CN114764233A - 基于环路部件响应性检测工业过程工厂中的部件劣化 - Google Patents

Abstract

过程控制环路的第一部件(例如，控制器或I/O网关)通过经由诊断信道将心跳消息发送给第二部件来监测和检测环路的第二部件的性能劣化，该诊断信道不同于第一和第二部件经由其传递用于控制工业过程的控制消息的控制通信信道。第二部件使用其控制消息解释器来将接收到的心跳消息经由诊断信道返回给第一部件。当心跳消息的往返时间(RTT)落在第二部件的RTT的可接受的范围之外时，第一部件检测到第二部件的劣化，并且可推荐或自动地启动缓解措施。第一部件可基于样本数量的测量到的RTT，确定第二部件的平均RTT或期望的响应时间以及可接受的变化范围。

Description

基于环路部件响应性检测工业过程工厂中的部件劣化

技术领域

本申请总体上涉及工业过程工厂的工业过程控制系统，更具体地，涉及能够检测控制环路部件的劣化的工业过程控制系统。

背景技术

分布式工业过程控制系统，例如那些应用在化工、石油、工业或者其他过程工厂中用于制造、提炼、转化、生成、或生产物理材料或者产品的系统，通常包括经由物理层与一个或者多个现场设备通信耦合的一个或者多个过程控制器，该物理层可以是模拟、数字、或者组合的模拟/数字总线，或者该物理层可包括一个或者多个无线通信链路或网络。现场设备，其可以是例如阀、阀定位器、开关、以及变送器(例如，温度、压力、液位以及流速传感器)，位于工业过程工厂的过程环境中(在本文中其可互换地称为工业过程工厂的“现场环境”或者“工厂环境”)，并且通常执行诸如打开或者关闭阀、测量如流量、温度或压力等的过程和/或环境参数之类的物理过程控制功能，以控制在过程工厂或者系统中执行的一个或者多个过程。智能现场设备，例如符合公知的

现场总线协议的现场设备，也可执行控制计算、报警功能、以及通常在过程控制器中实施的其他控制功能。

过程控制器(其可物理位于也可不物理位于工厂环境中)接收指示由现场设备进行的过程测量的信号和/或有关现场设备的其他信息，并且执行控制例程、应用、或者逻辑，该控制例程、应用、或者逻辑运行例如不同的控制模块，该控制模块使用不同的控制算法做出过程控制决策，基于接收到的信息生成过程控制信号，并且与在诸如

以及

现场总线现场设备之类的现场设备中执行的控制模块或者块协调。为了执行该通信，过程控制器中的控制模块发送控制信号给各种不同的输入/输出(I/O)设备，随后该输入/输出(I/O)设备将这些控制信号通过专用的通信线路或链路(通信物理层)发送给实际的现场设备，从而控制过程工厂或系统的至少部分操作，例如，以控制在工厂或者系统中运行或者执行的一个或多个工业过程的至少部分。因此，过程控制环路指的是过程控制器、一个或多个I/O设备、以及一个或者多个现场设备，该现场设备由过程控制器通过经由I/O设备传递给现场设备和/或从现场设备传递的信号和/或数据所控制。本文中所使用的术语“过程控制环路”可互换地称为“控制环路”或“环路”，并且本文中所使用的术语“过程控制器”可互换地称为“控制器”或“控制设备”。过程控制器或者控制设备可以是物理设备或者可以是虚拟设备。例如，可分配一个或多个逻辑或虚拟的过程控制器在物理的主机服务器或计算平台上执行或者运行。过程控制系统可包括物理和虚拟过程控制器两者。

I/O设备(其也通常位于工厂环境中)通常设置于过程控制器与一个或多个现场设备之间，并且例如通过将电信号转换为数字值以及反之亦然，使得它们之间能够通信。提供不同的I/O设备来支持使用不同的专用的通信协议的现场设备。更具体地，在一些配置中，在过程控制器与使用不同的通信协议的每个现场设备之间提供不同的物理I/O设备，以使得第一I/O设备用于支持HART现场设备，第二I/O设备用于支持现场总线现场设备，第三I/O设备用于支持Profibus现场设备，等等。

在一些配置中，替代使用单独的物理I/O设备在过程控制器与它们相应的现场设备之间传递数据，I/O网关可设置于多个过程控制器与它们对应的现场设备之间，其中I/O网关在每个过程控制器与它们对应的现场设备之间交换或路由I/O数据。因此，在这些配置中，控制环路可包括过程控制器或控制设备、I/O网关、以及一个或多个现场设备。I/O网关可经由各种物理端口和连接通信地连接到现场设备，该物理端口和连接支持现场设备所使用的相应的工业通信协议(例如，HART、现场总线、Profibus等)，并且该I/O网关可经由一个或多个通信网络或数据高速公路(例如，其支持有线和/或无线以太网、互联网协议(或IP)、和/或其他类型的分组协议等)通信地连接到过程控制器。I/O网关可至少部分地在一个或多个计算平台上实施，并且可被配置为在多个过程控制器与它们相应的现场设备之间传递、路由、或交换I/O数据，从而执行针对过程控制的I/O数据传递。也就是说，I/O网关可允许控制设备通过使用由I/O网关所提供的联网功能行使对对应的一个或者多个现场设备的控制。例如，在I/O网关中，各种I/O数据传递功能、例程、和/或机制可托管在一个或多个服务器上，并且可用于在将控制设备与I/O网关通信连接的端口与将现场设备与I/O网关通信连接的端口之间交换I/O数据。

如本文中所使用的，现场设备、控制器、以及I/O设备或网关一般称为“过程控制设备”。现场设备和I/O设备通常位于、设置于、或安装于过程工厂的现场环境中。控制设备或控制器可位于、设置于、或安装于现场环境中和/或过程工厂的后端环境中。I/O网关至少部分地安装在现场环境中，并且可至少部分地安装在过程工厂的后端环境中。

通常使得来自现场设备和过程控制器的信息通过过程控制器经由数据高速公路或通信网络对于一个或者多个其他硬件设备可用，例如操作员工作站、个人计算机或计算设备、数据历史库、报告生成器、集中式数据库、或其他集中式管理计算设备，这些设备通常放置在控制室或者远离工厂的较为恶劣的现场环境的其他位置中，例如，在过程工厂的后端环境中。这些硬件设备的每一个通常跨过程工厂或者跨过程工厂的一部分集中。这些硬件设备运行应用，该应用例如可使得操作员能够执行关于控制过程和/或操作过程工厂的功能，例如改变过程控制例程的设置、修改控制器或现场设备内控制模块的操作、查看过程的当前状态、查看由现场设备和控制器所生成的警报、出于培训人员或测试过程控制软件的目的仿真过程的操作、保留和更新配置数据库等。由硬件设备和过程控制器所使用的数据高速公路可包括有线通信路径、无线通信路径、或者有线和无线通信路径的组合，并且通常使用基于分组的通信协议和非时间敏感通信协议，例如以太网或者IP协议。

作为示例，由艾默生(Emerson)过程管理公司所出售的DeltaV^TM控制系统包括存储在位于过程工厂内不同位置处的不同设备中并由这些不同设备所执行的多个应用。配置应用(其驻留在一个或多个工作站或者计算设备中)使得用户能够创建或者改变过程控制模块，并且能够经由数据高速公路将这些过程控制模块下载到专用分布式控制器。通常，这些控制模块由通信互联的功能块组成，该功能块是面向对象编程协议中的对象，其基于对其的输入执行控制方案中的功能，并且其向控制方案中的其他功能块提供输出。配置应用还可允许配置工程师创建或者改变操作员界面，该界面由查看应用所使用，以向操作员显示数据并且使得操作员能够改变过程控制例程中诸如设定点之类的设置。每一个专用控制器以及在某些情况下的一个或多个现场设备存储并且执行相应的控制器应用，该控制器应用运行分配和下载到其的(或者以其他方式由控制器获得的)控制模块，以实施实际的过程控制功能。查看应用(其可运行在一个或多个操作员工作站上(或者在与操作员工作站和数据高速公路通信连接的一个或多个远程计算设备上))经由数据高速公路接收来自控制器应用的数据，并向过程控制系统设计者、操作员、或使用用户界面的用户显示该数据，并且可提供多个不同视图中的任何视图，例如操作员视图、工程师视图、技术人员视图等。数据历史库应用通常存储在数据历史库设备中并由数据历史库设备执行，该数据历史库设备收集并存储跨数据高速公路所提供的一些或者全部数据，而配置数据库应用可在附接到数据高速公路的另一台计算机上运行，以存储当前过程控制例程配置和与之相关联的数据。或者，配置数据库可与配置应用位于相同的工作站。

过程控制设备和过程控制环路需要大量的规划和配置以确保设备的性能和安全性以及确保工厂作为整体的性能和安全性。这样的规划和配置包括考虑过程控制器或控制设备的响应性能或响应性。考虑加热挥发性化学物质(例如，原油或汽油)到特定温度的过程工厂的示例。控制设备(例如，过程控制器、安全系统控制器等)可被配置为以每50毫秒一次的频率监测温度，以确保汽油的加热没有达到自燃温度。如果在任何时间控制设备检测到已经达到自燃温度，则控制设备必须非常快速地(例如，在50毫秒之内)反应来降低加热元件的强度(或者关断发热元件)以阻止汽油爆炸，同时尝试将汽油的加热保持在安全的温度。由控制设备所控制的加热元件是“最终控制元件”的示例。最终控制元件通常是设备或部件，其响应于控制命令或指令改变其行为表现，从而使受控变量的值朝期望的设定点移动，并且从而控制工业工厂的至少一部分。最终控制元件可以是例如经由I/O设备或者I/O网关与控制设备通信连接的现场设备。

控制设备在所需参数中响应的能力可在其初始的安装期间验证。然而，随着时间的流逝，控制设备可能经历响应性能或响应性的劣化(degradation)，例如由于软件设计、计算资源的缺乏、硬件的陈旧和/或退化、通信中断(例如，低于诊断过程能够检测的阈值)、环境状况等等。控制环路的其他部件可能会类似地劣化。控制环路部件这样劣化的后果可能是严重的。例如，在上文所讨论的汽油加热的示例中，如果控制设备遭受响应性的劣化，和/或如果I/O网关超负载，则包括控制设备、I/O网关、以及加热元件的控制环路可能未能在所需的时间量内(例如，50毫秒以内)关断加热元件，并且加热元件将会继续加热汽油超过自燃的温度阈值。

