可扩展模块化网络节点的通信和/或控制的系统和方法技术方案

描述了用于在网络节点处的控制/网络节点的控制的方法和系统。网络节点可以包括控制模块以及耦合到控制模块的第一模块和第二模块。第一模块可以被配置为选择在网络节点的I/O接口处耦合的现场设备的第一输入/输出(I/O)类型。第二模块可以被配置为选择现场设备的第二I/O类型。第一模块和第二模块可以通过现场设备耦合器来耦合到I/O接口。

A System and Method for Communication and/or Control of Extensible Modular Network Nodes

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可扩展模块化网络节点的通信和/或控制的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年10月7日提交的第62/405,734号美国临时申请，以及于2016年12月14日提交的第62/434,107号美国临时申请的优先权和权益，其各自在此通过引用以其整体并入。
本公开总体上针对用于工业过程控制的分布式控制模型。更具体地，本公开的各方面涉及用于形成工业过程控制系统的一部分的可扩展的模块化网络节点的分布式过程控制的系统和方法。介绍在当今的分布式控制系统(DCS’)中，大容量控制节点通常被配置为执行大量的控制回路。常见的控制实现包括以固定周期(例如，时间的长度或部分、间隔等)和/或周期集来执行控制。例如，一些控制节点可以包括用于控制执行的单个固定周期，而其他更灵活的控制节点可以启用用于控制执行的多个固定周期(例如，被配置为并行运行)。控制理论表明，对于控制执行的采样周期与(或应当与)过程控制时间常数相关。但是，因为在精确的过程控制时间常数期间/对于精确的过程控制时间常数，不同的控制过程可以有很大的变化，所以固定周期控制不能完全与被控制的控制回路对准。此外，大容量控制节点通常消耗DCS’的高百分比的不同控制周期，部分原因是在控制节点处执行许多控制函数块和/或控制回路。此外，为了最大化大容量控制节点的成本效益，控制节点通常被填充到接近容量。因此，控制节点通常在向耦合的输入/输出(I/O)模块和/或现场设备发送控制输出之前完成所有控制函数块和/或控制回路的执行。换句话说，控制节点通常延迟向耦合的I/O模块和/或现场设备发送控制输出，直到接近控制周期的结束。这减少了从例如控制输出被发送到耦合的I/O模块和/或现场设备以及在随后的控制周期中接收相关过程测量所经过的时间。因此，与在控制周期中较早发送控制输出的其他控制模型相比，在DCS’中的控制质量可能会降低。因此，希望实现一种新的控制模型，该模型被配置成使得最终用户(enduser)能够调谐例如，固定周期控制，以精确地与正被控制的控制回路对准(例如，固定周期控制与精确的时间常数对准)。此外，期望的是新的控制模型通过在控制周期中较早向耦合的I/O模块和/或现场设备发送控制输出来改善过程控制。概述本公开解决了一个或更多个上面提到的问题和/或展示了一个或更多个上面提到的期望的特征。从接下来的描述中，其他特征和/或优点可变得明显。根据至少一个示例性实施例，本公开设想了模块化网络节点。模块化网络节点可以包括控制模块以及耦合到控制模块的第一和第二模块。第一模块可以被配置为选择在模块化网络节点的输入/输出(I/O)接口处耦合的现场设备的第一输入/输出(I/O)类型。第二模块可以被配置为选择现场设备的第二I/O类型。第一和第二模块可以通过第一现场设备耦合器来耦合到I/O接口。根据另一示例性实施例，本公开设想了一种包括控制节点和单信号输入/输出(SSIO)模块的控制系统。SSIO模块可以耦合到控制节点，并且被配置为：在第一持续时间内从耦合的现场设备收集第一组输入；监控收集的第一组输入的故障状况；在检测到故障状况时，在第二持续时间内收集第二组输入；以及，使用收集的第一组输入和收集的第二组输入来识别异常状况。根据至少另一示例性实施例，本公开设想了一种控制系统，其包括在网络节点处托管的主时间选通模块和SSIO/通用输入/输出(UIO)模块。SSIO/UIO模块可以包括控制模块和在控制模块处耦合的第一模块。第一模块可以被配置为：针对控制信息查询控制模块，并使用查询的控制信息来选择耦合的现场设备的I/O类型。主时间选通模块可以被配置为：从外部源接收时间更新；并且向控制模块发送指示SSIO/UIO模块使用时间更新来同步当前时间的第一消息。附加的目的和优点将部分地在接下来的描述中被阐述，且部分地将从描述中明显，或者可以通过本公开和/或权利要求的实践来了解。这些目的和优点中的至少一些可以通过在所附权利要求中特别指出的元件和组合来实现并获得。应当理解，如所公开或主张的，前面的一般描述和下面的详细描述仅仅是示例性的和解释性的，而不是对本专利技术的限制。权利要求应当有资格享有其范围的完全广度，包括等同物。附图简述根据下面的详细描述，可以单独地或者与附图一起理解本公开。附图被包括以提供对本公开的进一步理解，并且被合并在本说明书中并构成本说明书的一部分。合并在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出本公开的一个或更多个实施例，并与描述一起解释某些原理和操作。