用於多結點處理控制系統的仿真系統的製作方法
2023-05-24 19:58:11
專利名稱：用於多結點處理控制系統的仿真系統的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及處理控制系統，尤其涉及一種仿真多結點處理控制系統的一個或多個結點的仿真系統，以便提供與分布式處理控制系統相關的被仿真的處理控制功能。
背景技術：
像那些在化學、石油中使用的分布式處理控制系統或其它處理系統典型地包括一個或多個處理控制器，該控制器經由模擬、數字或組合模擬/數字總線可通信地連接到一個或多個現場器件(field device)。這些現場器件可以是例如閥門、閥門定位器、開關和發送器(例如，溫度、壓強和流速傳感器)，這些現場器件位於處理環境內，並且執行諸如打開或關閉閥門、測量處理參數等的功能。智能現場器件，諸如符合眾所周知的Fieldbus協議的現場器件也可以執行控制計算、報警功能、或其它通常在控制器中執行的控制功能。典型地位於工廠環境內的處理控制器接收指示由現場器件做出的處理測量的信號和/或其它與現場器件相關的信息，並且執行控制器應用程式，該應用程式例如運行不同的控制模塊，做出處理控制決定、根據所接收的信息來產生控制信號，以及與諸如HART和Fieldbus的現場器件中執行的控制模塊或塊相互配合。控制器中的控制模塊經通信線路將控制信號發送到現場器件，從而控制處理的操作。
來自現場器件和控制器的信息通常經過數據總線而可用於一個或多個其它硬體設備，例如操作員工作站、個人計算機、數據歷史記錄、報表生成器、集中資料庫等，典型地是放在控制室或遠離更惡劣的工廠環境的其它位置的硬體設備。這些硬體設備運行應用程式，例如可以使操作員執行有關處理的功能，例如改變處理控制例行程序的設置、修改控制器或現場器件內的控制模塊的操作、查看處理的當前狀態、仿真處理操作用於培訓員工或測試處理控制軟體、保留和更新配置資料庫等。
作為一個例子，由Fisher-Rosemount系統股份有限公司銷售的DeltaVTM控制系統包括多個應用程式，這些應用程式存儲在位於處理工廠內的不同空間的不同器件內，並且由這些器件執行。位於一個或多個操作員工作站中的配置應用程式使用戶能夠創建或改變處理控制模塊，以及經由數據總線將這些處理控制模塊下載到專用分布式控制器。配置應用程式也可以允許設計者來創建或改變用戶接口，這些用戶接口被查看應用程式用來向用戶顯示數據，以及使用戶改變設置，諸如處理控制例行程序內的設置點。每個專用控制器以及在一些情況中的現場器件存儲和執行控制器應用程式，該應用程式運行被分配和下載給它的控制模塊，以便執行實際的處理控制。可以在一個或多個操作員工作站運行的查看應用程式經數據總線從控制器應用程式接收數據並且向處理控制系統設計者、操作員、或使用用戶接口的用戶顯示該數據，其中用戶接口可以提供多種不同視圖的任意一種，例如操作員視圖、工程師視圖、技術人員視圖等。數據歷史應用程式典型地存儲在數據歷史器件中並由其執行，該數據歷史器件收集和存儲通過數據總線提供的一些或全部數據，同時在另一個附加到數據總線的計算機設備中可以運行配置資料庫應用程式，以便存儲當前處理控制例行程序配置及其相關的數據。可替換地，可以將配置資料庫存儲在與配置應用程式相同的工作站中。
可以在附加到數據總線的個人計算機上運行仿真應用程式，例如由密蘇裡州聖路易的Don H.Munger公司銷售的Mimic應用程式、或由加拿大卡爾加裡的Hyprotech公司製造和銷售的HYSYS應用程式。這些或其它接口應用程式經由數據總線與控制器應用程式和查看應用程式通信，以便能夠測試存儲在控制器中的控制模塊或用戶接口。這些仿真應用程式也使能執行培訓和系統檢查。在一些情況中，HYSYS應用程式是一種高保真度處理仿真產品，可以與Mimic應用程式被集成到相同的計算機，以便仿真用於設計的檢查的處理控制設計的精確定時以及響應。典型地，這些仿真應用程式使用眾所周知的諸如OPC接口或PI接口的標準接口與控制器內的控制器應用程式或現場器件進行通信。
作為替換，仿真已被人工執行，其中操作員或其它用戶利用控制器或現場器件的控制模塊內的輸入/輸出(I/O)功能塊的仿真能力，來人工設置由I/O塊處理的值和狀態變量，以便依次使信息或控制邏輯能夠被驗證，而不用實際上控制現場器件或使現場器件連接到控制器。在另一種情況下，在控制器或現場器件中可以創建和存儲特定的仿真模塊，以便通過向實際控制模塊提供基於輸出塊目標的仿真的處理動態而與實際控制模塊進行交互。
在這些系統中，能夠驗證在設計、分配和下載控制模塊到控制器或現場器件並使用仿真程序測試系統之後，由查看應用程式產生的用戶顯示中示出的信息正在被控制器正確地進行通信。在建立控制器系統值之前典型地執行使用完全系統硬體用於配置檢查和操作員培訓，從而，可以完全測試到控制器的物理連接以及控制器與工作站之間的通信。而且，能夠檢查由配置的模塊引入到控制器的性能、存儲器要求、以及負載。
然而，在多數情況中，期望在處理控制系統已被全部配置和執行和/或儘管處理控制系統正在在線運行之後，仿真處理控制系統或處理控制系統的結點。例如，期望創建一種仿真環境，能夠仿真一種完全執行的處理控制系統，用於培訓目的，諸如培訓新的操作員，或用於測試目的，諸如測試一組新的操作參數來看看在用這些操作參數來運行實際裝置之前是否獲得了期望的結果。
