一种以分布方式在过程中执行过程控制功能的过程控制系统，其特征在于，所述系统包括： 在所述过程中执行通讯过程功能的通讯总线； 通讯连接在所述通讯总线上的多个设备，每个设备在过程中执行不同的过程功能； 包括原始冗余单元和辅助冗余单元的一对冗余单元，它们适应于在过程中执行相同过程功能；和 连接该冗余单元对的控制器，检测该冗余单元之一的故障，在检测到冗余单元之一的故障时操纵连接到过程控制系统中的另一个冗余单元。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）
Process control system with redundant field device and bus and configuration method thereof
A distribution mode in the process execution process control function of the control system, which is characterized in that the system includes: the implementation of communication function of the communication bus in the process of communication; a plurality of devices connected to the communication bus, each device performs different functions in the process of a process; the redundant unit includes original redundant units and auxiliary redundant units, which are adapted to perform the same function in the process; and the connection controller of the redundant unit of the fault detection of the redundant unit, one of the redundant units to fault detection in control process control is connected to another redundant element in the system.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及过程控制网络，特别是涉及使用如现场设备和通讯总线那样的冗余功能单元，以分布方式实现过程控制功能的过程控制网络。
技术介绍
诸如化学、汽油和其它制造与精炼过程之类的过程包括众多位于各种位置的现场设备来测量和控制过程参数以实现过程的有效控制。这些现场设备例如可以是诸如温度、压力和流速传感器之类的传感器和诸如阀门和开关之类的控制元件。过程控制业过去借助于手工操作(类似于手工读取液面和压力计，开启阀门轮等)来测量和控制过程中的现场设备。20世纪初，过程控制开始采用本地气动控制，其中将本地气动控制器、传送器和阀门定位器放置在过程工厂内各位置上以实现对某些工厂元件的控制。随着70年代基于微处理器的分布控制系统(DCS)的出现，分布式电子过程控制在过程控制业中日益占据主导地位。正如所知的那样，DCS包括一台模拟或数字计算机(例如可编程逻辑控制器)，它与诸如电子传感器、传送器、电流-压力换能器、阀门定位器之类分布整个过程线上的众多电子监控设备相连。DCS计算机存储并实现集中式并且常常是复杂的控制方案以测量和控制过程中的设备，从而根据某些总体控制方案控制过程参数。但是通常情况下，DCS实现的控制方案都是DCS控制器制造商的专利，由于DCS提供方必然牵涉到系统扩展、升级、重新编程和服务等各个方面，所以其业务难度大并且价格昂贵。而且由于DCS控制器的专利属性以及实际情况中DCS控制器提供商有可能不支持其它供应商制造的某些设备或功能的缘故，特定DCS使用或连接的设备种类都受到一定的限制。为了克服在使用拥有专利权的DCS中存在的固有问题，过程控制业界研制了大量标准的开放通信协议，例如包括HART、PROFIBUS、WORLDFIP、LONWORKS、Device-Net和CAN协议，这些协议可以使不同制造商提供的现场设备在同一过程控制回路内使用。实际上，即使现场设备是由DCS控制器制造商以外的制造商提供，也能够采用任何遵守其中一个这类协议的现场设备在过程内完成与DCS控制器或其它支持协议的控制器之间的通信并受它们控制。此外，在过程控制业中现在有一种分散化过程控制的趋势，它简化了DCS控制器或者在很大程度上减少了对DCS控制器的需求。通过使诸如阀门定位器、传送器之类的过程控制设备完成一种或更多的过程控制功能并随后通过在由其它过程控制设备使用的总线结构上交换数据实现了分散化控制。