CN203759507U - 用于与数字控制环路接口的装置 - Google Patents

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Abstract

公开了用于与控制环路接口的装置。该装置包括：环路控制器，用于控制控制环路；传感器，用于将测量值提供给该环路控制器；设备控制器，用于基于来自该环路控制器的输出来调整控制设备；以及环路接口，用于接收设置点值并且将该设置点值发送到该环路控制器，其中该环路接口与可通信地耦接到该环路控制器的主机设备不同。

Description

用于与数字控制环路接口的装置
技术领域
本文的公开整体涉及控制环路，并且更具体地涉及用于与数字控制环路接口的装置。
背景技术
控制系统通常用于调节现场设备(例如加热器、阀控制器、传感器、流量控制器等等)的输出。这种控制系统典型地包括环路控制器(例如比例积分控制器(PID))。环路控制器基于所测量的输出的期望设置(例如设置点)和当前水平和/或值来调整输出，以使得测量值接近或达到该期望设置。通常位于中央设备处的主机设备(例如计算机或中央控制设备)用于调整通常位于相对远离中央设备的现场位置处的环路控制器的期望设置。主机设备可以在建立之后与环路控制器断开，此刻当主机断开时环路控制器继续使用该期望的设置有效运行。
实用新型内容
然而，可以看出，在现有技术中，必须使用主机并将其连接到控制环路来对控制环路进行控制。因此，本实用新型要解决的技术问题是如何使得用户能够在不使用主机或者不需要将主机连接到控制环路的情况下本地地控制控制环路。
根据本实用新型的第一个方面，提供了一种用于与数字控制环路接口的装置，包括：环路控制器，用于控制控制环路；传感器，用于将测量值提供给该环路控制器；设备控制器，用于基于来自该环路控制器的输出来调整控制设备；以及环路接口，用于接收设置点的值并且将该设置点的值发送到该环路控制器，其中该环路接口与通信地耦接到该环路控制器的主机设备不同。
在一种实现中，环路接口经由手持设备从用户接收该设置点值。
在一种实现中，该环路接口进一步包括用户接口，该用户接口包括显示器，以指示该设置点值和用于调整该设置点的用户输入。
在一种实现中，该环路接口识别对该环路控制器的该设置点值的改变并且将该改变显示在该环路接口的用户接口上。
在一种实现中，该环路接口进一步包括接口控制器，以超控来自该主机设备的控制以防止该主机设备调整该设置点值。
在一种实现中，该环路接口和该设备控制器靠近该控制环路的现场位置放置，并且该主机设备位于中央设备处。
根据本实用新型的第二个方面，提供了一种用于与数字控制环路接口的装置，包括：输入端口，用于从用户接收设置点值；模拟输入块，其将该设置点值发送到控制环路的环路控制器；以及显示器，用于显示该设置点，其中该装置靠近该控制环路放置。
在一种实现中，该输入端口经由与接收器通信的手持设备接收来自该用户的该设置点值。
在一种实现中，该装置还包括用于防止主机设备控制该设置点值的接口控制器。
在一种实现中，该装置还包括多个模拟输入块，用于将多个设置点值发送到多个控制环路中的对应的一个控制环路，其中该显示器用于呈现该多个设置点值。
利用本实用新型提供的方案，用户能够在不使用主机或者不需要将主机连接到控制环路的情况下本地地控制控制环路。
附图说明
图1是包括根据本文的公开的教导所构造的示例性环路接口的示例性控制环路系统的方框图。
图2是可以实现图1的系统的示例性控制环路系统的详细方框图，其包括可用于实现图1的示例性环路接口的示例性环路接口的详细方框图。
图3是可以执行来实现图1和/或2的示例性环路接口的示例性方法的流程图。
图4是可以使用图1和/或2的示例性环路接口的示例性环境。
图5是可以实现图1和/或2的示例性环路接口和/或图3的示例性方法的示例性处理器平台的方框图。
具体实施方式
本文公开的示例性方法和装置用作过程控制系统的数字控制环路的接口。在本文公开的实例中，环路接口可通信地耦接到数字控制环路以使得用户能够观察或者调整该数字控制环路中的数字环路控制器(例如比例积分微分(PID)控制器)的设置点。在所示实例中，环路接口位于控制环路中在由控制环路控制的过程元件的现场位置处。在水压控制系统中，环路接口可以例如位于由环路控制器调节的系统的水箱上。
