可配置的連接器式服務器擴充的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于提供監(jiān)管和分布式控制的可配置的連接器式系統(tǒng)，通過使用可配置I/O模塊減少了連接一個或多個傳感器和致動器所需的不同控制硬件部件數(shù)目，顯著減少了把傳感器和致動器連接到控制系統(tǒng)所必需的線連接的數(shù)目。
【專利說明】可配置的連接器式服務器擴充的控制系統(tǒng)
[0001]相關申請
[0002]本申請要求于2012年4月30日提交的美國臨時專利申請S/N.61/640, 200的優(yōu)先權，該申請通過引用結合在本文中。
發(fā)明領域
[0003]本發(fā)明一般涉及用于擴展控制系統(tǒng)能力的方法和系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)利用使用網(wǎng)絡或服務器架構的可配置的連接器式輸入/輸出系統(tǒng)。
[0004]發(fā)明背景
[0005]控制系統(tǒng)在世界各地被廣泛使用。此類系統(tǒng)可以從其復雜度方面加以區(qū)分，其復雜度從簡單的開/關溫度控制器(如將在便攜式電子加熱器中發(fā)現(xiàn)的)到高復雜度的控制系統(tǒng)(如將被發(fā)現(xiàn)對其中有數(shù)千個部件互連的整個煉油廠進行控制以管理正在制造的產(chǎn)品的質量和數(shù)量)。
[0006]控制系統(tǒng)也可被區(qū)分為集中式或分布式?？刂葡到y(tǒng)的這兩種可區(qū)分的屬性——復雜度和分布特性——本身是相關的，因為簡單的控制系統(tǒng)通常是集中式的，而復雜的系統(tǒng)常常從分布式中獲益(哪怕只是因為系統(tǒng)在地理上是大的，如煉油廠或電力網(wǎng)的情況)。被設計成以分布式模式操作的控制系統(tǒng)被稱作分布式控制系統(tǒng)(DCS)。雖然有上面的總結，但大的布局并非是分布式控制系統(tǒng)的唯一成因。例如，大量的半導體制造工具市場利用小型機，所述小型機的高復雜度要求大量復雜的控制部件，所述控制部件可從采用分布式控制的架構獲益。本發(fā)明主要涉及復雜的且分布式的控制系統(tǒng)及對其的改進。然而，本發(fā)明也可等同地應用于簡單的、非分布式架構。
[0007]盡管對控制系統(tǒng)進行分布可以簡化連線并可能改進可靠性，但是分布的動作可導致在協(xié)調各種分布件的各動作方面的困難。盡管存在多種控制系統(tǒng)，但是通常采用監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)來協(xié)調各種分布式控制系統(tǒng)。如其名稱所暗示的，SCADA系統(tǒng)通常不執(zhí)行低級別控制環(huán)路閉合而是在保持大系統(tǒng)良好運行方面起到監(jiān)管或協(xié)調作用。例如，在煉油廠中，DCS可以保持給定的本地精煉工藝穩(wěn)定而SCADA系統(tǒng)將調整其速率和混合物以保質精煉工藝的這一部分與其余的許多工藝同步。SCADA系統(tǒng)通過主要經(jīng)由網(wǎng)絡連接與一般在局域網(wǎng)(LAN)內部的網(wǎng)絡連接通信對DCS中的設定點和其它參數(shù)進行修改來執(zhí)行這一調整，在所述局域網(wǎng)內部維護通信時間、安全性和可靠性。
[0008]盡管SCADA系統(tǒng)很少執(zhí)行低級別環(huán)路控制，但是DCS本身可以依賴于較低級別的控制系統(tǒng)(諸如可編程邏輯控制器(PLC))。事實上，在一些更加現(xiàn)代的DCS系統(tǒng)中，PLC可以起DCS的作用。PLC本身由輸入/輸出模塊(I/O模塊)組成，該I/O模塊連接至產(chǎn)生有關處理狀態(tài)信息的傳感器以及提供控制系統(tǒng)動作的致動器?，F(xiàn)有技術利用具有多個電源的固定配置I/O模塊，這使得定制連線是必需的。