不幸的是，如果在配置完成時沒有創建仿真系統，則必須從配置的實際處理中創建配置系統。這尤其意味著操作員或其它人員必須通過對要仿真的每個結點內的每個控制塊安裝分離的仿真塊，來人工地創建仿真系統，以及必須對於被仿真的結點之外的每個塊或結點創建I/O塊或參考，而不是可通信地連接到那些結點。該操作員也必須配置這些塊之間的通信，以仿真在處理工廠內發生的實際通信。因為操作員是按照逐塊來人工複製每個結點的，所以所創建的仿真系統可能包括操作員引入的錯誤，因此不能準確地仿真被配置的工廠。而且，這種處理非常耗時，尤其是在每個結點中具有成百上千的不同塊的複雜的工廠中，需要創建成百上千的仿真控制塊，有時候需要更多輸入/輸出塊。
作為替換，操作員可以將對於結點的每個塊配置的軟體複製在仿真環境中，例如複製到仿真計算機。然而，在這種情況中，操作員仍然必須人工地創建仿真輸入/輸出塊或參考那些塊。如上所述，這種處理仍需要應付操作員引入的錯誤及時間消耗問題。
無論如何，因為上述問題，一個實際操作和配置的裝置的仿真系統的創建花費了大量的時間和操作員人力，因此是非常昂貴的，有時候花費了數以百萬美元。這些代價阻止了許多工廠對於配置的處理控制系統創建精確的仿真系統，這限制了可以在工廠中提供的培訓的數量和質量，以及可被執行的離線測試的數量。
另外，在從實際作業系統複製的仿真系統內有許多信號，諸如輸入/輸出塊的狀態信號，可導致問題。特別是，當發送通信信號到另一個塊時，每個塊通常提供一種指示信號的狀態的狀態信號，例如，好的、壞的、陳舊的等。然而，在從運行的工廠複製的仿真環境中，狀態信號將一直是舊的或壞的，因為在工廠內沒有真正的設備來發送和更新那個信號。結果，仿真系統在處理壞的狀態信號時可能陷入困境，並且不能仿真實際的控制環境或可能發送大量的錯誤消息給操作員，而使仿真操作員厭煩。
而且，還存在這樣的情況或時間，即期望抓住或創建正在運行的仿真系統的瞬像(snapshot)，所述瞬像包括所有處理變量的值、設置點和其它處理參數。所仿真的裝置或裝置的結點的這種瞬像在診斷問題、保存一個以後在另一個仿真中使用的特定的好的或壞的裝置條件時是有用的，以便重複相同的仿真和測試不同動作的影響等。然而，目前，沒有已知的方法用於創建仿真在特定實例的瞬像，而不用實際暫停仿真的運行相當長的時間周期和複製仿真內的每個塊的狀態。因為結點中已知或標準的複製塊的方法等使用比結點的運行周期更長的時間，執行這些有關運行的仿真的複製方法意味著在複製過程中變量或值將會改變，因此，捕獲的裝置或結點狀態將不是對於時間上的特定單一實例的，而是具有來自不同時間的不同變量值。另一方面，暫停仿真訪問和複製所有的模塊參數的值的時間量，尤其在一個面向對象的編程環境中對仿真操作員是非常明顯的，並且可能是破壞性的。
發明內容
一種仿真系統附加到用於處理控制系統的一個或多個滿配置的結點的配置資料庫，並且將這些結點內的包括功能塊的模塊複製到一個或更多仿真計算機中。該仿真系統包括一個算法，在複製處理期間或之後，自動創建每個所複製的結點的參考參數模塊，以存儲結點外的每個輸入或輸出參考的參考參數，諸如輸入/輸出塊、其它結點中的其它功能塊、現場器件中的發送器塊等。在Fieldbus功能塊的情況下，仿真系統以控制器結點的協議自動地創建仿真工作站內的功能塊，所述功能塊模仿Fieldbus功能塊的操作，並且然後創建具有這些被模仿的Fieldbus功能塊操作的仿真系統，就像它們已經初始被配置在被仿真的控制器中，而不是在控制器之外的現場器件中。另外，仿真系統可以禁止狀態信號或以這樣一種方式進行操作，即忽略仿真系統內的被創建的輸入/輸出塊的狀態信號，以便阻止該狀態信號導致操作員可見的錯誤。
而且，已知控制模塊的冗餘能力可被用來在一段非常短的時間期間捕獲或存儲仿真系統的瞬像。特別是，仿真系統可以使用由處理控制系統內的每個控制塊提供的冗餘輸出，而不是更新一個冗餘塊，以邏輯方式將被更新的參數簡單存儲在仿真工作站內的存儲器中。當期望仿真結點的瞬像時，仿真系統可以停止仿真模塊的操作一段時間，在這段時間可以將仿真存儲器內的冗餘數據複製到瞬像文件或某種緩衝器文件中。在這種快速的複製過程之後，可以重新起動仿真系統。通常，該複製過程太短，以致仿真操作員注意到在仿真系統的操作中沒有中斷。這種處理使仿真操作員能夠在一個特定和單個時間獲取一個或多個仿真結點的瞬像，而不必嚴重地中斷仿真系統。
圖1是具有多結點和仿真系統的典型處理控制網絡的方框圖，所述仿真系統用於創建和執行一個或多個結點的仿真；圖2是解釋由仿真操作員使用的仿真創建和控制屏幕顯示；圖3是解釋創建處理控制系統的單個控制器結點的仿真的命令的屏幕顯示；圖4是解釋為處理控制系統的單個控制器結點創建的仿真的屏幕顯示；圖5是解釋在仿真內被轉換成模塊參考的一組外部參考參數的屏幕顯示；圖6是解釋被創建用來保持所創建的仿真的輸入/輸出參考的容器或參考參數模塊的屏幕顯示；圖7是解釋在捕獲仿真系統的瞬像時被仿真操作員使用的瞬像捕獲屏幕的屏幕顯示；以及圖8是解釋在將仿真系統恢復成先前捕獲的瞬像時由仿真操作員使用的恢復屏幕的屏幕顯示。
具體實施例方式
