DE102018120345A1

DE102018120345A1 - Hochleistungssteuerungsserversystem

Info

Publication number: DE102018120345A1
Application number: DE102018120345.4A
Authority: DE
Inventors: Tiong P. Ong; Kent A. Burr; David R. Denison; Godfrey R. Sherriff; Gary K. Law; Brandon Hieb; David Mark Smith
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2019-02-21
Also published as: GB2566603B; US20190056719A1; CN109426227B; JP2019036313A; US10620613B2; GB2566603A; CN109426227A; JP7321684B2; GB201812584D0

Abstract

Techniken zum Steuern des Betriebs einer Prozessanlage oder von mehreren Prozessanlagen innerhalb eines Prozessleitsystems unter Verwendung einer zentralisierten oder verteilten Steuerungsfarm ermöglichen erhöhte Flexibilität in dem Prozessleitsystem. Beliebige der Steuerungen in der Steuerungsfarm können genutzt werden, um Module entsprechend einem beliebigen der Feldgeräte in einer oder mehreren Prozessanlagen auszuführen. Steuermodule und andere Operationen können unter den die Last verteilenden Steuerungen zugewiesen werden, sodass eine Steuerung nicht mehrere Operationen durchführt, während andere inaktiv sind. Zusätzlich kann sich die Steuerungsfarm in einem temperaturgesteuerten Raum oder Bereich an einem den Prozessanlagen ausgelagerten Standort befinden. In einigen Szenarios werden Lastverteilungstechniken durchgeführt, um die Last für die Module gleichmäßig oder zumindest ähnlich unter den Steuerungen zu verteilen.

Description

BEREICH DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Prozessanlagen und Prozessleitsysteme und insbesondere eine zentralisierte oder verteilte Steuerungsfarm, die mehrere Feldgeräte steuert, die über eine oder mehrere Prozessanlagen verteilt sind.
STAND DER TECHNIK
Verteilte Prozessleitsysteme, wie solche, die in chemischen, Erdöl-, industriellen oder anderen Prozessanlagen verwendet werden, um physische Materialien oder Produkte herzustellen, zu raffinieren, umzuwandeln, zu erzeugen oder zu produzieren, umfassen in der Regel eine oder mehrere Prozesssteuerungen, die über analoge, digitale oder kombinierte Analog-/Digitalbusse oder über eine drahtlose Kommunikationsverbindung oder ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk kommunikativ mit einem oder mehreren Feldgeräten gekoppelt sind. Die Feldgeräte wie Ventile, Ventilstellungsregler, Schalter und Geber (z.B. Temperatur-, Druck-, Füllstands- und Durchflusssensoren) befinden sich innerhalb der Prozessumgebung und übernehmen in der Regel physische oder prozesssteuernde Funktionen wie Öffnen oder Schließen von Ventilen, Messen von Prozess- und/oder Umgebungsparametern wie Temperatur oder Druck usw., um einen oder mehrere Prozesse zu steuern, die innerhalb der Prozessanlage oder des Systems ablaufen. Intelligente Feldgeräte, beispielsweise Feldgeräte, die dem bekannten Fieldbus-Protokoll entsprechen, können auch Steuerberechnungen, Alarmierungsfunktionen und andere in der Steuerung übliche Steuerungsfunktionen ausführen. Die Prozesssteuerungen, die sich ebenfalls typischerweise in der Anlagenumgebung befinden, empfangen Signale, die die von den Feldgeräten durchgeführten Prozessmessungen und/oder andere Informationen zu den Feldgeräten anzeigen, und führen eine Steuerungsanwendung aus, die z.B. verschiedene Steuermodule ausführt, welche Prozessleitentscheidungen vornehmen, auf Grundlage der empfangenen Informationen Steuersignale erzeugen und mit den in den Feldgeräten wie HART^®, WirelessHART^® und FOUNDATION^® Fieldbus Feldgeräten ausgeführten Steuermodulen oder -blöcken koordinieren. Die Steuermodule in der Steuerung senden die Steuersignale über die Kommunikationsleitungen oder Verbindungen zu den Feldgeräten, um dadurch den Betrieb mindestens eines Teils der Prozessanlage oder des Systems zu steuern, z. B. um mindestens einen Teil eines oder mehrerer industrieller Prozesse zu steuern, die innerhalb der Anlage oder des Systems laufen oder ausgeführt werden. Zum Beispiel steuern die Steuerungen und die Feldgeräte zumindest einen Teil eines Prozesses, der durch die Prozessanlage oder das Prozesssystem gesteuert wird. E/A-Geräte, die sich in der Regel ebenfalls innerhalb der Anlagenumgebung befinden, sind typischerweise zwischen einer Steuerung und einem oder mehreren Feldgeräten angeordnet und ermöglichen dort die Kommunikation z. B. durch Umwandlung elektrischer Signale in digitale Werte und umgekehrt.
Informationen aus den Feldgeräten und der Steuerung werden normalerweise über ein Kommunikationsnetzwerk einem oder mehreren anderen Hardware-Geräten, wie z.B. Bediener-Workstations, Personal Computern oder Rechenvorrichtungen, Datenarchivierungssystemen, Berichtsgeneratoren, zentralen Datenbanken oder anderen zentralisierten administrativen Rechenvorrichtungen, die typischerweise in Kontrollräumen oder an anderen Orten außerhalb der raueren Anlagenumgebung platziert sind, zur Verfügung gestellt. Jedes dieser Hardware-Geräte ist in der Regel über die gesamte Prozessanlage oder einen Teil der Prozessanlage hinweg zentralisiert. Diese Hardware-Geräte führen Anwendungen aus, die z.B. einem Betreiber ermöglichen, Funktionen zur Steuerung eines Prozesses und/oder zur Bedienung der Prozessanlage auszuführen, beispielsweise das Ändern der Einstellungen der Prozesssteuerroutine, das Modifizieren der Bedienung der Steuermodule innerhalb der Steuerungen oder der Feldgeräte, Anzeigen des aktuellen Prozesszustandes, Anzeigen der von Feldgeräten und den Steuerungen erzeugten Alarme, Simulieren der Bedienung des Prozesses zum Zwecke der Personalschulung oder zum Testen der Prozessleitsoftware, Pflegen und Aktualisieren einer Konfigurationsdatenbank usw. Das von den Hardware-Geräten, Steuerungen und Feldgeräten verwendete Kommunikationsnetzwerk kann einen drahtgebundenen Kommunikationsweg, einen drahtlosen Kommunikationsweg oder eine Kombination drahtgebundener und drahtloser Kommunikationswege umfassen.
Als ein Beispiel beinhaltet das von Emerson Process Management vertriebene Steuersystem DeltaV_TM mehrere Anwendungen, die innerhalb unterschiedlicher Geräte, die sind an verschiedenen Orten innerhalb einer Prozessanlage befinden, gespeichert sind und durch diese ausgeführt werden. Eine Konfigurationsanwendung, die sich auf einer oder mehreren Workstations oder Rechenvorrichtungen befindet, ermöglicht es Benutzern, Prozesssteuermodule zu erstellen oder zu ändern und diese Prozesssteuermodule über ein Kommunikationsnetzwerk auf dedizierte verteilte Steuerungen herunterzuladen. Typischerweise bestehen diese Steuermodule aus kommunikativ miteinander verbundenen Funktionsblöcken, die Objekte in einem objektorientierten Programmierungsprotokoll sind, die Funktionen innerhalb des Steuerschemas auf Grundlage von Eingaben dafür durchführen und die Ausgaben an andere Funktionsblöcke innerhalb des Steuerschemas bereitstellen. Die Konfigurationsanwendung kann es auch einem Konfigurationsentwickler ermöglichen, Benutzerschnittstellen zu erstellen oder zu ändern, die durch eine Anzeigeanwendung verwendet werden, um Daten für einen Bediener anzuzeigen, und um es dem Bediener zu ermöglichen, Einstellungen wie etwa Sollwerte innerhalb der Prozesssteuerroutinen zu ändern. Jede dedizierte Steuerung, und in einigen Fällen eine oder mehrere Feldgeräte, speichert eine entsprechende Steuerungsanwendung, die die dorthin zugewiesenen und heruntergeladenen Steuermodule laufen lässt, und führt diese aus, um Ist-Prozesssteuerfunktion umzusetzen. Die Anzeigeanwendungen, die auf einer oder mehreren Bediener-Workstations (oder auf einem oder mehreren entfernten Rechenvorrichtungen in kommunikativer Verbindung mit dem Bediener-Workstations und dem Kommunikationsnetzwerk) ausgeführt werden können, empfangen Daten von der Steuerungsanwendung über das Kommunikationsnetzwerk und zeigen diese Daten für Prozessleitsystementwickler, Bediener oder Benutzer, die die Benutzerschnittstellen verwenden, an und können beliebige aus einer Anzahl von unterschiedlichen Ansichten bereitstellen, wie etwa eine Bedieneransicht, eine Technikeransicht usw. Eine Datenarchivierungsanwendung ist typischerweise auf einer Datenarchivierungsvorrichtung, die einige oder alle der über das Kommunikationsnetzwerk bereitgestellten Daten sammelt und speichert, gespeichert und wird durch diese ausgeführt, während eine Konfigurationsdatenbankanwendung auf einem noch weiteren Computer laufen kann, der an das Kommunikationsnetzwerk angebunden ist, um die aktuelle Prozesssteuerroutinenkonfiguration und damit assoziierte Daten zu speichern. Alternativ kann sich die Konfigurationsdatenbank auf der gleichen Workstation wie die Konfigurationsanwendung befinden.
Die Architektur von gegenwärtig bekannten Prozessleitanlagen und Prozessleitsystemen wird stark durch Beschränkungen von Steuerungs- und Gerätespeicher, Kommunikationsbandbreite und Steuerungs- und Geräteprozessorfähigkeiten beeinflusst. Zum Beispiel wird bei gegenwärtig bekannten Prozessleitsystemarchitekturen die Verwendung von dynamischem und statischem nichtflüchtigem Speicher in der Steuerung normalerweise minimiert oder zumindest sorgfältig verwaltet. Daraus resultierend muss ein Benutzer während der Systemkonfiguration (z. B. a priori) typischerweise auswählen, welche Daten auf der Steuerung zu archivieren oder zu sichern sind, mit welcher Häufigkeit diese gesichert werden und ob Komprimierung verwendet wird oder nicht, und die Steuerung ist dementsprechend mit diesem beschränkten Satz von Datenregeln konfiguriert. Daher werden Daten, die bei der Fehlerbehebung und Prozessanalyse nützlich sein könnten, häufig nicht archiviert, und wenn diese gesammelt werden, können die nützlichen Informationen aufgrund von Datenkomprimierung verloren gegangen sein.
Zusätzlich, um Steuerungsspeicherverwendung in gegenwärtig bekannten Prozessleitsystemen zu minimieren, werden ausgewählte Daten, die zu archivieren oder zu sichern sind (wie durch die Konfiguration der Steuerung angegeben), an die Workstation oder Rechenvorrichtung zur Speicherung in einem angemessenen Datenarchivierungssystem oder Datensilo berichtet. Die gegenwärtigen Techniken, die verwendet werden, um die Daten zu berichten, nutzen wenig die Kommunikationsressourcen und induzieren übermäßige Steuerungsbelastung. Zusätzlich sind die Datensammlung und die Zeitstempelung aufgrund der zeitlichen Verzögerungen bei Kommunikation und Abnahme an dem Datenarchivierungssystem oder Silo häufig mit dem eigentlichen Prozess nicht synchronisiert.
Ferner, wie vorstehend erwähnt, werden Prozesssteuermodule durch dedizierte Steuerungen ausgeführt, wobei jede Steuerung kommunikativ mit mehreren in der Nähe befindlichen Feldgeräten gekoppelt ist. Jede Steuerung ist auf das Ausführen von Steuermodulen für die in der Nähe befindlichen Feldgeräte beschränkt und eine Steuerung kann keine Feldgeräte steuern, die kommunikativ mit einer anderen Steuerung innerhalb eines anderen Teils der Prozessanlage gekoppelt sind. Die verteilte Architektur der Steuerung kann zu Ineffizienzen in der Prozessanlage führen, da es für einige Steuerungen erforderlich sein kann, mehrere Operationen oder Aufgaben durchzuführen, während andere inaktiv oder unterverwendet sind.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Prozessleitsystem innerhalb von einer oder mehreren Prozessanlagen beinhaltet eine zentralisierte oder verteilte Steuerungsfarm mit mehreren Steuerungen ähnlich einer Serverfarm. Die Steuerungsfarm kann Blade-Servers oder Rack-Server beinhalten, wobei jede der Steuerungen in der Steuerungsfarm dazu konfiguriert ist, jedes der Feldgeräte in einer Prozessanlage oder in mehreren Prozessanlagen zu steuern, um den Betrieb der Prozessanlagen zu steuern. Auf diese Weise sind die Steuerungen nicht auf das Steuern einer vorbestimmten Anzahl von Feldgeräten, die sich in einem bestimmten Teil einer Prozessanlage in der Nähe zueinander befinden, beschränkt. Eine einzelne Steuerung innerhalb der Steuerungsfarm kann gleichzeitig Feldgeräte in mehreren Teilen der Prozessanlage oder in unterschiedlichen Prozessanlagen steuern. Zusätzlich kann die gleiche Steuerung eine Reihe von Feldgeräten während eines ersten Zeitintervalls und eine andere Reihe von Feldgeräten in einem anderen Teil der Prozessanlage während eines zweiten Zeitintervalls steuern. Dies ermöglicht erhöhte Flexibilität in dem Prozessleitsystem, sodass beliebige der Steuerungen in der Steuerungsfarm genutzt werden können, um Steuermodule oder andere Operationen entsprechend einem beliebigen der Feldgeräte in einer oder mehreren Prozessanlagen auszuführen. Steuermodule und andere Operationen können unter den Steuerungen zugewiesen werden, sodass eine Steuerung nicht mehrere Operationen durchführt, während andere inaktiv sind. In einigen Szenarios befindet sich die zentralisierte oder verteilte Steuerungsfarm in einem temperaturgesteuerten Raum oder Bereich an einem den Prozessanlagen ausgelagerten Standort.