[0009]參考圖1，我們示出了三個現(xiàn)有技術的固定配置I/O模塊:能夠對工業(yè)標準4_20mA信號進行測量的第一電流輸入I/o模塊21、能夠對諸如水流表的脈沖設備所產(chǎn)生的脈沖進行計數(shù)的第二頻率輸入I/O模塊22，以及能夠驅動適于給例如水泵供電的接觸器的第三源化(sourcing)數(shù)字輸出I/O模塊23。我們注意到這些I/O模塊僅是許多不同的I/O模塊(諸如是電壓輸出、電流輸出、電壓輸入、數(shù)字PNP輸入、數(shù)字NPN輸入等的其它變體)中的三個。I/O模塊的每一不同變體一般具有獨特的連線約定，一般不能直接從I/O模塊到傳感器或致動器。用于連接電導體的現(xiàn)有技術的連接裝置20向設備(例如，壓力換能器24)載運電信號或電功率。該設備可以是傳感器、致動器、電源或I/O模塊。如在本領域中所慣常的，我們采用多個連接裝置20中的任何個連接裝置，諸如但不限于接線盒、可插拔接線盒、具有外殼的卷曲絲/連接器設備、安裝在連接器中的電路板以及利用焊補或焊接接頭的連接器。在任何控制系統(tǒng)中的許多地方需要連接裝置20，并且隨每一設備出現(xiàn)一次或多次來影響信號的連接和到傳感器和致動器的功率，例如在相距許多米的距離時采用多個連線或纜線系統(tǒng)。還是在圖1中，我們示出了五個設備，如水泵應用中常見的三個傳感器和兩個致動器。用于井深24和泵電流25的傳感器作為工業(yè)標準4-20mA信號被提供給I/O模塊，所述信號顯然不直接連接到合適的電流輸入I/O模塊21而是要通過一些定制的連線和部件30連接到合適的電流輸入I/O模塊21，定制的連線和部件30包括接線盒31及設備電源32，設備電源32是除模塊電源33以外的電源。連接到頻率輸入I/O模塊22的是脈沖生成傳感器26，諸如在測量水流中所常見的。相比兩個之前的傳感器24和25，脈沖生成傳感器26需要再多一根連線。注意，僅脈沖生成傳感器26的三根連線中的一根連線被連接至對應的頻率輸入模塊22。另兩根連線使用定制的連線和部件30連接。最后，兩個致動器(相同的電機接觸器27)被連線到源化數(shù)字輸出I/O模塊23。與傳感器的情況一樣，兩個致動器27到I/O模塊23的連接也不是直接的而是需要定制的連線和部件30。
[0010]圖2描繪實現(xiàn)DCS控制系統(tǒng)41的一個節(jié)點所需的現(xiàn)有技術部件元件。DCS節(jié)點41由PLC40、三個I/O模塊21、22和23，以及定制的連線和部件30構成，該定制的連線和部件30除了設備電源(在圖1中示出為31和32)以外還包括接線盒。傳感器和致動器24、25、26和27經(jīng)由定制的連線和部件30連接。
[0011]圖3描繪由在LAN內部連接的三個分布式節(jié)點41構成的現(xiàn)有技術SCADA系統(tǒng)43。這些分布式節(jié)點41 (或者采用物理連接或者采用軟件連接)經(jīng)由對等連接28相互連接。此外，分布式節(jié)點41以輪詢式布局(polling arrangement)被連接到SCADA計算機42,該SCADA計算機42通常在LAN內部以便在各個分布式節(jié)點41間提供良好的協(xié)調控制。
[0012]因此，利用一個或多個DCS部件41的完整SCADA系統(tǒng)43必需提供傳感器的連線從而使控制系統(tǒng)可以用傳感器測量，基于其被指令的和其所測量的來計算，并且隨后依靠定制的連線和附加的電源利用連接到固定配置輸出模塊的致動器來打開閥門，開啟泵和加熱器。
[0013]從最低級別傳感器經(jīng)由它們相關聯(lián)的I/O模塊提取信息的主要方法涉及輪詢。輪詢由較高級別的控制部件在其發(fā)送請求特定值的消息(有時稱作標簽)時實現(xiàn)。輪詢是從控制系統(tǒng)的較高級別朝向控制系統(tǒng)的較低級別發(fā)生的活動過程。因此，PLC將針對傳感器狀態(tài)輪詢I/O模塊。SCADA系統(tǒng)將隨后輪詢DCS或PLC系統(tǒng)以便檢索相同的傳感器狀態(tài)或傳感器狀態(tài)的組合從而使這一信息在高級別(SCADA計算機42)處可用。采用相同的過程來改變輸出的狀態(tài)。較高級別的控制部件向較低級別的設備發(fā)送指令它實現(xiàn)對輸出的某種改變(或者設置電平或者將其關閉或開啟)的類似消息。
