具有回路和阀控制能力的集成过程控制器制造技术

被配置为在现场中运行的集成控制器包括网络接口模块、一个或多个功能模块、以及输出模块。网络接口模块被配置为经由通信链路从远程主机接收过程变量的设置点。一个或多个功能模块被配置为：(i)从现场设备接收过程变量的测量结果，以及(ii)至少部分地基于过程变量的测量结果和过程变量的设置点，来执行用于包括现场设备的控制回路的逻辑，以独立于远程主机生成输出信号，其中，输出信号用于控制现场设备。输出模块被配置为直接向现场设备应用所生成的输出信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及过程工厂系统，并且具体而言，涉及能够在现场中驱动控制回路的控制器。
技术介绍
本文中所提供的背景描述是为了总体上呈现本公开内容的背景的目的。当前提名的专利技术人的工作(到本
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部分中所描述的程度)以及说明书中的可能在提交时不能另外算作现有技术的方面既未明确地也未隐含地被承认为相对于本公开内容的现有技术。过程控制系统(例如在化学、石油或其它过程工厂中使用的那些过程控制系统)通常包括经由模拟总线、数字总线或组合模拟/数字总线、或经由无线通信链路或网络来通信地耦合到一个或多个现场设备的一个或多个过程控制器。现场设备(其可以是例如阀、阀定位器、开关、以及发射机(例如，温度、压力、液位以及流速传感器))位于过程环境内，并且通常执行物理功能或过程控制功能(例如开启或关闭阀、测量过程参数等)，以便对在过程工厂或系统内执行的一个或多个过程进行控制。智能现场设备(例如遵照公知的现场总线协议的现场设备)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它控制功能。过程控制器(其还通常位于工厂环境内)接收指示由传感器和/或现场设备获得的过程测量结果的信号和/或与现场设备有关的其它信息，并执行例如运行进行过程控制决策的不同控制模块的控制器应用，基于接收到的信息来生成控制信号并与在现场设备(例如无线以及Fieldbus现场设备)中执行的控制模块或控制块进行协调。控制器中的控制模块通过通信线路或通信链路向现场设备发送控制信号，以由此控制过程工厂或系统的至少一部分的运行。通过数据高速公路使得来自现场设备和控制器的信息可用于一个或多
个其它硬件设备，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或远离更严酷的工厂环境的其它位置中的其它集中式管理计算设备。这些硬件设备中的每一个设备通常跨过程工厂或跨过程工厂的一部分而集中。这些硬件设备运行可以例如使得操作员能够执行关于控制过程和/或操作过程工厂的功能(例如改变过程控制例程的设置、修改控制器或现场设备内的控制模块的操作、查看当前的过程状态、查看由现场设备或控制器生成的警报、为了训练人员或测试过程控制软件的目的而对过程的运行进行模拟、保持和更新配置数据库等)的应用。由硬件设备、控制器和现场设备利用的数据高速公路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。图1示出了示例性的公知系统10，其中，阀10在管道12中运行来保持特定流速、压力、或另一变量。PID控制器14执行用于包括阀10的控制回路的比例-积分-微分(PID)逻辑。为此，PID控制器14从传感器20(在该示例中，压力传感器)接收传感器测量结果，发射机22经由一组通信链路40将该传感器测量结果传输到PID控制器14。PID控制器14还经由通信链路40向I/P定位器30提供用于控制阀10的命令，并且I/P定位器30可以对致动器42进行操作来致动(例如，开启和关闭)阀10。PID控制器14可以从操作员工作站50接收命令并且向操作员工作站50提供报告。PID控制器14还可以通信地耦合到储存诊断数据、历史数据等的数据库。在某些实施方式中，通信链路40可以包括经由集线器、开关等互连的有线链路和/或形成网状网络的无线链路。在任何情况下，PID控制器14经由相对复杂的通信路径与设备30、22等交换信息，并且可以在具有显著的延迟的情况下控制回路。例如，PID控制器14可以从操作员工作站50接收管道12中的流速的新的设置点，并且通过向I/P定位器30发送具体的阀定位命令来开始执行PID控制。响应于来自压力传感器20的压力测量结果，或者更具体而言，由在现场中运行的传感器所报告的传感器测量结果，PID控制器14可以提供新的定位命令。因此，为了在某个时间段内将阀10驱动至新的设置点，控制器14和设备30、22可以交换众多消息，每个消息都具有可能显著的传播延迟。出于类似原因，PID控制器14无法在没有延迟的情况下执行诊断功能、
预后功能、维护功能、以及与阀10(或包括阀10的控制回路)相关的其它功能。例如，为了收集诊断数据以便储存在数据库52中，PID控制器14可能需要经由通信链路40发送对数据的多个请求并且收集多个响应。除了传播延迟，系统10还具有若干其它限制。例如，部件20、22、以及30必须单独地获得、安装、布线、以及维护，由此增加了复杂性、成本、人员的需求等。此外，在控制回路中运行的相对大数量的单独的设备使得诊断更为困难。
技术实现思路
