專利名稱：用于分布式過程控制系統(tǒng)的受激模擬器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于模擬分布式過程控制系統(tǒng)的操作的模擬器。
分布式過程控制系統(tǒng)正成為普通用于復(fù)雜過程的控制，這些復(fù)雜過程包括但決不限于能量、金屬和水/廢水場(chǎng)中的過程。能量部分既包括核和非核發(fā)電過程控制，又包括工廠計(jì)算機(jī)應(yīng)用。一個(gè)分布式過程控制系統(tǒng)包括若干分布式處理裝置(DPU)，各分布式處理裝置控制整個(gè)過程的某些部分。典型地，DPU具有運(yùn)行過程控制軟件的數(shù)字處理器，該過程控制軟件響應(yīng)從過程的指定部分接收的傳感器信號(hào)及操作員信號(hào)，對(duì)過程的這個(gè)部分產(chǎn)生控制信號(hào)。個(gè)別DPU連接在一起，并且通過網(wǎng)絡(luò)通信連接到操作員控制臺(tái)。由任何DPU產(chǎn)生的為其他DPU所需要的參數(shù)值通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送。
典型地，工廠中產(chǎn)生的傳感器信號(hào)是模擬或邏輯信號(hào)。各DPU包括模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，其把模擬信號(hào)數(shù)字化，并且存儲(chǔ)數(shù)字傳感器信號(hào)。周期地，在DPU之內(nèi)的數(shù)字處理器檢索數(shù)字化傳感器信號(hào)，并把它們轉(zhuǎn)換成用于控制算法或通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到分布式系統(tǒng)的其他部分的參數(shù)值。由各種DPU執(zhí)行的不同功能對(duì)與該DPU相應(yīng)的傳感器值的輸入更新有不同的要求。例如，有些控制回路要求按毫秒間隔更新輸入信號(hào)，其他控制回路要求幾十或幾百毫秒，而還有其他控制回路僅要求按一秒或更長間隔更新。典型地，要求按相同頻率更新的功能組合在一個(gè)共DPU中。結(jié)果是通常各種DPU對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的更新有不同的要求。
由于過程控制系統(tǒng)已變得較為復(fù)雜，所以越發(fā)要求用于訓(xùn)練操作員和用于模擬過程控制系統(tǒng)中工程升級(jí)的模擬器。典型地，工廠過程控制模擬器利用單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其對(duì)過程和過程控制系統(tǒng)兩者模型化仿真(通過數(shù)學(xué)軟件)。對(duì)于分布式過程控制系統(tǒng)來說，由于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)難以仿真這樣系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)，以及難以證明仿真系統(tǒng)與其試圖模型化的系統(tǒng)相配，所以這樣做并不總是證明令人滿意的。普通承認(rèn)的于1994年7月29日提交的美國專利申請(qǐng)系列號(hào)08/282,854通過提供一種模擬器提出這個(gè)問題，這種模擬器利用工廠的實(shí)際分布式過程裝置，這些分布式過程裝置利用真實(shí)的過程控制軟件。過程由若干副模擬器來仿真，各副模擬器模擬受一個(gè)或多個(gè)DPU控制的過程的一部分，但是各副模擬器在一個(gè)主模擬器控制之下。代替對(duì)有關(guān)DPU提供傳感器信號(hào)，這個(gè)系統(tǒng)的副模擬器執(zhí)行工程或電氣轉(zhuǎn)換，并且通過直接存儲(chǔ)器存取裝置把過程參數(shù)的數(shù)字值直接插入DPU中的數(shù)字處理器的存儲(chǔ)器。
雖然美國專利申請(qǐng)系列號(hào)08/282,854所述的系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有模擬過程和分布式過程控制系統(tǒng)兩者的模擬器系統(tǒng)來說提供顯著好處，但是仍有改進(jìn)余地。這種較早系統(tǒng)沒有考慮不同DPU的不同控制頻率。因此，對(duì)實(shí)際工廠系統(tǒng)響應(yīng)來說該較早系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)可能不真實(shí)。并且，許多工廠操作員已經(jīng)具有他們過程的計(jì)算機(jī)模型，但是其不對(duì)模型化軟件進(jìn)行更改則不可用于多個(gè)副模擬器。此外，由于副模擬器把參數(shù)值直接作為工程值注入DPU存儲(chǔ)器中，所以沒有運(yùn)用DPU的轉(zhuǎn)換程序，這對(duì)保證在I/O級(jí)接口使受激模擬與實(shí)際工廠相配是一個(gè)重要特點(diǎn)。
