CN1700125A - 用于过程控制系统的自动配置方法和相应的过程控制系统 - Google Patents

用于过程控制系统的自动配置方法和相应的过程控制系统 Download PDF

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Abstract

根据发明，提供一种过程控制系统的自动配置方法，该过程控制系统包括一个主机和至少一个从机，其中主机控制经由总线系统连接到该主机并与所述主机通信的至少一个从机，并处理从至少一个从机接收的数据，其中主机经由总线系统(5)自动地识别至少一个从机，并随后自动产生用于根据其标识安装此从机的设备配置，以便在该过程控制系统中操作该从机。此外，本发明涉及适合执行该方法的过程控制系统。

Description

用于过程控制系统的 自动配置方法和相应的过程控制系统
技术领域
本发明涉及过程控制系统的自动配置方法和适于执行该方法的过程控制系统。
背景技术
对于测量和控制技术以及对于过程控制系统来说，经常是传感器必须连接到控制单元或连接到分析系统。除了相关元件的物理连接之外，通常还要求处理系统即控制单元的设备配置适应输入数据的来源，即传感器。处理控制系统的布置基本上可以描述如下：一方面，具有现场设备。这可以是例如类似压力测量传感器、电平开关、流量计等的传感器。或者还可以是类似阀门、滑阀等的致动器。
典型地，传感器经由总线系统向控制单元提供测量值，各个测量值根据使用的测量方法具有不同的关联性。因此，压力传感器例如提供以压力单位巴、帕斯卡或者mmH2O标定的测量值，而测距传感器提供以m、mm或者ft标定的值。流速通常由系统以l/s、m3/h或者cftps等等来测量。
另一方面，具有控制单元，下面把控制单元称为分析系统。控制单元典型地经由上述总线系统连接到现场设备。分析系统的任务是以读取(现场设备的)输入测量值为基础，以充分地处理这些测量值，然后从导出的结果中产生输出控制信号(开关信号、电流信号、计数值等等)。
分析系统的配置典型地经由该设备侧上的输入单元(键和显示器)产生结果，但是，它还可以经由PC配置接口产生结果。当应用时，处理数据还可以经由总线系统，通过网关或者其他的过程控制系统进行传送。
为遵循分析设备的任务，提供了不同的软件块。每个软件块代表一个黑盒子。这种黑盒子包括用于接收输入信号的输入端、和用于提供处理信号的输出端。这些软件块分别代表一种对象，对相关的任务分类，由此相应的结果值能被用做事实上对以后任意程序块的校准。
用这样的方式，建立一种基础以将测量任务划分为单个的任务。通常，使用以下的基本功能(基本部件)进行细分：
-输入块或者输入部件，分别
包括关于所连接的现场设备的信息组(地址命令、设备类型、输入值)。
输入部分从总线接口(或者通信部分)接收其测量值，并且通常不加任何改变地把测量值传送到功能部分。
-功能部分或功能块分别，
功能部分例如直接从输入部分接收其输入数据。
在处理现场设备的输入数据期间，为了例如进一步处理压力测量值，必须考虑比用于进一步处理距离或流值更合理的其它规则和功能。
通常，属于测量任务的功能总和是根据公式″功能块″或″功能部分″汇总的。
典型的功能可以是：
″对容器几何形状的测定″。
″线性化功能″，
″积分时间″，
″密度的考虑″，
″泄漏流量抑制″，
或扩展测量任务为
″差值测量″，
″在受压的容器内测量″，
″连续接口测量，和
″求平均″。
功能部分提供其结果值以供输出部分使用。
-输出部分或输出块
输出部分直接从功能部分接收其输入数据。这些输入数据分别用于控制和产生输出信号(开关信号、电流-电压输出或数字信息)。
为了在控制单元中解决全部的测量任务，在最简单的情况下，每个类型的基本部件要求具有：输入部分、功能部分、和输出部分。这样产生的用于解决全部测量任务的部件结构以下被称为″测量环路″。
在一个控制器之内可以处理多个测量环路。因此，如果一个控制器经由总线系统连接到多个现场设备，那么通过充分配置控制单元，可以在来自部件池的控制单元中组成相应的测量环路组。根据现有技术，配置是从连接到控制器的操作台得到的，或者可选地以经由总线连接的配置计算机作为媒介。在该过程中，操作该系统的用户不仅需要考虑设备的安装及其布线，更要考虑在该设备上还完成复杂的配置。
