公开了一种用于过程控制系统的混合有线和无线体系结构，它包括分级自适应能力和优化能力。系统按三层布置，第一层包括多个无线末端装置，这些无线末端装置与分布式控制系统交换数据和/或指令的数据包，其中，每个无线末端装置与一个或多个仪表、远程终端单元、诊断装置、泵、阀、传感器、储箱液位测量装置相关联。第二层包括多个无线路由器，每一个包括存储器和处理器，该存储器存储路由表，该处理器路由数据包。第三层包括主无线网关装置，该主无线网关装置可操作地连接成，从分布式控制系统接收数据包和向其传输数据包。无线路由器的每一个的处理器基于存储的路由表，在末端装置与无线网关装置之间跨层路由数据包。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及过程控制系统和方法，并且更具体地，涉及包括操作混合有线和无线过程控制和/或自动网络而利用最小系统资源的分级自适应能力和优化能力系统和方法。
技术介绍
在各种商业和工业处理设施(包括烃和石油化学工厂)中的无线网络的当前体系结构使得成为必要的是从无线末端装置(WED)传输的大多数信息数据包具有单一目的地-中央控制室(CCR)。然而，来自WED的传输通过几个无线中间装置(WID)和无线网关装置(WGD)，导致同一数据包的多个拷贝到达中央控制室(CCR)网关(一个或多个)。WED可向所有其它装置传输和从这些装置接收，但不能路由到其它装置。WID向所有其它装置传输和从这些装置接收，并且路由到其它装置。WGD向其它装置传输、从这些装置接收、及在这些装置之间路由，并且也执行高级应用，这些高级应用包括协议翻译和用于源-目的地对的路径的分配。如这里使用的那样，部件WED、WID及WGD也称作“节点”。由于典型工业过程要求数千个仪器，例如传感器、阀、诊断装置等，这些仪器都必须将信息传输到CCR，所以在目前技术状态下，在CCR中和其周围存在在无线带宽频谱上对于访问的大量争用。这种争用最终导致信号通过量的降低和很高的数据包丢失率。如这里使用的那样，“商业和工业处理设施”包括化学工厂、烃设施、石油化学设施、制造厂、或使用无线过程自动化和/或控制的任何设施。图I是用于在商业和工业处理设施中的典型现有技术过程控制网络500的硬件相互连通性的示意图。在图I中，有线连通性用在节点之间的双-箭头实线描绘，并且无线连通性用在节点之间的双-箭头虚线描绘。几个接线盒506 (JB)，并且在典型过程控制系统中高达几百个接线盒，典型地由铜或光纤线连接到在中央控制室501 (CCR)中的一个或多个编组柜(marshalling cabinet) 504上。CCR 501包括分布式控制系统502，该分布式控制系统502 —般包括至少一个处理器，该至少一个处理器耦接到存储器上，用来提供工厂自动化和/或控制必需的功能。接线盒506提供数据分布功能和功率(电流和电压)控制，并且装有必要的电力连通性和适当环境屏蔽罩。编组柜504提供在几个接线盒506之间的相互连通性，并且用作在CCR 501中的访问点，用于附加JB的安装、用于维护、测试及服务。JB可连接到任何有线通信使能压力传感器、温度传感器、泵、阀、储箱液位表等上。典型地这些末端装置能是相同过程控制装置，该相同过程控制装置连接到WED上，差别是末端装置的I/O卡。就是说，末端装置当它们支持仅有线连通性或者无线和有线两种连通性时，可连接到JB上。对于支持仅无线连通性的末端装置，必须使用WED。典型地，为了将来增加和扩展，在每个接线盒506与CCR之间的沟道中提供备用铜或光纤线。这些有线连接可在接线盒506和/或周围区域处接入。接线盒506和在对其有线通信中的工厂硬件(未示出)，与编组柜一道，用于在典型商业和工业处理设施中的独立有线网络509。在传统上，工厂和工业网络已经依赖于有线，作为用于通信和联网的装置。无线通信作为独立网络引入设施内。因此商业和工业处理设施通常包括无线网络，该无线网络独立于有线网络。无线网络一般包括主WGD 510，该主WGD 510经输入/输出接口 508耦接到分布式控制系统502上。几个WGD 512和WID 514彼此相互连接，并且相互连接到主WGD510上。