CN111796564A - 用于工业自动化系统的i/o网状架构 - Google Patents

Abstract

本发明题为“用于工业自动化系统的I/O网状架构”。采用输入/输出的网状拓扑的工业自动化系统允许灵活地通过I/O网格对现场设备和控制器进行配对。现场设备可连接到地理上最靠近的I/O模块通道，而无需考虑必要控制器的位置。I/O模块的模块化预制和部署变得复杂性降低且耗时减少，从而降低了成本。

Description

用于工业自动化系统的I/O网状架构

技术领域

本发明的技术领域是工业自动化，具体涉及一种用于工业自动化系统的系统，该系统具有在网状架构中能够访问的输入/输出接口。

背景技术

加工设施或工业厂房通常使用工业自动化系统进行管理。示例性加工设施包括制造厂房、化工厂、原油炼油厂和矿石加工厂。除其他之外，工业自动化系统通常管理工业设备在加工设施中的使用。

各种加工工业已看到工业自动化技术的不断发展。具体地，需要转向资本更高效的系统并提供与模块化单元构造技术兼容的设计。

然而，在保持资本高效并提供模块化构造的同时提供必要的工业自动化水平通常是具有挑战性的。本文的公开内容提供了一种系统，该系统去除典型的现场接线盒并且在现场部署多于传统I/O。本公开提供了一种与模块化构造兼容的系统。可以将系统的一部分构建为预制模块，然后将其运送到部署站点。继而需要最小量的工作来将现场I/O系统连接到控制中心。本公开的一个优点允许输入和输出两者通过I/O模块的网状架构来传送。具体地，I/O模块的网状架构在I/O模块和控制器之间提供双向通信，包括输入和输出两者。本文的I/O网格架构提供的另一个显著优点允许现场设备经由I/O通道连接到最靠近的现场I/O模块，同时仍允许I/O通道与适当的控制器配对。相同I/O模块的不同I/O通道可通过网状架构与不同控制器配对。

发明内容

本发明涉及一种系统，该系统包括多个输入/输出(I/O)接口，每个I/O接口连接到多个I/O模块，每个I/O模块包括多个通道，每个通道连接到现场设备并且被配置为接收来自现场设备的信号并且将信号传输到现场设备，其中多个通道以网状构型连接；以及多个控制器，其中每个控制器被配置为接收来自网状构型的通道中的任一通道的信号并将信号传输到网状构型的通道中的任一通道。该系统还可包括被配置为接收信息并将信息传输到多个控制器的监管控制网络。该系统还可包括I/O网络，该I/O网络被配置为在多个控制器与多个I/O接口、多个I/O模块和/或多个通道之间传送信息。现场设备可以是传感器、致动器、阀门或处理设备。控制器可以是应用程序控制系统、现场设备管理器、远程终端单元、嵌入式控制器、可编程逻辑控制器、虚拟节点，或用于接收控制信息并将指令发送至现场设备的设备。I/O模块还可包括针对通道的配置的故障状态，并且仅I/O模块的选择通道可能发生故障。系统的连接可包括以太网技术。I/O模块可在结合到系统中之前被预制并且预布线为模块。现场设备可以连接到地理上靠近现场设备定位的I/O模块的通道。至少一个I/O接口可被配置为执行基本控制功能。至少一个I/O接口可被配置为响应操作员控制台。

在另一个实施方案中，公开了一种系统，该系统包括以网状构型连接的多个输入/输出(I/O)接口，每个I/O接口无线地连接到多个现场设备并且被配置为接收来自现场设备的输入并且将输出传输到现场设备；以及多个控制器，其中每个控制器被配置为通过I/O接口的网状构型接收来自现场设备中的任一现场设备的输入并将输出传输到现场设备中的任一现场设备。现场设备可与地理上靠近现场设备的I/O接口通信。至少一个I/O接口可被配置为执行基本控制功能。至少一个I/O接口可被配置为响应操作员控制台。该系统还可包括连接到多个I/O模块的附加I/O接口，该多个模块各自具有多个通道，该通道连接到附加现场设备并且所有通道以网状构型进行配置，该多个控制器中的至少一个控制器还连接到网状构型中的至少一个通道。