当启动这些系统时希望减小操作的复杂性。因此，改善这种系统的控制单元是很有意义的。如果标准的配置简档(profile)自动根据所连接的传感器来建立，那么安装将容易得多。
因此，该控制器应当能够识别连接到其输出端并与某一传感器简档相匹配的传感器，然后自动地建立相应的测量环路简档。因此可以提供即时的功能测量。此外，该过程应该可经由不同的总线系统(如HART、Profibus、Fieldbus基础设施等等)来应用，包含以各个总线定义的参数形式的传感器的必要信息。
希望能够自动识别多个传感器简档。应该为数字式通信系统确定更佳的精确简档。
发明内容
本发明的实施可以包括以下一个或多个特征。根据发明的一个方面，提供一种过程控制系统的自动配置方法，该过程控制系统包括一个主机和至少一个从机，其中该主机控制经由总线系统连接到该主机并与所述主机通信的该至少一个从机，并处理从至少一个从机接收的数据，其中主机经由总线系统自动地识别至少一个从机，并随后自动地产生用于根据识别结果安装该从机的设备配置，以便在该过程控制系统中操作该从机。
在本发明的另一方面，主机是一个分析设备，尤其是一个包括分配表的控制单元，主机从该分配表中选择用于所识别的从机的足够的设备配置。
根据本发明的另一方面，从机是一个现场设备，尤其是一个传感器或者致动器。利用主机的功能对所连接的从机进行识别。当启动过程控制系统时，主机向总线系统发起通信。
本发明的另一方面是用于识别现场设备，主机利用标准化命令检索关于厂商、类型、设备标记的信息。主机把从机的标识数据与包含在分配表中的设备简档相比较，以找到足够的设备简档来建立用于在该过程控制系统中操作的从机。
此外，主机产生一个测量环路，该测量环路包括用于设备配置的输入部分、输出部分和功能部分。还可以通过可重装的已改写的设备简档来增补该分配表。
在本发明的另一方面，交互式地校正自动产生的测量环路。在校正测量环路期间，停止自动生成测量环路，直到新的从机连接到主机为止，或者直到重新激活测量环路的自动生成。
根据另一方面，当已经连接的从机被另一类型的从机替代时，自动适配已经存在的测量环路。
根据本发明的一个方面，提供一种过程控制系统的自动配置方法，该过程控制系统包括至少一个现场设备，该现场设备经由总线系统连接到分析设备，从而当启动分析设备时，后者在某一总线地址处检验现场设备在总线系统上是否存在，并且基于总线系统的响应，为了识别现场设备，经由总线系统请求关于该现场设备的厂商、类型、设备标识的信息，并在识别之后，分析系统把在识别过程期间得到的数据与存储在分析设备的分配表中的现场设备简档相比较，并且当二者一致时，产生测量环路形式的设备配置，包括一个输入部分、一个功能部分和一个输出部分，现场设备利用这些部分准备操作。
本发明的另一方面是一种过程控制系统，包括一个主机和至少一个从机，其中主机适于控制从机并处理从从机接收的数据，从机适于经由总线系统连接到主机并与主机通信，其中主机适于经由总线系统自动地识别从机，随后产生一个设备配置，用于根据其识别结果安装从机，以便在该过程控制系统中操作该从机。
根据本发明的一个方面，在该过程控制系统中，主机是一个分析设备，而从机是一个现场设备。根据本发明的另一方面，主机是一个控制单元，而从机是一个传感器或者致动器。
根据另一方面，主机包括分配表，分配表包含适合于多个现场设备的多个预定义的设备配置。分配表可通过输入设备来增补。
此外，根据本发明的另一方面，总线系统是HART总线系统。总线系统包括用于主机的命令，用于请求存在于总线系统上的从机。
还是根据本发明的另一方面，分配表可通过可重装的已改写设备简档来增补。
本发明的另一方面是，主机适于产生用于专门识别的从机的测量环路。该测量环路包括至少一个输入部分、至少一个输出部分和至少一个功能部分。
另外，分配表包含用于每个设备简档的固定测量环路简档。
附图说明
为了进一步解释和更好地理解，下面将参考附图更详细地描述本发明的几个典型实施例，其中：
图1是过程控制系统配置的一个示意图。
图2是另一种过程控制系统配置的示意图。
图3是说明测量环路块的示意图。