本公开内容的集成数字过程控制器被配置为在现场中运行，以便在本地执行过程值测量并实现PID控制。控制器可以从远程主机接收过程变量(例如，管道中的压力或流速)的设置点，并且在本地(独立于远程主机)执行对包括诸如阀之类的现场设备的回路的控制。具体而言，控制器可以在没有传输测量结果或从远程主机接收经调整的控制参数的情况下实现控制。在控制器内运行的部件可以在小距离上以线速(在某些情况下甚至以片上速度(on-chip speed))交换数据，由此使得控制快速并有效。控制器可以在本地回路、分布式控制系统、或SCADA系统中运行。除了实现PID控制，控制器可以使用本地储存在例如集成模块的非易失性存储模块中的数据来执行实时学习和诊断。控制器可以基于本地执行的测量和诊断来生成警告和警报。控制器可以储存该警告和警报以及特征数据，以便在本地存储器中进行有效比较，由此消除了向远程主机报告测量结果并且依赖于远程主机进行计算的需要。控制器不仅可以对现场设备而且可以对整个控制回路执行诊断，并且类似地可以调整与现场设备和控制回路两者都有关的参数。此外，控制器可以针对所有过程变量类型(例如流量、压力、液位、密度、pH、温度、组分等)来优化控制回路性能。根据某些实施方式，控制器以模块的方式来进行组装，以实现快速和有成本效益的部件(例如传感器、I/P转换器等)。因此，部件可以在发生故障时或当升级可用时容易地进行替换。此外，控制器可以配备有冗余部件以便在发生故障时确保即刻业务恢复(例如，热插拔)，并且支持分立应用中的表决逻辑。在某些实施例中，控制器还可以包括以下特征中的一个或多个：(i)控制器的壳体可以是防爆的，并且符合本安(IS)标准；(ii)控制器可以包括无排放气动部件(将用于例如天然气应用中)；(iii)控制器可以包括电源，该电源可以为CPU和/或其它处理单元提供足够的功率来执行PID计算、支持传输、以及另外极大地支持控制器在现场中的自主运行；(iv)控制器可以经由无线链路从远程主机接收设置点数据并向远程主机提供警告、警报、以及报告；(v)控制器可以支持以太网连接，(vi)除了用于与远程主机进行通信的有线或无线接口，控制器还可以包括例如用于接收配置数据和显示警告或警报的本地用户接口；(vii)控制器还可以支持用于由远程主机使用的标准操作平台(例如，)的远程用户接口(RUI)；以及(viii)控制器可以包括模拟输出(AO)和模拟输入(AI)4-20mA模块，来结合传统现场设备运行。附图说明图1是耦合到现场设备的公知远程终端单元的框图；图2是本公开内容的示例性集成控制器的框图；图3是根据本公开内容的技术的用于执行回路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成控制器，所述集成控制器被配置为在现场中运行，所述集成控制器包括：网络接口模块，所述网络接口模块用于经由通信链路从远程主机接收过程变量的设置点；一个或多个功能模块，所述一个或多个功能模块被配置为：(i)从现场设备接收过程变量的测量结果，并且(ii)至少部分地基于所述过程变量的所述测量结果以及所述过程变量的所述设置点，来执行用于包括所述现场设备的控制回路的逻辑，以便独立于所述远程主机生成输出信号，其中，所述输出信号用于控制所述现场设备；以及输出模块，所述输出模块用于将所生成的输出信号直接应用于所述现场设备。

【技术特征摘要】
2015.03.23 US 62/137,1971.一种集成控制器，所述集成控制器被配置为在现场中运行，所述集成控制器包括：网络接口模块，所述网络接口模块用于经由通信链路从远程主机接收过程变量的设置点；一个或多个功能模块，所述一个或多个功能模块被配置为：(i)从现场设备接收过程变量的测量结果，并且(ii)至少部分地基于所述过程变量的所述测量结果以及所述过程变量的所述设置点，来执行用于包括所述现场设备的控制回路的逻辑，以便独立于所述远程主机生成输出信号，其中，所述输出信号用于控制所述现场设备；以及输出模块，所述输出模块用于将所生成的输出信号直接应用于所述现场设备。2.根据权利要求1所述的集成控制器，还包括：传感器，所述传感器通信地耦合至所述一个或多个功能模块，并且所述传感器被配置为生成所述过程变量的所述测量结果，其中，所述传感器经由短距离通信链路向所述一个或多个功能模块提供所述测量结果。3.根据权利要求2所述的集成控制器，其中，所述传感器在不需要向所述远程主机报告所述测量结果的情况下向所述一个或多个功能模块提供所述测量结果。4.根据权利要求1所述的集成控制器，其中：所述网络接口模块、所述一个或多个功能模块、以及所述输出模块以第一速度交换数据；所述集成控制器以第二速度与所述远程主机交换数据；以及所述第一速度实质上高于所述第二速度。5.根据权利要求1所述的集成控制器，还包括：存储器，所述存储器能够由所述一个或多个功能模块读取，所述存储器储存用于所述控制回路的参数，所述参数包括用于执行PID控制的比例、微分、和积分(PID)值。6.根据权利要求5所述的集成控制器，其中，所述一个或多个功能模块被配置为在所述控制回路的运行期间调整所述PID值中的一个或多个。7.根据权利要求5所述的集成控制器，其中，所述现场设备是阀，并且其中，所述存储器还储存以下数据：阀特征，所述阀特征指定一组压力值和所述阀的一组相对应的行进位置，并且其中，所述一个或多个功能模块还被配置为：(i)在所述控制回路的运行期间实质上实时地接收压力值以及对所述阀的行进位置的指示，以及(ii)将接收到的压力值以及对所述行进位置的指示与所述阀特征进行比较，以判断所述阀是否正确运行。8.根据权利要求7所述的集成控制器，其中，所述一个或多个功能模块还被配置为：响应于检测到所述阀未正确运行，向所述远程主机发送警报消息。9.根据权利要求5所述的集成控制器，其中，所述存储器还储存以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·B·卡尔特赖特，T·A·布兰道，J·安可蒂尔，J·E·曼德纳赫，
申请(专利权)人：费希尔控制产品国际有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US