Die Steuerungsfarm kann auch einen Steuermanager beinhalten, der Steuermodule und andere Operationen zu den Steuerungen zuweist. Der Steuermanager kann eine Anwendung sein, die auf einer der Steuerungen innerhalb der Steuerungsfarm enthalten ist, oder kann innerhalb einer anderen Rechenvorrichtung enthalten sein. Zum Beispiel kann der Steuermanager über Konfigurationsanwendungen erzeugte Steuermodule empfangen und die Steuermodule zu Steuerungen innerhalb der Steuerungsfarm zuweisen. Steuerungen können Steuermodulen basierend auf Verfügbarkeit zugewiesen werden. Zum Beispiel kann der Steuermanager auch Angaben von Last, Bandbreite, verfügbarem Speicher usw. von jeder der Steuerungen in der Steuerungsfarm empfangen und kann Steuermodule und andere Operationen auf Grundlage der entsprechenden Mengen von Verfügbarkeit zu den Steuerungen zuweisen.
Figurenliste

1A zeigt ein Blockdiagramm eines Prozessleitsystems, umfassend eine zentralisierte oder verteilte Steuerungsfarm, die kommunikativ mit Feldgeräten in einer oder mehreren Prozessanlagen innerhalb des Prozessleitsystems gekoppelt ist;
1B veranschaulicht eine beispielhafte Architektur der zentralisierten oder verteilten Steuerungsfarm, die mit dem Prozessleitsystem aus 1A kommunizieren kann;
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer beispielhaften Steuermanager-Rechenvorrichtung und mehrerer Steuerungen in der zentralisierten oder verteilten Steuerungsfarm aus 1B; und
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Lastenausgleich von Steuerungen in einem Prozessleitsystem darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1A ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Prozessleitsystems 100, das in einer Prozessanlage 10 betrieben wird. Das Prozessleitsystem 100 kann einen Netzwerk-Backbone 105 beinhalten, der direkt oder indirekt Konnektivität zwischen einer Vielzahl von anderen Geräten bereitstellt. Die mit dem Netzwerk-Backbone 105 gekoppelten Geräte beinhalten, in verschiedenen Ausführungsformen, Kombinationen von Zugangspunkten 72, Gateways 75 zu anderen Prozessanlagen (z. B. über ein Intranet oder Wide Area Network eines Unternehmens), Gateways 78 zu externen Systemen (z. B. zum Internet), UI-Geräte 112, Steuerungen 150a-n innerhalb einer Steuerungsfarm 160, verteilten Steuerungen 11, Eingabe/Ausgabe (E/A)-Karten 26 und 28, drahtgebundenen Feldgeräten 15-22, drahtlosen Gateways 35 und drahtlosen Kommunikationsnetzwerken 70. Die Kommunikationsnetzwerke 70 können drahtlose Geräte 40-58 beinhalten, die drahtlose Feldgeräte 40-46, drahtlose Adapter 52a und 52b, Zugangspunkte 55a und 55b und Router 58 beinhalten. Die drahtlosen Adapter 52a und 52b können mit nicht drahtlosen Feldgeräten 48 bzw. 50 verbunden sein. Die verteilte Steuerung 11 kann einen Prozessor 30, eine Speicher 32 und eine oder mehrere Steuerroutinen 38 beinhalten. Zusätzlich kann jede der Steuerungen 150a-n innerhalb der Steuerungsfarm 160 einen oder mehrere Prozessoren, einen Speicher und eine oder mehrere Steuerroutinen beinhalten, wie nachfolgend detaillierter beschrieben. Obwohl 1A nur ein einzelnes von einigen der Geräte zeigt, die mit dem Netzwerk-Backbone 105 verbunden sind, versteht es sich, dass jedes der Geräte über mehrere Instanzen auf dem Netzwerk-Backbone 105 verfügen kann und dass faktisch die Prozessanlage 10 mehrere Netzwerk-Backbones 105 beinhalten kann. Zusätzlich, während 1A eine einzelne Prozessanlage 10 darstellt, kann das Prozessleitsystem 100 mehrere Prozessanlagen 10 mit Feldgeräten, die durch Steuerungen 150a-n innerhalb der Steuerungsfarm 160 gesteuert werden, beinhalten. Ferner, während sich die Steuerungsfarm 160 innerhalb der Prozessanlage 10 befinden kann, kann sich die Steuerungsfarm 160 auch ausgelagert in einem temperaturgesteuerten Raum oder Bereich 154 befinden, um zu verhindern, dass die Steuerungen 150a-n überhitzen. In anderen Ausführungsformen ist die Steuerungsfarm 160 eine verteilte Steuerungsfarm 160a-160c, die sich in mehreren temperaturgesteuerten Räumen oder Bereichen 154a-c befindet, wobei die verteilte Steuerungsfarm 160a-c in Untermengen der Steuerungen 150a-c, 150d-f und 150g-i aufgeteilt ist. Zum Beispiel kann jeder der temperaturgesteuerten Räume oder Bereiche 154a-c mit einer anderen Prozessanlage 10 assoziiert sein. In einem anderen Beispiel befinden sich die temperaturgesteuerten Räume oder Bereiche 154a-c an unterschiedlichen ausgelagerten Standorten (z. B. unterschiedliche Städte, Staaten, Länder usw.).
Die UI-Geräte 112 können mit der Steuerungsfarm 160, der dedizierten Steuerung 11 und dem drahtlosen Gateway 35 über den Netzwerk-Backbone 105 kommunikativ verbunden sein. Die Steuerungsfarm 160 und die deduzierte Steuerung 11 können mit drahtgebundenen Feldgeräten 15-22 über Eingabe/Ausgabe (E/A)-Karten 26 und 28 kommunikativ verbunden sein und können mit drahtlosen Feldgeräten 40-46 über den Netzwerk-Backbone 105 und einen drahtlosen Gateway 35 kommunikativ verbunden sein. Die dedizierte Steuerung 11 kann einen Batch-Prozess oder einen kontinuierlichen Prozess mit mindestens einigen der Feldgeräte 15-22 und 40-46 umsetzen. Die dedizierte Steuerung 11, die beispielsweise die von Emerson Process Management vertriebene Steuerung DeltaV™ sein kann, ist mit dem Prozesssteuernetzwerk-Backbone 105 kommunikativ verbunden.
Die Steuerungsfarm 160 kann auch einen Batch-Prozess oder einen kontinuierlichen Prozess mit mindestens einer der Steuerungen 150a-n und einigen der Feldgeräte 15-22 und 40-46 umsetzen. In einigen Ausführungsformen ist die Steuerungsfarm 160 mit dem Prozesssteuernetzwerk-Backbone 105 kommunikativ verbunden. Die dedizierte Steuerung 11 und die Steuerungsfarm 160 können auch mit den Feldgeräten 15-22 und 40-46 über jede beliebige Hard- und Software, die z. B. mit Standard 4-20 mA-Geräten, E/A-Karten 26, 28 (oder einer elektronischen Marshalling-Komponente, die elektrisch mit den E/A-Karten 26, 28 verbunden ist) und/oder einem beliebigen intelligenten Kommunikationsprotokoll wie dem FOUNDATION^® Fieldbus-Protokoll, dem HART^®-Protokoll, dem Wireless HART^®-Protokoll usw. kommunikativ verbunden sein. In der in 1A veranschaulichten Ausführungsform sind die dedizierte Steuerung 11, die Feldgeräte 15-22 und die E/A-Karten 26, 28 drahtgebundene Geräte, während die Steuerungsfarm 160 und die Feldgeräte 40-46 drahtlose Geräte sind. Während die dedizierte Steuerung 11 mit einer vorbestimmten Reihe von Feldgeräten 15-22 und 40-46 kommunikativ verbunden sein kann, ist jede der Steuerungen 150a-n in der Steuerungsfarm mit jedem der Feldgeräte 15-22 und 40-46 in der Prozessanlage 10 sowie Feldgeräten in anderen Prozessanlagen innerhalb des Prozessleitsystems 100 kommunikativ verbunden.
Bei Betrieb des UI-Geräts 112 kann das UI-Gerät 112 in einigen Ausführungsformen eine Benutzerschnittstelle („UI“) ausführen, die es dem UI-Gerät 112 ermöglicht, Eingang über eine Eingangsschnittstelle anzunehmen und Ausgang an einem Display bereitzustellen. Das UI-Gerät 112 kann Daten (z. B. prozessbezogene Daten wie etwa Prozessparameter, Protokolldaten, Sensordaten und/oder beliebige andere Daten, die gesammelt und gespeichert werden können) von der Steuerungsfarm 160 empfangen. Das UI-Gerät 112 kann UI-Daten (die Anzeigedaten und Prozessparameterdaten beinhalten können) über den Backbone 105 von anderen Knoten in dem Prozessleitsystem 100, wie etwa die verteilte Steuerung 11 und den drahtlosen Gateway 35, empfangen. Basierend auf dem am UI-Gerät 112 empfangenen UI-Daten stellt das UI-Gerät 112 Ausgabe (d. h. visuelle Darstellungen oder Grafiken) bereit, die Aspekte des Prozesses darstellen, der mit dem Prozessleitsystem 100 assoziiert ist, was es dem Benutzer ermöglicht, den Prozess zu überwachen. Der Benutzer kann auch die Steuerung des Prozesses durch Bereitstellen von Eingabe an dem UI-Gerät 112 beeinflussen. Um zu veranschaulichen, kann das UI-Gerät 112 Grafiken bereitstellen, die zum Beispiel einen Tankbefüllungsprozess darstellen. In einem solchen Szenario kann der Benutzer eine Tankpegelmessung lesen und entscheiden, ob der Tank befüllt werden muss. Der Benutzer kann mit einer Einlassventilgrafik, die auf dem UI-Gerät 112 angezeigt wird, interagieren und einen Befehl eingeben, der das Einlassventil öffnet.
Im Betrieb kann ein Benutzer mit dem UI-Gerät 112 interagieren, um ein oder mehrere Geräte in dem Prozessleitsystem 100 zu überwachen oder zu steuern, wie etwa ein beliebiges der Feldgeräte 15-22 und 40-46. Der Benutzer kann mit dem UI-Gerät 112 interagieren, zum Beispiel, um einen Parameter, der mit einer in der Steuerungsfarm 160 oder der verteilten Steuerung 11 gespeicherten Steuerroutine assoziiert ist, zu modifizieren oder zu ändern. Der Prozessor 30 der verteilten Steuerung 11 implementiert oder überwacht eine oder mehrere Prozesssteuerroutinen (in einem Speicher 32 gespeichert), die Regelkreise beinhalten kann. Der Prozessor 30 kann mit den Feldgeräten 15-22 und 40-46 und mit anderen kommunikativ mit dem Backbone 105 verbundenen Knoten kommunizieren. Gleichermaßen kann ein Prozessor innerhalb einer Steuerung 150a-n der Steuerungsfarm 160 ausgewählt werden, um eine oder mehrere Prozesssteuerroutinen (in einem Speicher gespeichert), die Regelkreise beinhalten kann, zu implementieren oder zu überwachen. Der ausgewählte Prozessor kann mit den Feldgeräten 15-22 und 40-46 und mit anderen kommunikativ mit dem Backbone 105 verbundenen Knoten kommunizieren. Zu beachten ist, dass beliebige der hier beschriebenen Steuerroutinen oder -module (darunter Qualitätsvorhersage- und Fehlererkennungsmodule oder -funktionsblöcke) von verschiedenen Steuerungen oder anderen Geräten umgesetzt oder ausgeführt werden können, wenn dies gewünscht ist. Gleichermaßen können hier beschriebenen Steuerroutinen oder Module, die innerhalb des Prozessleitsystems 100 umzusetzen sind, jede beliebige Form annehmen, darunter Software, Firmware, Hardware usw. Die Steuerroutinen können in jedem gewünschten Softwareformat umgesetzt werden, beispielsweise durch Verwendung von objektorientierter Programmierung, Leiterlogik, sequentiellen Funktionsdiagrammen, Funktionsblockdiagrammen oder beliebigen anderen Softwareprogrammiersprachen oder Designparadigmen. Insbesondere können die Steuerroutinen durch einen Benutzer über das UI-Gerät 112 umgesetzt werden. Die Steuerroutinen können in jedem beliebigen Speichertyp, wie Arbeitsspeicher (RAM) oder Festwertspeicher (ROM), gespeichert sein. Ebenso können die Steuerroutinen beispielsweise in einem oder mehreren EPROMs, EEPROMs, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs) oder anderen Hardware- oder Firmware-Elementen hartcodiert sein. Somit kann die Steuerungsfarm 160 oder die verteilte Steuerung 11 dazu konfiguriert sein (durch einen Benutzer, der ein UI-Gerät 112 in bestimmten Ausführungsformen verwendet), um eine Steuerungsstrategie oder Steuerroutine in einer beliebiger Weise umsetzen.
In einigen Ausführungsformen des UI-Geräts 112 kann ein Benutzer mit dem UI-Gerät 112 interagieren, um eine Steuerungsstrategie auf der Steuerungsfarm 160 oder der verteilten Steuerung 11 mit Hilfe davon, was im Allgemeinen als Funktionsblöcke definiert ist, umzusetzen, wobei jeder Funktionsblock ein Objekt oder ein anderer Teil (z.B. ein Unterprogramm) einer übergeordneten Steuerroutine ist und in Verbindung mit anderen Funktionsblöcken (in Kommunikation über sogenannte Links) zur Umsetzung von Prozessregelkreisen innerhalb des Prozessleitsystems 100 seine Funktion erfüllt. Steuerungsbasierte Funktionsblöcke führen in der Regel eine Eingabefunktion aus, wie sie beispielsweise einem Geber, einem Sensor oder einer anderen Prozessparameter-Messeinrichtung, einer Steuerfunktion zugeordnet ist, beispielsweise einer solchen, die mit einer Steuerroutine verknüpft ist, welche eine PID-, Fuzzy-Logik- usw. -Steuerung ausführt, oder einer Ausgabefunktion, welche den Betrieb eines beliebigen Gerätes, beispielsweise eines Ventils, steuert, um eine physische Funktion innerhalb des Prozessleitsystems auszuführen. Natürlich existieren auch hybride und andere Arten von Funktionsblöcken. Die Funktionsblöcke können grafische Darstellungen aufweisen, die auf dem UI-Gerät 112 bereitgestellt werden, was es einem Benutzer ermöglicht, die Arten von Funktionsblöcken, die Verbindungen zwischen den Funktionsblöcken und die Eingaben/Ausgaben, die mit jedem der in dem Prozessleitsystem umgesetzten Funktionsblöcke assoziiert sind, einfach zu modifizieren. Funktionsblöcke können in der Steuerungsfarm 160 oder der verteilten Steuerung 11 gespeichert und ausgeführt werden, was typischerweise der Fall ist, wenn diese Funktionsblöcke für Standard 4-20 mA-Geräte und einige Typen von intelligenten Feldgeräten wie HART-Geräte verwendet werden, oder in den Feldgeräten selbst gespeichert und umgesetzt sind, was bei Fieldbus-Geräten der Fall sein kann. Die Steuerungsfarm 160 oder die verteilte Steuerung 11 kann eine oder mehrere Steuerroutinen 38 enthalten, die in der Lage sind, einen oder mehrere Regelkreise umzusetzen. Jeder Regelkreis wird typischerweise als ein Steuermodul bezeichnet und kann durch Ausführen von einem oder mehreren der Funktionsblöcke durchgeführt werden.
