CN103201690A - 用于多代控制系统的本地控制网络处理器(lcnp)仿真器 - Google Patents

Abstract

一种多代分布式控制系统(100)包括第一代(FG)DCS(110)，所述第一代(FG)DCS(110)被连接到包括FG客户端节点(111-114)的本地控制网络(LCN)(120)。连接到非LCN数据高速通道(140)的第二代(SG)DCS(130)包括在所述LCN与所述非LCN数据高速通道之间连接的服务器节点(131)和SG客户端节点(132-135)。所述服务器节点包括LCN处理器(LCNP)板(146)。包括服务器LCNP仿真器软件组件(147)的LCNP仿真器软件是在所述服务器节点处，而客户端LCNP仿真器软件组件(144)在所述SG客户端节点处。所述服务器LCNP仿真器软件组件在LCN数据与数据高速通道协议数据之间转换，并且将多个LCN地址槽(132'-135')中的一个添加到从所述LCN接收的通信以用于输送到每个都对应于SG客户端节点的所述SGDCS。每个客户端LCNP仿真器软件组件在其SG客户端节点处提供所述LCN地址槽中的一个。

Description

用于多代控制系统的本地控制网络处理器(LCNP)仿真器

技术领域

公开的实施例涉及包括来自不能够直接地通信的不同代的第一和第二控制系统的分布式过程控制系统。

背景技术

自动化设备控制系统包括一套综合的算法和辅助设备以控制并且监测例如制造设施内的各种过程。控制系统能够被定制成全局地或者在该设施的规定部分内满足范围广泛的过程要求。按照惯例，控制系统包括多个模块，每个模块都具有它自己的硬件、固件以及软件，被通信总线链接在一起以提供分布式过程控制系统。系统的分布式性质以逐渐扩展系统以满足制造设施方面的增长或修改的能力而给予高性能。

制造设施可以具有不能够直接地通信的两个不同代分布式控制系统(DCS)平台，其中新一代的系统允许制造设施迁移它们的现有系统的部分或者扩展其以提高产量。为了集成这两代系统并且帮助提供客户两个系统的单窗口视图，“T-节点”是已知的。“T-节点”包括作为具有本地控制网络处理器(LCNP)卡在它们中的一组第二代控制节点的EXPERION服务器全设备解决方案(ESVT)、EXPERION站TPS (ES-T)以及应用控制环境-TPS (ACE-T)节点，诸如以用于集成后面的(即，第二)代EXPERION过程知识系统(PKS)系统和较早的(即，第一)代TPS系统，所有这些由HONEYWELL INTERNATIONAL INC(霍尼韦尔国际公司)提供。本地控制网络(LCN)连接的EXPERION控制台站(ES-C)为TPS系统和PKS系统两者提供了公共操作员接口。这样的ES-C经由物理LCNP板直接地连接到与TPS系统关联的TotalPlant网络(TPN)中的节点，并且通过EXPERION服务器连接到PKS系统中的节点。在收方向上，T-节点作为存取自TPS到达PKS系统中的客户端节点的数据/警报的接口。

对于每个T-节点需要LCNP板和MAU。MAU代表“媒体访问单元”并且是经由串行接口连接器的物理LCN同轴A和B电缆与LCNP卡之间的霍尼韦尔国际硬件接口。这个重要硬件要求导致用于建立各种T-节点的系统成本方面的大幅提高。

发明内容

公开的实施例包括多代分布式控制系统，其包括连接到包括FG客户端节点的本地控制网络(LCN)的第一代(FG) DCS和连接到非LCN数据高速通道(highway)的第二代(SG) DCS。SG-DCS包括被连接在LCN与非LCN数据高速通道之间的服务器节点和SG客户端节点。由于所使用的不同数据协议，相应FG DCS和DG DCS中的节点不能够直接地相互通信。服务器节点包括LCN处理器(LCNP)板。包括服务器LCNP仿真器软件组件的LCNP仿真器软件是在服务器节点处，而客户端LCNP仿真器软件组件是在SG客户端节点处。服务器LCNP仿真器软件组件在LCN数据与数据高速通道协议数据之间转换，并且将多个LCN地址槽中的一个添加到从LCN接收的通信以用于输送到每个对应于SG客户端节点的SG DCS。每个客户端LCNP仿真器软件组件在它的SG客户端节点处提供LCN地址槽中的一个。

公开的实施例因此去除对系统中的T-节点每个具有专用LCNP板与LCN对接以存取来自FG DCS的所有数据/警报或者将消息发送到FG DCS中的节点的常规要求。在本文所公开的完整MG-DCS系统中仅服务器节点包括物理LCNP板，从而简化总体系统并节约成本。

