CN203275968U - 用于控制过程的过程控制系统和无线输出设备 - Google Patents

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M·S·潘瑟
K·K·詹森
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费希尔控制国际公司
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    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/04Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors

Abstract

本实用新型涉及用于控制过程的过程控制系统和无线输出设备。本实用新型公开了具有被配置在闭环控制系统中的现场设备和传感器的本地控制回路的控制器的示例性装置。该控制器被无线地耦合到控制系统,其中,控制器和控制系统在该现场设备上执行互补的控制。

Description

用于控制过程的过程控制系统和无线输出设备

技术领域

[0001] 本公开整体涉及过程控制系统,并且更具体地,涉及用于配置用于控制系统中的现场仪器的控制环境的装置。

背景技术

[0002] 过程控制系统已经实施了多年并且跨越了各种工业。在石油处理、发电和化学制造中,已经利用过程控制系统来改变程度,从具有少数输入/输出(I/o)节点的控制系统到具有数百个以及甚至数千个现场仪器和设备,例如阀、天窗、调整器、位移和漂移液位传感器、安全阀和警报。

[0003] 在许多过程控制系统中,通常具有实现在独立按键开关应用中的一个或多个现场设备。在该配置中,现场设备本质上与控制系统分离,因为仅可以由在现场设备现场的控制系统人员来控制或者监视该现场设备。将该调度的或远程的现场设备视为“盲”操作,因为该现场设备不向过程控制系统提供涉及操作信息的反馈。该反馈可以典型地包括例如阀的实际位置或者关于该阀的其他信息。

[0004] 在过去,典型地经由气动或液压控制器来控制通常位于远程位置的这些“盲”现场设备。气动控制器往往良好地适用于简单重复任务的自动化。然而,该控制器可能受制于机械疲劳和恶化,机械疲劳和恶化可能不利地影响过程控制系统的准确性和可重复性,它们中的任意一个都可能最终导致该控制系统的故障。因此,具有可以被远程地控制并且/或者监视的现场设备将是有益的,因而过程控制系统可以更加容易地评估现场设备的操作条件。

[0005] 图1描述了独立应用中的本地控制回路的普通配置。由传感器例如压强开关、微开关、限制开关或其他合适的设备监视与过程相关联的事件触发器。该传感器被连接到控制器并且该传感器响应于事件触发器的发生来警告控制器。因而,控制器激发与该现场设备相关联的致动器或变换器来调整该过程。该控制器可以例如导致该变换器或致动器移动控制阀、翻转开关或者升高或降低与该过程相关联的温度或压强。

[0006] 最初,气动控制系统未并入可编程逻辑控制器(PLC)或任意电气/电子控制器。控制系统最终利用并入固态设备、可编程逻辑阵列(PLA)PLC和微处理器和微控制器的数字逻辑。随着该电子控制系统的出现,变得能够经由控制器与现场设备之间的有线通信来远程地监视并且控制现场设备。

[0007] 如果希望远程地监视如图1中所示的独立控制回路的现场设备,则应该将传感器和现场设备接线到该电子控制系统。图2中显示了该配置,其中图1的本地控制回路利用控制系统。在该配置中,从传感器经由通信协议例如现场总线™向该控制系统发送过程值或变量。控制系统然后确定设置点(例如操作参数),并且经由通信总线向现场设备发送控制信号,以控制该过程。因此,将用于监视并且控制独立现场设备的职责从该设备的现场重新部署到远距离的或远程的控制系统。

[0008] 关于将控制回路有线耦合到可中相同的一个关注是与该系统的实际接线相关联的成本和努力。由于该距离、不适宜的地形、危险的环境或两个位置之间的附属建筑物的限制,所以将控制回路有线地连接到控制系统通常是完全不可行的。另一个关注是与最初的独立配置和它的按键开关操作相比,涉及远程连接的现场设备的控制的时间的增加。即向有线现场设备发送控制响应所需要的时间包括用于向远程控制系统发送传感过程值、在控制器处处理该传感值并且向远程控制元件回发控制命令的时间以及控制元件进行反应所花费的时间。该时间增加可能不利地影响该系统控制这样一种过程的能力,其中在该过程中被监视变量快速地改变。

[0009] 为了减少与将远程现场设备接线到控制系统相关联的成本和复杂度,可以修改该控制过程的一些部分,以用于无线通信。在图3中显示了无线传感器的典型的实现,其中已经由无线能力代替在图1和2中显示的传感器与控制系统之间的接线。然而,该修改没有解决与按键开关配置相比与现场设备的控制的时间的增加相关发生的关注。相反,因为无线传感器在许多情况中是由电池供电的,所以通常降低从无线传感器到控制系统的传输的速率,以节约电池。与利用有线传感器的系统相比,到控制系统的传感器值的最小化的传输不幸地可能进一步延长控制该过程所需要的时间。

[0010] 鉴于对于远程控制并且/或者监视现场设备所需要解决的以上关注,不难理解为什么许多现场设备仍然被配置在独立应用中。控制该现场设备因此仍然需要控制人员访问该现场设备的现场以修改或者调整该现场设备的状态、位置或其他操作参数,其中该现场设备可能位于苛刻的或危险的环境中。

