专利名称：用于配置加工厂中的图形显示元素和过程模块的系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种加工厂，具体涉及一种智能控制和仿真的环境，它使得用户的查看、仿真和控制能够以加工厂控制体系的系统级集成在一起。
背景技术：
诸如化学、石油或者其它工业中所使用的分布式过程控制系统，一般包括一个或多个过程控制器，这些过程控制器经由模拟、数字或模拟/数字混合总线，与一个或多个现场设备通信相连。现场设备可以是例如阀、阀门定位器、开关、传感器(例如温度、压力，液位和流量传感器)等，它们位于过程环境中，并执行诸如开启或关闭阀以及测量过程参数等过程功能。智能现场设备，例如符合公知的Fieldbus协议的现场设备，还可以执行控制计算、警示功能以及通常在控制器中实现的其它控制功能。通常位于工厂环境中的过程控制器，接收表示由现场设备产生的过程测量值的信号和/或属于现场设备的其它信息，并执行控制器应用程序，举例来说，该控制器应用程序运行不同的控制模块，这些控制模块根据接收到的信息进行过程控制决策、产生控制信号，并与正在诸如HART和Fieldbus现场设备之类的现场设备中执行的控制模块或块(block)协调工作。控制器中的控制模块通过通信线路发送控制信号到现场设备，从而控制过程的操作。来自现场设备和过程控制器的信息通常通过数据总线可用于一个或多个其它硬件设备，例如操作员工作站、维护工作站、个人计算机、数据历史记录器、报告发生器、集中数据库等，它们典型地设置在控制室或其他远离比较苛刻的工厂环境的场所。举例来说，这些硬件设备运行应用程序，以使操作员能够执行与过程相关的功能，例如，改变过程控制例行程序的设置，修改过程控制器或现场设备中控制模块的操作，查看过程的当前状态，查看由现场设备和控制器产生的警报，仿真过程的操作以培训人员或测试过程控制软件，保持和更新配置数据库等。例如，由爱默生过程管理公司出售的DeltaV 控制系统，包括了多个应用程序，这些程序存储在加工厂内不同位置处的不同设备中，并由这些设备执行。一个或多个操作员工作站内的配置应用程序，使用户创建或改变过程控制模块，并通过数据总线将这些过程控制模块下载到专用的分布式控制器中。典型地，这些控制模块由通信互连的功能块组成， 这些功能块是面向对象的编程协议中的对象，它们可以基于输入在控制方案中执行功能， 并向控制方案中的其它功能块提供输出。所述配置应用程序还允许设计者创建或改变操作员界面，该界面通过查看应用程序被用于向操作员显示数据，并使操作员能够改变过程控制例行程序中的设置，例如设定点。每个专用控制器以及某些情况下的现场设备，存储并执行控制器应用程序，该应用程序运行被指派的以及被下载到其中的控制模块，以实现实际的过程控制功能。那些可以在一个或多个操作员工作站上运行的查看应用程序，通过数据总线接收来自控制器应用程序的数据，并将该数据显示给过程控制系统的设计者、操作员或使用用户界面的用户，查看应用程序也可以提供多个不同视图中的任意一个，例如操作员视图、工程师视图、技术员视图等。特别地，数据历史记录器应用程序存储于数据历史记录器设备中并由其执行，该设备采集并存储通过数据总线提供的某些或全部数据，同时配置数据库应用程序可以运行在与数据总线相连的且距离尚远的计算机上，以存储当前过程控制例行程序的配置和与之相关的数据。可选择地，配置数据库可以与配置应用程序放置在同一工作站内。如上所述，操作员显示应用程序通常在一个或多个工作站内以系统级为基础被实现，并向与工厂内的控制系统或设备的操作状况相关的操作员或维护人员提供预配置的显示。特别是，这些显示采用警报显示的方式，这些警报显示接收由加工厂内的控制器或设备生成的警报，控制表示加工厂内的控制器和其它设备的操作状况的显示，维护表示加工厂内的设备的操作状况的显示等。这些显示基本上都按照已知的方式预先配置，以显示接收来自加工厂内的过程控制模块或设备的信息或数据。在一些已知的系统中，通过使用对象生成显示，其中对象含有关于物理或逻辑元素的图形，且该图形与物理或逻辑元素通信互连，以接收关于物理或逻辑元素的数据。该对象可以基于接收到的数据改变显示屏幕上的图形，以说明例如罐是半满的，或说明由流量传感器测量的流量等。由于显示所需要的信息由加工厂里的设备或配置数据库发送，因而信息只用于向关于该信息的用户提供显示。因此，所有用于在工厂内生成警报、检测问题等的信息和程序必须由与工厂相关的不同设备生成并在其中配置，例如加工厂控制系统的配置过程中的控制器和现场设备。只有这样，信息才能在过程操作过程中被发送到操作员显示器进行显示。虽然误差检测和其它程序有助于检测与不同控制器上运行的控制回路相关的条件、误差、警报等，以及个别设备的问题，但很难对过程控制系统编程，以识别系统级条件或误差，这些系统级条件或误差必须通过分析来自加工厂内不同、可能分散的设备的数据来进行检测。而且，操作员显示已经基本上不用将这样的系统级条件信息表示或显示给操作员或维护人员，而且在任何情况下，很难利用这些显示器内不同元素的变化信息源或数据源来生成操作员显示器中的对象。关于物质流的生成和建模这种事实，确实是真的，例如管内流体的流量，原材料在传送带上的移动等，物质流通常由显示器上两设备之间的简单连线所表示。此外，目前还没有能够检测工厂里某条件的有组织的方式，例如流量条件和质量平衡，当物质经过工厂时，也几乎没有用于以系统级为基础执行这些功能的可简单操作的系统。同样地，很难建立或生成加工厂或加工厂一部分的仿真，因为仿真活动通常必须与在加工厂的在线环境里被执行的显示和控制活动分开执行。而且，如果创建了工厂的仿真，如果不是不可能，那么也很难将该仿真与工厂内正被操作的操作员显示或控制模块集成起来。