因此，需要一種用于模擬分布式過程控制系統(tǒng)的操作的改進(jìn)模擬器。
特別是，需要這樣一種改進(jìn)模擬器，其更好地模擬分布式過程控制系統(tǒng)的真實(shí)響應(yīng)時(shí)間。
還需要這樣一種改進(jìn)模擬器，其也運(yùn)用DPU的轉(zhuǎn)換程序。
還需要這樣一種改進(jìn)模擬器，其不要求對(duì)DPU應(yīng)用軟件作大更改，并且再使用實(shí)際系統(tǒng)硬件部件。
還需要這樣一種改進(jìn)模擬器，其能利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)工廠模型，尤其不對(duì)工廠模型計(jì)算機(jī)軟件作大更改。
這些需要和其他需要由本發(fā)明來滿足，本發(fā)明涉及一種用于分布式過程控制系統(tǒng)的模擬器，該分布式過程控制系統(tǒng)利用分布式處理裝置(DPU)，這些分布式處理裝置像實(shí)際分布式測(cè)量和控制系統(tǒng)的分布式處理裝置那樣，并且實(shí)現(xiàn)實(shí)際過程控制軟件。模型化裝置，例如現(xiàn)有工廠模型化計(jì)算機(jī)，仿真過程，并且響應(yīng)DPU用實(shí)際過程控制軟件所產(chǎn)生的控制信號(hào)，產(chǎn)生優(yōu)選地取傳感器信號(hào)形式的過程信號(hào)。DPU還響應(yīng)由操作員控制臺(tái)產(chǎn)生的操作員信號(hào)。通信裝置提供多個(gè)DPU之間及DPU與操作員控制臺(tái)之間的通信。連接到各DPU及模型化裝置的激勵(lì)裝置把過程信號(hào)傳送到DPU。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，過程信號(hào)是傳感器信號(hào)，它們被映射到DPU的輸入/輸出(I/O),DPU然后使用它們本身的數(shù)字處理器，把傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成參數(shù)值，這些參數(shù)值用于實(shí)際過程控制程序，并且/或者通過通信裝置傳送到分布式處理系統(tǒng)的其他部分。
作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，激勵(lì)裝置按不同DPU的指定掃描頻率向DPU提供過程信號(hào)，優(yōu)選地為傳感器信號(hào)。模型化裝置和激勵(lì)裝置通過一個(gè)反射存儲(chǔ)器交換數(shù)據(jù)。激勵(lì)裝置還按各DPU的指定頻率讀出由DPU產(chǎn)生的控制信號(hào)，并且通過反射存儲(chǔ)器把它們映射到模型化裝置。
連同附圖閱讀以下優(yōu)選實(shí)施例的敘述，能對(duì)本發(fā)明獲得完全理解，其中

圖1是按照本發(fā)明用于分布式過程控制系統(tǒng)的受激模擬器的方塊圖。
圖2A和圖2B提供更詳細(xì)的方塊圖，說明圖1模擬器的相關(guān)部件的互連。
圖3是說明為圖1和圖2模擬器系統(tǒng)一部分的受激分布式處理裝置的部件的方塊圖。
圖4是說明形成模擬器系統(tǒng)一部分的模擬器站的部件的方塊圖。
圖5A和圖5B說明由圖4模擬器站所運(yùn)行的模擬器控制程序的流程圖。
圖6是由圖4模擬器站所運(yùn)行的主程序的方塊圖。
圖7是由圖4模擬器站所運(yùn)行的映射程序的方塊圖。
圖1提供按照本發(fā)明的用于分布式過程控制系統(tǒng)的模擬器1的結(jié)構(gòu)的總體視圖。模擬器1有三個(gè)基本部件。首先，有分布式過程測(cè)量和控制系統(tǒng)3，其主要為用于工廠的實(shí)際測(cè)量和控制設(shè)備的重新裝配的非冗余子集，設(shè)備的操作即被模擬。