实用新型内容

[0011] 鉴于对以上背景技术的理解,本实用新型将利用所提出的技术方案解决如何将现场设备应用于非独立的应用及过程控制系统之中。

[0012] 本文描述了用于控制远离过程控制系统设置的现场设备的示例性装置和方法。在

一个示例性实施方式中,一种用于控制过程的过程控制系统包括被耦合到该过程并且被配

置为控制过程条件的现场设备。无线传感器被耦合到该过程并且被配置为针对与该过程条

件相关联的事件触发器的出现而监视该过程。远程控制系统被远离该现场设备布置并且包

括第一控制器、第一存储器、第一处理器和第一无线通信模块。该第一无线通信模块被I禹合

到该第一处理器并且允许该第一控制器与该无线传感器之间的无线通信。该远程控制系统

可以进一步包括存储在该第一存储器上并且被耦合到该第一处理器的第一控制模块。该第

一控制模块能够被该处理器执行,以允许该第一控制器将该现场设备放置到第一设置点,

以控制该过程条件。本地控制系统被相对于该现场设备本地地布置并且包括无线输出设

备。该无线输出设备包括本地控制器、本地存储器、本地处理器和本地无线通信模块,该本

地无线通信模块被耦合到该本地处理器并且被配置为允许该本地控制器与该第一控制器

之间的无线通信。本地控制模块被存储在该本地存储器上并且被耦合到该本地处理器。该

本地控制模块能够被该本地处理器执行以允许该本地控制器将该现场设备放置到本地设

置点。该第一控制器可以进一步被配置为配置该本地控制模块,以允许该本地设置点的调M

iF.0

[0013] 如果期望,则该无线输出设备可以包括用户接口,该用户接口具有被耦合到该本地处理器至少一个输入和被耦合到该本地处理器的至少一个输出。该输入可以包括键区、键盘、按钮等并且该输出可以包括显示器设备(如屏幕)、LED、音频扬声器等。

[0014] 在用于控制过程的过程控制系统的另一个示例性实施方式中,该过程控制系统包括被耦合到该过程并且被配置为调整过程条件的现场设备。无线传感器被耦合到该过程并且被配置为针对与该过程条件相关联的事件触发器的出现而监视该过程。本地控制回路被可操作地耦合到该现场设备并且包括本地控制器,该本地控制器具有被耦合到该无线传感器的本地无线通信模块。该本地控制器进一步包括本地处理器、本地存储器和本地控制模块。该本地控制模块可以被存储在该本地存储器上并且能够被该本地处理器执行。该本地控制回路可以被配置为操作在本地控制模式中,在该本地控制模式中该本地控制器监视该无线传感器并且将该现场设备放置到由该本地控制模块确定的本地设置点处。远程控制回路被可操作地耦合到该现场设备并且包括远程控制器,该远程控制器具有远程无线通信模块,该远程无线通信模块被耦合到该本地控制器的该本地无线通信模块,以助于该远程控制回路与该本地控制回路之间的无线通信。该远程控制回路还包括远程处理器、远程存储器和远程控制模块。该远程控制模块可以被存储在该远程存储器上并且能够被该远程处理器执行。该远程控制回路可以被配置为操作在远程控制模式中,其中,在该远程控制模式中该远程控制器监视该无线传感器并且将该现场设备放置到由该远程控制模块确定的远程设置点处。该远程控制回路可以进一步被配置为配置该本地控制模块,以远程地改变该本地设置点。

[0015] 在另一个示例性实施方式中,一种用于控制现场设备并且能够被耦合到控制系统的设备将机器可访问指令存储在存储器中。当该指令被执行时将导致该控制设备监视该现场设备的过程条件、在该控制设备与该控制系统之间协调该现场设备的互补控制并且向该现场设备传输控制信号。

[0016] 依据本实用新型所述的控制系统可以提供用于远程地控制最初实现的独立控制回路的能力,其中,以前认为独立控制回路太困难或繁重而不能连接到控制系统并且被远程控制。可以提供的另一个好处在于,用于经由远程控制系统和第一设置点和/或无线输出设备和本地设置点改变现场设备的操作参数设置的能力。

附图说明

[0017] 图1是现有速动控制回路的方框图。

[0018] 图2是利用控制系统的现有控制回路的方框图。

[0019] 图3是是利用这样一种控制系统的现有控制回路的方框图,其中传感器被无线地耦合到控制系统。

[0020] 图4是根据本实用新型的教导组装的并且用于远程地监视和/或控制现场设备或本地控制回路的示例性过程控制系统的方框图。

[0021] 图5是根据本实用新型的教导组装的并且用于远程地监视和/或控制现场设备或控制回路的过程控制系统的一个示例性实施例的方框图。

[0022] 图6是根据本实用新型的教导组装的并且用于远程地监视并且/或者控制现场设备或控制回路的过程控制系统的第二示例性实施例的方框图。

[0023] 图7示出了用于展示使用根据本实用新型的教导组装的并且用于远程地监视和/或控制现场设备或控制回路的控制系统的互补控制功能的示例性过程的流程图。[0024] 图8示出了用于展示使用根据本实用新型的教导组装的并且用于远程地监视和/或控制现场设备或控制回路的控制系统的互补控制功能的示例性过程的流程图。