在计算机化的过程控制系统(例如，其中至少一些控制设备、I/O设备或者网关、和/或其他控制环路部件在一个或多个计算平台上实施，并且共享由一个或多个计算平台所提供的资源的过程控制系统)中，控制设备、I/O设备或者网关、和/或其他控制环路部件的响应性能的劣化可能是特别地受到了支持平台的硬件和/或软件计算资源的缺乏或使用的影响。例如，在各种计算平台处CPU(中央处理单元)资源的缺乏、存储器的缺乏、持久性存储空间的缺乏、网络资源的竞争、逻辑资源的竞争、和/或其他计算资源的不足可能会使控制环路和/或者控制环路的各种部件的性能劣化。

例如，可分配虚拟化或容器化的控制设备以与其他虚拟化/容器化的控制设备一起在主机服务器或者计算平台上运行或者执行。当太多的虚拟化控制设备在单台主机上运行时，被托管的虚拟化控制设备必须竞争主机所提供的CPU、存储器、以及盘资源。即便是在整体的主机CPU可用性似乎是充足的(例如，30％的可用性)的情况中，虚拟化控制设备之间对主机资源的其他类型(例如，控制设备实例的调度、控制设备算法逻辑等)的竞争可造成在一个或多个虚拟化控制设备的控制性能的劣化。此外，在通过使用虚拟机实施虚拟化控制设备的配置中，诸如管理器加载和/或CPU使用之类的问题也可影响虚拟化控制设备的响应性能。

以类似的方式，因为I/O网关可设置在控制设备与对应的最终控制元件之间，所以控制环路的响应性可受到在I/O网关上的加载和/或对由I/O网关所提供的、用于I/O数据传递的网络资源(例如，软件和/或硬件网络资源)的竞争的影响。例如，I/O网关加载和/或资源竞争(例如，调度、I/O数据传递逻辑、计算资源等)可导致增加的延迟和/或控制环路的抖动。此外，I/O网关加载和/或资源竞争不仅可能消极地影响控制环路性能，还可能消极地影响整体系统性能。例如，由I/O网关所引入的增加的延迟可使过程控制系统的整体操作劣化，并且由I/O网关所引入的增加的抖动可使整体控制策略的性能劣化。

令人遗憾的是，由于已知的诊断程序通常被配置为以相较于过程控制慢得多的速率执行，并且由于诊断程序被配置用于特定情形，所以控制环路部件的某些类型的性能劣化可能在某些时间持续未检测到。事实上，控制环路部件的某些类型的劣化可能只有在控制系统或者过程工厂经历灾难性事件和/或未能实现业务需求后才会被检测到。相应地，由于控制环路部件的推迟的和/或未检测到的性能劣化，控制系统的用户可经历生产效率、利润、装备、资金、和/或甚至人身性命的损失。

发明内容

本文公开了用于基于环路部件响应性检测工业过程工厂部件的劣化的技术、系统、和/或方法。一般而言，当环路部件在运行时间期间操作以控制工业过程的至少一部分之时，可以监测环路部件(例如，过程控制器、安全性系统控制器、I/O网关、I/O设备等)的响应性的劣化。因此，当劣化在开始发生的时候可检测到环路部件的劣化，而不是在部件严重故障后或者灾难性事件发生时检测到。本文公开的技术、系统、以及方法可在检测到环路部件的劣化之时警告操作人员。在一些实施例中，提供了用于自动劣化缓解的技术、系统、以及方法，从而使检测到的劣化对系统性能和安全性的影响可被自动地遏制、最小化、或者甚至消除。

在实施例中，一种用于检测工业过程工厂中的部件劣化的系统包括工业过程工厂的过程控制系统的第一部件和第二部件，其中第一部件与第二部件经由诊断信道和经由通信信道来通信地连接。第一部件和第二部件可包括在过程控制环路中。例如，第一部件可以是I/O网关或者过程控制器的中的一个，该过程控制器包括在经由相应的通信信道与该I/O网关通信地连接的多个过程控制器之中，而第二部件可以是该I/O网关或者该过程控制器中的另一个。I/O网关将多个过程控制器通信地连接到相应的一个或多个现场设备，从而控制过程工厂中的工业过程，并且

系统的第一部件被配置为经由诊断信道向第二部件依序地传送多个心跳消息，并且经由诊断信道接收在第二部件处相应的接收后由第二部件返回到第一部件的多个心跳消息的至少子集。系统的第一部件还被配置为基于多个心跳消息的至少子集的相应的往返时间(RTT)，确定第二部件的平均响应时间，其中相应的RTT基于在第一部件处的多个心跳消息的至少子集的传送和接收的相应的时间来确定。而且，第一部件还被配置为：当由第一部件经由诊断信道传送给第二部件的后续的心跳消息的RTT超过与第二部件的平均响应时间相对应的阈值时，检测第二部件的劣化。在一些配置中，第一部件被附加地或可替代地配置为：当由第一部件经由诊断信道传送给第二部件的后续的心跳消息的RTT超过与在第二部件处模块调度器执行的周期相对应的阈值时，检测第二部件的劣化。

在实施例中，一种用于检测过程控制系统中的部件劣化的方法包括：从过程控制系统的第一部件将多个心跳消息经由诊断信道依序地传送给过程控制系统的第二部件。第一部件和第二部件经由诊断信道和通信信道来通信地连接，并且第一部件和第二部件可以包括在相同的过程控制环路中。例如，第一部件可以是I/O网关或者过程控制器中的一个，该过程控制器包括在经由相应的通信信道与该I/O网关通信地连接的多个过程控制器之中，而第二部件是该I/O网关或者该过程控制器中的另一个。I/O网关将多个过程控制器通信地连接到相应的一个或多个现场设备，从而控制过程工厂中的工业过程。

该方法附加地包括：在第一部件处经由诊断信道从第二部件接收多个心跳消息的至少子集，其中多个心跳消息的至少子集中的每个心跳消息在第二部件处相应的接收后由第二部件返回到第一部件。此外，该方法包括由第一部件基于多个心跳消息的至少子集的相应的往返时间(RTT)，确定第二部件的平均响应时间。可基于在第一部件处的多个心跳消息的至少子集的相应的传送和接收时间确定相应的RTT。此外，该方法包括：当由第一部件传送给第二部件的后续的心跳消息的RTT超过与第二部件的平均响应时间相对应的阈值时，检测第二部件的劣化。在一些配置中，该方法附加地或可替代地包括：当由第一部件经由诊断信道传送给第二部件的后续的心跳消息的RTT超过与在第二部件处模块调度器执行的周期相对应的阈值时，检测第二部件的劣化。

附图说明

图1包括配置为检测控制环路部件劣化的工业过程工厂的过程控制系统的示例部分的简化示意框图。

图2A描绘用于检测控制环路部件的劣化的示例消息流。

图2B描绘用于检测控制环路部件的劣化的示例消息流。

图3包括配置为检测另一控制环路部件的劣化的示例控制环路部件的简化示意框图。

图4描绘检测控制环路部件的劣化的示例方法的流程图。

具体实施方式

图1是工业过程工厂的过程控制系统的示例部分100的简化示意框图。在图1中所描绘的过程控制系统的部分100包括多个控制器102a-102n、105a-105m，其经由I/O网关110(在本文中还可互换地称为“I/O服务器110”)与多个现场设备108a-108p通信连接。控制器102a-102n、105a-105m，I/O网关110，以及现场设备108a-108p在工业过程工厂的运行时间期间协同操作，来控制工业过程工厂的工业过程。过程控制系统的其他部件，例如配置数据库和其他集中式数据库、通信网络架构部件、诊断和其他工具、操作员和工程师用户界面、管理计算设备等，出于易于说明(而非限制)的目的没有在图1中描绘出。

现场设备108a-108p中的至少一些可以是诸如加热器、泵、致动器、传感器、变送器、开关等最终控制元件，并且每个现场设备经由一个或多个相应的有线和/或无线链路112a-112p通信地连接到I/O网关110。链路112a-112p被配置为在过程工厂的恶劣的现场环境中安全工作。I/O网关110经由数据高速公路115与控制器102a-102n、105a-105m中的每一个通信地连接，数据高速公路115可通过使用一个或多个合适的高容量链路，例如以太网、高速以太网(例如，100M千兆比特的以太网)、光链路等等来实施。例如，数据高速公路115可包括一个或多个有线和/或无线链路。在一些配置中，连接到现场设备108a-108p的链路112a-112p中的至少一个和/或数据高速公路115支持高级物理层(APL)传输技术，该高级物理层(APL)传输技术继而支持一个或多个协议，从而实现位于诸如过程工厂的现场环境之类的偏远和危险位置的现场设备、其他设备、其他各种仪器、和/或者其他装备的本质地安全连接。

多个控制器102a-102n、105a-105m(在本文中还可互换地称为“控制设备”或“控制器”)可包括一个或多个物理控制器102a-102n，和/或可包括一个或多个逻辑或虚拟控制器105a-105m，其中，每个控制器102a-102n、105a-105m执行一个或多个相应的控制例程、控制模块、或控制逻辑，从而在工厂的运行时间操作期间控制工业过程的相应部分。例如，控制器102a-102n、105a-105m中的一些可以是过程控制器，其执行工业过程工厂的运行时间控制策略的相应部分。控制器102a-102n、105a-105m中的一些可以是安全控制器，其作为支持过程工厂的安全仪表系统(SIS)的部分来操作。

每个逻辑或虚拟控制器105a-105m可以是相应的虚拟化、容器化、或者其他类型的逻辑控制设备，其在相应的主机服务器或计算平台118a、118b上执行或运行。主机服务器118a、118b的集合可通过使用任何合适的主机服务器平台，例如多个网络化的计算设备、服务器组、云计算系统等来实施。每个服务器118a、118b可托管相应的一个或多个逻辑控制设备105a-105m。例如，逻辑控制设备105a-105m可通过容器来实施，并且该容器可被分配在特定的主机服务器上执行，和/或逻辑控制设备105a-105m可通过在特定的主机服务器处管理器(hypervisor)中运行的虚拟机来实施。