在一些实例中，环路接口超控(override)与控制环路和/或控制环路的环路控制器通信的主机设备。在这种实例中，如果主机提供(或者以前提供过)设置点给环路控制器，则环路接口可以超控该设置点并且提供新设置点给环路控制器。
在所示实例中，环路接口使得用户能够通过在不使用主机设备的情况下显示和/或调整控制环路的一个或多个设置(例如设置点)来本地地控制数字控制环路。
图1是位于中央设备110和现场位置120处的示例性数字控制环路系统100的方框图。在所示实例中，示例性主机130位于中央设备110处。示例性数字控制环路140、示例性环路接口150和示例性手持设备160位于现场位置120处。中央设备110可以是用于监视包括现场位置120在内的多个现场位置的主中心(例如总部、办事处等等)。现场位置120可以是受主机130监视的工厂或其他工业/商业位置。在所示实例中，中央设备110和现场位置120相隔充分的距离(例如大于10米)。
主机130可以是计算机(例如服务器等等)。控制环路140可以受到PID控制器或其他类似的环路控制器(例如比例积分(PI)控制器、积分控制器等等)控制以调节控制系统100中的设备的液位、温度水平、压力水平等等。根据本文的教导构造环路接口150。示例性手持设备160是可用于进行控制环路140的故障检修的诊断设备。手持设备160可以例如是EmersonTM375现场通信器、EmersonTM475现场通信器或另一个类似的设备。在所示实例中，手持设备160可用于向环路接口160提供用户输入(例如设置点值)。
在图1所示的实例中，主机130经由有线和/或无线通信与控制环路140通信。主机130能够观察控制环路的状态，包括当前测量(例如温度水平、液位、压力水平、流量、阀位置等等)和设置(例如控制环路140的设置点)。在一些实例中，主机130有助于控制环路140的启动并且提供用于控制环路140中的控制器的调度信息。在一些实例中，主机130停止监视和/或与控制环路140通信，并且控制环路140继续运行。
在所示实例中，图1的控制环路140包括传感器(例如数字液位控制器(DLC))、环路控制器和设备控制器(例如数字阀控制器(DVC))。然而，其他控制器和/或设备可用于控制环路140中。
图1的示例性环路接口150使得用户能够访问控制环路140的功能块，例如以设置控制环路140的设置点。在所示实例中，环路接口150经由总线协议(例如Fieldbus、Profibus、无线HART等等)与控制环路140通信。在所示实例中，用户可以在不使用主机130或者如果主机130断开则在不需要将主机130重新连接到控制环路140的情况下使用环路接口150来调整设置点。在所示实例中，环路接口150显示控制环路140的环路接口150的设置点值。在一些实例中，环路接口150获取并且显示环路中的其他系统值，如由主机130提供给控制环路140的设置点值、控制环路140的测量值(例如过程变量，如温度值、液位值、压力值等)、控制设备位置(例如阀位置等等)等等。在所示实例中，环路接口150可以超控由主机130提供的设置。在图1所示实例中，环路接口150在控制环路140运行时仍然连接或可通信地连接到控制环路140。
图2是可以实现图1的系统100的示例性控制环路系统200的详细方框图，包括图1的示例性环路接口150的详细方框图。在所示实例中，总线协议(例如Fieldbus、Profibus、无线HART等等)有助于控制环路140、环路接口150和/或主机130之间的通信。主机130和手持设备160是图2中的系统200的可选元件，并且因此可以在任意时间被断开或者是不被使用。控制环路140包括传感器242、环路控制器244和设备控制器246。示例性环路接口150包括接口控制器250、输出端口252、输入端口254和用户接口256。示例性用户接口256包括显示器258和用户输入260。
在图2所示的实例中，主机130能够经由无线和/或有线通信与传感器242、环路控制器244和/或设备控制器246通信。例如，主机130可以读取来自传感器242的测量值，调整环路控制器244的设置点，和/或调整设备控制器246的控制设备(例如致动器)。在一些实例中，主机130放置在中央设备(例如图1的中央设备110)之外。在一些实例中，当传感器242和/或设备控制器246是备用链路活动调度器(LAS)时，主机130从系统断开并且控制环路140继续运行。因此，在控制环路140中具有备用LAS使得控制环路140能够在没有主机130的情况下运行。
