專利名稱：用于分布式過程控制系統(tǒng)的受激模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于模擬分布式過程控制系統(tǒng)的操作的模擬器。
分布式過程控制系統(tǒng)正成為普通用于復(fù)雜過程的控制，這些復(fù)雜過程包括但決不限于能量、金屬和水/廢水場中的過程。能量部分既包括核和非核發(fā)電過程控制，又包括工廠計算機應(yīng)用。一個分布式過程控制系統(tǒng)包括若干分布式處理裝置(DPU)，各分布式處理裝置控制整個過程的某些部分。典型地，DPU具有運行過程控制軟件的數(shù)字處理器，該過程控制軟件響應(yīng)從過程的指定部分接收的傳感器信號及操作員信號，對過程的這個部分產(chǎn)生控制信號。個別DPU連接在一起，并且通過網(wǎng)絡(luò)通信連接到操作員控制臺。由任何DPU產(chǎn)生的為其他DPU所需要的參數(shù)值通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送。
典型地，工廠中產(chǎn)生的傳感器信號是模擬或邏輯信號。各DPU包括模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，其把模擬信號數(shù)字化，并且存儲數(shù)字傳感器信號。周期地，在DPU之內(nèi)的數(shù)字處理器檢索數(shù)字化傳感器信號，并把它們轉(zhuǎn)換成用于控制算法或通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到分布式系統(tǒng)的其他部分的參數(shù)值。由各種DPU執(zhí)行的不同功能對與該DPU相應(yīng)的傳感器值的輸入更新有不同的要求。例如，有些控制回路要求按毫秒間隔更新輸入信號，其他控制回路要求幾十或幾百毫秒，而還有其他控制回路僅要求按一秒或更長間隔更新。典型地，要求按相同頻率更新的功能組合在一個共DPU中。結(jié)果是通常各種DPU對傳感器數(shù)據(jù)的更新有不同的要求。
由于過程控制系統(tǒng)已變得較為復(fù)雜，所以越發(fā)要求用于訓(xùn)練操作員和用于模擬過程控制系統(tǒng)中工程升級的模擬器。典型地，工廠過程控制模擬器利用單計算機系統(tǒng)，其對過程和過程控制系統(tǒng)兩者模型化仿真(通過數(shù)學(xué)軟件)。對于分布式過程控制系統(tǒng)來說，由于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)難以仿真這樣系統(tǒng)的實時響應(yīng)，以及難以證明仿真系統(tǒng)與其試圖模型化的系統(tǒng)相配，所以這樣做并不總是證明令人滿意的。普通承認(rèn)的于1994年7月29日提交的美國專利申請系列號08/282,854通過提供一種模擬器提出這個問題，這種模擬器利用工廠的實際分布式過程裝置，這些分布式過程裝置利用真實的過程控制軟件。過程由若干副模擬器來仿真，各副模擬器模擬受一個或多個DPU控制的過程的一部分，但是各副模擬器在一個主模擬器控制之下。代替對有關(guān)DPU提供傳感器信號，這個系統(tǒng)的副模擬器執(zhí)行工程或電氣轉(zhuǎn)換，并且通過直接存儲器存取裝置把過程參數(shù)的數(shù)字值直接插入DPU中的數(shù)字處理器的存儲器。