如上文所提到的，I/O网关110经由各种物理端口和连接112a-112p通信地连接到现场设备，该物理端口和连接112a-112p支持现场设备使用的相应的工业通信协议(例如，HART、现场总线、Profibus等)，并且I/O网关110经由一个或多个通信网络或数据高速公路115通信地连接到过程控制器102a-102n、105a-105m，该通信网络或数据高速公路可支持有线和/或无线以太网、互联网协议(或IP)、和/或其他类型的分组协议等。I/O网关110可至少部分地在一个或多个计算平台上实施，并且可被配置为在多个过程控制器102a-102n、105a-105m与它们相应的现场设备108a-108p之间传递、路由、或交换I/O数据，从而执行相应的控制逻辑来执行过程控制。例如，在I/O网关110中，各种I/O数据传递功能、例程、逻辑、和/或机制可托管在一个或多个服务器上，并且可用于在将控制设备102a-102n、105a-105m和I/O网关110通信连接的端口与将I/O网关110和现场设备108a-108p通信连接的端口之间交换I/O数据。在实施例中，每个控制设备102a-102n、105a-105m可以是I/O网关110相应的客户端，I/O网关110向其提供相应的I/O数据传递请求服务。I/O网关110的各种硬件和/或软件资源(例如，支持I/O网关110的计算平台的CPU资源、存储器资源、持久性存储空间、盘空间、网络资源、逻辑资源、计算资源等)可被共享来提供多个客户端的请求服务。

在图1中所描绘的过程控制系统的部分100包括一个或多个过程控制环路(在本文中还可互换地称为“控制环路”或“环路”)，控制环路中的每个包括物理102x或虚拟105y控制器、I/O网关110、以及至少一个现场设备108z，这些在本文中一般称为控制环路的“部件”。例如，第一控制环路的部件可包括物理控制设备102a、I/O网关110、以及现场设备108a；第二控制环路的部件可包括物理控制设备102b、I/O网关110、以及现场设备108b；第三控制环路的部件可包括虚拟控制设备105g、I/O网关110、以及现场设备108c；第四控制环路的部件可包括虚拟控制设备105m、I/O网关110、以及现场设备108p。每个控制环路的部件和控制逻辑可在过程控制系统中定义或者配置，并且每个环路的控制设备被配置有相应的控制例程或控制逻辑，该控制设备在运行时间操作期间执行相应的控制例程或控制逻辑。通常，特定的最终控制元件或者现场设备108a-108p可被配置或者分配为由仅一个控制设备102a-102n,105a-105m专门控制。而且通常地但是非必需地，特定的控制设备102a-102n、105a-105m可被配置或者分配为控制多个最终控制元件或者现场设备108a-108p。一般意义上，在控制环路中，控制器102a-102n、105a-105m(例如，经由数据高速公路115和I/O网关110)接收来自一个或多个现场设备108a-108p、一个或多个其他控制器102a-102n、105a-105m、和/或过程工厂中的一个或多个其他设备的一个或者多个输入信号，将一个或者多个控制例程或控制逻辑应用于输入信号，以生成一个或多个输出信号，并且将输出信号(例如，经由数据高速公路115和I/O网关110)传送给控制环路的一个或多个现场设备108，从而改变现场设备108的行为表现，并且从而控制工业过程的至少一部分。在一些配置中，控制器102a-102n、105a-105m还将一个或多个输出信号传送给一个或多个其他控制器102a-102n、105a-105m，也是出于控制工业过程的目的。

在图1中示出的控制环路部件的一些被特别地配置为检测在其环路中所包含的一个或多个其它部件的劣化，并且在图1中用圈起来的“DD”指示。例如，如在图1中所示，控制设备102a、105g、以及105h被特别地配置为检测I/O网关110的劣化，并且I/O网关110被特别地配置为检测任意数量的控制设备102a-102n、105a-105m的劣化。

为了说明，图2A描绘用于检测控制环路部件的劣化的示例消息流200。出于易于说明而非限制的目的，本文同时参照图1对图2A进行讨论。在图2A中，第一环路部件202和第二环路部件205被配置为包含在相同的控制环路中，并且经由诸如数据高速公路115的通信信道之类的通信信道来通信地连接。例如，第一部件202可以是物理或虚拟控制器102a-102n、105a-105m中的一个，而且第二部件205可以是I/O网关或者服务器110，或者第一部件202可以是I/O网关或者服务器110，而且第二部件205可以是物理或虚拟控制器102a-102n、105a-105m中的一个。

第一部件202和第二部件205还经由诊断信道通信地连接，该诊断信道可以是不同于通信信道的、数据高速公路115的另一个信道。总体上，第一和第二部件202、205互相传送和接收控制和通信消息或信号，以通过经由通信信道而不经由诊断信道执行控制环路的控制策略，并且第一和第二部件202、205经由诊断信道而不经由通信信道互相传送和接收诊断消息或信号(包括与检测部件劣化相关的消息/信号)。在实施例中，将第一和第二部件202、205通信地连接的诊断信道仅由包括在过程控制系统中的控制环路的第一和第二部件202、205所使用，并且不由过程控制系统的任何其他的部件或设备在期间所使用。也就是说，在该实施例中，诊断信道是专用的、仅由第一和第二部件202、205使用的信道，并且不被任何其他的部件或设备所共享。将第一和第二控制环路部件202、205通信地连接的通信信道可以是专用信道或者共享信道。

消息流200描绘经由诊断信道在过程控制环路的第一部件202和第二部件205之间被传递以检测第二部件205的劣化的消息。因此，可认为第一部件202是监测或劣化检测部件，并且可认为第二部件205是第一部件202监测劣化的被监测或者目标部件。如在图2A中所示，第一部件202随着时间地推移依序地传送多个心跳消息HBn 208(本文中可互换地称为“请求208”)给第二部件205。例如，在第一部件202相关的硬件和/或软件资源可用的时间期间，按需求或者依照用户指令、和/或在其他合适的时间，第一部件202可依序周期性地、非周期性地、随机地传送多个心跳消息HBn 208或请求208。每个心跳消息HBn 208通过诸如数字、计数、字母数字字符等相应的识别符区别于其他心跳消息HBn 208。在实施例中，心跳消息识别符可递增并且循环地重复，例如，n＝1,2,3,…,x,1,2,3,…,x…,等等。在第二部件205处，一旦接收到心跳消息HBn 208后，第二部件205将接收的心跳消息HBn 208转发或者以其他方式返回到第一部件202，如由标记210所指出(本文中可互换地称为“响应210”)。例如，第二部件205可经由诊断信道接收传入的心跳消息HBn或者请求208，经由处理传入的和传出的过程控制和通信消息的第二部件205的模块或子部件来处理心跳消息HBn或者请求208，并且经由诊断信道以由第二部件205所支持的最快更新速率将心跳消息HBn或者响应210转发或返回到第一部件202。例如，当第二部件205是控制设备102a-102n、105a-105m时，一旦在控制设备102a-102n、105a-105m处接收到请求208后，在控制设备102a-102n、105a-105m的控制执行调度器中执行的响应模块将返回的心跳消息HBn或者响应210发送到第一部件202。在另一个示例中，当第二部件205是I/O网关110时，一旦在I/O网关110处接收到请求208后，在I/O网关110处的RTT测试启动器将返回的心跳消息HBn或者响应210发送到第一部件202。也就是说，I/O网关110处理传入的心跳消息HBn好像是I/O网关110转发I/O命令，虽然“转发”包括将心跳消息HBn或者请求208作为响应210循环回到第一部件202。

第一部件202追踪其传送每个心跳消息HBn或者请求208的相应时间，以及其接收对应返回的心跳消息HBn或者响应210的相应时间，例如通过图2A中示出的时间戳TS1、TS2，或者通过任何其他合适的机制。基于时间戳TS1、TS2，第一部件202确定在第一部件202与第二部件205之间传递的心跳消息HBn的相应的往返时间(RTTn)212。在包括物理I/O设备或I/O卡而不是I/O网关110的过程控制环路中，RTTn 212可与从控制设备发送针对I/O的输出命令给I/O设备到控制设备从I/O设备接收到对应的确认返回时的时间间隔类似。

在其中第一部件202是物理控制设备102a-102n或者是I/O网关110的实施例中，第一部件202的处理器的硬件时钟可用于确定时间戳TS1、TS2。但是，在其中第一部件202是逻辑控制设备105a-105m并且第二部件205是I/O网关110的实施例中，使用逻辑控制设备105a-105m确定时间戳TS2，TS2可能是不准确的和不一致的，至少是由于在管理器中运行的虚拟机和/或托管的架构的性质。在这些实施例中，时间戳TS1、TS2可以以例如在图2B中所示的方式来确定。

图2B描绘用于检测控制环路部件的劣化的示例消息流220。在图2B中，第一环路部件202是逻辑控制设备105a-105m，并且第二环路部件205是I/O网关或服务器110。与图2A类似，消息流220中的消息经由诊断信道在第一与第二部件202、205之间传递。还类似于图2A，逻辑控制设备202向I/O网关110依序地传送多个心跳消息HBn 208。由于I/O网关205包括具有硬件时钟的处理器，I/O网关205可充当逻辑控制设备202的代理以便确定与每个接收到的心跳消息HBn相对应的相应的时间戳TS1、TS2。例如，I/O网关205可确定在I/O网关205处心跳消息HBn的接收时间为TS1，并且I/O网关205可将紧挨在I/O网关110将接收到的心跳消息HBn 225返回给逻辑控制设备202之前的时间确定为TS2。I/O网关205可结合返回的心跳消息HBn 225将TS1和TS2发送给逻辑控制设备202(例如，通过在返回的心跳消息HBn 225中插入TS1和TS2，或者通过将包括TS1和TS2的另一传送与心跳消息HBn 225进行关联)，并且逻辑控制设备202可使用接收到的时间戳TS1、TS2来确定心跳消息HBn的对应的往返时间RTTn 212。