附图说明

图1是根据公开实施例的示例多代分布式控制系统(MG-DCS)的框图表示。

图2是示出了根据公开实施例的控制多代DCS(MG-DCS)的设备操作的示例方法中的步骤的流程图。

具体实施方式

参考附图对公开的实施例进行描述，其中相同的附图标记在所有图中被用来标明类似的或等效的元件。图未按比例绘制并且它们仅仅被提供来说明特定公开的方面。为了说明在下面参考示例应用描述了若干个公开的方面。应该理解的是，许多特定细节、关系以及方法被陈述以提供对所公开的实施例的完全理解。然而，相关领域的普通技术人员将容易地认识到，能够在没有特定细节中的一个或多个的情况下或者用其他方法来实践在本文中所公开的主题。在其他实例中，未详细地示出众所周知的结构或操作以避免混淆特定方面。这个公开内容不受所图示的行为或事件的排序限制，因为一些行为可以以不同的次序和/或与其他行为或事件同时发生。此外，并非所有图示的行为或事件被要求依照本文中所公开的实施例来实现方法学。

图1是根据公开实施例的包括FG DCS 110和SG DCS 130的示例多代分布式控制系统(MG-DCS)100的框图表示。由于所使用的不同数据协议，相应FG DCS 110和SG DCS 130中的节点不能够直接地相互通信。MG-DCS 100通过在操作员控制台的设备操作员来提供在SG DCS 130中的客户端节点中的任何一个处的受控过程的总体监督，并且使得能够获得操作员跨越FG DCS 110和SG DCS 130两者执行监督并控制功能所需的所有信息。操作员控制台还可以是在FG DCS 110中的客户端节点中的一个处。然而，FG DCS 110中的操作员控制台将通常不能够对特定于SG DCS 130 (例如，其他较新的控制器)的数据进行操作。应注意的是，典型的MG-DCS系统将具有远多于图1中示出的9个节点。

图1中的所述多个FG客户端节点被示出为被连接到本地控制网络(LCN) 120的节点111-114。如本文所用和本领域内已知的那样，LCN是多个模块通过其来彼此进行通信的局域网。LCN由霍尼韦尔国际公司提供。多个LCN能够通过提供媒体转换和协议转换两者的网络网关节点而被链接在一起。两个同轴电缆提供初级介质，其连接驻留在LCN上的每个模块。LCN承载在模块之间传送的所有的信息，包括转向或来自模块的信息以及转向或来自被集成到所关联的DCS 110中的过程子系统的信息。“令牌传递”技术能够用来控制对LCN的访问。令牌帧在模块之间传递以确定哪一个模块能够访问网络。LCN是广播类型的局域网。所有模块“倾听”所有传输，但它们仅接受意在用于它们的信息。

所述多个FG客户端节点111-114包括第一多个现场设备和一个或多个控制设备。如本文所用的现场设备包括计量器、阀、变速器、制动器以及传感器。例如，客户端节点111-114中的任何一个或多个可以为具有一个或多个关联的传感器的传感器节点、或具有一个或多个关联的制动器的制动器节点、或执行控制过程的应用控制器节点、或任何这些类型的节点的组合。所述节点中的任何一个或多个都可以具有嵌入式处理器，或者可以体现为诸如个人计算机(PC)之类的计算机系统。

SG DCS 130包括多个SG客户端节点，其包括至少第一SG节点132、第二SG节点133、第三SG节点134以及第四SG节点135，所有这些都被连接到所示出的作为容错以太网(FTE)示出的非LCN数据高速通道140。FTE提供冗余数据路径以提高可靠性。在FTE中，数据主要通过所示两个电缆中的一个而行进，并且在故障情况下数据然后通过另一电缆行进。非LCN数据高速通道140使用与在LCN 110上使用的数据协议不兼容的数据协议，诸如在一个示例中为TCP/IP。在常规TCP/IP中，TCP提供直接地在两个网络主机之间交换数据的服务，而IP处理跨越一个或多个网络进行寻址并路由消息。TCP段包括段头部和数据部。节点134被示出支持操作员控制台134(a)，其允许操作员监督并且控制FG DCS 110 (111-114)以及SG DCS客户端节点(132-135)两者中的客户端节点或服务器节点131。

SG DCS 130中的数据高速通道协议同样可以包括作为FTE的替代方案的标准(单电缆)以太网、无线或光网络。SG客户端节点132-135在所有方面是通常等效的节点，全部都作为服务器节点131的客户端，并且此外可以包括来自FG DCS 110的全局用户站(GUS)/用户站(US)节点，诸如本机窗口(NW)应用以及GUS图片运行时的一个或多个特征/功能。所述多个SG客户端节点132-135包括第二多个现场设备，其中，所述多个SG节点每个包括仿真LCNP板的功能的存储客户端LCNP仿真器软件组件144。LCNP仿真器软件组件144具有它自己的LCN地址，所述LCN地址能够被配置在系统的历史模块(HM)中并且在系统状态下能够被视为NW中的单独的节点。LCNP仿真器软件144执行如将在具有物理LCNP板146的T-节点上完成的所有正常操作。服务器节点131被连接在LCN 120与数据高速通道140之间。在服务器节点131上示出的LCNP板146提供FG DCS 110与SG DCS 130之间的物理接口。

