在过程控制系统中运行实时控制的虚拟节点的自动平衡和性能均衡技术方案

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部件/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。虚拟部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部件行为模块，这些部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】
在过程控制系统中运行实时控制的虚拟节点的自动平衡和性能均衡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)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业过程工厂的系统，所述系统包括：/n多个虚拟节点，所述多个虚拟节点设置在所述工业过程工厂的虚拟环境中，所述多个虚拟节点在所述工业过程工厂的运行时操作期间进行操作，以通过将数据发布到I/O交换机并订阅由所述I/O交换机发布的数据来控制工业过程，所述I/O交换机将所述多个虚拟节点通信地连接到设置在所述工业过程工厂的物理环境中的多个物理节点，所述多个物理节点包括至少一个现场设备，并且所述多个物理节点在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间进行操作，以通过经由所述I/O交换机向所述多个虚拟节点发送数据和从所述多个虚拟节点接收数据来控制所述工业过程；/n所述多个虚拟节点虚拟化以下各项中的至少一项...

【技术特征摘要】
20190610 US 62/859,508;20200514 US 16/874,2161.一种工业过程工厂的系统，所述系统包括：
多个虚拟节点，所述多个虚拟节点设置在所述工业过程工厂的虚拟环境中，所述多个虚拟节点在所述工业过程工厂的运行时操作期间进行操作，以通过将数据发布到I/O交换机并订阅由所述I/O交换机发布的数据来控制工业过程，所述I/O交换机将所述多个虚拟节点通信地连接到设置在所述工业过程工厂的物理环境中的多个物理节点，所述多个物理节点包括至少一个现场设备，并且所述多个物理节点在所述工业过程工厂的所述运行时操作期间进行操作，以通过经由所述I/O交换机向所述多个虚拟节点发送数据和从所述多个虚拟节点接收数据来控制所述工业过程；
所述多个虚拟节点虚拟化以下各项中的至少一项：(i)能够部署在所述工业过程工厂的所述物理环境中以控制所述工业过程的一个或多个物理部件，或(ii)所述一个或多个物理部件的一个或多个子部件。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个虚拟节点中的每个虚拟节点包括相应的至少一个部件行为模块，所述相应的至少一个部件行为模块对经由相应的一个或多个订阅从所述I/O交换机接收的第一数据的内容进行操作以生成第二数据，并将所述第二数据发布到所述I/O交换机，以便传递到另一个过程控制部件，从而控制所述工业过程的相应的至少一部分。


3.根据权利要求2所述的系统，其中：
所述多个虚拟节点在虚拟化平台上实现，所述虚拟化平台包括具有一个或多个处理器和一个或多个有形存储器的一个或多个互连的计算设备，所述一个或多个处理器执行存储在所述一个或多个有形存储器上的计算机可执行指令以提供所述多个虚拟节点；
所述多个虚拟节点对由所述I/O交换机发布的数据的多个订阅对应于多个I/O分配的第一部分；并且
所述多个虚拟节点向所述I/O交换机进行的数据的多个发布对应于所述多个I/O分配的第二部分。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述虚拟化平台的负载是基于所述多个I/O分配来跨所述多个虚拟节点平衡的。


5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述虚拟化平台的所述负载还基于配置的边界条件来平衡。


6.根据权利要求4-5中的任一项所述的系统，其中，所述虚拟化平台的所述负载的所述平衡包括将所述多个I/O分配中的至少一部分重新分配给不同的虚拟节点。


7.根据权利要求4-6中的任一项所述的系统，其中，所述虚拟化平台的所述负载的所述平衡包括以下各项中的至少一项：从在所述虚拟化平台上实现的所述多个节点中移除特定虚拟节点，或者创建在所述虚拟化平台上实现的附加虚拟节点。