在附图中，图1A是根据本公开的示例性实施例的被配置成实现可扩展的模块化控制架构的示例性过程控制系统的示意图；图1B是示出根据本公开的示例性实施例的图1A的示例性过程控制系统的可扩展的模块化输入/输出(I/O)模块的平面图的示意图；图1C是示出根据本公开的示例性实施例的在基板处耦合的图1B的可扩展的模块化I/O模块的截面图的示意图；图1D是示出根据本公开的示例性实施例的在基板的第一槽处接合的图1B和图1C的可扩展的模块化I/O模块的截面图的示意图；图1E是描绘了根据本公开的示例性实施例的用于使用在图1A中实现的控制架构来在可扩展的模块化I/O模块处实现过程控制的方法的图形表示；图2是描绘了根据本公开的示例性实施例的用于使用在图1A中实现的控制架构来实现在可扩展的模块化I/O模块处耦合的现场设备的过程控制的方法的流程图；图3是描绘了根据本公开的示例性实施例的用于使用在图1A中实现的控制架构来实现在可扩展的模块化I/O模块处耦合的现场设备的过程控制的另一方法的流程图；图4A是根据本公开的示例性实施例的被配置成实现图1A的可扩展的模块化控制架构和时间选通同步的示例性过程控制系统的示意图；图4B是描绘了根据本公开的示例性实施例的在图4A中实现的时间选通同步以及对于控制回路的设定点变化的相关联的过程控制响应时间的图形表示；图4C是示出根据本公开的示例性实施例的在资产处实现的图1A和图4A的可扩展的模块化控制架构的示意图；图5是描绘了根据本公开的示例性实施例的用于使用图1A和图4A的可扩展的模块化控制架构在网络节点处检测异常状况的方法的流程图；图6是描绘了根据本公开的示例性实施例的用于使用图1A和图4A的可扩展的模块化控制架构在网络节点处配置时间选通同步的方法的另一流程图；图7描绘了示例性处理节点。详细描述本描述和附图示出了示例性实施例，且不应当被视为限制性的，权利要求限定本公开(包括等同物)的范围。可以做出各种机械、组成、结构、电气和操作变化而不偏离本描述和权利要求(包括等同物)的范围。在一些情况下，没有具体示出或描述公知的结构和技术，以免模糊本公开。在两个或更多个附图中的相似数字表示相同或相似的元件。此外，参考一个实施例详细描述的元件及其相关联的方面(无论何时只要是实际的)可以被包括在它们没有特别被示出或描述的其他实施例中。例如，如果参考一个实施例来详细描述元件而没有参考第二实施例来描述元件，则该元件仍然可以被主张为被包括在第二实施例中。注意，如在本说明书和所附权利要求中所使用的，除非明确地且毫不含糊地限于一个指称对象，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”以及任何单词的任何单数使用包括复数指称对象。如本文所使用的，术语“包括(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化网络节点，所述网络节点包括：控制模块；第一模块，其耦合到所述控制模块，所述第一模块被配置为选择在所述模块化网络节点的第一输入/输出(I/O)接口处耦合的第一现场设备的第一输入类型和/或第一输出类型；以及第二模块，其耦合到所述控制模块，所述第二模块被配置为选择在所述模块化网络节点的所述第一I/O接口处耦合的所述第一现场设备的第二输入类型和/或输出类型，其中，所述第一模块和/或所述第二模块通过第一现场设备耦合器来耦合到所述第一I/O接口。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.07 US 62/405,734;2016.12.14 US 62/434,1071.一种模块化网络节点，所述网络节点包括：控制模块；第一模块，其耦合到所述控制模块，所述第一模块被配置为选择在所述模块化网络节点的第一输入/输出(I/O)接口处耦合的第一现场设备的第一输入类型和/或第一输出类型；以及第二模块，其耦合到所述控制模块，所述第二模块被配置为选择在所述模块化网络节点的所述第一I/O接口处耦合的所述第一现场设备的第二输入类型和/或输出类型，其中，所述第一模块和/或所述第二模块通过第一现场设备耦合器来耦合到所述第一I/O接口。2.根据权利要求1所述的模块化网络节点，其中，所述模块化网络节点被配置为单信号输入/输出(SSIO)模块。3.根据权利要求2所述的模块化网络节点，其中，所述第一模块被配置为通用输入/输出(UIO)模块，并且所述第二模块被配置为以太网/串行模块。4.根据权利要求3所述的模块化网络节点，其中，所述第一输入类型和/或输出类型是包括以下中的至少一个的信号：模拟输入/输出(AI/AO)信号、离散输入/输出(DI/DO)信号、数字输入/数字输出信号、4-20Ma输入/输出+HART信号、HART输入/输出信号、FOXCOM输入/输出信号、脉冲信号、NAMUR信号、T/C信号、RTD信号和/或光网络信号。5.根据权利要求3所述的模块化网络节点，其中，所述第二输入类型和/或输出类型是物理层和/或网络协议，所述物理层和/或网络协议包括以下中的至少一个：MODBUS、串行、IP、OPCUA、OPCDA、SCADA、IEC61850和/或以太网/IP。6.根据权利要求1所述的模块化网络节点，其中，所述现场设备耦合器被配置为终端组件(TA)，所述TA被配置为：使用信号调节器来与所述模块化网络节点的所述第一模块和所述第二模块进行通信；以及在安装结构的第一槽处耦合所述模块化网络节点。7.根据权利要求6所述的模块化网络节点，其中，所述TA包括现场终端和现场终端单元。8.根据权利要求1所述的模块化网络节点，其中，所述控制模块被配置为：针对所述第一模块和所述第二模块生成控制函数，所述控制函数是使用存储在控制执行模块处的控制逻辑来生成的；解析生成的控制函数；以及使用所解析的控制函数来查询所述第一现场设备。9.根据权利要求8所述的模块化网络节点，其中，所述控制模块还被配置为：使...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·帕克·约翰逊，迈克尔·福克斯，迈克尔·伊恩·贝恩斯，马克·威廉·格林，理查德·林伍德·林斯科特，
申请(专利权)人：施耐德电气系统美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US