[0025] 图9示出了用于展示使用根据本实用新型的教导组装的并且用于远程地监视和/或控制现场设备或控制回路的控制系统的互补控制功能的示例性过程的流程图。

[0026] 图10示出了包括处理器、控制模块、传感器、存储器和控制输出的无线输出设备的一个示例。

[0027] 图11是根据本实用新型的教导组装的并且用于远程地监视和/或控制现场设备或控制回路的过程控制系统的第三示例性实施例的方框图。

[0028] 图12是根据本实用新型的教导组装的并且用于远程地监视和/或控制现场设备或控制回路的过程控制系统的第四示例性实施例的方框图。

具体实施方式

[0029] 整体而言,控制系统包括控制器,该控制器配置为响应与过程条件相关联的目标或事件触发器。典型地,经由耦合到该过程的传感器,针对事件触发器的出现监视该过程条件。在事件触发器的出现之后,传感器可以向控制器提供该出现的指示。该控制器然后可以记录与该事件触发器的出现相关联的对应的信息,例如该出现的日期和时间,和/或控制器可以提供发送控制值来进行响应,以调整与现场设备相关联的参数,以控制该过程。

[0030] 图4描述了一个示例性过程控制系统200,该系统具有系统或过程控制器211,系统或过程控制器211被可通信地耦合到包括数据收集单元的存储器212和各自具有输出显示屏214的一个或多个主机计算机213 (其可以是任意类型的个人计算机、工作站等等)。存储器212可以包括任意期望类型的存储器和任意期望的或已知的软件、硬件或用于存储数据的固件并且可以与工作站213分离(如图4所示)或者是工作站213中的一个工作站的一部分。

[0031] 作为示例,可以是由爱默生过程管理所销售的FIELD VUE® DVC的控制器211经由例如以太网连接或任意其他期望的通信网络229被可通信地耦合到主计算机213和存储器212。通信网络229可以具有局域网(LAN)、广域网(WAN)、电信网络等中的形式。控制系统200还包括被耦合到无线通信模块206的至少一个处理器205,无线通信模块206有助于去向和来自控制系统200的无线通信。

[0032] 经由输入/输出(I/O)卡或设备226和228并且使用与例如标准4_20mA设备相关联的任意期望的硬件和软件和/或任意智能通信协议如基金会®现场总线协议(现场总线)、HART协议等,将控制器211可通信地连接到现场设备215-222。现场设备215-222可以是任意类型的设备,如阀、阀定位器、开关和发射器(例如温度、压强和流速传感器),并且执行过程中的功能如打开或关闭阀并且测量过程参数。I/O卡226和228可以是符合任意期望的通信或控制器协议的任意类型的I/O设备。

[0033] 在图4中所示的示例性实施例中,现场设备215-218是基于模拟线路向I/O卡226通信的标准4-20mA设备,而现场设备219-222是使用现场总线协议通信经由数字总线向I/0卡228通信的智能设备如现场总线现场设备。现场设备215-222当然可以符合任意期望的标准或协议,包括在未来开发的任意标准或协议。

[0034] 控制器211与现场设备215-222、主机计算机213和存储器212通信以用任意期望的方式控制过程。可以是分布在工厂中的多个控制器中的一个控制器的控制器211实现或监管一个或多个过程控制例程。过程控制例程典型地包括控制模块,控制模块可以是一个或多个控制回路或控制例程,并且控制模块可以被存储在存储器212中并且被处理器205执行。为了本说明书的目的,过程控制元件可以是包括例如存储在任意计算机可读存储介质上的例程、块或控制模块的过程控制系统的任意部分。

[0035] 可以用任意期望的软件格式如使用梯形逻辑、顺序功能图、控制例程图、面向对象编程或任意其他软件编程语言或设计范例实现可以是控制模块或控制程序的任意部分如子例程、子例程的部分(例如代码行)等等的控制例程。类似地,本文所述的控制例程可以被硬编码到例如一个或多个EPROM、EEPR0M、专用集成电路(ASIC)、PLC或任意其他硬件或固件元件中。可以使用包括图形设计工具或任意其他类型的软件/硬件/固件编程或设计工具的任意设计工具来设计控制例程。

[0036] 控制器211可以被配置为以任意期望的方式实现控制例程或控制策略。控制器211可以例如使用通常被称为功能块的东西来实现控制策略,其中每个功能块是总控制例程的一部分或对象并且(例如经由被称为链路的通信)结合其他功能块来进行操作,以实现过程控制系统200中的过程控制回路。典型地,功能块执行以下之中的一个:输入功能,如与发射器、传感器、或其他过程参数测量设备相关联的输入功能;控制功能,如与用于执行PID、模糊逻辑等等操作的控制例程相关联的控制功能;或者用于控制一些设备(如阀)的操作,以执行过程控制系统200中的一些物理功能的输出功能。也可以存在这些功能块的混合以及其他类型的功能块。虽然在这里使用并入面向对象编程范例的功能块控制策略来提供控制系统的描述,但是也可以使用其他惯例,如梯形逻辑、顺序流程图等等并且使用任意期望的编程语言或范例来实现或设计该控制策略或控制例程或控制回路或控制模块。

[0037] 功能块和控制例程可以被存储在控制器211中并且被控制器211执行,这是当这些功能块用于标准4-20mA设备和一些类型的智能现场设备如HART设备或者与它们相关联时的典型情况。功能块和控制例程也可以被存储在现场设备自身中并且由现场设备自身实现,这可以是利用现场总线设备的情况。

[0038] 为了本文公开的目的,术语控制策略、控制例程、控制模块、控制功能块和控制回路本质上表示为了控制过程而执行的控制程序并且在本文可以互换地使用这些术语。然而,为了下文的讨论的目的,将使用术语控制模块。应该进一步注意到,如果期望,则可以由不同的控制器或其他设备实现或执行本文所述的模块的一部分。另外,将要实现在过程控制系统200中的本文所述的控制模块可以具有任意形式,包括软件、固件、硬件等等。

