罐填充过程的图形。在这种场景中，用户可以读取储罐液位测量结果并且决定储罐需要被填充。用户随后可以例如与在工作站22处显示的入口阀图形进行交互并且输入使得入口阀打开的命令。
C.数据库28
数据库28是可以由工厂10中的设备用于各种目的的数据集合。数据库28可以连接到网络24，并且可以操作为数据历史库和/或操作为配置数据库，数据历史库收集并储存与工厂10内的控制器12和现场设备14相关联的参数、状态、和其它数据，配置数据库储存如被下载到并储存在控制器12和现场设备14内的工厂10内的过程控制系统的当前配置。服务器(未示出)可以访问数据库28并提供其它设备对所储存的数据的访问。服务器和/或数据库28可以由类似于工作站22或计算机20的计算机(未示出)托管。
D.工厂构建器系统15
工厂构建器105包括计算机20，计算机20包括存储器34和处理器36。虽然图1B描绘了包括单个计算机20的工厂构建器105，但是应当理解的是，在一些实施例中，工厂构建器系统105可以包括多个计算机。
工厂构建器系统105可以经由输入接口(例如，键盘、鼠标、触摸屏等)接受输入，并且可以包括显示屏37或耦合到显示屏37。存储器34可储存工厂构建器例程32、以及P&ID35、设备对象39、以及控制模块29。存储器34还可以储存未示出的其它应用和/或数据结构。
工厂构建器例程32是由处理器36执行的应用、例程、或模块，以使得能够创建和使用P&ID 35、设备对象39、以及控制模块29。工厂构建器例程32可以是单个应用或一套应用，这取决于实施例。当执行工厂构建器例程32时，执行工厂构建器例程32的设备可以被称为“工厂构建器系统”、“工厂构建器设备”、或“工厂构建器工具”。例如，在某些实例中，工作站22可以执行工厂构建器例程32，并且在执行工厂构建器例程32时可以被称为“工厂构建器工具”或“工厂构建器设备”。
工厂构建器例程32可由任何授权的用户(有时在本文中被称为配置工程师或操作员，尽管其它类型的用户可能存在)访问，以查看和提供工厂构建器105的功能。工厂构建器例程32可以在工厂10的其它方面存在之前执行。换而言之，工厂构建器例程32可用于设计工厂10的物理布局和/或工厂10的通信方案。控制器12与现场设备14之间的特定通信链路例如可以在控制器12、现场设备14、以及其它设备部件安装在工厂10中之前经由工厂构建器例程32进行设计。
虽然储存在存储器34处的应用和数据结构被例示为储存在计算机20中，但是这些应用或其它实体中的一些应用或其它实体可以储存在工厂10内或与工厂10相关联的其它工作站或者计算机设备中，并且在工厂10内或与工厂10相关联的其它工作站或者计算机设备中执行。此外，工厂构建器例程32可以向显示屏37或任何其它期望的显示屏或显示设备(包括手持式设备、膝上型电脑、其它工作站、打印机等)提供显示输出。同样，工厂构建器例程32(以及储存在存储器34处的其它应用)可以在两个或更多个计算机或机器上分解和执行，并且可以被配置为彼此结合来进行操作。
虽然P&ID 35和设备对象39被例示为储存在计算机20处，但是它们可以被下载到并且储存在与过程控制工厂10相关联的任何其它计算机(包括膝上型电脑、手持设备等)处。在一些实例中，例如，P&ID 35和/或过程模块可以储存在数据库28处。
类似地，尽管控制模块29被例示为储存在控制器12处并在控制器12处执行，但是控制模块29可以由工厂10内的其它计算设备，特别是连接到网络24的那些计算设备来储存和/或执行。例如，如前所述，在某些实例中，控制模块29可由工作站22储存和/或执行。取决于实施例，控制模块29可由无线连接到网络24的控制器12或设备执行。
III.工厂设计的现有技术方法
图2是用于设计工厂的现有技术方法200的流程图。方法200开始于工程师使用传统的独立式绘图软件来设计P&ID(框205)。工程师随后打印P&ID(框210)。在已经设计了工厂的所有需要的P&ID之后，基于P&ID来构造工厂(框215)。换而言之，储罐、泵、阀、管道等是根据P&ID来安装的。当工厂正在构造中时，控制工程师设计用于控制构造的工厂的控制策略(框222)。一旦已经设计了控制策略并且控制系统已经根据所设计的控制策略来配置，就使用所设计的控制策略来执行对工厂的控制(框225)。在某些实例中，工厂和/或控制策略可能不如原始计划的理想，并且可能需要重新设计(框230)。如果新的控制策略需要新的设备或重新配置的工厂布局，则可以进行构造以执行新的设计。这种额外的构造可能在劳动力、设备、以及与延迟工厂生产相关联的机会成本方面花费数百万美元。
IV.根据所公开的实施例设计工厂
下面参考图3-图7描述了经由工厂构建器105设计工厂的不同方面。
A.用于设计工厂的方法300
图3是根据实施例的用于设计工厂(例如，图1所示的工厂10)的示例方法300的流程图。方法300实现了迭代的工厂设计。与现有技术方法200不同，例如，方法300在工厂设计过程期间促进广泛测试和模拟。方法300可用于在构造工厂之前测试多个P&ID设计和控制策略，使得工程师能够在构造工厂之前优化工厂的设计和控制。
