CN113467223A - 控制器的过程中迁移以利用io池 - Google Patents

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CN113467223A CN202110349830.5A CN202110349830A CN113467223A CN 113467223 A CN113467223 A CN 113467223A CN 202110349830 A CN202110349830 A CN 202110349830A CN 113467223 A CN113467223 A CN 113467223A
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约瑟夫·帕拉迪普·费利克斯
詹姆斯·迈克尔·施莱德
约翰·罗萨-比安
杰森·托马斯·乌尔索
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Abstract

本发明公开了一种过程控制系统(300)，该过程控制系统包括耦接到提供第一通道的第一组输入/输出(I/O)模块(235)的第一过程控制器(110a)，该第一过程控制器包括耦接到I/O模块池(120)的I/O软件代理(218)，该I/O模块池包括共同提供多个合并通道的第一I/O模块和至少第二I/O模块。该第一通道和该合并通道各自通过相应现场设备(108a)分别耦接到多个第一处理装备和第二处理装备(105a,105d)。该I/O软件代理被配置为实现将该第一组I/O模块添加到该I/O模块池，将控制器池(110)中的多个附加过程控制器耦接到该第一过程控制器，以及实现以下项中的至少一者：i)使该第一组通道中的任何通道可用于该控制器池的该过程控制器中的任何过程控制器，以及ii)使该合并通道中的任何合并通道可用于该第一过程控制器。

Description

控制器的过程中迁移以利用IO池
共同未决申请的交叉引用
本申请具有与2019年4月7日提交的名称为“工业自动化系统的控制HIVE架构工程效率”的共同未决申请号16/377237和同样于2019年4月7日提交的名称为“工业自动化系统的I/O网状架构”的申请号16/377239相关的主题。
技术领域
本发明所公开的实施方案涉及包括过程控制系统的工业自动化系统。
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。
常规过程控制系统通常包括多个控制器，该多个控制器可包括具有控制器对的冗余控制器。每个控制器包括计算硬件和存储用于控制的所需软件的相关联的存储器。控制器各自通过一个或多个专用输入/输出(I/O)模块耦接到现场设备，这些现场设备包括用于工厂中处理装备的传感器和致动器。
发明内容
提供本发明内容以介绍简化形式的公开概念的简要选择，其在下文包括所提供附图的具体实施方式中被进一步描述。该发明内容不旨在限制所要求保护的主题的范围。
本发明所公开的实施方案认识到，对于过程控制系统，具有专用I/O模块的常规过程控制器不能访问过程控制系统中专用于其他过程控制器的I/O模块。常规控制系统具有常规控制器布置，并且它们的专用I/O模块缺少主控制系统重新设计功能，已配置有此类常规控制系统的客户不能利用过程控制系统中专用于其他过程控制器的I/O模块。
本发明所公开的方面包括用于从专用于特定过程控制器的现有常规I/O模块中的I/O模块创建I/O模块池(或可从霍尼韦尔国际公司(HoneywellInternational)商购获得的I/O高度集成虚拟环境(HIVE))的方法和系统，尽管这些专用I/O模块尚未被设计成具有I/O共享池(I/O池)能力。本文通过本发明所公开的I/O软件代理或I/O应用程序(或app)提供了I/O池，而在此之前该I/O池仅已知通过硬件布置来实现，该硬件布置由充当过程控制系统的过程控制器中的任何过程控制器的导管/通路以利用I/O模块中的任何I/O模块，包括位于远程或集中式I/O机柜中的那些I/O模块。