图4是说明多个测量环路块的配置的另一示意图。
图5是根据本发明的过程控制系统的示意图。
图6是根据本发明的过程控制系统的另一示意图。
图7是本发明方法的流程图。
图8是用于测量环路的输入分配的窗口屏幕画面。
图9是用于测量环路的基本设置的窗口屏幕画面。
图10是用于传感器输入数据的百分比数值分配的窗口屏幕画面。
图11是用于设定中继的窗口屏幕画面。
具体实施方式
图1是过程控制系统配置的一个示意图。控制单元4经由总线系统5连接到两个传感器14和一个致动器15。另外，PC10经由配置接口3连接到控制单元4。通过操作台(例如键盘和显示器)产生过程控制系统1的配置。图2是另一种过程控制系统配置的另一个示意图。这里，网关16连接在控制单元4和PC10之间，因此，如有必要，处理数据可以传送到网关16或者传送到其它过程控制系统。
图3示出了测量环路23，包括一个输入部分或输入块11、一个功能部分或功能块12、以及一个输出部分或输出块13。正如已经提到的，功能部分12直接从输入部分11接收数据，并且输出部分13进而从功能部分12接收数据。此配置示出了在控制单元中解决全部测量任务的最简单的情况。图4示出了包括多个测量环路的控制单元。如果控制单元4经由总线系统5连接到多个现场设备14，那么通过配置足够的控制单元4，可以从部件池中组成一组测量环路23。
在图5中示出一种包括经由总线系统5连接到控制单元4的多个传感器14的系统。控制单元进而又连接到PC10。此外，控制单元4包括多个输入部分11、功能部分12、输出部分13和消息部分15。在递送状态，所有部分都没有被配置，这意味着彼此没有任何联系。
根据图6，示出根据本发明的过程控制系统。此过程控制系统包括作为系统主机的控制单元4，和通过总线系统5连接到该控制单元4、并作为系统从机的多个传感器。
此外，PC10连接到控制单元4。这些部分，即用于建立测量环路23的输入部分11、功能部分12和输出部分13仍然处于未配置状态。为了自动配置，并从而自动生成测量环路23，控制单元4包括分配表42，该分配表42包括传感器简档和与其相适配的测量环路类型。
关于连接到控制单元4的传感器，如果使用具有某些特征的HART传感器，可以在HART输入终端处进行检验；否则使用PA传感器例如可以在Profibus输入端处进行检验，等等。
如果是HART传感器而不是灵敏传感器，那么还可以识别纯4-20mA传感器。如果检测到(通过在一定的限度内的电流消耗)连接了传感器，但是对此数字信号结果没有反应，那么得到这一假定。
利用功能41对所连接的传感器进行识别，原则上其数据流在图7中示出。
当启动过程控制系统时，自动测量环路开始操作。这意味着控制单元4自动向总线系统5发起通信。
作为系统主机的控制单元通过″试错(trinal and error)″向某一总线地址请求从机14，15是否连接到总线系统5。对于这一过程来说，已经提到的总线系统提供专门的命令(例如根据HART，使用通用命令)。
在这种试错之后，如果分析设备接收到一个响应，那么有选择地查询关于厂商和设备类型的信息。还可以通过有关已经提到的总线系统的标准化命令来请求此信息(定义的摘录，参见表1-3)。
  标识符   值   含意
  厂商ID   98   厂商：VEGR
  厂商ID   42   厂商：Siemens
  厂商ID   17   厂商：E+H
表1：厂商ID的例子
  类型   设备名称   设备类型代码(HART)
  PULS   VEGAPULS   232/0xE8
  FLEX   VEGAFLEX   231/0xE7
  SON   VEGASON   230/0xE6
  SWING   VEGASWING   229/0xE5
  VIB   VEGAVIB   228/0xE4
  CAP   VEGACAP   227/0xE3
  BAR   VEGABAR   226/0xE2
  DIF   VEGADIF   225/0xE1
表2：HART传感器系列60的设备类型代码
         设备ID
  VEGA   Profile3
  SON   VEGASON   0x0770   0x9701
