【技术实现步骤摘要】
过程控制系统中的集中式虚拟化管理节点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...
【技术保护点】
1.一种工业过程工厂的系统，所述系统包括：/n过程控制系统，所述过程控制系统包括设置在所述工业过程工厂的虚拟环境中的多个虚拟节点、设置在所述工业过程工厂的物理环境中的多个物理节点、以及I/O交换机，所述I/O交换机通信地设置在所述多个虚拟节点与所述多个物理节点之间，以在所述I/O交换机、所述多个虚拟节点中的至少一些虚拟节点、以及所述多个物理节点中的至少一些物理节点在所述工业过程工厂的运行时操作期间结合地操作以控制工业过程时，经由发布和订阅在所述多个虚拟节点与所述多个物理节点之间传输数据；以及/n虚拟化管理节点，所述虚拟化管理节点在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间管理所述...
【技术特征摘要】
20190610 US 62/859,508;20200514 US 16/874,0401.一种工业过程工厂的系统，所述系统包括：
过程控制系统，所述过程控制系统包括设置在所述工业过程工厂的虚拟环境中的多个虚拟节点、设置在所述工业过程工厂的物理环境中的多个物理节点、以及I/O交换机，所述I/O交换机通信地设置在所述多个虚拟节点与所述多个物理节点之间，以在所述I/O交换机、所述多个虚拟节点中的至少一些虚拟节点、以及所述多个物理节点中的至少一些物理节点在所述工业过程工厂的运行时操作期间结合地操作以控制工业过程时，经由发布和订阅在所述多个虚拟节点与所述多个物理节点之间传输数据；以及
虚拟化管理节点，所述虚拟化管理节点在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间管理所述过程控制系统的所述多个虚拟节点。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述多个虚拟节点包括至少一个虚拟运行时节点，所述至少一个虚拟运行时节点包括以下各项中的至少一项：虚拟过程控制器，虚拟安全控制器；虚拟安全逻辑解算器；虚拟I/O卡、设备或节点；虚拟无线设备；虚拟以太网设备；虚拟操作员工作站；虚拟用户接口设备；虚拟工具；虚拟网关；虚拟电子编组机柜或系统；或者设置在所述工业过程工厂的所述物理环境内的另一种类型的物理设备或部件的虚拟化；并且
所述多个物理节点包括以下各项中的至少一项：过程控制器；安全控制器；安全逻辑解算器；I/O节点、卡或设备；无线设备；以太网设备；操作员工作站；用户接口设备；工具；网关；电子编组机柜；网络连接；或者设置在所述工业过程工厂的所述物理环境内的另一种类型的物理设备或部件。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中：
所述多个虚拟节点中的至少一个虚拟节点和所述多个物理节点中的至少一个物理节点包括在过程控制回路中，所述过程控制回路在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间执行以控制所述工业过程的至少一部分；并且
所述过程控制回路使用I/O交换机代替任何物理I/O设备。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述虚拟化管理节点响应于支持所述工业过程工厂的所述虚拟环境的物理计算平台的一个或多个条件来管理所述多个虚拟节点，所述物理计算平台包括一个或多个计算设备。
5.根据前述权利要求所述的系统，其中，与支持所述虚拟环境的所述物理计算平台相对应的所述一个或多个条件包括以下各项中的至少一项：故障的发生、所述物理计算平台的一个或多个资源的相应使用情况、所述一个或多个资源的相应加载情况、所述一个或多个资源的相应可用性、所述一个或多个资源的相应带宽、所述一个或多个资源的性能的相应度量、所述一个或多个资源的相应状态、或所述物理计算平台的至少一部分的另一种类型的条件。
6.根据前述权利要求所述的系统，其中，所述物理计算平台的所述一个或多个资源包括以下各项中的至少一项：硬件资源或软件资源。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述虚拟化管理节点对所述多个虚拟节点的管理包括以下各项中的至少一项：所述多个虚拟节点中包括的特定虚拟节点的删除、另一个虚拟节点的创建、备用虚拟节点的激活、资源的重新分配、或另一个管理动作。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述虚拟化管理节点对所述多个虚拟节点的管理包括所述虚拟化管理节点对特定虚拟节点的管理，并且对所述特定虚拟节点的管理包括以下各项中的至少一项：存储所述特定虚拟节点的至少一部分的相应配置，存储与所述特定虚拟节点的所述至少一部分相对应的运行时数据，存储与所述特定虚拟节点的所述至少一部分相对应的模拟数据，存储所述特定虚拟节点的所述至少一部分的状态，或者存储与所述特定虚拟节点的所述至少一部分相对应的其他数据。