当I/O软件代理添加到被称为第一进程控制器(其也可被称为现有、原始或传统进程控制器)的相关联的存储器时，I/O代理使先前专用于该第一过程控制器的I/O模块成为现在更大的I/O池的一部分，并且因此也可用于过程控制系统中可能已在控制器池中被配置的其他过程控制器。因此，I/O软件代理提供以下至少一者的益处：i)使得第一(现有)过程控制器能够访问I/O模块池的I/O模块中的任何I/O模块，以及ii)使控制器池中的过程控制器能够访问与第一过程控制器相关联的先前专用的I/O模块，而无需重新设计过程控制系统来实现这些特征中的任一个特征。
一个本发明所公开的实施方案包括在控制过程的过程控制系统中进行过程控制的方法，该方法包括提供耦接到第一组I/O模块的第一过程控制器。该第一控制器包括耦接到I/O模块池的I/O软件代理，在第一组I/O模块中包括第一I/O模块和至少第二I/O模块。每个I/O模块具有多个通道，并且每个通道连接(例如，诸如通过电缆有线连接)到不同的现场设备，其中该第一组I/O模块耦接到多个第一处理装备。
I/O软件代理能够访问对第一组I/O模块，从而使它们成为I/O池的一部分。I/O软件代理还使得在控制器池中被配置在一起的多个附加过程控制器能够耦接到第一过程控制器，并且实现以下项中的至少一者：i)使第一通道中的任何第一通道可用于控制器池的过程控制器中的任何过程控制器，以及ii)使合并通道中的任何合并通道可用于第一过程控制器。I/O软件代理可实现i)和ii)两者，从而双向地起作用。
附图说明
图1示出了根据示例性实施方案的示例性过程控制系统的一部分，该示例性过程控制系统包括过程控制器池和I/O模块池两者，其中所示的过程控制系统可利用本发明所公开的I/O软件代理。
图2示出了由本发明所公开的I/O软件代理实现的本发明所公开的迁移/集成过程，其中常规控制器布置被示出为单个第一控制器平台，该单个第一控制器平台包括主控制器和任选冗余/备份控制器，该任选冗余/备份控制器具有多个专用I/O模块，该常规控制器布置被集成到图1中包括过程控制器池和I/O模块池两者的过程控制系统中。I/O软件代理允许过程控制器池中所示的耦接到第一控制器平台的其他过程控制器访问第一控制器的其他专用I/O模块。
图3示出了根据常规控制布置的本发明所公开的I/O软件代理，其中再次示出了单个第一控制器平台，该单个第一控制器平台包括主控制器和任选冗余/备份控制器，该任选冗余/备份控制器具有多个专用I/O模块，该常规控制布置被集成到图1所示的过程控制系统中。I/O软件代理允许第一控制器平台现在访问由I/O模块池中的I/O模块支持的合并通道中的任何通道。
图4是根据示例性实施方案的流程图，其示出了过程控制器的过程中迁移方法中的步骤，以将其在第一组I/O模块中的第一通道添加到提供与控制器池中的过程控制器相关联的合并通道的I/O模块池，并且实现以下项中的至少一者：i)使第一通道中的任何第一通道可用于控制器池的过程控制器中的任何控制器，以及ii)使合并通道中的任何合并通道可用于第一过程控制器。
具体实施方式
参考附图描述了公开的实施方案，其中在所有附图中使用相同的附图标号来表示类似或等同元件。附图未按比例绘制，并且其仅提供用于说明某些公开的方面。下面参考用于说明的示例性应用来描述若干公开的方面。应当理解，阐述了许多具体细节、关系和方法以提供对所公开实施方案的完全理解。
参考附图描述了公开的实施方案，其中在所有附图中使用相同的附图标号来表示类似或等同元件。附图未按比例绘制，并且其仅提供用于说明某些公开的方面。下面参考用于说明的示例性应用来描述若干公开的方面。应当理解，阐述了许多具体细节、关系和方法以提供对所公开实施方案的完全理解。
如本文所用，工业过程设施运行涉及所公开的实施方案适用的有形材料的工业过程。例如，油和天然气、化学、饮料、制药、纸浆和造纸、石油工艺、电气和水。工业过程设施不同于仅执行数据操纵的数据处理系统。
本发明所公开的方面使得具有利用常规控制系统架构的现有过程控制系统的客户能够利用I/O模块池和/或过程控制器池的益处，而无需通过迁移到过程中的池布置来重新设计硬件。迁移到池布置的可能原因包括现有控制器可访问本文称为第一控制器的备用I/O模块，这些备用I/O模块可供在控制器池中运行的过程控制器使用。在第一控制器中运行的过程控制除了它们当前使用的由I/O模块导入的本地绑定(专用)通道之外，还可使用由I/O模块池中的I/O模块支持的合并通道。
图1示出了根据示例性实施方案的示例性过程控制系统100的一部分，该示例性过程控制系统包括通过监督通信网络115(诸如以太网网络)耦接在一起的过程控制器池110和I/O模块池120，其中该过程控制系统100可利用本发明所公开的I/O软件代理。下文所述的图2将I/O软件代理示出为218。监督通信网络115还可包括有线或无线网络。