在图2中，控制环路140使用环路控制器244来对环路140进行控制，但是也可以实施其他类型的控制器，例如比例积分(PI)控制器。在所示实例中，传感器242经由模拟输入块272提供用于表示控制过程元件(例如液体箱)的已确定的测量值的过程变量(例如，诸如温度值、压力值、流速之类的过程变量)。环路控制器244将来自传感器242的过程变量与由设置点控制器274维持的设置点进行比较。设置点控制器274接收来自环路接口150和/或主机130的设置点值。在一些实例中，环路接口150经由接口控制器250向环路控制器244提供指令以超控主机130。在该实例中，设置点控制器274确定从主机130接收的设置点要被丢弃并且环路控制器244将要使用从环路接口150接收的设置点。示例性设备控制器246基于设置点与从传感器242接收的过程变量之间的比较，从环路控制器244接收指令以调整控制过程的控制设备(例如致动器)的设置。在所示实例中，设备控制器246经由模拟输出块276操作控制过程的控制设备的设置(例如打开或关闭阀)。在所示实例中，传感器242和/或设备控制器246可以是用于当主机130从环路断开时调度环路的控制的备用LAS。在一些实例中，环路接口150是备用LAS。
图2的示例性环路接口150使得用户能够在不使用主机130或者如果主机130断开时不需要重新连接主机130的情况下控制并且观察控制环路140的设置点。在图2所示实例中，接口控制器250向环路控制器244提供用于超控来自主机130的控制的指令。这使得用户能够在不需要使用可能在现场外或者被断开的主机130的情况下(例如在紧急情况下)在现场快速地调整环路控制器244的设置点。
在图2所示实例中的环路接口150经由输入端口254从用户接收一个或多个设置点。示例性输入端口254是使得环路接口150能够与手持设备160通信的传感器功能块。因此，用户可以经由环路接口150使用手持设备160调整环路控制器244的设置点。手持设备160经由无线和/或有线连接与环路接口150通信。可替换地或另外地，用户可以使用用户接口256的用户输入260来设置环路控制器244的设置点值。用户输入260可以包括键盘、键区、鼠标、追踪球、触摸屏或其他类似的输入按钮或拨号盘中的一个或多个。在所示实例中，图2的显示器258向用户显示设置点值。在一些实例中，显示器258能够显示从接口控制器250接收的其他值。在一些实例中，接口控制器250获取从传感器242接收的测量值(例如过程变量)、从主机130接收的设置点值或者来自控制环路140的其他类似的值。在该实例中，接口控制器250经由输入端口254向用户接口256提供获取值。
在图2所示实例中，输入端口254向输出端口252转发设置点。示例性输出端口252是能够与环路控制器244通信的模拟输入块。因此，输出端口252将接收到的设置点发送到环路控制器244。环路控制器244使用从环路接口150的输出端口252接收的设置点来控制环路140。在一些实例中，输出端口252包括连接到一个或多个附加控制环路的多个模拟输入块，以使得能够控制多个控制环路。
在一些实例中，设备控制器246的手动操作是希望的。在该实例中，环路接口150可以间接或直接地通信地(例如经由输出端口252)耦接到设备控制器246，以手动地调整模拟输出276。例如，环路控制器244可以识别传感器242的故障。在该实例中，可以经由环路接口150和/或主机130通知用户。环路接口150然后可以允许用户手动地控制设备控制器246的模拟输出276(例如打开或关闭阀)。在一些实例中，环路接口150可用于可能需要手动控制设备控制器246的诊断、实验、紧急情况等等的手动模式中。
虽然在图2中示出了用于实现图1和/或2的环路接口150的示例性方式，但是可以以任意方式组合、分割、重组、省略、去除和/或实现图2中所示的元件、过程和/或设备中的一个或多个。此外，可以由硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任意组合来实现图2的示例性接口控制器250、示例性输出端口252、示例性输入端口254、示例性用户接口256并且/或者更一般性而言实现图2的示例性环路接口150。