測(cè)量和控制系統(tǒng)3包括多個(gè)分布式處理裝置(DPU)5，各DPU按本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式控制工廠過程的一部分。在說明系統(tǒng)中，有12個(gè)DPU,51到512，在兩個(gè)柜7的每個(gè)中安置6個(gè)。DPU由取數(shù)據(jù)總線9形式的通信網(wǎng)絡(luò)連接在一起。各個(gè)DPU 5通過總線接口11連接到數(shù)據(jù)總線9。數(shù)據(jù)總線還使DPU與一個(gè)或多個(gè)操作員站13及一個(gè)工程師/歷史員站15連接，以及與其他包括I&C系統(tǒng)人機(jī)接口層的可能工作站連接。在示例系統(tǒng)中，操作員站13和工程師/歷史員站15為工作站。在這些站處可以提供外圍設(shè)備17，例如打印機(jī)，以產(chǎn)生系統(tǒng)性能的硬拷貝輸出及執(zhí)行其他間接任務(wù)。
測(cè)量和控制系統(tǒng)3例如可以是西屋分布式處理族(WDPF)系統(tǒng)。在這樣系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)總線9是WESTNET總線，其提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的確定通信，以及通過共同控制標(biāo)記通行協(xié)議的文件傳送式通信。除沒有實(shí)現(xiàn)某些隔離特性(光導(dǎo)纖維介質(zhì)等)的可能例外，WESTNET總線9與實(shí)際工廠中現(xiàn)存的總線相同。工作站13和15可以是帶有外圍設(shè)備，例如打印機(jī)17的Unix工作站(WEStation)，這些工作站提供工廠計(jì)算機(jī)和人機(jī)接口功能，并且除可能不提供功能上冗余的WEStation外，與實(shí)際工廠中現(xiàn)存的工作站相同。WDPF DPU 5為測(cè)量過程控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)獲得和控制功能，并且又除DPU為非冗余，且重新裝配以減少模擬器中所要求的柜的數(shù)目外，在功能和數(shù)目上與實(shí)際工廠中現(xiàn)存的DPU相同。另外，如下所述在模擬器DPU 5中沒有輸入/輸出(I/O)板。各DPU 5包括與實(shí)際工廠設(shè)備中現(xiàn)存相同的基本和應(yīng)用軟件。雖然在示例系統(tǒng)中說明在2個(gè)柜中安放12個(gè)DPU，但是可以利用其他數(shù)目的DPU和布置。
在模擬器1以及實(shí)際工廠中，操作員通過操作員控制臺(tái)13控制過程。在模擬器中，可以由學(xué)員操作一個(gè)站，而由教員操作另一個(gè)站。在操作員站13產(chǎn)生的操作員信號(hào)通過數(shù)據(jù)總線9傳送到DPU。DPU還在需要時(shí)通過數(shù)據(jù)總線9交換數(shù)據(jù)。DPU 5從過程接收各種輸入，例如傳感器信號(hào)和狀態(tài)邏輯信號(hào)，并且響應(yīng)傳感器和狀態(tài)信號(hào)，以及操作員信號(hào)，用過程控制軟件來產(chǎn)生提供給過程的控制信號(hào)。除過程由工廠模型計(jì)算機(jī)19中所實(shí)現(xiàn)的過程模型來代替外，模擬器1按類似方式操作。許多工廠具有包括這樣工廠模型的模擬系統(tǒng)，它們用來分析包括假定異常條件和系統(tǒng)變更的工廠操作。模擬器1使工廠模擬器中的現(xiàn)有工廠模型可以用來激勵(lì)I(lǐng)&C系統(tǒng)接口。測(cè)量和控制系統(tǒng)3與工廠模型計(jì)算機(jī)19之間的接口由模擬器接口21來提供，該模擬器接口21包括工作站23，例如WEStation,SBUS擴(kuò)展底盤25，其提供把模擬器工作站與DPU5連接的SBUS適配器，以及模擬器工作站23與工廠模型計(jì)算機(jī)19之間的接口27。如將要更完全地?cái)⑹?，接?7包括一個(gè)反射存儲(chǔ)器接口29。模擬器工作站23還通過總線接口電子線路31連接到數(shù)據(jù)總線9。
圖2A和圖2B更詳細(xì)地說明模擬器接口21在工廠模型計(jì)算機(jī)19與測(cè)量和控制系統(tǒng)3的DPU 5之間提供通信的方式。在說明模擬器1中，模擬器接口21的工作站23是利用SBUS結(jié)構(gòu)的SUN SPARC工作站。連接到工作站的SBUS連接器33的SBUS擴(kuò)展底盤25為底盤所服務(wù)的六個(gè)DPU 5的各個(gè)提供SBUS適配器35。各DPU 51到512利用MULTIBUS結(jié)構(gòu)。適配器371到3712使各自DPU通過擴(kuò)展底盤25中的SBUS適配器35與模擬器工作站23接口。DPU 51到512各有一個(gè)數(shù)字處理器(MDX板)39，其中運(yùn)行過程控制軟件。DPU還包括總線控制器(MHC板)41，其把DPU連接到數(shù)據(jù)總線9，以與其他DPU及操作員站13和工程師/歷史員站15連接。各DPU還包括它們本身的電源43。