[0039] 如图4的放大方框230所示的,控制器211可以包括或实现大量如控制模块232和234所示的单回路控制模块并且可以实现一个或多个如控制模块236所示的高级控制回路。单回路控制模块232和234被示为分别使用被连接到合适的模拟输入(Al)和模拟输出(AO)功能块的单输入/单输出模糊逻辑控制块和单输入/单输出PID控制块执行单回路控制,其中,该模拟输入(Al)和模拟输出(AO)功能块可以与过程控制设备如现场设备215-222相关联。

[0040] 高级控制模块236被示为包括多变量控制模块238,多变量控制模块238具有可通信地连接到无数Al功能块的输入和可通信地连接到无数AO功能块的输出,但是多变量控制模块238的输入和输出可被可通信地连接到任意其他期望的控制模块,以接收其他类型的输入并且提供其他类型的控制输出。整体而言,该过程可以接收一个或多个输入,该输入可以包括操作变量(MV)输入(又被称为控制输入)、可测量干扰变量(DV)输入和非测量干扰变量(XV)输入。该过程可以基于向它提供的W、DV和XV输入进行操作,以产生过程输出信号或受控变量(CV)信号。应当理解,图4中所示的控制模块232、234、236和238可以被控制器211执行或者可替换地如后文将描述的那样可以位于并且被任意其他处理设备如其中一个工作站213与无线输出设备352互补协调地执行。

[0041] 图5是根据本实用新型的液面控制过程形式的第一公开示例所组装的过程控制系统350的图示。然而,在阅读了本文的公开之后,相关领域的技术人员将容易地理解:本文关于任意所述的实施例所公开的任意过程可以采取在过程工厂系统中典型地发现的无线过程中的任意一个的形式,例如液体流速、阀位置、温度、压强等。在该示例性实施例中,由传感器监视储液池的液面,并且如果该液面超过规定限度,则可以实现事件触发器并且传感器将指示控制器该事件触发器的出现。在得知该事件触发器之后,控制器可以通过向相关现场设备如泄放阀发送控制值来响应,其中将制动该阀以打开排水沟,因而液面将回到规定限度之下。

[0042] 过程控制系统350被可操作地耦合到过程351和现场设备354,现场设备354还被耦合到过程351,以控制与过程351相关联的过程条件。过程控制系统350包括无线传感器356,无线传感器356被耦合到过程351并且被配置为针对与过程条件相关联的事件触发器的出现来监视过程351。远离现场设备354布置在图4中早先所述的远程控制系统200,远程控制系统200包括控制器、存储器、处理器和无线通信模块。在所示的示例中,该控制器、存储器、处理器、和无线通信模块可以是以前参照图4的控制系统200所讨论的控制器211、存储器212、处理器205和无线通信模块206。控制模块240能够被处理器205执行,以允许控制器211将现场设备354放置到第一设置点,以控制过程条件。

[0043] 过程控制系统350还包括相对现场设备354本地地布置的本地控制系统300。本地控制系统300包括无线输出设备352。无线输出设备包括本地控制器310、本地存储器252、本地处理器250和本地无线通信模块254,本地无线通信模块254被耦合到本地处理器250并且被配置为允许本地控制器310与远程控制系统200的控制器211之间的无线通信。本地控制系统300包括本地控制模块256,本地控制模块256被存储在本地存储器252上并且被耦合到本地处理器250。本地控制模块256能够被本地处理器250执行,以允许本地控制器310将现场设备354放置到本地设置点。远程控制系统200的控制器211可以被配置为配置本地控制模块256来允许该本地设置点的调整。

[0044] 设置点是这样一种位置,其中该位置中可以配置现场设备354。例如阀的设置点可以是可以配置阀的各种位置,如完全打开、完全关闭或者在它们之间的一些位置。从控制器(要么远程控制器211要么本地控制器310)发送控制值,以配置现场设备354的设置点。可以响应于与期望的过程条件相比的当前过程条件,做出设置点的改变。例如如果不允许储液池超过指定限度,则将采取控制步骤确保其不发生。传感器将检测储液池的水平面并且向过程控制器报告当前状态。在事件触发器的出现即到达指定的液体水平面限度之后,传感器将通知过程控制器。过程控制器然后可以向现场设备发送控制值以调整该过程。

[0045] 如图10中可见的并且将在下文更详细地描述的那样,无线输出设备352可以包括都被耦合到本地控制器310的至少一个输入408和至少一个输出406。用户可以经过输入408和输出406手动地配置现场设备354的本地设置点。具体地,输入408可以是键盘、键区、按钮等等,其中可以输入文本或符号以与本地控制器310通信,或者可以输入方向以导航本地控制器310中的菜单,以选择存储在存储器中用于控制系统的控制模块。输出406可以是一些类型的显示设备如能够向用户通信信息的视频屏幕、LED或音频扬声器。

[0046] 在操作中,图5中所示的过程控制系统350通过使得远程控制系统200从无线传感器356接收与过程351的条件相关联的信息来控制过程351。可以通过任意已知的可操作装置例如可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议(HART)等等来实现涉及过程控制系统350的无线通信312。也可以实现跳频技术和具有128比特AES加密、密钥旋转、鉴定和验证的抗干扰技术的使用,以确保对数据和控制的保护.[0047] 无线传感器356监视储液池的液体的水平面并且可以向控制系统200提供相关信息。无线传感器356可以向远程控制系统200发射周期性的信号,用于告知过程条件351。当事件触发器出现时,无线传感器356可以向远程控制系统200发送用于警告事件触发器的出现的信号。远程控制系统200可以处理所接收的信号,在此之后,可以向无线输出设备352发送控制值,无线输出设备352可以接下来激活与现场设备354相关联的致动器,以调整操作参数的设置点例如阀的位置。