在另一个实施方案中，公开了一种方法，该方法包括以网状构型配置多个I/O模块的多个通道以形成I/O网格；将来自多个现场设备中的现场设备的输入传送到多个输入/输出(I/O)模块的对应通道；通过I/O网格将输入提供至多个控制器，其中输入被传送到多个控制器中的任一控制器；通过I/O网格将来自多个控制器的输出提供至多个通道；其中输出被传送到多个通道中的任一通道；以及将输出从通道传送到现场设备。输入可包括由现场设备收集的数据，并且输出可包括由控制器提供的控制策略。该方法还可包括通过I/O网格将控制器与通道配对。该方法还可包括为I/O模块配置具有针对每个通道的故障状态，并且在丢失与特定控制器的通信时，仅与特定控制器配对的那些通道出现故障。

本发明的其他目的、实施方案和细节可从本发明的以下附图和具体实施方式中获得。

附图说明

图1示出了工业过程控制和自动化系统。

图2示出了在I/O模块的通道级的示例性网状拓扑。

图3示出了包括I/O接口和无线实施方案的I/O模块的示例性网状拓扑。

图4示出了工业自动化系统内的现场设备、I/O设备的通道和控制器的交互和配置。

具体实施方式

工业自动化是当今工业加工厂房的一个重要特征。工业自动化系统需要在工业自动化系统的植入和操作中不断提供更大的灵活性。

图1示出了根据本公开的示例性工业自动化系统100。如图1所示，系统100包括有利于生产或加工至少一个产品或其他材料的各种部件。例如，在此使用系统100以有利于对一个或多个厂房101a至101n中的部件进行控制。每个厂房101a至101n表示一个或多个加工设施(或其一个或多个部分)，诸如用于生产至少一种产品或其他材料的一个或多个制造设施。一般来讲，每个厂房101a至101n可以实现一个或多个过程，并且可以单独地或共同地被称为过程系统。过程系统通常表示被配置为以某种方式加工一种或多种产品或其他材料的其任何系统或部分。

在图1中，系统100使用过程控制的普渡模型来实现。在普渡模型中，“0级”可以包括一个或多个传感器102a和一个或多个致动器102b。传感器102a和致动器102b表示过程系统中可执行各种各样的功能中的任一种功能的部件。例如，传感器102a可以测量过程系统中的各种各样的特性，诸如温度、压力或流量。另外，致动器102b可以改变过程系统中的各种各样的特性。传感器102a和致动器102b可以表示任何合适的过程系统中的任何其他或附加部件。传感器102a中的每个传感器包括用于测量过程系统中的一个或多个特性的任何合适的结构。致动器102b中的每个致动器包括用于在过程系统中对一个或多个条件进行操作或影响的任何合适的结构。传感器和致动器通常可被称为现场设备。

至少一个网络104耦接到传感器102a和致动器102b。网络104有利于与传感器102a和致动器102b的交互。例如，网络104可传输来自传感器102a的测量数据并且向致动器102b提供控制信号。网络104可表示任何合适的网络或网络的组合。作为特定示例，网络104可表示以太网网络、电信号网络(诸如HART或基金会现场总线网络)、气动控制信号网络、或任何其他或附加类型的网络。

在普渡模型中，“1级”可包括一个或多个控制器106，该一个或多个控制器耦接到网络104。除了其他以外，每个控制器106可以使用来自一个或多个传感器102a的测量值来控制一个或多个致动器102b的操作。例如，控制器106可从一个或多个传感器102a接收测量数据，并且使用测量数据为一个或多个致动器102b生成控制信号。多个控制器106也可在冗余配置中操作，诸如当一个控制器106作为主控制器操作而另一个控制器106作为备用控制器(其与主控制器同步并且可在主控制器发生故障的情况下接管主控制器)操作时。每个控制器106包括用于与一个或多个传感器102a进行交互并且控制一个或多个致动器102b的任何合适的结构。每个控制器106可例如表示多变量控制器，诸如鲁棒多变量预测控制技术(RMPCT)控制器或实现模型预测控制(MPC)或其他高级预测控制(APC)的其他类型的控制器。作为特定示例，每个控制器106可以表示运行实时操作系统的计算设备。

两个网络108耦接到控制器106。网络108有利于与控制器106的交互，诸如通过向控制器106传输数据和从控制器传输数据。网络108可以表示任何合适的网络或网络的组合。作为特定示例，网络108可以表示一对以太网网络或一对冗余的以太网网络，诸如来自霍尼韦尔国际公司(HONEYWELL INTERNATIONAL INC.)的容错以太网(FTE)网络。