无论如何，无论是使用消息流200还是消息流220，在实施例中，在过程控制系统100的静止的或者正常运行或操作状态期间，在阈值或最小数量的样本RTT已由第一部件202获得或者确定后，第一部件202确定在第一部件202与第二部件205之间传送的心跳消息的平均或基准RTT，并且可选地确定对应的标准差。用于确定平均或基准RTT的样本RTT的阈值或最小数量可以是预定义的或者预先配置的，并且还可以是例如自动地和/或手动地动态可调整。第一与第二部件202、205之间的平均或者基准RTT以及标准差可存储在第一部件202。一般而言，平均或者基准RTT可提供，在控制系统100的静止的或者正常运行或操作状态期间，第二部件205的期望或稳态响应或反应时间的尺度、水平或者指示。对应的标准差可指示RTT的范围(例如，平均RTT减去一个标准差到平均RTT加上一个标准差)，在该范围内，认为第二部件205的响应速率或反应时间是确定性的或者是在例如可接受RTT的范围的合适的性能范围内操作。因此，后续测量的或者计算的RTTn 208与平均或基准RTT以及对应的标准差的比较可指示第二部件205的响应性能水平的尺度。例如，可认为落入平均或者基准RTT加或减一个标准差内的测量的RTT是可接受RTT，并且可认为落在平均或者基准RTT加或减一个标准差的测量的RTT之外是不可接收RTT，其可指示第二部件205处的劣化。

或者，在其中目标或者第二部件205是控制设备102a-102n、105a-105n的另一实施例中，可定义可接受RTT为小于或等于控制设备模块调度器执行的一个Quanta时间段(例如，小于或者等于周期的长度)。可接受RTT的阈值限制(例如，“基于周期的阈值”)可以是预定义的或预先配置的，并且可以是可调整的。例如，用户可设置基于周期的阈值是从模块调度器执行的周期的长度的90％到模块调度器执行的周期的长度的100％之间，并且包括模块调度器执行的周期的长度的100％的百分比。因此，在该实施例中，低于或等于基于周期的阈值的任何测量的RTT可以是目标控制设备205的可接收RTT，并且大于基于周期的阈值的任何测量的RTT可以是目标控制设备205的不可接受RTT。

无论如何，在确定并存储目标部件205的平均或基准RTT(以及对应的标准差)之后，并且/或者在存储目标部件205的基于周期的阈值之后，第一部件202继续将心跳消息HBn或请求208传送给第二部件205，接收对应返回的心跳消息HBn或者响应210，确定或者计算出对应的往返时间RTTn 212，并且根据具体情况，将所确定的或者计算出的往返时间RTTn 212与存储的平均RTT以及标准差和/或基于周期的阈值比较。例如，落在第二部件205的基准RTT附近的可接受RTT的范围之外的RTTn 212(例如，不可接受的RTT)指示第二部件205呈现非确定性的行为表现，并且因此可能会遭受性能劣化。在另一示例中，对于是控制设备102a-102n、105a-105m的第二部件205，超过第二部件205的基于周期的阈值的RTTn212(例如，不可接受的RTT)指示第二部件205呈现非确定性的行为表现，并且可能会遭受性能劣化。当第一部件202观察到第二部件205在统计上显著数量的不可接受的RTT的测量结果时，该观察可指示第二部件的执行健康情况可能正在劣化或者已经劣化。例如，当第二部件是控制设备102a-102n、105-105m时，该观察可指示控制设备102a-102n、105a-105m的模块调度器不能满足其对应的控制模块的周期的控制确定性。

参考在图1中示出的过程控制系统100，在物理控制设备102a-102n中的性能劣化可能是由硬件部件和/或软件部件的恶化造成的。例如，物理控制设备102a-102n的硬件和/或软件部件的恶化可能是由于对控制逻辑到控制设备102a-102n的不正确的自动或手动加载、过度的中断负载、高速缓冲存储器的故障(从而导致完全的存储器访问，其慢于访问高速缓冲存储器)、拒绝服务攻击、极端的环境状况(例如过热或过冷，可使控制设备102a-102n的执行的质量发生变化)、以及过度的辐射暴露(可能会翻转或者改变指令数据的比特位，从而造成不正确的软件操作)所造成，仅举几个例子说明。

控制环路的更为计算机化的部件，例如逻辑控制设备105a-105n和I/O网关110，它们的性能劣化可能是受到了支持计算平台的硬件和/或软件计算资源的缺乏的影响，因为这样的资源可能是共享的资源。例如，每个主机服务器118a、118b的硬件和软件资源可由在其上执行的相应的虚拟控制设备集合105a-105g、105h-105m共享。因此，在相应的主机服务器118a、118b上执行的每个虚拟控制设备105a-105g、105h-105m必须与在主机服务器118a、118b上执行的其他虚拟控制设备105a-105g、105h-105m竞争主机服务器资源。相应地，在每个主机服务器118a、118b上诸如CPU资源、存储器、和/或持久性存储空间之类的硬件资源的缺乏、以及对诸如网络资源、逻辑资源、和/或其他计算资源之类的软件资源的竞争可使在其上相应执行的一个或多个虚拟控制设备105a-105g、105h-105m的性能劣化。

I/O网关110的性能劣化可能是受到在I/O网关110上加载和/或对网络资源(例如，软件和/或硬件网络资源)的竞争的影响，该网络资源由I/O网关110所提供，用于向多个控制设备102a-102m、105a-105m传递I/O数据，和从多个控制设备102a-102m、105a-105m传递I/O数据。例如，I/O网关加载和/或针对I/O网关110服务的客户端的资源竞争(例如，用于调度、I/O数据传递逻辑、计算等)，可导致增加的延迟和/或抖动。此外，I/O网关加载和/或资源竞争可能不仅是消极地影响了各种控制环路的性能，也可能消极地影响了过程控制系统的整体性能。例如，由I/O网关110引入的增加的延迟可使过程控制系统的整体操作劣化，并且由I/O网关110引入的增加的抖动可使整体控制策略的性能劣化。

在任何情况下，一旦第一部件202确定某个RTTn 212落在第二部件205的基准RTT附近的可接受RTT的范围之外，并且/或者落在第二部件205的可接受的RTT的基于周期的阈值以上后，第一部件202可通知操作人员：第二部件205经历指示性能劣化的非确定性行为表现，这可导致过程控制系统内无法预测的后果。例如，第一部件202可使得生成警告或警报，并且警告或警报将会显示在过程控制系统的一个或者多个操作员界面处。

附加地或可替代地，第一部件202可响应于检测到的第二部件205的劣化，确定一个或者多个缓解措施。例如，当第二部件205是控制设备102a-102n、105a-105m时，第一部件202(在该示例中，I/O网关110)可确定一个或者多个缓解措施以包括调节控制设备102a-102n、105a-105m的负载、降低在控制设备102a-102n、105a-105m中控制逻辑的执行速率、或者确定和启动对控制设备102a-102n、105a-105m的控制逻辑的修改。当第二部件205是逻辑控制设备105a-105m时，一个或多个缓解措施可包括将逻辑控制设备105a-105m迁移到另一个较少加载的主机服务器、重新平衡由主机服务器支持的虚拟控制设备之间的主机服务器的负载、重新平衡多个主机服务器之间的负载分布等。例如，用于缓解检测到的虚拟控制设备105a-105m劣化的措施可包括：修改一个或多个主机服务器的一个或多个CPU的负载、修改一个或者多个主机服务器的存储器使用、和/或修改一个或者多个主机服务器的盘空间使用。

在另一示例中，当第二部件205是I/O网关110时，第一部件202(在该示例中，物理控制设备102a-102n或者逻辑控制设备105a-105m)或者系统100的一些其他设备可确定缓解I/O网关110的劣化的一个或多个措施，以包括例如降低I/O网关110的报告速率、减少I/O网关110所服务的客户端的数量、减慢关于由I/O网关110所服务的一个或多个客户端的I/O的更新速率、以其他方式修改I/O网关110的负载等。例如，用于缓解检测到的I/O网关110的劣化的措施可包括修改I/O网关110的一个或多个CPU的负载、修改I/O网关110的存储器使用、和/或者修改I/O网关110的盘空间使用。

在实施例中，第一部件202可使得所确定的缓解措施作为建议的和/或者可选的选项，在一个或多个操作员界面处向操作员呈现。一旦操作员选择了呈现的选项的一个或多个之后，过程控制系统可执行选择的选项。在另一个实施例中，一旦确定一个或多个缓解措施之后，第一部件202可使得过程控制系统自动地启动和执行所确定的缓解措施的至少一个，例如，无需任何用户输入，并且可选地通知操作人员自动执行的缓解措施。根据需要，特定的缓解措施是自动地还是手动地执行可以是预先配置的。因此，在性能劣化被检测到时，过程控制系统可使得导致部件205的性能劣化的问题的至少一些得以缓解和纠正(手动地或者自动地)，而不是只能等待直到不期望的或破坏性的事件发生。因此，本公开的内容中所描述的技术与当前已知的技术相比，能够提供更早的检测、警示、以及甚至过程控制环路部件劣化的自动缓解。

在一些实施中，单个RTT的发生就其本身而言可能不会触发警报、警告、或者缓解措施。例如，一旦接收到不可接受的RTT后，第一部件202可在给定的时间间隔内等待，并且/或者等待要发送/接收的给定数量的附加的心跳消息HBn，以确定不可接受的RTT是异常现象还是趋势，并且只有确认是趋势后(例如，在接收到统计上显著数量的不可接受的RTT之后)，第一部件202才生成警告、警报、和/或者缓解措施。给定的时间间隔、给定数量的附加的心跳消息HBn、和/或用于确定或者确认统计上显著趋势的其他信息可以是预先配置的，并且可以是可调整的。

当目标或者被监测部件205是I/O网关110，由控制设备或者第一部件202(无论是物理的102a-102n、逻辑的105a-105m，还是物理的和逻辑的两者都有)组(group)相应地观察到的RTT组可用于监测和检测I/O服务器110的劣化。例如，在第一部件202(或者与数据高速公路115连接的另一节点)组中的一个控制设备可收集在第一部件202组之中观察到的异常RTT的记录。一旦超过一个或者多个预先确定的阈值之后(例如，对应于在给定的时间间隔内在第一部件202组之中观察到的异常RTT的速率、经历异常RTT的第一部件202组的百分比、在特定的时间间隔内由第一部件202组所观察到的异常RTT中的变化、所述的变化的发生率、和/或其他合适的阈值)，过程控制系统可生成指示I/O服务器110的性能劣化的警告或者警报，并且可自动地确定、建议、和/或启动一个或多个缓解措施。例如，由第一部件202组所观察到的在RTT中的高比率的变化可指示由I/O服务器110引入的增加的抖动，其可能是由对I/O服务器110的计算资源增加的竞争所导致，并且可消极地影响到经由I/O服务器110、由过程控制环路所执行的控制策略的性能。在第一部件202组中RTT持续的大量增加可指示在I/O服务器110处的增加的延迟，其可由I/O服务器110增加的加载导致，并且可消极地影响到整体过程控制系统性能。相应地，过程控制系统可确定、建议、并且/或者启动一个或者多个合适的缓解措施，例如降低I/O网关110的报告速率、减少由I/O网关110所服务的客户端的数量、减慢关于由I/O网关110所服务的一个或多个客户端的I/O的更新速率、修改I/O网关110的一个或多个CPU的负载、修改I/O网关110的存储器使用、修改I/O网关110的盘空间使用、和/或以其他方式修改I/O网关110的资源分配。