过程控制器池110被配置为将控制器软件(诸如应用程序模块)与控制器硬件解耦。具体地讲，控制器的控制器池(或HIVE)将软件功能(诸如控制执行)隔离(或划分)到软件模块中，这些软件模块可跨过程控制器分布在控制器池110中而不是专用于单个控制器，并且还提供另选形式的冗余而不是传统的1:1冗余。
I/O模块池120被示出为包括I/O机柜壳体130、131和132，每个机柜壳体包括I/O通信接口127a、127b、127c，这些I/O通信接口也称为I/O网关。每个I/O通信接口127a-127c具有多个相关联的I/O模块，如图1所示具有六个I/O模块。具体地讲，I/O机柜壳体130被示出为具有I/O模块120a1、120a2、120a3、120a4、120a5和120a6，I/O机柜壳体131被示出为具有I/O模块120b1、120b2、120b3、120b4、120b5和120b6，并且I/O机柜壳体132被示出为包括I/O模块120c1、120c2、120c3、120c4、120c5和120c6。
每个I/O模块具有多个I/O通道，为简单起见示出为具有三个通道，包括用于I/O模块120a1-120a6的通道a1、a2和a3，用于I/O模块120b1-120b6的通道b1、b2和b3，以及用于I/O模块120c1-120c6的通道c1、c2和c3。每个通道连接到图1所示的不同现场设备(包括传感器和致动器)，其中通道a1、a2、a3中的每个通道耦接到单个现场设备108a1、108a2、108a3，通道b1、b2、b3各自耦接到单个现场设备108b1、108b2、108b3，并且通道c1、c2和c3各自耦接到单个现场设备108c1、108c2和108c3。每个现场设备仅以示例的方式示出，耦接到示出为105a1、105a2、105a3、105b1、105b2、105b3、105c1、105c2和105c3的第一处理装备的不同部件，使得在图1所示的示例中，单个通道控制多个第一处理装备中的每个部件。然而，本领域中已知的通道和现场设备不一定是1:1映射到如图1所示的第一处理装备，因为各自与通道相关联的现场设备也可以控制相同处理设备的部件。
因此，控制器池110中的多个过程控制器(示出为110a、110b、110c)被有效地配置为可运行整个过程控制系统100的控制器功能的单个可扩展控制器。I/O模块池120用于将其I/O模块120a1-120a6、120b1-120b6、120c1-120c6解耦，使这些I/O模块不再常规专用于控制器池110中的过程控制器中的一个特定过程控制器。因此，I/O模块池120的功能是分布式的，并且因此成为模块化装备的延伸部。因此，控制器池110中的任何过程控制器110a、110b、110c可访问由I/O模块池120的I/O模块120a1-120a6、120b1-120b6、120c1-120c6中的任何I/O模块支持的通道中的任何通道。
图2示出了由本发明所公开的I/O软件代理218根据常规控制布置实现的本发明所公开的迁移/集成过程，其中示出了单个第一控制器平台210，该单个第一控制器平台包括主控制器211和任选冗余/备份控制器212，该任选冗余/备份控制器具有统称为235的多个专用I/O模块235a、235b、235c和235d，该单个第一控制器平台被集成到过程控制系统200中，该过程控制系统包括图1中如上所述包括过程控制器池110和I/O模块池120两者的示例性过程控制系统100。耦接到I/O池120的输出端的相应现场设备在图2中共同示出为108d，并且耦接到现场设备108d的相应第二处理装备在图2中共同示出为105d。耦接到I/O模块235a-235d的输出端的相应现场设备在图2中共同示出为108a，并且耦接到现场设备108a的相应第一处理装备在图2中共同示出为105a。
I/O软件代理218被示出为被包括作为第一控制器平台210的一部分。I/O软件代理218被配置为允许耦接到第一控制器平台210的过程控制器池110中的其他过程控制器110a、110b和110c访问由I/O模块235支持的第一控制器平台210的其他专用通道中的任何专用通道。