至少一个交换机/防火墙110将网络108耦接到两个网络112。交换机/防火墙110可以将流量从一个网络传输到另一个网络。交换机/防火墙110还可以阻止一个网络上的流量到达另一个网络。交换机/防火墙110包括用于在网络之间提供通信的任何合适的结构，诸如霍尼韦尔控制防火墙(HONEYWELL CONTROL FIREWALL)(CF9)设备。网络112可表示任何合适的网络，诸如一对以太网网络或一个FTE网络。

在普渡模型中，“2级”可以包括耦接到网络112的一个或多个机器级控制器114。机器级控制器114执行各种功能以支持可与一特定工业设备(诸如锅炉或其他机器)相关联的控制器106、传感器102a和致动器102b的操作和控制。例如，机器级控制器114可以记录由控制器106收集或生成的信息，诸如来自传感器102a的测量数据或用于致动器102b的控制信号。机器级控制器114还可以执行控制控制器106的操作的应用程序，从而控制致动器102b的操作。此外，机器级控制器114可以提供对控制器106的安全访问。机器级控制器114中的每个机器级控制器包括用于提供对机器或其他单独设备的访问、控制或与其相关的操作的任何合适的结构。机器级控制器114中的每个机器级控制器可以例如表示运行MICROSOFTWINDOWS操作系统的服务器计算设备。虽然未示出，但是不同机器级控制器114可以用于控制过程系统中的不同设备(其中每件设备与一个或多个控制器106、传感器102a和致动器102b相关联)。

一个或多个操作员站116耦接到网络112。操作员站116表示提供对机器级控制器114的用户访问的计算设备或通信设备，其然后可以提供对控制器106(以及可能的传感器102a和致动器102b)的用户访问。作为特定示例，操作员站116可以允许用户使用由控制器106和/或机器级控制器114收集的信息来查看传感器102a和致动器102b的操作历史。操作员站116还可以允许用户调整传感器102a、致动器102b、控制器106或机器级控制器114的操作。此外，操作员站116可以接收并显示由控制器106或机器级控制器114生成的警告、警示或其他消息或显示。操作员站116中的每个操作员站包括用于支持对系统100中的一个或多个部件的用户访问和控制的任何合适的结构。操作员站116中的每个操作员站可例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的计算设备。

至少一个路由器/防火墙118将网络112耦接到两个网络120。路由器/防火墙118包括用于在网络之间提供通信的任何合适的结构，诸如安全路由器或组合路由器/防火墙。网络120可表示任何合适的网络，诸如一对以太网网络或一个FTE网络。

在普渡模型中，“3级”可以包括耦接到网络120的一个或多个单元级控制器122。每个单元级控制器122通常与过程系统中的单元相关联，该单元表示一起操作以实现过程的至少一部分的不同机器的集合。单元级控制器122执行各种功能以支持较低级别中的部件的操作和控制。例如，单元级控制器122可以记录由较低级别中的部件收集或生成的信息，执行控制较低级别中的部件的应用程序，并且提供对较低级别中的部件的安全访问。单元级控制器122中的每个单元级控制器包括用于提供对处理单元中的一个或多个机器或其他设备的访问、控制或与其相关的操作的任何合适的结构。单元级控制器122中的每个单元级控制器可以例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的服务器计算设备。虽然未示出，但是不同单元级控制器122可以用于控制过程系统中的不同单元(其中每个单元与一个或多个机器级控制器114、控制器106、传感器102a和致动器102b相关联)。

可以由一个或多个操作员站124提供对单元级控制器122的访问。操作员站124中的每个操作员站包括用于支持对系统100中的一个或多个部件的用户访问和控制的任何合适的结构。操作员站124中的每个操作员站可例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的计算设备。

至少一个路由器/防火墙126将网络120耦接到两个网络128。路由器/防火墙126包括用于在网络之间提供通信的任何合适的结构，诸如安全路由器或组合路由器/防火墙。网络128可表示任何合适的网络，诸如一对以太网网络或一个FTE网络。