在一些实施例中，过程控制系统可聚合由多个控制器102a-102n、105a-105m、和/或I/O网关110所观察到的RTT，以确定指示过程控制系统或其部分的整体健康情况的分数。例如，可聚合由I/O网关110所确定的物理控制设备102a-102n的RTT，并且可将其用于确定物理控制设备102a-102n作为组的对应的延迟和抖动，从而确定物理控制设备集合102a-102n作为整体的整体健康情况的分数或指示。可聚合由I/O网关110所确定的逻辑控制设备105a-105m的RTT，并且可将其用于确定逻辑控制设备105a-105m作为组的对应的延迟和抖动，从而确定逻辑控制设备105a-105m作为整体的整体健康情况的分数或者指示。此外，如上文所讨论的，可聚合由多个控制设备102a-102n、105a-105m所确定的I/O网关110的RTT，并且可将其用于确定I/O网关110的对应的延迟和抖动，其可继而用于确定I/O网关110的整体健康情况的分数或者指示。

特别地，当I/O网关110是目标或被监测部件205时，平均或整体RTT可指示当I/O服务器110转发来自控制设备102a-102n、105a-105m以及最终控制元件108a-108p的消息时由I/O服务器110所引入的通信时延时间，反之亦然。因此，I/O服务器110的平均或者整体RTT(例如，由I/O服务器110作为整体引入的控制时延)可以由多个控制设备102a-102n、105a-105m所测量的多个RTT所确定。I/O服务器110的平均或者整体RTT由I/O服务器110相应的RTT所确定，测量I/O服务器110相应的RTT的控制设备102a-102n、105a-105m的最小总数量可以是预定义的和/或可调整的；然而，为了得到I/O服务器110的整体RTT的最准确的估计，可对由控制设备102a-102n、105a-105m中的大多数或者甚至全部所测量的相应的RTT进行平均，以确定I/O服务器110的整体RTT。例如，控制设备102a-102n、105a-105m中的一个或者过程控制系统100的另一个设备可根据由多个控制设备102a-102n、105a-105m所测量的RTT确定I/O服务器110的整体RTT。

此外，由于I/O服务器110的整体RTT依赖于使用I/O服务器110用于I/O传递的控制环路的工程设计，I/O服务器110的平均健康情况可通过将运行时间的平均或整体RTT与基准的平均或整体RTT进行比较来确定，基准的平均或整体RTT在控制系统100在静止或者正常运行状态中操作时得到。与运行时间测量的平均RTT与基准的平均RTT之间的最大可接受差值相对应的阈值(例如，“差值阈值”)，可用于识别I/O服务器110的可接受和不可接受的平均或整体RTT。因此，I/O服务器110的测量的平均或整体RTT与I/O服务器110的基准的平均或整体RTT之间的差值(其大于差值阈值)可指示I/O服务器110的不可接受的性能劣化。差值阈值可关于控制模块执行阶段，例如控制模块执行率的X％，和/或基于其他标准来定义。差值阈值可以是预定义的或者预先配置的，并且可以是可调整的。

在一些配置中，控制系统100可包括多个链接的I/O服务器110，其作为单个的、逻辑的I/O服务器协同操作，在控制设备102a-102n、105a-105m与最终控制元件108a-108p(未示出)之间传递消息。在这些配置中，由I/O服务器链110所促成的整体RTT或控制时延可通过聚合或累积地叠加链接的I/O服务器110中的每一个的相应的RTT来确定。可将I/O服务器链110的测量的RTT之间的差值与I/O服务器链110的平均或者基准RTT进行比较，以检测链中的任何劣化，例如：以上文所讨论单个I/O服务器类似的方法。

此外，可以将链接的I/O服务器110中的每个的相应的RTT与链接的I/O服务器110中的每个的相应的基准RTT进行比较，以识别或者缩小对于链中的特定的I/O服务器的控制时延的来源。例如，如果链中的第一I/O服务器110的运行时间的RTT与基准的RTT之间的差值超过相应的差值阈值，与此同时链中的第二I/O服务器110的运行时间的RTT与基准的RTT之间的差值没有超过相应的差值阈值，那么可识别第一I/O服务器110为I/O服务器链110中的控制时延的潜在来源，并且可针对第一I/O服务器110采取合适的缓解措施。

如上文所讨论的，I/O服务器110(或者I/O服务器110链)的测量的RTT可指示控制环路中由I/O服务器110所引入的通信时延。为了说明，在示例中，监测设备202可以是控制设备102a,其通过经由I/O服务器110每500毫秒(ms)向阀108a发送消息来驱动阀108a的动作。控制设备102a(例如，监测设备202)可在I/O服务器110(例如，目标或者被检测设备205)上执行RTT测试，并且RTT测试的测量的RTT可能是100ms。因此，在控制环路(例如，控制环路包括控制设备102a、I/O服务器110、以及阀108a)中由I/O服务器110所引入的通信时延可能是100ms。相应地，由于I/O服务器110所引入的通信时延，控制设备102a从I/O服务器110接收输入、计算新的阀的位置、并且经由传给阀108a的对应的信号驱动新的阀的位置的整体时间可能被推迟附加的100ms。

由I/O服务器110所引入的通信时延的量(例如，整体或者平均测量的RTT，例如，如上文所描述的)可被存储在控制系统100的参数(例如，“I/O服务器通信时延参数”)中，并且可用于训练或者改善使用I/O服务器的控制环路的操作以考虑通信时延。例如，在包括控制设备102a、I/O服务器110、以及阀108a的示例控制环路中，可将I/O服务器通信时延参数的值的指示包括在传送到阀108a以控制阀108a的行为表现的控制信号(例如，控制设备102a的输出)中所包括的应用时间字段(time-to-apply field)中。因此，在该示例中，发送给阀108a的控制或输出信号既包括新的/更新的目标阀的位置的指示(例如，由控制设备102a所确定的)，也包括包含有I/O服务器通信时延参数的值的指示的应用时间字段。相应地，应用时间字段的内容指示阀108a将按照所指示的新的/更新的目标阀的位置行动的时间，例如，新的/更新的目标阀的位置在阀108a处生效的时间。因此，阀108a的位置改变的定时确定考虑了由I/O服务器所引入的通信时延。

在示例实施方式中，阀108a是无线阀108a，并且由控制设备102所生成的、用以驱动阀108a的控制或输出信号可以是WirelessHART命令(或者另一类型的无线信号)，该命令包括新的/更新的目标阀的位置的指示，还包括利用I/O服务器通信时延参数的值的指示来填充的应用时间字段。因此，一旦接收到由控制设备102a生成的命令之后，阀108a可根据应用时间字段的值来推迟按照新的/更新的目标阀的位置行动。附加地，阀108a可利用由应用时间字段的值所推迟的新的/更新的目标阀的位置来填充其回读(READBACK)参数中。因此，回读参数值反映了独立于通信时延的目标阀的位置。因此，如果回读参数值开始随时间变化地更大，更大的变化可指示阀108a不同地执行，并且可能需要评估。

在一些情况下，无线网关(WirelessHART或者其他类型的无线命令经由该无线网关被传送到无线阀108a)可使用应用时间字段的值，例如，通过基于应用时间字段的值在无线网络的设备之间分配或者重新分配时隙，来在无线网络的设备之间维持时间共识(common sense of time)。特别提及的是，因为I/O服务器通信时延参数的值是基于统计上显著数量的RTT测量结果而确定，所以值的变化可指示I/O服务器110的加载的变化和/或者在I/O服务器110处资源竞争的变化。因此，由于推迟时间字段值是基于I/O服务器通信时延参数的值确定的，那么把推迟时间字段值提供给最终控制元件(例如，阀108a的最终控制元件)可允许最终控制元件响应于I/O服务器110变化的状况。也就是说，最终控制元件(例如，其中的阀108a)的行为表现可自动地调节或者调整以适应在I/O服务器110处的加载和/或资源使用中的变化。此外，并且有利地是，由于I/O服务器通信时延值的变化指示I/O服务器110的性能的变化，可监测I/O服务器通信时延值的值以及其变化，以便容易地检测到I/O服务器110的任何劣化或者性能问题。

附加地，在消息流200和/或消息流220的一些实施方式中，由过程控制环路的各种部件102a-102n、105a-105m、以及110所观察到的RTT，可用于监测和确定过程控制环路中和/或过程控制系统中计算资源的使用情况。例如，通过对目标或者被监测设备205的底层操作系统进行一个或多个标准的API调用，可测量计算资源的使用情况，并且经由一个或者多个标准的API调用得到的计算资源使用信息可被包括在由目标或者被监测设备205发送给监测设备202的返回的心跳消息HBn或响应210中。当目标或者被监测设备205是I/O服务器110或者逻辑控制设备105a-105m时，I/O服务器110的其他计算资源使用信息(例如，网络带宽、CPU可用性或者使用情况、存储器可用性或者使用情况等)可附加地或可替代地位于返回的心跳消息HBn 210之中、由目标或者被监测设备205发送给监测设备202。计算资源的使用情况可指示当前消耗的系统计算资源的总容量。使用的增长可指示系统的整体性能的劣化。

图3示出了过程控制环路的示例部件300的简化示意框图。例如，部件300可以是控制设备102a-102n、105a-105m、或者I/O网关或服务器110中的一个，或者部件300可以是图2A和2B的部件202或部件205。出于易于说明而非限制的目的，同时参照图1、2A和2B描述部件300。