发明内容
公开一种便于加工厂配置的系统。该系统可以包括过程图形编辑器和过程模块编辑器。过程图形编辑器有助于加工厂中物理实体的图形表示的创建和/或修改。使用过程图形编辑器创建和/或修改的图形表示可以显示在显示设备上，例如工作站的监视器。过程模块编辑器有助于过程模块的创建和/或修改。过程模块可以包括一个或多个互连的过程对象，它们表示加工厂内一个或多个相应的物理实体。过程模块里的零个、一个或多个过程对象可以包括对加工厂里的物理实体进行仿真/建模操作的仿真和/或建模能力。系统还可以包括通信连接到过程图形编辑器和过程模块编辑器的监督模块(例如监督应用程序)。该监督模块能够利用过程图形编辑器检测对加工厂里物理实体的图形表示所做的改变。响应于对这些变化的检测，监督模块可以命令过程模块编辑器对相应于物理实体的图形表示的过程模块进行相应的改变(如果有的话)。任选地，监督模块可以利用过程模块编辑器检测对过程模块所做的改变。响应于对这些变化的检测，监督模块可以命令过程图形编辑器对相应于过程模块的物理实体的图形表示进行相应的改变(如果有的话)。
图1是位于加工厂内的分布式过程控制网络的框图，其中工厂包括实现显示例行程序的操作员工作站，该例行程序使用智能过程对象来创建过程模块和图形显示，以仿真加工厂的操作；图2是存储在图1的操作员工作站中的一组应用程序和其它实体的逻辑方框图， 包括智能过程对象和过程模块，可用于实现加工厂中的增强功能；图3是配置屏幕的简化描述，其中配置工程师使用该配置屏幕来利用存储在对象库中的智能过程对象创建过程图形显示或过程模块；图4是示例性过程图形显示的详细描述，其包括加工厂内的流(stream)和连接元素的表述，通过互连许多智能过程对象的图形显示元素来创建；图5描述了一组最小化的过程图形显示，包括图4所示的过程图形显示，互连为用于工厂的更大型图形显示；图6描述了与图4所示的过程图形显示相关的过程模块，也示出了与高保真仿真例行程序的互连；图7A和图7B是在加工厂内集成的图形显示、过程模块和控制模块之间通信互连的逻辑方框图；图8是示例过程模块的简化描述，该过程模块具有与控制模块中的功能块互连以提供先进控制和仿真能力的块；图9是利用智能过程对象在现有过程控制网络中创建过程模块并在该网络中执行该过程模块的方式的逻辑方框图；图10是过程模块与专家模块集成在其中的示例性显示的一部分；图11是图10的示例性显示，其中已选择了显示的左手部分的一项；图12示出了可以用于浏览已创建的过程模块的示例性显示的一部分；图13示出了可以用于分配过程模块以由加工厂内的特定节点执行的示例性显示的一部分；图14是与用于创建和修改过程模块的编辑器相关的示例性显示；图15示出对应于一简单罐的过程模块；图16A是与在过程模块中修改过程对象的参数相关的示例性显示；图16B是将过程模块中过程块的一个参数与另一模块中的功能块关联起来的示例性显示；图17示出了属性、参数和/或测量值被自动从控制模块拉进过程模块；图18是用于显示过程模块中已经被定义用于某一过程对象的模型的示例性显示；图19是用于显示与所选择的模型的不同属性/参数相关的阶跃响应的示例性显示；图20是查看和编辑阶跃响应的示例性显示；图21是用于修改模型参数的示例性显示，其中参数例如包括增益、滞后时间、一阶时间约束、二阶时间约束，和前置时间约束；图22是可用于修改初始条件和/或达到模型稳态的时间的示例性显示；图23是用于选择供过程对象使用的一种类型的模型的示例性显示；图24是用于查看和/或编辑过程对象的与模型相关的参数的示例性显示；图25是图24的示例性显示，其中已经选择了位于左手位置的“流和参数”文件夹；图26示出图24的示例性显示，其中用户已选择增加参数以供阶跃响应模型使用；图27示出图24的示例性显示，其中允许用户增加关于新模型的信息，例如新模型的文本描述；图28是用于指定供过程对象使用的第一原理模型的示例性显示；图29是用于增加或修改流元素属性的示例性显示；图30是用于增加或修改属性的示例性显示；图31是示例性系统的方框图，该系统可以用于根据相应的过程图形自动生成过程模块，反之亦然；和图32是可用于帮助配置过程模块的示例性显示。