在普渡模型中，“4级”可以包括耦接到网络128的一个或多个厂房级控制器130。每个厂房级控制器130通常与厂房101a至101n中的一个厂房相关联，该厂房可以包括实现相同、类似或不同过程的一个或多个处理单元。厂房级控制器130执行各种功能以支持较低级别中的部件的操作和控制。作为特定示例，厂房级控制器130可以执行一个或多个制造执行系统(MES)应用程序、调度应用程序或其他或附加厂房或过程控制应用程序。厂房级控制器130中的每个厂房级控制器包括用于提供对加工厂房中的一个或多个处理单元的访问、控制或与其相关的操作的任何合适的结构。厂房级控制器130中的每个厂房级控制器可以例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的服务器计算设备。

可以由一个或多个操作员站132提供对厂房级控制器130的访问。操作员站132中的每个操作员站包括用于支持对系统100中的一个或多个部件的用户访问和控制的任何合适的结构。操作员站132中的每个操作员站可例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的计算设备。

至少一个路由器/防火墙134将网络128耦接到一个或多个网络136。路由器/防火墙134包括用于在网络之间提供通信的任何合适的结构，诸如安全路由器或组合路由器/防火墙。网络136可以表示任何合适的网络，诸如全企业以太网或其他网络，或更大型网络(诸如互联网)的全部或一部分。

在普渡模型中，“5级”可包括耦接到网络136的一个或多个企业级控制器138。每个企业级控制器138通常能够执行多个厂房101a至101n的规划操作并控制厂房101a至101n的各个方面。企业级控制器138还可以执行各种功能以支持厂房101a至101n中的部件的操作和控制。作为特定示例，企业级控制器138可以执行一个或多个订单处理应用程序、企业资源规划(ERP)应用程序、高级规划和调度(APS)应用程序或任何其他或附加企业控制应用程序。企业级控制器138中的每个企业级控制器包括用于提供对一个或多个厂房的访问、控制、或与控制相关的操作的任何合适的结构。企业级控制器138中的每个企业级控制器可以例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的服务器计算设备。在本文档中，术语“企业”是指具有要管理的一个或多个厂房或其他加工设施的组织。需注意，如果要管理单个厂房101a，那么企业级控制器138的功能可以结合到厂房级控制器130中。

可以由一个或多个操作员站140提供对企业级控制器138的访问。操作员站140中的每个操作员站包括用于支持对系统100中的一个或多个部件的用户访问和控制的任何合适的结构。操作员站140中的每个操作员站可例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的计算设备。

普渡模型的各个级别可包括其他部件，诸如一个或多个数据库。与每个级别相关联的数据库可存储与该级别或系统100的一个或多个其他级别相关联的任何合适的信息。例如，历史数据库141可耦接到网络136。历史数据库141可以表示存储关于系统100的各种信息的部件。历史数据库141可以例如存储在生产调度和优化期间使用的信息。历史数据库141表示用于存储信息且便于信息检索的任何合适的结构。虽然被示出为耦接到网络136的单个集中式部件，但是历史数据库141可定位于系统100中的其他位置，或者多个历史数据库可分布在系统100中的不同位置。

在特定实施方案中，图1中的各种控制器和操作员站可以表示计算设备。例如，控制器中的每个控制器可以包括一个或多个处理设备142和一个或多个存储器144，该一个或多个存储器用于存储由一个或多个处理设备142使用、生成或收集的指令和数据。控制器中的每个控制器还可以包括至少一个网络接口146，诸如一个或多个以太网接口或无线收发器。另外，操作员站中的每个操作员站可以包括一个或多个处理设备148和一个或多个存储器150，该一个或多个存储器用于存储由一个或多个处理设备148使用、生成或收集的指令和数据。操作员站中的每个操作员站还可以包括至少一个网络接口152，诸如一个或多个以太网接口或无线收发器。

图2中示出了在I/O模块的通道级的示例性网状拓扑。企业控制器138、操作员站140、历史数据库141、网络136和控制器106如上文参考图1所述。I/O模块203具有连接到图1的现场设备102a和102b的多个通道102。一个I/O模块203被示出为还具有本地控制209。为简单起见，在图2中，I/O接口未示出为与I/O模块分开，而是示出为一个单元。图3示出I/O模块和I/O接口的关系。应当理解，多个I/O模块可与单个I/O接口相关联，参见图3。除网络136之外，还示出I/O网络207。I/O网络207是专用网络。多个控制器203连接到I/O网络207，而其他控制器106和I/O模块203连接到网络136。