1、设计P&ID(框305)
方法300开始于用户利用工厂构建器105来设计P&ID 35(图1所示)。一般而言，用户将通过把不同符号(表示工厂设备部件)放置在被提供为工厂构建器105的用户接口的部分的配置区域中来设计P&ID 35。这些符号通常描绘了各种类型或类别的过程设备部件(例如阀、储罐、泵等)。
在某些实例中，用户可以利用文本输入框或下拉菜单来指定用符号表示的设备的材料连接件(例如，以指定设备位于用该符号表示的设备的物理上的上游或下游)和/或以指定设备的通信连接(例如，以指定用于与设备进行通信的装置，诸如用符号表示的现场设备)。
2、生成设备对象(框310)
工厂构建器105可以生成与P&ID 35中的符号相对应的设备对象39(图1所示)，该设备对象39表示工厂10中的设备部件，或表示用于潜在安装在工厂10中的设备部件。工厂构建器105可以在用户正在设计P&ID35时生成设备对象39。例如，当从模板库中拖出符号(例如，泵或阀)并且将符号放入用于设计P&ID 35的配置区域中时，工厂构建器105可以生成设备对象39。
在一些实施例中，工厂构建器105可以在用户已经完成设计P&ID 35之后(例如，当用户将P&ID 35保存到存储器时)生成设备对象39。设备对象39可以被储存到工厂构建器系统105(图1所示)的存储器中。在实施例中，设备对象39可以被储存到数据库28(图1所示)。
3、将模拟功能与设备对象相关联(框315)
工厂构建器105可以将模拟功能与所生成的设备对象39相关联。更具体地，设备对象39可以以等同于P&ID 35中所示的方式链接，以创建例如与通过P&ID 35表示的区域或单元相对应的过程模块31。所创建的过程模块31可以与用户可以经由工厂构建器32配置的模拟器例程相关联。
为了创建过程模块31，工厂构建器105可以基于P&ID 35中描绘的符号之间的链接来链接设备对象39。工厂构建器105可以提供接口，以使得用户能够设计和/或修改由过程模块模拟器提供的模拟功能。
4、设计控制策略(框320)
可以经由工厂构建器105设计控制策略。具体来说，工厂构建器105可用于设计图1所示的控制模块29。控制模块29可以由功能块组成。具体来说，控制模块29可以包括通过引用设备对象39来引用现场设备14的输入和/或输出块。例如，输入块可以引用表示安装在工厂中的流量变送器的设备对象39，使得输入块能够接收来自流量变送器的流量测量结果作为输入。类似地，输出块可以引用表示安装在工厂中的阀的设备对象39，使得输出块能够发送控制信号作为输出，其中，控制信号使得阀例如关闭、打开、或以其它方式改变位置。
此外，工程师可以指定影响由输出块发送的控制信号的特定值的各种控制功能。在某些实例中，这些控制功能可以被预先限定到某种程度。例如，工程师可以指定包括用于填充和/或排放储罐的一个或多个预先限定的例程的“储罐液位”控制功能。取决于实施例，工程师可以为考虑中的特定应用定制这样的预先限定的控制功能。例如，工程师可以通过针对将被“储罐液位”控制功能控制的特定储罐输入最大储罐容量来定制预先限定的“储罐液位”控制功能。
5、测试控制策略(框325)
通过使用与所生成的设备对象39相关联的模拟功能模拟工厂控制来测试控制策略。为了模拟工厂控制，可以执行控制模块29以及与过程模块31相关联的先前描述的模拟例程。在某种意义上，模拟例程针对设备对象39中的每个设备对象保持模拟状态，每个设备对象可以响应于接收到的控制信号和其它设备对象39的模拟状态的改变而改变。
在模拟期间，过程模块31中的对象39与和对象39相关联的模拟例程而不是实际的现场设备进行交互。换言之，由控制模块29生成的控制输出可以由模拟例程进行处理，而不是发送到现场设备14，并且由控制模块29接收的控制输入可以是由模拟例程生成的值或信号，而不是由现场设备14获得的测量结果。
例如，控制模块29可以被配置为将控制信号发送到阀对象39。在正常操作中，控制输出将被转发到与阀对象39相对应的阀(或者被转发到与该阀相关联的I/O设备)。然而，在模拟模式下，控制输出可以由模拟例程来处理，而不是被发送到阀。与过程模块31相关联的模拟例程可以处理控制输出，模拟阀响应于控制输出而致动。例如，模拟例程可以更新经模拟的阀状态。模拟例程还可以使不同其它设备对象39对阀位置的模拟的改变作出响应。例如，模拟例程可以包括指示当模拟的入口阀打开时储罐填充的逻辑。与过程输出(例如，液位测量结果、温度测量结果、流量测量结果、压力测量结果、等等)相对应的不同模拟输出随后可以对模拟的储罐填充作出响应。简而言之，模拟例程模拟过程的实际操作，并且相应地对从控制模块29接收到的控制信号作出响应。
6、必要时重新设计P&ID和/或控制策略(框330)。
如果需要的话，可以根据测试重新设计P&ID和/或控制策略。
7、基于设计的P&ID来构造工厂(框335)