为了实现这些控制功能，每个过程控制设备包括能实现一种或更多基本控制功能并利用标准和开发的通信协议与其它过程控制设备进行通信的微处理器。这样，不同制造商提供的现场设备就可以在一个过程控制回路内互联起来，互相进行通信并完成构成控制回路的一种或多种过程控制功能而无需DCS控制器的干预。由现场总线基金会制订的称为FOUNDATION现场总线(以下称为“Fieldbus”)的全数字双线回路总线协议是一种开放的通信协议，它允许不同制造商的设备通过标准总线互相操作和通信以在一个过程内实现分散化控制。无论用什么通讯协议，诸如流体控制阀那样的过程控制单元一般被用于温度和压力变化范围很大的苛刻的过程控制环境中。苛刻环境下的流体控制阀的应用包括油、气管线的应用，核能电站和各种过程控制的应用。在这样环境下，主要的维护一般包括周期性预纺性维护、由于阀破损的维持和验证阀是否运转正常的测试。在这些苛刻环境下控制单元疲劳或故障必须不定期地更换。无论是控制单元的故障或更换控制单元，通常需要关闭过程控制系统，那需要很高的花费和时间，因为关闭以后再使过程控制系统恢复到稳定状态需要很长时间。因此，需要提供一种装置和操作方法，允许过程控制网络使用如双线，环路供电，双向数字通讯协议或其他任何分布式过程功能协议，尽管在网络中功能单元故障或更换过程中仍然保持运行。专利技术概要按照本专利技术，在一个过程控制系统，如双线、环路供电、双向数字通讯环境中的功能单元，使用选择性冗余连接和选择性冗余功能单元相互连接。在原始的过程环路单元发生故障时冗余功能单元和冗余连接提供从原始过程环路单元运行到辅助的过程环路单元的平滑过渡。按照本专利技术的一个方面，冗余是使用两组通讯手段实现的，包括一对冗余总线，一个原始总线和一个冗余总线。按照本专利技术的另一个方面，冗余是使用单组通讯手段(如单个通信总线)可选地实现的，而且实现设备冗余，如现场设备冗余，因而当设备或如功难模块那样的功能单元故障时得以恢复，但不适于通讯手段故障。在一个实施例中，如数字控制系统(DCS)控制器或现场设备那样的环路控制器控制着具有冗余功能单元的单个通讯环路的冗余操作。在此实施例中，环路控制器连接到单个通讯总线，单个通信总线连到如设备那样功能单元的冗余对上。所选功能单元，如控制逻辑，检测故障状态，并将此状态通知控制器，或者控制器检测从冗余功能单元中故障单元的通讯中止，然后自动重新配置通讯环路，由此恢复通讯状态。按本专利技术的进一步的方面，冗余是使用通讯手段的冗余组，并使用其他的冗余功能单元，如设备选择地实现的，既可对故障设备又可对故障通讯手段获得恢复。根据本专利技术，如数字控制系统(DCS)或现场设备那样的控制器控制具有连接到冗余设备的冗余总线的通讯环路冗余对的冗余操作。环路控制器连接到通信环路冗余对的原始总线和冗余总线，冗余设备连接到冗余总线上，原始设备连到原始环路，冗余设备连到冗余环路上。所选的功能单元检测故障状态，并将此环路控制器，或者环路控制器检测从故障的功能单元来的通讯的中止。在发生故障时，如当控制器或控制逻辑检测到有故障的功能单元(总线或设备)，或者环路控制器检测到从一个单元来的通讯中止时，环路控制器自动地重新配置通讯环路的冗余对，以恢复通讯状态。按照本专利技术的更进一步的方面，冗余是使用连接到单个设备的通讯手段的冗余组选择地实现的，因而获得对故障通讯手段，而不是对故障设备的恢复。按照本专利技术，如数字控制系统(DCS)控制器或现场设备那样的环路控制器控制冗余通讯手段的冗余操作。环路控制器连到通讯手段冗余对的原始总线和冗余总线上，而许多其他功能单元(如设备)连接到通讯手段的冗余对上。所选的功能单元检测坏的通讯状态，而环路控制器检测通讯中止。在这样的配置中，当功能单元检测到坏的通讯状态或环路控制器检测到从一个单元来的通讯中止时，环路控制器自动重新配置通讯手段的冗余对，由此恢复通讯状态。借助于上述的过程控制系统和操作方法，可以取得许多优越性。例如其优点是当一个过程设备或通讯总线发生问题时，可以避免关闭一条过程控制线。还有的优点是在过程控制系统中功能单元的自诊断功能得以利用，自动地断开故障单元并替换功能单元。类似的优点是可利用过程控制系统的双向通讯协议，在原始功能单元故障时自动激活冗余功能单元。附图的简单描述附图说明图1是使用Fieldbus协议的过程控制网络例子的示意方块图；图2是具有功能模块的三个Fieldbus设备的示意方块图；图3是一个示意方块图，说明图1的过程控制网络的某些设备中的功能模块；图4是图1的过程控制网络中过程控制环路的控制环路示意图；图5是图1的过程控制网络的一个总线段的宏周期的时序示意图；图6是一个示意方块图，说明了使用单组通信手段连到冗余设备实现冗余的控制系统网络；图7是一张示意方块图，说明了使用冗余通讯本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：H·A·伯恩斯，B·H·拉森，L·K·布朗，
申请(专利权)人：费希尔控制产品国际有限公司，
类型：发明
国别省市：
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