[发明专利]工业控制系统超融合架构

说明书

公开了一种超融合工业过程控制架构，用于使用软件定义的分布式控制系统(DCS)环境在物理过程环境内控制工业过程。可以通过在服务器组上虚拟化DCS架构的硬件部件来实现软件定义的DCS环境，以使软件定义的过程控制器和后端DCS应用都能够在服务器组内运行。这种软件定义的DCS网络架构通过在服务器组内的公共环境内实现控制部件和更高级别的部件来降低了过程控制系统的硬件要求并降低了配置复杂性。

技术领域

本专利申请总体上涉及工业和过程控制系统，并且更具体地，涉及使用软件定义的架构来提供运行时过程控制的工业控制系统。

背景技术

过程或工业控制系统(像在化学、石油或其他工业过程工厂中用来从材料生产物理产品的那些过程或工业控制系统)通常包括一个或多个过程控制器，该过程控制器经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线或者经由无线通信链路或网络通信地耦合到一个或多个现场设备。现场设备(其可以是例如阀、阀定位器、开关、以及变送器(例如，温度、压力、液位和流率传感器))位于过程环境内，并且通常执行物理或过程控制功能，例如，打开或关闭阀、测量过程参数等以控制在过程工厂或系统内执行的一个或多个过程。智能现场设备(诸如，符合熟知的Fieldbus协议的现场设备)还可以执行控制计算、警报功能、以及通常在控制器内实现的其他控制功能。过程控制器(其可以以分布式方式位于工厂环境中)接收指示由现场设备进行的过程测量的信号和/或与现场设备有关的其他信息，并且执行控制器应用，该控制器应用例如运行不同的控制模块，不同的控制模块进行过程控制决策、基于接收到的信息生成控制信号、并且与现场设备(诸如，无线和Fieldbus现场设备)中执行的控制模块或块进行协调。控制器中的控制模块通过通信线路或链路向现场设备发送控制信号，由此控制过程工厂或系统的至少一部分的操作。

来自现场设备和控制器的信息通常通过数据通道从控制器提供给一个或多个其他硬件设备，例如，操作员工作站、个人计算机或计算设备、数据历史库、报告生成器、集中式数据库、或通常放置在控制室中或者远离较恶劣的工厂环境的其他位置的其他集中式管理计算设备。这些硬件设备中的每个通常跨过程工厂或者跨过程工厂的一部分集中。这些硬件设备执行应用，该应用例如可以使工程师能够配置过程的一部分或者使操作员能够执行与控制过程和/或操作过程工厂(诸如，改变过程控制例程的设置，修改控制器内控制模块或现场设备的操作、查看过程的当前状态、查看由现场设备和控制器生成的警报、为了培训人员或测试过程控制软件的目的模拟过程的操作、保持和更新配置数据库等)相关的功能。由硬件设备、控制器和现场设备使用的数据高速通道可以包括有线通信路径、无线通信路径、或有线和无线通信路径的组合。

作为示例，由艾默生过程管理公司(Emerson Process Management)出售的DeltaV^TM控制系统包括储存在位于过程工厂内的不同位置的不同设备内并由这些不同设备执行的多个应用。驻留在一个或多个工作站或计算设备中的配置应用使用户能够创建或改变过程控制模块，并且能够经由数据高速通道将这些过程控制模块下载到专用分布式控制器。通常，这些控制模块由通信互连的功能块构成，这些功能块是面向对象编程协议中的对象，所述对象基于对其的输入来执行控制方案内的功能，并向控制方案内的其他功能块提供输出。配置应用还可以允许配置设计者创建或改变由查看应用用来向操作员显示数据的操作员界面，并且使操作员能够改变过程控制例程内的设置，诸如设定点。每个专用控制器，以及在某些情况下，一个或多个现场设备储存并执行相应的控制器应用，该控制器应用运行分配和下载到其的控制模块以实现实际的过程控制功能。可以在一个或多个操作员工作站(或在与操作员工作站和数据高速通道通信连接的一个或多个远程计算设备上)执行的查看应用经由数据高速通道从控制器应用接收数据，并且使用用户界面将该数据显示给过程控制系统设计者、操作员、或用户，并且可以提供诸如操作员视图、工程师视图、技术人员视图等之类的多个不同视图中的任何一个。数据历史库应用通常储存在数据历史库设备中并由其执行，数据历史库设备收集并储存跨数据高速通道提供的数据中的一些或全部，而配置数据库应用可以在附接到数据高速通道的另外计算机中运行，以储存当前过程控制例程配置和与其相关联的数据。或者，配置数据库可以位于与配置应用相同的工作站中。