[发明专利]对用于过程控制的实际和仿真设施进行交互的系统和方法

说明书

本分案申请是基于申请号为200980132148.8(国际申请号为PCT/US2009/047901)，申请日为2009年6月19日，发明名称为“对用于过程控制、环境控制和工业控制的实际和/或仿真设施进行沉浸式交互的系统和方法”的中国专利申请的分案申请。

相关申请的引用

本申请要求在2008年6月20日提交的、题目为“Immersive Training Simulator”的美国临时专利申请No.61/074,472和在2009年2月25日提交的、题目为“Systems and Methods for Immersive Interaction with Actual and/or Simulated Facilities for Process,Environmental and Industrial Control”的美国临时专利申请No.61/155,160的优先权权益。

技术领域

本发明涉及数字数据处理，更具体地通过非限定示例涉及与实际环境和仿真环境的沉浸式交互。本发明例如应用在使用过程控制、环境控制或其他工业和/或非工业控制的工厂和其他设施的操作、维护和紧急响应培训中。

背景技术

依赖于过程、环境、工业和其他控制技术的设施正在变得越来越复杂。这包括大面积产品装配工厂、制药厂、炼油厂、发电厂和其他大工业操作。它也包括具有复杂的电力、温度控制、大众运输工具和其他基础结构“工厂”的摩天大楼和其他综合建筑。这些是依赖于“控制”或“控制系统”来监控它们的特性并且由此保证输出、处理、质量和/或效率随着时间推移而保持在期望的极限内的设施。

那些系统可以包括从现场装置和控制器到工作站和其他更强大的数字数据处理设备的许多部件，它们的功能可能重叠。现场装置包括测量对象装置、过程或系统的特性的温度、流量和其他传感器。它们也包括阀门和其他致动器，该阀门和其他致动器以机械、电子、磁性或其他方式影响期望的控制。控制器基于来自传感器类型的现场装置的测量来产生控制装置的设置。控制器操作通常基于“控制算法”，“控制算法”通过最小化由传感器测量的值和例如由操作员限定的设定点之间的差来将受控系统保持在期望的水平，或将其驱动到那个水平。工作站和控制站等通常用于整体地配置和监控过程。它们也经常用于执行较高级的过程控制，例如，协调控制器组并且响应于在它们之内发生的警报状况。

这些控制系统的一个或多个部件可以包括软件和/或硬件逻辑，用于监控它们控制的设施的特性，并且用于自动地调整它们的操作参数以保证实现这些极限。其他控制系统部件显示警告或特性的其他标记，将调整的责任留给工厂操作人员或其他人员。

例如，在炼油厂中，在工厂区域上物理分布的数千个控制器可以监控和驱动好几万个的传感器、致动器和其他现场装置，以传送输入的原油来进行处理。控制器进而被工作站或更大的数字数据处理设备协调，以便以期望的速率向可用的锅炉和精馏塔输送期望数量的原油。那些锅炉和精馏塔之中或周围的现场装置监控处理参数以最大化蒸馏产物，并且移动到结果产生的汽油、柴油和其他副产品以进行下游处理。工厂人员从中央控制室中的工作站和战略地分布的控制站来监控和控制这些操作。他们也对精炼厂进行连续巡视以进行设备的现场检验、调整和维护。在紧急情况下，紧急响应人员执行人为和机器超控，同时维修受损的机器。

不论是对于炼油厂、装配厂还是对于其他设施，培训操作和维护任务的人员会很昂贵，尤其是考虑到由基础过程、环境、工业和其他控制技术引入和强加的复杂性的情况下。当要考虑培训紧急响应者时，这些综合花费会增加，这些人中的一些不太熟悉设施或对设施不是每天都接触。除了培训之外，还有相当大的附加花费，用于安排人员到场进行用于例行监控和维护等的巡视。

本发明的目的是提供用于数字数据处理的改善的系统和方法。

相关的目的是提供用于与实际环境和仿真环境进行沉浸式交互的这样的系统和方法。

另一个相关目的是提供用于操作、维护和紧急响应的这样的系统和方法。

另一个这样的相关目的是提供可以用于培训操作、维护和紧急响应人员的这样的系统和方法。

另一个相关目的是提供可以在使用过程控制、环境控制和其他工业和/或非工业控制的设施中使用的这样的系统和方法。

另一个目的是提供降低与操作、维护和紧急响应和/或其培训人员相关联的成本的这样的系统和方法。

发明内容