本发明专利技术公开了一种用于工厂设施的管理系统。该系统包括：测量过程值的第一现场设备；第一控制节点，其基于所述过程值计算第一控制值；根据所述第一控制值进行操作的第二现场设备；以及应用节点，其配置用于计算所述第一控制值的一个或多个参数。所述第一控制节点将所述第一控制值与由所述第一现场设备、所述第一控制节点、第二控制节点和所述应用节点之一计算的第二控制值进行比较。当确定所述第一和第二控制值相同时，所述第一控制节点将所述第一控制值设置到所述第二现场设备。
【技术实现步骤摘要】
基于在开放式过程自动化系统中使用的分布式控制节点提高过程可靠性的方法
本专利技术总体上涉及用于工厂设施的管理系统和用于管理工厂设施的方法。更具体而言，本专利技术涉及在开放式过程自动化系统中使用分布式控制节点提高过程可靠性的方法和相应的系统。
技术介绍
工厂通常利用过程自动化系统(PAS)来实现用于控制和管理在工业过程中的各种类型过程数据(例如压力、温度、流量等)的高级自动化操作。特别是生产化学品、石油或天然气相关产品的工厂所用的PAS在可用性和可靠性方面必须达到高标准。可用性是指系统即使在发生错误时也能够持续操作的能力，而可靠性是指检测错误并停止系统和/或切换到备份系统进行持续操作而不对整个系统造成损害的能力。在这样一个生产工厂里，PAS的故障不仅会造成巨大的物质和资源损失，还会造成严重的人员伤亡事故。例如，当出现电噪声而使系统不正确地向受控设备(例如阀)输出异常值(即指示异常或无效状态或状况的值)时可能发生故障。为了防止这种故障并提高系统可靠性，已经制定出了各种方案。最近，随着连接到PAS的输入/输出(I/O)设备的数量增加，控制器的可靠性越来越重要。作为实现高可靠性PAS的解决方案，一些PAS制造商或供应商已经为PAS开发了他们自己的控制器。图1中示出了用于高可靠性控制器的传统解决方案之一(日本特开专利申请H06-242979)，其通过冗余配置确保了PAS中数据处理的可靠。这种称为“配对和备用”(P&SP)的方案通过冗余控制器和冗余网络实现高可靠性。此外，每个控制器具有两个CPU和一个比较器，比较器比较从两个CPU输出的值以检测数据计算中的失配。另一方面，众所周知，由不同制造商单独开发的这种控制器往往影响PAS的互操作性(interoperability)和可扩展性(scalability)。工厂设施所有者或用户由于兼容性差和成本高而难以扩展或更换控制器。因此，也考虑了另一种方法来设计“开放架构”下的系统，这意味着该系统纯粹由通用或商用现成(COTS)硬件和软件组成。美国专利申请公开第2016/0065656号提出了这样一种用于PAS的开放架构式平台。该专利申请的图1A示出了包括服务器、控制节点和现场设备(I/O设备)的平台。在这样的平台中，采用了高度便携和标准化的应用、协议和应用程序编程接口(APIs)，以便用户可以开发他们的系统而不依赖于特定的制造商。用户还可以享受成本降低、可扩展性提高和系统易于更新等好处。但是，开放式平台方法也有缺点。各制造商开发的硬件和软件的任意组合影响包括控制器和I/O设备及其网络连接在内的核心组件的可靠性。在开放架构下开发的系统很难达到与特定制造商开发的专有系统相同水平的可靠性。为了确保在开放架构下操作的这种系统达到一定水平的可靠性，建议限制连接到单个控制器的I/O设备的总数。特别地，分布式控制节点(DCN)被定义用于处理来自I/O设备的输入信号或输出到I/O设备的信号。在这种配置中，在DCN中引起的错误仅影响由单个输入和单个输出设备组成的单个回路，从而防止错误在其他控制回路中传播。
技术实现思路
本专利技术的一个或多个实施方式提供了一种用于工厂设施的管理系统，包括：第一现场设备，所述第一现场设备测量过程值；第一控制节点，所述第一控制节点基于所述过程值计算第一控制值；第二现场设备，所述第二现场设备根据所述第一控制值进行操作；以及应用节点，所述应用节点配置用于计算所述第一控制值的一个或多个参数；其中，所述第一控制节点将所述第一控制值与由所述第一现场设备、第二控制节点和所述应用节点之一计算的第二控制值进行比较，当确定所述第一和第二控制值相同时，所述第一控制节点将所述第一控制值设置到所述第二现场设备。本专利技术的一个或多个实施方式提供了一种用于管理工厂设施的方法，包括：在第一现场设备中测量过程值；在第一控制节点中，基于测得的所述过程值和由应用节点配置的一个或多个参数，计算用于操作第二现场设备的第一控制值；在所述第一现场设备、所述第一控制节点和所述应用节点之一中，计算用于操作所述第二现场设备的第二控制值；在所述第一控制节点中，比较所述第一控制值和所述第二控制值；以及在所述第一控制节点中，当所述第一和第二控制值相同时，将所述第一控制值设置到所述第二现场设备。本专利技术的其它方面将从以下描述和所附权利要求书中变得显而易见。附图说明图1示出了传统PAS的示意图。图2示出了根据本专利技术的一个或多个实施方式的管理系统的框图。图3-4各自示出了由根据本专利技术的一个或多个实施方式的管理系统执行的操作的序列图。图5-6各自示出了根据本专利技术的一个或多个实施方式的管理系统的框图。图7-8各自示出了由根据本专利技术的一个或多个实施方式的管理系统执行的操作的序列图。图9示出了用于解释本专利技术的一个或多个实施方式中的有益效果的图。图10-11各自示出了根据本专利技术的一个或多个实施方式的管理系统的框图。图图12示出了由根据本专利技术的一个或多个实施方式的管理系统执行的操作的序列图。图13示出了根据本专利技术的一个或多个实施方式的管理系统的框图。图14-15各自示出了由根据本专利技术的一个或多个实施方式的管理系统执行的操作的序列图。图16示出了根据本专利技术的一个或多个实施方式的管理系统的框图。