[0014]新近現(xiàn)有技術中的SCADA、DCS或PLC系統(tǒng)的重要操作模式是為較高級別的控制元件啟動與較低級別的通信，級別是眾多的，包括I/O模塊、PLC、DCS和SCADA系統(tǒng)。
[0015]這一操作模式存在例外，例如但不限于，在異步事件的情況使用警報可導致消息從DCS被發(fā)送到SCADA系統(tǒng)。然而，這一例外并沒有改變在較高級別處啟動并被導向到較低級別的本質且主要的操作模式。
[0016]現(xiàn)有技術的SCADA、DCS或PLC系統(tǒng)是許多部分的復雜組合。在最低級別處(傳感器和致動器接口)，現(xiàn)有技術系統(tǒng)采用大量固定配置的I/o模塊，由此需要單獨的產(chǎn)品或單獨的產(chǎn)品置換(permutat1ns)以便交付(deliver)許多電接口，諸如4_20mA、+/-10V、頻率、電平、NPN, PNP、傳感器功率，等等。因此通常需要多個I/O模塊。多個I/O模塊一般插入到一些總線接口中。傳感器和致動器連線需要電源、接線盒和許多連線。
[0017]現(xiàn)有技術SCADA43或DCS41系統(tǒng)本身是通過級別分層的，從而使SCADA計算機42經(jīng)由網(wǎng)絡連接至一個或多個DCS系統(tǒng)41，該DCS系統(tǒng)41或者是PLC 40或者是經(jīng)由另一層連接到PLC 40的DCS41。因此需要許多硬件部件來實現(xiàn)SCADA 43或DCS 41系統(tǒng)。
[0018]在軟件方面，現(xiàn)有技術I/O模塊(例如21、22和23) —般執(zhí)行電接口功能，而設備級軟件在PLC 40或DCS 41中處理。設備級軟件包括用于線性化、過濾、計數(shù)、差異化(differentiating)、校準、使能、定序和按比例縮放電子值到工程單位的軟件。為了 PLC 40或DCS 41計算脈沖速率，例如，需要為脈沖輸入的電流值輪詢和輸入I/O模塊并隨后精確計時其時間段并跟蹤其頻率。在計算精確且準確的速率中的誤差對于測量時間是非常敏感的，因此在輪詢中PLC 40或DCS 41的延時可不利地影響傳感器測量質量。
[0019]總之，現(xiàn)有技術的SCADA 43和DCS 41系統(tǒng)是高度復雜的、由多個不同的部件構成的，所述部件具有從上到下進行輪詢的層，以向控制系統(tǒng)的上層提供信息以及控制。
[0020]SCADA系統(tǒng)43傳統(tǒng)上在標準計算機平臺上運行，諸如運行商用操作系統(tǒng)(諸如微軟Windows-XP或微軟Windows-7或微軟Windows-8)的PC。DCS系統(tǒng)41也廣泛使用這一PC架構。因為DCS 41以及通常SCADA系統(tǒng)43需要到處理的緊密且可靠的連接，這些PC計算機必需在現(xiàn)場被本地化(localized)，有時從更易支持PC的辦公室移出?？紤]到時間具有測量準確性的上述效果，從辦公室網(wǎng)絡移出的此類本地化常需要改進網(wǎng)絡判定或響應的預測性。
發(fā)明概要
[0021 ] 本發(fā)明包括用于提供監(jiān)管和分布式控制的可配置的連接器式方法和裝置。其顯著減少了把傳感器和致動器連接到控制系統(tǒng)所必需的線連接的數(shù)目。本發(fā)明通過使用單個部件編號的可配置I/o模塊顯著降低了用于連接各種傳感器和致動器中的一個或多個所需的不同控制硬件部件的數(shù)目。
[0022]本發(fā)明利用軟件配置方法和裝置，所述軟件配置方法和裝置產(chǎn)生用來電子地配置該可配置I/o模塊的計算機文件記錄。該文件記錄還可被用來對配置制表。該表格可隨后以要被附連到控制面板或連線位置的連線導向的形式被打印。該表格還可被用來配置和編程服務器，該服務器隨后能夠制造用戶界面或Π，由此消除現(xiàn)有技術中在服務器上手動和定制代碼的生成。該表格還可被采用以提供系統(tǒng)文檔。該表格還可被用以產(chǎn)生要被連接到I/o模塊的單獨導體的標記，以減少連線錯誤為目標。