如在图3中示出的，部件300包括或使用一个或多个处理器302、一个或多个存储器305、以及将部件300通信地连接到诸如数据高速公路115之类的过程控制系统的数据高速公路或通信链路的一个或多个网络接口308。在其中部件300是逻辑控制设备105a-105m的实施例中，由部件300使用的处理器302、存储器305、以及网络接口308可以是在多个逻辑控制设备之间共享的资源。例如，逻辑控制设备部件300的处理器302、存储器305、以及网络接口308可由逻辑控制设备部件300和其他逻辑控制设备在其上执行的主机服务器118a、118b所提供。

网络接口308使得部件300能够经由数据高速公路的两个单独的信道与目标部件通信。信道310中的一个是通信信道310，在控制环路的运行时间的执行期间内部件300经由该信道向其他环路部件发送过程控制和信令消息和和从其他环路部件接收过程控制和信令消息，从而控制工业过程的至少一部分。另一信道312是诊断信道，出于监测目标部件的性能劣化和检测目标部件的性能劣化的目的，部件300经由该信道向控制环路的目标部件(例如部件205)发送心跳消息(例如心跳消息HBn 208、210、225)。和从控制环路的目标部件(例如部件205)接收心跳消息(例如心跳消息HBn 208、210、225)。例如，通信信道310可以是专用信道或者可在多个部件和设备之间进行共享。在实施例中，诊断信道312可以是专用信道，该信道由部件300和其对应的目标部件专门地使用，以在其间专门地传递心跳消息HBn208、210、225以及可选地传递其他类型的诊断消息。例如，部件300可阻止经由信道312发送和接收用于运行时间过程控制的通信和控制消息。

部件300还包括或使用过程控制消息解释器315和一个或多个过程控制环路模块318。在实施例中，过程控制消息解释器315和过程控制环路模块318可包括：存储在存储器305上并由一个或多个处理器302执行的相应的计算机可执行指令集合。在一些实施例中，可使用部件300的固件和/或硬件来实施过程控制消息解释器315的至少一部分。一般而言，过程控制消息解释器315和过程控制环路模块318结合地操作，以处理传入的和传出的过程控制消息(例如，控制和信令消息两者)，该过程控制消息由部件300经由通信信道312接收和传送。值得注意的是，尽管图3示出了作为单独的模块或实体的过程控制消息解释器315和过程控制环路模块318，但是在部件300的一些实施例中，过程控制消息解释器315和过程控制环路模块318可作为一体的模块或实体来实施。

在其中部件300是控制设备102a-102n、105a-105m的示例配置中，部件300经由通信信道312和网络接口308接收控制消息，并且过程控制消息解释器315处理控制消息以得到针对过程控制环路模块318的消息的有效载荷或内容。过程控制环路模块318包括部件300特别地配置有的一个或多个控制例程或控制逻辑。控制例程或逻辑对作为输入的消息的内容(以及在一些情形中，结合其他输入)进行操作以生成控制信号，该控制信号由消息解释器315进行封装并且从部件300经由网络接口308和通信信道310传送给接收方部件或设备。在其中部件300是逻辑控制设备105a-105m的实施例中，由部件300所使用的过程控制消息解释器315和过程控制环路模块318可以是在多个逻辑控制设备之间共享的资源。例如，逻辑控制设备部件300的过程控制消息解释器315和过程控制环路模块318可由逻辑控制设备部件300在其上执行的主机服务器118a、118b提供。例如，主机服务器118a、118b可激活/去激活过程控制消息解释器315和/或过程控制环路模块318的更多或更少的实例，以在需要时向其托管的逻辑控制设备提供服务。

在其中部件300是I/O网关110的另一示例配置中，部件300接收将被路由到过程控制环路部件或设备的控制消息或信号，并且过程控制消息解释器315处理该消息或信号以确定该消息/信号的接收方设备。例如，接收方设备可以是现场设备108a-108p或者控制设备102a-102b、105a-10m。过程控制环路模块318包括交换或路由逻辑或例程，其可选地将过程控制消息/信号转换或变换为适合传送给接收方设备的格式，并且将该消息/信号传送给接收方设备。例如，当部件300从物理或逻辑控制器102a-102n、105a-105m中的一个经由数据高速公路115的通信信道310接收控制消息，并且该控制消息旨在被传递给物理或者逻辑控制器102a-102n、105a-105m中的另一个时，过程控制消息解释器315和/或过程控制环路模块318可仅将该控制消息例如经由通信信道310转发给其接收方控制器102a-102n、105a-105m。在其中部件300从物理或逻辑控制器102a-102n、105a-105m中的一个经由通信信道310接收控制消息，并且该控制消息旨在被传递给现场设备108a-108p的另一示例中，过程控制环路模块318可将该消息转换为经由相应的链路112a-112p可传递到接收方现场设备108a-108p的信号，并且将该信号经由相应的链路112a-112p路由到接收方现场设备108a-108p。在其中部件300从现场设备108a-108p中的一个经由相应的链路112a-112p接收信号并且信号内容将要被传递到控制设备102a-102n、105a-105m的又一示例中，过程控制环路模块318可将信号内容转换为控制消息并且将该控制消息经由通信信道310传送给接收方控制设备102a-102n、105a-105m。值得注意的是，由于通常在计算平台上实施I/O网关110，因此I/O网关110可支持过程控制消息解释器315和/或过程控制环路模块318的多个实例。例如，根据需要，I/O网关110可激活/去激活过程控制消息解释器315和/或过程控制环路模块318的更多或更少的实例。

在一些实施例中，部件300是劣化检测部件，其监测过程控制环路的目标部件的响应性能劣化，并且检测目标部件的响应性能劣化。劣化检测部件300和目标部件包括在相同的过程控制环路中，并且因此都是过程控制环路的部件。例如，劣化检测部件300可以是图2A和2B的部件202。在这些实施例中，部件300包括存储在一个或多个存储器305上的劣化检测器320和劣化存储装置322。劣化检测器320可包括计算机可执行的指令，该指令可由一个或者多个处理器302执行以执行如上文在图2A和2B中针对部件202所描述的消息流200、220以及对应的措施。附加地或可替代地，劣化检测器320可由一个或多个处理器302执行以执行用于检测环路部件劣化的方法400的至少一部分，如在下文中更加详细地讨论的。一般而言，劣化检测器320被配置为经由诊断信道312向目标部件(例如，部件205)发送心跳消息和从目标部件(例如，部件205)接收心跳消息，以监测、检测、以及诊断对于在超出其正常的、可接受的操作界限的目标部件的响应性能的下降(例如，目标部件的劣化)的原因。在一些实施例中，劣化检测器320被配置为通知操作人员检测到的目标部件的劣化，确定一个或多个缓解措施，和/或启动缓解措施的至少一个，例如在本公开的内容中其他地方所描述的。

附加地，在其中部件300是劣化检测部件的实施例中，劣化检测器320可被配置为：例如，通过确定针对发送到目标部件并且从目标部件接收的预先确定的数量的心跳消息的平均往返时间(RTT)以及对应的标准差，例如以诸如上文对图2A和2B所描述的之类的方式，来确定目标部件正常的、标准的、或可接受的操作界限。例如，劣化检测器320在劣化检测数据存储装置322中存储确定的平均RTT和对应的标准差，并且使用存储的数据来监测和检测目标部件劣化。计算或确定平均RTT和对应的标准差可由部件300自动地(例如，周期性地，在诸如目标部件的重新配置、软件升级等的某些事件发生后等)执行和/或者根据手动的或者用户命令执行。例如，操作人员可命令部件300在目标部件的生命周期中不同阶段，在目标部件处软件升级完成后、在目标部件的重新配置完成后、在目标部件的维护完成后、在各种的系统加载和系统配置下等，确定与目标部件相关联的平均RTT和标准差。根据需要，劣化检测器320可确定和存储(例如，在劣化数据存储装置322中)针对各种负载、配置和场景的多个平均RTT和标准差。

当然，部件300可附加地包括其他指令325和其他数据328以在其过程控制和/或劣化检测操作中和/或者在其其他的操作中使用。

此外，值得注意的是，在一些情况下，部件300可检测多个目标部件的部件劣化。例如，I/O网关110可被配置为监测和检测多个控制器102a-102n、105a-105m的劣化。

此外，值得注意的是，没有必要使过程控制环路的所有部件被配置为执行劣化检测。例如，在图1中，通过圈起来的DD示出了被配置用于劣化检测的部件102a、105g、105h、以及110，并且因此它们中的每一个被配置为包括劣化检测器320和劣化检测存储装置322的相应的实例。另一方面，示出了没有配置用于劣化检测的部件102n、105a、和105h，并且因此部件102n、105a、和105h中的每一个可省略或去激活劣化检测器320和劣化检测存储装置322的相应的实例。

在一些实施例中，部件300可附加地或可替代地是过程控制环路的目标部件，该目标部件由过程控制环路的另一个劣化检测部件对性能劣化进行监测。例如，部件300可是图2A和2B的部件205。在这些实施例中，部件300可附加地是或也可不附加地是劣化检测部件；也就是说，部件300可包括或使用或者可不包括或不使用劣化检测器320和劣化检测数据322。在任何情况下，在其中部件300是目标部件的实施例中，部件300从劣化检测部件经由诊断信道312接收心跳消息HBn 208。一旦接收到心跳消息HBn 208后，部件300经由过程控制消息解释器315处理接收到的心跳消息HBn208，并且将心跳消息HBn 210、225经由诊断信道312转发或者以其他方式返回到发送部件。特别地，部件300经由过程控制消息解释器315以部件300被配置为报告或传送过程控制值的最快的速率返回心跳消息HBn 210、225。例如，如果部件300是I/O网关110并且I/O网关被配置为以50ms的最大速率报告或传送过程控制值，则部件300以50ms的速率将心跳消息HBn 210、225返回给发送的部件。

图4描绘检测在物理工业过程工厂的分布式过程控制系统(DCS)(例如图1中示出的过程控制系统的部分100)中所包括的过程控制环路的部件中的劣化的示例方法400的示意框图。在实施例中，方法400的至少一部分的不同的实例可由一个或多个控制设备102a-102n、105a-105m和/或由I/O网关或服务器110相应地执行。附加地或者可替代地，方法400的至少一部分可由图2A和2B的部件202、或者由图3的部件300执行。例如，方法400的至少一部分可由部件300的劣化检测器320执行。在实施例中，方法400可包括除了本公开的内容中所讨论的框以外的附加的或者可替代的框。