最后，工厂是基于设计的(以及潜在地重新设计的)P&ID 35来构造的。
方法300可以全部地或部分地由本文中所描述的一个或多个系统或设备来执行。例如，方法300包括可以由图1所示的工厂构建器105执行的操作。用于执行方法300中的一个或多个操作的指令集(例如，可由过程器执行)可以被保存到存储器，例如，保存为一个或多个例程、应用、软件模块、或程序。虽然以上所描述的操作是按先后顺序的，但是本领域技术人员将意识到，操作以替代的序列来执行是可能的。
B.用于设计工厂的系统400的关系图
图4是根据实施例的用于设计工厂的系统400的关系图。系统400包括工厂构建器例程32(也在图1A中示出)，其可以生成P&ID 435、过程模块431、和/或控制模块429。工厂构建器例程32可以由图1A和1B中所示的工厂构建器系统105来执行。
工厂构建器例程32可以包括不同子例程，诸如P&ID绘图器子例程402、设备对象生成器子例程404、过程模块模拟器子例程406、和/或控制模块设计器子例程408。在某些实施例中，这些子例程中的一个或多个子例程可以是作为较大的工厂构建器套件的部分的独立式应用。P&ID 435表示图1A和图1B所示的P&ID 35中的一个P&ID的特定示例。类似地，过程模块431、控制模块429、设备对象439、符号415、和功能块430表示图1A和1B所示的过程模块31、控制模块29、设备对象39、符号15、和功能块430。
在示例的操作中，P&ID绘图器子例程402基于来自用户的输入来生成P&ID 435。所生成的P&ID 435可以包括一个或多个符号415a-i，这些符号表示将潜在地安装在工厂中的设备部件(例如，图1A所示的设备部件130)。具体来说，P&ID 435可以包括管道符号415a-415d、阀符号415f和415h、储罐符号415g、以及液位变送器符号415i。下面参照图7更详细地描述了示例的符号。
基于所生成的P&ID 435的特定设计，设备对象生成器子例程404生成一个或多个设备对象439a-439i。所生成的对象439中的每个对象439都对应于符号415。生成器404可以在创建相应的符号415a-i时生成每个对象439a-i。或者，例如，在已经创建、链接、和保存符号415a-i之后，生成器404可以生成对象439a-i。
设备对象439a-i可以均具有相关联的模拟功能，该模拟功能可以由过程模块模拟器子例程406提供。模拟器子例程406的子例程被配置为模拟一个或多个设备部件，并且可以由图1A所示的模拟器110执行。
此外，设备对象439a-i中的一个或多个设备对象可以在设备部件安装在工厂中之后链接到设备部件。例如，设备对象439a-i中的每个设备对象都可以包括通信I/O元素，该通信I/O元素可以被配置为引用与特定的设备对象439a-i相对应的设备部件(例如，现场设备)。阀对象439f例如可以包括被配置(例如，经由工厂构建器例程32)为引用安装在工厂中的阀的通信I/O元素。因此，对象可以被引用或利用以与对应的阀进行通信(例如，以发送使得阀打开或关闭的控制信号)。
此外，生成器404可以自动配置所生成的对象439，使得它们根据由P&ID 435所描绘的物理关系而链接。换言之，对象439可以根据P&ID 435中的符号415之间的链接来进行链接。因此，所生成的对象439中的一个或多个对象可以被配置为具有一个或多个不同的材料I/O连接件。例如，阀对象439f可以被配置为具有两个材料I/O连接件：管道对象439a和管道对象439b。这些材料I/O连接件指示在构建时阀(对应于对象439f)可以控制从第一管道(对应于对象439a)到第二管道(对应于对象439b)的材料流，或者反之亦然，这取决于特定的配置。类似地，过程模块模拟器406可以依赖于对象439之间的材料I/O连接件以模拟遍及用过程模块431表示的设备部件的材料流。
如上面指出的，可以基于P&ID 435的特定设计来自动生成和配置对象439。例如，P&ID 435包括链接到管道符号415b的阀符号415f，管道符号415b被链接到储罐符号415g。基于符号415之间的这些关系，阀对象439f(对应于阀符号415f)可以被配置为链接到管道对象439b(对应于管道符号415b)，管道对象439b可被配置为链接到储罐对象439g(对应于储罐符号415g)。
在某些实例中，用户可以使用例如下拉框来针对给定的设备对象439手动限定材料I/O连接件。例如，用户可以利用工厂构建器例程32来将P&ID 435中未示出的变送器或传感器链接到设备对象439。例如，工厂可以具有流量变送器，其与用阀对象439f表示的阀相关联但是在P&ID 435中未描绘。在这样的示例中，用户可以将流量变送器链接到阀对象439f。作为另一示例，工厂可以包括具有诸如PLC之类的独立控制系统的设备。例如，工厂可以包括被PLC控制的滑轨上的锅炉。虽然这些独立控制系统通常可以被集成到工厂的较大的控制方案中，但是P&ID 435可以描绘设备(例如，锅炉)，而不是对应的独立控制系统(例如，用于锅炉的PLC)。因此，在这样的示例中，用户可以将独立控制系统链接到P&ID 435中所描绘的设备。在某些实施例中，工厂构建器32可以通过自动更新P&ID 435来对用户链接未描绘的设备作出响应，以描绘新添加的设备。参照图5和图6更详细地描述示例的设备对象。