[0023]本發(fā)明提供在I/O模塊內部的設備級軟件。本發(fā)明提供用于對多個輸入和輸出定序的軟件，以實現(xiàn)I/o模塊內部的模擬和數(shù)字電平的初始化、使能、讀取、保持、鎖存、計數(shù)、差異化、重置、預設。本發(fā)明在除傳感器和致動器以外沒有外部部件的全部在相同I/o模塊內部的一個或多個輸入和一個或多個輸出間提供閉環(huán)控制(例如，溫度控制)。它還向應用到閉環(huán)控制的設定點和參數(shù)的定序軟件和邏輯提供從相同的可配置的連接器式I/o模塊內提供的所有軟件、輸入、輸出和功率。
[0024]本發(fā)明向服務器提供安全連接，其中所述服務器提供監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集且優(yōu)選地不位于LAN內或現(xiàn)場，以便減少對服務器的本地管理的要求。本發(fā)明包括在服務器上的數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)(優(yōu)選關系數(shù)據(jù)庫)，可配置的連接器式I/O模塊發(fā)送到服務器的數(shù)據(jù)被存儲進所述數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)。本發(fā)明還采用數(shù)字權限管理以便增加從可配置的連接器式I/O模塊到服務器的連接的安全性。本發(fā)明還提供與I/O模塊或多個I/O模塊內的任何服務器連接獨立的自動控制和分布式控制，以便無服務器連接地執(zhí)行控制功能。在I/O模塊在給定時間量內或以重復的模式無法聯(lián)系服務器的情況下，本發(fā)明還經(jīng)由因特網(wǎng)、電話或文本收發(fā)來提供通知。
[0025]本發(fā)明提供要在采用云計算的標準服務器上運行的軟件，其提供監(jiān)管計算，對軟件的輸入包括從可配置的連接器式I/o模塊發(fā)送到服務器的傳感器和I/O模塊狀態(tài)，而來自軟件的輸出的包括從服務器經(jīng)由來自充當服務器的客戶端的可配置的連接器式I/O模塊的服務器請求的響應而發(fā)送的致動器和I/o模塊狀態(tài)。
[0026]本發(fā)明無需I/O模塊接受來自除可任選地來自LAN內部以外的任何地方的未經(jīng)請求的請求。
[0027]本發(fā)明提供到其它I/O模塊的對等網(wǎng)絡連接，以便免除對本地主輪詢主機或與服務器分離的任何主機的需求，其中服務器優(yōu)選地不位于LAN內或現(xiàn)場(on-site)。
[0028]本發(fā)明經(jīng)由來自I/O模塊對服務器所作的請求的響應提供要在一范圍內改變的I/o模塊中的設定點。本發(fā)明提供在可配置的時間段之后源自服務器的設定點的期滿并在同時接著回復到由I/o模塊本身(或者其本身及一個或多個對等體)確定的設定點，從而使本地控制將提供足夠但相比用服務器設定點確定實現(xiàn)的控制而言可能低等的控制。
[0029]在附圖中
[0030]圖1是采用多個固定配置的I/O模塊的典型現(xiàn)有技術傳感器和致動器連接方法和
>J-U ρ?α裝直。
[0031]圖2是由PLC、三個I/O模塊、定制的連線配置和部件以及五個傳感器和致動器的集合構成的現(xiàn)有技術DCS。
[0032]圖3描繪由SCADA計算機和三個DCS節(jié)點構成的現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)，每一節(jié)點由具有多個I/o模塊的PLC連同將各種傳感器和致動器連接到控制系統(tǒng)所必需的定制的連線配置和部件構成。
[0033]圖4用直接連接到各種傳感器和致動器的可配置的連接器式I/O模塊來描述本發(fā)明。
[0034]圖5描繪本發(fā)明的DCS節(jié)點。
[0035]圖6描繪本發(fā)明的最簡單的DCS配置，其中該配置僅采用經(jīng)由對等連接相連的兩個I/o模塊。