典型的现场设备允许监控制造过程，诸如物理特性(例如温度、压力、流量等)，以及提供对过程的控制，诸如打开/关闭阀门、增加/减轻压力、调大/调小加热或冷却单元等。有必要使控制和信息收集集中以改善厂房效率。厂房中的每个过程具有一个或多个输入特性(即过程条件)，以及一个或多个输出特性(即控制特性)。

一些工业自动化系统使用分布式控制系统(DCS)，该分布式控制系统是分布在整个工业厂房中的传感器、控制器和相关计算机的系统。DCS系统使用诸如发布/订阅和请求/响应之类的方法将数据从控制器移至监管级的客户端服务器和应用程序。DCS基于实时处理数据或根据用户响应于对从正在运行的过程中收集的数据进行分析而修改来提供自动化决策。

包括DSC系统在内的许多当前工业自动化系统的一个限制在于，每个控制器专用于或结合到特定输入/输出模块以及与特定输入/输出模块相关联的一组通道和现场设备。成组的通道和相关联的现场设备由I/O模块的类型、I/O模块的物理位置或I/O模块的网络位置固定。因此，灵活性是有限的。本公开消除了这一限制。

图2示出了一个控制器与一组I/O通道之间的关系不再是一个控制器与由一个I/O模块限定的一组特定I/O通道的约束关系，而是示出了被网状化到一组控制节点(即控制器)的多个I/O模块的I/O通道。I/O电子器件已从一个特定控制器解耦。具体地，图2示出了I/O模块，每个I/O模块在I/O模块的通道级上具有多个通道，其中所有I/O模块的通道以网状拓扑连接。在图2中，不仅I/O电子器件已从一个特定控制器解耦，而且利用I/O模块的通道级上的网状拓扑，多个控制器可与单个I/O模块和其中的通道相关。多个控制器中的每个控制器可连接到单个I/O模块的一个或多个通道。

当采用得自霍尼韦尔过程解决方案的通用I/O模块时，I/O网格对于工程效率是特别有价值的。通过使用诸如通用I/O模块之类的技术，对通道类型进行软件配置。可供选择的类型包括模拟输入、模拟输出、数字输入和数字输出。合适的通用I/O在US2005/0278144中有所描述。

通过对I/O模块的通道采用网状架构，可实现多个优点。I/O模块可在地理上靠近现场设备定位，而不考虑哪个特定控制器将使用那些I/O信号和设备。与传统的控制中心和远程仪表外壳(RIE)部署相比，这种优点支持通过移除现场接线盒并在现场部署更多I/O来简化设计的当前需求。

另一个优点是能够使用标准以太网作为远程媒介，包括交换拓扑和环形拓扑。采用标准以太网技术可以允许更大的灵活性、更大的稳定性和可靠性、更大的安全性、更大的可扩展性。进一步的以太网连接在I/O级别提供更高的安全性，并且是ISA99认证的。然而，本公开并不限于以太网技术。其他远程媒介可结合以太网技术或代替以太网技术来使用。

I/O模块的通道的网状架构的另一个优点是该设计对模块化构造工作的适用性。模块化构造有利于将处理单元构建为预制模块，包括制造设施处的预连线I/O模块。然后，将已完成的I/O模块运送到部署站点，在该部署站点处，需要最小量的工作来将现场I/O模块连接到(例如)控制中心。消除将一个I/O模块与单个特定控制器配对的需要将简化实施过程并减少所需的时间和成本。现场设备可连接到最近的I/O模块的通道，同时仍允许I/O通道与适当的控制器进行配对。

该系统可被配置为提供工具，这些工具提供与被配置且在操作中的I/O网格相关的信息。此类工具可提供显示I/O网格的视图和报告。这些视图和报告允许在充分了解I/O网格及其对操作的影响的情况下执行维护和故障诊断操作。

在高级视图中，图2包括含有多个I/O模块203的系统200，其中每个I/O模块通过I/O模块203的通道102连接到多个现场设备202。通道提供工业过程的一个数据。来自现场设备的过程数据或提供至现场设备的过程控制策略指令在本文中被称为通道。通道102以网状拓扑进行配置。图2示出代表性的现场设备202，但即使未示出，每个I/O模块203也可通过通道102连接到多个现场设备202。数百个现场设备202可通过通道102连接到I/O模块203。现场设备202是用于生成过程信息或用于通过控制阀门、调节器或其他处理设备来致动处理单元的设备。示例性现场设备202可以是传感器、致动器或其他处理设备，例如阀门、流量控制器和其他设备。网状拓扑允许往来于通道的信号以及由此往来于现场设备的信号到达必要的控制器，而不论通道与哪个I/O模块相关联。多个控制器可控制属于同一I/O模块的不同通道的输出。类似地，多个控制器可控制属于同一I/O模块的不同通道的输入。连接可以通过(例如)以太网技术或无线技术。