模擬器工作站23通過駐留在接口27和工廠模型計(jì)算機(jī)19兩者中的反射存儲(chǔ)器29與工廠模型計(jì)算機(jī)19通信。工廠模型計(jì)算機(jī)19和接口27中的反射存儲(chǔ)器29通過光導(dǎo)纖維環(huán)形通信網(wǎng)絡(luò)30連接。由于工廠模型計(jì)算機(jī)19和反射存儲(chǔ)器27具有VME總線，所以裝置27中的總線適配器45和工作站23的SBUS連接器33中的適配器47為數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的交換提供硬件接口。如連同圖1所述，接口31把模擬器工作站23與數(shù)據(jù)總線9連接。這通過另一個(gè)SBUS連接器33實(shí)現(xiàn)。模擬器工作站23與工廠模型計(jì)算機(jī)19之間的反射存儲(chǔ)器接口29允許在工廠模型計(jì)算機(jī)與測(cè)量和控制系統(tǒng)3之間的協(xié)議少量數(shù)據(jù)傳送。
模擬器工作站23的主要功能是在工廠模型計(jì)算機(jī)19與DPU 5之間映射數(shù)據(jù)值和狀態(tài)信息，并且還響應(yīng)各種模擬器控制功能，例如運(yùn)行/凍結(jié)，初始條件(IC)集的裝載/存儲(chǔ)，快照，回溯，以及其他功能。凍結(jié)控制功能允許模擬在任何點(diǎn)停止，以檢查學(xué)員或供分析。存儲(chǔ)功能存儲(chǔ)在系統(tǒng)操作期間的某一點(diǎn)的條件集，該條件集可以在以后回調(diào)。裝載功能把對(duì)于指定存儲(chǔ)功能的初始條件裝載到DPU中，以在所選擇條件下起動(dòng)模擬。快照功能除在執(zhí)行中存儲(chǔ)初始條件外與存儲(chǔ)功能相同，并且對(duì)操作員透明。利用回溯功能，教員可以回調(diào)一系列快照，以檢查學(xué)員行為或工廠操作的進(jìn)行。
圖3更詳細(xì)地說明DPU 5的相關(guān)結(jié)構(gòu)。DPU的核心是MDX板39，其上實(shí)現(xiàn)一個(gè)取微型計(jì)算機(jī)形式的數(shù)字處理器，該微型計(jì)算機(jī)具有一個(gè)中央處理裝置(CPU)49和一個(gè)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器51。MDX板39還有一個(gè)存儲(chǔ)器映射輸入/輸出(I/O)接口(DIOB)53。DIOB接口53包含模擬信號(hào)和邏輯信號(hào)的模擬到數(shù)字等效，這些模擬信號(hào)和邏輯信號(hào)典型地由實(shí)際工廠中的I/O卡(未示出)掃描。在受激系統(tǒng)接口中，模擬接口用適當(dāng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字值填充這個(gè)存儲(chǔ)器53，這些數(shù)字值與從工廠模型計(jì)算機(jī)19接收的傳感器值相對(duì)應(yīng)。周期地，處理器49從DIOB 53接收數(shù)字化傳感器信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)控制軟件的算法。這些算法產(chǎn)生控制信號(hào)，然后控制信號(hào)存儲(chǔ)在DIOB 53中，以輸出到閥電動(dòng)機(jī)和工廠的其他活動(dòng)部件。當(dāng)然，在模擬器中這些部件以及受控制的過程在工廠模型計(jì)算機(jī)19中仿真。
數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器51存儲(chǔ)由分布式過程控制軟件所產(chǎn)生的各種點(diǎn)值。如所述，由一些DPU產(chǎn)生的這些數(shù)據(jù)點(diǎn)中有些還由其他DPU使用。這些數(shù)據(jù)點(diǎn)值的交換通過通信網(wǎng)絡(luò)9由安裝在MHC控制板41上的網(wǎng)絡(luò)控制器來實(shí)現(xiàn)。MHC板41通過專有總線55與MDX板通信。