  FLEX   VEGAFLEX   0x0771   0x9700
  PULS   VEGAPULS   0x0772   0x9700
  CAP   VEGACAP   0x076E   0x9700
  BAR   VEGABAR   0x076F   0x9701
表3：Profibus传感器系列60的设备类型代码
另外，从机通过用于所存储的设备标记的固定定义的命令来提供信息。根据接收的关于设备类型的信息，能够对连接到其上的传感器执行预分析。这样，例如能够确定此传感器在哪个测量范围内以及根据哪个物理测量分类来工作。
如果控制单元即分析设备识别了一种类型的设备(传感器、致动器)，那么它将输入数据与固定存储在控制单元4的分配表42中的传感器简档进行比较。当找到匹配的传感器简档时，此控制器自动地产生足够的测量环路配置。根据图5它还产生完整的测量环路23，该测量环路23由适当的输入部分11、功能部分12、和输出部分13组成。
        输入部分初始化
  传感器简档   输入值   HART地址
  Son   距离   适用于从机
  Puls   距离   适用于从机
  Flex   距离   适用于从机
  Bar   压力   适用于从机
  HART Generic   PV   适用于从机
  4-20mA   电流   -
表4：用于输入部分的分配指令摘录
                 功能部分初始化
  传感器简档   测量环路标记   应用   标定单元
  Son   设备标记   水平   m
  Puls   设备标记   水平   m
  Flex   设备标记   水平   m
  Bar   设备标记   水平   bar
表5：用于功能部分的分配指令摘录
利用总线系统″HART″的一个例子是：
从机编址＝2
厂商ID＝98           VEGA Grieshaber KG
设备类型代码＝232    VEGAPULS
控制单元4在HART地址2接收来自从机14的响应(参见图7)。其它通信程序提供上述例子所示的数据。
在图8中可以看到，分析设备产生用于距离测量的输入部分，并产生用于HART地址2的测量原理RADAR。
同样适用于识别出的传感器简档，控制单元产生用于水平测量的功能部分，水平测量包括测量单位″米″(参见图9)。根据已知的测量范围，后者自动地进入功能部分作为测量范围(参见图10)。
因为输出部分不依赖于输入部分和选择的测量值处理块(功能部分)，为此目的控制单元选择最经常被请求的输出部分类型，即开关输出，配置为″溢出保护″的开关功能(图11)。
当启动处理控制系统时，用户不需任何另外的帮助就接收适用于此连接传感器的测量环路，该测量环路包括输入部分、功能部分和输出部分，使系统准备操作。
除了固定预定的传感器/测量环路类型之外，分配表42还可以适合于通过可重装的简档来增补。依据此，分配表包含两种类型的数据组入口：
a)用于每个传感器简档的固定测量环路简档被存储在控制单元中，该控制单元从而被激活。
b)用户自己存储了一组已改写的简档，从而被激活。
此外，自动产生的测量环路简档能够由用户交互式地校正。如果已经执行了交互式校正，则停止自动生成测量单元23，直到新的从机(具有不同的标识特征)连接到控制单元/分析设备为止，或者直到通过为了自动生成测量环路的目的而定义的功能(例如复位键或由软件发起的功能)来重新激活控制单元。
如果已经存在的测量环路传感器被其它类型的传感器替代，那么同样能够自动适配已经存在的测量环路。在此情况下，应该维持实际的测量任务，经由一段对话足以请求想要的程序：
a)产生完整的新测量环路(根据上述提及的方法)
b)调整输入部分使之适配于新的从机。
本发明能够用于简单的单信道分析系统，也能够应用于复杂的系统。

Claims (24)

1、一种过程控制系统(1)的自动配置方法，该过程控制系统(1)包括一个主机和至少一个从机，其中主机控制经由总线系统(5)连接到该主机并与所述主机通信的至少一个从机，并处理从至少一个从机接收的数据，其中主机经由总线系统(5)自动地识别至少一个从机，并随后自动产生用于根据其识别结果安装该从机的设备配置，以便在该过程控制系统(1)中操作该从机。
