[发明专利]自适应混合无线和有线过程控制系统和方法

说明书

相关申请

本申请要求在2009年11月4日提交的美国临时专利申请No.61/258,119的利益，该临时专利申请的公开通过参考由此包括。

技术领域

本发明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。

背景技术

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1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1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502一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WGD 510上。WID 514从WED 516接收数据，并且向WED 516传输数据。

在如图1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。