具体实施例方式参见图1，详细图示了示例性加工厂10，其中智能过程对象用来形成过程图形显示和过程模块，二者可以与控制模块集成起来以提供工厂环境内的增强的控制和仿真。特别的，加工厂10采用含有一个或多个控制器12的分布式过程控制系统，每个控制器都通过输入/输出(I/O)设备或卡18与一个或多个现场设备14和16相连，输入/输出(I/O)设备或卡18可以是例如Fieldbus接口、Profibus接口、HART接口、标准4_20ma接口等。通过例如以太网链接的数据总线24，控制器12也与一个或多个主机或操作员工作站20和22 相连。数据库28可以与数据总线24相连，并作为数据历史记录器工作，以收集和存储与工厂10中的控制器和现场设备相关的参数、状态和其它数据，和/或作为配置数据库工作，以存储工厂10中过程控制系统的被下载至并存储在控制器12和现场设备14和16中的当前配置。虽然控制器12、I/O卡18和现场设备14和16通常位于有时严酷的工作环境里，并广泛分布于其中，但是操作员工作站20和22及数据库28通常位于控制室或其它不怎么严酷的并且控制者或维护人员很容易访问的环境中。正如已知的，每个控制器12，例如由爱默生过程管理出售的DeltaV 控制器，都可以存储和执行控制器应用程序，该程序通过使用任意数目的不同的、独立运行的控制模块或块29来实现控制策略。每个控制模块29可以由通常所谓的功能块构成，其中每个功能块是整个控制例行程序的一部分或子例行程序，并与其它功能块(通过所谓的链接的通信)结合工作，以实现加工厂10里的过程控制回路。正如已知的，可以是面向对象的编程协议里的对象的功能块，典型地执行下列功能之一输入功能，例如与变送器、传感器或其它过程参数测量设备相关；控制功能，例如与执行PID、模糊逻辑等控制的控制例行程序相关；或输出功能，它控制某设备的操作，例如阀，以执行加工厂10内的某物理功能。当然还有混合的和其它种类的复杂功能块，例如模型预测控制器(MPC)、优化器等。虽然Fieldbus 协议和DeltaV系统协议采用在面向对象的编程协议中设计并实现的控制模块和功能块， 但是控制模块可使用任何希望的控制编程方案来进行设计，例如包括顺序功能块，梯形逻辑等，并且不局限于使用功能块或其它特殊编程技术所进行的设计和实现。在图1所示的工厂10中，与控制器12相连的现场设备14和16可以是标准的 4-20ma设备，可以是智能现场设备，例如HART、Profibus、或F0UNDATI0N Fieldbus现场设备，它们包括处理器和存储器，或者现场设备14和16也可以是所希望的其它类型的设备。 这些设备中的某些，例如Fieldbus现场设备(在图1中用附图标记16标注)，可以存储并执行与在控制器12中实现的控制策略相关的模块或子模块，例如功能块。已知的是，在图 1中示出为在两个不同的Fieldbus现场设备16中设置的功能块30，可以与控制器12中的控制模块29 —起执行以实现过程控制。当然，现场设备14和16可以是任何一种设备，例如传感器、阀、变送器、定位器等，而且I/O设备可以是任何一种符合任何希望的通信协议或控制协议的I/O设备，例如符合HART、Fieldbus、Profibus等协议的设备。在图1所示的加工厂10中，工作站20包括一套操作员接口应用程序和其它数据结构32，它们可以由任何授权的用户(虽然还有其它类型的用户存在，但这里有时指配置工程师，有时指操作员)所访问，以查看和提供关于连接在加工厂10中的设备、单元等的功能。该套操作员接口应用程序32被存储在工作站20的存储器34中，且该套应用程序32 里的每一个应用程序或实体适于在与工作站20相连的处理器36上执行。虽然整套应用程序32被示出为存储在工作站20中，但这些应用程序中的一些或其它实体仍可以存储在位于工厂10中或于工厂10相关的其它工作站或计算机设备中，并由其执行。而且，该套应用程序可以提供显示输出给与工作站20相关的显示屏37，或任何其它所希望的显示屏或显示设备，包括手持设备、笔记本电脑、其它工作站、打印机等。同样，该套应用程序32里的应用程序可以被分解，并在两个或多个计算机或机器上执行，也可以被配置成相互结合一起工作。一般来说，该套应用程序32提供三种不同实体的生成和使用，或使其有效，三种不同实体的操作可以集成在一起，以提供加工厂10中增强的控制、仿真和显示功能。更特别的是，该套应用程序32可以用于创建和执行过程图形显示35 (它一般提供关于加工厂一部分的操作员显示)，过程模块39 (它一般提供加工厂一部分的仿真)和过程控制模块，例如控制模块29，它一般提供或执行过程的在线控制。过程控制模块29在本领域中通常是公知的，并可以包括任何一种控制模块，例如功能块、控制模块等。下面将详细描述的过程图形显示元素35，基本上是由操作员、工程师使用的元素，或其它显示，以便向用户(例如操作员)提供关于加工厂及其元素的操作、配置或建立的信息。过程模块39 —般紧密地连接于过程图形显示元素35，并可以用于实现加工厂操作的仿真或其中以过程图形显示35所示的方式相连的一些不同元素的操作的仿真。虽然过程图形显示35和过程模块39可以被下载在与过程控制工厂10相关的任何其它计算机中，包括笔记本、手持设备等，并由其操作，但是过程图形显示35和过程模块39被示出为存储在工作站20和22中，并由其执行。图2示出了工作站20的一套应用程序32内的一些应用程序和数据结构或其它实体。具体地，该套应用程序32包括控制模块应用程序、过程模块应用程序和图形显示配置应用程序38，它们被配置工程师使用，以创建控制模块、过程模块(也叫过程流模块)和相关的图形显示。虽然控制模块配置应用程序38可以是任何标准的或已知的控制模块配置应用程序，过程模块和图形显示配置应用程序可以使用一个或多个智能过程对象来创建过程模块和图形显示，下面将对其特性进行详细描述。而且，虽然过程模块和过程图形配置应用程序38是单独示出的，但一个配置应用程序也可以一起生成这两种类型的元素。