2、根据权利要求1的方法，其中主机是分析设备，尤其是控制单元(4)，包括分配表，主机从该分配表中选择用于所识别的从机的足够的设备配置。
3、根据权利要求1或2的方法，其中从机是现场设备，尤其是传感器(14)或者致动器(15)。
4、根据权利要求1到3的任何一个的方法，其中利用主机的功能(41)对所连接的从机进行识别。
5、根据权利要求1到4的任何一个的方法，其中当启动控制系统(1)时，由主机向总线系统(5)发起通信。
6、根据权利要求1到5的任何一个方法，其中为了识别现场设备，主机利用标准化命令检索关于厂商、类型、设备标记的信息。
7、根据权利要求1到6的任何一个的方法，其中主机比较从机的标识数据与包含在分配表中的设备简档，以便找到足够的设备简档以设置用于在该过程控制系统(1)中操作的从机。
8、根据权利要求1到7的任何一个的方法，其中主机产生包括用于设备配置的输入部分(11)、输出部分(13)和功能部分(12)的测量环路(23)。
9、根据权利要求1到8的任何一个的方法，其中分配表由可重装的已改写设备简档来增补。
10、根据权利要求8或9的方法，其中交互地校正自动产生的测量环路(23)。
11、根据权利要求8到10的任何一个的方法，其中在校正测量环路(23)期间，停止自动生成测量环路(23)，直到新的从机连接到该主机为止，或者直到测量环路的自动生成被重新激活。
12、根据权利要求1到11的任何一个的方法，其中当已经连接的从机被另一类型的从机替代时，对已经存在的测量环路(23)进行自动适配。
13、一种过程控制系统(1)的自动配置方法，该过程控制系统(1)包括至少一个现场设备，该现场设备经由总线系统连接到一个分析设备，其中当起动此分析设备时，后者在某一个总线地址检验现场设备在总线系统(5)上是否存在，并基于总线系统(5)的响应，为了识别现场设备，经由总线系统(5)请求关于该现场设备的厂商、类型和设备标记的信息，在识别之后，分析系统把在识别过程期间得到的数据与存储在分析设备的分配表中的现场设备简档相比较，并且当两者一致时，以测量环路(23)的形式产生设备配置，该测量环路(23)包括输入部分(11)、功能部分(12)和输出部分(13)，利用这些部分准备操作现场设备。
14、一种过程控制系统(1)，包括
主机，和
至少一个从机，
其中主机适合于控制从机并且处理从从机接收的数据，
其中，从机适合于经由总线系统(5)连接到主机并与主机通信，其中主机适合于经由总线系统(5)自动识别从机，并随后自动产生用于根据其识别结果安装该从机的设备配置，以便在该过程控制系统(1)中操作该从机。
15、根据权利要求14的过程控制系统(1)，其中主机是分析设备，从机是现场设备。
16、根据权利要求14或16的过程控制系统(1)，其中主机是控制单元(4)，从机是传感器(14)或致动器(15)。
17、根据权利要求14到16的任何一个的处理控制系统(1)，其中主机包括分配表，该分配表包含适合于许多现场设备的多个预定义的设备配置。
18、根据权利要求17的过程控制系统(1)，其中分配表可通过输入设备(10)来增补。
19、根据权利要求14到18的任何一个的过程控制系统(1)，其中总线系统(5)是HART总线系统。
20、根据权利要求14到19的任何一个的过程控制系统(1)，其中总线系统(5)包括用于主机的命令，以请求存在于总线系统(5)上的从机。
21、根据权利要求17到20的任何一个的过程控制系统(1)，其中分配表可由可重装的已改写设备简档来增补。
22、根据权利要求14到21的任何一个的过程控制系统(1)，其中主机适合于产生用于专门识别的从机的测量环路(23)。
23、根据权利要求22的过程控制系统(1)，其中测量环路(23)包括至少一个输入部分(11)、至少一个输出部分(13)和至少一个功能部分(12)。
24、根据权利要求17到23的任何一个的过程控制系统(1)，其中分配表包含用于每个设备简档的固定的测量环路简档。
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