工业过程工厂的软件定义的过程控制系统的可视化技术方案

软件定义(SD)过程控制系统(SDCS)实现控制器和其它过程控制相关业务逻辑作为从硬件和软件计算平台资源分离的逻辑抽象(例如，在容器内执行的应用层服务，VM等)。SDCS的SD联网层利用特定于过程控制的操作系统支持服务来管理计算平台资源的使用以及应用层服务的创建、删除、修改和与布置于现场环境中的设备和其他服务的联网，响应于业务逻辑的需求和需要以及在过程工厂的运行时间期间SDCS硬件和/或软件资产的动态改变的条件(例如性能、故障、硬件和/或软件资产的添加/删除等)。SDCS的可视化系统给用户提供了在计算平台上当前配置/运行时SDCS状态的视图，以使得用户能够查看控制系统的逻辑元件与控制系统的其它逻辑和/或物理元件之间的当前配置的相互关系。可视化系统也提供了系统当前配置时的性能度量，以使得用户能够理解控制系统当前配置时的操作健康。户能够理解控制系统当前配置时的操作健康。户能够理解控制系统当前配置时的操作健康。

【技术实现步骤摘要】
工业过程工厂的软件定义的过程控制系统的可视化
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求享有于2021年6月16日提交的、标题为“Software Defined Process Control System for Industrial Process Plants”的美国临时申请63/211,535的优先权和权益，该申请在此通过引用全部并入。


[0002]本申请总体上涉及工业过程工厂的工业过程控制系统，并且更具体而言，涉及被软件定义的工业过程控制系统。

技术介绍

[0003]当前的分布式工业过程控制系统，例如那些在化学、石油、工业或其他过程工厂中用于制造、精炼、转换、生成或生产物理材料或产品的分布式工业过程控制系统，通常包括一个或多个过程控制器，这些过程控制器经由物理层通信地耦合到一个或多个现场设备，这些物理层可以是模拟、数字或组合的模拟/数字总线，或者可以包括一个或多个无线通信链路或网络。可以是例如阀、阀定位器、开关和变送器(例如，温度、压力、液位和流率传感器)的现场设备位于工业过程工厂的过程环境(其在本文中可互换地称为工业过程工厂的“现场环境”或“工厂环境”)内，并且通常执行物理过程控制功能，诸如打开或关闭阀、测量过程和/或诸如流量、温度或压力等的环境参数，以控制在过程工厂或系统内执行的一个或多个过程。智能现场设备(诸如符合众所周知的Fieldbus协议的现场设备)也可以执行控制计算、报警功能和通常在控制器内执行的其他控制功能。，通常位于工厂环境中的过程控制器也可以位于与工厂相关联的后端、受保护的环境中，可以接收指示由现场设备做出的过程测量和/或与现场设备有关的其他信息的信号，并且执行控制例程或应用，所述控制例程或应用运行例如不同控制模块，不同控制模块利用不同控制算法做出过程控制决策、基于所接收的信息生成过程控制信号、并且与在现场设备(诸如和Fieldbus现场设备)中执行的控制模块或块配合。
[0004]其他类型的现场设备可以包括例如光谱测定设备，其可以例如在专业化学和制药过程工厂中用于质量控制和纯度验证。光谱现场设备的示例包括NIR(近红外)、UV
‑
VIS(紫外
‑
可见)和拉曼光谱仪，仅举几个示例。光谱测定现场设备可以由控制器或设备管理器来控制或管理，所述控制器或设备管理器通常指示光谱测定设备何时收集数据、何时传送所收集的数据等。
[0005]设置在现场设备和控制器之间的I/O设备使得能够在它们之间进行通信。例如，过程控制器中的控制模块将控制信号发送到各种不同的输入/输出(I/O)设备，然后这些输入/输出设备通过专用通信线路或链路(通信物理层)将这些控制信号发送到实际的现场设备，从而控制过程工厂或系统的至少一部分的操作，例如，控制在工厂或系统内运行或执行的一个或多个工业过程(例如，物理过程)的至少一部分。在另一个示例中，光谱测定管理器或控制器将指令传送到各种I/O设备，然后I/O设备经由专用通信线路或链路将指令发送到
设置在工业过程工厂中的物理光谱测定设备。响应于该指令，光谱测定设备通过I/O设备经由类似的反向路径将所收集的数据传送到管理器/控制器和/或过程控制系统中的其他接收方设备。通常也位于工厂环境中的I/O设备通常被设置在控制器和一个或多个现场设备之间，并且例如通过将电信号转换为数字值以及将数字值转换为电信号来实现在控制器和一个或多个现场设备之间的通信。提供不同的I/O设备以支持使用不同的专用通信协议的现场设备。更具体而言，在控制器和使用特定通信协议的现场设备中的每一个之间提供不同的I/O设备，以便第一I/O设备用于支持HART现场设备，第二I/O设备用于支持Fieldbus现场设备，第三I/O设备用于支持Profibus现场设备等。现场设备、控制器和I/O设备通常被称为“过程控制设备”，并且通常位于、设置或安装在过程控制系统或工厂的现场环境中。