智能过程对象42的程序库40包括智能过程对象42的示例或模板，智能过程对象 42可以被配置应用程序38访问、复制和使用，以创建过程模块39和图形显示35。可以理解的是，配置应用程序38可用于创建一个或多个过程模块39，每一个过程模块都由一个或多个智能过程对象42构成或创建，并且可以包括一个或多个过程流或仿真算法45，它们存储在过程模块存储器46中。此外，配置应用程序38可用于创建一个或多个图形显示35，每个图形显示都由一个或多个智能过程对象42构成或创建，并可以包括连接在一起的任意数目的显示元素。图形显示35b之一以放大的形式示于图2中，它包括对一组过程元素的描述，例如阀、罐、传感器和流量变送器，它们通过管路、管道、电力电缆、传送机等连接元素进行互连。执行机48在运行期间操作或执行每一个图形显示35和过程模块39，以为操作员创建由图形显示35限定的一个或多个过程显示，并实现与过程模块39相关的仿真功能。执行机48可以使用准则数据库50，其限定了作为一个整体待在过程模块39上实现的逻辑以及特别的这些模块内的智能过程对象。执行机48也可以使用连接矩阵来实现过程模块39 的功能，该矩阵定义了工厂10和过程模块39里过程元素之间的连接。图2详细示出了智能过程对象42e之一。虽然智能过程对象42e被示出作为智能过程对象模板之一，但可以理解，其它智能过程对象一般包括相同或类似的元素、特征、参数等，正如对智能过程对象42e的描述，而且这些元素、特征和参数的规定或取值可以根据智能过程对象的特性和使用在智能过程对象之间进行改变或变化。此外，虽然智能过程对象42e可以是面向对象的编程环境中的对象，并因而包括数据存储、输入和输出及相关方法，但该智能过程对象也可由任何其它希望的编程范例或协议来创建，并由其执行。可以理解的是，在智能过程对象42e实例化之前，该对象是与图1中加工厂10内的诸如物理或逻辑实体之类的特殊类型的实体相关的对象。然而，在被复制和实例化之后， 智能过程对象42e则可与加工厂内的特殊实体相连。不管怎样，智能过程对象42e包括数据存储部分53，它用于存储从与智能过程对象42e相连的逻辑实体所接收的数据或属于它的数据。一般数据存储部分53包括数据存储53a，它存储关于智能过程对象42e所属的实体的总的或永久信息，例如制造商、校正、名称、类型等。数据存储53b可以存储可变的或变化的数据，例如参数数据、状态数据、输入和输出数据、成本或其它关于智能过程对象42e 所属的实体的数据，包括与过去或现在存在于加工厂10中的实体相关的数据。当然，智能过程对象42e可以被配置或被编程为定期或不定期地，通过任何希望的通信连接从实体本身，通过以太网总线24从记录器28或以任何其它的方式，接收这种数据(如成本数据)。 数据存储53c可以存储智能过程对象42e所属的实体的图形表示，其用于通过例如与图1 中工作站20相关的屏幕37的操作员界面实际显示给操作员。当然，该图形表示可以包括关于实体的信息的位置标志符(在数据存储53c中用下划线标记)，例如由参数或其它关于存储在数据存储53b中的实体的可变数据所限定的信息。当图形表示在作为图形显示 35之一的一部分的显示设备37上呈现给操作员时，这种参数数据可以被显示在图形位置标志符中。图形表示(和智能过程对象42e)还可以包括预定连接点(在数据存储53c中以“X”标记)，它可以使操作员或配置工程师按照图形表示的描述将上游或下游元素与过程元素连接起来。当然，这些连接点也可以使智能过程对象42e知道与在过程模块中配置的智能对象相连的元素，还可以指定一种必须使用的连接元素，如与该元素相关的管路、管道、流等。数据存储53c可以有选择地存储大量的图形表示。例如，不同的图形表示可以对应于不同的视图，例如工程师视图、维护人员视图、操作员视图、管理人员视图、训练者视图或练习生视图等。例如，在生成用于特殊视图的图形显示时，可采用特殊的图形表示。用于创建图形表示的示例性系统和方法在同一申请人的标题为“图形与过程配置和控制环境的集成(GRAPHICS INTEGRATION INTO A PROCESS CONFIGURATION AND CONTROL ENVIRONMENT)”(代理备案No. 06005/41116)的申请中有描述。当然，也可以采用其它合适的系统和方法来创建图形表示。智能过程对象42e还可以包括一个或多个输入54和输出56，以使其能与使用了智能过程对象42e的过程模块内外的其它智能过程对象通信。输入54和输出56与其它智能过程对象的连接可以在过程模块的配置期间，由配置工程师通过将其它智能过程对象与这些输入和输出简单连接，或通过指定智能过程对象之间发生的特殊通信来进行配置。一些该输入和输出可以被限定为与智能过程对象连接，并连接在用于如上所述的智能过程对象的预定连接点处。这些输入54和输出56也可以由准则数据库50中的准则组和限定工厂 10中不同设备或实体之间的连接的连接矩阵52所确定或限定。一般来说，包括与之相关的数据存储或缓冲的输入54和输出56用于提供从其它智能过程对象到智能过程对象42e 的数据通信，或提供存储在智能过程对象42e中或由其生成的数据向其它智能过程对象的通信。这些输入和输出也可用于提供智能过程对象42e和过程控制系统中其它对象间的通信，例如控制器12中的控制模块、现场设备14、16等。