图17-18各自示出了由根据本专利技术的一个或多个实施方式的管理系统执行的操作的序列图。图19-20各自示出了根据本专利技术的一个或多个实施方式的管理系统的框图。图21示出了由根据本专利技术的一个或多个实施方式的管理系统执行的操作的序列图。图22示出了根据本专利技术的一个或多个实施方式的DCN的实现示例。具体实施方式现在将参照附图详细描述本专利技术的具体实施方式。为了一致，各图中相同的元件由相同的附图标记表示。在本专利技术实施方式的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本专利技术更透彻的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，没有详细描述众所周知的特征，以避免不必要地使描述复杂化。在开放架构下，PAS中使用的DCN被限制为处理最少数量的I/O信号，因此它对可靠性和可用性的要求水平相对低于传统的控制器。但是，即使在开放架构的PAS中，关键过程仍然存在，其要求过程数据计算和控制具有高可用性和可靠性。在这样的系统中，单个错误就可能严重影响工厂或其他系统的整个控制。在开放架构平台下，通过使用通用硬件和软件的冗余配置，可以提高系统的可用性。然而，就成本而言，很难显著提高DCN的可靠性并实现与传统系统相同的可靠性水平，因为DCN的数量趋向于与连接到系统的I/O设备的数量成比例地增加。不用说，甚至为了提高其可靠性，由特定制造商设计的专有产品也不能被引入开放架构系统中。本专利技术的一个或多个实施方式提供了一种系统，该系统包括满足开放架构要求的DCN，同时实现关键过程所需的高可靠性，并且保持比传统专有产品低的成本。其结果是，用户可以通过各种制造商提供的通用硬件和软件来设计和实现自己的涉及任务关键型过程控制的PAS。图2示出了根据本专利技术的一个或多个实施方式的管理系统1的框图。管理系统1包括传感器10、控制传感器10的DCN20、致动器30、控制致动器30的DCN40和作为应用DCN的PC50。传感器10和致动器30通过现场网络本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于工厂设施的管理系统，包括：第一现场设备，所述第一现场设备测量过程值；第一控制节点，所述第一控制节点基于所述过程值计算第一控制值；第二现场设备，所述第二现场设备根据所述第一控制值进行操作；以及应用节点，所述应用节点配置用于计算所述第一控制值的一个或多个参数；其中，所述第一控制节点将所述第一控制值与由所述第一现场设备、所述第一控制节点、第二控制节点和所述应用节点之一计算的第二控制值进行比较，并且，当确定所述第一和第二控制值相同时，所述第一控制节点将所述第一控制值设置到所述第二现场设备。
【技术特征摘要】
2017.09.22 US 15/713,0331.一种用于工厂设施的管理系统，包括：第一现场设备，所述第一现场设备测量过程值；第一控制节点，所述第一控制节点基于所述过程值计算第一控制值；第二现场设备，所述第二现场设备根据所述第一控制值进行操作；以及应用节点，所述应用节点配置用于计算所述第一控制值的一个或多个参数；其中，所述第一控制节点将所述第一控制值与由所述第一现场设备、所述第一控制节点、第二控制节点和所述应用节点之一计算的第二控制值进行比较，并且，当确定所述第一和第二控制值相同时，所述第一控制节点将所述第一控制值设置到所述第二现场设备。2.根据权利要求1所述的管理系统，其中，所述第一控制节点包括具有两个处理器内核的处理器，所述两个处理器内核分别计算所述第一和第二控制值，并且所述处理器确定所述第一和第二控制值是否相同。3.根据权利要求1所述的管理系统，还包括：所述第二控制节点，所述第二控制节点从所述第一现场设备获得所述过程值，并基于获得的所述过程值计算所述第二控制值，其中，所述第一控制节点将由所述第一控制节点计算的所述第一控制值与由所述第二控制节点计算的所述第二控制值进行比较。4.根据权利要求3所述的管理系统，其中，所述第一控制节点包括比较器，并且所述比较器将所述第一和第二控制值进行比较。5.根据权利要求3所述的管理系统，其中，所述第二控制节点从所述应用节点接收用于计算所述第二控制值的一个或多个参数，并且所述第二控制节点将接收到的所述一个或多个参数连同获得的所述过程值和计算出的所述第二控制值一起发送到所述第一控制节点。6.根据权利要求3所述的管理系统，还包括：分别为所述第一和第二控制节点配备的第一和第二冗余控制节点；以及为所述第一现场设备配备的冗余现场设备，其中，当所述第一控制节点确定所述第一和第二控制值不相同时，所述第一冗余控制节点将基于来自所述冗余现场设备的过程值计算的第三控制值设置到所述第二现场设备。7.根据权利要求6所述的管理系统，其中，一旦所述第一控制节点确定所述第一和第二控制值不相同，则所述第一和第二冗余控制节点分别接管所述第一和第二控制节点的操作。8.根据权利要求7所述的管理系统，其中，通过在所述第一和第二控制节点以及所述第一和第二冗余控制节点中的每一个上运行的冗余管理器来管理对操作的所述接管。9.根据权利要求6所述的管理系统，其中，所述第一控制节点和所述第一冗余控制节点各自包括门，并且，一旦所述第一控制节点确定所述第一和第二控制值不相同，则所述第一控制节点的门关闭，并且所述第一冗余控制节点的门...
【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤敦，
申请(专利权)人：横河电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP
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