雖然美國專利申請系列號08/282,854所述的系統(tǒng)對現(xiàn)有模擬過程和分布式過程控制系統(tǒng)兩者的模擬器系統(tǒng)來說提供顯著好處，但是仍有改進(jìn)余地。這種較早系統(tǒng)沒有考慮不同DPU的不同控制頻率。因此，對實際工廠系統(tǒng)響應(yīng)來說該較早系統(tǒng)時間響應(yīng)可能不真實。并且，許多工廠操作員已經(jīng)具有他們過程的計算機模型，但是其不對模型化軟件進(jìn)行更改則不可用于多個副模擬器。此外，由于副模擬器把參數(shù)值直接作為工程值注入DPU存儲器中，所以沒有運用DPU的轉(zhuǎn)換程序，這對保證在I/O級接口使受激模擬與實際工廠相配是一個重要特點。
因此，需要一種用于模擬分布式過程控制系統(tǒng)的操作的改進(jìn)模擬器。
特別是，需要這樣一種改進(jìn)模擬器，其更好地模擬分布式過程控制系統(tǒng)的真實響應(yīng)時間。
還需要這樣一種改進(jìn)模擬器，其也運用DPU的轉(zhuǎn)換程序。
還需要這樣一種改進(jìn)模擬器，其不要求對DPU應(yīng)用軟件作大更改，并且再使用實際系統(tǒng)硬件部件。
還需要這樣一種改進(jìn)模擬器，其能利用現(xiàn)有的計算機工廠模型，尤其不對工廠模型計算機軟件作大更改。
這些需要和其他需要由本發(fā)明來滿足，本發(fā)明涉及一種用于分布式過程控制系統(tǒng)的模擬器，該分布式過程控制系統(tǒng)利用分布式處理裝置(DPU)，這些分布式處理裝置像實際分布式測量和控制系統(tǒng)的分布式處理裝置那樣，并且實現(xiàn)實際過程控制軟件。模型化裝置，例如現(xiàn)有工廠模型化計算機，仿真過程，并且響應(yīng)DPU用實際過程控制軟件所產(chǎn)生的控制信號，產(chǎn)生優(yōu)選地取傳感器信號形式的過程信號。DPU還響應(yīng)由操作員控制臺產(chǎn)生的操作員信號。通信裝置提供多個DPU之間及DPU與操作員控制臺之間的通信。連接到各DPU及模型化裝置的激勵裝置把過程信號傳送到DPU。按照本發(fā)明的一個方面，過程信號是傳感器信號，它們被映射到DPU的輸入/輸出(I/O),DPU然后使用它們本身的數(shù)字處理器，把傳感器信號轉(zhuǎn)換成參數(shù)值，這些參數(shù)值用于實際過程控制程序，并且/或者通過通信裝置傳送到分布式處理系統(tǒng)的其他部分。
作為本發(fā)明的另一個方面，激勵裝置按不同DPU的指定掃描頻率向DPU提供過程信號，優(yōu)選地為傳感器信號。模型化裝置和激勵裝置通過一個反射存儲器交換數(shù)據(jù)。激勵裝置還按各DPU的指定頻率讀出由DPU產(chǎn)生的控制信號，并且通過反射存儲器把它們映射到模型化裝置。
連同附圖閱讀以下優(yōu)選實施例的敘述，能對本發(fā)明獲得完全理解，其中

圖1是按照本發(fā)明用于分布式過程控制系統(tǒng)的受激模擬器的方塊圖。
圖2A和圖2B提供更詳細(xì)的方塊圖，說明圖1模擬器的相關(guān)部件的互連。
圖3是說明為圖1和圖2模擬器系統(tǒng)一部分的受激分布式處理裝置的部件的方塊圖。
圖4是說明形成模擬器系統(tǒng)一部分的模擬器站的部件的方塊圖。
圖5A和圖5B說明由圖4模擬器站所運行的模擬器控制程序的流程圖。
圖6是由圖4模擬器站所運行的主程序的方塊圖。
圖7是由圖4模擬器站所運行的映射程序的方塊圖。
圖1提供按照本發(fā)明的用于分布式過程控制系統(tǒng)的模擬器1的結(jié)構(gòu)的總體視圖。模擬器1有三個基本部件。首先，有分布式過程測量和控制系統(tǒng)3，其主要為用于工廠的實際測量和控制設(shè)備的重新裝配的非冗余子集，設(shè)備的操作即被模擬。