控制模块设计器子例程408可以例如基于用户输入来生成控制模块429。一般而言，控制模块429是被配置为控制与对象439相对应的一个或多个设备部件的控制例程或例程集。控制模块429可以包括一个或多个功能块430。在这种情况下，控制模块429包括模拟量输入(AI)块430a、PID块430b、以及模拟量输出(AO)块430c。
控制模块429被配置为针对用储罐对象439g表示的储罐执行储罐填充操作。具体来说，AI块430a可以被配置为从液位变送器对象439i接收控制输入。在正常操作中，对象439i可以从安装在储罐处的液位传感器接收测量结果，并且可将该测量结果转发到AI块430a。当然，使用安装在工厂中的实际设备部件的过程的正常操作仅在设备部件已经安装在工厂中并且链接到由功能块430引用的适当的设备对象439之后才发生。
在模拟模式期间，液位变送器对象439i可以接收由模拟器406生成的模拟的测量结果，并且可以将该模拟的测量结果转发到AI块430a。AI块430a随后可以将实际的或模拟的测量结果传递给PID块430b。
PID块430b可以执行逻辑以基于从AI块430a接收到的实际的或模拟的测量结果来生成输出。例如，PID块430b中的逻辑可以被配置为在液位测量结果为低时生成输出以打开入口阀(例如，对应于阀对象439f的阀)来填充储罐，并且在液位测量结果为高时可以生成输出以关闭阀来停止填充储罐。在某些实例中，逻辑可以考虑其它变量，诸如储罐液位的期望设定点。
所生成的输出可以被传递到AO块430c，AO块430c可以被配置为引用阀对象439f。因此，AO块430c可以将所生成的输出传递到阀对象439f。当阀对象439f在正常模式下操作时，它将把输出信号传递到安装在工厂中的阀。当阀对象439f在模拟模式下操作时，它可以把输出信号传递给模拟器406。模拟器406随后可以基于接收到的输出来更新与过程模块431相对应的运行模拟。例如，模拟器406可以更新模拟的阀状态，该模拟的阀状态可能影响通过与其附接的阀的模拟管道的模拟的材料流。为了例示，关闭阀的输出信号可能导致模拟器406使流过连接到模拟储罐的管道的模拟的材料流减慢或停止，从而导致模拟储罐填充操作减慢或停止。
有利地，与工厂构建器例程32相关联的模拟功能实现了迭代的工厂设计。具体来说，用户可以在安装通过P&ID 435表示的设备部件之前设计P&ID 435和控制模块429。这使得用户能够针对通过P&ID 435表示的特定单元测试物理布局和控制策略。传统上，关于控制策略的设计考虑在工厂设计决策中尚未成为显著的考虑因素。在很多情况下，这将造成其中工厂的物理布局并不有助于最佳控制的工厂或工厂区域的构造。工厂构建器例程32通过实现设计、测试、和重新设计的迭代过程来补救该工厂设计问题。
C.示例的设备对象500
图5是根据实施例的可以通过图1A和1B所示的工厂构建器105生成的示例的设备对象500的框图。设备对象500表示图1A和1B所示的设备对象39中的一个设备对象的特定示例。以下实体中的每个实体都可以与设备对象500通信、利用设备对象500、或以其它方式与设备对象500相关联：其它设备对象39(也在图1A和1B中示出)；P&ID绘图器402(也在图4中示出)；用户接口例程41(也在图1B中示出)；I/O设备18中的一个或多个I/O设备(也在图1B中示出)；一个或多个现场设备16(也在图1A和1B中示出)；模拟器例程406(也在图4中示出)；以及一个或多个控制模块29(也在图1A和1B中示出)。
设备对象500可以包括或引用不同的数据。例如，设备对象500可以包括以下各项中的至少一项：ID 512、图形元素514、材料I/O元素516、通信I/O元素518、和/或模拟元素520。
一般而言，ID 512是包括设备对象500特有的标识符或名称的变量。ID 512有时后可以被称为标签。ID 512可以包括特定设备类型特有的代码或标识符。例如，ID 512可以是“CV500”，其中，字母“CV”指示对象500表示控制阀。ID 512还可以包括数字或字母的字符串，其可以是对象500特有的。
图形元素514包括或引用(例如，经由指针)与对象500相对应的设备部件的图形表示。图形表示本质上可以是通用的(例如，阀的通用图形)，或在本质上可以是较具体的(例如，特定阀的详细图形)。在某些实例中，图形可以是包含在用于生成对象500的P&ID中的相同的图形。用户接口41可以利用该图形来显示用于监测或控制工厂操作的用户界面。