系统200还包括多个控制器106。每个控制器106被配置为接收来自多个I/O模块203内的多个通道102中的任一通道的信号，并将信号传输到该多个通道102中的任一通道，其中通道102以网状拓扑连接。正如每个通道102表示过程的数据一样，该数据指定用于特定控制器106。通过以网状拓扑来配置通道102，特定通道中的特定数据可连接到适当的特定控制器106，而不论该通道位于哪个I/O模块中。换句话讲，通过通道从现场设备收集的数据能够通过通道的网状拓扑用于任何控制器。类似地，来自控制器的信号或指令能够通过通道的网状拓扑用于任何通道。

每个控制器106生成信息流以供进一步处理。在一些实施方案中，控制器106可以电子互连拓扑来布置，诸如通过以太网技术。合适的拓扑包括但不限于环形拓扑和星形拓扑。环形拓扑包括控制器的互连，其中每个控制器与两个其他控制器通信。星形拓扑是其中一个或多个控制器与其余控制器互连。当采用这些拓扑时，不必将每个控制器互连到所有其他控制器。在一个实施方案中，每个控制器连接到至少一个或两个其他控制器。使用诸如此类的控制器拓扑，控制器还可以在彼此之间共享信息。示例性控制器包括应用程序控制系统、现场设备管理器、远程终端单元、嵌入式控制器、可编程逻辑控制器、虚拟节点，或用于接收信息并将指令发送至现场设备202的另一设备。控制器106可通过人机界面或通过预先编程的自动化系统来操作。

系统200还包括网络136，该网络可以是监管控制网络，用以引导信息流往来于控制器106。网络136从控制器106接收信息流，并且将控制策略信息传输到控制器106。当请求节点需要来自响应节点的数据时，它会通过网络发出对该数据的请求，然后响应节点通过网络返回该数据。作为监管控制网络的网络136包括监管控制计算机和接口硬件，以实现客户端服务器与工业厂房之间的通信和控制。

系统200还可包括数据中心，该数据中心容纳有企业控制器138、操作员站140和/或用于从网络136接收并存储信息流的历史数据库141。之后可以检索已排序的数据以进行分析。数据存储可以是本地存储、远程存储或云存储。

I/O模块203或I/O接口中的一者或多者可执行1级基本控制功能。基本控制功能与I/O通道交互，并且I/O接口可同时与其他控制器网状连接。本地控制和I/O接口网格两者可以共存。本地控制功能在图2中示出为本地控制209。

通过了I/O模块的通道的网状拓扑，图2示出了控制器106与I/O模块203的通道102之间的连接可以多种不同的方式进行。例如，连接211示出了连接到不同I/O模块203的不同通道102的控制器106。一个控制器106可连接到同一I/O模块203内的多个通道102。I/O模块通过网络将I/O连接到系统。该网络可以是(例如)监管网络或专用I/O网络。连接到网络136的控制器可以连接到也与网络136连接的I/O模块的通道102。连接到网络136的控制器可以连接到经由连接215与I/O网络207连接的I/O模块的通道102。具有通道102和本地控制209的I/O模块203可在I/O模块203的通道102和本地控制209之间具有连接213。

当与上游控制器的通信丢失时，I/O模块203为相关联的通道102提供配置的故障状态。输出尤其对故障更为敏感。以前，在将一个控制器分配给一个特定I/O模块的情况下，故障处理是在I/O模块级进行的。如果与控制器的通信丢失，那么I/O模块的所有通道将被视为处于故障状态，即，检测到通信故障，并采取由配置的故障状态所建立的失效保护处理协议。但是，通过以网状拓扑配置的通道，在每个通道的基础上检测和处理故障，而不是在I/O模块的基础上检测和处理故障。因此，如果仅丢失与一个上游控制器的通信，那么仅与特定“丢失”控制器通信的I/O模块的那些通道将被视为处于故障状态或出现故障，并采取失效保护故障处理协议。I/O模块的其他通道将继续正常操作。如果通道没有相关联的控制算法，诸如当与控制器的通信丢失时，则可由所配置的故障状态自动规定安全操作以使现场设备进入到失效保护状态。例如，如果燃料阀现场设备失去与控制器的通信，则燃料阀可自动关断。有利地，通过通道102的网状拓扑，故障处理是在通道级而不是在I/O模块级进行。