現在參考圖1，分布式處理控制系統10包括一個或多個結點12、14、16、18和20。在圖1的處理控制系統10的實例中，每個結點12、14和16包括通過輸入/輸出(I/O)裝置24連接到一個或多個現場器件22和23的處理控制器12a、14a、16a，該輸入/輸出(I/O)裝置可以是例如Fieldbus接口、HART接口等。控制器12a、14a和16a通過數據總線30也被連接到結點18和20中的一個或多個主機或操作員工作站18a和20a，所述數據總線可以是例如乙太網連結。如果期望的話，控制器結點12、14和16可以包括冗餘控制器12R、14R和16R，用來以所熟知的方式(例如，典型地使用專用通信連結)跟蹤控制器12a、14a和16a的狀態，並且當所連接的主控制12a、14a和16a的一個失敗時接管作為主控制器。同時，控制器結點12、14、16以及與之連接的輸入/輸出和現場器件22、23和24典型地位於下部，並且有時分布於較差的工廠環境中，控制器工作站結點18和20通常位於控制空間或其它較好的環境，容易由控制器個人訪問。
一般來講，結點18和20的工作站18a和20a可以被用來存儲和執行用於配置和監視處理控制系統10的應用程式。而且，資料庫32可以連接到數據總線30，並且作為數據歷史或配置資料庫來運行，該配置資料庫存儲被下載到結點12、14、16、18和20並在其中存儲的處理控制系統10的當前配置。
眾所周知，每個控制器12a、14a和16a，例如是由Fisher-Rosemount系統股份有限公司銷售的DeltaV控制器，存儲和執行控制器應用程式，該應用程式使用大量不同的獨立執行的控制模塊或塊來實現控制策略。每個控制模塊可以由通常被稱作功能塊的模塊來組成，其中每個功能塊是整個控制例行程序的一部分或子程序，並且與其它功能塊聯合(經由稱作鏈路的通信)操作，以便實現處理控制系統10內的處理控制環路。為大家所熟知的，功能塊典型地執行一種例如與發送器、傳感器或其它處理參數測量器件相關的輸入功能，例如與執行PID、模糊邏輯等的控制程序有關的控制功能、或控制一些諸如閥門的器件的操作的輸出功能，以便執行一些處理控制系統10內的物理功能。當然，還存在混合和其它類型的功能塊。然而，儘管Fieldbus協議和DeltaV系統協議使用以面向對象編程協議設計和執行的控制模塊和功能塊，控制模塊也可以使用任何期望的控制編程方案來設計，例如包括序列功能塊、階梯邏輯等，並且並不限於使用功能塊或任何其它特定編程技術來設計。典型地，存儲在處理控制結點12、14和16內的控制模塊的配置被存儲在配置資料庫32中，該配置資料庫對於工作站18a和20a內的應用程式是可存取的。
在圖1所示的系統中，連接到控制器12a、14a和16a的現場器件22和23可以是標準4-20ma器件，或可以是諸如HART、Profibus、或Fieldbus現場器件的智能現場器件，該智能現場器件包括處理器和存儲器。一些這樣的器件，諸如Fieldbus現場器件(在圖1中標記為標號23)可以存儲和執行模塊或子模塊，例如與控制器12a、14a和16a中執行的控制策略相關的功能塊。圖1中示出的功能塊26和27被放置在兩個不同的Fieldbus現場器件23中。現場器件23中的功能塊26和27可以與控制器12a、14a和16a內的模塊一起執行，以便實現眾所周知的處理控制。當然，現場器件22、23可以是任何類型的器件，諸如傳感器、閥門、發送器、定位器等，I/O器件24可以是符合任何期望通信或控制器協議的任何類型的I/O器件，例如HART、Fieldbus、Profibus等。
在圖1的處理控制系統10中，工作站20a包括一個仿真系統或應用程式50，該應用程式被用來對於處理控制系統10的一個或多個結點，創建和執行一個或多個仿真，這裡被稱作仿真實例。一般來講，當執行時，仿真應用程式50通過從配置資料庫複製結點內的每個控制模塊作為仿真模塊，對於一個或多個指定的結點創建仿真實例，並且在仿真工作站20a內存儲這些仿真模塊。如果期望的話，仿真應用程式50可以在多個工作站上分布仿真實例。然而，為了討論，假定在單個仿真工作站20a上創建和執行所有的仿真模塊。在這種創建處理期間，仿真應用程式50在仿真實例中對於每個結點創建一個參考參數模塊，其中每個參考參數模塊包括每個輸入/輸出參考的參考參數，所述輸入/輸出參考與由那個結點內的任意仿真模塊送入和送出指定結點的信號相關。一旦對於一個或多個結點創建了仿真實例，則可以為了任何期望的目的，例如為了測試或培訓目的，來執行或運行該仿真實例。
如圖1所示，仿真應用程式50(存儲在計算機可讀存儲器52中並且適於在主工作站20a的微處理器54上執行)包括應用程式、例行程序或其子程序56-58。第一例行程序56與創建和操作與仿真工作站20a連接的用戶顯示器60有關，使仿真操作員創建、觀看和控制處理控制系統10的一個或多個結點的仿真實例。當執行第二例行程序57時，第二例行程序通過為與每個指定結點相關的每個模塊(可以包括單個或多個功能塊)創建可通信的互相連接的仿真模塊，以及然後通過為每個結點自動創建參考參數模塊以便存儲這些結點的輸入或輸出，來實際上創建一個或多個指定結點的仿真實例。一旦第三例行程序58被創建，則可被用來起動、停止、重新配置、捕獲瞬像、恢復或者相反控制仿真實例。當然，例行程序57和58與用戶顯示例行程序56集成，使仿真操作員採取不同的步驟創建、控制和查看對於處理控制系統10的仿真實例。