測量和控制系統(tǒng)3包括多個分布式處理裝置(DPU)5，各DPU按本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式控制工廠過程的一部分。在說明系統(tǒng)中，有12個DPU,51到512，在兩個柜7的每個中安置6個。DPU由取數(shù)據(jù)總線9形式的通信網(wǎng)絡(luò)連接在一起。各個DPU 5通過總線接口11連接到數(shù)據(jù)總線9。數(shù)據(jù)總線還使DPU與一個或多個操作員站13及一個工程師/歷史員站15連接，以及與其他包括I&C系統(tǒng)人機接口層的可能工作站連接。在示例系統(tǒng)中，操作員站13和工程師/歷史員站15為工作站。在這些站處可以提供外圍設(shè)備17，例如打印機，以產(chǎn)生系統(tǒng)性能的硬拷貝輸出及執(zhí)行其他間接任務(wù)。
測量和控制系統(tǒng)3例如可以是西屋分布式處理族(WDPF)系統(tǒng)。在這樣系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)總線9是WESTNET總線，其提供實時數(shù)據(jù)的確定通信，以及通過共同控制標(biāo)記通行協(xié)議的文件傳送式通信。除沒有實現(xiàn)某些隔離特性(光導(dǎo)纖維介質(zhì)等)的可能例外，WESTNET總線9與實際工廠中現(xiàn)存的總線相同。工作站13和15可以是帶有外圍設(shè)備，例如打印機17的Unix工作站(WEStation)，這些工作站提供工廠計算機和人機接口功能，并且除可能不提供功能上冗余的WEStation外，與實際工廠中現(xiàn)存的工作站相同。WDPF DPU 5為測量過程控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)獲得和控制功能，并且又除DPU為非冗余，且重新裝配以減少模擬器中所要求的柜的數(shù)目外，在功能和數(shù)目上與實際工廠中現(xiàn)存的DPU相同。另外，如下所述在模擬器DPU 5中沒有輸入/輸出(I/O)板。各DPU 5包括與實際工廠設(shè)備中現(xiàn)存相同的基本和應(yīng)用軟件。雖然在示例系統(tǒng)中說明在2個柜中安放12個DPU，但是可以利用其他數(shù)目的DPU和布置。
在模擬器1以及實際工廠中，操作員通過操作員控制臺13控制過程。在模擬器中，可以由學(xué)員操作一個站，而由教員操作另一個站。在操作員站13產(chǎn)生的操作員信號通過數(shù)據(jù)總線9傳送到DPU。DPU還在需要時通過數(shù)據(jù)總線9交換數(shù)據(jù)。DPU 5從過程接收各種輸入，例如傳感器信號和狀態(tài)邏輯信號，并且響應(yīng)傳感器和狀態(tài)信號，以及操作員信號，用過程控制軟件來產(chǎn)生提供給過程的控制信號。除過程由工廠模型計算機19中所實現(xiàn)的過程模型來代替外，模擬器1按類似方式操作。許多工廠具有包括這樣工廠模型的模擬系統(tǒng)，它們用來分析包括假定異常條件和系統(tǒng)變更的工廠操作。模擬器1使工廠模擬器中的現(xiàn)有工廠模型可以用來激勵I(lǐng)&C系統(tǒng)接口。測量和控制系統(tǒng)3與工廠模型計算機19之間的接口由模擬器接口21來提供，該模擬器接口21包括工作站23，例如WEStation,SBUS擴展底盤25，其提供把模擬器工作站與DPU5連接的SBUS適配器，以及模擬器工作站23與工廠模型計算機19之間的接口27。如將要更完全地敘述，接口27包括一個反射存儲器接口29。模擬器工作站23還通過總線接口電子線路31連接到數(shù)據(jù)總線9。