[0036]圖7描繪本發(fā)明的最簡單的SCADA配置，其中該配置僅采用經(jīng)由網(wǎng)絡連接相連的一個I/O模塊提供標準服務器查詢。
[0037]圖8描繪本發(fā)明的DCS和SCADA系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)由三個可配置的連接器式I/O模塊和服務器構成，該服務器優(yōu)選在LAN的外部且經(jīng)由因特網(wǎng)被訪問。
[0038]發(fā)明的詳細描述
[0039]本發(fā)明擴展了美國專利6，892，265、7，216，191和7，822，896以及美國專利申請S/N.13/281，394和13/069,292的教導，這些申請通過引用結合在本文中。在上述發(fā)明中，描述了可配置的連接器式系統(tǒng)，其中此類系統(tǒng)的任何連接器引腳可被配置用于種類廣泛的電子功能，諸如測量電壓、產(chǎn)生電壓、測量電流、產(chǎn)生電流、產(chǎn)生各種功率電壓電平或者甚至處理頻率信息(諸如串行通信數(shù)據(jù))。
[0040]使用這些專利教導構建的單個版本的產(chǎn)品已經(jīng)解決了眾多的工業(yè)控制問題。當與傳統(tǒng)工業(yè)控制輸入/輸出模塊相比時，本發(fā)明的可配置的連接器式輸入/輸出模塊顯著降低了所需的額外部件(諸如電源和接線盒)的數(shù)目。可配置的連接器式輸入/輸出系統(tǒng)憑借改變其連接器引腳的電配置以提供多個電信號格式或功率中的任何個而免除了對許多不同的固定配置的I/o模塊的需求。
[0041]基于軟件的電配置能力是I/O模塊連線被簡化的主要原因。因為可配置性包括能夠提供設備功率，于是要求功率的傳感器和致動器可以從相同的連接器或連接器組接收功率。因為經(jīng)由軟件來配置電信號路徑以提供點對點、控制器到傳感器和控制器到致動器的連接，線束被顯著簡化?，F(xiàn)有技術的定制的連線配置和部件被去除或自動化。
[0042]I/O模塊進一步裝配有功能強大的微處理器(如實時控制產(chǎn)品中所常見的)，該微處理器包括易失性和非易失性存儲器。該微處理器進一步包括能夠同時運行多個控制程序的實時操作系統(tǒng)。該可配置的軟件環(huán)境提供I/o模塊以對多個輸入和輸出定序來實現(xiàn)線性化、初始化、使能、讀取、保持、鎖存、計數(shù)、差異化、重置、預設及其它信號狀況和設備電平控制。
[0043]I/O模塊進一步采用其可配置的軟件結構來執(zhí)行閉環(huán)控制，例如使用任何控制法則(包括但不限于比例微分積分(proport1nal plus derivative plus integral)或PID)的溫度控制。
[0044]I/O模塊進一步采用其可配置的軟件結構來基于包括輸入狀態(tài)和內部邏輯的邏輯結構來實現(xiàn)控制器設定點和輸出值的定序。此類軟件結構將允許對儲槽灌裝例程(包括對閥門和泵定序，以及對儲槽液面?zhèn)鞲衅髯鞒鲰憫?進行預編程。
[0045]1/0模塊進一步采用能夠以對等配置與其它可配置的連接器式1/0模塊相連的網(wǎng)絡連接，以便傳遞在其它情況下需要SCADA系統(tǒng)來實現(xiàn)相同數(shù)據(jù)分布的信息。
[0046]在LAN中相連的一個或多個1/0模塊可因此起僅對LAN內部事件作出響應的自動控制系統(tǒng)的作用，該自動控制系統(tǒng)在沒有現(xiàn)有技術中的SCADA計算機的情況下利用對等網(wǎng)絡來協(xié)調系統(tǒng)。
[0047]1/0模塊可以使用其網(wǎng)絡裝置來啟動到服務器的安全連接，該服務器或者在LAN內部或者在LAN外部，如果在外部優(yōu)選地經(jīng)由因特網(wǎng)上命名的服務器。連接允許1/0模塊向服務器發(fā)送數(shù)據(jù)消息，該數(shù)據(jù)消息包含要由服務器在數(shù)據(jù)庫中存檔的控制狀態(tài)變量，存檔對于SCDAD系統(tǒng)而言是常見的。1/0模塊能夠接收對所發(fā)送的數(shù)據(jù)消息的響應數(shù)據(jù)消息，該響應數(shù)據(jù)消息包括供1/0模塊使用的設定點和參數(shù)。