在處理控制系統10的運行期間(即，在處理控制配置已經被創建和下載到處理控制系統10並且從而到每個不同的結點之後)，但是先於任何仿真實例的創建，操作員可以訪問仿真應用程式50。在那時，顯示例行程序56可以呈現一個控制或仿真顯示屏幕70給操作員，如圖2所示。圖2的仿真顯示屏70例子具有多個不同的區，包括在顯示屏70的左手邊的結點指示區72，和在顯示屏70的右手邊的信息區74。
結點指示區72可以指示與處理控制系統10的每個結點相關的結點和器件、例行程序等，並且能夠使仿真操作員以任何期望的方式，例如使用滑鼠來選擇這些結點的一個或多個或者一個結點之內的器件，如控制器。圖2的結點指示區72說明了樹狀結構，顯示了存儲在處理10的配置資料庫32中的不同的處理控制配置元素。當然，可以以任何其它期望的方式來說明處理控制系統10的結點或其它元素。另一方面，信息區74給仿真操作員提供結點指示區內的有關選擇的元素的信息，例如結點指示區72中選擇的元素內的子元素的圖形或文本描述。如果願意，可以通過控制屏幕70上的下拉或彈出菜單來訪問成組的命令，這些命令可被用來產生處理控制系統10的一個或多個結點的仿真實例，或運行、控制和查看處理控制系統10的一個或多個結點的仿真實例。如果願意，可以提供滑動條來指定有關實際處理控制系統10的執行速度或周期的仿真速度。滑動條可以包括一個停止位置和使仿真實例的執行速度比實際處理控制系統10的執行速度慢或快的位置。這個滑動條也可以包括一個暫停和播放或前進按鈕，使仿真操作員能夠快速地停止和起動仿真實例。
圖2具體描述了結點指示區72中的樹狀結構，該結點指示區除其它事物外還包括控制策略80，其中控制策略包括一個與其相關的Area_A，該Area_A在其下面包括一組模塊Loop1-Loop6、TEST_All、TEST_AO1、TEST_DI1和TEST_DO1模塊。因為在圖2中選擇了Area_A，所以信息區域74示出了與Area_A相關的不同環路和其它元素，只要選擇Area_A，就會在信息區域中發生隨後的動作。同樣，圖2的樹狀結構包含一個控制網絡84，該控制網絡除其它事物外還包括3個控制器N_Solv_1、Sol_Man_1和Ctlr1。Ctlr1包含分配的模塊、I/O卡C01、C03、C04以及分配的遠程I/O。當然，其它入口、模塊等都與N_Solv_1和Sol_Man_1控制器相關，但在圖2的樹狀結構中未擴展出來。
通常來說，工作站20a的仿真操作員可以使用顯示屏70上的結點指示區72來選擇一個或多個結點，例如控制器，以便發生後續動作。因此，仿真操作員可以選擇一個或多個結點(例如控制器)來創建和執行仿真實例。例如，當仿真操作員僅選擇一個結點，然後例如通過下拉菜單來創建一個仿真實例時，上述的例行程序57將對於那個單個結點創建一個仿真實例。同樣，如果仿真操作員選擇了3個結點(例如圖1中的結點12、14和16的每一個)或者顯示屏70的結點指示區72上的整個處理控制系統，然後選擇創建仿真命令，例行程序57創建一個這樣的仿真實例，它包含這三個結點的每個結點或整個系統之內的模塊。以這種方式，仿真操作員可以簡單地選擇數字和處理控制系統10中的特定結點，以便創建和執行一個仿真實例，從而能夠在同一時刻對於任何數量的指定結點創建一個仿真實例。而且，仿真操作員在仿真實例運行期間可以利用結點指示區72選擇不同的結點來觀察。
當仿真操作員選擇創建仿真命令時，算法或例行程序57啟動，將在指定結點上所配置的處理控制網絡轉換成仿真實例。為了執行該功能，創建仿真例行程序57訪問配置資料庫32，並且為存儲在配置資料庫32中的每個指定結點的模塊和塊複製(或創建)一個仿真塊。如果期望的話，創建仿真例行程序57可以逐結點地進行上述處理。作為該處理的一部分，創建仿真例行程序57將命令發送給資料庫32，以便獲取一個結點的模塊、功能塊等的一個副本。所得到的副本存儲於仿真工作站20a中，並且最好通過指定仿真輸入被用於輸入塊而被轉換成一個仿真模塊。
當在仿真工作站20a中逐結點地創建仿真模塊時，通過如在實際控制模塊中指定的通信鏈路將仿真模塊可通信地連接在一起。然而，作為這種創建處理的一部分的創建仿真例行程序57使用例如與實際輸入和輸出相關的路徑名稱，自動識別指定結點之外的每個控制塊的輸入和輸出。為了執行該功能，創建仿真例行程序57可以將創建的仿真塊的輸入和輸出的源或目的的路徑名稱和其它指示，與所仿真的結點的路徑名稱進行比較，來確定輸入或輸出源是位於指定結點(例如對於仿真正在被創建的結點)的內部還是外部。如果通信信號的源或目的位於指定結點之外，創建仿真例行程序57自動創建一個到仿真系統內的參考參數模塊(已由例行程序57創建)的鏈路，以便用作輸入或輸出，並且在諸如仿真工作站20中的仿真系統中存儲該模塊。如所理解的，該參考參數模塊被用來在仿真系統中為實際上不存在的仿真實例提供一個連結或一定輸入和輸出的目的，例如到現場器件的連結等。
圖3舉例說明了含有樹狀結構92的屏幕顯示90，其中已經選擇了一個單一控制器結點94(稱為Sol_Man_1)。仿真操作員已調出一個彈出菜單96(例如，通過滑鼠右擊已選擇的控制器94)，以便獲取一個「仿真轉換」命令。顯示屏90的右手邊顯示了已選擇的控制器94中的模塊。選擇窗口96中的仿真轉換命令調用應用程式57，然後如上所述的對於所選擇的控制器結點94創建一個仿真。