圖2A和圖2B更詳細(xì)地說明模擬器接口21在工廠模型計算機19與測量和控制系統(tǒng)3的DPU 5之間提供通信的方式。在說明模擬器1中，模擬器接口21的工作站23是利用SBUS結(jié)構(gòu)的SUN SPARC工作站。連接到工作站的SBUS連接器33的SBUS擴展底盤25為底盤所服務(wù)的六個DPU 5的各個提供SBUS適配器35。各DPU 51到512利用MULTIBUS結(jié)構(gòu)。適配器371到3712使各自DPU通過擴展底盤25中的SBUS適配器35與模擬器工作站23接口。DPU 51到512各有一個數(shù)字處理器(MDX板)39，其中運行過程控制軟件。DPU還包括總線控制器(MHC板)41，其把DPU連接到數(shù)據(jù)總線9，以與其他DPU及操作員站13和工程師/歷史員站15連接。各DPU還包括它們本身的電源43。
模擬器工作站23通過駐留在接口27和工廠模型計算機19兩者中的反射存儲器29與工廠模型計算機19通信。工廠模型計算機19和接口27中的反射存儲器29通過光導(dǎo)纖維環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)30連接。由于工廠模型計算機19和反射存儲器27具有VME總線，所以裝置27中的總線適配器45和工作站23的SBUS連接器33中的適配器47為數(shù)據(jù)和控制信號的交換提供硬件接口。如連同圖1所述，接口31把模擬器工作站23與數(shù)據(jù)總線9連接。這通過另一個SBUS連接器33實現(xiàn)。模擬器工作站23與工廠模型計算機19之間的反射存儲器接口29允許在工廠模型計算機與測量和控制系統(tǒng)3之間的協(xié)議少量數(shù)據(jù)傳送。
模擬器工作站23的主要功能是在工廠模型計算機19與DPU 5之間映射數(shù)據(jù)值和狀態(tài)信息，并且還響應(yīng)各種模擬器控制功能，例如運行/凍結(jié)，初始條件(IC)集的裝載/存儲，快照，回溯，以及其他功能。凍結(jié)控制功能允許模擬在任何點停止，以檢查學(xué)員或供分析。存儲功能存儲在系統(tǒng)操作期間的某一點的條件集，該條件集可以在以后回調(diào)。裝載功能把對于指定存儲功能的初始條件裝載到DPU中，以在所選擇條件下起動模擬。快照功能除在執(zhí)行中存儲初始條件外與存儲功能相同，并且對操作員透明。利用回溯功能，教員可以回調(diào)一系列快照，以檢查學(xué)員行為或工廠操作的進(jìn)行。
圖3更詳細(xì)地說明DPU 5的相關(guān)結(jié)構(gòu)。DPU的核心是MDX板39，其上實現(xiàn)一個取微型計算機形式的數(shù)字處理器，該微型計算機具有一個中央處理裝置(CPU)49和一個數(shù)據(jù)庫存儲器51。MDX板39還有一個存儲器映射輸入/輸出(I/O)接口(DIOB)53。DIOB接口53包含模擬信號和邏輯信號的模擬到數(shù)字等效，這些模擬信號和邏輯信號典型地由實際工廠中的I/O卡(未示出)掃描。在受激系統(tǒng)接口中，模擬接口用適當(dāng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字值填充這個存儲器53，這些數(shù)字值與從工廠模型計算機19接收的傳感器值相對應(yīng)。周期地，處理器49從DIOB 53接收數(shù)字化傳感器信號，用于實現(xiàn)控制軟件的算法。這些算法產(chǎn)生控制信號，然后控制信號存儲在DIOB 53中，以輸出到閥電動機和工廠的其他活動部件。當(dāng)然，在模擬器中這些部件以及受控制的過程在工廠模型計算機19中仿真。
數(shù)據(jù)庫存儲器51存儲由分布式過程控制軟件所產(chǎn)生的各種點值。如所述，由一些DPU產(chǎn)生的這些數(shù)據(jù)點中有些還由其他DPU使用。這些數(shù)據(jù)點值的交換通過通信網(wǎng)絡(luò)9由安裝在MHC控制板41上的網(wǎng)絡(luò)控制器來實現(xiàn)。MHC板41通過專有總線55與MDX板通信。