Immer noch in Bezug auf 1A kommunizieren die drahtlosen Feldgeräte 40-46 in einem drahtlosen Netzwerk 70 über ein drahtloses Protokoll, wie etwa dem Wireless-HART-Protokoll. In bestimmten Ausführungsformen kann das UI-Gerät 112 in der Lage sein, mit den drahtlosen Feldgeräten 40-46 über das drahtlose Netzwerk 70 zu kommunizieren. Solche drahtlosen Feldgeräte 40-46 können direkt mit einem oder mehreren anderen Knoten des Prozessleitsystems 100 kommunizieren, die ebenfalls für die drahtlose Kommunikation (z. B. über das drahtlose Protokoll) konfiguriert sind. Zur Kommunikation mit einem oder mehreren anderen Knoten, die nicht für die drahtlose Kommunikation konfiguriert sind, können die drahtlosen Feldgeräte 40-46 ein drahtloses Gateway 35 verwenden, das mit dem Backbone 105 verbunden ist. Natürlich können die Feldgeräte 15-22 und 40-46 mit allen anderen gewünschten Standards oder Protokollen, wie z.B. allen drahtgebundenen oder drahtlosen Protokollen, samt allen in der Zukunft entwickelten Standards oder Protokollen, konform sein.
Das drahtlose Gateway 35 ist ein Beispiel eines Provider-Geräts, das Zugriff auf verschiedene drahtlose Geräte 40-58 eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 70 bereitstellt. Insbesondere bietet das drahtlose Gateway 35 eine kommunikative Kopplung zwischen den drahtlosen Geräten 40-58 und anderen Knoten des Prozessleitsystems 100 (einschließlich der Steuerungsfarm 160 und der verteilten Steuerung 11 aus 1A). Das drahtlose Gateway 35 stellt in manchen Fällen kommunikative Kopplung durch die Routing-, Pufferungs- und Zeitsteuerungsdienste für untere Schichten der drahtgebundenen und drahtlosen Protokoll-Stacks bereit (z. B. Adressumwandlung, Routing, Paketsegmentierung, Priorisierung usw.), während eine gemeinsam genutzte Schicht oder Schichten der drahtgebundenen und drahtlosen Protokoll-Stacks getunnelt werden. In anderen Fällen kann das drahtlose Gateway 35 Befehle zwischen drahtgebundenen und drahtlosen Protokollen, die keine Protokollschichten gemeinsam nutzen, übertragen. Zusätzlich zu Protokoll- und Befehlsumwandlung kann das drahtlose Gateway 35 synchronisierte Taktung bereitstellen, die durch Zeitslots und Superframes (Reihen von Kommunikationszeitslots, die zeitlich gleich beabstandet sind) eines Planungsschemas, das mit dem in dem drahtlosen Netzwerk 70 implementierten drahtlosen Protokoll assoziiert ist, verwendet wird. Ferner kann das drahtlose Gateway 35 Netzwerkmanagement und administrative Funktionen für das drahtlose Netz 70 bereitstellen, wie etwa Ressourcenmanagement, Leistungseinstellungen, Eindämmung von Netzwerkfehlern, Datenverkehrsüberwachung, Sicherheit und dergleichen.
Ähnlich wie die drahtgebundenen Feldgeräte 15-22 können die drahtlosen Feldgeräte 40-46 des drahtlosen Netzwerks 70 physikalische Steuerungsfunktionen innerhalb der Prozessanlage 10 durchführen, z. B. Öffnen oder Schließen von Ventilen oder Messen von Prozessparametern. Die drahtlosen Feldgeräte 40-46 sind jedoch für die Kommunikation über das drahtlose Protokoll des Netzwerks 70 konfiguriert. Als solche sind die drahtlosen Feldgeräte 40-46, das drahtlose Gateway und andere drahtlose Knoten 52-58 des drahtlosen Netzwerks 70 Erzeuger und Verbraucher drahtloser Kommunikationspakete.
In einigen Szenarios kann das drahtlose Netzwerk 70 auch nicht-drahtlose Geräte beinhalten. Zum Beispiel kann ein Feldgerät 48 aus 1A ein 4-20 mA Altgerät sein und ein Feldgerät 50 kann ein herkömmliches drahtgebundenes HART-Gerät sein. Zur Kommunikation innerhalb des Netzwerks 70 können die Feldgeräte 48 und 50 über einen drahtlosen Adapter (WA) 52a oder 52b mit dem drahtlosen Kommunikationsnetz 70 verbunden sein. Zusätzlich können die drahtlosen Adapter 52a, 52b andere Kommunikationsprotokolle wie etwa Foundation^® Fieldbus, PROFIBUS, DeviceNet usw. unterstützen. Ferner kann das drahtlose Netzwerk 70 einen oder mehrere Netzwerkzugangspunkte 55a, 55b beinhalten, die separate physische Vorrichtungen sein können, welche mit dem drahtlosen Gateway 35 in drahtgebundener Kommunikation stehen, oder es kann mit dem drahtlosen Gateway 35 als integralem Gerät versehen sein. Das drahtlose Netzwerk 70 kann auch einen oder mehrere Router 58 umfassen, um Pakete von einem drahtlosen Gerät zu einem anderen drahtlosen Gerät innerhalb des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 30 weiterzuleiten. Die drahtlosen Geräte 40-46 und 52-58 können miteinander und mit dem drahtlosen Gateway 35 über drahtlose Verbindungen 60 des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 70 kommunizieren.
Dementsprechend beinhaltet 1A mehrere Beispiele von Provider-Geräten, die hauptsächlich dazu dienen, Netzwerk-Routing-Funktion und Administration für verschiedenen Netzwerke des Prozessleitsystems bereitzustellen. Zum Beispiel beinhalten das drahtlose Gateway 35, die Zugangspunkte 55a, 55b und der Router 58 eine Funktion, um drahtlose Pakete in dem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk 70 zu leiten. Das drahtlose Gateway 35 führt Datenverkehrsmanagement und administrative Funktionen für das drahtlose Netzwerk 70 aus und leitet Datenverkehr zu und von den drahtgebundenen Netzwerken, die mit dem drahtlosen Netzwerk 70 in kommunikativer Verbindung sind. Das drahtlose Netzwerk 70 kann ein drahtloses Prozesssteuerprotokoll verwenden, das speziell Prozesssteuermeldungen und -funktionen unterstützt, wie etwa Wireless HART.
In bestimmten Ausführungsformen kann das Prozessleitsystem 100 andere, mit dem Netzwerk-Backbone 105 verbundene Knoten beinhalten, die über andere drahtlose Protokolle kommunizieren. Zum Beispiel kann das Prozessleitsystem 100 einen oder mehrere drahtlose Zugangspunkte 72 beinhalten, die andere drahtlose Protokolle wie WiFi oder andere IEEE 802.11-konforme drahtlose lokale Netzwerkprotokolle, mobile Kommunikationsprotokolle wie WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), LTE (Long Term Evolution) oder andere ITU-R (International Telecommunication Union Radiocommunication Sector) kompatible Protokolle, kurzwellige Funkkommunikation wie Nahfeldkommunikation (NFC) und Bluetooth oder andere drahtlose Kommunikationsprotokolle verwenden. Typischerweise ermöglichen solche drahtlosen Zugangspunkte 72 die Kommunikation von Handheld- oder anderen tragbaren Rechenvorrichtungen über ein entsprechendes drahtloses Netzwerk, das sich vom drahtlosen Netzwerk 70 unterscheidet und das ein anderes drahtloses Protokoll als das drahtlose Netzwerk 70 unterstützt. In einigen Ausführungsformen kommuniziert das UI-Gerät 112 innerhalb des Prozessleitsystems 100 über einen drahtlosen Zugangspunkt 72.
Zusätzlich oder alternativ können die Provider-Geräte ein oder mehrere Gateways 75, 78 zu Systemen, die außerhalb des unmittelbaren Prozessleitsystems 100 liegen, beinhalten. Bei diesen Ausführungsformen kann das UI-Gerät 112 dazu verwendet werden, diese externen Systeme zu steuern, zu überwachen oder anderweitig damit zu kommunizieren. Typischerweise sind solche Kunden oder Lieferanten von Informationen, die durch das Prozessleitsystem 100 erzeugt oder betrieben werden. Zum Beispiel kann ein Anlagen-Gateway-Knoten 75 die unmittelbare Prozessanlage 10 (mit ihrem eigenen jeweiligen Prozesssteuerdatennetzwerk-Backbone 105) mit einer anderen Prozessanlage, die ihren eigenen jeweiligen Netzwerk-Backbone aufweist, kommunikativ verbinden. In einer Ausführungsform kann ein einzelner Netzwerk-Backbone 105 mehrere Prozessanlagen oder Prozesssteuerumgebungen bedienen.
In einem anderen Beispiel kann der Anlagen-Gateway-Knoten 75 die unmittelbare Prozessanlage mit einer Altprozessanlage oder einer Prozessanlage auf dem Stand der Technik, die keinen Prozesssteuer-Backbone 105 beinhaltet, kommunikativ verbinden. In diesem Beispiel kann der Anlagen-Gateway-Knoten 75 Meldungen zwischen einem Protokoll, das durch den Prozesssteuer-Großdaten-Backbone 105 der Anlage 10 verwendet wird, und einem anderen Protokoll, das durch das Altsystem verwendet wird (z. B. Ethernet, Profibus, Fieldbus, DeviceNet usw.) umwandeln oder übertragen. In einem solchen Beispiel kann das UI-Gerät 112 dazu verwendet werden, Systeme oder Netzwerke in den Altprozessanlagen oder Prozessanlagen auf dem Stand der Technik zu steuern, zu überwachen oder anderweitig damit zu kommunizieren.
Obwohl 1A eine einzelne verteilte Steuerung 11 mit einer finiten Anzahl von Feldgeräten 15-22 und 40-46 veranschaulicht, ist dies nur eine veranschaulichende und eine nicht beschränkende Ausführungsform. Jede beliebige Anzahl von verteilten Steuerungen 11 kann in die Provider-Geräte des Prozessleitsystems 100 einbezogen werden, und jede der verteilten Steuerungen 11 kann mit einer beliebigen Anzahl von drahtgebundenen oder drahtlosen Feldgeräten 15-22, 40-46 kommunizieren, um einen Prozess in der Anlage 10 zu steuern. Ferner kann die Prozessanlage 10 auch eine beliebige Anzahl von drahtlosen Gateways 35, Routern 58, Zugangspunkten 55, drahtlosen Prozesssteuerkommunikationsnetzwerken 70, Zugangspunkten 72 und/oder Gateways 75, 78 beinhalten. Obwohl 1A eine Steuerungsfarm 160 mit einer bestimmten Anzahl von Steuerungen 150a-n veranschaulicht, kann eine beliebige Anzahl von Steuerungen 150a-n in der Steuerungsfarm 160 enthalten sein, einschließlich Steuerungen im Zehnerbereich, Steuerungen im Hunderterbereich, Steuerungen im Tausenderbereich usw.
So wie hierin verwendet, kann eine „verteilte“ Steuerung mit einer Untermenge der Feldgeräte 15-22, 40-46 in der Prozessanlage 10 kommunikativ gekoppelt sein, um den Betrieb von zumindest einem Teil der Prozessanlage zu steuern. Eine verteilte Steuerung kann sich in der Nähe der entsprechenden Feldgeräte 15-22, 40-46 befinden, die durch die verteilte Steuerung gesteuert werden (z. B. innerhalb des gleichen Bereichs der Prozessanlage 10 wie die Feldgeräte 15-22, 40-46).
Ebenfalls wie hierin verwendet, kann eine „Steuerungsfarm“ oder eine „zentralisierte oder verteilte Steuerungsfarm“ mehrere Steuerungen beinhalten, die jeweils mit jedem der Feldgeräte 15-22, 40-46 in der Prozessanlage 10 und/oder Feldgeräten in anderen Prozessanlagen innerhalb des Prozessleitsystems 100 kommunikativ verbunden sind. Die zentralisierte oder verteilte Steuerungsfarm kann sich entfernt von den entsprechenden Feldgeräte 15-22, 40-46 befinden, die durch die zentralisierte oder verteilte Steuerungsfarm gesteuert werden (z. B. in einem anderen Bereich der Prozessanlage 10 der Feldgeräte 15-22, wie etwa ein temperaturgesteuerter Bereich oder ausgelagert von der Prozessanlage 10). Jede der Steuerungen kann dazu konfiguriert sein, Steuermodule für jedes der Feldgeräte 15-22, 40-46 in der Prozessanlage 10 und/oder Feldgeräte in anderen Prozessanlagen innerhalb des Prozessleitsystems 100 auszuführen. Zum Beispiel kann jede der Steuerungen dazu konfiguriert sein, das gleiche Steuermodul für das gleiche Feldgerät oder die gleiche Untermenge von Feldgeräten auszuführen. Eine der Steuerungen innerhalb der Steuerungsfarm kann ausgewählt sein, das Steuermodul durch Bereitstellen von Steuersignalen an eine Untermenge der Feldgeräte 15-22, 40-46 in einem bestimmten Zeitintervall auszuführen. Die Steuerungen kann später ausgewählt sein, ein anderes Steuermodul durch Bereitstellen von Steuersignalen an eine andere Untermenge der Feldgeräte 15-22, 40-46 in einem anderen Zeitintervall auszuführen. In einigen Szenarios befinden sich die Steuerungen in einer zentralisierten Steuerungsfarm und liegen innerhalb des gleichen Bereichs (z. B. ein temperaturgesteuerter Raum). In anderen Szenarios befinden sich die Steuerungen in einer verteilten Steuerungsfarm und liegen in mehreren Beriechen (z. B. mehrere temperaturgesteuerte Räume).