還如前文所述，由DPU運(yùn)行的各種程序可以具有不同的I/O和控制頻率。典型地，在一個(gè)單DPU中組合具有共I/O頻率的程序。I/O頻率確定更新DIOB存儲(chǔ)器53的速率。控制頻率確定CPU 49對(duì)DIOB 53讀和寫的速率。按照本發(fā)明，模擬器站23按有關(guān)DPU 5的I/O頻率把工廠模型計(jì)算機(jī)19產(chǎn)生的傳感器信號(hào)值直接映射到DIOB 53。這是通過利用MULTIBUS 57和在模擬器站23的SBUS與DPU的MULTIBUS 57之間傳送信號(hào)的接口37來實(shí)現(xiàn)。因此，模擬器站23能對(duì)DPU直接讀和寫信號(hào)數(shù)據(jù)，而不引入通過數(shù)據(jù)總線9通信所固有的等候時(shí)間。對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)定時(shí)布置或輸入/輸出掃描，控制計(jì)算等來說，這種直接接口還允許模擬器站23頻率匹配其與DPU的通信。這樣保證模擬器的時(shí)間響應(yīng)特性將與工廠的時(shí)間響應(yīng)特性相同。這種直接接口還簡化了對(duì)模擬器控制功能，例如運(yùn)行/凍結(jié)，裝載/存儲(chǔ)，初始條件集，快照，回溯等的響應(yīng)。例如，運(yùn)行/凍結(jié)通過起動(dòng)/暫停DPU I/O掃描和控制任務(wù)來控制。存儲(chǔ)功能通過用初始條件(IC)數(shù)作為參考，把數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器51和DIOB存儲(chǔ)器53的快照傳送到模擬器站23來實(shí)現(xiàn)。裝載功能通過把IC集直接裝載到數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器51和DIOB存儲(chǔ)器53來實(shí)現(xiàn)?；厮莨δ芡ㄟ^把IC集順序傳送到DPU來實(shí)現(xiàn)。
圖4說明模擬器站23的相關(guān)元件。說明工作站23有一個(gè)CPU 59和一個(gè)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)。它還有一個(gè)內(nèi)部硬盤63，用于存儲(chǔ)IC文件和其他信息。模擬器站23有一個(gè)SBUS 65，它通過SBUS連接器33和SBUS擴(kuò)展底盤(圖4中未示出)與DPU 5接口。模擬器站23通過反射存儲(chǔ)器29和SBUS適配器27與工廠模型計(jì)算機(jī)19通信。并且，模擬器站23通過WESTNET總線接口31和SBUS連接器33沿?cái)?shù)據(jù)總線9通信。因此，模擬器站23在工廠模型計(jì)算機(jī)19與各DPU 5之間提供單連接。這樣使得便于使用模擬器中現(xiàn)有工廠模型計(jì)算機(jī)19。
圖5說明由模擬器工作站23運(yùn)行的SIM CONTROL程序67的流程圖。首先在69調(diào)用時(shí)，執(zhí)行初始化任務(wù)，包括建立可布置的定時(shí)器，其按希望速率重復(fù)地回調(diào)程序。還建立共享存儲(chǔ)器，以管理模擬器工作站23之內(nèi)的內(nèi)部任務(wù)通信。然后在71清除來自工廠模型計(jì)算機(jī)的控制標(biāo)記。如果模型已在凍結(jié)狀態(tài)，這就不包括清除凍結(jié)標(biāo)記。還在71起動(dòng)由模擬器工作站運(yùn)行的其他過程(包括以下所述的SIM MAP任務(wù))。
程序然后在73等待由內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生的中斷。當(dāng)定時(shí)器時(shí)間已過時(shí)，在75檢查運(yùn)行/凍結(jié)標(biāo)記，并且如果設(shè)置為凍結(jié)，則在77凍結(jié)DPU5。這是通過在各DPU的DIOB 53中設(shè)置控制位來完成。如果在79檢測(cè)到存儲(chǔ)(寫)標(biāo)記，并且如果在81確定初始條件(IC)數(shù)在范圍之內(nèi)，那么模擬器工作站執(zhí)行在83所指示的幾個(gè)功能。這包括首先停止在71建立的過程，并且凍結(jié)DPU 5。然后把數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器51和DIOB 53中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到模擬器工作站中的文件。一旦這樣完成，系統(tǒng)返回到其在存儲(chǔ)命令之前所處的運(yùn)行或凍結(jié)狀態(tài)，并且繼續(xù)模擬器工作站中的停止過程。如果IC數(shù)不在范圍內(nèi)，在85產(chǎn)生一個(gè)過程錯(cuò)誤，并且通過數(shù)據(jù)總線傳送到操作員站。如果在87設(shè)置了裝載(復(fù)位)標(biāo)記，并且IC數(shù)在89確定在范圍之內(nèi)，那么初始化在91所指示的序列。