如图2所示，智能过程对象42e也包括用于存储零个、一个或多个方法60 (图2中示为方法60a、60b和60c)的方法存储部分58，该方法可以由智能过程对象42e在使用该智能过程对象42e的过程模块执行期间来实现。基本上，存储在方法存储部分58中的方法 60将使用存储在数据存储部分53a和53b内的数据和来自其它智能过程对象的数据，甚至来自其它源的数据，例如配置数据库或记录器28，通过输入54和输出56以确定关于加工厂10或工厂10内的实体的信息。例如，方法60可以确定与智能过程对象42e所限定的实体相关的差的或不好的操作条件，与加工厂10内的该实体或其它实体相关的误差等。方法 60可以基于智能过程对象的类型或类被预先配置或提供，并基本上在执行机48运行期间， 每次执行智能过程对象42e时被执行。可以在例如智能过程对象42e的智能过程对象里提供的一些示例性方法60，包括检测泄漏、死区、滞后时间、移动、变化、条件监测、计算成本或与实体相关的其它条件。在物质流经与智能过程对象相关的过程实体时，该方法60也可以被提供以帮助对该过程实体的操作进行仿真。因此，方法60可以用于计算质量平衡、能量平衡、流、温度、 成分、气态和与工厂10中的物质相关的其它系统级参数或流级参数，以仿真该元素的操作，因而根据所提供的输入等计算出预计的输出。当然，还有几种方法可以存储在智能过程对象42e中并由其运行，还有其它许多可使用的其它方法，这些方法基本上是由下列因素决定的，即被表示的实体的类型，该实体被连入并用在加工厂中的方式及其它因素。需要注意，重要的是，虽然智能过程对象42e可以存储和执行检测系统级条件、误差等的方法，但是这些方法也可以用于确定关于设备、诸如过程控制模块和回路之类的逻辑元素和其它非系统级实体的信息。如果需要，方法60可以以诸如C、C++、C#等的任何希望的编程语言被编程或提供，或被参考，或可以定义准则数据库50里的可用准则，其中该数据库应当在执行期间针对智能过程对象42e来运行。
如果需要，每个智能过程对象可以包括可用算法或方法库，它们可以用于定义智能过程对象在被连接进过程模块时的仿真行为。这样一个库示于图2的智能过程对象42e 的下拉菜单61中，且类似的菜单可与每个其它智能过程对象相关。通过经由例如下拉菜单 61选择仿真算法(称为方法1、方法2等)的一个库，配置工程师可以定义在智能过程对象被设置在过程模块39中时，智能过程对象的仿真行为。这种方式下，配置工程师可以根据过程的类型或性质定义针对智能过程对象的不同仿真行为，其中智能过程对象用于对该过程进行建模。如果需要，配置工程师可以改为提供专用的或由其它用户提供的算法来定义由智能过程块限定的过程元素的仿真行为。这样一个用户定义的算法(在下拉菜单61中示为 “用户定义”项)可以在智能过程对象被设置于或使用于过程模块39中时，被提供给或存储于该智能过程对象中。这个功能使仿真行为可以由用户定制，因而提供更好或更准确的仿真。如下面将详细描述的，如果需要，智能过程对象42e或每个过程模块39可以包括操作员可启动的开关(例如电子开关或标记)，它可以停止智能过程对象内仿真算法的使用，相反，它可以使得过程模块的行为由例如HYSYS提供的高保真仿真包或程序来确定。这种情况下，智能过程对象或过程模块从高保真仿真获得被仿真的参数，这与使用智能过程对象本身的仿真算法相反。在由执行机48执行图形显示35或过程模块39期间，执行机48实现由输入54和输出56限定的与图形显示35或过程模块39中的每个智能过程对象的通信，并可以实现用于每个对象的方法60，以执行由方法60提供的功能。如上所述，方法60的功能可以设置在智能过程对象的程序里，或由准则数据库50里的准则组来限定，其中准则数据库50由执行机48根据智能过程对象的类型、类、标识、标签名称等进行执行，以实现用这些准则所限定的功能。可以理解的是，智能过程对象42e的一个例子具有智能过程对象42e与之相关的过程模块上下文内的标签或唯一名称，该标签或唯一名称可用于提供与智能过程对象42e 之间的通信，且可在运行期间由执行机48引用。过程模块标签在控制系统配置中应该是唯一的。该标签协议使得过程模块39里的元素可以由其它过程图形显示35、过程模块39、甚至控制模块29里的元素所应用。更进一步地，智能过程对象42e的参数可以是简单的参数， 例如简单值、结构化参数或了解与之相关的单位和属性值的智能参数。智能参数可由过程准则机或执行机48来解释或使用，以保证所有的信号都能以同一单位被发送或被适当地转换。智能准则也可用于开启和关闭智能过程对象(或过程模块)的警报集合，以创建智能警报策略和/或操作员界面。更进一步地，智能过程对象类可以与工厂10的过程控制策略中的设备和模块类相关，以提供智能过程对象与需要解释或访问的过程变量之间的已知的链接。用在过程图形显示或过程模块中的智能过程对象，也可以包括操作模式、状态和警报行为，以便这些智能对象在运行期间可以置于不同的模式(例如关闭、开启)和正常模式下，智能过程对象可以提供与基于它当前操作状态的对象相关的状态，还可以提供基于所检测的条件的警报，例如参数超出范围、受限、高可变性等。智能过程对象还可以包括类 /子类层次，这使得它们可以被分类列入类库中，在复合结构中被收集在一起等。