[0048] 根据图5中所述的示例性实施例的教导组装的控制系统可以降低或消除以前在远程控制系统与该控制系统的现场设备之间需要的有线基础设施和相关成本。另外,图5的控制系统可以提供用于远程地控制最初实现的独立控制回路的能力,其中,以前认为独立控制回路太困难或繁重而不能连接到控制系统并且被远程控制。可以提供的另一个好处在于,用于经由远程控制系统200和第一设置点和/或无线输出设备352和本地设置点改变现场设备354的操作参数设置的能力。

[0049] 现在转到图6中所示的本实用新型的第二示例性实施例,简化的方框图揭示了与图5中所示的第一实施方式中利用的过程控制元件类似的过程控制元件,但是,该过程控制元件被排列成略微不同的配置。具体地,现场设备354被耦合到过程351并且被配置为调整过程条件。无线传感器356被耦合到过程351并且被配置为有助于针对与该过程条件相关联的事件触发器的出现监视该过程。本地控制回路300被可操作地耦合到现场设备354并且包括本地控制器,该本地控制器具有被耦合到该无线传感器的本地无线通信模块。该本地控制器进一步包括本地处理器、本地存储器和本地控制模块。在图6中所示的示例性实施例中,本地控制器、本地无线通信模块、本地处理器、本地存储器和本地控制模块可以是之前参照图5的本地控制系统350所讨论的本地控制器310、本地无线通信模块254、本地处理器250、本地存储器252和本地控制模块256。本地控制模块256被存储在本地存储器252上并且能够被本地处理器250执行。本地控制回路300可以被配置为操作在本地控制模式中,在该本地控制模式中本地控制器310监视无线传感器356并且将现场设备354放置到由本地控制模块256确定的本地设置点。

[0050] 上述实施方式向过程控制系统人员提供在控制系统上的附加灵活性和控制。具体地,远程控制回路的共享被耦合到现场设备354并且包括远程控制器,该远程控制器具有被耦合到本地控制器310的本地无线通信模块254并且助于远程控制回路与本地控制回路300之间的无线通信312的远程无线通信模块。在图6中所示的示例性实施例式中,远程控制回路、远程控制器、远程无线通信模块可以是前文参照图4所讨论的远程控制系统200、远程控制器211和远程无线通信模块206。远程控制回路200可以类似地进一步包括远程处理器205、远程存储器212和远程控制模块240。远程控制模块240可以被存储在远程存储器212上并且能够被远程控制器211执行。远程控制回路200可以被配置为操作在远程控制模式中,在该远程控制描述中远程控制器211监视无线传感器356并且将现场设备354放置到由远程控制模块240确定的远程设置点。远程控制回路200可以进一步被排列为配置本地控制模块256以远程地改变本地设置点。

[0051] 在操作中,图6中所示的过程控制系统360通过使得无线输出设备352的本地控制器310从无线传感器356接收与过程351的条件相关联的信息来控制过程351。与在图5中所示的示例性实施例类似,无线传感器356监视储液池中的液面并且可以周期性地向控制系统360提供相关信息。但是图6中所示的实施例的无线传感器356改为直接向无线输出设备352发射与过程条件相关的信息,以代替如图5中那样向远程控制系统200发射传感器信息。无线输出设备352从无线传感器356接收该信息,处理该信息并且可以接下来发射控制值以激活与现场设备354相关联的致动器,以调整操作参数的设置点如它的阀的位置。

[0052] 按照图6中所示的方式,将输出设备352与控制系统200和它的系统控制器211无线地耦合可以向无线设备如传感器356和无线输出设备352提供用于彼此直接通信并且交换过程操作信息的能力。该配置可以进一步向控制系统人员提供用于从控制系统200以及从无线输出设备352改变现场设备354的用户设置、覆盖(override)阀控制和/或监视位置的能力。换句话说,无线输出设备352和它的本地控制器310可以单独地负责控制本地控制回路300,或者远程控制系统200和它的控制可以单独地负责控制本地控制回路300。

[0053] 另外,无线输出设备352和系统控制器211可以共享用于控制本地控制回路300的职责或者可以在本地控制回路300的控制中彼此互补。就这点而言,可以从无线输出设备352或从系统控制器211修改或监视现场设备354的操作参数,如设置点参数,而无需控制人员物理地靠近本地控制回路300的现场。

[0054] 在该配置中,远程系统控制器211和无线输出设备352都有能力控制并且/或者监视本地控制回路过程360。即控制系统200和无线输出设备352彼此互补,以控制并且调整与现场设备354相关联的参数。因此,可以从控制器211或无线输出设备352中的任意一个做出现场设备354的参数的改变。因此,尽管最初本地控制回路300的控制可能仅仅是无线输出设备352的职责,但是本地控制回路300的控制限制可能被控制系统200和它的控制器211互补或共享。类似地,可以在控制系统200与无线输出设备352之间共享该过程的监视。

[0055] 虽然系统控制器211可以执行现场设备354的控制,但是控制系统200的控制器211与无线输出设备352之间的无线耦合不仅仅是用于传统硬线配置的替换。即在图6中执行的控制处理不是按照传统控制系统方式而是按照现场设备方式。换句话说,因为无线输出设备352也可以控制现场设备354,所以无需向并且从控制系统控制器211发送过程变量和输出命令。因此,可以需要去向并且来自控制系统200的较不频繁的通信,并且可以导致过程通信的显著降低,这可以通过允许对过程改变的更快速的响应来改善现场设备354的控制。