第一控制器平台210还被示出为包括网络通信接口221、被示出为‘控制执行’222的霍尼韦尔国际公司(Honeywell International)的控制执行环境(CEE)以及I/O通信接口223。I/O软件代理218可经由过程中固件升级添加到第一控制器平台210的存储器，从而使得由专用I/O模块235中的I/O模块支持的通道中的任何通道能够用于控制器池110中的过程控制器110a、110b、110c中的任何过程控制器。正在运行I/O软件代理218的第一控制器平台210可为Honeywell International C300控制器，尽管相同的本发明所公开的概念可应用于其他过程控制器，例如，霍尼韦尔国际公司(Honeywell International)的增强型高性能过程管理器(EHPM)，其是增强型通用控制网络(EUCN)上提供监管控制和顺序操作的过程连接设备，霍尼韦尔国际公司(Honeywell International)的控制边缘单元操作控制器(UOC)也可通过相同机制添加I/O软件代理。
图3示出了根据常规控制布置的本发明所公开的I/O软件代理218，其中再次示出了单个第一控制器平台210，该单个第一控制器平台包括主控制器211和任选冗余/备份控制器212，该冗余/备份控制器具有多个专用I/O模块235，该常规控制布置集成到包括图1所示的过程控制系统100的过程控制系统300中。与图2一样，相应现场设备各自被共同示出为108a和108d，并且相应第一处理装备和第二处理装备再次如图2被共同示出为105a和105d。I/O软件代理218允许第一控制器平台210访问由I/O模块池120中的I/O模块支持的通道中的任何通道，该I/O模块池再次示出为包括I/O模块120a1-120a3、120b1-120b3和120c1-120c3。
图4是根据示例性实施方案的流程图，其示出了控制过程的过程控制系统中过程控制器的过程中迁移方法400中的步骤，以将其由第一组I/O模块支持的第一通道添加提供与控制器池中的过程控制器相关联的合并通道的I/O模块池。
步骤401包括提供耦接到第一组I/O模块的第一过程控制器，该第一组I/O模块共同提供多个第一通道，该第一过程控制器包括耦接到I/O模块池的I/O软件代理，该I/O模块池包括共同提供多个合并通道的第一I/O模块和至少第二I/O模块，该多个第一通道和该合并通道各自通过相应现场设备分别耦接到多个第一处理装备和第二处理装备。第一过程控制器可为冗余过程控制器以帮助实现过程中迁移。
与第一控制器相关联的专用I/O模块还不是I/O模块池的一部分，因为它是使得这些先前特定的控制器专用I/O模块能够访问I/O池的本发明所公开的I/O软件代理。I/O软件代理被配置用于实现下文所述的步骤402至404。在步骤402中，I/O软件代理能够将第一组I/O模块添加到I/O模块池。步骤403包括将在控制器池中被配置在一起的多个附加过程控制器耦接到第一过程控制器。步骤404包括I/O软件代理，该I/O软件代理实现以下项中的至少一者：i)使第一通道中的任何第一通道可用于控制器池的过程控制器中的任何过程控制器，以及ii)使合并通道中的任何合并通道可用于第一过程控制器。
I/O软件代理可实现i)和ii)两者，从而双向地起作用。过程控制系统可包括分布式控制系统(DCS)。第一过程控制器和多个附加过程控制器可各自包括冗余过程控制器。第一过程控制器、多个附加过程控制器和I/O池均可通过监督通信网络耦接在一起。方法可在过程控制系统正在运行过程时执行，并且该过程可涉及至少一种有形材料。I/O模块池还可包括I/O通信接口，该I/O通信接口各自与第一I/O模块和第二I/O模块中的相应一者相关联。
本发明所公开的实施方案可应用于多种过程控制系统，诸如化学、精炼以及石油和天然气工业。此外，其他应用包括可再生能源系统。
虽然上面已经描述了各种所公开的实施方案，但是应当理解，它们仅以示例而非限制的方式呈现。在不脱离本公开的实质或范围的情况下，可根据本公开对本文公开的主题进行许多改变。此外，虽然可使用仅关于若干实现方式中的一者来公开特定特征，但是此类特征可与其他实现方式的一个或多个其他特征组合，如对于任何给定或特定应用可能期望或有利的那样。

Claims (10)

1.一种在控制过程的过程控制系统中进行过程控制的方法(400)，所述方法包括：