更进一步地，智能过程对象可以利用来自其它元素的信息，例如控制模块和其它对象，以使得智能过程对象能够识别，例如其相关实体何时忙碌或何时被工厂10中的分批控制过程所需要。智能过程对象可以与任何希望的过程实体相关，例如象泵、罐、阀等的物理设备， 象过程区域、测量值或执行器、控制策略等的逻辑实体。在一些情况中，智能过程对象可以和连接器相关，例如管路、管道、线路、传送机或其它任何其它将物质、电、气体等从过程里的一点移动到另一点的设备或实体。这里有时称作智能链接或连接元素的与连接器相关的智能过程对象，也被标注(即使实际的设备或连接器自身并没有被标注，或能够在加工厂 10中通信)，且基本上用于表示过程中的其它元素之间的物质流动。典型地，智能链接包括属性或参数，它们限定了不同物质或现象(例如电)(如蒸汽、电、水、污水等)怎样流经连接元素。这些参数可以表明经过连接器的流体的类型和性质(如平均速率、摩擦系数、象湍流或非湍流的类型、电磁等)，以及流过连接器的可能方向或方向。智能链接可包括程序或方法，它们保证智能链接所连接的源对象和目标对象相匹配，如果不匹配，则可以执行转换。智能链接的方法也可以使用模型或算法来对经过连接器的流体进行建模，以估计流过实际连接器的流体的速度或性质、物理连接的长度和尺寸、运输延迟等。为智能过程对象存储的参数(如摩擦参数)可以用在这些方法中。因此，实际上，智能链接或连接元素使智能过程对象能够知道其它上游或下游的对象或实体。当然，智能链接例如可以以任何希望的或方便的方式限定系统内其它对象间的连接，流体类型，例如液体、气体、电流等，实体的上游和下游侧，其它实体是用于该智能过程对象的实体的上游和下游，材料、流体、电流的方向等。在一个实施例中，矩阵52可以在执行过程流体模块之前被创建，且可以为智能链接限定工厂内不同设备之间的互连，以及因此而来的不同智能过程对象之间的互连。事实上，执行机48可以使用矩阵52来确定上游和下游实体，并因此限定智能过程对象间的通信和与该智能过程对象相关的方法。更进一步地，可以提供一个或多个准则组供智能过程对象使用，以彼此交互，并获得智能过程对象内的方法所需的相互的数据，并解决与输出连接相关的智能对象的影响。如果需要，智能过程对象42e也可包括诸如URL的热链接，以锁定适用于这种类型对象的文档，或特定于智能过程对象42e所属设备的示例(根据其重要性和实用性)的文档。该文档可以是销售商提供的，也可以是用户指定的。文档的一些例子包括配置、开始和关闭程序、操作和维护文档。如果需要，操作员可以点击显示在操作员显示器上的对象，以提取用于该对象或相关设备的特定示例(如果有的话)和普通文档。同样的，操作员也能够添加/删除/改变独立于系统软件的文档，例如维护要求、操作问题记录等。进一步，这些热链接可以是用户可配置或可改变的，以向操作员界面内的对象提供添加信息链接的能力，提供对关于对象的合适信息的快速导航，以及提供添加专用于用户、特定对象类型、甚至对象的特定示例的工作指令的能力。虽然以上描述的过程模块和过程图形是由不同的智能过程对象的互连一起创建的，但它们可以分开创建。例如，过程图形可使用智能过程对象创建，当完成时，用于该图形的过程模块可以根据图形元素和它们在图形显示里的互连来创建。可选择的是，过程模块可以使用智能过程对象首先创建，一旦创建完成，该过程模块的图形显示可以由配置应用程序38，利用用于创建过程模块的智能过程对象里的图形显示元素来自动创建。更进一步地，过程模块和图形显示可以分开创建，且这两个实体的单个元素可以通过相互参考手动连接在一起(例如使用图形显示和过程模块里的元素的标签属性)。通过该机制，智能过程对象可以被多个显示所参考。在任何情况下，一旦创建完成，过程图形显示和相关的过程模块可以独立或分开运行，虽然它们通常如所希望或所需要的那样来回传输参数和信息。为了更易于理解，下面将详细描述智能过程对象的某些可能的特征和范例，其中智能过程对象可用在过程图形显示和过程模块中或用于创建过程图形显示和过程模块。接下来，下面将描述如下方式使用所述元素和特征创建的过程图形显示和过程模块，可以与控制模块结合以提供先进控制和仿真能力。当然可以理解的是，智能过程对象元素和特征应不限于这里所述的元素和特征，如果需要的话，其它特征和元素也可用在过程图形显示和过程模块之一或二者中或用于创建过程图形显示和过程模块之一或二者。一般而言，预定义的图形元素组可被提供于配置应用程序中，以使用户能够构建反映该加工厂的操作员显示或图形显示。这些图形元素可以被设计成动态显示与控制系统交互的在线测量值和执行器。此外，反映过程操作的未测量的参数可利用在过程模块中所提供的在线过程仿真来计算，并作为相关的图形显示的主要部分进行显示。此外，在为工程或训练仿真目的而使用的离线环境中，由过程模块提供的过程仿真可以在图形元素和相关的控制模块内，代替过程测量值来使用。这些由相关过程模块计算出的值，可以是基于执行器位置或状态以及由过程图形中所示的手动干扰值的。按照这种方式，图形显示和控制模块可用于在线或控制情况和离线或仿真情况。而且，由于许多情况下图形元素的静态区与包含在已知的图形库里的三维分量相似，所以这些图形元素的更独特的特征或属性、与这些元素一起显示的信息、以及与控制系统I/O及过程仿真模块的链接，将在下面针对图形元素的一些可能类型和示例进行描述。