還如前文所述，由DPU運行的各種程序可以具有不同的I/O和控制頻率。典型地，在一個單DPU中組合具有共I/O頻率的程序。I/O頻率確定更新DIOB存儲器53的速率。控制頻率確定CPU 49對DIOB 53讀和寫的速率。按照本發(fā)明，模擬器站23按有關(guān)DPU 5的I/O頻率把工廠模型計算機19產(chǎn)生的傳感器信號值直接映射到DIOB 53。這是通過利用MULTIBUS 57和在模擬器站23的SBUS與DPU的MULTIBUS 57之間傳送信號的接口37來實現(xiàn)。因此，模擬器站23能對DPU直接讀和寫信號數(shù)據(jù)，而不引入通過數(shù)據(jù)總線9通信所固有的等候時間。對于實際系統(tǒng)定時布置或輸入/輸出掃描，控制計算等來說，這種直接接口還允許模擬器站23頻率匹配其與DPU的通信。這樣保證模擬器的時間響應(yīng)特性將與工廠的時間響應(yīng)特性相同。這種直接接口還簡化了對模擬器控制功能，例如運行/凍結(jié)，裝載/存儲，初始條件集，快照，回溯等的響應(yīng)。例如，運行/凍結(jié)通過起動/暫停DPU I/O掃描和控制任務(wù)來控制。存儲功能通過用初始條件(IC)數(shù)作為參考，把數(shù)據(jù)庫存儲器51和DIOB存儲器53的快照傳送到模擬器站23來實現(xiàn)。裝載功能通過把IC集直接裝載到數(shù)據(jù)庫存儲器51和DIOB存儲器53來實現(xiàn)?；厮莨δ芡ㄟ^把IC集順序傳送到DPU來實現(xiàn)。
圖4說明模擬器站23的相關(guān)元件。說明工作站23有一個CPU 59和一個隨機存取存儲器(RAM)。它還有一個內(nèi)部硬盤63，用于存儲IC文件和其他信息。模擬器站23有一個SBUS 65，它通過SBUS連接器33和SBUS擴展底盤(圖4中未示出)與DPU 5接口。模擬器站23通過反射存儲器29和SBUS適配器27與工廠模型計算機19通信。并且，模擬器站23通過WESTNET總線接口31和SBUS連接器33沿數(shù)據(jù)總線9通信。因此，模擬器站23在工廠模型計算機19與各DPU 5之間提供單連接。這樣使得便于使用模擬器中現(xiàn)有工廠模型計算機19。
圖5說明由模擬器工作站23運行的SIM CONTROL程序67的流程圖。首先在69調(diào)用時，執(zhí)行初始化任務(wù)，包括建立可布置的定時器，其按希望速率重復(fù)地回調(diào)程序。還建立共享存儲器，以管理模擬器工作站23之內(nèi)的內(nèi)部任務(wù)通信。然后在71清除來自工廠模型計算機的控制標(biāo)記。如果模型已在凍結(jié)狀態(tài)，這就不包括清除凍結(jié)標(biāo)記。還在71起動由模擬器工作站運行的其他過程(包括以下所述的SIM MAP任務(wù))。
程序然后在73等待由內(nèi)部定時器產(chǎn)生的中斷。當(dāng)定時器時間已過時，在75檢查運行/凍結(jié)標(biāo)記，并且如果設(shè)置為凍結(jié)，則在77凍結(jié)DPU5。這是通過在各DPU的DIOB 53中設(shè)置控制位來完成。如果在79檢測到存儲(寫)標(biāo)記，并且如果在81確定初始條件(IC)數(shù)在范圍之內(nèi)，那么模擬器工作站執(zhí)行在83所指示的幾個功能。這包括首先停止在71建立的過程，并且凍結(jié)DPU 5。然后把數(shù)據(jù)庫存儲器51和DIOB 53中存儲的數(shù)據(jù)存儲到模擬器工作站中的文件。一旦這樣完成，系統(tǒng)返回到其在存儲命令之前所處的運行或凍結(jié)狀態(tài)，并且繼續(xù)模擬器工作站中的停止過程。如果IC數(shù)不在范圍內(nèi)，在85產(chǎn)生一個過程錯誤，并且通過數(shù)據(jù)總線傳送到操作員站。如果在87設(shè)置了裝載(復(fù)位)標(biāo)記，并且IC數(shù)在89確定在范圍之內(nèi)，那么初始化在91所指示的序列。