[0056] 进一步地,关于可以由本实用新型提供的互补控制方案,图7描述了用于选择可以在图6的过程控制系统360中利用的控制模块的示例性过程500。具体地,多个控制模块可以被存储在无线输出设备352上的存储器252中或者与之耦合。可以使用图10中所示的无线输出设备352的用户接口 404,经由经过菜单树的导航接入控制模块。最初,可以在方框502选择本地控制回路300和现场设备354的单或双控制操作。现场设备354的单控制操作将仅允许远程控制器211或控制系统360的本地控制器310中的任意一个控制现场设备354,而现场设备的双控制操作允许远程和本地控制器都投身用于控制现场设备的职责。在现场设备354的双控制操作的选择之后,在方框504处无线输出设备352和控制系统200都将负责控制回路300的至少一些控制方案。该互补控制能力将助于控制工程的可用处理能力的协调和优化。该灵活性可以例如另外允许将要经由无线输出设备352或控制系统200调整的阀位置、触发点、死带、循环计数器警告的设置。可替代地,如果希望现场设备354的单控制,则可以在方框506处做出将要被无线输出设备352的本地处理器250或系统控制器211的远程处理器205执行的对应的控制模块的选择,之后分别在方框508和510处系统控制器211或无线输出设备352中的任意一个将排他性地负责控制控制回路300。在这些控制情况中的任意一个情况中,示例性控制模块可以位于计算机可读存储介质如存储器中并且能够被无线输出设备352或系统控制器211中的任意一个上的计算机或处理设备(包括工作站和计算机213)执行。

[0057] 也可以如图8中所示地提供用于图6中所示的示例性控制系统360的单或互补控制模块的附加选项,其中,图8描述了用于选择与互补控制配置相关联的控制模块的示例性过程600。最初,可以在方框602选择现场设备354的单或双控制操作。在选择双控制操作之后,在方框604处做出关于使用哪个控制器的另一个选择。如果选择无线输出设备352,则在方框606处该无线输出设备将负责控制控制回路300并且在方框608处可以不允许系统控制器211控制现场设备354。但是,在方框610处的选择之后可以允许系统控制器211控制现场设备354。在该示例中,可能仅仅经由无线输出设备352实现本地控制回路300的控制参数的修改。

[0058] 可以实现互补过程控制的一个工厂情况是利用控制回路中的紧急停机阀(ESD)的部分行程测试(PST)。在ESD的PST期间,可能希望视觉地观察ESD的测试并且确保其不被中断或截短。因此可以由靠近ESD的无线输出设备352执行并且排他性地控制PST,同时,可以出现控制系统人员。为了防止PST期间对ESD的修改或调整,互补控制例程可以防止系统控制器211控制或修改ESD,但是如果希望,则仍然可以允许系统控制器211监视ESD。替代地,可能希望向系统控制器211提供现场设备354的控制职责,同时防止无线输出设备352控制现场设备354,但是有可能允许无线输出设备352监视现场设备354。

[0059] 图9中显示了用于选择与用于图6中所示的类型控制系统360中的互补控制配置相关联的控制模块的另一个示例性过程700。最初,在方框702处,可以选择现场设备的单或双控制操作。在单控制的选择之后,在方框704处,可以做出系统控制器211用于控制现场设备354的进一步的选择。在方框706处,系统控制器211因此将负责控制控制回路300。虽然未选择无线输出设备352投身于控制回路300的控制,但是如果希望,则在方框710处可以允许无线输出设备352监视现场设备354。在该实例中,控制模块可以规定控制系统200控制现场设备354,同时可以仅允许无线输出设备352监视现场设备354,但是不允许无线输出设备352控制现场设备354。在该配置中,仅可以经由控制系统200实现本地控制回路300的修改。因此,仅能够经由远程控制系统200做出现场设备354的操作参数的调整,并且无需控制人员出现在本地控制回路300。

[0060] 进一步地,可以设想将无线输出设备352、无线传感器356和控制模块256组装到外罩中。该配置的一个示例性实施例被显示在图10中并且包括被设计为满足固有安全和不易燃要求的粗糙外罩402。被包围在外罩402中的是无线通信模块254和电源(例如电池(未显示))。外罩402进一步包括天线和具有前述输出设备406或显示屏的外部可接入用户接口 404。用户接口 404还包括前述至少一个输入设备408如可以由控制模块的设置或选择、经过控制模块的菜单树的导航或者无线输出设备352的校准的按钮。可以将无线输出设备352安装到现场设备354附近或直接安装到现场设备354上,例如气动或液压致动器。在利用气动或液压现场设备的控制应用中,可以将多向短管阀可操作地依附到无线输出设备352外罩402。

[0061] 无线输出设备352还能够监视阀、滑动杆和旋转轴致动器、调节器、位移和浮筒水准线传感器和安全阀。无线输出设备352可以并入用于反馈目的的磁组件。可以将该磁组件直接安装到现场设备354的阀杆,其中利用磁场,其中位置监视器传感现场设备354的设备位置。该位置监视器可以是真正的无链接非接触式无线位置发射器和用于提供精确的无线反馈信号以指示设备位置的限制开关。另外,无线输出设备352或控制系统200可以经由输出设备352的非接触式装置,从现场设备354获得附加信息,如阀周期、阀位置等等。