這包括停止在71建立的過程及凍結(jié)DPU。然后把所選擇IC數(shù)下存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)裝載到DIOB存儲(chǔ)器53和DPU 5的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)器51中。然后DPU返回到在檢測(cè)到裝載標(biāo)記時(shí)現(xiàn)有的運(yùn)行或凍結(jié)狀態(tài)，并且繼續(xù)模擬工作站中的停止過程。當(dāng)這些步驟完成時(shí)，程序返回到73，并且等待下一個(gè)時(shí)間中斷。如果IC數(shù)在89不在范圍之內(nèi)，則在程序返回到73以等待下一個(gè)中斷以前，在93產(chǎn)生一個(gè)過程錯(cuò)誤指示。類似地，如果在87無裝載標(biāo)記設(shè)置，程序返回到73。
圖6說明模擬器主程序SIM MAIN 95的流程圖。這個(gè)主程序確定各種DPU的掃描頻率，并且在97根據(jù)這些掃描速率把數(shù)據(jù)分成分類文件。然后它在99大量產(chǎn)生包括圖7所示的映射程序101的子過程。這個(gè)程序101按各DPU的指定I/O頻率，把來自工廠模型計(jì)算機(jī)的包括傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)映射到適當(dāng)?shù)腄PU。因此，這個(gè)程序?qū)Ω鲯呙桀l率重復(fù)執(zhí)行。首先，在103通過初始化模擬器站23的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)點(diǎn)來初始化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。周期地，模擬器站23向通信接口9廣播定時(shí)信號(hào)，以使分布式系統(tǒng)同步。如果在105到達(dá)廣播時(shí)間，則在107廣播定時(shí)信號(hào)。在任何情況下，程序在109從反射存儲(chǔ)器收集由工廠模型計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以及從DPU收集數(shù)據(jù)。在111把來自工廠模型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳送到適當(dāng)?shù)腄PU，反之亦然。程序然后在113等待基于頻率的下一次循環(huán)。如所述，對(duì)各指定的DPU頻率運(yùn)行類似程序。將會(huì)理解，所有具有相同指定頻率的DPU可以由同一程序服務(wù)。
上述受激模擬器接口結(jié)構(gòu)對(duì)于仿真相同功能，以及對(duì)于美國專利申請(qǐng)系列號(hào)08/282,854所述的分布式過程控制模擬器來說，提供許多優(yōu)點(diǎn)。激勵(lì)優(yōu)于仿真的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)為工廠所使用的相同過程控制系統(tǒng)的實(shí)際代表。因此，受激系統(tǒng)把實(shí)際工廠結(jié)合到人機(jī)接口(窗口，過程圖形顯示，報(bào)警表，系統(tǒng)診斷等)。無需伴有困難地仿真這種MMI功能。受激系統(tǒng)還提供工廠過程控制軟件的絕對(duì)再使用性。無疑模擬器包含與工廠相同的功能，實(shí)際上，模擬器能用作工廠軟件的軟件試驗(yàn)臺(tái)。受激模擬器還在設(shè)計(jì)意圖以及沒有意識(shí)到的特點(diǎn)，例如軟件缺陷兩方面，與實(shí)際系統(tǒng)相配。實(shí)際系統(tǒng)中固有的任何問題將也存在于模擬器中，從而帶來早期檢測(cè)/診斷。系統(tǒng)響應(yīng)也與工廠的響應(yīng)相同。
仿真中的主要困難之一是重現(xiàn)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。由于在接口中重復(fù)系統(tǒng)定時(shí)特性，所以這個(gè)困難在受激系統(tǒng)中得到消除。所有信號(hào)失落(DPU和操作員站)以按工廠中相同頻率運(yùn)行。分布式信號(hào)失落之間的定時(shí)作用默認(rèn)也與工廠相同。