[0006]更进一步，来自现场设备及其相应控制器的信息通常通过控制器经数据高速通道或通信网络可用于一个或多个其他硬件设备，例如操作员工作站、个人计算机或计算设备、数据历史库、报告生成器、集中式数据库或其他集中式管理计算设备，这些设备通常放置在控制室或远离工厂的较恶劣和/或危险现场环境的其他位置，例如在过程工厂的后端环境中。这些硬件设备中的每一个通常都集中在整个过程工厂或过程工厂的一部分。这些硬件设备运行应用，这些应用可以例如使操作员能够执行关于控制过程和/或操作过程工厂的功能，诸如改变过程控制例程的设置、修改控制器或现场设备内的控制模块的操作、查看过程的当前状态、查看由现场设备和控制器生成的警报、出于培训人员或测试过程控制软件的目的而仿真过程的操作、保持和更新配置数据库等。硬件设备和过程控制器所使用的数据高速通道可以包括有线通信路径、无线通信路径、或有线通信路径和无线通信路径的组合，并且通常使用基于分组的通信协议和非时间敏感通信协议，诸如以太网或IP协议。
[0007]作为示例，由艾默生过程管理公司销售的DeltaV
TM
控制系统包括存储在位于过程工厂内不同位置的不同设备中并由其执行的多个应用。驻留在一个或多个工作站或计算设备中的配置应用，使用户能够创建或改变过程控制模块，并经由数据高速通道将这些过程控制模块下载到专用的分布式控制器。通常，这些控制模块由通信互连的功能块组成，这些功能块可以是面向对象的编程协议中的对象，这些对象基于对其输入来执行控制方案内的功能，并且向控制方案内的其他功能块提供输出。配置应用还可以允许配置工程师创建或改变操作员接口，所述操作员接口由查看应用使用来向操作员显示数据，并使操作员能够改变过程控制例程内的设置(例如设定点)。每个专用控制器以及在一些情况下的一个或多个现场设备，存储并执行相应的控制器应用，该控制器应用运行分配并下载到该控制器应用的控制模块，以实现实际的过程控制功能。可以在一个或多个操作员工作站上(或在与操作员工作站和数据高速通道通信连接的一个或多个远程计算设备上)执行的查看应用，经由数据高速通道从控制器应用接收数据，并使用用户接口向过程控制系统设计者、操作员或用户显示该数据，并且可以提供多个不同视图中的任何视图，例如操作员的视图、工程师的视图、技术人员的视图等。数据历史库应用通常存储在数据历史库设备中并由其执行，该数据历史库设备收集并存储一些或所有通过数据高速通道提供的数据，而配置数据库应用可以在附接到数据高速通道的另一个计算机中运行，以存储当前的过程控制例程配置和与之相关联的数据。可替换地，配置数据库可以位于与配置应用相同的工作站中。
[0008]分布式工业过程控制系统随着时间的推移而发展，已经开发并添加了不同的硬件、通信和联网技术。因此，当今的过程控制系统通常包括无数不灵活的、以硬件为中心的
设备，诸如专用操作员控制台、配置站、特制控制器和I/O卡，仅举几个示例。过程控制系统内的不同类型的硬件设备的这种回转需要多级配置并将底层系统暴露给用户，并且通常转化为初始工程设计工作的成本增加和执行改变管理的成本增加。此外，由于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业过程控制系统，包括：数据集群，包括多个计算节点，每个计算节点包括：处理器，执行操作系统的实例；存储器；以及通信资源，耦合到所述数据集群中的一个或多个其它计算节点；多个容器，其在所述数据集群上执行，所述多个容器与软件定义联网控制器通信，所述软件定义联网控制器将所述容器通信地耦合到操作以控制工业过程工厂中的物理过程的多个过程控制现场设备；容器协调器，可操作以在所述数据集群上实例化所述容器并且管理容错和负载平衡功能；以及可视化例程，其在所述数据集群上执行，所述可视化例程可操作以从所述多个容器中的一个或多个容器、从所述软件定义联网控制器、或从所述容器协调器接收实时数据，并且基于所接收的数据呈现所述过程控制系统的至少部分的操作的图形化描述，所述图形化描述表示以下中的至少两个：与所述多个容器的配置相关联的逻辑配置、与所述过程控制系统内的一个或多个物理元件相关联的物理配置、以及对所述逻辑配置或所述物理配置的至少一部分的性能指示。2.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现表示视觉上指示容器集合相对于彼此嵌套的方式的逻辑配置的图形化描述。3.