提供(401)耦接到第一组输入/输出(I/O)模块的第一过程控制器和耦接到I/O模块池的I/O软件代理，所述第一组I/O模块提供多个第一通道，所述I/O模块池包括共同提供多个合并通道的第一I/O模块和至少第二I/O模块，所述多个第一通道和所述合并通道各自通过相应现场设备分别耦接到多个第一处理装备和第二处理装备，其中所述I/O软件代理被配置为实现：
将所述第一组I/O模块添加(402)到所述I/O模块池；
将在控制器池中被配置在一起的多个附加过程控制器耦接(403)到所述第一过程控制器；以及
实现(404)以下项中的至少一者：i)使所述第一通道中的任何第一通道能够用于所述控制器池中的所述过程控制器中的任何过程控制器，以及ii)使所述合并通道中的任何合并通道能够用于所述第一过程控制器。
2.根据权利要求1所述的方法(400)，其中所述I/O软件代理(218)实现包括所述i)和所述ii)。
3.根据权利要求1所述的方法(400)，其中所述方法在所述过程控制系统(300)正在运行所述过程时执行，并且其中所述过程涉及至少一种有形材料。
4.根据权利要求1所述的方法(400)，其中所述I/O模块池(120)还包括I/O通信接口(223)，所述I/O通信接口各自与所述第一I/O模块(235)和所述第二I/O模块(235)中的相应一者相关联。
5.一种被配置为控制过程的过程控制系统(300)，所述过程控制系统包括：
第一过程控制器，所述第一过程控制器耦接到第一组输入/输出(I/O)模块(235a-235d)，所述第一组I/O模块提供多个第一通道，所述第一过程控制器包括耦接到I/O模块池(120)的I/O软件代理(218)；
其中所述I/O模块池包括共同提供多个合并通道的第一I/O模块(235)和至少第二I/O模块(235)；
所述多个第一通道和所述合并通道各自通过相应现场设备(108a,108d)分别耦接到多个第一处理装备和第二处理装备(105a,105d)；
所述I/O软件代理被配置用于：
将所述第一组I/O模块添加到所述I/O模块池，
将在控制器池(110)中被配置在一起的多个附加过程控制器(110a-110c)耦接到所述第一过程控制器，以及
实现以下项中的至少一者：i)使所述第一通道中的任何第一通道能够用于所述控制器池中的所述过程控制器中的任何过程控制器，以及ii)使所述合并通道中的任何合并通道能够用于所述第一过程控制器。
6.根据权利要求5所述的系统(300)，其中所述I/O软件代理(218)用于实现所述i)和所述ii)。
7.根据权利要求5所述的系统(300)，其中所述I/O模块池(120)还包括I/O通信接口(223)，所述I/O通信接口各自与所述第一I/O模块(235)和所述第二I/O模块(235)中的相应一者相关联。
8.一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质包含用于实现I/O软件代理(218)的指令，所述I/O软件代理在由用于运行过程的过程控制系统(300)中耦接到第一组输入/输出(I/O)模块(235)的第一过程控制器的处理器设备执行时，提供多个第一通道，所述多个第一通道各自通过现场设备(108a,108d)耦接到第一多个处理装备(105a,105d)，所述I/O软件代理被配置用于耦接到I/O模块池(120)，所述I/O模块池包括共同提供多个合并通道的第一I/O模块和至少第二I/O模块，所述多个合并通道各自通过相应现场设备耦接到第二多个处理装备，所述I/O软件代理用于：
实现将所述第一组I/O模块添加到所述I/O模块池；
将在控制器池(110)中被配置在一起的多个附加过程控制器(110a-110c)耦接到所述第一过程控制器，以及
实现以下项中的至少一者：i)使所述第一通道中的任何第一通道能够用于所述控制器池中的所述过程控制器中的任何过程控制器，以及ii)使所述合并通道中的任何合并通道能够用于所述第一过程控制器。
9.根据权利要求8所述的非暂态计算机可读介质，其中所述I/O软件代理(218)用于实现所述i)和所述ii)。
10.根据权利要求8所述的非暂态计算机可读介质，其中所述I/O软件代理(218)方法被配置为在所述过程控制系统(300)正在运行所述过程时操作，并且其中所述过程涉及至少一种有形材料。
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