這包括停止在71建立的過程及凍結(jié)DPU。然后把所選擇IC數(shù)下存儲的數(shù)據(jù)裝載到DIOB存儲器53和DPU 5的數(shù)據(jù)庫存儲器51中。然后DPU返回到在檢測到裝載標(biāo)記時現(xiàn)有的運行或凍結(jié)狀態(tài)，并且繼續(xù)模擬工作站中的停止過程。當(dāng)這些步驟完成時，程序返回到73，并且等待下一個時間中斷。如果IC數(shù)在89不在范圍之內(nèi)，則在程序返回到73以等待下一個中斷以前，在93產(chǎn)生一個過程錯誤指示。類似地，如果在87無裝載標(biāo)記設(shè)置，程序返回到73。
圖6說明模擬器主程序SIM MAIN 95的流程圖。這個主程序確定各種DPU的掃描頻率，并且在97根據(jù)這些掃描速率把數(shù)據(jù)分成分類文件。然后它在99大量產(chǎn)生包括圖7所示的映射程序101的子過程。這個程序101按各DPU的指定I/O頻率，把來自工廠模型計算機的包括傳感器信號的數(shù)據(jù)映射到適當(dāng)?shù)腄PU。因此，這個程序?qū)Ω鲯呙桀l率重復(fù)執(zhí)行。首先，在103通過初始化模擬器站23的存儲器中的數(shù)據(jù)點來初始化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。周期地，模擬器站23向通信接口9廣播定時信號，以使分布式系統(tǒng)同步。如果在105到達(dá)廣播時間，則在107廣播定時信號。在任何情況下，程序在109從反射存儲器收集由工廠模型計算機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以及從DPU收集數(shù)據(jù)。在111把來自工廠模型計算機的數(shù)據(jù)傳送到適當(dāng)?shù)腄PU，反之亦然。程序然后在113等待基于頻率的下一次循環(huán)。如所述，對各指定的DPU頻率運行類似程序。將會理解，所有具有相同指定頻率的DPU可以由同一程序服務(wù)。
上述受激模擬器接口結(jié)構(gòu)對于仿真相同功能，以及對于美國專利申請系列號08/282,854所述的分布式過程控制模擬器來說，提供許多優(yōu)點。激勵優(yōu)于仿真的一個主要優(yōu)點是系統(tǒng)為工廠所使用的相同過程控制系統(tǒng)的實際代表。因此，受激系統(tǒng)把實際工廠結(jié)合到人機接口(窗口，過程圖形顯示，報警表，系統(tǒng)診斷等)。無需伴有困難地仿真這種MMI功能。受激系統(tǒng)還提供工廠過程控制軟件的絕對再使用性。無疑模擬器包含與工廠相同的功能，實際上，模擬器能用作工廠軟件的軟件試驗臺。受激模擬器還在設(shè)計意圖以及沒有意識到的特點，例如軟件缺陷兩方面，與實際系統(tǒng)相配。實際系統(tǒng)中固有的任何問題將也存在于模擬器中，從而帶來早期檢測/診斷。系統(tǒng)響應(yīng)也與工廠的響應(yīng)相同。
仿真中的主要困難之一是重現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)時間。由于在接口中重復(fù)系統(tǒng)定時特性，所以這個困難在受激系統(tǒng)中得到消除。所有信號失落(DPU和操作員站)以按工廠中相同頻率運行。分布式信號失落之間的定時作用默認(rèn)也與工廠相同。
