[发明专利]过程控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及过程控制系统。

本申请要求于2012年3月23日提交的日本专利申请No.2012-068042的优先权，其内容通过引文方式并入本文。

背景技术

为了更加全面地描述本发明涉及的技术的现状，在本发明的下文中将要引用或标记的所有专利、专利申请、专利公开、科技文章等将通过引文方式被整体并入本文。

传统上讲，在车间或工厂（在下文中简单地统称为工厂）中，实施了用来控制工业过程中的诸如压力、温度和流量的各种状态量的过程控制系统，并实现了高等级的自动化操作。在这些过程控制系统中，为了在确保安全性的同时实现高等级的控制，提供了诸如分布式控制系统（DCS）的控制系统以及诸如安全仪表系统（SIS）的安全系统。

在上述分布式控制系统中，诸如测量仪表和致动器的、被称为现场装置的现场装置以及控制现场装置的控制器通过通信装置进行相连，控制器采集现场装置测量到的测量数据，根据采集到的测量数据通过致动（控制）现场装置来控制各种状态量。上述安全仪表系统在出现紧急情况时可靠地将工厂停在安全状态下，从而防止涉及人身伤害和环境污染的事故，并保护高成本的设备。

上述分布式控制系统在工厂建设和操作之前通常会经历各种测试。例如，用来检验各种现场装置和控制器是否恰当连接的连接测试以及用来检验控制器中使用的控制程序是否正常运行的操作检验测试。在这种情况下，只有现场装置与控制器都安装在工厂中并真实连接，上述连接测试才能得以进行。相反，日本未经审查的专利申请首次公开No.2004-29910以及日本未经审查的专利申请首次公开No.2008-21135公开了一种技术，该技术使得即使在没有现场装置（以及没有连接现场装置和控制器的通信设备）的情况下也能进行上述操作性检验测试。

在大多数传统过程控制系统中，现场装置和控制器通过模拟传输线（例如，用于传输4到20mA信号的传输线）连接，通过模拟传输线传送和接收模拟信号。相反，为了实现高等级功能，近年来在很多过程控制系统中，控制器和现场装置通过有线或无线网络来连接，以及通过有线或无线网络来传送或接收数字信号。

在传统的过程控制系统中，因为在现场装置和控制器接口之间存在直接的一对一连接，所以一旦完成了对现场装置和控制器的安装和连接任务，现场装置和控制器之间就能进行模拟信号的传送和接收，而不会出现大问题。但是在近些年的过程控制系统中，为了通过数字化给现场装置提供先进的功能，增加了传送和接收数字信号的数据量，以及为了实现标准安全的操作，在整个过程控制系统中检验（例如）以下（1）至（3）项是非常重要的。

（1）数据量的增加对整体系统性能的影响。

（2）功能强大的现场装置的操作状态是否为最优（智能现场装置的装置参数是否设置为最优）。

（3）网络的通信质量以及在其影响下的系统可控性。

例如通过测量网络的负载程度以及控制器中CPU（中央处理单元）的负载程度来检验上述项（1）。上述项（2）不仅可以通过判断单个现场装置内设置的装置参数的内容来检验，还可以通过由现场装置通知的警报和事件是否正确来检验。上述项（3）通过例如测量通过网络进行通信时的波动、延迟量和重复发送次数来检验。

如果过程控制系统没有在正在运行的工厂中实际操作，则应用到整个过程控制系统的这些项基本上不可能被检验。为此，检验上述项的任务可看作在调试任务（对工厂进行试运行以检验性能的任务）之后进行。但是，如果在调试任务后进行的检验任务中发现异常，则需要返回调试任务之前的条件并对其进行修正，然后再次进行调试任务，这将导致效率极低的问题。此外，当进行调试任务时，还需要通过工厂实际消耗材料（样品），因此同样导致成本问题。

发明内容

用来控制在工厂中实施的工业过程的过程控制系统可包括：网络，被提供在工厂内；第一现场装置，其与所述网络连接，该第一现场装置被构造来输出通过测量工业过程的状态量得到的测量数据和仿真该状态量的第一仿真数据中的一个；控制器，其与所述网络连接，该控制器被构造为响应于从第一现场装置输出的测量数据和第一仿真数据之一来执行控制；以及仿真器，其被构造为生成要从第一现场装置输出的第一仿真数据。

过程控制系统还可包括：第二现场装置，其与所述网络连接，该第二现场装置被构造为输出响应数据和第二仿真数据中的一个，其中所述响应数据表示在控制器的控制作用下工业过程中的状态量的操作结果，所述第二仿真数据仿真状态量的操作结果。仿真器被构造为通过使用从第二现场装置输出的第二仿真数据和控制器的控制量中的至少一个来生成新的第一仿真数据。