Ein Prozessleitsystem 100 kann sowohl verteilte Steuerungen als auch eine Steuerungsfarm beinhalten, wobei die verteilten Steuerungen und die Steuerungen innerhalb der Steuerungsfarm unterschiedliche Arten von Steuerung bereitstellen. Zum Beispiel können die verteilten Steuerungen Steuermodule ausführen, während die Steuerungen innerhalb der Steuerungsfarm überwachende Steuerung (z. B. Ändern von Sollwerten, Ausführen von Großdatenmodulen zur Ausführung von Analysen usw.) bereitstellen. In einem anderen Beispiel führen die verteilten Steuerungen Steuermodule aus und stellen einen Alarm oder ein anderes Signal an die Steuerungsfarm bereit, wenn Probleme mit der Steuerung vorliegen. Dann können die Steuerungen innerhalb der Steuerungsfarm die Steuermodule anstelle der verteilten Steuerungen ausführen.
Nun kann in Bezug auf 1B die Steuerungsfarm 160 einen oder mehrere Blade-Server beinhalten, von denen jeder mehrere Blades 150a-n, 152 aufweist, die Steuerungen 150a-n und einen Steuermanager 152 beinhalten. Jedes der Blade 150a-n, 152 kann eine dünne elektronische Schaltplatine mit einem oder mehreren Prozessoren und einem Speicher ähnlich der verteilten Steuerung 11 sein. Die Prozessoren innerhalb von jedem der Blades 150a-n, 152 können Mehrfachkern-Hardware beinhalten, wie etwa einen Mehrfachkern-Prozessor oder eine andere Art von Parallelprozessor. Zusätzlich kann der Speicher innerhalb von jedem der Blades 150a-n, 152 Speichertechnologie für hochdichten Speicher beinhalten, zum Beispiel Solid-State-Laufwerk-Speicher, Halbleiterspeicher, optischen Speicher, molekularen Speicher, biologischen Speicher oder jede andere geeignete Technologie für hochdichten Speicher. In einigen Anwendungen kann der Speicher auch Flash-Speicher beinhalten. Der Speicher (und in einigen Fällen der Flash-Speicher) kann dazu konfiguriert sein, Daten, die durch den entsprechenden Blade 150a-n, 152 erzeugt werden, empfangen werden oder anderweitig beobachtet werden, vorübergehend zu speichern oder zu cachen.
Die Blades 150a-n, die hierin auch als „Steuerungen“ (z. B. Steuerung 1, Steuerung 2, ... Steuerung N) bezeichnet werden, sind mit jedem der Feldgeräte 15-22, 40-46 in der Prozessanlage 10 und/oder Feldgeräten in anderen Prozessanlagen innerhalb des Prozessleitsystems 100 kommunikativ verbunden. In einigen Ausführungsformen sind die Blades 150a-n mit jedem der Feldgeräte 15-22, 40-46 über elektronische Marshalling-Komponenten (z. B. ein CHARacterization-Modul oder CHARM, bereitgestellt von Emerson Process Management) kommunikativ verbunden. Die elektronischen Marshalling-Komponenten können in einem elektronischen Marshalling-Block oder einer elektronischen Marshalling-Vorrichtung enthalten sein, wie etwa einem CHARM-Träger, der eine oder mehrere CHARM-E/A-Karten und einzeln konfigurierbare Kanäle (CHARMs) unterstützt. In einigen Ausführungsformen kommunizieren die Blades 150a-n drahtlos mit den CHARM-E/A-Karten über den Netzwerk-Backbone 105, das drahtlose Gateway 35 oder ein beliebiges anderes geeignetes Kommunikationsnetzwerk. Ein CHARM-E/A-Karte kommuniziert dann mit einem CHARM, der mit einem Feldgerät 15-22, 40-46 kommunikativ verbunden ist (z. B. auf eine drahtgebundene oder drahtlose Weise).
In jedem Fall beinhaltet jede Steuerung 150a-n Steuerroutinen oder -module, die einer Untermenge der Feldgeräte 15-22, 40-46 entsprechen, um zumindest einen Teil des Prozesses zu steuern. Während mehrere Steuerungen 150a-n innerhalb der Steuerungsfarm 160 Steuersignale an die gleiche Untermenge von Feldgeräten 15-22, 40-46 bereitstellen können, können mehrere Steuerungen 150a-n keine Steuersignale an das gleiche Feldgerät und/oder für die gleichen Parameter innerhalb des gleichen Zeitintervalls bereitstellen. Zum Beispiel können eine erste Steuerung 150a und eine zweite Steuerung 150b keine Steuersignale an das gleiche Ventil bereitstellen, die das Ventil anweisen, sich innerhalb des gleichen Zeitintervalls zu öffnen oder zu schließen. In einigen Ausführungsformen weist der Steuermanager 152 Steuermodule zu den Steuerungen 150a-n zu, sodass mehrere Steuerungen 150a-n keine Steuersignale an das gleiche Feldgerät und/oder für die gleichen Parameter innerhalb des gleichen Zeitintervalls bereitstellen können. Zusätzlich oder alternativ kann ein Steuerüberwachungsmodul innerhalb der Steuerungsfarm 160 die Steuerausgänge von den Steuerungen 150a-n überwachen, um zu bestimmen, ob beliebige zwei Steuerausgänge zu dem gleichen Feldgerät verlaufen und/oder für den gleichen Parameter innerhalb des gleichen Zeitintervalls sind. Wenn dies auftritt, kann das Steuerüberwachungsmodul die Steuersignale übergehen, um sicherzustellen, dass nur eines der Steuersignale an das Feldgerät bereitgestellt wird. Das Steuerüberwachungsmodul kann auch eine Aufforderung an eine der Steuerungen 150a-n oder an den Steuermanager 152 bereitstellen, um das Bereitstellen von Steuersignalen an das Feldgerät während des Zeitintervalls zu stoppen. Mehrere Steuerungen 150a-n können jedoch Ausgänge von dem gleichen Feldgerät innerhalb des gleichen Zeitintervalls empfangen, wie etwa den Ventilöffnungsprozentsatz von dem gleichen Ventil.
In einigen Ausführungsformen kann für jede(s) der Steuerroutinen oder -module, die durch die Steuerungen 150a-n ausgeführt werden, eine der Steuerungen 150a-n ein Redundanzmodul beinhalten. Das Redundanzmodul kann die Steuerung 150b dazu veranlassen, das Redundanzmodul auszuführen, um mit der Steuerung 150a, die das Steuermodul ausführt, synchron zu bleiben, sodass die Steuerung 150b, die das Redundanzmodul ausführt, dazu verfügbar ist, das Steuermodul zu übernehmen und auszuführen, wenn die Steuerung 150a, die gegenwärtig das Steuermodul ausführt, ausfällt. Um mit der Steuerung 150a, die das Steuermodul ausführt, synchron zu bleiben, kann das Redundanzmodul die Steuerung 150b, die das Redundanzmodul ausführt, dazu veranlassen, die gleichen Eingänge, Ausgänge, Sollwerte usw. zu empfangen, die durch die Steuerung 150a, die das Steuermodul ausführt, empfangen und bereitgestellt werden. Die Steuerung 150a, die das Steuermodul ausführt, kann eine andere Steuerung oder ein anderes Blade als die Steuerung oder das Blade 150b sein, die/das das Redundanzmodul ausführt. Ähnlich den Steuermodulen können die Redundanzmodule Software, Firmware, Hardware usw. sein. Die Redundanzmodule können in jedem gewünschten Softwareformat umgesetzt werden, beispielsweise durch Verwendung von objektorientierter Programmierung, Leiterlogik, sequentiellen Funktionsdiagrammen, Funktionsblockdiagrammen oder beliebigen anderen Softwareprogrammiersprachen oder Designparadigmen.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet jede Steuerung 150a-n auch Großdatenmodule, die einer Untermenge der Feldgeräte 15-22, 40-46 entsprechen, um Prozesssteuerdaten von der Prozessanlage 10 zu sammeln und zu speichern, einschließlich Sensordaten, Steuerparameter, mit den Daten assoziierte Zeitstempel oder beliebige andere Arten von Daten, die in der Prozessanlage verfügbar sind. Dies kann Messdaten, Konfigurationsdaten, Batchdaten, Ereignisdaten und/oder fortlaufende Daten, wie etwa Echtzeitprozessdaten, enthalten, die erzeugt werden, während ein Prozess in der Prozessanlage 10 entsprechend Konfigurationen, Batchprogrammierungen, Sollwerten, Ausgängen, Raten, Steueraktionen, Diagnosen, Alarmen, Ereignissen und/oder Änderungen davon gesteuert wird.
Die Großdatenmodule können auch die gesammelten Prozesssteuerdaten analysieren, um Modelle zu entwickeln und/oder zu verwenden, Datentrends und/oder Korrelationen zu erkennen, Anlagenpersonal in Bezug auf tatsächliche oder vorhergesagte Probleme oder abnormale Situationen und/oder suboptimale Bedingungen, die die Prozessanlage 10 beeinträchtigen können oder bald beeinträchtigen werden, zu alarmieren usw. In einigen Ausführungsformen führt ein Großdatenmodul diese Funktionen aus, ohne spezifisch programmiert zu sein, um eine besondere Reihe von Daten oder Trends mit einem bestimmten Problem oder Zustand zu assoziieren und erkennt stattdessen, dass ein aktuelles Zusammentreffen von Trends oder Daten vorher zu der oder um die Zeit eines vorherigen Zustands (der ein positiver/erwünschter Zustand oder ein negativer/unerwünschter Zustand sein kann) aufgetreten ist. Aus der Erkennung des vorherigen Auftretens des Zusammentreffens von Trends oder Daten kann das Großdatenmodul den Zustand vorhersagen („Pro-Nostics“). Die Großdatenmodule können auch aus gesammelten Prozesssteuerdaten bestimmen, welche Prozessvariablen, Sensorwerte usw. am wichtigsten beim Erkennen, Vorhersagen, Verhindern und/oder Korrigieren einer abnormalen Situation in der Prozessanlage 10 sind. Zum Beispiel kann ein Großdatenmodul bestimmen, dass ein Trend, der durch eine Reihe von vorherigen Datenpunkten angegeben ist, eine vorhergesagte abnormale Situation, ein vorhergesagtes Wartungsproblem, einen vorhergesagten Ausfall usw. angibt.
Ähnlich den Steuermodulen können die Großdatenmodule Software, Firmware, Hardware usw. sein. Die Großdatenmodule können in jedem gewünschten Softwareformat umgesetzt werden, beispielsweise durch Verwendung von objektorientierter Programmierung, Leiterlogik, sequentiellen Funktionsdiagrammen, Funktionsblockdiagrammen oder beliebigen anderen Softwareprogrammiersprachen oder Designparadigmen.
Zusätzlich zu den Steuerungen 150a-n beinhaltet die Steuerungsfarm 160 einen Steuermanager 152, der Steuermodule, Redundanzmodule, Großdatenmodule und beliebige andere geeignete Operationen zu den Steuerungen 150a-n zuweist. In einigen Ausführungsformen ist der Steuermanager 152 in Hardware implementiert und ist eines der Blades innerhalb der Blade-Server. In anderen Ausführungsformen ist der Steuermanager 152 eine Software-Anwendung, die in einem beliebigen der Blades 150a-n, 152 in der Steuerfarm 160 implementiert werden kann, und eine Steuerung 150a kann eine Steuermanageranwendung zusätzlich zu den Steuermodulen, Redundanzmodulen, Großdatenmodulen usw. beinhalten. Im Rahmen dieser Beschreibung kann der Steuermanager 152 hierin als ein Hardware-Gerät innerhalb der Steuerungsfarm 160 beschrieben werden, wie etwa als ein Blade eines Blade-Servers. Die Steuerungsfarm 160 kann einen einzelnen Steuermanager 152 beinhalten, der auf einem einzelnen Blade implementiert ist und der Steuerung für jede der Steuerungen innerhalb mehrerer Blade-Server in der Steuerungsfarm 160 verwaltet. In anderen Ausführungsformen ist der Steuermanager 152 über mehrere Blades implementiert. In noch anderen Ausführungsformen beinhaltet die Steuerungsfarm 160 einen oder mehrere Rack-Server, die jeweils mehrere Befestigungsslots aufweisen, die als Bays 150a-n, 152 bezeichnet werden.
In anderen Ausführungsformen beinhaltet die Steuerungsfarm 160 Cloud-Server in einer Cloud-Computing-Umgebung, Fog-Server in einer Fog-Computing-Umgebung, wobei die Fog-Computing-Umgebung zum Beispiel durch die Organisation gehostet wird, die die Prozessanlage(n) 10 innerhalb des Prozessleitsystems 100 betreibt, eine eine beliebige geeignete Kombination von diesen. Während zum Beispiel eine Cloud-Computing-Umgebung Steuerungen beinhalten kann, die Prozesse in Prozessanlagen 10 in den Vereinigten Staaten oder sogar weltweit steuern, kann die Fog-Computing-Umgebung Steuerungen beinhalten, die Prozesse in Prozessanlagen 10, die zu einer bestimmten Organisation gehören oder durch diese betrieben werden, oder Prozessanlagen 10 in einer bestimmten Stadt steuern.
In jedem Fall kann der Steuermanager 152 Steuermodule, Redundanzmodule, Großdatenmodule usw. aus Konfigurationsanwendungen, die auf einem oder mehreren UI-Geräten 112 erzeugt werden, erlangen. In einigen Ausführungsformen erzeugt der Steuermanager 152 automatisch ein Redundanzmodul beim Erlangen eines entsprechenden Steuermoduls. Nun in Bezug auf 2 kommuniziert der Steuermanager 152 mit mehreren Steuerungen 150a-n in der Steuerungsfarm 160. Jede der Steuerungen 150a-n und der Steuermanager 152 können physische Maschinen (z. B. Hardware) oder virtuelle Maschinen (z. B. Software) sein. Auf diese Weise kann ein Blade der Steuerungsfarm 160 mehrere virtuelle Gastmaschinen oder Steuerungen hosten. In jedem Fall beinhaltet der Steuermanager 152 eine Steuerexekutive 200, einen Lastverteiler 202, eine Shadow-Datenbank 204, einen Redundanzmanager 206, Steuermodule 208 und Großdatenmodule (nicht gezeigt). Jede der Steuerungen 1-N (Bezugszeichen 150a-n) beinhaltet einen Prozessor 210a-n, wie etwa einen Mehrfachkernprozessor oder eine andere Art von Parallelprozessor, und einen Speicher 212a-n, der ein hochdichter Speicher sein kann. Jeder der Speicher 212a-n kann verschiedene Routinen speichern, die zu der entsprechenden Steuerung 150a-n zugewiesen sind, darunter Steuermodule 214a-n, Großdatenmodule 216a-n und Redundanzmodule 218a-n.