材料I/O元素516包括或引用表示用对象500表示的设备部件以某种方式物理连接到其的设备部件的其它设备对象39。例如，如果对象500表示阀或储罐，则材料I/O元素516可以引用表示连接到储罐或阀的入口和出口管道的设备对象39。作为另一示例，材料I/O元素516可以引用表示附接或以其它方式位于相对于下层设备部件紧靠的物理接近度处的传感器或致动器的设备对象39。例如，如果对象500表示储罐，则材料I/O元素516可以引用表示检测储罐内压力的压力传感器、检测储罐内液位的液位传感器等的设备对象39。
通信I/O元素518包括或引用与对象500相对应的设备部件。例如，通信I/O元素518可以包括用于与适当的现场设备14通信，或者与耦合到现场设备14的I/O设备18通信的地址。因此，对象500可以被引用(例如，由被控制器执行的控制模块29)与现场设备14进行通信(例如，向现场设备14发送控制信号，或者从现场设备14接收测量结果)。注意，在某些实例中，对象500可以不引用对应的设备部件。例如，在设计阶段期间，对应的设备部件可能尚不存在，或者可能尚未安装。此外，在某些实例中，设备部件可能不与对象500通信。例如，对象500可以表示没有通信能力的储罐。在这样的示例中，对象500可能不与储罐本身通信，并且通信I/O元素518可以不引用任何内容(例如，可以包括空值)。这表示，储罐可以具有相关联的液位指示器，其例如可以由另一个对象39来表示，该另一对象39引用液位指示器并且可以被控制器用来接收由液位指示器获得的测量结果。
模拟元素520包括或引用用于模拟与对象500相对应的设备部件的模拟数据和/或逻辑。模拟元素520可以包括用于提供模拟功能的参考变量、对象、例程等。为了例示，模拟元素520可以指定例如在对象500在模拟模式下操作时可写入和读取的变量。例如，代替向对应的设备部件发送控制信号，控制信号的值可以被写入变量，该变量随后可以由正在模拟过程的部分的模拟例程利用。作为另一示例，模拟元素520可以引用被配置为模拟对应的设备对象的模拟例程(例如，对象、例程、子例程、应用等)。控制信号可以被发送到该模拟例程，并且可以从该模拟例程接收测量结果。例如，模拟例程可以表示流量传感器，并且可以包括用于基于其它模拟因素(例如，其它模拟的设备对象的状态)来模拟流量测量结果的逻辑。由模拟元素520引用的模拟例程可以提供模拟的流量测量结果，其可以被提供给控制器(例如，以由执行控制策略的一个或多个控制模块29处理)。
D.设备对象439f的框图
图6是根据实施例的可以由图1A和1B所示的工厂构建器105生成的示例的设备对象439f(也在图4中示出)的框图。设备对象439f表示图1A和1B所示的设备对象39中的一个设备对象的特定示例。设备对象439f可以包括以下各项中的一项或多项：ID 612、图形元素614、材料I/O元素616、通信I/O元素618、和/或模拟元素620。这些元素本质上类似于参照图5所描述的元素512-518。如参照图4所指出的，设备对象439f表示安装或计划用于潜在安装在工厂中的特定阀。
ID元素612是包括对象439f特有的字符串622“CV1”的变量。其它过程实体(例如，控制器、控制模块、模拟例程、等等)可以通过字符串622引用设备对象439f。字符串622(在这种情况下为“CV1”)的特定值可以由用户经由工厂构建器系统105指定。例如，可以在创建P&ID 435(图4所示)时指定字符串622的值，并且工厂构建器工具105可以在生成设备对象439f时针对ID元素612利用该字符串值。
图形元素614包括或引用图形624。图形624可以是包括在P&ID 435中的相同图形，并且可以由用户接口41利用以提供与对象439f相对应的设备部件的可视化。针对图形元素614选择的特定图形624可以由用户经由工厂构建器系统105来选择。例如，图7例示了工厂构建器105的可用于从库或模板区域中选择图形的界面。
材料I/O元素616包括或引用表示用设备对象439f表示的设备部件连接到其的设备部件的其它设备对象39。具体来说，材料I/O元素626包括用于指定至少一个材料输入626和一个材料输出628的字段或变量。材料输入626指定对象名称“P1”，其对应于图4所示的设备对象439a。类似地，材料输出628指定对应于图4所示的设备对象439b的对象名称“P2”。材料输入626和输出628可以由工厂构建器105基于P&ID 435中示出的连接件来填充。
通信I/O元素618包括或引用与对象439f相对应的设备部件。具体来说，通信I/O元素618包括用于指定通信输入630和通信输出632的字段或变量。对象439f的通信输出632包括地址“AO卡6，地址02”。这表示针对耦合到用对象439f表示的阀的特定I/O设备18的特定地址。因此，当控制模块29(图1A和1B所示)引用对象439f以发送控制信号时，控制信号例如可被发送到由通信输入630指定的特定地址，例如使得执行控制模块29的控制器能够打开或关闭阀。如示出的，对象439f未被配置为接收任何通信输入。这可能指示阀没有传感器或测量功能。在某些实例中，阀可以包括诸如流量传感器之类的传感器。在这样的实例中，通信输入630可以包括用于与耦合到该传感器的I/O设备进行通信的地址(例如，耦合到流量传感器的模拟输入卡)。