因此，可以例如由一个或多个电路、可编程处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)和/或现场可编程逻辑器件(FPLD)等等实现示例性接口控制器250、示例性输出端口252、示例性输入端口254、示例性用户接口256并且/或者更一般性而言实现示例性环路接口150中的任意一个。当本专利的装置或系统权利要求中的任意一个看起来覆盖纯软件和/或固件实现时，示例性接口控制器250、示例性输出端口252、示例性输入端口254、示例性用户接口256中的至少一个在本文被明确地限定为包括用于存储该软件和/或固件的有形的计算机可读存储介质，如存储器、DVD、CD、蓝光盘等等。此外，图2的示例性环路接口150除了图2中所示的那些元件、过程和/或设备之外还可以另外或改为包括一个或多个元件、过程和/或设备，和/或可以包括多个所示的元件、过程和设备中的任意一个或全部。
图3中显示了用于实现图1和/或2的环路接口150的方法300的流程图。在该实例中，方法300可以由可被处理器(如下文结合图5所讨论的示例性处理器平台500中所示的处理器512)执行的程序来实现。该程序可以实现在软件中，存储在有形计算机可读存储介质，如CD-ROM、软盘、硬盘驱动器、数字多用途盘(DVD)、蓝光盘或与处理器512相关的存储器上，但是整个程序和/或程序的一部分可以可替换地被除了处理器512之外的设备执行并且/或者实现在固件或专用硬件中。此外，虽然参考图3中所示的流程图描述了示例性程序，但是可以可替换地使用用于实现示例性环路接口150的许多其他方法。可以例如改变方框的执行次序并且/或者可以改变、去除或组合所述方框中的一些。
如上所述，图3的示例性方法300可以使用存储在有形计算机可读存储介质上的编码指令(例如计算机可读指令)来实现，有形计算机可读存储介质如硬盘驱动器、闪存、只读存储器(ROM)、压缩盘(CD)、数字多用途盘(DVD)、高速缓冲存储器、随机访问存储器(RAM)和/或用于将信息存储任意时长(例如延长的时间段、永久地、短时、临时缓存和/或信息高速缓冲存储)的任意其他存储介质。如本文所使用的，术语有形计算机可读存储介质被明确定义为包括任意类型的计算机可读存储设备和/或存储盘而不包括传播信号。另外或可替换地，图3的示例性操作可以使用存储在非暂态计算机可读存储介质上的编码指令(例如计算机可读指令)来实现，非暂态计算机可读存储介质如硬盘驱动器、闪存、只读存储器、压缩盘、数字多用途盘、高速缓冲存储器、随机访问存储器和/或用于将信息存储任意时长(例如延长的时间段、永久地、短时、临时缓存和/或信息高速缓冲存储)的任意其他存储介质。如本文所使用的，术语非暂态计算机可读存储介质被明确定义为包括任意类型的计算机可读存储设备和/或存储盘而不包括传播信号。如本文所使用的，当将短语“至少”用作权利要求的前序中的过渡术语时，它是与开放式地结尾的“包括”一样开放式地结尾的。因此，在前序中使用“至少”作为过渡术语的权利要求可以包括除了该权利要求中所明确叙述的那些元素之外的元素。
具体参见图3，在方框310处，接口控制器250确定输入端口254是否从用户接收到新设置点值。输入端口254可以从外部手持设备160或用户接口256接收新设置点值。如果接口控制器250确定没有接收到新设置点值，则方法300仍然在方框310。如果接口控制器250确定接收到新设置点值，则方法300移动到方框320。
在图3的方框320处，示例性接口控制器250确定主机130是否连接到(例如可通信地耦接到)控制环路140的环路控制器244。在所示实例中，接口控制器250可以基于到环路控制器244的活动数据连接的数量和/或类型，确定主机130是否连接到环路控制器244。在所示实例中，如果示例性接口控制器250确定主机130连接到环路控制器244，则方法300移动到方框330。在所示实例中，如果接口控制器250确定主机130未连接到环路控制器244，则方法300移动到方框340。
在图3的方框330处，接口控制器250超控到环路控制器244的主机连接。例如，接口控制器250可以向环路控制器244提供指令以丢弃从主机130接收的任意设置点值。在另一个实例中，接口控制器250可以临时地终止主机130与环路控制器244之间的连接。可以使用其他技术。然而，最终接口控制器250能够使用一组超控指令取得对设置点值的控制。