Zusätzlich zum Speichern und Ausführen von Routinen, um Operationen innerhalb der Prozessanlage 10 zu steuern, können die Steuerungen 150a-n Angaben von Verfügbarkeit an den Steuermanager 152 bereitstellen. In einigen Ausführungsformen stellt jede der Steuerungen 150a-n eine Verfügbarkeitsmetrik für ein bestimmtes Zeitintervall an den Steuermanager 152 auf Grundlage der Last an der Steuerung 150a-n, der verfügbaren Menge von Speicher an der Steuerung 150a-n und Bandbreite zum Übertragen von Daten von der Steuerung 150a-n bei dem bestimmten Zeitintervall bereit. In anderen Ausführungsformen stellt jede der Steuerungen 150a-n Angaben der Last an der Steuerung 150a-n, die verfügbare Menge von Speicher an der Steuerung 150a-n und Bandbreite zum Übertragen von Daten von der Steuerung 150a-n für ein bestimmtes Zeitintervall bereit. Der Steuermanager 152 bestimmt dann eine Verfügbarkeitsmetrik für das bestimmte Zeitintervall für jede Steuerung 150a-n auf Grundlage dieser Informationen. Die Last an der Steuerung 150a-n kann die Menge von Verarbeitung angeben, die durch die Steuerung 150a-n durchgeführt wird, sowie die Verarbeitungsfähigkeiten der Steuerung 150a-n (z. B. Single-Core, Dual-Core, Quad-Core usw.).
Die Steuerexekutive 200 am Steuermanager 152 kann Operationen empfangen, die durch die Steuerungen 150a-n in der Steuerungsfarm 160 durchzuführen sind, wie etwa Steuermodule 208, Redundanzmodule, Großdatenmodule usw. aus Konfigurationsanwendungen, die auf einem oder mehreren UI-Geräten 112 erzeugt werden, oder aus anderen Anwendungen oder Geräten innerhalb des Prozessleitsystems 100. In einigen Ausführungsformen erzeugt der Redundanzmanager 206 ein Redundanzmodul für jedes Steuermodul 208, das durch den Steuermanager 152 erlangt wird. Das Redundanzmodul kann die Steuerung 150a-n, die das Redundanzmodul ausführt, dazu veranlassen, die gleichen Eingänge, Ausgänge, Sollwerte usw. zu empfangen, die durch die Steuerung 150a-n, die das Steuermodul ausführt, empfangen und bereitgestellt werden, ohne die in dem Steuermodul enthaltenen Regelkreise oder Funktionen auszuführen. In einigen Ausführungsformen stelle die Steuerexekutive 200 jedes der erlangten Steuermodule 208 für den Redundanzmanager 206 bereit, damit der Redundanzmanager ein entsprechendes Redundanzmodul erzeugt.
In einigen Ausführungsformen weist die Steuerexekutive 200 auch eine Prioritätsstufe für jedes der Steuermodule 208, Redundanzmodule und Großdatenmodule zu und stuft die Module in der Reihenfolge der Priorität ein. Prioritätsstufen können automatisch auf Grundlage einer vorbestimmten Reihe von Prioritätsregeln zugewiesen werden (z. B. ein Redundanzmodul hat die gleiche Prioritätsstufe wie ein entsprechendes Steuermodul, Steuermodule haben höhere Prioritätsstufen als Großdatenmodule usw.). Zusätzlich oder alternativ kann ein Benutzer die Prioritätsstufe für jedes der Module zuweisen. Wenn zum Beispiel ein Konfigurationstechniker ein Steuermodul über eine Konfigurationsanwendung erzeugt, kann der Konfigurationstechniker auch eine Prioritätsstufe für das Steuermodul zuweisen.
Die Steuerexekutive 200 kann mit dem Lastverteiler 202 kommunizieren, um zu bestimmen, welche Steuerung 150a-n welche Steuermodule 208, Redundanzmodule und Großdatenmodule während eines bestimmten Zeitintervalls ausführen soll. In einigen Ausführungsformen empfangt der Lastverteiler 202 eine Verfügbarkeitsmetrik für jede der Steuerungen 150a-n in der Steuerungsfarm 160 und eine Liste von Steuermodulen, Redundanzmodulen und Großdatenmodulen, die innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls (z. B. 30 Minuten, eine Stunde, zwei Tage, ein Tag usw.) auszuführen sind, was entsprechende Prioritätsstufen für jedes der Module beinhalten kann. Der Lastverteiler 202 weist dann eine Steuerung 150a-n in der Steuerungsfarm 160 zu, um jedes der Module auszuführen. In einigen Szenarios kann eine einzelne Steuerung 150a-n mehrere Module innerhalb des gleichen Zeitintervalls in Abhängigkeit von den Parallelverarbeitungsfähigkeiten und der Speicherdichte der Steuerung 150a-n ausführen. In einem anderen Beispielszenario bestimmt der Lastverteiler 202 zwei unterschiedliche Steuerungen 150a-n, um ein Steuermodul und ein Redundanzmodul auszuführen, sodass die Steuerung 150a-n, die das Redundanzmodul ausführt, im Falle eines Ausfalls an der Steuerung die Steuerung 150a-n, die das Steuermodul ausführt, übernehmen kann.
In einigen Ausführungsformen bestimmt der Lastverteiler 202 Eigenschaften von jedem der Module, wie etwa ob jedes Modul periodisch oder auf Grundlage des Auftretens eines Ereignisses (ereignisgesteuert) ausgeführt wird, die Ausführungszeit für jedes Modul oder beliebige andere geeignete Eigenschaften. Dann bestimmt der Lastverteiler 202 Steuerungen 150a-n, um die Module auf Grundlage der Verfügbarkeitsmetrik für die Steuerungen 150a-n und den Prioritätsstufen und Eigenschaften der Module auszuführen. Insbesondere verwendet der Lastverteiler 202 einen Lastverteilungsalgorithmus, um Steuerungen 150a-n zuzuweisen, um die Module auszuführen.
Zum Beispiel kann der Lastverteiler 202 jede der Steuerungen 150a-n gemäß deren entsprechenden Verfügbarkeitsmetriken einstufen, wobei die Steuerung 150a-n mit der höchsten Verfügbarkeitsmetrik die größte Menge von Verfügbarkeit aufweist und in der Reihenfolge am höchsten eingestuft ist. Der Lastverteiler 202 kann auch jedes der Module auf Grundlage einer Kombination der Prioritätsstufe und der Eigenschaften für jedes Modul einstufen. In einigen Ausführungsformen werden periodische Module über ereignisgesteuerten Modulen eingestuft, dann wird jedes der periodischen Module auf Grundlage der Prioritätsstufe kategorisiert und jedes der ereignisgesteuerten wird auf Grundlage der Prioritätsstufe kategorisiert. Jeder der periodischen Module in der hohen Prioritätskategorie kann über jedem der periodischen Module in der mittleren Prioritätskategorie eingestuft werden und so weiter. Periodische oder ereignisgesteuerte Module in der gleichen Prioritätskategorie können ferner auf Grundlage von Ausführungszeit eingestuft sein. Insbesondere wenn drei Prioritätskategorien (hoch, mittel und niedrig) und periodische und ereignisgesteuerte Module vorhanden sind, können die periodischen Module mit hoher Priorität als oberste eingestuft werden, wobei jedes Modul in dieser Kategorie weiter in der Reihenfolge der Ausführungszeit eingestuft wird, gefolgt von den periodischen Modulen mit mittlerer Priorität, gefolgt von den periodischen Modulen mit niedriger Priorität, gefolgt von den ereignisgesteuerten Modulen mit hoher Priorität usw.
Dementsprechend kann der Lastverteiler 202 die Steuerungen 150a-n einstufen und kann die Module einstufen. Obwohl die Steuerungen 150a-n in dem vorstehenden Beispiel in der Reihenfolge der Verfügbarkeitsmetrik eingestuft sind und die Module in der Reihenfolge der Prioritätsstufen und Moduleigenschaften eingestuft sind, können die Steuerungen 150a-n und Module auf eine beliebige geeignete Weise eingestuft werden.
Dann kann der Lastverteiler 202 einen Round-Robin-Umkehrmechanismus verwenden, um zuerst das am höchsten eingestuften Modul (z. B. ein periodisches Modul mit hoher Priorität mit der längsten Ausführungszeit) zu der am höchsten eingestufte Steuerung 150a-n (z. B. die Steuerung mit der höchsten Verfügbarkeitsmetrik) zuzuweisen. Das als zweithöchstes eingestufte Modul kann zu der am zweithöchsten eingestuften Steuerung 150a-n zugewiesen werden und der Algorithmus kann auf diese Weise fortgeführt werden, bis die am niedrigsten eingestufte Steuerung 150a-n zu einem Modul zugewiesen wurde. Wenn weitere Module zuzuweisen sind, fährt der Lastverteiler 202 damit fort, Module in umgekehrter Reihenfolge zuzuweisen. Zum Beispiel weist der Lastverteiler 202 auch das nächste Modul zu der am niedrigsten eingestuften Steuerung 150a-n zu und weist dann das Modul, das unter dem nächsten Modul eingestuft ist, zu der am zweitniedrigsten eingestuften Steuerung 150a-n zu und fährt in zunehmender Reihenfolge fort, bis die am höchsten eingestufte Steuerung 150a-n zwei Modulen zugewiesen ist. Dann kehrt der Lastverteiler 202 erneut die Reihenfolge um, um Module in abnehmender Reihenfolge zuzuweisen, und fährt auf umgekehrte Round-Robin-Weise fort, bis jedes der Module zu Steuerungen 150a-n zugewiesen ist.
Obwohl der Lastverteiler 202 die Steuerungen 150a-n und die Module einstufen kann und einen Round-Robin-Umkehrmechanismus verwenden kann, um Module zu Steuerungen 150a-n zuzuweisen, kann der Lastverteiler 202 Module auf eine beliebige geeignete Weise zu Steuerungen 150a-n zuweisen, um die Module unter den Steuerungen 150a-n in der Steuerungsfarm 160 zu verteilen. In anderen Ausführungsformen werden die Module unabhängig von der Prioritätsstufe oder den Eigenschaften gleichmäßig oder zumindest ähnlich unter den Steuerungen 150a-n verteilt. In noch anderen Ausführungsformen weist der Lastverteiler 202 Module zu der gleichen Steuerung 150a zu, bis die Verarbeitung an der Steuerung 150a die Kapazität erreicht. Dann weist der Lastverteiler 202 Module zu einer anderen Steuerung 150b zu, bis die Verarbeitung an der anderen Steuerung 150b die Kapazität erreicht, und der Lastverteiler 202 kann damit fortfahren, Module auf diese Weise zuzuweisen.
In jedem Fall stellt die Steuerexekutive 200 dann die zugewiesenen Module an die entsprechenden Steuerungen 150a-n bereit, sodass jede Steuerung 150a-n die zugewiesenen Module ausführen kann. In einigen Ausführungsformen analysiert die Steuerexekutive 200 die Zuweisungen kann einige der Zuweisungen anpassen, um sicherzustellen, dass mehrere Steuerungen 150a-n keine Steuersignale an das gleiche Feldgerät und/oder für den gleichen Parameter innerhalb des gleichen Zeitintervalls bereitstellen.
In einem beispielhaften Szenario kann einer Steuerung 150a während eines ersten Zeitintervalls eine erste Reihe von Modulen zugewiesen werden, einschließlich Steuermodulen, Großdatenmodulen und Redundanzmodulen. Die Steuerexekutive 200 kann während des ersten Zeitintervalls die Steuermodule 214a, Großdatenmodule 216a und Redundanzmodule 218a auf die Steuerung 150a herunterladen. Dann kann während eines zweiten Zeitintervalls der Steuerung 150a eine zweite Reihe von Modulen, die sich von der ersten Reihe von Modulen unterscheidet, zugewiesen werden. Die Steuerexekutive 200 kann während des zweiten Zeitintervalls die Steuermodule 214a, Großdatenmodule 216a und Redundanzmodule 218a auf die Steuerung 150a herunterladen.
In einem anderen beispielhaften Szenario weist während eines bestimmten Zeitintervalls der Steuermanager 152 ein erstes Steuermodul zu einer ersten Steuerung 150a zu, wobei das erste Steuermodul einer ersten Untermenge der Feldgeräte 15-22, 40-46 entspricht. Der Steuermanager 152 weist ein zweites Steuermodul zu einer zweiten Steuerung 150b zu, wobei das zweite Steuermodul einer zweiten Untermenge der Feldgeräte 15-22, 40-46 entspricht. Die erste und die zweite Untermenge der Feldgeräte 15-22, 40-46 können sich in verschiedenen Bereichen der gleichen Prozessanlage 10 oder in verschiedenen Prozessanlagen 10 befinden. Die erste Steuerung 150a führt dann das erste Steuermodul aus und die zweite Steuerung 150b führt das zweite Steuermodul innerhalb des gleichen Zeitintervalls aus. Während eines späteren Zeitintervalls ist die erste Steuerung 150a nicht länger zu dem ersten Steuermodul zugewiesen und die zweite Steuerung 150b ist sowohl dem ersten als auch dem zweiten Steuermodul zugewiesen. Zum Beispiel kann die erste Steuerung 150a nicht über die Verarbeitungsressourcen verfügen, um das erste Steuermodul während eines späteren Zeitintervalls auszuführen. Die zweite Steuerung 150b führt dann das erste und das zweite Steuermodul jeweils für die erste und die zweite Untermenge der Feldgeräte 15-22, 40-46 während des späteren Zeitintervalls aus.