模拟元素620包括或引用用于模拟与对象439f相对应的阀的模拟数据和/或逻辑。例如，模拟元素620可以包括模拟输入变量634和/或模拟输出变量636。当处于模拟模式时，这些变量可被写入和/或读取。例如，当处于模拟模式时，引用阀对象439f的控制模块429可以发送该控制信号(例如，指示阀位置的百分比，诸如65％打开)。该控制信号的值可以被写入模拟输出636而不是被发送到通信输出632。模拟例程638随后可以模拟与过程模块431相对应的过程单元的响应。作为示例，模拟例程638可以在接收到用于打开阀的控制信号时模拟储罐(用对象439g表示)填充。模拟例程638随后可以向图4所示的液位变送器对象439i报告模拟的储罐液位测量结果。因此，可以模拟过程模块431，使得设计者能够在构造与过程模块431相对应的区域或单元之前测试工厂设计和控制策略。
取决于实施例，模拟元素620：(i)可以引用模拟器638而不需要明确地引用模拟变量634/636；(ii)可以引用模拟变量634/636而不需要明确地引用模拟器638；或者(iii)可以引用模拟变量634/636和模拟器638两者。
E.工厂构建器105的示例界面700
图7描绘了根据实施例的工厂构建器105的示例界面700。工厂构建器例程105将界面700提供(例如，经由图1所示的显示屏37)为图4所示的P&ID绘图例程或子例程402的部分。示例界面700包括库710和配置区域720。库710包括可以被拖放到配置区域720上以创建P&ID 35的多个模版或模板。在所示的示例中，配置区域720包括已被布置成创建P&ID435的图形符号(也在图4中示出)。
一般而言，包括在库710中的模板符号表示用于某些类别或种类的设备部件的通用符号。例如，库710可以包括用于储罐、阀、变送器、泵、管道等等的模板符号。这些模板符号可以被拖放到配置区域720上。在将符号放到配置区域上时，对应的设备对象439可以被实例化。例如，当阀符号415f被放到配置区域720上时，阀对象439f可以被实例化。用户随后可以经由例如可以通过点击符号415f激活的菜单来配置实例化的对象。在实施例中，对象439a-i不被实例化，直到创建整个P&ID 435。
V.额外考虑
贯穿本说明书，多个实例可以实现被描述为单个实例的部件、操作、或结构。虽然一个或多个方法的单独操作被例示和描述为单独的操作，但是在某些实施例中，可以同时执行一个或多个单独的操作。
如本文中所使用的，对“一个实施例”或“实施例”的任何提及意味着结合该实施例描述的特定元素、特征、结构、或特性被包括在至少一个实施例中。在说明书中的不同地方出现短语“在一个实施例中”不一定全都指代相同的实施例。
如本文中所使用的，术语“包含”、“含有”、“包括”、“构成”、“具有”、“有”或它们的任何其它变型旨在覆盖非排它性的包含。例如，包括元素列表的过程、方法、物品、或装置不一定仅限于这些元素，而是可以包括未明确列出的或这种过程、方法、物品、或装置所固有的其它元素。此外，除非有相反地明确阐述，否则“或”是指包含的或而不是排它的或。例如，条件A或B满足以下任一条件：A为真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，以及A和B都为真(或存在)。
此外，“一”或“一个”的使用被用来描述本文中实施例的元素和部件。本说明书以及所附权利要求应当被阅读为包括一个或至少一个。单数也包括复数，除非它表示其它内容是显然的。
对“存储器”或“存储设备”的提及指代包括计算机可读介质(“CRM”)的设备。“CRM”是指用于放置、保持、和/或获取信息(例如，数据、计算机可读指令、程序模块、应用、例程等)的可由相关计算系统访问的一个或多个介质。注意，“CRM”是指本质上是非暂时性的介质，而并不指代诸如无线电波之类的无形瞬态信号。任何所公开的存储器设备的CRM可以包括易失性和/或非易失性介质，以及可移动和/或不可移动介质。CRM可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存、或其它存储技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光盘储存器、磁带盒、磁带、磁盘储存器或其它磁储存设备、或可用于储存信息并且可由计算系统访问的任何其它介质。所公开的存储设备中的一个或多个存储设备可以经由存储器接口耦合到处理器。存储器接口是管理存储设备和与其耦合的计算机系统的总线之间的数据流的电路。
“通信链路”或“链路”是连接两个或更多个节点(例如，连接到网络的设备或系统)的路径或介质。链路可以是物理链路和/或逻辑链路。物理链路是通过其传输信息的接口和/或介质，并且可以在本质上是有线或无线的。物理链路的示例可以包括具有用于传输电能的导体的电缆、用于传输光的光纤连接件、和/或经由对电磁波的一个或多个属性作出的改变而携带信息的无线电磁信号。
