[發明專利]用于管理工廠設施的系統和方法

有效

• 申請號: 201810966530.X
• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN109542050B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 佐藤敦
• 申請（專利權）人: 橫河電機株式會社
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陸嘉

本發明公開了一種用于工廠設施的管理系統。該系統包括：測量過程值的第一現場設備；第一控制節點，其基于所述過程值計算第一控制值；根據所述第一控制值進行操作的第二現場設備；以及應用節點，其配置用于計算所述第一控制值的一個或多個參數。所述第一控制節點將所述第一控制值與由所述第一現場設備、所述第一控制節點、第二控制節點和所述應用節點之一計算的第二控制值進行比較。當確定所述第一和第二控制值相同時，所述第一控制節點將所述第一控制值設置到所述第二現場設備。

技術領域

本發明總體上涉及用于工廠設施的管理系統和用于管理工廠設施的方法。更具體而言，本發明涉及在開放式過程自動化系統中使用分布式控制節點提高過程可靠性的方法和相應的系統。

背景技術

工廠通常利用過程自動化系統(PAS)來實現用于控制和管理在工業過程中的各種類型過程數據(例如壓力、溫度、流量等)的高級自動化操作。

特別是生產化學品、石油或天然氣相關產品的工廠所用的PAS在可用性和可靠性方面必須達到高標準。可用性是指系統即使在發生錯誤時也能夠持續操作的能力，而可靠性是指檢測錯誤并停止系統和/或切換到備份系統進行持續操作而不對整個系統造成損害的能力。在這樣一個生產工廠里，PAS的故障不僅會造成巨大的物質和資源損失，還會造成嚴重的人員傷亡事故。例如，當出現電噪聲而使系統不正確地向受控設備(例如閥)輸出異常值(即指示異?；驘o效狀態或狀況的值)時可能發生故障。為了防止這種故障并提高系統可靠性，已經制定出了各種方案。

最近，隨著連接到PAS的輸入/輸出(I/O)設備的數量增加，控制器的可靠性越來越重要。作為實現高可靠性PAS的解決方案，一些PAS制造商或供應商已經為PAS開發了他們自己的控制器。圖1中示出了用于高可靠性控制器的傳統解決方案之一(日本特開專利申請H06-242979)，其通過冗余配置確保了PAS中數據處理的可靠。這種稱為“配對和備用”(PSP)的方案通過冗余控制器和冗余網絡實現高可靠性。此外，每個控制器具有兩個CPU和一個比較器，比較器比較從兩個CPU輸出的值以檢測數據計算中的失配。

另一方面，眾所周知，由不同制造商單獨開發的這種控制器往往影響PAS的互操作性(interoperability)和可擴展性(scalability)。工廠設施所有者或用戶由于兼容性差和成本高而難以擴展或更換控制器。因此，也考慮了另一種方法來設計“開放架構”下的系統，這意味著該系統純粹由通用或商用現成(COTS)硬件和軟件組成。美國專利申請公開第2016/0065656號提出了這樣一種用于PAS的開放架構式平臺。該專利申請的圖1A示出了包括服務器、控制節點和現場設備(I/O設備)的平臺。在這樣的平臺中，采用了高度便攜和標準化的應用、協議和應用程序編程接口(APIs)，以便用戶可以開發他們的系統而不依賴于特定的制造商。用戶還可以享受成本降低、可擴展性提高和系統易于更新等好處。

但是，開放式平臺方法也有缺點。各制造商開發的硬件和軟件的任意組合影響包括控制器和I/O設備及其網絡連接在內的核心組件的可靠性。在開放架構下開發的系統很難達到與特定制造商開發的專有系統相同水平的可靠性。

為了確保在開放架構下操作的這種系統達到一定水平的可靠性，建議限制連接到單個控制器的I/O設備的總數。特別地，分布式控制節點(DCN)被定義用于處理來自I/O設備的輸入信號或輸出到I/O設備的信號。在這種配置中，在DCN中引起的錯誤僅影響由單個輸入和單個輸出設備組成的單個回路，從而防止錯誤在其他控制回路中傳播。

發明內容

本發明的一個或多個實施方式提供了一種用于工廠設施的管理系統，包括：第一現場設備，所述第一現場設備測量過程值；第一控制節點，所述第一控制節點基于所述過程值計算第一控制值；第二現場設備，所述第二現場設備根據所述第一控制值進行操作；以及應用節點，所述應用節點配置用于計算所述第一控制值的一個或多個參數；其中，所述第一控制節點將所述第一控制值與由所述第一現場設備、第二控制節點和所述應用節點之一計算的第二控制值進行比較，當確定所述第一和第二控制值相同時，所述第一控制節點將所述第一控制值設置到所述第二現場設備。