[发明专利]用于管理工厂设施的系统和方法

说明书

本发明公开了一种用于工厂设施的管理系统。该系统包括：测量过程值的第一现场设备；第一控制节点，其基于所述过程值计算第一控制值；根据所述第一控制值进行操作的第二现场设备；以及应用节点，其配置用于计算所述第一控制值的一个或多个参数。所述第一控制节点将所述第一控制值与由所述第一现场设备、所述第一控制节点、第二控制节点和所述应用节点之一计算的第二控制值进行比较。当确定所述第一和第二控制值相同时，所述第一控制节点将所述第一控制值设置到所述第二现场设备。

技术领域

本发明总体上涉及用于工厂设施的管理系统和用于管理工厂设施的方法。更具体而言，本发明涉及在开放式过程自动化系统中使用分布式控制节点提高过程可靠性的方法和相应的系统。

背景技术

工厂通常利用过程自动化系统(PAS)来实现用于控制和管理在工业过程中的各种类型过程数据(例如压力、温度、流量等)的高级自动化操作。

特别是生产化学品、石油或天然气相关产品的工厂所用的PAS在可用性和可靠性方面必须达到高标准。可用性是指系统即使在发生错误时也能够持续操作的能力，而可靠性是指检测错误并停止系统和/或切换到备份系统进行持续操作而不对整个系统造成损害的能力。在这样一个生产工厂里，PAS的故障不仅会造成巨大的物质和资源损失，还会造成严重的人员伤亡事故。例如，当出现电噪声而使系统不正确地向受控设备(例如阀)输出异常值(即指示异常或无效状态或状况的值)时可能发生故障。为了防止这种故障并提高系统可靠性，已经制定出了各种方案。

最近，随着连接到PAS的输入/输出(I/O)设备的数量增加，控制器的可靠性越来越重要。作为实现高可靠性PAS的解决方案，一些PAS制造商或供应商已经为PAS开发了他们自己的控制器。图1中示出了用于高可靠性控制器的传统解决方案之一(日本特开专利申请H06-242979)，其通过冗余配置确保了PAS中数据处理的可靠。这种称为“配对和备用”(PSP)的方案通过冗余控制器和冗余网络实现高可靠性。此外，每个控制器具有两个CPU和一个比较器，比较器比较从两个CPU输出的值以检测数据计算中的失配。

另一方面，众所周知，由不同制造商单独开发的这种控制器往往影响PAS的互操作性(interoperability)和可扩展性(scalability)。工厂设施所有者或用户由于兼容性差和成本高而难以扩展或更换控制器。因此，也考虑了另一种方法来设计“开放架构”下的系统，这意味着该系统纯粹由通用或商用现成(COTS)硬件和软件组成。美国专利申请公开第2016/0065656号提出了这样一种用于PAS的开放架构式平台。该专利申请的图1A示出了包括服务器、控制节点和现场设备(I/O设备)的平台。在这样的平台中，采用了高度便携和标准化的应用、协议和应用程序编程接口(APIs)，以便用户可以开发他们的系统而不依赖于特定的制造商。用户还可以享受成本降低、可扩展性提高和系统易于更新等好处。

但是，开放式平台方法也有缺点。各制造商开发的硬件和软件的任意组合影响包括控制器和I/O设备及其网络连接在内的核心组件的可靠性。在开放架构下开发的系统很难达到与特定制造商开发的专有系统相同水平的可靠性。

为了确保在开放架构下操作的这种系统达到一定水平的可靠性，建议限制连接到单个控制器的I/O设备的总数。特别地，分布式控制节点(DCN)被定义用于处理来自I/O设备的输入信号或输出到I/O设备的信号。在这种配置中，在DCN中引起的错误仅影响由单个输入和单个输出设备组成的单个回路，从而防止错误在其他控制回路中传播。

发明内容

本发明的一个或多个实施方式提供了一种用于工厂设施的管理系统，包括：第一现场设备，所述第一现场设备测量过程值；第一控制节点，所述第一控制节点基于所述过程值计算第一控制值；第二现场设备，所述第二现场设备根据所述第一控制值进行操作；以及应用节点，所述应用节点配置用于计算所述第一控制值的一个或多个参数；其中，所述第一控制节点将所述第一控制值与由所述第一现场设备、第二控制节点和所述应用节点之一计算的第二控制值进行比较，当确定所述第一和第二控制值相同时，所述第一控制节点将所述第一控制值设置到所述第二现场设备。