受激系統(tǒng)的費用與仿真相比還得到降低。最初，仿真對激勵的費用比較是軟件對硬件的費用比較。開發(fā)模擬軟件以仿真過程控制系統(tǒng)中的軟件費用會相當(dāng)高。實際上，盡管由于基本軟件可以在逐個工程中再使用，因此僅需要為工廠開發(fā)應(yīng)用軟件，但是就模擬器必須仿真應(yīng)用軟件和基本操作系統(tǒng)軟件兩者來說，這些費用可能比實際工廠中的軟件費用高。在比較中，受激系統(tǒng)需要較少的硬件裝置結(jié)果帶來了合理的初始系統(tǒng)費用。通過除去I/O硬件和冗余性，所開發(fā)結(jié)構(gòu)除去了與實際工廠系統(tǒng)有關(guān)的硬件費用的大部分。另一方面，本發(fā)明的受激模擬器保持對實際工廠定時的較為真實，并且與上述專利申請的分布式處理模擬器比較，對DPU的I/O接口利用存儲器映射過程傳感器值，以便使DPU仍運用其轉(zhuǎn)換程序，使更多的軟件有效。
本發(fā)明的受激模擬器的另一個主要優(yōu)點是使維護和升級費用降低。在一個仿真系統(tǒng)中，與仿真軟件維護有關(guān)的升級費用會相當(dāng)高。在受激系統(tǒng)中，實際上沒有和不影響工廠接口的軟件升級有關(guān)的維護費用。本系統(tǒng)能通過簡單地再裝載新的工廠應(yīng)用軟件來升級。本發(fā)明系統(tǒng)以能升級性和維護性為設(shè)計基礎(chǔ)來設(shè)計。這是通過使工廠模型計算機與測量和控制系統(tǒng)的剩余部分之間的接口布置與模擬器站隔離來實現(xiàn)。模擬器站布置通過一個映射文件，其簡單地把工廠模型計算機“點”與測量和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)點相關(guān)。映射文件是文本文件，它就其數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流方向和在反射存儲器中的偏移來描述各點。有關(guān)各點的數(shù)據(jù)的剩余部分，例如掃描/頻率，從測量和控制系統(tǒng)軟件本身在線搜集。接口設(shè)計成在I/O級映射數(shù)據(jù)。換句話說，按照其與工廠接口相同的傳感器單位(電壓，電流等)來映射數(shù)據(jù)。所有至工程值、數(shù)字傳感反相的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換用實際工廠軟件執(zhí)行。
雖然已經(jīng)詳細(xì)地敘述了本方面的具體實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，可以根據(jù)公開的總體技術(shù)提出對這些細(xì)節(jié)的各種變更和替換。所公開的特殊布置僅是說明性的，不作為本發(fā)明的范圍限定，本發(fā)明的范圍由附加權(quán)利要求的全部外延及其任何和所有等效要求來給定。
權(quán)利要求
1．一種用于模擬由一個分布式過程控制系統(tǒng)所控制的過程的操作的模擬器，所述模擬器包括模型化裝置，用于響應(yīng)控制信號模型化所述過程，并且提供響應(yīng)所述控制信號對所述過程的模型化而產(chǎn)生的傳感器信號，這些傳感器信號表示過程參數(shù)的傳感器值；多個分布式處理裝置(DPU)，具有輸入/輸出(I/O)裝置，以接收和存儲所述傳感器信號及輸出所述控制信號，以及數(shù)字處理裝置，以把所述傳感器信號轉(zhuǎn)換成參數(shù)值，并且響應(yīng)所述參數(shù)值和操作員信號，以用實際過程控制軟件產(chǎn)生所述控制信號；操作員控制臺，以由操作員產(chǎn)生所述操作員信號；通信裝置，提供所述多個DPU之間及所述多個所述DPU與所述操作員控制臺之間的通信；以及激勵裝置，連接到各所述DPU和所述模型化裝置，以把來自所述模型化裝置的所述傳感器信號傳送到所述DPU的所述I/O裝置，及把來自所述DPU的所述控制信號傳送到所述模型化裝置。