特別是，例行程序57對於每個指定結點94內的每個控制模塊創建仿真模塊或塊，隨之一起創建參考參數模塊用於存儲至結點的輸入和輸出。圖4舉例說明這樣的仿真實例，圖4描述了一個顯示屏100，該顯示屏示出了仿真實例創建後對於已選擇的控制器94的仿真實例。如顯示屏100的右手邊所示，該對於控制器結點94的仿真實例包括仿真模塊Loop1-Loop6(從存儲於配置資料庫32中的結點94的實際模塊Loop1-Loop6創建該仿真模塊)。然而，作為轉換處理的一部分，應用程式57已創建一個附加模塊102(名為M_Ctlr1)，此模塊作為一個容器模塊來保存控制器結點94的輸入和輸出參考。如上所述，在為一個結點創建已仿真的控制塊和模塊後，例行程序57確定已創建的仿真模塊之外的任意輸入/輸出的存在，例如對於來自不包括在仿真實例內的其它結點的現場器件或模塊的塊或信號的參考。一旦檢測到這樣的輸入/輸出參考，例行程序57對於這些參考自動地創建一個參考模塊，例如模塊102，從而創建一個仿真系統內的模塊，負責對於發送至或來自不是仿真的一部分的硬體，例如現場器件的信號提供或接受仿真實例的輸入/輸出。
圖5描述了一個屏顯示105，該屏顯示示出了一個被轉換的功能塊108(具有一個已仿真的輸入)和一組外部參考110a-110f，每個所述外部參考指定了一個HART器件輸入或輸出，(因而一個外部參考)實際上指向對於結點而創建的用來保存這些外部參考的一個外部參考模塊。參考框110a已經被選擇並且其屬性被顯示在彈出窗口112中，為此參考指定路徑名稱為M_Sol_Man_1控制器結點(已仿真的結點)中的C01CH01HART_PV模塊。同樣，圖6描述了一個屏顯示116，該屏顯示解釋C01CH01HART_PV模塊為包括一組已在菜單框118中命名的外部參考參數。從這些外部參考參數中選擇的一個參數(即HART_PV參數)的屬性顯示在彈出窗口120中。當然，對於與圖4的參考參數模塊102相關或存儲在其中的每個其它參考參數保存相似的屬性。
因而，正如所理解的，作為仿真轉換的一部分，應用程式57創建外部參考參數模塊，該模塊存儲與每個仿真塊相關的外部參考的值和其它屬性。儘管此處所描述的應用程式57對於每個指定的控制器結點創建單個外部參考模塊，如果願意，外部參考參數模塊可以或多或少地保存外部參考。因此，例如，可以對於每個外部參考創建一個外部參考參數模塊等。此操作也避免了仿真操作員必須為仿真系統人工指定或創建外部參考，這在以前既費時又總出現錯誤。此外，因為可以通過這些外部參考模塊來處理來自仿真實例的輸入和輸出，所以這些模塊的創建使運行一個仿真變得更加容易，其中這些外部參考模塊由於它們的面向對象的屬性而容易被訪問和改變。
儘管對於創建仿真例行程序57來說識別和複製與控制器結點相關的控制塊和其它模塊是一件相對簡單的事情，有這樣的情況出現一個結點的某些控制或其它功能塊或模塊可以存儲於此結點的控制器中且在其外部運行。例如，Fieldbus現場器件能夠存儲和執行控制塊和其它的與處理控制系統的結點相關的模塊。在這種情況下，創建仿真例行程序57可以首先通過在存儲於配置資料庫32中的配置方案中查找塊，來識別在結點內但在控制器外的控制塊或其它模塊的存在。儘管這裡描述的應用程式57專門查找Fieldbus功能塊，也可能存在能夠在結點的控制器外運行的其它類型的功能塊，並且應用程式57也可以查找這些類型的塊。當然，執行這些查找的方式將依賴於結點的控制器中所使用的編程和文檔的類型。
一旦識別出功能塊或與結點相關的模塊存在但在那個結點的控制器之外，則創建仿真例行程序57可以在仿真工作站20a中複製那個塊或創建一個模仿那個塊的新的塊。例如，為了複製塊，創建仿真應用程式57可以從配置資料庫或從實際存儲該塊的現場器件訪問該塊。如果現場器件或其它器件內的功能塊與仿真中使用的控制器塊不用相同的協議，就像通常實例一樣，那麼，應用程式57可以用控制器協議創建仿真塊，該控制器協議最佳模仿現場器件內的功能塊的功能性。這種功能可以在或不在仿真操作員的輔助下執行，該仿真操作員可被詢問來對於現場器件中的功能塊指定控制器協議塊。作為替換，可以存儲並使用指定不同協議的塊之間的轉換的包括參數轉換的表格或列表，在控制器協議內創建模仿現場器件內的實際功能塊的操作的功能塊。
在對於例如Fieldbus功能塊的外部功能塊在控制器協議內創建功能塊之後，創建仿真例行程序57然後可以以控制器協議塊或模塊執行的相同方式將那個功能塊轉換成仿真塊。
當前仿真中出現的另一個問題是處理來自諸如輸入和輸出功能塊的源的輸入/輸出錯誤指示的問題，這些源不再連接到控制系統內的實際器件或源，比如一個現場器件，或者沒有仿真模式，因而呈現為提供錯誤或無效的數據或者導致診斷錯誤。在某些情況下，產生這些信號的塊或源沒有被設置用來仿真，因此來自這些塊的信號導致產生錯誤的I/O消息。而且，用對於輸入和輸出的參考參數創建仿真實例導致這樣一種情況，即，I/O故障可能被仿真控制模塊或塊檢測到，即使實際上這樣的I/O故障並不存在(因為沒有發生真正的I/O)。根據發送到或來自仿真中這些塊的數據的量，在仿真實例運行期間，可能檢測到大量的錯誤消息，並且這些錯誤消息可被發送給仿真操作員作為輸入/輸出或診斷錯誤指示。在仿真期間處理這些虛假的錯誤消息會變得混亂和冗長乏味。