在框402处，用于检测过程控制环路中的部件劣化的方法400包括：在过程控制环路的第一部件处经由诊断信道向过程控制环路的第二部件依序地传送多个心跳消息。过程控制环路的第一部件和第二部件经由诊断信道和通信信道两个信道(例如图3的诊断信道312和通信信道310)通信地连接。例如，第一部件可以是图2A和2B的部件202，并且因此可以是I/O网关110或者过程控制器102a-102n、105a-105m中的一个。相应地，当第一部件是I/O网关或服务器110时，第二部件可以是过程控制器102a-102n、105a-105m中的一个，并且当第一部件是过程控制器102a-102n、105a-105m中的一个时，第二部件是I/O网关或服务器110。例如，第二部件可是图2A和2B的部件205。

一旦第二部件接收到由第一部件传送的每个心跳消息之后，第二部件经由诊断信道向第一部件转发或者以其他方式返回心跳消息。相应地，在框405处，方法400包括：在第一部件处经由诊断信道从第二部件接收多个心跳消息的至少子集，其中在第二部件处相应的接收后，多个心跳消息的至少子集已由第二部件返回到第一部件。

在框408处，方法400包括：由第一部件基于多个心跳消息的至少子集的相应的RTT确定第二部件的平均响应时间或往返时间(RTT)。可基于由第一部件接收到的多个心跳消息的至少子集的相应的传送和接收时间(例如，如上文讨论的关于图2A、2B的相应的TS1和TS2)确定相应的RTT。在接收到的多个心跳消息的至少子集中所包括的并且用于确定第二部件的平均响应时间的消息的最小数量可以是预先配置的或可选地为可调整的。附加地，在框408处，方法400可包括：基于多个心跳消息的至少子集的RTT，确定与第二部件的平均RTT相对应的标准差。

在实施例中，方法400可包括：例如，在第一部件处存储第二部件的平均响应时间或平均RTT以及标准差。附加地或者可替代地，方法400可包括确定和存储第二部件的RTT的可接受范围。例如，第二部件的RTT的可接受范围的下边界可以是平均RTT减去标准差，并且RTT的可接受范围的上边界可以是平均RTT加上标准差。在一些实施例中，方法400可附加地或者可替换地包括：在第一部件处存储与模块调度器执行的周期相对应的阈值(例如，基于周期的阈值)。例如，基于第二部件的配置可确定基于周期的阈值，并且超过基于周期的阈值的任何测量到的RTT可以是第二部件的不可接受的RTT。

在框410处，在平均RTT和对应的标准差和/或者基于周期的阈值已经确定(框408)后的一些时间，方法400包括确定由第一部件后续地传送、由第二部件返回、并由第一部件接收的另一心跳消息的RTT，例如，以关于图2A、2B所讨论的方式。在框412处，方法400确定后续的心跳消息的RTT是否落在第二部件的可接受RTT的范围的上边界与下边界之间，例如，在第二部件的平均RTT加上或减去标准差之内，和/或后续的心跳消息的RTT是否超过第二部件的基于周期的阈值。当根据可接受性标准中的任一者或两者确定后续的心跳消息的RTT是可接受的RTT时(例如，如由框412的“否”支路所指示的)，方法400继续传送下一心跳消息(框415)并且确定其相应的RTT(框410)。

另一方面，当方法400确定后续的心跳消息的RTT是第二部件的不可接受的RTT(例如，不在平均RTT加上或减去标准差之内，并且/或者超过基于周期的阈值，如由框412的“是”支路所指示的)时，方法400包括基于在外的RTT检测第二环路部件的劣化(框418)，并且对应地警告用户劣化，确定一个或多个措施以缓解劣化，并且/或者启动缓解措施中的至少一条(框420)，例如以上文所描述的方式。

因此，通过使用本文中描述的用于检测环路部件劣化的技术，控制设备中以及I/O网关中的劣化能够从其相应的性能响应性中的变化和/或者在这种变化中的趋势中得以确定。因此，过程控制系统能够在劣化导致故障或灾难性事件发生以前通知操作员部件劣化。事实上，过程控制系统能够更快速地通知操作人员部件劣化，这比能够由已知的诊断过程检测到的更加迅速，因为已知的诊断过程通常以比实时的过程控制和通信消息更慢的速率和/或更低的优先级被调度来发生、运行、和响应。此外，在一些实施例中，过程控制系统可向操作人员建议或推荐一个或多个缓解措施以解决检测到的劣化，并且在一些情况下可自动地启动缓解措施中的一个或多个以解决检测到的劣化。因此，本文所描述的技术有利地提供了带有可选的、相应的自动劣化缓解系统的提前的劣化检测系统。

更有利地是，本文所描述的技术可用于规范计算机化的过程控制系统的跨各种控制环路部件的加载平衡。例如，基于测量的RTT关于平均RTT的比较，可调节(例如，自动地调节)在控制设备中的控制逻辑加载、I/O网关的报告速率、I/O网关服务的客户端的数量、支持逻辑控制设备的物理计算平台的加载、以及支持I/O网关的物理计算平台的加载。更有利地是，环路部件RTT的确定性/非确定性测量可用作针对不同的环路部件、过程控制环路、以及甚至过程控制系统其本身的性能或健康情况度量，并且因此，可有利地提供了监测和评估整体性能、健康情况、以及对各种环路部件、过程控制环路、以及甚至过程控制系统其本身作为整体的使用的机制。

当在软件中实施时，本文所描述的任何应用、模块等可存储在任何有形的、非暂时的计算机可读存储器中，例如在磁盘、光盘、固态存储设备、分子记忆存储设备、或其他存储介质上、在计算机或处理器的RAM或ROM中等。尽管本文所公开的示例系统被公开为包括在硬件上执行的其中的其他部件、软件和/或固件，以及，应当注意的是，这样的系统仅是示例性的并且不应当被认为是限制的。例如，可以预期，这些硬件、软件、以及固件部件中的任何一个或者所有可被专门地体现在硬件中、专门地体现在软件中、或者体现在结合的硬件和软件中。相应地，尽管本文所描述的示例系统被描述为在一个或多个计算机设备的处理器上执行的软件中实施，但是本领域的普通技术人员将容易地理解，所提供的示例不是实施这样的系统的唯一方式。

因此，尽管本发明已根据具体的示例进行了描述，这些特定的示例仅意图示例，而非意图限制发明，对于本领域的普通技术人员而言，显而易见的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可对本公开的实施例进行改变、添加、或删除。

任何具体的实施例的特定的特征、结构、和/或者特点可以任何合适的方式和/或以任何合适的结合与一个和/或多个其他实施例结合，包括所选特征的使用结合/不结合其他特征的对应的使用。此外，可进行许多修改以适应特定的应用、情况、和/或材料从而达到本发明的本质的范围或精神。应当理解，根据本文的指导，本文所描述的和/或示出的本发明的实施例的其他变化和/或修改是可能的，并且应当被认为是本发明的精神或范围的部分。本发明的某些方面在本文中被描述为示例性方面。

Claims (45)

1.一种用于检测工业过程工厂中的部件劣化的系统，所述系统包括：

所述工业过程工厂的过程控制系统的第一部件，所述第一部件经由诊断信道和经由通信信道通信地连接到所述过程控制系统的第二部件，所述第一部件是I/O网关或过程控制器中的一个，所述过程控制器包括在经由相应的通信信道通信地连接到所述I/O网关的多个过程控制器中，所述I/O网关将所述多个过程控制器通信地连接到相应的一个或多个现场设备，从而控制过程工厂中的工业过程，所述第二部件是所述I/O网关或所述过程控制器的另一个，并且所述第一部件被配置为：

经由所述诊断信道，向所述第二部件依序传送多个心跳消息；

经由所述诊断信道，接收在所述第二部件处相应的接收后由所述第二部件返回到所述第一部件的所述多个心跳消息的至少子集；

基于以下各项中的至少一项确定所述第二部件的平均响应时间：在所述第二部件处模块调度器执行的周期、或者所述多个心跳消息的所述至少子集的相应的往返时间(RTT)，所述相应的RTT基于在所述第一部件处所述多个心跳消息的所述至少子集的传送和接收的相应的时间来确定；以及

当由所述第一部件经由所述诊断信道传送到所述第二部件的后续的心跳消息的RTT超过与所述第二部件的所述平均响应时间相对应的阈值时，检测所述第二部件的劣化。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述过程控制系统的控制环路包括所述第一部件和所述第二部件，并且在所述第一部件与所述第二部件之间被传递以经由所述控制环路控制所述工业过程的通信和控制消息经由所述通信信道在所述第一部件和所述第二部件之间被传递，而不是经由所述诊断信道在所述第一和所述第二部件之间被传递。

3.根据权利要求2所述的系统，还包括在所述第二部件处执行的例程，并且所述例程被配置为执行以下操作：

处理经由所述通信信道在所述第二部件处接收到的、用于控制所述工业过程的通信和控制消息；以及

经由所述诊断信道将经由所述诊断信道在所述第二部件处接收到的任何心跳消息返回到所述第一部件。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述诊断信道是为由所述第一部件和所述第二部件专门的使用所建立的专用的诊断信道。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，当所述后续的心跳消息的所述RTT在离开所述平均响应时间的给定数量的标准差之外时，检测所述第二部件的所述劣化。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述给定数量的标准差是一个标准差。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二部件被配置为以由所述第二部件所支持的最快的更新速率经由所述诊断信道返回接收到的心跳消息。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一部件还被配置为在检测到所述劣化之后执行以下各项中的至少一项：

使得指示所检测到的劣化的警告或警报被生成；

使得与所述第二部件相对应的负载被自动地重新平衡；

确定缓解措施；

使得所述缓解措施在所述过程控制系统中被自动地执行；或者

使得指示所述缓解措施的警告或警报被呈现在用户界面处。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述过程控制系统还被配置为：基于所述多个过程控制器或者所述I/O网关中的至少一个的相应的平均响应时间，确定指示所述过程控制系统作为整体的健康情况的一个或多个度量。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述过程控制系统还被配置为：基于所述一个或多个度量的变化，检测所述过程控制系统作为整体的所述健康情况的劣化。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述一个或多个度量指示所述过程控制系统作为整体的延迟水平，并且所检测到的所述过程控制系统作为整体的所述健康情况的劣化包括计算资源的可用性的减少。