转到图3，I/O模块203通过连接312连接到多个现场设备202。I/O模块203还通过连接310连接到I/O接口303。I/O接口通过304连接到网络。如上所述，现场设备可通过以太网技术(诸如连接310和312)与I/O模块的通道和I/O接口连接。在另一个实施方案中，来自至少一些现场设备的信息可通过无线技术来收集，并且通过连接314传送到I/O接口并可用于I/O网格。在该实施方案中，有线现场和无线现场设备可在同一系统中被支持。系统可以是混合式的，其中一些连接是无线连接，如连接314所示，用于那些配备有无线能力的现场设备，而其他连接则是通过以太网技术，如连接310和312所示。

图4汇总了系统400内的现场设备、I/O设备的通道和控制器的交互和配置。在410中，现场设备生成数据流。在420中，通过与现场设备通信的I/O模块的通道来传递数据流。在430中，I/O模块的通道以网状拓扑来配置，其中所有通道对所有控制器可用。在440中，控制器被配置为从I/O网格的通道接收数据。在450中，控制器还被配置为向I/O网格的通道发送信息。在460中，信息从I/O网格的通道传递到现场设备。

该系统允许一种非常灵活的架构，其中所有、部分或没有计算机设备或服务器设备位于工业自动化系统的物理厂房站点处。用于本发明的合适架构类型的示例包括面向服务的架构、来自霍尼韦尔国际公司(HONEYWELL INTERNATIONAL INC.)的EXPERION虚拟工程平台、开放式虚拟工程平台、来自霍尼韦尔国际公司(HONEYWELL INTERNATIONAL INC.)的EXPERION DSA技术、孤岛模式远程辅助站、远程容错以太网(FTE)过程控制网络能力、稳健/安全控制通信和控制网状架构。

虽然用目前被认为是优选的实施方案描述了本发明，但应当理解本发明不限于所公开的实施方案，而是旨在涵盖所附权利要求的范围内所包括的各种修改和等效布置。

Claims (10)

1.一种系统，包括：

多个输入/输出(I/O)接口，每个I/O接口连接到多个I/O模块，每个I/O模块包括多个通道，每个通道连接到现场设备并且被配置为接收来自所述现场设备的信号并且将信号传输到所述现场设备，其中所述多个通道以网状构型连接；和

多个控制器，其中每个控制器被配置为接收来自所述网状构型的所述通道中的任一通道的信号并将信号传输到所述网状构型的所述通道中的任一通道。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括I/O网络，所述I/O网络被配置为在所述多个控制器与所述多个I/O接口、所述多个I/O模块和/或所述多个通道之间传送信息。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述I/O模块还包括针对通道的配置的故障状态，并且仅I/O模块的选择通道可能发生故障。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述I/O模块在结合到所述系统中之前被预制并且预布线为模块。

5.根据权利要求1所述的系统，其中现场设备连接到地理上靠近所述现场设备定位的I/O模块的通道。

6.根据权利要求1所述的系统，其中至少一个I/O接口被进一步配置为执行基本控制功能。

7.一种方法，包括：

以网状构型配置多个I/O模块的多个通道以形成I/O网格；

将来自多个现场设备中的现场设备的输入传送到所述多个输入/输出(I/O)模块的对应通道；

通过所述I/O网格将所述输入提供至多个控制器，其中所述输入被传送到所述多个控制器中的任一控制器；

通过所述I/O网格将来自所述多个控制器的输出提供至所述多个通道；其中所述输出被传送到所述多个通道中的任一通道；以及

将所述输出从所述通道传送到所述现场设备。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述输入包括由所述现场设备收集的数据，并且所述输出包括由所述控制器提供的控制策略。

9.根据权利要求7所述的方法，还包括通过所述I/O网格将控制器与通道配对。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括为所述I/O模块配置具有针对每个通道的故障状态，并且在丢失与特定控制器的通信时，仅与特定控制器配对的那些通道出现故障。

Images