过程控制系统中的虚拟化实时I/O技术方案

多用途动态模拟和运行时控制平台包括与物理过程环境耦合的虚拟过程环境，虚拟和物理过程环境的组件/节点协作以动态执行工业过程工厂的运行时过程控制和/或其模拟。虚拟组件可以包括虚拟运行时节点和/或模拟节点。MPDSC包括I/O交换机，其例如通过使用发布/订阅机制在虚拟节点和/或物理节点之间传递I/O数据，从而虚拟化物理I/O过程数据传递。由I/O交换机服务的节点可以包括相应的组件行为模块，这些组件行为模块不知道它们是否在虚拟或物理节点上被利用。模拟可以实时甚至结合工厂的运行时操作进行，和/或模拟可以根据需要进行操作(速度、数值、管理等)。该平台同时支持模拟和运行时操作以及它们之间的交互/交集。

【技术实现步骤摘要】
过程控制系统中的虚拟化实时I/O相关申请的交叉引用本申请要求于2019年6月10日提交的、名称为“IndustrialControlSystemArchitectureforReal-TimeSimulationandControl”的美国临时专利申请号62/859,508的优先权和申请日的权益，该美国临时申请的全部公开内容在此通过引用明确地并入本文。
本专利申请总体上涉及工业和过程控制系统，更具体地，涉及使用虚拟化的部件来提供过程控制和/或运行时实际过程控制的模拟的工业控制系统。
技术介绍
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于从材料生产物理产品的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。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)的现场设备位于过程环境内，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制工业过程工厂的工业过程的方法，所述方法包括：/n由通信地设置在所述工业过程工厂的多个节点之间的I/O交换机经由与所述多个节点和所述I/O交换机相对应的发布/订阅层在所述多个节点之间虚拟化I/O数据的至少一个物理传递机制，/n所述I/O交换机包括在所述工业过程工厂的过程控制系统中；并且/n所述多个节点包括设置在所述工业过程工厂的物理环境中的现场设备以及过程控制器，所述现场设备和所述过程控制器包括在所述过程控制系统的过程控制回路中，所述过程控制回路在所述工业过程工厂的运行时操作期间执行以控制所述工业过程的至少一部分；以及/n由所述I/O交换机经由对应的虚拟化的物理传递机制，使用与所述现...

【技术特征摘要】
20190610 US 62/859,508;20200514 US 16/874,1061.一种控制工业过程工厂的工业过程的方法，所述方法包括：
由通信地设置在所述工业过程工厂的多个节点之间的I/O交换机经由与所述多个节点和所述I/O交换机相对应的发布/订阅层在所述多个节点之间虚拟化I/O数据的至少一个物理传递机制，
所述I/O交换机包括在所述工业过程工厂的过程控制系统中；并且
所述多个节点包括设置在所述工业过程工厂的物理环境中的现场设备以及过程控制器，所述现场设备和所述过程控制器包括在所述过程控制系统的过程控制回路中，所述过程控制回路在所述工业过程工厂的运行时操作期间执行以控制所述工业过程的至少一部分；以及
由所述I/O交换机经由对应的虚拟化的物理传递机制，使用与所述现场设备、所述过程控制器和所述I/O交换机相对应的所述发布/订阅层在所述现场设备与所述过程控制器之间传递过程I/O数据，从而控制所述工业过程的所述至少一部分。


2.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述过程控制器是设置在所述工业过程工厂的所述物理环境中的物理过程控制器。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述过程控制器是设置在所述工业过程工厂的虚拟环境中的虚拟过程控制器，并且所述I/O交换机将所述工业过程工厂的所述虚拟环境与所述工业过程工厂的所述物理环境通信地连接。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，使用分别与所述现场设备、所述过程控制器和所述I/O交换机相对应的所述发布/订阅层包括使用分组协议。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，使用与所述现场设备、所述过程控制器和所述I/O交换机相对应的所述发布/订阅层在所述现场设备与所述过程控制器之间传递所述过程I/O数据包括：
在所述I/O交换机处，经由所述I/O交换机的发布/订阅层并且基于所述I/O交换机对发布的第一数据的订阅来接收所发布的第一数据，所述发布的第一数据指示由所述现场设备在所述过程控制回路的执行期间生成的过程数据；以及
由所述I/O交换机经由所述I/O交换机的发布/订阅层发布指示所发布的第一数据的第二数据，从而使所述过程控制器在所述过程控制回路的执行期间执行以下各项：
经由所述过程控制器的相应发布/订阅层并基于对应的订阅来接收所发布的第二数据或指示所发布的第二数据的数据；
基于由所述现场设备生成并由所发布的第二数据指示的所述过程数据，生成控制信号；以及
发送所述控制信号以修改对所述工业过程的所述至少一部分的控制。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，
还包括：
由所述I/O交换机维护第一记录集合，所述第一记录集合指示由所述多个节点的第一至少子集中的每个节点发布的并且所述I/O交换机已订阅的相应I/O数据，所述多个节点的所述第一至少子集包括所述现场设备；以及
由所述I/O交换机维护第二记录集合，所述第二记录集合指示所述多个节点的第二至少子集中的每个节点已订阅的相应I/O数据，所述多个节点的所述第二至少子集包括所述过程控制器或通信地设置在所述I/O交换机与所述过程控制器之间的中介节点；并且
其中，由所述I/O交换机在所述现场设备与所述过程控制器之间传递所述过程I/O数据是基于所述I/O交换机维护的所述第一记录集合和所述第二记录集合的。