—般而言，关于智能过程对象的过程模块里的图形元素和仿真算法流入不同种类的过程元素中的一种，包括流元素、过程连接元素、执行器元素、处理元素、测量元素和已估属性元素。流元素基本上限定加工厂中的物质流，并可以显示在图形显示上以示出组成、浓度、流、温度、压力、重量和/或任何其它的限定物质流的参数。流元素在过程模块的输入端处即被限定，并被提供给过程模块里的元素，以便使经过过程模块的物质流被建模并在图形显示中被描述。类似的，流元素可示于过程模块的输出端或末端，以说明图形显示中由图形显示描述的加工厂该区的物质输出。流元素也可用于限定不同图形显示(和相关的过程模块)怎样相互连接在一起。例如，一过程模块中的输出流可能是另一个过程模块的输入流，并可提供其它过程模块的输入流所使用的值。流可包括下列四部分名称(如PH流)、 方向(如输入流)、测量值(如流量、压力、温度)和组成(如氮、氨等)。然而，如果需要， 流还有其它部分或参数。过程连接元素限定工厂内的物质(如固体物质、液体和蒸汽以及气体)从一个设备运输或传送到另一个设备的方式。为了清楚地说明经过过程的物质流，可以使用三种不同的过程连接，包括管路、管道和传送带。当然，其它连接元素，如在电-化学过程中引导电能流的电缆等也可以被使用。管路基本上用于图示(和仿真)工厂内的液体和高压蒸汽或气体流。管道基本上用于图示(和仿真)工厂内的低压气体流。传送带基本上用于图示 (和仿真)处理单元之间固体物质的移动。结果，每个过程连接元素都限定了连接的类型， 例如用于提供设备输入或输出端处物质的管路连接、管道连接或传送带连接。如果需要，正在由连接传输的物质的属性由上游输入确定。该信息加上限定该连接是否完成的连接状态变量可以被获得，以作为图形显示上的连接元素的属性。连接元素可在处理元素输出端、执行器元素输出端或流元素输出端开始。以类似的方式，连接元素可在处理元素输入端、执行器元素输入端或流输入端结束。当将光标放在图形显示中的连接元素上时，则连接元素的属性可以被自动显示。 而且，与连接元素相关的属性可通过在连接元素上设置测量值或已估计的属性元素(接下来被限定)来永久地显示。如果需要，连接元素可通过在元素输出端(如流输出端、处理元素输出端或执行器元素输出端)上按下鼠标左键来创建，同时按住鼠标键将指针定位在元素输入端上。为了成功地建立连接，上游和下游元素的输入和输出类型(管路、管道或传送带)必须匹配。连接将自动接受上游元素的类型。如果需要，管路元素可以在过程图形显示中以管路连接表示或显示，管道元素可以以管道连接表示或显示，传送带元素可以以传送带连接表示或显示。管路、管道和传送带元素连接可在处理元素之间自动被引导，且箭头可显示在这些元素的描述外部，以示出流动的方向。如果上游输出对应于两个连接，则可以在管路、管道或传送带内包括“T”元素。 类似的，“T”元素可用于合并多路输出。传送带元素的颜色或其它图形特征可以改变，以表明其状态，如运行/停止、流动/未流动、堵塞等。一般而言，沿着传送带的物质流由与传送带相连的电机驱动器来确定。因此，电机驱动器操作机构(下面更详细的描述中为操作元素)可与传送带相连。而且，可将测量元素(下面有描述)与管路、管道和传送带相连，以使其可能显示关于管路、管道和传送带元素的测量值，例如传送带的速度、管路或管道里的物质流、传送带之上或其中的物质的属性，如湿度或重量。而且，可以添加显示属性元素，以显示管路、管道或传送带之上和其中的未被测量的物质属性，例如物质的组成。如果需要，每个管路、管道和传送带元素都可以图形化地并自动地反映丢失的连接(如通过颜色变化)，并反映所选择的属性(压力、温度、长度等)是在外部配置限制(如通过颜色变化)的。此外，由相关过程模块计算的参数可以显示在图形中。例如，由上游连接提供的属性、连接状态是好还是坏、对连接元素的一个或多个所选择的参数的限制等可以被显示在图形显示中，以提供给操作员关于连接元素或由连接元素传输的流的信息。—般而言，执行器元素是对流执行驱动功能的元素，它可以设置于不同连接元素之间或处理元素与连接元素之间。执行器元素的例子包括调节阀(带致动器)、开关阀(带致动器)、泵(带电动机)、强制通风机(带电动机)、引风机(带电动机)、排放管(带开关阀)、阻尼器(带驱动)、进料器(带变速电动机)、传送带电动机驱动(可连接到传送带元素)等等。阀元素的图形显示可以动态地反映所指的阀位置(例如通过动画)、阀故障(例如通过颜色变化)、阀全开/关的位置(例如通过颜色变化)，和控制该阀的相关控制块的 AO、DO、DC、设定点、PV、OUT、模式等(例如通过字符串或其它指示)。与阀元素(用在过程模块)相关的仿真元素可以具有仿真算法，该仿真算法计算与阀致动器相关的参数，例如排放压力、质量流量、液体温度、液体成分、入口压力和出口压力。如果需要，这些被仿真或计算的参数可以显示在过程图形中。然而，用户和配置工程师必须经常配置对于与该阀相关的控制模块中的AO、DO或DC块的参考，以及阀的类型(例如线性的、快速开启的、等比的、阀尺寸等)和从开启到关闭的工作时间。当然，当物质流过该阀时，可用于仿真阀的操作的仿真算法可以依据阀的类型和尺寸信息。泵元素的图形显示可以动态地反映电动机状态(例如通过颜色变化)、相关的DO或DC功能块模式和设定点(如使用字符串)、电动机速度(如果使用变速驱动)、AO设定点、PV、0UT模式(如果使用变速驱动)和其它希望的参数。