[0048]當使用對等網(wǎng)絡連接時，該I/O模塊可因此起DCS作用。此外，當使用對等網(wǎng)絡連接且至少一個連接到服務器時，該I/O模塊可以起SCADA系統(tǒng)的作用。優(yōu)選地，所有的I/O模塊連接到服務器，從而使所有的相關數(shù)據(jù)在服務器上被存檔并且所有的I/O模塊能夠從服務器接收設定點和參數(shù)。
[0049]本發(fā)明可因此提供SCADA系統(tǒng)的相當多的優(yōu)點，同時DCS能夠自動操作并且沒有到SCADA計算機的網(wǎng)絡連接。本發(fā)明采用服務器。因此，服務器可以被移到LAN的外部，導致沒有服務器裝備位于該LAN內且依據(jù)系統(tǒng)管理、維護和操作的要求。當采用無處不在的服務器模型(通常稱作云計算)時，則通用服務器系統(tǒng)可以被用來托管可配置的連接器式控制系統(tǒng)的服務器擴充部分，由此使用服務器擴充的單個部件編號的可配置的連接器式I/O模塊實現(xiàn)高級別控制。
[0050]控制系統(tǒng)的安全性是一個廣泛的主題。本發(fā)明在基礎級別處理安全架構?？膳渲玫倪B接器式I/o模塊可以被指令以拒絕來自對可配置的連接器式I/O模塊內的網(wǎng)絡服務器請求內容的客戶端的任何請求。同時，與服務器的所有通信被可配置的連接器式I/o模塊啟動并且使用私鑰系統(tǒng)加密，該私鑰因每一可配置的連接器式I/o模塊而異。因為沒有外部連接被許可連到可配置的連接器式I/o模塊，可配置的連接器式服務器擴充的架構因此相比現(xiàn)有技術改進了安全性。所有用戶級別通信(包括用戶界面(UI))都是對于在其中提供安全連接更常見(例如，在網(wǎng)上銀行連接中)的服務器。因此，相比必需接受來自LAN外部連接的現(xiàn)有技術中的SCADA計算機，本發(fā)明在LAN內部的控制部件將不接受連接，由此有助于確保從根本上更加安全的控制系統(tǒng)。
[0051]圖4描繪可配置的連接器式I/O模塊50，該連接器式I/O模塊50不僅提供與單個I/o模塊50的傳感器和致動器接口，還提供網(wǎng)絡連接44以實現(xiàn)DCS 41和沒有現(xiàn)有技術中SCADA計算機42且無需對I/O模塊50的輪詢操作的SCADA系統(tǒng)43。不同于現(xiàn)有技術的I/O模塊，本發(fā)明從可配置連接器裝置52提供直接連接，由此消除對現(xiàn)有技術中定制的連線配置和部件的需要。注意，現(xiàn)有技術中使用的相同連接裝置與本發(fā)明聯(lián)用，但是需要少得多的連接，并且所需要的這些連接幾乎完全點對點，提供了更簡單的連線。傳感器和致動器優(yōu)選地連接在控制面板或連線區(qū)域上，其中連線區(qū)域標記有使用軟件配置信息自動生成的標記，該軟件配置信息被采用來配置可配置的連接器式I/O模塊50。可配置的連接器式I/O模塊50包括微處理器51和相關聯(lián)的存儲器，從而使各種控制和通信功能可被模塊50執(zhí)行以實現(xiàn)DCS和SCADA能力。
[0052]圖5描繪配置成最簡單的DCS 61節(jié)點的本發(fā)明可配置的連接器式I/O模塊50。I/o模塊50能夠直接連接到一個或多個對等體以便交換信息，并由此在用在一個位置處的泵把水從一個站點抽吸到另一個站點且在一定距離之外執(zhí)行儲槽液面感測時利用分布式系統(tǒng)來管理單個系統(tǒng)?？膳渲玫倪B接器式I/O模塊的DCS架構允許這一分布式控制被輕易地跨網(wǎng)絡連接44實現(xiàn)。顯然，傳感器和致動器24、25、26和27直接連接到I/O模塊50，無需現(xiàn)有技術的定制的連線配置和部件30。
[0053]出于解說性目的，圖6描繪被配置成最簡單的DCS的本發(fā)明的可配置的連接器式I/o模塊50，系統(tǒng)包括采用對等連接28的兩個I/O模塊50。該連接優(yōu)選地在網(wǎng)絡通信受控且是確定性的LAN的內部。但是，并不排除傳到LAN外部的連接28，例如使用因特網(wǎng)。這一配置可被擴展到超過兩個I/O模塊和對等連接。