In einigen Ausführungsformen bleiben periodische Module für mehrere Zeitintervalle zu der gleichen Steuerung 150a-n zugewiesen, wohingegen ereignisgesteuerte Module für jedes Zeitintervall auf Grundlage der Verfügbarkeitsmetriken der Steuerungen 150a-n mit dem bestimmten Zeitintervall zu den Steuerungen 150a-n neu zugewiesen werden. In anderen Ausführungsformen wird jedes der Steuermodule 208, Großdatenmodule und Redundanzmodule vor der Ausführung (z. B. wenn die Module erzeugt werden) auf jede der Steuerungen 150a-n heruntergeladen und in deren entsprechenden Speichern 212a-n gespeichert. Wenn die Steuerexekutive 200 eine Steuerung 150a auswählt, um ein bestimmtes Modul auszuführen, stellt der Steuermanager 152 eine Angabe des jeweiligen Moduls an die ausgewählte Steuerung 150a bereit und die ausgewählte Steuerung 150a ruft das jeweilige Modul aus dem Speicher 212a ab und führt das jeweilige Modul aus.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Steuermanager 152 eine Shadow-Datenbank 204, die Eingabedaten für die Steuermodule 208, Redundanzmodule und Großdatenmodule speichert. Eingabedaten für die Module können von UI-Geräten 112 erlangt werden, zum Beispiel, wenn die Module über eine Konfigurationsanwendung erzeugt werden. Die Eingabedaten können auch aus den Steuerungen 150a-n erlangt werden, die die Steuerungen 150a-n die Steuermodule 214a-n und die Großdatenmodule 216a-n ausführen. Ausgaben von den Steuermodulen 214a-n und den Großdatenmodulen 216a-n können auf der Shadow-Datenbank 204 von den Steuerungen 150a-n empfangen werden und als Eingabedaten für Steuermodule 208, Redundanzmodule und Großdatenmodule, die während nachfolgender Zeitintervalle ausgeführt werden, gespeichert werden.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Lastenausgleich zwischen Steuerungen in einem Prozessleitsystem 100 darstellt. Das Verfahren 300 kann auf dem Steuermanager 152 innerhalb der Steuerungsfarm 160 oder einer einem beliebigen anderen Rechengerät, Blade-Server usw. innerhalb der Steuerungsfarm 160 oder in Kommunikation mit der Steuerungsfarm 160 ausgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren in einer Reihe von Anweisungen implementiert sein, die auf einem nicht flüchtigen, computerlesbaren Speicher gespeichert sind und durch einen oder mehrere Prozessoren des Steuermanagers 152 ausführbar sind.
Bei Block 302 werden Steuermodule, Redundanzmodule und Großdatenmodule erlangt. Zum Beispiel können die Module von UI-Geräten 112 über Konfigurationsanwendungen erlangt werden. In einigen Ausführungsformen werden die Steuermodule erlangt und ein Redundanzmodul wird automatisch für jedes Steuermodul erzeugt, sodass eine Steuerung, die das Redundanzmodul ausführt, die gleichen Eingänge, Ausgänge, Sollwerte usw. empfängt, die durch die Steuerung, die das Steuermodul ausführt, empfangen und bereitgestellt werden.
Prioritätsstufen werden dann zu jedem der Steuermodule, Redundanzmodule und Großdatenmodule zugewiesen (Block 304). Die Prioritätsstufen können nummerische Prioritätsstufen sein (z. B. 1, 2, 3), können eine Kategorie aus einer Reihe von Kategorien sein (z. B. hoch, mittel, niedrig) oder können eine beliebige geeignete Angabe von Priorität sein. In einigen Ausführungsformen werden die Prioritätsstufen durch Benutzer zugewiesen, zum Beispiel zu dem Zeitpunkt, zu dem die Module über Konfigurationsanwendungen erzeugt werden. In anderen Ausführungsformen werden die Prioritätsstufen automatisch auf Grundlage einer vorbestimmten Reihe von Prioritätsregeln zugewiesen (z. B. ein Redundanzmodul hat die gleiche Prioritätsstufe wie ein entsprechendes Steuermodul, Steuermodule haben höhere Prioritätsstufen als Großdatenmodule usw.).
Dann wird bei Block 306 jedes der Steuermodule, Redundanzmodule und Großdatenmodule eingestuft. In einigen Ausführungsformen werden die Module in der Reihenfolge der Prioritätsstufe eingestuft. Die Module können ferner gemäß den Moduleigenschaften eingestuft werden, wie etwa ob jedes Modul periodisch oder auf Grundlage des Auftretens eines Ereignisses (ereignisgesteuert) ausgeführt wird, der Ausführungszeit für jedes Modul oder beliebigen anderen geeigneten Eigenschaften. Zum Beispiel können periodische Module über ereignisgesteuerten Modulen eingestuft werden und die periodischen Module können ferner gemäß der Prioritätsstufe eingestuft werden. Die ereignisgesteuerten Module können ferner auch gemäß der Prioritätsstufe eingestuft werden. Dann kann jedes der periodischen Module mit der höchsten Prioritätsstufe gemäß der Ausführungszeit eingestuft werden, wobei die periodischen Module mit der höchsten Prioritätsstufe und der längsten Ausführungszeit am höchsten eingestuft werden. In anderen Ausführungsformen können die Module unter Verwendung einer beliebigen Kombination von Prioritätsstufe und Moduleigenschaften oder auf eine beliebige geeignete Weise eingestuft werden.
Angaben von Verfügbarkeit werden für jede der Steuerungen 150a-n in der Steuerungsfarm 160 für ein bestimmtes Zeitintervall erlangt (Block 308). Zum Beispiel kann jede Steuerung 150a-n eine Verfügbarkeitsmetrik für das bestimmte Zeitintervall auf Grundlage der Last an der Steuerung 150a-n, der verfügbaren Menge von Speicher an der Steuerung 150a-n und Bandbreite zum Übertragen von Daten von der Steuerung 150a-n bei dem bestimmten Zeitintervall erzeugen. Die Steuerungen 150a-n können dann die entsprechenden Verfügbarkeitsmetriken an den Steuermanager 152 bereitstellen. In einem anderen Beispiel kann jede Steuerung 150a-n Angaben der Last an der Steuerung 150a-n, die verfügbare Menge von Speicher an der Steuerung 150a-n und Bandbreite zum Übertragen von Daten von der Steuerung 150a-n für das bestimmte Zeitintervall bereit bereitstellen. Der Steuermanager 152 bestimmt dann die Verfügbarkeitsmetrik für das bestimmte Zeitintervall für jede Steuerung 150a-n auf Grundlage dieser Informationen.
In einigen Ausführungsformen stuft der Steuermanager 152 jede der Steuerungen 150a-n auf Grundlage der Verfügbarkeitsmetriken für das bestimmte Zeitintervall ein. Zum Beispiel wird die Steuerung 150a-n mit der höchsten Verfügbarkeitsmetrik und damit der größten Menge von Verfügbarkeit am höchsten eingestuft. Die Steuerungen 150a-n werden dann in absteigender Reihenfolge der Verfügbarkeit eingestuft.
Bei Block 310 werden die Steuermodule, die Redundanzmodule und die Großdatenmodule zu den Steuerungen 150a-n zugewiesen. Um die Last zwischen den Steuerungen 150a-n innerhalb der Steuerungsfarm 160 zu verteilen, kann der Steuermanager 152, der Steuermodule, die Redundanzmodule und die Großdatenmodule über jede der Steuerungen 150a-n verteilen. In einigen Ausführungsformen verwendet der Steuermanager 152 einen Lastverteilungsalgorithmus, um Module zu den Steuerungen 150a-n zuzuweisen. Zum Beispiel kann der Lastverteilungsalgorithmus ein Round-Robin-Umkehrmechanismus sein, wobei der Steuermanager 152 das am höchsten eingestufte Modul zu der am höchsten eingestuften Steuerung 150a-n zuweist, dann das am zweithöchsten eingestufte Modul zu der am zweithöchsten eingestuften Steuerung 150a-n zuweist und in absteigender Reihenfolge fortfährt, bis jeder Steuerung 150a-n ein Modul zugewiesen wurde. Dann weist der Steuermanager 152 die restlichen Steuermodule in aufsteigender Reihenfolge für die Steuerungen 150a-n zu, bis jeder Steuerung 150a-n zwei Module zugewiesen wurden. Der Steuermanager 152 wechselt die Reihenfolge, in der den Steuerungen 150a-n Module zugewiesen werden, bis jedes der Module zugewiesen wurde.
In einem anderen Beispiel weist der Steuermanager 152 das am höchsten eingestufte Modul zu der am höchsten eingestuften Steuerung 150a-n zu, weist dann das am zweithöchsten eingestufte Modul zu der am zweithöchsten eingestuften Steuerung 150a-n zu und fährt in absteigender Reihenfolge fort, bis jeder Steuerung 150a-n ein Modul zugewiesen wurde. Dann weist der Steuermanager 152 das am nächsthöchsten eingestufte Modul zu der am höchsten eingestuften Steuerung 150a-n zu und fährt erneut in absteigender Reihenfolge der Steuerungen 150a-n fort und wiederholt den Prozess, bis jedes der Module zugewiesen wurde.
In noch einem anderen Beispiel wählt der Steuermanager 152 zufällig die Reihenfolge, in der den Steuerungen 150a-n Module zugewiesen werden und weist dann Module zu den Steuerungen 150a-n gemäß der zufällig gewählten Reihenfolge zu. In einem anderen Beispiel weist der Steuermanager 152 Module in absteigender Reihenfolge zu der am höchsten eingestuften Steuerung 150a-n zu, bis die am höchsten eingestufte Steuerung 150a-n volle Kapazität erreicht hat. Dann weist der Steuermanager 152 den am nächsthöchsten eingestuften Modulen in absteigender Reihenfolge zu der am zweithöchsten eingestuften Steuerung 150a-n zu, bis die am zweithöchsten eingestufte Steuerung 150a-n volle Kapazität erreicht hat, und fährt auf diese Weise fort, bis jedes der Module zugewiesen wurde. Obwohl dies nur einige wenige Beispiele sind, wie Module zu Steuerungen 150a-n zugewiesen werden können, können die Module auf eine beliebige geeignete Weise zugewiesen werden.
Bei Block 312 werden die zugewiesenen Module auf die jeweiligen Steuerungen 150a-n zur Ausführung während des bestimmten Zeitintervalls heruntergeladen. Jede Steuerung 150a-n führt deren zugewiesenen Module durch Bereitstellen von Steuersignalen und anderweitiges Kommunizieren mit den Feldgeräten 15-22, 40-46, die mit jedem zugewiesenen Modul assoziiert sind, aus.
Die Ausführungsformen der in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen technischen Methoden können eine beliebige Anzahl der folgenden Aspekte allein oder in Kombination umfassen:

1. Ein Prozessleitsystem, umfassend: eine Vielzahl von Feldgeräten, die jeweils dazu konfiguriert sind, eine physische Funktion durchzuführen, um zumindest einen Teil eines Prozesses in dem Prozessleitsystem zu steuern; und eine Vielzahl von Steuerungen in einer Steuerungsfarm, die jeweils mit jedem aus der Vielzahl von Feldgeräten kommunikativ gekoppelt ist, und jede aus der Vielzahl von Steuerungen dazu konfiguriert ist, ein gleiches Steuermodul entsprechend der Vielzahl von Feldgeräten auszuführen, um den Prozess durch Übertragen von Steuersignalen an die Vielzahl von Feldgeräten entsprechend den physischen Funktionen zu steuern, wobei eine aus der Vielzahl von Steuerungen ausgewählt ist, das Steuermodul für ein bestimmtes Zeitintervall auszuführen.
2. Das Prozessleitsystem nach Aspekt 1, wobei sich die Steuerungsfarm in einem temperaturgesteuerten Bereich befindet.
3. Das Prozessleitsystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Vielzahl von Feldgeräten eine erste Vielzahl von Feldgeräten ist und ferner eine zweite Vielzahl von Feldgeräten umfasst, und wobei jede aus der Vielzahl von Steuerungen dazu konfiguriert ist, ein erstes Steuermodul entsprechend der ersten Vielzahl von Feldgeräten und ein zweites Steuermodul entsprechend der zweiten Vielzahl von Feldgeräten auszuführen, wobei eine erste Steuerung ausgewählt ist, um das erste Steuermodul auszuführen und eine zweite Steuerung ausgewählt ist, das zweite Steuermodul in dem bestimmten Zeitintervall auszuführen.
4. Das Prozessleitsystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei sich die erste Vielzahl von Feldgeräten und die zweite Vielzahl von Feldgeräten innerhalb einer gleichen Prozessanlage befinden.
5. Das Prozessleitsystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei sich die erste Vielzahl von Feldgeräten und die zweite Vielzahl von Feldgeräten innerhalb unterschiedlicher Prozessanlagen befinden.
6. Das Prozessleitsystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei zu einem anderen Zeitintervall die erste Steuerung nicht das erste Steuermodul ausführt und die zweite Steuerung das erste Steuermodul und das zweite Steuermodul ausführt.
7. Das Prozessleitsystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die zweite Steuerung ein Redundanzmodul entsprechend dem ersten Steuermodul ausführt.
8. Das Prozessleitsystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei jede aus der Vielzahl von Steuerungen in der Steuerungsfarm mit jedem aus der Vielzahl von Feldgeräten über ein Eingabe/Ausgabe (E/A)-Gerät, das kommunikativ mit dem entsprechenden Feldgerät gekoppelt ist, kommuniziert.
9. Das Prozessleitsystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die gewählte Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, Daten entsprechend des Prozesses zu erlangen und zu speichern, einschließlich zumindest eines der Folgenden: Konfigurationsdaten, fortlaufende Daten und Ereignisdaten entsprechend dem Prozess.
10. Das Prozessleitsystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, ferner umfassend: Ein Rechengerät, das mit der Vielzahl von Steuerungen kommunikativ gekoppelt ist, dazu konfiguriert, Steuermodule für jede aus der Vielzahl von Steuerungen zuzuweisen, um mit bestimmten Zeitintervallen ausgeführt zu werden.
11. Das Prozessleitsystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Rechengerät Angaben von Last, Bandbreite und verfügbarem Speicher von jeder aus der Vielzahl von Steuerungen erlangt und Steuermodule, Redundanzmodule und Großdatenmodule zu der Vielzahl von Steuerungen gemäß zumindest einem von der Last, der Bandbreite oder dem verfügbaren Speicher für jede Steuerung zuweist.
12. Das Prozessleitsystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Rechengerät eine aus der Vielzahl von Steuerungen innerhalb der Steuerungsfarm ist.
13. Das Prozessleitsystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei das Rechengerät eine Vielzahl von Steuermodulen erlangt, die durch die Vielzahl von Steuerungen auszuführen sind, und die Vielzahl von Steuermodulen gemäß zugewiesenen Prioritätsstufen einstuft.