12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述一个或多个度量指示所述过程控制系统作为整体的抖动水平，并且所检测到的所述过程控制系统作为整体的所述健康情况的劣化包括对计算资源的竞争的增加。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述多个心跳消息的所述至少子集中所包括的总数量的心跳消息大于或等于确定所述第二部件的所述平均响应时间所需的最小数量的心跳消息，并且所述最小数量的心跳消息是可配置的。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一部件是所述过程控制器并且所述第二部件是所述I/O网关。

15.根据权利要求14所述的系统，其中：

所述过程控制系统还被配置为基于与所述I/O网关相对应的相应的平均响应时间、相应的平均延迟、或相应的平均抖动中的至少一项来确定指示所述I/O网关的健康情况的度量；以及

与所述I/O网关相对应的相应的平均响应时间、相应的平均延迟、或相应的平均抖动中的所述至少一项是基于与所述I/O网关相对应的相应的响应时间、相应的延迟、或相应的抖动中的至少一项来确定的，并且由所述多个过程控制器确定。

16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述过程控制器是物理过程控制器，并且所述物理过程控制器被配置为通过使用在所述物理过程控制器中所包括的硬件时钟来确定所述多个心跳消息的所述至少子集的所述相应的RTT和所述后续的心跳消息的所述RTT。

17.根据权利要求14所述的系统，其中：

所述过程控制器是虚拟过程控制器；

在由所述I/O网关返回的所述多个心跳消息的所述至少子集中所包括的每个心跳消息包括：对所述每个心跳消息在所述I/O网关处被接收的相应的时间和所述I/O网关将所述每个心跳消息的相应的返回传送到所述虚拟过程控制器的相应的时间的指示；以及

所述虚拟过程控制器被配置为：还基于在所述每个心跳消息中指示的所述相应的时间，确定所述多个心跳消息的所述至少子集的所述相应的RTT。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述虚拟过程控制器经由容器来实施。

19.根据权利要求14所述的系统，其中：

所述第二部件的所述平均响应时间指示由所述I/O网关引入的通信时延；

由所述控制器生成的、用以驱动现场设备的控制信号包括所述现场设备的目标值和指示由所述I/O网关引入的所述通信时延的应用时间字段。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述现场设备存储对被推迟由所述I/O网关引入的所述通信时延的所述现场的所述目标值的指示。

21.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一部件是所述I/O网关并且所述第二部件是所述过程控制器。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述I/O网关被配置为通过使用在所述I/O网关中所包括的硬件时钟，来确定所述多个心跳消息的所述至少子集的所述相应的RTT和所述后续的心跳消息的所述RTT。

23.根据权利要求1所述的系统，其中，所述过程控制器是安全系统控制器。

24.一种用于检测过程控制系统中的部件劣化的方法，所述方法包括：

在经由通信信道和诊断信道通信地连接到第二部件的第一部件处，

所述第一部件是I/O网关或过程控制器中的一个，所述过程控制器包括在经由相应的通信信道通信地连接到所述I/O网关的多个过程控制器中，所述I/O网关将所述多个过程控制器通信地连接到相应的一个或多个现场设备，从而控制过程工厂中的工业过程，以及

所述第二部件是所述I/O网关或所述过程控制器中的另一个：

由所述第一部件经由所述诊断信道向所述第二部件依序传送多个心跳消息；

在所述第一部件处经由所述诊断信道从所述第二部件接收所述多个心跳消息的至少子集，所述多个心跳消息的所述至少子集中的每个心跳消息在所述第二部件处相应的接收后由所述第二部件返回到所述第一部件；

由所述第一部件基于以下各项中的至少一项确定所述第二部件的平均响应时间：在所述第二部件处模块调度器执行的周期、或者所述多个心跳消息的所述至少子集的相应的往返时间(RTT)，所述相应的RTT基于在所述第一部件处所述多个心跳消息的所述至少子集的相应的传送和接收时间来确定；以及

当由所述第一部件传送到所述第二部件的后续的心跳消息的RTT超过与所述第二部件的所述平均响应时间相对应的阈值时，

检测所述第二部件的劣化。

25.根据权利要求24所述的方法，还包括：在检测所述第二部件的所述劣化之后执行以下各项中的至少一项：

生成指示所检测到的劣化的警告或警报；

自动地重新平衡所述第二部件处的负载；

确定针对所检测到的劣化的缓解措施；

使得所述缓解措施被自动地执行；或者

生成指示所述缓解措施的警告或警报。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述第二部件是所述过程控制器，并且确定所述缓解措施包括确定对由所述过程控制器执行的控制例程的修改。

27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述第二部件是所述过程控制器，所述过程控制器是在物理计算平台上执行的虚拟过程控制器，并且使得所述缓解措施被自动地执行包括使得所述虚拟过程控制器被迁移到另一物理计算平台以便执行。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述虚拟过程控制器经由容器来实施，并且使得所述虚拟过程控制器被迁移到所述另一物理计算平台包括将所述容器分配到所述另一物理计算平台。

29.根据权利要求25所述的方法，其中，所述第二部件是所述I/O网关，并且确定所述缓解措施包括以下各项中的至少一项：确定对所述I/O网关的报告速率的修改，或确定对由所述I/O网关所服务的客户端的数量的修改。

30.根据权利要求25所述的方法，其中，确定所述缓解措施包括确定对支持所述第二部件的所述物理计算平台的负载的修改。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，确定对所述物理计算平台的所述负载的所述修改包括确定对以下各项中的一项或多项的相应修改：所述物理计算平台的CPU(中央处理单元)的负载、所述物理计算平台的存储器使用情况、或所述物理计算平台的盘空间使用情况。

32.根据权利要求24所述的方法，其中，检测所述第二部件的所述劣化包括：当所述后续的心跳消息的所述RTT在离开所述第二部件的所述平均响应时间的预先确定的一个或多个标准差之外时，检测所述第二部件的所述劣化。

33.根据权利要求24所述的方法，还包括：基于所述多个过程控制器或者所述I/O网关中的至少一个的相应的平均响应时间，确定指示所述过程控制系统作为整体的健康情况的一个或多个度量。

34.根据权利要求33所述的方法，还包括：基于所述一个或多个度量的变化，检测所述过程控制系统作为整体的所述健康情况的劣化。

35.根据权利要求34所述的方法，其中：

所述一个或多个度量指示所述过程控制系统作为整体的延迟水平；以及

所检测到的所述过程控制系统作为整体的所述健康情况的所述劣化包括：基于所述延迟水平的变化，检测到计算资源的可用性的减少。

36.根据权利要求34所述的方法，其中：

所述一个或多个度量指示所述过程控制系统作为整体的抖动水平；并且

检测所述过程控制系统作为整体的所述健康情况的所述劣化包括：基于所述抖动水平的变化，检测到对计算资源的竞争的增加。

37.根据权利要求24所述的方法，还包括：由所述第一部件确定所述多个心跳消息的所述至少子集中的每个心跳消息的所述相应的往返时间(RTT)和所述后续的心跳消息的所述RTT。

38.根据权利要求37所述的方法，其中：

所述第一部件是所述过程控制器，所述过程控制器是虚拟过程控制器，并且所述第二部件是所述I/O网关；

所述方法还包括：对于在所述多个心跳消息的所述至少子集中所包括的每个心跳消息，接收对在所述I/O网关处的所述每个心跳消息的接收的相应的时间和由所述I/O网关对所述每个心跳消息的所述返回的传送的相应的时间的指示，以及

确定所述第二部件的所述平均响应时间还基于所接收到对在所述I/O网关处接收的相应的时间和由所述I/O网关对所述返回的传送的相应的时间的指示。

39.根据权利要求37所述的方法，其中，确定所述多个心跳消息的所述至少子集中的所述每个心跳消息的所述相应的RTT和所述后续的心跳消息的所述RTT是基于在所述第一部件中所包括的硬件时钟的。

40.根据权利要求24所述的方法，

还包括配置最小数量的心跳消息，所述第二部件的所述平均响应时间将基于所述最小数量的心跳消息来计算；以及

其中，确定所述第二部件的所述平均响应时间包括：在所述第一部件处接收到从所述第二部件返回的至少所述最小数量的心跳消息后，确定所述第二部件的所述平均响应时间。

41.根据权利要求24所述的方法，其中：

所述第一部件是所述过程控制器并且所述第二部件是所述I/O网关；

所述方法还包括：基于与所述I/O网关相对应的相应的平均响应时间、相应的平均延迟、或相应的平均抖动中的至少一项，确定指示所述I/O网关的健康情况的度量；以及

与所述I/O网关相对应的相应的响应时间、相应的延迟、或相应的抖动中的所述至少一项由所述多个过程控制器基于相应的心跳消息来确定。

42.根据权利要求24所述的方法，其中，所述第一部件是所述过程控制器并且所述第二部件是所述I/O网关，并且所述方法还包括：

基于所述I/O网关的所述平均响应时间，确定推迟时间参数的值；

由所述过程控制器生成作为控制模块的执行的输出、用于驱动现场设备的消息，所述消息包括对所述现场设备的目标值的指示，以及利用基于所述I/O网关的所述平均响应时间而确定的所述值进行填充的所述推迟时间参数；以及

由所述过程控制器将所述生成的消息经由所述I/O网关传送到所述现场设备。

43.根据权利要求24所述的方法，还包括在所述第一部件和所述第二部件之间建立所述诊断信道以用于专用的使用，包括阻止在控制所述工业过程中所使用的通信和控制消息经由所述诊断信道在所述第一部件和所述第二部件之间被传递。

44.根据权利要求24所述的方法，其中：

所述第一部件和所述第二部件包括在控制环路中，所述控制环路执行以控制所述工业过程的至少部分；以及

所述方法还包括：由所述第一部件处理经由所述通信信道由所述第一部件发送和/或在所述第一部件处接收的通信和控制消息，从而执行所述控制环路以控制所述工业过程的至少部分。

45.根据权利要求44所述的方法，其中：

例程在所述第二部件处执行，以处理经由所述通信信道由所述第二部件发送和/或在所述第二部件处接收的通信和控制消息，从而执行所述控制环路以控制所述工业过程的所述至少部分；以及

在所述第一部件处接收由所述第二部件返回的所述多个心跳消息的所述至少子集包括接收由在所述第二部件处执行的所述例程以由所述第二部件支持的最快更新速率返回的所述多个心跳消息的所述至少子集。

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