[0054]出于解說性目的，圖7描繪被配置成最簡單的SCADA系統(tǒng)的本發(fā)明的可配置的連接器式I/o模塊50，其中單個可配置的連接器式I/O模塊50連接至傳感器和致動器以及服務器62，數(shù)據(jù)發(fā)送到服務器62并自其發(fā)送——響應于模塊50對服務器62的請求——設定點和控制器參數(shù)被模塊50接收。優(yōu)選地，服務器62在LAN外部，在那里有對服務器62更便宜且更方便的支持。但是本發(fā)明并不排除使用在LAN內部的服務器62。被模塊采用用以啟動請求的通信協(xié)議優(yōu)選是網(wǎng)際協(xié)議TCP/IP。這一配置可被擴展到連接至服務器的超過兩個的I/O模塊。
[0055]圖8描繪配置成較復雜的SCADA系統(tǒng)43的本發(fā)明可配置的連接器式I/O模塊50，該SCADA系統(tǒng)43典型地用位于三個地理位置處的I/O模塊50和優(yōu)選在因特網(wǎng)上連接的服務器62運行整個供水系統(tǒng)，從而使得沒有服務器級別的計算機位于LAN內部，由此免除對服務器管理、維護和本地支持的需求。I/O模塊50也使用對等連接28來連接從而使模塊50可以獨立于服務器62的任何連接交換操作數(shù)據(jù)、狀態(tài)和設定點。從I/O模塊50到服務器62的所有通信是經(jīng)由標準服務器查詢的，例如采用網(wǎng)際協(xié)議TCP/IP，由此I/O模塊50不需要接受來自LAN外部的未經(jīng)請求的連接。未經(jīng)請求的連接在其他情況下可以被使用以便獲得對模塊50的未經(jīng)授權的訪問，由此影響SCADA系統(tǒng)43的安全性。
[0056]盡管出于解說本發(fā)明的目的已經(jīng)示出了一些代表性的實施例和細節(jié)，對本領域技術人員顯而易見的是可以對本文中所公開的方法和裝置作出各種變化而不背離在所附權利要求中定義的本發(fā)明的范圍。
【權利要求】
1.一種用于管理監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方法，所述系統(tǒng)包括可配置的連接器式輸入/輸出模塊，所述方法包括以下步驟: (a)使用軟件配置方法對所述模塊在電學上進行配置； (b)把至少一個傳感器或致動器連接至所述模塊； (c)把所述模塊連接至服務器； (d)向所述服務器周期性地傳送所述模塊的控制狀態(tài)信息；以及 (e)接收從所述服務器傳送到所述模塊的答復信息，其中所述答復信息包括用于所述模塊的設定點或操作數(shù)據(jù)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括使用所述模塊中的軟件為所述服務器或附連到所述服務器的計算機配置用戶界面的步驟。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括使用所述模塊為所述系統(tǒng)生成連線導向的步驟。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在沒有到所述服務器的可行連接的情況下，所述模塊提供獨立控制。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，進一步包括以下步驟: (a)設置所述服務器對來自所述模塊的控制狀態(tài)信息的傳輸進行預期的時間量；以及 (b)如果控制狀態(tài)信息沒有在所設置的時間量內傳送到所述服務器，則產(chǎn)生報警。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，多個模塊被使用并且所述方法進一步包括在至少兩個所述模塊間采用對等連接的步驟。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述設定點受限于不被從所述服務器接收到的答復信息支配的范圍。