為了緩解這個問題，創建仿真應用程式57相對於實際處理控制系統改變在仿真實例中處理輸入/輸出信號的方法。特別是，創建仿真程序57禁止對例如在模擬輸出(AO)和數字或離散輸出(DO)塊中以及在直接參考I/O通道的外部參數中，比如在上述所討論的外部參考參數模塊中的外部參數中壞的I/O的指示或檢測。為了執行此操作，創建仿真應用程式57可故意禁止這些I/O信號的狀態指示，例如，如果輸出模塊被指定在仿真工作站20a上運行則通過不設定用於I/O錯誤檢測或仿真的位。當禁止這些狀態或錯誤指示信號時，儘管I/O正常，也將出現仿真操作員接口，這將使仿真操作員培訓在不受虛假的錯誤I/O指示信號的幹擾下被執行。當然，創建仿真例行程序57在轉換過程期間可以在仿真系統內執行禁止來自任何其它塊或源的I/O錯誤檢測，因為這些數據源沒有被連接到實際的操作器件，比如現場器件，這些塊或源可能有壞的或無效的I/O數據。
在為一個或多個結點創建一個仿真實例後，可在仿真工作站20a中執行此仿真實例用於培訓或測試目的。在某些情況下，經由為每個結點的輸入/輸出所創建的參考，使用諸如OPC的任何已知技術，將仿真實例連接到一個標準仿真接口，例如HYSIS接口。當然，如果願意，創建仿真例行程序57可提供自己的接口比如API(應用程式接口)，使仿真操作員以任何想要的方式來指定或改變到仿真實例的輸入和輸出。
正如所理解的，可以使用單一命令通過單一接口來執行仿真實例的初始化、和速度的控制以及仿真實例內的信息視圖的命令，即使不止一個結點被影響。此視圖使仿真操作員發布單一請求，尋址仿真中涉及的所有結點。通過經由顯示屏的結點指示區來選擇不同的結點，可以影響和改變視圖。
在大型培訓系統中通常需要在培訓會話中一個先前時間提供重新起動處理控制仿真的能力。而且也需要及時重放在從前一點開始的仿真中採取的操作員動作。這些功能可以通過應用程式58來執行，應用程式58可以，例如通過圖2的顯示屏70上的下拉菜單來起動。
在過去，捕獲正在運行的仿真的瞬像比較困難，因為它通常需要提供一個從仿真實例內的不同功能塊或模塊複製每個期望參數的請求。然而，因為這些請求必須單獨發送到不同的模塊，並且要花費有限時間來執行，因此，在不停止仿真一段擴展的時間期間來允許這種複製發生的情況下，在同一實例中複製仿真系統的所有模塊的狀態實際上是不可能的。在具有許多控制模塊的大型仿真系統中，這種複製處理可能導致相當的延遲，從而導致仿真中明顯的中斷。
為了加速捕獲瞬像的處理，已經發現可以使用仿真系統內的模塊的冗餘能力。具體地，眾所周知，許多控制模塊，諸如在圖1的控制器12a、14a和16a中執行的控制模塊和塊包括冗餘能力。更具體地，這些控制模塊通常被創建用來定期或變化地將模塊的參數值等發送到位於冗餘控制器12R、14R和16R中的冗餘控制模塊。冗餘控制模塊以這樣一種方式來更新它們自己，即冗餘控制器12R、14R和16R在任何時候都可以在一旦控制器12a、14a或16a中的單獨一個失敗時接管處理控制系統的主要操作。
在創建仿真實例的仿真模塊的處理期間，創建仿真應用程式57可以將每個由仿真模塊產生的冗餘信號連接到一個冗餘模塊或一個仿真計算機20a內的特定存儲器地址，並且使這些信號被寫入和保存在一個已知的存儲器位置。這樣，創建仿真應用程式57不是對仿真實例內的每個模塊創建冗餘控制模塊，而僅需要將由仿真模塊產生的冗餘信號連接到特定和專用的存儲器位置，該位置可以或可以不是分離模塊內的存儲器位置。在仿真系統的運行期間，然後，捕獲在仿真模塊的正常進程中創建的冗餘信號，並且以任何邏輯方式將這些信號內的數據保存在一個對於以後檢索容易訪問的存儲器中。之後，在仿真實例的運行過程中的任何時間，通過將以該邏輯方式存儲的冗餘數據複製到可由操作員訪問的緩衝器或文件中，應用程式58可以創建正在運行的仿真的瞬像。因為用於冗餘數據的存儲器位置是專用的並且是在容易訪問的存儲器中，因此能夠快速地執行複製處理，該複製處理可以是塊複製，與複製存儲在實際仿真實例的不同模塊中的數據相比，加速了捕獲仿真系統瞬像所用的時間。因此，當創建一個特定時間的瞬像時，例行程序58僅需要在特定時間暫停仿真系統的運行，將專用存儲器位置的內容複製到瞬像文件，然後繼續仿真系統的運行，其中複製處理通常可以非常迅速地完成。
圖7解釋了屏幕顯示130，該屏幕顯示可被仿真操作員用來在一個特定時間起動仿真系統的瞬像的捕獲。如所述的，仿真操作員可以保存在一個選擇的結點內系統的瞬像，該已選擇的結點是由結點指示區72所指定的，並且仿真操作員可以命名那個瞬像以便將來參考。當然，對於任何具有正常冗餘能力的結點，可以在逐結點的基礎上捕獲這個瞬像。如果願意，瞬像收集應用程式58可以指示處理控制系統的每個結點來同時捕獲瞬像，這樣就獲取了多結點瞬像。
相同地，如圖8所示，通過起動恢復應用程式(例行程序58的一部分)並選擇一個要恢復的系統的先前瞬像，仿真操作員可以將仿真系統恢復到在所保存的瞬像中捕獲的先前設置。當然，由仿真操作員選擇的恢復文件通常是先前作為瞬像保存的文件，並且該恢復應用程式將取出恢復文件中的那個數據並且以任何標準或任何已知方法將該數據寫入仿真模塊。在該操作期間，例行程序58將暫停仿真系統的運行，訪問由仿真操作員指定的瞬像文件，將瞬像文件的內容複製到可通信地互相連接的仿真模塊中，並且然後繼續仿真系統的運行。