受激系統(tǒng)的費(fèi)用與仿真相比還得到降低。最初，仿真對(duì)激勵(lì)的費(fèi)用比較是軟件對(duì)硬件的費(fèi)用比較。開發(fā)模擬軟件以仿真過程控制系統(tǒng)中的軟件費(fèi)用會(huì)相當(dāng)高。實(shí)際上，盡管由于基本軟件可以在逐個(gè)工程中再使用，因此僅需要為工廠開發(fā)應(yīng)用軟件，但是就模擬器必須仿真應(yīng)用軟件和基本操作系統(tǒng)軟件兩者來說，這些費(fèi)用可能比實(shí)際工廠中的軟件費(fèi)用高。在比較中，受激系統(tǒng)需要較少的硬件裝置結(jié)果帶來了合理的初始系統(tǒng)費(fèi)用。通過除去I/O硬件和冗余性，所開發(fā)結(jié)構(gòu)除去了與實(shí)際工廠系統(tǒng)有關(guān)的硬件費(fèi)用的大部分。另一方面，本發(fā)明的受激模擬器保持對(duì)實(shí)際工廠定時(shí)的較為真實(shí)，并且與上述專利申請(qǐng)的分布式處理模擬器比較，對(duì)DPU的I/O接口利用存儲(chǔ)器映射過程傳感器值，以便使DPU仍運(yùn)用其轉(zhuǎn)換程序，使更多的軟件有效。
本發(fā)明的受激模擬器的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是使維護(hù)和升級(jí)費(fèi)用降低。在一個(gè)仿真系統(tǒng)中，與仿真軟件維護(hù)有關(guān)的升級(jí)費(fèi)用會(huì)相當(dāng)高。在受激系統(tǒng)中，實(shí)際上沒有和不影響工廠接口的軟件升級(jí)有關(guān)的維護(hù)費(fèi)用。本系統(tǒng)能通過簡單地再裝載新的工廠應(yīng)用軟件來升級(jí)。本發(fā)明系統(tǒng)以能升級(jí)性和維護(hù)性為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)。這是通過使工廠模型計(jì)算機(jī)與測(cè)量和控制系統(tǒng)的剩余部分之間的接口布置與模擬器站隔離來實(shí)現(xiàn)。模擬器站布置通過一個(gè)映射文件，其簡單地把工廠模型計(jì)算機(jī)“點(diǎn)”與測(cè)量和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)點(diǎn)相關(guān)。映射文件是文本文件，它就其數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流方向和在反射存儲(chǔ)器中的偏移來描述各點(diǎn)。有關(guān)各點(diǎn)的數(shù)據(jù)的剩余部分，例如掃描/頻率，從測(cè)量和控制系統(tǒng)軟件本身在線搜集。接口設(shè)計(jì)成在I/O級(jí)映射數(shù)據(jù)。換句話說，按照其與工廠接口相同的傳感器單位(電壓，電流等)來映射數(shù)據(jù)。所有至工程值、數(shù)字傳感反相的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換用實(shí)際工廠軟件執(zhí)行。
雖然已經(jīng)詳細(xì)地?cái)⑹隽吮痉矫娴木唧w實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，可以根據(jù)公開的總體技術(shù)提出對(duì)這些細(xì)節(jié)的各種變更和替換。所公開的特殊布置僅是說明性的，不作為本發(fā)明的范圍限定，本發(fā)明的范圍由附加權(quán)利要求的全部外延及其任何和所有等效要求來給定。
權(quán)利要求
1．一種用于模擬由一個(gè)分布式過程控制系統(tǒng)所控制的過程的操作的模擬器，所述模擬器包括模型化裝置，用于響應(yīng)控制信號(hào)模型化所述過程，并且提供響應(yīng)所述控制信號(hào)對(duì)所述過程的模型化而產(chǎn)生的傳感器信號(hào)，這些傳感器信號(hào)表示過程參數(shù)的傳感器值；多個(gè)分布式處理裝置(DPU)，具有輸入/輸出(I/O)裝置，以接收和存儲(chǔ)所述傳感器信號(hào)及輸出所述控制信號(hào)，以及數(shù)字處理裝置，以把所述傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成參數(shù)值，并且響應(yīng)所述參數(shù)值和操作員信號(hào)，以用實(shí)際過程控制軟件產(chǎn)生所述控制信號(hào)；操作員控制臺(tái)，以由操作員產(chǎn)生所述操作員信號(hào)；通信裝置，提供所述多個(gè)DPU之間及所述多個(gè)所述DPU與所述操作員控制臺(tái)之間的通信；以及激勵(lì)裝置，連接到各所述DPU和所述模型化裝置，以把來自所述模型化裝置的所述傳感器信號(hào)傳送到所述DPU的所述I/O裝置，及把來自所述DPU的所述控制信號(hào)傳送到所述模型化裝置。