在图3的方框340处，示例性接口控制器250指示输入端口254将新设置点值转发到输出端口252。输出端口252将设置点值作为模拟输入来输出到环路控制器244。在方框350处，通过用户接口的显示器358向用户显示新设置点350。在一些实例中，接口控制器250提供环路信息以与新设置点一起显示，以(在环路接口150连接到并且/或者控制多个环路的实例中)识别与新设置点值相关联的环路。在一些实例中，例如当从用户接口256接收到新设置点值时，可以在图3的方框310与方框320之间显示该新设置点值。
在图3的方框360处，接口控制器250确定是否继续监视输入端口254和/或环路控制器244以查看设置点值的改变。在所示实例中，如果接口控制器250确定要继续监视，则控制返回到方框310。在所示实例中，如果接口控制器250例如因为环路接口从控制环路140断开或者控制环路140被关闭而确定监视结束，则方法300结束。
图4示出了可以使用图1和/或2的示例性环路接口150的示例性环境400(例如图1的现场位置120)。示例性环境400包括由水箱所表示的过程元件410、供水管道420、排水管道425、主机连接430、控制箱440和控制接口450。可选的手持设备460可以被包括在环境400中以与控制接口450通信，控制接口450可用于实现图1和/或2的环路接口150。示例性环境400可以是更大的过程或系统环境的一部分。示例性水箱410可用于调节压力、流体温度、流体贮存量等等。在所示实例中，示例性水箱410用作水位调平水箱。控制箱440包括示例性控制环路(如图1和/或2的控制环路140)，以调节水箱410中的水的体积。控制箱440的示例性控制环路可以使用传感器(例如图2的传感器242)、环路控制器(例如图2的环路控制器244)和/或设备控制器(例如图2的设备控制器246)来调节水的体积。在所示实例中，控制箱440(例如经由设备控制器246)通过控制经由供水管道420进入水箱410或者经由排水管道425流出水箱410的水的流量来控制水的体积。
在图4所示的实例中，主机(例如图1和/或2的主机130)经由主机连接430与控制箱440通信。示例性主机在图4中未显示，因为它并不位于示例性环境400中。当控制箱440的控制环路调节水箱410中的水的体积时，主机连接430可以在任意时间是活动的或不活动的。在所示实例中，主机连接430是不活动的，因为没有主机连接到控制箱440。
在所示实例中，用户可以使用控制接口450改变控制箱440中的控制环路的设置点。如本文所述的，示例性控制接口450包括输入按钮454和显示器458以将设置点值提供给用户。因此，在图4所示的实例中，即使主机未被连接到控制箱440以调节水箱410中的水的体积，用户也可以通过使用控制接口450调整控制箱440中的控制环路的设置点来操控体积。
例如，当主机未经由主机连接430连接时或者在主机位于环境400的现场外的情况中，图4的控制接口450在紧急情况下使得能够控制控制箱440中的控制环路。在其他实例中，控制接口450使得用户能够在无需使用主机或者无需经由主机连接430重新连接主机的情况下容易地改变控制环路的设置点以用于测试目的。在一些实例中，控制接口450可用于手动地调整控制箱440的阀(例如当控制箱440的设备控制器(如设备控制器246)处于手动模式中时)，以允许更多或更少的水的流量进入或流出示例性水箱410。在一些实例中，控制接口450可以被包括在与控制箱440相同的壳体中。
图5是能够执行机器可读指令以实现图1和/或2的环路接口150、图3的方法300和/或图4的控制箱440和控制接口450的示例性处理器平台500的方框图。在一些实例中，示例性处理器平台500能够执行指令以控制环路接口150、示例性传感器242、示例性环路控制器244和/或示例性设备控制器246。处理器平台500可以例如是服务器、个人计算机、移动电话(例如手机)、个人数字助理(PDA)或任意其他类型的计算设备。
示例性实例的处理器平台500包括处理器512。处理器512可以例如由来自任意希望的家族或制造商的一个或多个微处理器或控制器实现。
处理器512包括本地存储器513(例如高速缓冲存储器)并且经由总线518与包括易失性存储器514和非易失性存储器516的主存储器通信。易失性存储器514可以由同步动态随机访问存储器(SDRAM)、动态随机访问存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机访问存储器(RDRAM)和/或任意其他类型的随机访问存储器实现。非易失性存储器516可以由闪存和/或任意其他希望类型的存储器设备实现。对主存储器514、516的访问由存储器控制器控制。