[0062] 通过无线输出设备352的菜单树和用户接口 404的使用,可以选择在无线输出设备352与控制系统200之间具有互补控制配置的期望的控制模块。输入按钮408和显示屏406可用于单步调试该菜单并且选择用于控制现场设备354的期望的互补控制模块。可以位于控制系统或无线输出设备352中的任意一个中的多个控制模块可用于选择。另外,可以经由从另一个源,如手持设备、存储设备等等的有线或无线下载,外部地获得控制模块。所选控制模块可以被系统控制器200的处理器211或无线输出设备352的处理器250执行,其中,在无线输出设备352与控制系统之间可以使用互补控制的任意组合以控制现场设备354。

[0063] 本文所述的对远程现场设备的无线的并且互补控制方案的另一个优点在于,对于它的测量和控制仅需要一个仪器,与需要两个仪器的以前的控制系统配置相反,例如一个仪器用于水平面测量并且/或者监视并且另一个仪器用于阀控制。图10中所示的无线输出设备352可以例如被并入图11中所示的控制系统。与已知控制系统的控制器与传感器以及控制器与现场设备之间的来回通信相比,处理器250、传感器356、控制模块256、通信模块254和控制输出410在单个无线输出设备352中的组装可以显著地降低控制现场设备354的时间。图10中所示的无线输出设备352因此可能能够替换现场的现有气动或液压控制器并且提供本文所述的控制和监视优点。即无线输出设备352可以互补系统控制器的控制职责,向系统控制器提供反馈并且/或者从系统控制器接收对控制参数(例如设置点)的改变。

[0064] 就这点而言,与在传感器到控制器之间并且从控制器回到现场设备需要经由通信总线的基于调度的信号传输的以前的控制配置相比,通过使用一个降低了信号通信的仪器就可以实现对于过程改变的更快速的响应时间。另外,本文所述的无线控制应用容易被集成到控制系统的现有基础设施中,并且提供增强的安全性以及编辑报告的改善的容易度和准确性。

[0065] 进一步设想其他示例性实施例可以包括监视离散输入和/或输出作为事件触发器以激活响应。换句话说,可以应用离散信号输出来发送触发器信号,以允许遍及整个控制系统的级联控制信号,其中,将一个控制传输的改变与另一个控制参数互锁或互连,以导致状态改变。如图12中所示的,这些输入和输出可以被无线地发送或接收并且可以传递经过网关型的媒介或者可替换地可以是控制设备之间的直接对等通信。无线输出设备之间的该互连可以允许无线输出设备之间的互锁,其中被开启到具体条件的一个设备可以触发由另一个设备进行的动作。

[0066] 本地回路控制器(如无线输出设备)与控制系统之间的现场设备的控制职责向现场设备提供将被本地控制设备排他性地或者由控制系统排他性地或它们之间的各种组合控制的现场设备参数。因此,控制系统人员可以不再需要走到地理上隔绝的控制回路以查看、监视或修改它的现场设备的参数。另外,本地控制设备和控制系统可以协作以互补地控制现场设备,或者排除彼此控制或监视控制的任意部分以及用于前述时间周期的监视职责。

[0067] 具有互补控制功能的控制模块向控制系统人员提供了用于协调对具体现场设备以及整个控制系统的总体监视和控制的增加的灵活性。在系统控制器被停机以便维护服务端的情况下,可以利用该灵活性的另一个优点,并且可以允许无线输出设备承担用于监视并且控制现场设备的职责直到可以使系统控制器回到服务为止。因此,控制系统中的互补控制可以在控制系统的完全或部分地挂起期间提供本地控制回路的连续的操作。

[0068] 本实用新型的一个方案整体涉及包括被可操作地耦合到传感器和现场设备的本地控制器例如无线输出设备的本地控制回路。本地控制回路能够被无线地耦合到具有远程控制器的远程控制回路,其中,该本地控制器与远程控制器协作以互补地控制现场设备。控制过程的一部分可以发生在本地控制回路中,而不是以传统的方式发生在需要传感器与远程控制器之间以及远程控制器与现场/控制设备之间的来回通信的控制系统中。无线输出设备与远程控制回路之间的无线耦合可以允许远程地控制并且/或者监视现有独立控制回路。

[0069] 虽然上文的描述提供了包括在硬件上执行的软件和/或固件以及其他组件的示例性装置和系统,但是应该注意到该系统仅仅是说明性的并且不应该被视为限制性的。因此,虽然该描述提供了示例性的装置和系统,但是所提供的实例不是用于实现该方法和装置的唯一方式。

[0070] 并且,虽然本文所述的控制模块被描述为结合现场设备或标准4_20mA设备来使用,但是当然可以使用任意其他过程控制通信协议或编程环境来实现它们并且它们可以与任意其他类型的设备、控制模块或控制器一起使用。虽然本文整体所述的控制模块优选地被实现在软件中,但是,它们可以实现在硬件、固件等等中并且可以被与过程控制系统相关联的任意其他处理器执行。因此,如果期望,则本文所述的控制器例程可以被实现在标准多用途CPU或专门设计的硬件或固件如ASIC中。当被实现在软件中时,软件可以被存储在任意计算机可读存储器中,例如在磁盘、激光盘、光盘或其他存储介质上,在计算机或处理器等等的RAM或ROM中。类似地,可以经由任意已知的或希望的传递方法,包括例如在计算机可读盘片或其他可传输计算机存储机制上,向用户或过程控制系统传递该软件,或基于通信信道例如电话线、英特网等等来调制该软件。