同样的，该元素的过程仿真(用在过程模块中)可以确定或计算参数，例如排放压力、液体组成、液体温度和质量流量，其中的参数可以显示在图形显示中。用户可能需要定义基于泵的类型的泵曲线。然而，用户可以配置对与电动机的开启/关闭相关的DO或DC块的参考，对用于变速驱动(如果使用了话)的相关AO功能块的参考，和用于限定泵操作的泵曲线(例如，压力与流的关系曲线)。强制通风机或引风机的执行器元素的图形描述可以具有动态反映任何可在图形显示中显示的电动机状态、DO或DC功能块模式和设定点、电动机速度(如果使用变速驱动)、A0设定点、PV、0UT、D0或DC功能块模式(如果使用变速驱动)和其它期望的参数的描述。该元素的过程仿真元素(用在过程模块中)可以确定或计算例如排放压力、气体组成、气体温度和气体质量流量之类的参数，它们可以被显示在图形显示中。用户可以配置对用于电动机开启/关闭的相关DC块的参考，对用于变速驱动(如果使用的话)的AO块的参考和用于限定风扇的仿真操作的风扇曲线(压力对流量的关系曲线)。在一些情况中，特定类型的执行器可以只和特定类型的连接等一起使用，例如与管路、管道或传送带一起使用。下面的表格定义了用于典型执行器元素的示例性连接限制。
权利要求
1.一种便于配置加工厂的用户界面方法，该方法包括将显示分割为至少第一部分、第二部分和第三部分；在第一部分中显示工作空间，以便为加工厂的至少一部分创建仿真算法，该仿真算法的至少一部分用所述工作空间中的过程对象间的连接描述来定义；在第二部分中显示能被加入到所述工作空间中的过程对象库，该库中的至少一个过程对象具有至少一个对应于所述过程对象的加工厂中的物理实体的相关图形表示；并且如果用户选择了所述工作空间中的过程对象，则在所述第三部分中显示所选择的过程对象的参数指示。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述的那个过程对象包括流对象、连接对象、执行器对象、标准过程对象、定制过程对象或用户定义的过程对象中的至少之一。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括如果用户选择了参数指示中的一个，则提供一显示以使用户能够修改与该指示相对应的参数。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括如果用户指示要添加一与所述的那个过程对象相对应的新参数，则提供一显示以使用户能够添加该新参数；并且在所述第三部分中显示该新参数的指示。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括基于利用过程图形编辑器所创建的过程图形，在所述工作空间中自动生成至少一些过程对象间的连接描述，其中所述过程图形描述了所述加工厂的所述至少一部分。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括提示用户为所述工作空间中的一过程对象选择一模型，该模型从多个模型中选出，且该模型对与所述过程对象相对应的加工厂中的物理实体的行为进行仿真。
7.如权利要求6所述的方法，其中提示用户选择模型的步骤包括提示用户从至少一阶跃响应模型和一第一原理模型中选择模型。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述工作空间中的过程对象能具有与所述过程对象的第一参数相关的阶跃响应模型，以及与所述过程对象的第二参数相关的第一原理模型。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括如果用户选择了参数指示中的一个，则提供一显示以使用户能够将与所述那个指示相对应的参数链接到适于在一个或多个过程控制器上执行的控制模块上，以实现加工厂中的过程控制活动。
10.如权利要求1所述的方法，进一步包括如果用户选择了参数指示中的一个，则提供一显示以使用户能够将与所述那个指示相对应的参数链接到适于在一个或多个过程控制器上执行的控制模块上，以实现加工厂中的过程控制活动。
全文摘要
本发明提供了一种用于配置加工厂中的图形显示元素和过程模块的系统。一种便于配置加工厂的系统可以包括过程图形编辑器和过程模块编辑器。过程图形编辑器可便于加工厂中物理实体的图形表示的创建和/或修改。过程模块编辑器可以便于过程模块的创建和/或修改。过程模块可以包括代表加工厂中一个或多个相应物理实体的一个或多个互连的过程对象。该系统还包括一与过程图形编辑器及过程模块编辑器通信相连的监控模块。该监控模块能使用过程图形编辑器检测对物理实体的图形表示所做的变化。响应于对此类变化所进行的检测，监控模块可以指令过程模块编辑器对过程模块进行相应的改变，如果有的话。
文档编号G05B23/02GK102323767SQ20111015683
公开日2012年1月18日 申请日期2005年5月4日 优先权日2004年5月4日
发明者亚瑟·韦伯, 布鲁斯·坎普尼, 斯蒂芬·吉尔伯特, 特伦斯·L·布兰文斯, 肯·J·贝欧格特, 迈克尔·J·卢卡斯, 马克·J·尼克松 申请人:费舍-柔斯芒特系统股份有限公司