儘管處理請求來保存或恢復仿真，相關仿真的仿真模塊的執行停止。為此，應當用最小的延遲完成保存和恢復。如果願意，可以使用OPC將有關保存和恢復的命令從應用程式/培訓臺傳遞到結點。在這種情況下，相關的應用程式負責將保存和恢復命令發布到每個感興趣的結點。最好是，當保存命令起動時，仿真控制應用程式58將在顯示器上提供一個對話，該對話允許仿真操作員指定將要保存的結點。而且，仿真操作員可以提供一個將用數據文件來保存的描述。相同地，當恢復命令起動時，仿真控制應用程式58將呈現一個已經創建瞬像文件的時間列表以及相關的描述。當選擇一個特定時間時，仿真操作員可使用保存的數據來選擇將被恢復的結點。
如果願意，仿真控制應用程式58支持這樣一種選擇，就是允許將保存命令自動和定期地發布到所有的結點。為了起動自動保存，仿真操作員必須使能這種特徵並且指定保存的頻率和將用文件包括的描述。在MicrosoftTMWord自動保存Tools Option之後可以模仿這種特徵的對話。作為這個特徵的運行結果，仿真控制應用程式58將定期地發布一個捕獲和保存命令到仿真實例的結點。為了避免中斷培訓會話，保存命令的處理將使仿真模塊的執行停止，從而該命令可以毫無延遲地執行。
當被執行時，這裡所描述的任何軟體可被存儲在諸如磁碟、雷射盤、或其它存儲介質的任一計算機可讀存儲器中，計算機或處理器的RAM或ROM中等。同樣地，可以使用任何已知或期望的發送方法，包括例如在計算機可讀盤上或其它可傳輸的計算機存儲裝置或通過諸如電話線、網際網路、全球資訊網、任何其它區域網或廣域網等的通信信道，這些軟體都可以被發送到用戶、處理控制系統或操作員工作站(發送被視為與經由可傳遞存儲介質提供這樣的軟體相同或可互換)。而且，在通過通信信道發送之前，這些軟體可不用調製直接提供或可以使用任何合適的調製載波來調製。
因此，雖然已經參考具體實例描述了本發明，所述具體實例僅為示意性而不是對本發明的限制，但是對於本領域的技術人員很明顯的是，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以做出所公開實施例的修改、增加和刪除。
權利要求
1.一種創建仿真系統的方法，該仿真系統用於仿真處理控制系統的一個或多個結點的操作，該處理控制系統在一個或多個結點中的每個結點都具有多個可通信的互相連接的模塊，並且具有在配置資料庫中存儲的一個或多個結點中的每個結點的配置，所述方法包括以下步驟指定所述處理控制系統的至少一個結點，來創建一個仿真實例；訪問所述配置資料庫，以獲取所述處理控制系統的至少一個指定結點的配置內的模塊的副本；將所述模塊的副本存儲在仿真計算機內；以及將複製的模塊自動轉換成仿真模塊，以創建具有多個可通信的互相連接的仿真模塊的仿真實例。
2.如權利要求1所述的用於創建仿真系統的方法，其中，至少一個被複製的模塊是用控制器協議的，並且所述方法還包括以下步驟根據所述配置資料庫，確定使用與所述控制器協議不同的協議的第二模塊的存在；對於所述第二模塊用所述控制器協議來創建第二仿真模塊；以及將第二仿真模塊與所述互相連接的仿真模塊可通信地互相連接。
3.如權利要求2所述的用於創建仿真系統的方法，其中，所述第二模塊是一功能塊。
4.如權利要求2所述的用於創建仿真系統的方法，其中，所述確定步驟包括確定Fieldbus模塊的存在。
5.如權利要求2所述的用於創建仿真系統的方法，其中，所述創建第二仿真模塊的步驟包括使用一個指定不同協議內的特定模塊與控制器協議內的特定模塊之間的轉換的列表。
6.如權利要求5所述的用於創建仿真系統的方法，其中，所述使用列表的步驟包括使用一個指定不同協議內的特定模塊與控制器協議內的特定模塊之間的參數轉換的列表。
7.如權利要求2所述的用於創建仿真系統的方法，其中，至少一個被複製的模塊包括一個外部參考參數，並且所述方法還包括創建一個外部參考參數模塊，以將所述外部參考參數存儲在所述仿真計算機中。
8.如權利要求7所述的用於創建仿真系統的方法，其中，所述創建外部參考參數模塊的步驟包括創建單個外部參考參數模塊，以保持一個指定結點的多個外部參考參數。
9.如權利要求7所述的用於創建仿真系統的方法，其中，所述創建外部參考參數模塊的步驟包括創建單個外部參考參數模塊，以保持一個指定結點的所有外部參考參數。
10.如權利要求1所述的用於創建仿真系統的方法，其中，至少一個被複製的模塊包括一個外部參考參數，並且所述方法還包括創建一個外部參考參數模塊，以將所述外部參考參數存儲在所述仿真計算機中。
11.如權利要求10所述的用於創建仿真系統的方法，其中，所述創建外部參考參數模塊的步驟包括創建單個外部參考參數模塊，以保持一個指定結點的多個外部參考參數。
12.如權利要求10所述的用於創建仿真系統的方法，其中，所述創建外部參考參數模塊的步驟包括創建單個外部參考參數模塊，以便保持一個指定結點的所有外部參考參數。
13.如權利要求1所述的用於創建仿真系統的方法，還包括禁止與至少一個仿真模塊相關的輸入或輸出狀態指示。
14.如權利要求13所述的用於創建仿真系統的方法，其中，所述禁止步驟包括禁止與輸出功能塊相關的輸入或輸出狀態指示。
15.如權利要求13所述的用於創建仿真系統的方法，其中，所述禁止步驟包括禁止與輸入功能塊相關的輸入或輸出狀態指示。
16.如權利要求1所述的用於創建仿真系統的方法，其中，所述處理控制系統內的模塊包括冗餘能力，並且所述方法進一步包括創建仿真模塊以包括冗餘能力，以及使用仿真模塊的冗餘能力捕獲在仿真系統的運行期間仿真系統的瞬像。