WID 514从WED 516接收数据，并且向WED 516传输数据。在如图I所示的现有技术系统中，在主WGD 510网关的控制下的无线网络520与有线网络509完全隔离，该有线网络509通过编组柜504连接几个接线盒506。数千量级的所有现场装置和子系统，典型地在商业和工业处理设施中的比较小区 域内，例如在约500米乘约300米的量级上的空间中。在现场装置处的WED 516 —般广播它们的数据，该数据由任何和所有可用WID 514和/或WGD 512接收。WID 514将数据重新传输到WGD 512和主WGD 510，并且WGD 512将数据重新传输到主WGD510。最终，用可由主WGD 510执行的一个或多个适当软件和/或固件模块完成数据包选择，该主WGD 510选择显得具有准确数据的第一数据包，并且丢弃包含同一数据的拷贝的随后数据包。具有显著冗余度这种体系结构被常规地实施，以确保从WED 516传输的所有数据在CCR 501处接收，用于随后动作和/或数据收集目的。国际自动化协会(InternationalSociety of Automation) (ISA)已经建立自动化标准委员会无线系统(Wireless Systems for Automation Standards Committee)(ISA-SP 100)，后者的任务是定义无线连通性标准。用于过程自动化系统的SP 100无线标准适用于诸如油和气、石油化学、水/废水处理及制造之类的工业。SP 100标准打算用在2. 4GHz频带中，在300范围内具有在高达250千字节每秒的速度的数据传输。SP100装置具有比可比较无线局域网(LAN)相对低的数据速率和能量要求，因为它们打算是低成本装置。最近已经开发了另一种常用无线过程控制和/或自动化网络，作为高速可导址远程发射器(HART)通信基金会(Highway Addressable Remote Transmitter (HART) CommunicationFoundation)协议的派生物，一般称作HART 协议。SP100协议规定不同类型的通信，这些通信分类为“使用级”，并且基于减小数字编号关键性增加。“级O”通信包括分类为对于安全性用途，如紧急停机系统，关键的那些通信，并且始终认为是关键的；“级I”用于常常认为是关键的闭环调节控制；“级2”用于通常不是关键的闭环监督控制；“级3”用于开环控制；“级4”用于报警或通知；及“级5”用于数据记录。某些事件，如警报，依据消息类型可具有不同的服务级别。图2是用于现有技术的无线过程控制系统600的现有技术体系结构的示意图，该无线过程控制系统600例如在SP100标准下操作。一般地，在SP100系统中的装置划分成三类，通常称作“层”。层I包括末端装置，如仪表、远程终端单元、阀、传感器、储箱液位测量装置等，它们的每一个连接到WED 616上。层2包括WID 614，并且层3包括WGD 612。如以上描述的那样，WED 616可向所有其它装置传输和从这些装置接收，但不能路由到其它装置；WID 614向所有其它装置传输和从这些装置接收，并且路由到其它装置；&WGD 612向其它装置传输、从这些装置接收、及在这些装置之间路由，并且也执行高级应用，这些高级应用包括协议翻译和用于源-目的地对的路径的分配。另外，主无线网关装置610提供在层3处，该主无线网关装置610耦接到CCR 601上，并且控制往返DCS 602的最终数据通信。为了使描述更清楚和为了简化这里提供的某些例子，也标明各个节点。分别表明在WED L17和L13与WGD L35和L31之间的连通性，尽管如由本领域的技术人员将理解的那样，连通性典型地提供在所有WED 616与主WGD 61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：A·达雷塞，M·A·兰多尔斯，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，法赫德国王石油矿产大学，
类型：
国别省市：
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