9.根据前述权利要求所述的系统，其中，由所述虚拟化管理节点执行的对所述特定虚拟节点的管理还包括：从相应存储的数据中恢复所述特定虚拟节点的所述至少一部分。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中：
所述过程控制系统的所述多个虚拟节点包括多个虚拟运行时节点；
所述系统还包括设置在所述工业过程工厂的所述虚拟环境中的模拟系统，
所述模拟系统包括所述I/O交换机和另外多个虚拟节点，所述另外多个虚拟节点包括一个或多个模拟节点，
所述一个或多个模拟节点中的每个模拟节点模拟能够部署在所述工业过程工厂的所述物理环境中的一个或多个物理设备或部件的至少一部分，以及
所述一个或多个物理设备或部件，其包括以下各项中的至少一项：
过程控制器；安全控制器；安全逻辑解算器；I/O节点、卡或设备；无线设备；以太网设备；操作员工作站；用户接口设备；工具；网关；电子编组机柜；网络连接；或者设置在所述工业过程工厂的所述物理环境内的另一种类型的物理设备或部件；并且
所述虚拟化管理节点管理所述模拟系统。
11.根据前述权利要求所述的系统，其中，由所述每个模拟节点模拟的所述一个或多个物理设备或部件的所述至少一部分包括特定物理设备或部件的部分，并且所述特定物理设备或部件的所述部分包括以下各项中的至少一项：所述特定物理设备或部件的模块、例程、功能或行为、MAC地址、或硬件子部件。
12.根据权利要求10-11中的任一项所述的系统，其中，单个整体的模拟节点模拟能够部署为在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间共同地操作的多个物理设备或部件。
13.根据权利要求10-12中的任一项所述的系统，其中，所述一个或多个模拟节点包括共同地操作以模拟所述工业过程工厂的所述运行时操作的功能或行为的多个模拟节点。
14.根据权利要求10-13中的任一项所述的系统，其中：
所述模拟系统执行包括所述一个或多个模拟节点中的特定模拟节点的模拟运行；
所述模拟运行包括所述特定模拟节点与以下各项中的至少一项之间的通信：所述过程控制系统的特定虚拟运行时节点，或所述过程控制系统的特定物理节点；并且
所述特定虚拟运行时节点或所述特定物理节点中的所述至少一个被配置为在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间进行操作。
15.根据前述权利要求所述的系统，其中：
所述特定模拟节点包括相应的部件行为模块；并且
所述虚拟化管理节点使所述特定模拟节点的所述相应的部件行为模块在所述模拟运行完成后被下载到设置在所述工业过程工厂的所述物理环境中的相应物理节点中。
16.根据前述权利要求所述的系统，其中，所述虚拟化管理节点使所述特定模拟节点的相应部件行为模块在批准完成的模拟运行后被下载到所述相应物理节点中。
17.根据权利要求10-16中的任一项所述的系统，其中，所述模拟系统还包括模拟器访问机制，应用经由所述模拟器访问机制提供和/或接收在由所述模拟系统执行的模拟运行中使用的一个或多个模拟值。
18.根据前述权利要求所述的系统，其中，所述模拟器访问机制包括应用编程接口。
19.根据权利要求17-18中的任一项所述的系统，其中，所述模拟器访问机制与所述I/O交换机对接，以提供和/或接收所述一个或多个模拟值。
20.根据权利要求17-19中的任一项所述的系统，其中，所述模拟器访问机制被配置为经由标准化数据或通信协议与所述应用进行通信。
21.根据权利要求17-20中的任一项所述的系统，其中，模拟器访问机制使用存储在所述工业过程工厂的系统配置数据库中的、所述一个或多个模拟节点的相应标识，所述工业过程工厂的所述系统配置数据库存储所述工业过程工厂的至少一个物理配置。
22.根据权利要求17-21中的任一项所述的系统，其中，所述模拟器访问机制被配置为对一个或多个模拟命令进行操作，从而执行以下各项中的至少一项：以运行时速度执行所述模拟运行，加快所述模拟运行以比所述运行时速度快的速度执行，放慢所述模拟运行以比所述运行时速度慢的速度执行，设置所述模拟运行的模拟值，设置所述模拟运行的初始条件；暂停所述模拟运行，设置所述模拟运行的中间条件，修改所述模拟的执行的速度，或者修改与所述模拟运行相关联的模拟值，保存或存储与所述模拟运行的至少一部分相关联的数据，获取已保存或存储的所述模拟运行的至少一部分，保存或存储所述模拟运行的配置，或者获取已保存或存储的所述模拟运行的配置。
23.根据权利要求17-22中的任一项所述的系统，其中，所述模拟器访问机制所响应的至少一个模拟命令经由用户接口来提供。
24.根据权利要求17-23中的任一项所述的系统，其中，所述模拟器访问机制所响应的至少一个模拟命令经由第三方应用来提供。
25.根据权利要求17-24中的任一项所述的系统，其中，所述模拟器访问机制维护分别与所述模拟运行的相应部分相关联的一个或多个状态。
26.根据前述权利要求所述的系统，其中，所述一个或多个状态对应于以下各项中的至少一项：虚拟部件的状态、物理部件的状态、模拟部件的状态、虚拟设备的状态、物理设备的状态、模拟设备的状态、虚拟模块的状态、物理模块的状态、模拟模块的状态、通过所述模拟运行至少部分地模拟的过程的状态、或者所述模拟运行的状态。