17.如權利要求16所述的用於創建仿真系統的方法，其中，所述使用仿真模塊的冗餘能力的步驟包括將由仿真模塊創建的冗餘信號連接到仿真計算機內的特定存儲器位置，以及將仿真計算機內特定存儲器位置的內容複製到一個瞬像文件以獲得仿真系統的瞬像。
18.一種獲得處理控制系統的仿真系統的瞬像的方法，所述處理控制系統包括具有冗餘能力的模塊，該模塊創建將被發送到處理控制系統內的冗餘模塊的冗餘信號，所述方法包括以下步驟創建仿真系統為多個可通信地互相連接的仿真模塊，所述仿真模塊對於其參數創建冗餘信號；在仿真系統的運行期間，發送仿真系統內可通信地互相連接的仿真模塊的冗餘信號，該冗餘信號將被存儲在仿真計算機中的專用存儲器位置中；以及通過下列步驟存儲仿真系統在特定時間的瞬像在所述特定時間暫停仿真系統的運行；將專用存儲器位置的內容複製到一個瞬像文件中；以及繼續所述仿真系統的運行。
19.如權利要求18所述的獲得仿真系統的瞬像的方法，還包括通過暫停所述仿真系統的運行、訪問所述瞬像文件、將所述瞬像文件的內容複製到可通信地互相連接的仿真模塊中、以及然後繼續所述仿真系統的運行，將仿真系統恢復成先前的狀態。
20.如權利要求18所述的獲得仿真系統的瞬像的方法，包括步驟在仿真系統的運行期間，自動和定期地執行與存儲仿真系統的瞬像的步驟相關的步驟。
21.一種用於創建仿真實例來仿真處理控制系統的一個或多個結點的運行的仿真創建系統，該處理控制系統在所述一個或多個結點的每個結點具有多個可通信地互相連接的模塊，以及存儲於配置資料庫中的一個或多個結點的每個結點的配置，所述仿真創建系統包括處理器；計算機可讀存儲器；第一例行程序，存儲於所述計算機可讀存儲器上，並且適於在所述處理器上執行，以便用戶能夠指定對其創建仿真實例的處理控制系統的至少一個結點；以及第二例行程序，存儲於所述計算機可讀存儲器上，並且適於在所述處理器上執行，以便通過下列步驟創建所指定的結點的仿真實例訪問配置資料庫，以便獲得指定結點的配置內的模塊的副本；在仿真存儲器內存儲所述模塊的副本；以及自動將複製的模塊轉換成仿真模塊，以創建具有多個可通信地互相連接的仿真模塊的仿真實例。
22.如權利要求21所述的仿真創建系統，其中，至少一個被複製的模塊是用控制器協議的，並且其中所述第二例行程序還適於根據配置資料庫確定使用不同於控制器協議的協議的第二模塊的存在，以用控制器協議創建第二模塊的第二仿真模塊，以及可通信地將第二仿真模塊與可通信地互相連接的仿真模塊互相連接。
23.如權利要求22所述的仿真創建系統，還包括一個存儲於計算機可讀存儲器中的列表，該列表指定不同協議內的特定模塊與控制器協議內的特定模塊之間的轉換，並且其中所述第二例行程序適於使用所述列表，用控制器協議來創建第二仿真模塊。
24.如權利要求23所述的仿真創建系統，其中，所述列表還指定不同協議內的特定模塊與控制器協議內的特定模塊之間的參數轉換。
25.如權利要求21所述的仿真創建系統，其中，至少一個被複製的模塊包括一個外部參考參數，並且其中第二例行程序適於創建一個外部參考參數模塊，以將所述外部參考參數存儲於計算機可讀存儲器中。
26.如權利要求25所述的仿真創建系統，其中，所述第二例行程序適於創建單個外部參考參數模塊，以便保持一個指定結點的所有的外部參考參數。
27.如權利要求21所述的仿真創建系統，其中，所述第二例行程序還適於禁止關於至少一個仿真模塊的輸入或輸出狀態指示。
28.如權利要求27所述的仿真創建系統，其中，所述第二例行程序還適於禁止關於輸入功能塊的輸入或輸出狀態指示。
29.如權利要求21所述的仿真創建系統，其中，所述處理控制系統內的模塊包括冗餘能力，並且其中所述第二例行程序適於創建仿真模塊，以包括冗餘能力，所述仿真創建系統還包括存儲於計算機可讀存儲器上的第三例行程序，該第三例行程序適於在所述處理器上執行，以使用仿真模塊的冗餘能力來捕獲在仿真系統的執行期間仿真系統的瞬像。
30.如權利要求29所述的仿真創建系統，其中，所述第二例行程序適於將由仿真模塊創建的冗餘信號連接到仿真存儲器內的特定存儲器位置，並且所述第三例行程序適於將仿真存儲器內的特定存儲器位置的內容複製到一個瞬像文件，以獲得仿真系統的瞬像。
全文摘要
一種仿真系統，它附加到用於處理控制系統的一個或更多全配置的結點的配置資料庫，並且將這些結點內的模塊複製到一個或多個仿真計算機中作為仿真模塊。該仿真系統包括一個算法，在複製處理過程中或之後，對於被複製的每個結點自動創建一個參考參數模塊，該模塊對於該結點外部的信號的每個輸入、輸出或其它參考，例如其它結點中的輸入/輸出塊、其它功能塊、現場器件中的發送器塊等存儲參考參數。在Fieldbus功能塊的情況下，仿真系統在仿真工作站內以控制器結點的協議自動創建一個功能塊，模仿Fieldbus功能塊的操作，然後創建具有那些模仿的Fieldbus功能塊的仿真系統，就像它們初始就被配置在被仿真的控制器中，而不是在控制器外部的現場器件中。
文檔編號G06F17/30GK1497442SQ20031010246
公開日2004年5月19日 申請日期2003年10月21日 優先權日2002年10月21日
發明者馬克·尼克森, 特倫斯·布萊文斯, 丹尼斯·史蒂文森, 麥可·盧卡斯, 盧卡斯, 史蒂文森, 布萊文斯, 馬克 尼克森 申請人:費舍-柔斯芒特系統股份有限公司