7.根据前述权利要求所述的方法，还包括：由所述I/O交换机接受包括在所述多个节点的所述第二至少子集中的特定节点对订阅特定I/O数据的请求，并基于所接受的请求，将特定记录存储在所述第二记录集合中。


8.根据权利要求6-7中的任一项所述的方法，其中，在所述第二记录集合中指示的所述I/O数据在所述第一记录集合中被指示。


9.根据权利要求6-8中的任一项所述的方法，还包括：基于对订阅的变更来更新所述第一记录集合或所述第二记录集合中的至少一个。


10.根据权利要求6-9中的任一项所述的方法，其中，由所述第一记录集合指示的所述I/O数据和由所述第二记录集合指示的所述I/O数据中的每一个分别通过独特的标签在所述I/O交换机处被识别，所述独特的标签标识每个I/O数据，并且所述独特的标签基于所述工业过程工厂的配置来定义。


11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间控制所述工业过程的所述至少一部分包括：在小于500微秒的时间间隔内，在所述过程控制的所述现场设备与所述过程控制器之间传递所述过程I/O数据。


12.根据前述权利要求所述的方法，其中，在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间控制所述工业过程的所述至少一部分包括：在小于100微秒的时间间隔内，在所述过程控制的所述现场设备与所述过程控制器之间传递所述过程I/O数据。


13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述I/O交换机的至少一部分包括存储在一个或多个计算设备的一个或多个存储器上的计算机可执行指令。


14.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述I/O交换机的所述至少一部分是所述I/O交换机的第一至少一部分，并且所述I/O交换机的至少第二部分包括所述一个或多个计算设备。


15.根据权利要求13至14中任一项所述的方法，其中，所述I/O交换机的所述至少一部分中的至少一些是经由虚拟化实现的，所述I/O交换机的所述虚拟化包括虚拟机、容器、或另一种类型的虚拟化。


16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述I/O交换机是包括在所述工业过程工厂的所述过程控制系统中的第一I/O交换机，并且其中，使用分别与所述现场设备、所述过程控制器和所述第一I/O交换机相对应的所述发布/订阅层在所述现场设备与所述过程控制器之间传递所述过程I/O数据包括：
经由所述第一I/O交换机的发布/订阅层接收由所述现场设备的发布/订阅层发布的第一数据，所发布的第一数据指示由所述现场设备在所述过程控制回路在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间执行时生成的过程数据；
经由所述第一I/O交换机的发布/订阅层发布指示所述第一数据的第二数据，从而使包括在所述过程控制系统中并且已订阅了所述第二数据的发布的第二I/O交换机接收所发布的第二数据并将指示所发布的第二数据的第三数据转发到包括在所述过程控制回路中的所述过程控制器。


17.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中：
由所述I/O交换机经由与所述多个节点和所述I/O交换机相对应的所述发布/订阅层在所述多个节点之间虚拟化I/O数据的所述至少一个物理传递机制包括：由所述I/O交换机虚拟化I/O数据的多个物理传递机制。


18.根据前述权利要求所述的方法，其中，所虚拟化的多个不同的物理传递机制由所述多个节点中的不同的接收方节点使用，所述不同的接收方节点包括不同类型的过程控制器。


19.根据前述权利要求所述的方法，其中，满足以下各项中的至少一项：所述不同类型的过程控制器包括不同类型的虚拟过程控制器，或者所述不同类型的过程控制器包括不同类型的物理过程控制器。


20.根据权利要求17-19中的任一项所述的方法，其中，虚拟化I/O数据的多个物理传递机制包括：虚拟化多种类型的I/O硬件，所述多种类型的I/O硬件包括以下各项中的至少一项：一种或多种类型的物理I/O卡、一种或多种类型的物理I/O设备、或电子编组系统的一个或多个部件。


21.一种工业过程工厂的系统，所述系统包括：
输入/输出(I/O)交换机，其包括在所述工业过程工厂的过程控制系统中，所述I/O交换机通信地连接所述过程控制系统的多个节点，并且所述I/O交换机通过使用与所述多个节点和所述I/O交换机相对应的发布/订阅层在所述多个节点之间虚拟化I/O数据的至少一个物理传递机制，
所述过程控制系统还包括过程控制回路，所述过程控制回路包括设置在所述工业过程工厂的物理环境中的现场设备以及过程控制器，所述现场设备和所述过程控制器包括在经由所述I/O交换机通信地连接的所述多个节点中，并且所述过程控制回路在所述工业过程工厂的运行时操作期间执行，以通过使用由所述I/O交换机提供的对应的虚拟化物理传递机制在所述现场设备与所述控制器之间传递过程I/O数据，来控制工业过程的至少一部分。


22.根据前述权利要求所述的系统，其中：
所述I/O交换机包括发布/订阅层，所述I/O交换机经由所述发布/订阅层接收所述I/O交换机已订阅的、发布的I/O数据，并且所述I/O交换机经由所述发布/订阅层发布所述多个节点的一个或多个节点已订阅的I/O数据；

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·尼克松，A·小阿马罗，N·H·贝尔，J·M·卡尔德维尔，G·K·劳，
申请(专利权)人：费希尔罗斯蒙特系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US