[发明专利]用于过程系统中的仪器的本地或远程控制的方法和装置

说明书

技术领域

本公开整体涉及过程控制系统，并且更具体地，涉及用于配置用于控制系统中的现场仪器的控制环境的方法和装置。

背景技术

过程控制系统已经实施了多年并且跨越了各种工业。在石油处理、发电和化学制造中，已经利用过程控制系统来改变程度，从具有少数输入/输出(I/O)节点的控制系统到具有数百个以及甚至数千个现场仪器和设备，例如阀、天窗、调整器、位移和漂移液位传感器、安全阀和警报。

在许多过程控制系统中，通常具有实现在独立按键开关应用中的一个或多个现场设备。在该配置中，现场设备本质上与控制系统分离，因为仅可以由在现场设备现场的控制系统人员来控制或者监视该现场设备。将该调度的或远程的现场设备视为“盲”操作，因为该现场设备不向过程控制系统提供涉及操作信息的反馈。该反馈可以典型地包括例如阀的实际位置或者关于该阀的其他信息。

在过去，典型地经由气动或液压控制器来控制通常位于远程位置的这些“盲”现场设备。气动控制器往往良好地适用于简单重复任务的自动化。然而，该控制器可能受制于机械疲劳和恶化，机械疲劳和恶化可能不利地影响过程控制系统的准确性和可重复性，它们中的任意一个都可能最终导致该控制系统的故障。因此，具有可以被远程地控制并且/或者监视的现场设备将是有益的，因而过程控制系统可以更加容易地评估现场设备的操作条件。

图1描述了独立应用中的本地控制回路100的普通配置。由传感器例如压强开关、微开关、限制开关或其他合适的设备监视与过程相关联的事件触发器。该传感器被连接到控制器并且该传感器响应于事件触发器的发生来警告控制器。因而，控制器激发与该现场设备相关联的致动器或变换器来调整该过程。该控制器可以例如导致该变换器或致动器移动控制阀、翻转开关或者升高或降低与该过程相关联的温度或压强。

最初，气动控制系统未并入可编程逻辑控制器(PLC)或任意电气/电子控制器。控制系统最终利用并入固态设备、可编程逻辑阵列(PLA)PLC和微处理器和微控制器的数字逻辑。随着该电子控制系统的出现，变得能够经由控制器与现场设备之间的有线通信来远程地监视并且控制现场设备。

如果希望远程地监视如图1中所示的独立控制回路的现场设备，则应该将传感器和现场设备接线到该电子控制系统。图2中显示了该配置，其中图1的本地控制回路利用控制系统。在该配置中，从传感器经由通信协议例如现场总线^TM向该控制系统发送过程值或变量。控制系统然后确定设置点(例如操作参数)，并且经由通信总线向现场设备发送控制信号，以控制该过程。因此，将用于监视并且控制独立现场设备的职责从该设备的现场重新部署到远距离的或远程的控制系统。

关于将控制回路有线耦合到可中相同的一个关注是与该系统的实际接线相关联的成本和努力。由于该距离、不适宜的地形、危险的环境或两个位置之间的附属建筑物的限制，所以将控制回路有线地连接到控制系统通常是完全不可行的。另一个关注是与最初的独立配置和它的按键开关操作相比，涉及远程连接的现场设备的控制的时间的增加。即向有线现场设备发送控制响应所需要的时间包括用于向远程控制系统发送传感过程值、在控制器处处理该传感值并且向远程控制元件回发控制命令的时间以及控制元件进行反应所花费的时间。该时间增加可能不利地影响该系统控制这样一种过程的能力，其中在该过程中被监视变量快速地改变。

为了减少与将远程现场设备接线到控制系统相关联的成本和复杂度，可以修改该控制过程的一些部分，以用于无线通信。在图3中显示了无线传感器的典型的实现，其中已经由无线能力代替在图1和2中显示的传感器与控制系统之间的接线。然而，该修改没有解决与按键开关配置相比与现场设备的控制的时间的增加相关发生的关注。相反，因为无线传感器在许多情况中是由电池供电的，所以通常降低从无线传感器到控制系统的传输的速率，以节约电池。与利用有线传感器的系统相比，到控制系统的传感器值的最小化的传输不幸地可能进一步延长控制该过程所需要的时间。

鉴于对于远程控制并且/或者监视现场设备所需要解决的以上关注，不难理解为什么许多现场设备仍然被配置在独立应用中。控制该现场设备因此仍然需要控制人员访问该现场设备的现场以修改或者调整该现场设备的状态、位置或其他操作参数，其中该现场设备可能位于苛刻的或危险的环境中。

发明内容