27.根据权利要求17-26中的任一项所述的系统，其中，所述模拟器访问机制由所述虚拟化管理节点提供。
28.根据权利要求10-27中的任一项所述的系统，其中，所述模拟系统在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间进行操作。
29.根据前述权利要求所述的系统，其中，所述模拟系统在所述工业过程工厂的运行时操作期间与所述过程控制系统对接。
30.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述虚拟化管理节点代表所述虚拟环境与一个或多个其他应用对接。
31.根据前述权利要求所述的系统，其中，所述一个或多个应用包括以下各项中的至少一项：用户接口应用、在与所述工业过程工厂相关联的信息技术(IT)层中执行的应用、在所述工业过程工厂的操作技术(OT)层中执行的应用、物联网(IoT)应用、工业物联网(IIoT)应用、在计算云中执行的应用、经由一个或多个公共网络通信地连接到所述虚拟化管理节点的应用、或第三方应用。
32.根据权利要求30-31中的任一项所述的系统，其中，所述一个或多个应用包括以下各项中的至少一项：诊断应用、数据历史库应用、系统级健康监视应用、用户接口应用、或在移动设备上执行的应用。
33.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述虚拟化管理节点自动管理所述过程控制系统的所述多个虚拟节点中的至少一部分以及设置在所述工业过程工厂的所述虚拟环境中的任何其他虚拟节点，而无需任何在线用户输入。
34.根据前述权利要求所述的系统，其中，所述虚拟化管理节点自动管理所述过程控制系统的所述多个虚拟节点以及设置在所述工业过程工厂的所述虚拟环境中的所述任何其他虚拟节点的全部，而无需任何在线用户输入。
35.根据权利要求33-34中的任一项所述的系统，其中，所述虚拟化管理节点自动执行所述多个虚拟节点和所述任何其他虚拟节点的创建、配置和管理的至少一部分，而无需任何在线用户输入。
36.根据前述权利要求所述的系统，其中，所述虚拟化管理节点自动执行所述多个虚拟节点和所述任何其他虚拟节点的创建、配置和管理的全部，而无需任何在线用户输入。
37.一种在虚拟化管理节点处管理工业过程工厂的虚拟环境的方法，所述方法包括：
由所述虚拟化管理节点访问所述工业过程工厂的一个或多个系统配置数据库，所述一个或多个系统配置数据库存储所述工业过程工厂的物理环境的一个或多个配置；
基于所述访问，由所述虚拟化管理节点获得指示所述工业过程工厂的至少一个配置的信息；
基于所获得的配置信息，由所述虚拟化管理节点自动确定一个或多个虚拟节点的数量和/或所述一个或多个虚拟节点的相应类型，以支持所述工业过程工厂的所述至少一个配置；
由所述虚拟化管理节点在所述工业过程工厂的所述虚拟环境内创建所述一个或多个虚拟节点；
由所述虚拟化管理节点配置I/O交换机以通信地互连所述一个或多个虚拟节点；以及
由所述虚拟化管理节点初始化所述一个或多个虚拟节点和所述I/O交换机，从而在所述工业过程工厂的所述虚拟环境中形成虚拟通信网络。
38.根据权利要求37所述的方法，还包括：由所述虚拟化管理节点配置所述I/O交换机以将所述工业过程工厂的一个或多个物理节点与所述一个或多个虚拟节点通信地互连，所述一个或多个物理节点设置在所述工业过程工厂的所述物理环境中。
39.根据权利要求37-38中的任一项所述的方法，其中，创建一个或多个虚拟节点包括创建至少一个虚拟运行时节点，并且其中，初始化所述一个或多个虚拟节点包括：将所述至少一个虚拟运行时节点初始化为结合设置在所述工业过程工厂的所述物理环境中的至少一个物理节点来操作，以在所述工业过程工厂的运行时操作期间控制工业过程。
40.根据前述权利要求所述的方法，其中，所述至少一个虚拟运行时节点和所述至少一个物理节点包括于在所述工业过程工厂的所述一个或多个系统配置数据库中定义的过程控制回路中。
41.根据权利要求37-40中的任一项所述的方法，
还包括：由所述虚拟化管理节点基于所获得的配置信息自动确定一个或多个虚拟模板；并且
其中，创建所述一个或多个虚拟节点包括：基于所述一个或多个虚拟模板创建至少一个虚拟节点。
42.根据权利要求37-41中的任一项所述的方法，
还包括：由所述虚拟化管理节点基于所获得的配置信息自动确定一个或多个虚拟子系统；并且
其中，创建所述一个或多个虚拟节点包括：创建一个或多个虚拟子系统中的至少一个虚拟子系统的至少一个虚拟节点。
43.根据权利要求37-42中的任一项所述的方法，其中，所述I/O交换机是第一I/O交换机，并且所述方法还包括：
由所述虚拟化管理节点基于所获得的配置信息自动确定所述虚拟通信网络包括多...
【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
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