两个或更多个节点之间的逻辑链路表示连接两个或更多个节点的下层物理链路和/或中间节点的抽象化。例如，两个或更多个节点可以经由逻辑链路在逻辑上耦合。逻辑链路可以经由物理链路和中间节点(例如，路由器、交换机、或其它联网设备)的任何组合来创建。
链路有时被称为“通信信道”。在无线通信系统中，术语“通信信道”(或者仅仅是“信道”)通常指代特定的频率或频带。载波信号(或载波)可以在信道的特定频率下或特定频带内传输。在某些实例中，多个信号可以通过单个频带/信道传输。例如，信号有时可以经由不同的子带或子信道在单个频带/信道上同时传输。作为另一示例，信号有时可以通过分配时隙来经由相同的频带传输，相应的发射机和接收机在该时隙上使用所考虑的频带。
诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”、“呈现”、“显示”等之类的词语可以指代机器(例如，计算机)的动作或过程，该机器对被表示为一个或多个存储器(例如，易失性存储器、非易失性存储器、或它们的组合)、寄存器、或接收、储存、发送、或显示信息的其它机器部件内的物理(例如，电、磁、光)量的数据进行操纵或变换。
尽管本具体实施方式预期到不同的实施例，但是应当理解的是，任何所请求保护的系统或方法的法律范围由本专利末尾所阐述的权利要求的词语来限定。该具体实施方式应当仅被解释为是示例性的，而不是描述每个可能的实施例，这是因为描述每个可能的实施例将是不实际的(如果不是不可能的话)。

Claims (15)

1.一种工厂构建器系统，包括：
显示器；
处理器，所述处理器通信地耦合到所述显示器；
存储器，所述存储器通信地耦合到所述处理器，所述存储器储存以下内容：
(A)过程和仪表图P&ID例程，所述过程和仪表图P&ID例程在被执行时，使得所述显示器显示配置区域，以促进由用户对以下各项的迭代设计：(i)基于用户对多个设备符号在所显示的配置区域中的放置的用于工厂的一部分的P&ID，所述多个设备符号表示所述工厂的所述部分的多个物理设备部件，(ii)将由在所述P&ID中描绘的所述物理设备部件执行的控制策略，以及(iii)用于在所述P&ID中描绘的所述物理设备部件的模拟操作的模拟逻辑；以及
(B)设备对象生成器例程，所述设备对象生成器例程在被执行时，基于放置在所述配置区域中的所述多个设备符号来生成多个可执行设备对象，其中，所述多个可执行设备对象能够被引用以：(i)经由所述P&ID显示所述多个物理设备部件，(ii)经由所述控制策略控制所述多个物理设备部件，以及(iii)对所述多个物理设备部件进行模拟操作，以使得在安装所述多个物理设备部件之前，所述多个可执行设备对象实现对所述工厂的所述部分的迭代设计、测试、和重新设计；
其中，所述多个设备对象中的每个都包括：
(i)名称元素，所述名称元素根据来自所述P&ID的与特定设备符号相关联的名称来限定；
(ii)图形元素，所述图形元素根据所述特定设备符号来限定；
(iii)材料输入/输出I/O元素，所述材料输入/输出I/O元素根据所述P&ID中的连接到所述特定设备符号的多个连接符号中的一个或多个连接符号来限定，所述材料I/O元素针对与所述特定设备符号相对应的物理设备部件限定材料输入流和材料输出流；
(iv)模拟元素，所述模拟元素经由用户输入来限定，以指定针对所述设备对象的模拟行为；以及
(v)未限定的通信I/O元素，所述未限定的通信I/O元素被限定为指定被控制器利用以与所述物理设备部件通信的地址。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，工厂构建器工具还被配置为根据指定被所述物理设备部件利用的I/O地址的用户输入来限定所述通信I/O元素。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述物理设备部件是阀或泵中的一个。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述物理设备部件是以下中的一个：温度传感器、压力传感器、液位传感器、或流量传感器。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述存储器还包括控制模块设计器例程，所述控制模块设计器例程被配置为根据用户输入来限定用于所述过程的控制例程，其中，所述控制例程引用所述多个设备对象中的一个或多个设备对象。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器通过与对应于由所限定的控制例程引用的所述多个设备对象的所述物理设备部件进行通信来控制所述过程。
7.根据权利要求5所述的系统，还包括模拟器，所述模拟器被配置为基于以下各项来模拟所述过程的执行：(i)引用所述多个设备对象中的一个或多个设备对象的所限定的控制例程，以及(ii)针对由所限定的控制例程引用的所述多个设备对象中的一个或多个设备对象的模拟元素。