14. Das Prozessleitsystem nach einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Rechengeräte Steuermodule an die Vielzahl von Steuerungen in der Reihenfolge der entsprechenden Einstufungen von jedem aus der Vielzahl von Steuermodulen, wobei das am höchsten eingestufte Steuermodul zuerst zugewiesen wird.
15. Ein Verfahren zum Steuern einer Vielzahl von Feldgeräten in einer oder mehreren Prozessanlagen innerhalb eines Prozessleitsystems durch eine Steuerungsfarm, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Übertragen, durch eine Vielzahl von Steuerungen in einer Steuerungsfarm, von Steuersignalen an eine Vielzahl von Feldgeräten, die jeweils dazu konfiguriert sind, eine physische Funktion durchzuführen, um zumindest einen Teil eines Prozesses in dem Prozessleitsystem zu steuern, wobei jede aus der Vielzahl von Steuerungen dazu konfiguriert ist, ein gleiches Steuermodul entsprechend der Vielzahl von Feldgeräten auszuführen, um den Prozess zu steuern; Auswählen von einer aus der Vielzahl von Steuerungen, um das Steuermodul für ein bestimmtes Zeitintervall auszuführen; und Übertragen, durch die ausgewählte Steuerung, von Steuersignalen an die Vielzahl von Feldgeräten gemäß dem Steuermodul während des bestimmten Zeitintervalls.
16. Das Verfahren nach Aspekt 15, wobei sich die Steuerungsfarm in einem temperaturgesteuerten Bereich befindet.
17. Das Verfahren nach Aspekt nach einem von Aspekt 15 oder Aspekt 16, wobei die Vielzahl von Feldgeräten eine erste Vielzahl von Feldgeräten ist, wobei jede aus der Vielzahl von Steuerungen dazu konfiguriert ist, ein erstes Steuermodul entsprechend der ersten Vielzahl von Feldgeräten und ein zweites Steuermodul entsprechend der zweiten Vielzahl von Feldgeräten auszuführen, und ferner umfassend: Auswählen einer ersten Steuerung, um das erste Steuermodul bei dem bestimmten Zeitintervall auszuführen; Übertragen, durch die erste Steuerung, von Steuersignalen an die erste Vielzahl von Feldgeräten gemäß dem ersten Steuermodul während des bestimmten Zeitintervalls; Auswählen einer zweiten Steuerung, um das zweite Steuermodul bei dem bestimmten Zeitintervall auszuführen; und Übertragen, durch die zweite Steuerung, von Steuersignalen an die zweite Vielzahl von Feldgeräten gemäß dem zweiten Steuermodul während des bestimmten Zeitintervalls.
18. Das Verfahren nach einem der Aspekte 15-17, wobei sich die erste Vielzahl von Feldgeräten und die zweite Vielzahl von Feldgeräten innerhalb einer gleichen Prozessanlage befinden.
19. Das Verfahren nach einem der Aspekte 15-18, wobei sich die erste Vielzahl von Feldgeräten und die zweite Vielzahl von Feldgeräten innerhalb unterschiedlicher Prozessanlagen befinden.
20. Das Verfahren nach einem der Aspekte 15-19, wobei zu einem anderen Zeitintervall die erste Steuerung nicht das erste Steuermodul ausführt, und ferner umfassend: Übertragen, durch die zweite Steuerung, von Steuersignalen an die erste Vielzahl von Feldgeräten gemäß dem ersten Steuermodul während des anderen Zeitintervalls.
21. Das Verfahren nach einem der Aspekte 15-20, ferner umfassend: Ausführen, durch die zweite Steuerung, eines Redundanzmoduls entsprechend dem ersten Steuermodul..
22. Das Verfahren nach einem der Aspekte 15-21, ferner umfassend: Erlangen und Speichern, durch die gewählte Steuerung, von Daten entsprechend des Prozesses, einschließlich zumindest eines der Folgenden: Konfigurationsdaten, fortlaufende Daten und Ereignisdaten entsprechend dem Prozess.
23. Das Verfahren nach einem der Aspekte 15-22, wobei ein Rechengerät, das mit der Vielzahl von Steuerungen kommunikativ gekoppelt ist, Steuerungen auswählt, um Steuermodule mit bestimmten Zeitintervallen auszuführen.
24. Das Verfahren nach einem der Aspekte 15-23, ferner umfassend: Erlangen, durch das Rechengerät, von Angaben von Last, Bandbreite und verfügbarem Speicher von jeder aus der Vielzahl von Steuerungen; und Zuweisen von Steuermodulen, Redundanzmodulen und Großdatenmodulen zu der Vielzahl von Steuerungen gemäß zumindest einem von der Last, der Bandbreite oder dem verfügbaren Speicher für jede Steuerung.
25. Das Verfahren nach einem der Aspekte 15-24, wobei das Rechengerät eine aus der Vielzahl von Steuerungen innerhalb der Steuerungsfarm ist.
26. Ein Verfahren zum Lastverteilen von Steuermodulen in einem Prozessleitsystem, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erlangen einer Vielzahl von Steuermodulen, die einen Prozess in dem Prozessleitsystem über Steuersignale steuern, die an Feldgeräte bereitgestellt werden, die dazu konfiguriert sind, physische Funktionen innerhalb des Prozessleitsystems durchzuführen; Erlangen einer Verfügbarkeitsmetrik von jeder aus der Vielzahl von Steuerungen in einer Steuerungsfarm, die mit den Feldgeräten kommunikativ gekoppelt ist; und Zuweisen von jedem aus der Vielzahl von Steuermodulen zu einer aus der Vielzahl von Steuerungen, um das entsprechende Steuermodul mit einem bestimmten Zeitintervall auf Grundlage der Verfügbarkeitsmetriken auszuführen.
27. Das Verfahren nach Aspekt 26, wobei Erlangen der Verfügbarkeitsmetrik für eine aus der Vielzahl von Steuerungen ein Identifizieren der Verfügbarkeitsmetrik auf Grundlage von Angaben von Last, Bandbreite und verfügbarem Speicher für die Steuerung beinhaltet.
28. Das Verfahren nach einem von Aspekt 26 oder Aspekt 27, ferner umfassend: Zuweisen von jedem von einem oder mehreren Redundanzmodulen und einem oder mehreren Großdatenmodulen zu einer aus der Vielzahl von Steuerungen, um das entsprechende Redundanzmodul oder Großdatenmodul mit dem bestimmten Zeitintervall auf Grundlage der Verfügbarkeitsmetriken auszuführen.
29. Das Verfahren nach einem der Aspekte 26-28, ferner umfassend: Zuweisen einer Prioritätsstufe zu jedem der Redundanzmodule und der Großdatenmodule; und Einstufen der Steuermodule, der Redundanzmodule und der Großdatenmodule gemäß den zugewiesenen Prioritätsstufen.
30. Das Verfahren nach einem der Aspekte 26-29, wobei die Steuermodule, die Redundanzmodule und die Großdatenmodule zu der Vielzahl von Steuerungen in der Reihenfolge der entsprechenden Einstufungen zugewiesen werden, wobei das am höchsten eingestufte Steuermodul, Redundanzmodul oder Großdatenmodul zuerst zugewiesen wird.
31. Ein Rechengerät in einem Prozessleitsystem, umfassend: einen oder mehrere Prozessoren; und ein nicht flüchtiges, computerlesbares Medium, das mit dem einen oder den mehreren Prozessoren gekoppelt ist und Anweisungen darauf speichert, die beim Ausführen durch den einen oder die mehreren Prozessoren das Rechengerät zu Folgendem veranlassen: eine Vielzahl von Steuermodulen zu erlangen, die einen Prozess in dem Prozessleitsystem über Steuersignale steuern, die an Feldgeräte bereitgestellt werden, die dazu konfiguriert sind, physische Funktionen innerhalb des Prozessleitsystems durchzuführen; eine Verfügbarkeitsmetrik von jeder aus der Vielzahl von Steuerungen in einer Steuerungsfarm, die mit der Vielzahl von Feldgeräten kommunikativ gekoppelt ist, zu erlangen; und jedes aus der Vielzahl von Steuermodulen zu einer aus der Vielzahl von Steuerungen zuzuweisen, um das entsprechende Steuermodul mit einem bestimmten Zeitintervall auf Grundlage der Verfügbarkeitsmetriken auszuführen.
32. Das Rechengerät nach Aspekt 31, wobei, um die Verfügbarkeitsmetrik für eine aus der Vielzahl von Steuerungen zu erlangen, die Anweisungen das Rechengerät dazu veranlassen, die Verfügbarkeitsmetrik auf Grundlage von Angaben von Last, Bandbreite und verfügbarem Speicher für die Steuerung zu identifizieren.
33. Das Rechengerät nach einem von Aspekt 31 oder Aspekt 32, wobei die Anweisungen ferner das Rechengerät zu Folgendem veranlassen: jedes von einem oder mehreren Redundanzmodulen und einem oder mehreren Großdatenmodulen zu einer aus der Vielzahl von Steuerungen zuzuweisen, um das entsprechende Redundanzmodul oder das Großdatenmodul mit dem bestimmten Zeitintervall auf Grundlage der Verfügbarkeitsmetriken auszuführen.
34. Das Rechengerät nach einem der Aspekte 31-33, wobei die Anweisungen ferner das Rechengerät zu Folgendem veranlassen: eine Prioritätsstufe zu jedem der Steuermodule, der Redundanzmodule und der Großdatenmodule zuzuweisen; und die Steuermodule, die Redundanzmodule und die Großdatenmodule gemäß den zugewiesenen Prioritätsstufen einzustufen.
35. Das Rechengerät nach einem der Aspekte 31-34, wobei die Steuermodule, die Redundanzmodule und die Großdatenmodule zu der Vielzahl von Steuerungen in der Reihenfolge der entsprechenden Einstufungen zugewiesen werden, wobei das am höchsten eingestufte Steuermodul, Redundanzmodul oder Großdatenmodul zuerst zugewiesen wird.
36. Das Rechengerät nach einem der Aspekte 31-35, wobei das Rechengerät eine aus der Vielzahl von Steuerungen innerhalb der Steuerungsfarm ist.

Zusätzlich sind die vorhergehenden Aspekte der Offenbarung nur beispielhaft und sind nicht dazu bestimmt, dem Umfang der Offenbarung zu beschränken.
Die folgenden zusätzlichen Betrachtungen gelten für die vorstehende Erörterung. In dieser gesamten Patentschrift betreffen Aktionen, die als durch ein beliebiges Gerät oder eine beliebige Routine durchgeführt beschrieben sind, Aktionen oder Prozesses eines Prozessors, der Daten gemäß maschinenlesbaren Anweisungen manipuliert oder umwandelt. Die maschinenlesbaren Anweisungen können auf einem Speichergerät, das mit dem Prozessor kommunikativ gekoppelt ist, gespeichert und von dort abgerufen werden. Das heißt, hierin beschriebene Verfahren können durch eine Reihe von maschinenausführbaren Anweisungen, die auf einem computerlesbaren Medium (d. h. auf einem Speichergerät) gespeichert sind, verkörpert sein. Wenn durch einen oder mehrere Prozessoren eines entsprechenden Geräts (z. B. einer Bediener-Workstation, einer Steuerung, eines Steuermanagers, eines UI-Geräts usw.) ausgeführt, veranlassen die Anweisungen den Prozessor, das Verfahren auszuführen. Wenn Anweisungen, Routinen, Module, Prozesse, Dienste, Programme und/oder Anwendungen hierin als auf einem computerlesbaren Speicher oder auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder gesichert bezeichnet sind, sind die Worte „gespeichert“ und „gesichert“ dazu bestimmt, transitorische Signale auszuschließen.
Ferner sind, während die Begriffe „Bediener“, „Personal“, „Person“, „Benutzer“, „Techniker“, „Ingenieur“ und ähnliche andere Begriffe, die dazu verwendet werden, Personen in der Prozessanlagenumgebung, die die hierin beschriebenen Systeme, Vorrichtungen und Verfahren verwenden oder damit interagieren können, zu beschrieben, diese Begriffe nicht dazu bestimmt, beschränkend zu sein. Wenn ein bestimmter Begriff in der Beschreibung verwendet wird, wird der Begriff teilweise aufgrund der herkömmlichen Aktivitäten, an denen das Anlagenpersonal beteiligt ist, verwendet, ist jedoch nicht dazu bestimmt, das Personal, das an dieser bestimmten Aktivität beteiligt sein kann, zu beschränken.
Zusätzlich können in der gesamten Patentschrift Pluralinstanzen Komponenten, Operationen oder Strukturen umsetzen, die als Einzelinstanz beschrieben sind. Obwohl individuelle Operationen von einem oder mehreren Verfahren als separate Operationen veranschaulicht und beschrieben sind, können eine oder mehrere der individuellen Operationen gleichzeitig ausgeführt werden und nichts macht es erforderlich, dass die Operationen in der veranschaulichten Reihenfolge durchgeführt werden. Strukturen und Funktionen, die als separate Komponenten in Beispielkonfigurationen dargestellt sind, können als kombinierte Struktur oder Komponente umgesetzt sein. Gleichermaßen können Strukturen und Funktionen, die als einzelne separate Komponente dargestellt sind, als separate Komponente umgesetzt sein. Diese und andere Variationen, Modifikationen, Hinzufügungen und Verbesserungen liegen innerhalb des Umfangs des Gegenstands hierin.
Wenn nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, können sich Erörterungen hierin, die Wörter wie etwa „Verarbeiten“, „Berechnen“, „Rechnen“, „Bestimmen“, „Identifizieren“, „Darstellen“, „Darstellen lassen“, „Anzeigen lassen“, „Anzeigen“ oder dergleichen auf Aktionen oder Prozesse einer Maschine (z. B. eines Computers) beziehen, die Daten manipuliert oder umwandelt, die als physische (z. B. elektronische, magnetische, biologische oder optische) Mengen innerhalb von einer oder mehreren Speichern (z. B. flüchtiger Speicher, nichtflüchtiger Speicher oder eine Kombination davon), Registern oder anderen Maschinenkomponenten, die Informationen empfangen, speichern, übertragen oder anzeigen, dargestellt sind.