处理器平台500还包括接口电路520。接口电路520可以由任意类型的接口标准实现，如以太网接口、通用串行总线(USB)和/或PCI扩展接口。
一个或多个输入设备522连接到接口电路520。输入设备522允许用户将数据和命令输入到处理器512中。输入设备可以例如由键盘、鼠标、触摸屏、跟踪板、跟踪球、等电位点和/或语音识别系统实现。输入设备可用于实现图2的用户输入260。
一个或多个输出设备524也连接到接口电路520。输出设备524可以例如由显示器设备(例如发光二级管显示器、液晶显示器、阴极射线管显示器(CTR))实现。接口电路520因此典型地包括图形驱动器卡。输出设备524可用于实现图2的显示器528。
接口电路520还包括通信设备，如调制解调器或网络接口卡，以助于经由网络526(例如以太网连接、数字用户线路(DSL)、电话线、同轴电缆、蜂窝电话系统、双线总线等等)与外部计算机进行数据交换。
处理器平台500还包括一个或多个用于存储软件和数据的大容量存储设备528。该大容量存储设备528的实例包括软盘驱动器、硬盘驱动器、压缩盘驱动器和数字多用途盘(DVD)驱动器。
用于实现图3的方法的编码指令可以存储在大容量存储设备528中、易失性存储器514中、非易失性存储器516中和/或可移除存储介质如CD或DVD上。
根据上文可以理解，上文所公开的方法、装置和制造物使得用户能够在不使用主机或者不需要将主机连接到控制环路的情况下本地地控制控制环路。
虽然本文已经描述了特定的示例性方法、装置和制造物，但是本实用新型的覆盖范围不限于此。相反，本实用新型覆盖完全落入本专利的权利要求的范围中的所有方法、装置和制造物。

Claims (10)

1.一种用于与数字控制环路接口的装置，其特征在于，包括：
环路控制器，用于控制控制环路；
传感器，用于将测量值提供给所述环路控制器；
设备控制器，用于基于来自所述环路控制器的输出来调整控制设备；以及
环路接口，用于接收设置点值并且将所述设置点值发送到所述环路控制器，其中所述环路接口与通信地耦接到所述环路控制器的主机设备不同。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环路接口经由手持设备从用户接收所述设置点值。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环路接口进一步包括用户接口，所述用户接口包括显示器，以指示所述设置点值和用于调整所述设置点的用户输入。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环路接口识别对所述环路控制器的所述设置点值的改变并且将所述改变显示在所述环路接口的用户接口上。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环路接口进一步包括接口控制器，以超控来自所述主机设备的控制以防止所述主机设备调整所述设置点值。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环路接口和所述设备控制器靠近所述控制环路的现场位置放置，并且所述主机设备位于中央设备处。
7.一种用于与数字控制环路接口的装置，其特征在于，包括：
输入端口，用于接收来自用户的设置点值；
模拟输入块，其将所述设置点值发送到控制环路的环路控制器；以及
显示器，用于显示所述设置点，其中所述装置靠近所述控制环路放置。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述输入端口经由与接收器通信的手持设备接收来自所述用户的所述设置点值。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括用于防止主机设备控制所述设置点值的接口控制器。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括多个模拟输入块，用于将多个设置点值发送到多个控制环路中的对应的一个控制环路，其中所述显示器用于呈现所述多个设置点值。
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