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，基于時間的設定點被預裝到所述模塊以減少到所述服務器的連接丟失的影響。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，被所述模塊采用的設定點在到所述服務器的連接丟失達預定時間之后回復到預設值。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述模塊通過因特網(wǎng)連接被連接至所述服務器。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述模塊將不接受來自LAN外部的連接請求，所述模塊位于所述LAN內部。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述系統(tǒng)位于LAN內部，并且沒有所述LAN內的部件使用需要被升級或支持的軟件，由此避免由于接受網(wǎng)絡連接的安全缺陷。
13.一種用于監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集的裝置，包括: (a)可配置的連接器式輸入/輸出模塊，所述模塊配置有軟件； (b)連接至所述模塊的至少一個傳感器或致動器；以及 (c)連接至所述模塊的服務器； 其中所述模塊的控制狀態(tài)信息被周期性地傳送給所述服務器，并且所述模塊接收從所述服務器傳送給所述模塊的答復信息，所述答復信息包括用于所述模塊的設定點和操作數(shù)據(jù)。
14.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，進一步包括用以在所述服務器或附連到所述服務器的計算機上配置用戶界面的軟件。
15.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，進一步包括為所述裝置生成連線導向的軟件。
16.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，在沒有到所述服務器的可行連接的情況下，所述模塊提供所述裝置的獨立控制。
17.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，多個模塊被使用并且在至少兩個所述模塊間存在對等連接。
18.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述設定點受限于不被從所述服務器接收到的答復信息支配的范圍。
19.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，基于時間的設定點被預裝到所述模塊以減少到服務器的連接丟失的影響。
20.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，被所述模塊采用的設定點在到所述服務器的連接丟失達預定時間之后回復到預設值。
21.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述模塊通過因特網(wǎng)連接被連接至所述服務器。
22.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述模塊將不接受來自LAN外部的連接請求，所述模塊位于所述LAN內部。
23.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)位于LAN內部，并且沒有所述LAN內的部件使用需要被升級或支持的軟件，由此避免由于接受網(wǎng)絡連接的安全缺陷。
【文檔編號】G05B23/02GK104412189SQ201380034453
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年4月30日 優(yōu)先權日:2012年4月30日
【發(fā)明者】P·薩格斯, M·博塔 申請人:Xio股份有限公司