Wenn sie in Software implementiert sind, können beliebige der in dieser Schrift beschriebenen Anwendungen, Dienste und Antriebe in jedem materiellen, nicht-flüchtigen computerlesbaren Speicher, beispielsweise auf einer Magnetplatte, einer Laserplatte, einer Festkörper-Speichervorrichtung, einer molekularen Speichervorrichtung oder einem anderen Speichermedium, in einem RAM oder ROM eines Computers oder Prozessors usw. gespeichert werden. Obwohl offenbart ist, dass die hierin offenbarten Beispielsysteme unter Anderem auch auf Hardware ausgeführte Software und/oder Firmware enthalten, ist zu beachten, dass solche Systeme lediglich der Veranschaulichung dienen und nicht als einschränkend betrachtet werden sollten. Beispielsweise wird in Betracht gezogen, dass beliebige oder alle dieser Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten ausschließlich in Hardware, ausschließlich in Software oder in beliebiger Kombination von Hardware und Software ausgeführt sein könnten. Dementsprechend wird der gewöhnliche Fachmann jedoch problemlos erkennen, dass die angeführten Beispiele nicht die einzige Möglichkeit sind, solche Systeme umzusetzen.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele beschrieben ist, die lediglich der Veranschaulichung dienen und nicht einschränkend für die Erfindung sein sollen, ist es daher für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass Änderungen, Ergänzungen oder Streichungen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Es versteht sich außerdem, dass, außer ein Begriff ist in diesem Patent unter Verwendung des Satzes „Wie hierin verwendet, ist der Begriff ,____‘ hiermit definiert, für ... zu stehen“ oder einen ähnlichen Satz ausdrücklich definiert, keine Absicht besteht, die Bedeutung dieses Begriffs weder ausdrücklich noch implizit über dessen normale oder herkömmliche Bedeutung hinaus zu beschränken, und dieser Begriff soll nicht so ausgelegt werden, dass er in seinem Umfang auf Grundlage von einer Aussage, die in einem beliebigen Abschnitt dieses Patents (außer in der Darlegung der Patentansprüche) vorgenommen ist, beschränkt wird. Wenn auf einen Begriff, der in den Patentansprüchen am Ende dieses Patents enthalten ist, in diesem Patent auf eine Weise, die einer einzelnen Bedeutung entspricht, Bezug genommen wird, dann erfolgt dies nur zum Zwecke der Klarheit, um den Leser nicht zu verwirren, und es ist nicht beabsichtigt, dass dieser Patentanspruchsbegriff implizit oder anderweitig auf diese einzelne Bedeutung beschränkt ist. Zuletzt, außer ein Patentanspruchselement ist durch Angabe des Wortes „bedeutet“ und eine Funktion ohne die Erwägung einer beliebigen Struktur definiert, ist es nicht beabsichtigt, dass der Umfang von einem beliebigen Patentanspruchselement auf Grundlage der Anwendbarkeit von 35 U.S.C. § 112(f) und/oder Prä-AIA 35 U.S.C. § 112, sechster Absatz, ausgelegt wird.
Auch wenn der vorangegangene Text eine detaillierte Beschreibung zahlreicher verschiedener Ausführungsformen enthält, versteht sich, dass der Anwendungsbereich des Patents durch den Wortlaut der am Ende dieses Patents ausgeführten Ansprüche definiert wird. Die detaillierte Beschreibung ist nur als beispielhaft auszulegen und beschreibt nicht jede mögliche Ausführungsform, da die Beschreibung jeder möglichen Ausführungsform unpraktisch, wenn nicht gar unmöglich wäre. Zahlreiche alternative Ausführungsformen könnten unter Verwendung entweder gegenwärtiger Technologie oder nach dem Anmeldetag dieses Patents entwickelter Technologie umgesetzt werden und würden immer noch in den Geltungsbereich der Ansprüche davon fallen.

Claims

Prozessleitsystem, umfassend: eine Vielzahl von Feldgeräten, die jeweils dazu konfiguriert sind, eine physische Funktion durchzuführen, um zumindest einen Teil eines Prozesses in dem Prozessleitsystem zu steuern; und eine Vielzahl von Steuerungen in einer Steuerungsfarm, die mit jedem aus der Vielzahl von Feldgeräten kommunikativ gekoppelt ist, und jede aus der Vielzahl von Steuerungen dazu konfiguriert ist, Steuermodule entsprechend der Vielzahl von Feldgeräten auszuführen, um zumindest einen Teil des Prozesses durch Übertragen von Steuersignalen an die Vielzahl von Feldgeräten entsprechend den physischen Funktionen zu steuern, wobei jede aus der Vielzahl von Steuerungen ausgewählt ist, eines oder mehrere der Steuermodule für ein bestimmtes Zeitintervall auszuführen.
Prozessleitsystem nach Anspruch 1, wobei sich die Steuerungsfarm in einem temperaturgesteuerten Bereich befindet.
Prozessleitsystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vielzahl von Feldgeräten eine erste Vielzahl von Feldgeräten ist und ferner eine zweite Vielzahl von Feldgeräten umfasst, und wobei eine erste Steuerung ausgewählt ist, um ein erstes Steuermodul entsprechend der ersten Vielzahl von Feldgeräten, und eine zweite Steuerung ausgewählt ist, ein zweites Steuermodul entsprechend der zweiten Vielzahl von Feldgeräten in dem bestimmten Zeitintervall auszuführen.
Prozessleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere nach Anspruch 3, wobei sich die erste Vielzahl von Feldgeräten und die zweite Vielzahl von Feldgeräten innerhalb einer gleichen Prozessanlage befinden und/oder innerhalb unterschiedlicher Prozessanlagen befinden.
Prozessleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere nach Anspruch 3, wobei zu einem anderen Zeitintervall die erste Steuerung nicht das erste Steuermodul ausführt und die zweite Steuerung das erste Steuermodul und das zweite Steuermodul ausführt, und/oder wobei die zweite Steuerung ein Redundanzmodul entsprechend dem ersten Steuermodul ausführt.
Prozessleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere nach Anspruch 1, wobei jede aus der Vielzahl von Steuerungen in der Steuerungsfarm mit jedem aus der Vielzahl von Feldgeräten über ein Eingabe/Ausgabe (E/A)-Gerät, das kommunikativ mit dem entsprechenden Feldgerät gekoppelt ist, kommuniziert; und/oder wobei die gewählte Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, Daten entsprechend des Prozesses zu erlangen und zu speichern, einschließlich zumindest eines der Folgenden: Konfigurationsdaten, fortlaufende Daten und Ereignisdaten entsprechend dem Prozess.
Prozessleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Rechengerät, das mit der Vielzahl von Steuerungen kommunikativ gekoppelt ist, dazu konfiguriert, ein oder mehrere Steuermodule für jede aus der Vielzahl von Steuerungen zuzuweisen, um mit bestimmten Zeitintervallen ausgeführt zu werden.
Prozessleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere nach Anspruch 7, wobei das Rechengerät Angaben von Last, Bandbreite und verfügbarem Speicher von jeder aus der Vielzahl von Steuerungen erlangt und Steuermodule, Redundanzmodule und Großdatenmodule zu der Vielzahl von Steuerungen gemäß zumindest einem von der Last, der Bandbreite oder dem verfügbaren Speicher für jede Steuerung zuweist, und/oder wobei das Rechengerät eine aus der Vielzahl von Steuerungen innerhalb der Steuerungsfarm ist.
Prozessleitsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere nach Anspruch 7, wobei das Rechengerät eine Vielzahl von Steuermodulen erlangt, die durch die Vielzahl von Steuerungen auszuführen sind, und die Vielzahl von Steuermodulen gemäß zugewiesenen Prioritätsstufen einstuft, insbesondere wobei das Rechengerät Steuermodule zu der Vielzahl von Steuerungen in der Reihenfolge der entsprechenden Einstufungen von jedem aus der Vielzahl von Steuermodulen zuweist, wobei das am höchsten eingestufte Steuermodul zuerst zugewiesen wird.
Verfahren zum Steuern einer Vielzahl von Feldgeräten in einer oder mehreren Prozessanlagen innerhalb eines Prozessleitsystems über eine Steuerungsfarm, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Übertragen, durch eine Vielzahl von Steuerungen in einer Steuerungsfarm, von Steuersignalen an eine Vielzahl von Feldgeräten, die jeweils dazu konfiguriert sind, eine physische Funktion durchzuführen, um zumindest einen Teil eines Prozesses in dem Prozessleitsystem zu steuern, wobei jede aus der Vielzahl von Steuerungen dazu konfiguriert ist, Steuermodule entsprechend der Vielzahl von Feldgeräten auszuführen, um zumindest einen Teil des Prozesses zu steuern; Auswählen von einer aus der Vielzahl von Steuerungen, um ein oder mehrere der Steuermodule für ein bestimmtes Zeitintervall auszuführen; und Übertragen, durch die ausgewählte Steuerung, von Steuersignalen an die Vielzahl von Feldgeräten gemäß dem einen oder den mehreren Steuermodulen während des bestimmten Zeitintervalls.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei sich die Steuerungsfarm in einem temperaturgesteuerten Bereich befindet, und/oder ferner umfassend: Erlangen und Speichern, durch die gewählte Steuerung, von Daten entsprechend des Prozesses, einschließlich zumindest eines der Folgenden: Konfigurationsdaten, fortlaufende Daten und Ereignisdaten entsprechend dem Prozess.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, insbesondere nach Anspruch 10, wobei die Vielzahl von Feldgeräten eine erste Vielzahl von Feldgeräten ist, ferner umfassend: Auswählen einer ersten Steuerung, um ein erstes Steuermodul entsprechend der ersten Vielzahl von Feldgeräten in dem bestimmten Zeitintervall auszuführen; Übertragen, durch die erste Steuerung, von Steuersignalen an die erste Vielzahl von Feldgeräten gemäß dem ersten Steuermodul während des bestimmten Zeitintervalls; Auswählen einer zweiten Steuerung, um ein zweites Steuermodul entsprechend der zweiten Vielzahl von Feldgeräten in dem bestimmten Zeitintervall auszuführen; und Übertragen, durch die zweite Steuerung, von Steuersignalen an die zweite Vielzahl von Feldgeräten gemäß dem zweiten Steuermodul während des bestimmten Zeitintervalls.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, insbesondere nach Anspruch 12, wobei sich die erste Vielzahl von Feldgeräten und die zweite Vielzahl von Feldgeräten innerhalb einer gleichen Prozessanlage befinden, und/oder innerhalb unterschiedlicher Prozessanlagen befinden, und/oder wobei zu einem anderen Zeitintervall die erste Steuerung nicht das erste Steuermodul ausführt, ferner umfassend: Übertragen, durch die zweite Steuerung, von Steuersignalen an die erste Vielzahl von Feldgeräten gemäß dem ersten Steuermodul während des anderen Zeitintervalls, und/oder ferner umfassend: Ausführen, durch die zweite Steuerung, eines Redundanzmoduls entsprechend dem ersten Steuermodul.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, insbesondere nach Anspruch 10, wobei ein Rechengerät, das mit der Vielzahl von Steuerungen kommunikativ gekoppelt ist, Steuerungen auswählt, um Steuermodule mit bestimmten Zeitintervallen auszuführen, insbesondere ferner umfassend: Erlangen, durch das Rechengerät, von Angaben von Last, Bandbreite und verfügbarem Speicher von jeder aus der Vielzahl von Steuerungen; und Zuweisen von Steuermodulen, Redundanzmodulen und Großdatenmodulen zu der Vielzahl von Steuerungen gemäß zumindest einem von der Last, der Bandbreite oder dem verfügbaren Speicher für jede Steuerung, und/oder wobei das Rechengerät eine aus der Vielzahl von Steuerungen innerhalb der Steuerungsfarm ist.
Verfahren zum Lastverteilen von Steuermodulen in einem Prozessleitsystem, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erlangen einer Vielzahl von Steuermodulen, die zumindest einen Teil eines Prozesses in dem Prozessleitsystem über Steuersignale steuern, die an Feldgeräte bereitgestellt werden, die dazu konfiguriert sind, physische Funktionen innerhalb des Prozessleitsystems durchzuführen; Erlangen einer Verfügbarkeitsmetrik von jeder aus der Vielzahl von Steuerungen in einer Steuerungsfarm, die mit den Feldgeräten kommunikativ gekoppelt ist; und Zuweisen von jedem aus der Vielzahl von Steuermodulen zu einer aus der Vielzahl von Steuerungen, um das entsprechende Steuermodul mit einem bestimmten Zeitintervall auf Grundlage der Verfügbarkeitsmetriken auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei Erlangen der Verfügbarkeitsmetrik für eine aus der Vielzahl von Steuerungen ein Identifizieren der Verfügbarkeitsmetrik auf Grundlage von Angaben von Last, Bandbreite und verfügbarem Speicher für die Steuerung beinhaltet, insbesondere ferner umfassend: Zuweisen von jedem von einem oder mehreren Redundanzmodulen und einem oder mehreren Großdatenmodulen zu einer aus der Vielzahl von Steuerungen, um das entsprechende Redundanzmodul oder Großdatenmodul mit dem bestimmten Zeitintervall auf Grundlage der Verfügbarkeitsmetriken auszuführen.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, insbesondere nach Anspruch 16, ferner umfassend: Zuweisen einer Prioritätsstufe zu jedem der Steuermodule, der Redundanzmodule und der Großdatenmodule; und Einstufen der Steuermodule, der Redundanzmodule und der Großdatenmodule gemäß den zugewiesenen Prioritätsstufen, insbesondere wobei die Steuermodule, die Redundanzmodule und die Großdatenmodule zu der Vielzahl von Steuerungen in der Reihenfolge der entsprechenden Einstufungen zugewiesen werden, wobei das am höchsten eingestufte Steuermodul, Redundanzmodul oder Großdatenmodul zuerst zugewiesen wird.
Rechengerät in einem Prozessleitsystem, umfassend: einen oder mehrere Prozessoren; und ein nicht flüchtiges, computerlesbares Medium, das mit dem einen oder den mehreren Prozessoren gekoppelt ist und Anweisungen darauf speichert, die beim Ausführen durch den einen oder die mehreren Prozessoren das Rechengerät und/oder dem einen oder den mehreren Prozessoren, veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17 zu implementieren; insbesondere wobei das Rechengerät eines der mehreren Steuerungen innerhalb der Steuerungsfarm ist.
Computer-lesbares Speichermedium, welches Instruktionen enthält, die mindestens einen Prozessor dazu veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17 zu implementieren, wenn die Instruktionen durch mindestens einen Prozessor ausgeführt werden.