8.根据权利要求4-7中的任一项所述的系统，其中，所述虚拟化平台的所述负载包括软件资源负载或硬件资源负载中的至少一个。


9.根据权利要求4-8中的任一项所述的系统，其中，所述负载包括存储器资源负载或业务负载中的至少一个。


10.根据权利要求3至9中的任一项所述的系统，其中，与所述多个虚拟节点相对应的性能水平是基于所述多个I/O分配而在所述虚拟化平台处平衡的。


11.根据权利要求10所述的系统，其中，与所述多个虚拟节点相对应的性能水平还基于配置的边界条件来平衡。


12.根据权利要求10-11中的任一项所述的系统，其中，与所述多个虚拟节点相对应的性能水平的所述平衡包括将所述多个I/O分配中的至少一部分重新分配给不同的虚拟节点。


13.根据权利要求10-12中的任一项所述的系统，其中，与所述多个虚拟节点相对应的所述性能水平的所述平衡包括以下各项中的一项：从在所述虚拟化平台上实现的所述多个节点中移除特定虚拟节点，或者创建在所述虚拟化平台上实现的附加虚拟节点。


14.根据权利要求10-13中的任一项所述的系统，其中，与所述多个虚拟节点相对应的性能水平的所述平衡包括平衡在其上实现所述多个虚拟节点的所述虚拟化平台的所述一个或多个处理器的利用率。


15.根据权利要求10-14中的任一项所述的系统，其中，与所述多个虚拟节点相对应的性能水平的所述平衡包括平衡在其上实现所述多个虚拟节点的所述虚拟化平台的所述一个或多个互连的计算设备的利用率。


16.根据权利要求10至15中的任一项所述的系统，其中，与所述多个虚拟节点相对应的性能水平的所述平衡包括平衡对在其上实现所述多个虚拟节点的所述虚拟化平台的所述一个或多个互连的计算设备进行互连的网络或一个或多个链路中的至少一个的利用率。


17.根据权利要求4-16中的任一项所述的系统，其中，所述虚拟化平台的所述负载的所述平衡或与所述多个虚拟节点相对应的所述性能水平的所述平衡中的至少一个被自动地执行，而无需任何在线用户输入。


18.根据权利要求3至17中的任一项所述的系统，还包括虚拟化管理节点，所述虚拟化管理节点在所述虚拟环境中通信地连接到所述多个虚拟节点，并且基于所述虚拟化平台的一个或多个检测到的和/或预测的状况来执行所述虚拟化平台的所述负载的所述平衡或与所述多个虚拟节点相对应的所述性能水平的所述平衡中的至少一个。


19.根据前述权利要求所述的系统，其中，所述虚拟化平台的所述一个或多个检测到的和/或预测的状况包括检测到的第一故障的发生或预测的第二故障的发生中的至少一个。


20.根据权利要求18-19中的任一项所述的系统，其中，在所述虚拟化平台的初始化或调试中的至少一者之后，所述虚拟化管理节点基于所述多个I/O分配来创建所述多个虚拟节点，所述多个I/O分配基于所述工业过程工厂的一个或多个系统配置数据库来确定。


21.根据前述权利要求所述的系统，其中，所述虚拟化管理节点在所述虚拟化平台的初始化或调试中的至少一者之后，进一步基于所述一个或多个系统配置数据库来确定所述多个I/O分配。


22.一种在工业过程工厂处的方法，所述方法包括：
在所述工业过程工厂的运行时操作期间，执行以下步骤：
当过程控制系统的多个虚拟节点进行操作以通过将数据发布到I/O交换机并且订阅由所述I/O交换机发布的数据来控制工业过程时，检测和/或预测在其上实现所述多个虚拟节点的虚拟化平台处发生的一个或多个状况，所述多个虚拟节点设置在所述工业过程工厂的虚拟环境中，所述I/O交换机包括在所述过程控制系统中并且将所述多个虚拟节点通信地连接到所述过程控制系统的多个物理节点，所述多个物理节点设置在所述工业过程工厂的物理环境中并包括至少一个现场设备，并且所述多个物理节点在所述工业过程的所述运行时操...

【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