2．權(quán)利要求1的模擬器，其中各所述DPU的所述數(shù)字處理裝置具有指定掃描速率，所述數(shù)字處理裝置按該指定掃描速率掃描所述I/O裝置，以獲得所述傳感器信號(hào)，并且其中所述激勵(lì)裝置具有的裝置至少按DPU的數(shù)字處理裝置的所述指定掃描速率，把來自所述模型化裝置的所述傳感器信號(hào)提供給各所述DPU的I/O裝置。
3．權(quán)利要求2的模擬器，其中所述激勵(lì)裝置包括的裝置按所選多個(gè)DPU的數(shù)字處理裝置的指定掃描速率，把來自模型化裝置的所述傳感器信號(hào)提供給各所述DPU的I/O裝置。
4．權(quán)利要求3的模擬器，其中所述激勵(lì)裝置包括的裝置按DPU的數(shù)字處理裝置的所述指定掃描速率，把來自模型化裝置的所述傳感器信號(hào)提供給各所述DPU的I/O裝置。
5．權(quán)利要求2的模擬器，其中所述模型化裝置和所述激勵(lì)裝置各包括反射存儲(chǔ)器裝置，以在所述模型化裝置與所述激勵(lì)裝置之間傳送所述傳感器信號(hào)和控制信號(hào)。
6．權(quán)利要求2的模擬器，其中所述激勵(lì)裝置包括用所述模型化裝置凍結(jié)所述過程的模擬的裝置，以及暫停所述傳感器信號(hào)對(duì)所述DPU的所述傳送和用所述數(shù)字處理裝置凍結(jié)所述控制信號(hào)的產(chǎn)生的裝置。
7．一種用于模擬由一個(gè)分布式過程控制系統(tǒng)所控制的過程的操作的模擬器，所述模擬器包括模型化裝置，用于響應(yīng)控制信號(hào)模型化所述過程，并且提供響應(yīng)所述控制信號(hào)對(duì)所述過程的模型化而產(chǎn)生的過程信號(hào)；多個(gè)分布式處理裝置(DPU)，各包括數(shù)字處理裝置，具有按指定速率利用所述過程信號(hào)的裝置，以響應(yīng)所述過程信號(hào)和操作員信號(hào)，用實(shí)際過程控制軟件產(chǎn)生所述控制信號(hào)；操作員控制臺(tái)，以由操作員產(chǎn)生所述操作員信號(hào)；通信裝置，提供所述多個(gè)DPU之間及所述多個(gè)DPU與所述操作員控制臺(tái)之間的通信；以及激勵(lì)裝置，連接到各所述DPU和所述模型化裝置，以按DPU的數(shù)字處理裝置的所述指定速率，把來自所述模型化裝置的所述過程信號(hào)傳送到各DPU的所述數(shù)字處理裝置。
8．權(quán)利要求7的模擬器，其中所述激勵(lì)裝置包括按所述指定速率把來自所述DPU的所述控制信號(hào)傳送到所述模型化裝置的裝置。
9．權(quán)利要求7的模擬器，其中所述激勵(lì)裝置和模型化裝置具有反射存儲(chǔ)器，以在所述模型化裝置與所述激勵(lì)裝置之間傳送所述過程信號(hào)和控制信號(hào)。
10．權(quán)利要求9的模擬器，其中所述DPU具有輸入/輸出(I/O)裝置，以接收所述過程信號(hào)，并且其中所述激勵(lì)裝置包括按DPU的所述指定掃描速率，把所述過程信號(hào)插入所述I/O裝置的裝置。
全文摘要
一種用于分布式過程控制系統(tǒng)的模擬器利用一個(gè)模擬器站作為工廠模型化計(jì)算機(jī)與測(cè)量和控制系統(tǒng)之間的接口,該測(cè)量和控制系統(tǒng)使用運(yùn)行實(shí)際過程控制軟件的實(shí)際分布式處理裝置(DPU)。模擬器站存儲(chǔ)器按DPU的掃描速率或多個(gè)掃描速率,把通過反射存儲(chǔ)器從工廠模型化計(jì)算機(jī)接收的傳感器信號(hào)直接映射到各DPU的存儲(chǔ)器映射的輸入/輸出(I/O)接口,并且按相同速率把DPU產(chǎn)生的控制信號(hào)提供給工廠模型化計(jì)算機(jī)。如實(shí)際系統(tǒng)中那樣的數(shù)據(jù)總線在DPU之間和DPU與操作員站(及其他可能的人機(jī)接口站)之間提供通信,操作員站提供由DPU所用的操作員信號(hào)。模擬器站還通過數(shù)據(jù)總線與操作員站連接,以接收操作員信號(hào),操作員信號(hào)可以包括控制模擬器操作的信號(hào)。
文檔編號(hào)G05B17/00GK1215484SQ97193533
公開日1999年4月28日 申請(qǐng)日期1997年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月4日
發(fā)明者琳達(dá)·L·圣托里那, 小露易斯·W·高薩, 羅伯特·A·西蒙尼, 德伯拉·D·波羅德里克, 瑟伊·T·特恩 申請(qǐng)人:西屋電氣公司