[0071] 因此,虽然已经参考仅适用于说明而不用于限制本实用新型的具体实例描述了所公开的方法和装置,但是对于本领域的熟练技术人员而言显然在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下可以对所公开的实施方式做出改变、增加或删除。本专利因此覆盖在字面上或者在等效的教导之下清楚地落入所附权利要求的范围中的全部方法、装置和制品。

Claims (14)

1.一种用于控制过程的过程控制系统,所述控制系统包括: 现场设备,其被耦合到所述过程并且被配置为控制过程条件; 无线传感器,其被耦合到所述过程并且被配置为针对与所述过程条件相关联的事件触发器的出现而监视所述过程; 远程控制系统,其被远离所述现场设备布置,所述远程控制系统包括第一控制器、第一存储器、第一处理器和第一无线通信模块,所述第一无线通信模块被耦合到所述第一处理器并且允许所述第一控制器与所述无线传感器之间的无线通信; 所述远程控制系统进一步包括存储在所述第一存储器上并且被耦合到所述第一处理器的第一控制模块,所述第一控制模块能够被所述处理器执行,以允许所述第一控制器将所述现场设备放置到第一设置点,以控制所述过程条件; 本地控制系统,其被相对于所述现场设备本地地布置,所述本地控制系统包括无线输出设备,所述无线输出设备包括本地控制器、本地存储器、本地处理器和本地无线通信模块,所述本地无线通信模块被耦合到所述本地处理器并且被配置为允许所述本地控制器与所述第一控制器之间的无线通信; 本地控制模块,其被存储在所述本地存储器上并且被耦合到所述本地处理器,所述本地控制模块能够被所述本地处理器执行,以允许所述本地控制器将所述现场设备放置到本地设置点;并且 其中,所述第一控制器进一步被配置为配置所述本地控制模块,以允许所述本地设置点的调整。
2.如权利要求1所述的过程控制系统,其中,所述无线输出设备进一步包括被可操作地耦合到所述本地处理器的输入设备以及被可操作地耦合到所述本地处理器的输出设备。
3.如权利要求2所述的过程控制系统,其中,所述输入设备包括按钮。
4.如权利要求2所述的过程控制系统,其中,所述输出设备包括显示屏。
5.如权利要求1所述的过程控制系统,其中,所述无线输出设备包括外罩,所述外罩包围所述本地处理器、所述本地存储器、所述本地无线通信模块和所述本地控制模块。
6.一种用于控制过程的过程控制系统,所述过程控制系统包括: 现场设备,其被耦合到所述过程并且被配置为调整过程条件; 无线传感器,其被耦合到所述过程并且被配置为针对与所述过程条件相关联的事件触发器的出现而监视所述过程; 本地控制回路,其被可操作地耦合到所述现场设备,所述本地控制回路包括: 本地控制器,其具有被耦合到所述无线传感器的本地无线通信模块,所述本地控制器进一步包括本地处理器、本地存储器和本地控制模块; 所述本地控制模块被存储在所述本地存储器上并且能够被所述本地处理器执行,所述本地控制回路被配置为操作在本地控制模式中,在所述本地控制模式中所述本地控制器监视所述无线传感器并且将所述现场设备放置到由所述本地控制模块确定的本地设置点处;以及 远程控制回路,其被可操作地耦合到所述现场设备,所述远程控制回路包括: 远程控制器,其具有远程无线通信模块,所述远程无线通信模块被耦合到所述本地控制器的所述本地无线通信模块并且有助于所述远程控制回路与所述本地控制回路之间的无线通信, 所述远程控制回路进一步包括远程处理器、远程存储器和远程控制模块,所述远程控制模块被存储在所述远程存储器上并且能够被所述远程处理器执行,所述远程控制回路被配置为操作在远程控制模式中,在所述远程控制模式中所述远程控制器监视所述无线传感器并且将所述现场设备放置到由所述远程控制模块确定的远程设置点处; 所述远程控制回路进一步被配置为配置所述本地控制模块,以远程地改变所述本地设置点。
7.如权利要求6所述的过程控制系统,其中,将所述无线传感器和所述本地控制器被依附到外罩。
8.如权利要求7所述的过程控制系统,其中,所述本地处理器、所述本地存储器和所述本地控制模块被包围在所述外罩中。
9.如权利要求7所述的过程控制系统,其中,所述本地控制器包括被耦合到所述本地处理器的输入设备和被耦合到所述本地处理器的输出设备。
10.如权利要求9所述的过程控制系统,其中,所述输入设备包括按钮。
11.如权利要求9所述的过程控制系统,其中,所述输出设备包括显示屏。
12.一种用于具有远程无线通信模块和远程控制模块的过程控制系统的无线输出设备,所述远程控制模块被存储在远程存储器上并且能够被远程处理器执行,所述无线输出设备包括: 处理器; 存储器,其被耦合到所述处理器; 无线通信模块,其被耦合到所述处理器并且有助于与所述过程控制系统的无线通信;以及 控制模块,其被存储在本地存储器上并且能够被所述处理器执行,其中,所述无线输出设备被配置为控制现场设备。
13.如权利要求12所述的无线输出设备,进一步包括: 传感器,其被可操作地耦合到所述处理器,所述传感器响应与所述现场设备相关联的过程条件。
14.如权利要求13所述的无线输出设备,进一步包括被包围在外罩中的所述处理器、所述存储器、所述无线通信模块和所述控制模块。
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