2．權(quán)利要求1的模擬器，其中各所述DPU的所述數(shù)字處理裝置具有指定掃描速率，所述數(shù)字處理裝置按該指定掃描速率掃描所述I/O裝置，以獲得所述傳感器信號，并且其中所述激勵裝置具有的裝置至少按DPU的數(shù)字處理裝置的所述指定掃描速率，把來自所述模型化裝置的所述傳感器信號提供給各所述DPU的I/O裝置。
3．權(quán)利要求2的模擬器，其中所述激勵裝置包括的裝置按所選多個DPU的數(shù)字處理裝置的指定掃描速率，把來自模型化裝置的所述傳感器信號提供給各所述DPU的I/O裝置。
4．權(quán)利要求3的模擬器，其中所述激勵裝置包括的裝置按DPU的數(shù)字處理裝置的所述指定掃描速率，把來自模型化裝置的所述傳感器信號提供給各所述DPU的I/O裝置。
5．權(quán)利要求2的模擬器，其中所述模型化裝置和所述激勵裝置各包括反射存儲器裝置，以在所述模型化裝置與所述激勵裝置之間傳送所述傳感器信號和控制信號。
6．權(quán)利要求2的模擬器，其中所述激勵裝置包括用所述模型化裝置凍結(jié)所述過程的模擬的裝置，以及暫停所述傳感器信號對所述DPU的所述傳送和用所述數(shù)字處理裝置凍結(jié)所述控制信號的產(chǎn)生的裝置。
7．一種用于模擬由一個分布式過程控制系統(tǒng)所控制的過程的操作的模擬器，所述模擬器包括模型化裝置，用于響應(yīng)控制信號模型化所述過程，并且提供響應(yīng)所述控制信號對所述過程的模型化而產(chǎn)生的過程信號；多個分布式處理裝置(DPU)，各包括數(shù)字處理裝置，具有按指定速率利用所述過程信號的裝置，以響應(yīng)所述過程信號和操作員信號，用實際過程控制軟件產(chǎn)生所述控制信號；操作員控制臺，以由操作員產(chǎn)生所述操作員信號；通信裝置，提供所述多個DPU之間及所述多個DPU與所述操作員控制臺之間的通信；以及激勵裝置，連接到各所述DPU和所述模型化裝置，以按DPU的數(shù)字處理裝置的所述指定速率，把來自所述模型化裝置的所述過程信號傳送到各DPU的所述數(shù)字處理裝置。
8．權(quán)利要求7的模擬器，其中所述激勵裝置包括按所述指定速率把來自所述DPU的所述控制信號傳送到所述模型化裝置的裝置。
9．權(quán)利要求7的模擬器，其中所述激勵裝置和模型化裝置具有反射存儲器，以在所述模型化裝置與所述激勵裝置之間傳送所述過程信號和控制信號。
10．權(quán)利要求9的模擬器，其中所述DPU具有輸入/輸出(I/O)裝置，以接收所述過程信號，并且其中所述激勵裝置包括按DPU的所述指定掃描速率，把所述過程信號插入所述I/O裝置的裝置。
全文摘要
一種用于分布式過程控制系統(tǒng)的模擬器利用一個模擬器站作為工廠模型化計算機與測量和控制系統(tǒng)之間的接口,該測量和控制系統(tǒng)使用運行實際過程控制軟件的實際分布式處理裝置(DPU)。模擬器站存儲器按DPU的掃描速率或多個掃描速率,把通過反射存儲器從工廠模型化計算機接收的傳感器信號直接映射到各DPU的存儲器映射的輸入/輸出(I/O)接口,并且按相同速率把DPU產(chǎn)生的控制信號提供給工廠模型化計算機。如實際系統(tǒng)中那樣的數(shù)據(jù)總線在DPU之間和DPU與操作員站(及其他可能的人機接口站)之間提供通信,操作員站提供由DPU所用的操作員信號。模擬器站還通過數(shù)據(jù)總線與操作員站連接,以接收操作員信號,操作員信號可以包括控制模擬器操作的信號。
文檔編號G05B17/00GK1215484SQ97193533
公開日1999年4月28日 申請日期1997年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月4日
發(fā)明者琳達(dá)·L·圣托里那, 小露易斯·W·高薩, 羅伯特·A·西蒙尼, 德伯拉·D·波羅德里克, 瑟伊·T·特恩 申請人:西屋電氣公司