8.一种方法，包括：
在显示器上呈现配置区域，以促进由用户对以下各项的迭代设计：(i)基于用户对多个设备符号在所显示的配置区域中的放置的过程和仪表图P&ID，所述过程和仪表图表示工厂的区域的设备，(ii)将由在所述P&ID中描绘的所述设备执行的控制策略，以及(iii)用于在所述P&ID中描绘的所述设备的模拟操作的模拟逻辑；
生成表示多个物理设备部件的多个可执行设备对象，其能够被引用以：(i)经由所述P&ID显示所述多个物理设备部件，(ii)经由所述控制策略控制所述多个物理设备部件，以及(iii)对所述多个物理设备部件进行模拟操作，以使得在安装所述多个物理设备部件之前，所述多个可执行设备对象实现对所述工厂的所述区域的迭代设计、测试、和重新设计；
其中，所述生成包括：经由耦合到所述显示器的一个或多个处理器生成与通过来自所述P&ID中的所述多个设备符号的特定设备符号表示的物理设备部件相对应的可执行设备对象，所生成的设备对象能够引用控制所述物理设备部件和模拟所述物理设备部件两者，所生成的设备对象包括：
(i)名称元素，所述名称元素根据来自所述P&ID的与所述特定设备符号相关联的名称来限定；
(ii)图形元素，所述图形元素根据所述特定设备符号来限定；
(iii)材料输入/输出I/O元素，所述材料输入/输出I/O元素根据所述P&ID中的连接到所述特定设备符号的多个连接符号中的一个或多个连接符号来限定，所述材料I/O元素针对与所述特定设备符号相对应的物理设备部件限定材料输入流和材料输出流；
(iv)模拟元素，所述模拟元素经由用户输入来限定，以指定针对所述设备对象的模拟行为；以及
(v)未限定的通信I/O元素，所述未限定的通信I/O元素被限定为使得控制器能够与所述物理设备部件进行通信，并通过所述可执行设备对象执行对所述物理设备部件的控制或对所述物理设备部件的模拟。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：根据指定由所述物理设备部件利用的I/O地址的用户输入来限定所述通信I/O元素。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述物理设备部件是阀或泵中的一个。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述物理设备部件是以下中的一个：温度传感器、压力传感器、液位传感器、或流量传感器。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括：根据用户输入来限定用于所述过程的控制例程，其中，所述控制例程引用所述多个设备对象中的一个或多个设备对象。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：通过经由所述控制器与对应于由所限定的控制例程引用的所述多个设备对象的所述物理设备部件进行通信来控制所述过程。
14.根据权利要求8所述的方法，还包括：基于以下各项来模拟所述过程的执行：(i)引用所述多个设备对象中的一个或多个设备对象的所限定的控制例程，以及(ii)针对由所限定的控制例程引用的所述多个设备对象中的一个或多个设备对象所限定的模拟元素。
15.一种用于促进过程控制工厂的迭代设计的方法，所述方法包括：
(A)经由一个或多个计算机系统执行工厂构建器工具，所述工厂构建器工具被配置为促进工厂的尚未构造的区域的迭代设计，其中，所述执行包括在构造所述区域之前进行以下各项：
(i)经由所述工厂构建器工具的用户界面，接收表示针对描绘将在所述区域中安装的设备的过程和仪表图P&ID的第一设计的用户输入；
(ii)经由所述用户界面，接收表示针对将由在所述P&ID中描绘的所述设备执行的控制策略的第二设计的用户输入；
(iii)经由所述用户界面，接收表示针对用于在所述P&ID中描绘的所述设备的模拟操作的模拟逻辑的第三设计的用户输入；
(iv)生成表示所述第一设计、所述第二设计和所述第三设计的一组设备对象；
(v)在所述P&ID中描绘的所述设备被安装在所述区域之前，利用所述一组设备对象对所述区域的模拟操作；以及
(vi)通过更新所述一组设备对象以表示在所述P&ID中描绘的所述设备被安装在所述区域之前的修改，来响应于表示所述第一设计、所述第二设计、或所述第三设计的重新设计的用户输入，以使得所述工厂构建器工具使得用户能够迭代地设计、测试、和重新设计所述第一设计、所述第二设计、和所述第三设计；以及
(B)将所述一组设备对象存储到存储器，以使得其可引用以：(i)显示所述P&ID的所述第一设计，以实现根据所述P&ID对所述区域的构造，(ii)执行所述控制策略，以控制所述区域；以及(iii)对所述区域进行模拟操作。
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