根据权利要求2所述的工业过程控制系统，其中，所述嵌套容器集合包括嵌套在子系统容器中的控制容器和I/O服务器容器。4.根据权利要求3所述的工业过程控制系统，其中，所述嵌套容器集合还包括相对于所述控制器容器、所述I/O服务器容器以及所述子系统容器嵌套的另外的容器。5.根据权利要求4所述的工业过程控制系统，其中，所述另外的容器是数据收集容器、数据处理容器、第三方容器、以及性能指数容器中的一个。6.根据权利要求2所述的工业过程控制系统，其中，所述图形化描述视觉上指示所述容器集合中的所述容器是动态地还是静态地相对于彼此嵌套。7.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现表示视觉上指示第一容器被绑住到第二容器的方式的逻辑配置的图形化描述。8.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现表示所述逻辑配置的第一逻辑元件与所述物理配置的第一物理元件之间的交互的图形化描述。9.根据权利要求8所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现视觉上地指示第一容器被绑住到第一物理元件的方式的图形化描述。10.根据权利要求8所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现视觉上指示第一容器与第一物理元件动态关联的方式的图形化描述，其中，所述动态关联在所述过程控制系统的运行时间期间能够改变。11.根据权利要求10所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程使得用户能够基于所述图形化描述经由用户输入来动态地改变所述第一容器与所述第一物理元件相关联的方式。12.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现表示所述逻
辑配置的第一逻辑元件与所述逻辑配置的第二逻辑元件之间的交互的图形化描述。13.根据权利要求12所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现视觉上指示第一容器被绑住到第二容器的方式的图形化描述。14.根据权利要求12所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现视觉上指示第一容器被嵌套在第二容器内的方式的图形化描述。15.根据权利要求12所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现视觉上指示所述第一逻辑元件与所述第二逻辑元件动态关联的方式的图形化描述，其中，所述动态关联在所述过程控制系统的运行时间期间能够改变。16.根据权利要求15所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程使得用户能够基于所述图形化描述经由用户输入来动态地改变所述第一逻辑元件与所述第二逻辑元件相关联的方式。17.根据权利要求12所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现表示视觉上指示第一容器与第二容器动态关联的方式的逻辑配置的图形化描述，其中，所述动态关联在所述过程控制系统的运行时间期间能够改变。18.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现表示物理配置的一个或多个物理元件、以及指示所述一个或多个物理元件中的一个物理元件的性能度量的性能指示的图形化描述。19.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现指示由耦合到所述容器协调器的例程所确定的所述物理元件的健康或性能测量的性能指示。20.根据权利要求19所述的工业过程控制系统，其中，所述物理元件是计算机设备或通信连接。21.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程使用一个或多个颜色来呈现指示健康或性能测量的性能指示。22.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现指示以下中的一个或多个的性能指示：消息传递速度、存储利用率、网络带宽、错误率、指派的物理节点、消息诊断、错误条件、物理网络适配器、CPU负载、或温度。23.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现包括在一个或多个计算节点上执行的一个或多个容器的标识的图形化描述。24.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现包括多个计算节点的每个计算节点的健康状态的图形化描述。25.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现所述过程控制系统的一个或多个控制器和I/O子系统的逻辑视图的图形化描述。26.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现包括一个或多个服务器和物理资源管理例程的物理视图的图形化描述。27.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现包括过程控制现场设备集合、I/O子系统的至少部分、以及一个或多个容器之间的交互的视图、描述所述过程控制现场设备中的每个过程控制现场设备与所述一个或多个容器之间经由所述I/O子系统的所述部分的数据流的图形化描述。28.根据权利要求27所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现包括针对所
述容器中的一个或多个、过程控制现场设备、或所述I/O子系统的所述部分的一个或多个性能或健康测量的图形化描述。29.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现包括指示所述过程控制系统的当前操作的配置层级的图形化描述，所述配置层级包括所述过程控制系统的一个或多个物理元件与逻辑元件之间的关系。30.根据权利要求29所述的工业过程控制系统，其中，所述层级示出一个或多个逻辑元件被嵌套在或被绑住到其它逻辑元件的方式。31.根据权利要求29所述的工业过程控制系统，其中，所述层级示出一个或多个逻辑元件当前被绑住到一个或多个物理元件的方式。32.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现包括所述过程控制系统的逻辑元件集合和物理元件集合之间的关系的描述的图形化描述。33.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现包括逻辑元件集合之间的关系与在其上当前执行所述逻辑元件中的一个或多个逻辑元件的所述物理元件的指示的描述的图形化描述。34.根据权利要求33所述的工业过程控制系统，其中，所述关系指示所述逻辑元件被嵌套在彼此内的方式。35.根据权利要求33所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现还包括对所述逻辑元件中的一个或多个逻辑元件的性能指示的图形化描述。36.根据权利要求1所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现包括物理元件集合的描述和由所述一个或多个物理元件实现的一个或多个逻辑元件的指示的图形化描述。37.根据权利要求36所述的工业过程控制系统，其中，所述可视化例程呈现还包括对所述物理元件中的一个或多个物理元件的性能指示的图形化描述。38.一种用于控制工业过程的方法，所述工业过程具有在数据集群上实现的控制系统，所述数据集群具有多个计算节点，每个计算节点包括执行操作系统的实例的处理器、存储器、以及耦合到所述数据集群中的一个或多个其它计算节点的通信资源，所述方法包括：在所述数据集群上执行多个容器；将所述多个容器通信地耦合到操作以控制所述工业过程工厂中的物理过程的多个过程控制现场设备；经由计算机处理器，在所述数据集群上执行容器协调器，以在所述数据集群上实例化和管理所述容器；与所述容器协调器通信，以接收定义所述过程控制系统内的逻辑元件集合的当前配置的实时配置数据，所述逻辑元件集合包括所述多个容器中的一个或多个；以及在所述数据集群上执行可视化例程，以接收所述实时配置数据，并基于所接收的实时配置数据的至少一部分呈现图形化描述，所述图形化描述表示在所述控制系统的运行时间期间所述逻辑元件集合中的至少一些逻辑元件之间的当前配置关系。39.根据权利要求38所述的方法，其中，执行所述可视化例程包括：在所述图形化描述中呈现所述控制系统内的所述逻辑元件集合中的一个逻辑元件与一个或多个物理元件之间的配置关系。
40.根据权利要求38所述的方法，其中，执行所述可视化例程包括：在所述图形化...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
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：