服务器节点131包括服务器148、物理LCNP板146以及数据转换和目的地寻址软件147，其为SG DCS客户端节点132-135中的每一个定义了单独且唯一的LCN地址槽132'-135'。用户能够使用数据转换和目的地寻址软件147来配置LCN地址槽。

例如，LCN地址槽132'能够对应于SG DCS节点132，LCN地址槽133'能够对应于SG DCS节点133，LCN地址槽134'能够对应于SG DCS节点134，以及LCN地址槽135'能够对应于SG DCS节点135。如在上文所指出的那样，LCNP仿真器板146提供FG DCS 110与SG DCS 130之间的物理接口，并且在图1中示出的MG-DCS系统100中，提供这些相应DCS之间的唯一通信信道。

在常规设备DCS中，作为T-节点的SG客户端节点132-135每个都将需要包括用来对接的专用LCNP板146的硬件以在与FG-DCS 110关联的LCN 120上允许与节点111-114的通信。如上所述，T-节点作为用来存取来自FG-DCS 110的数据/警报的接口。通过在SG-DCS 130中的客户端节点132-135处提供LCNP仿真器软件144，公开的实施例消除了在SG客户端节点132-135上具有物理LCNP板的需要。注意，在完整MG-DCS 100系统中仅存在一个LCNP板146，并且来自LCN 120的LCN数据由包括客户端数据转换和目的地寻址软件147的服务器LCNP仿真器软件组件来处理，以用于在作为以便SG DCS客户端节点132-135访问的FTE示出的数据高速通道140上传输。

经转换的数据转换和目的地寻址软件147同样允许来自SG-DCS 130中的节点的数据与FG-DCS 110中的节点进行通信。因此，SG DCS客户端节点132-135还能够通过服务器节点131将数据写入/发送到FG DCS 中的节点111-114。为了从SG-DCS 节点132-135到FG-DCS节点111-114的通信，服务器节点131上的经转换的数据转换和目的地寻址软件147将作为FTE数据示出的非LCN数据高速通道协议变换为LCN数据。

对SG DCS 130中的节点的寻址在MG-DCS系统100中能够以与常规FG DCS中的处理类似的方式被处理，其中FG DCS上的客户端节点111-114中的每一个都具有唯一地址并且节点基于这些地址来读取数据/将数据写入到节点目的地。采用客户端LCNP仿真器软件144，SG DCS 130上的客户端节点132-135也接收与在FG DCS 110中使用的寻址类似的唯一地址。这使SG DCS 130上的节点131-135有效地呈现为FG DCS系统110的一部分，并且因此将以类似的方式来表现(读取/写入数据)。涉及SG DCS节点132-135与FG DCS 110中的节点的通信的差异是LCNP仿真器软件144被用作为SG DCS系统130中的客户端节点132-135与FG DCS系统110中的客户端节点111-114之间的通信接口。

如本领域中已知的那样，MG-DCS 100中的节点在它的节点处能够包括多个物理模块。例如，模块能够包括诸如图1中示出的操作员控制台134(a)的通用操作员站模块(“操作员模块”或“US”)、应用模块(“AM”)、历史模块(“HM”)、计算机模块(“CM”)，并且可能根据需要复制这些模块(和另外类型的模块，未示出)以执行所需要的正被控制过程的控制/监督功能。

US是用于一个或多个设备操作员的工作站。它包括作为设备操作员或操作员与它们为其负责的所述设备的一个或多个过程之间的接口的操作员控制台。每个US和任何备用模块(未示出)如果在FG DCS 110中例如被连接到LCN 120，或者如果在SG DCS 130中被连接到数据高速通道140。每个US包括视觉呈现，所述视觉呈现包括例如常规显示设备，其进而包括例如视频显示发生器、操作员键盘、软盘数据存储设备、趋势笔记录仪、状态显示器等等(未示出)。

通常在MG-DCS 100中包括的另一类型的物理模块是提供海量数据存储能力的HM。每个HM包括至少一个常规的磁盘海量存储设备，其针对二进制数据提供大量的存储能力。由这样的海量存储设备所存储的数据的类型通常是趋势历史或能够从其确定此类趋势的数据、构成或形成显示的数据、用于过程控制器的单元的程序的拷贝。结合到MG-DCS 100中的另一类型的模块是AM。为了支持诸如数据采集、警报、批量历史收集之类的由过程控制器所执行的过程控制功能并且当需要时提供连续控制计算设施，AM提供附加的数据处理能力。AM的数据处理能力由其模块处理器和模块存储器来提供。

CM可以使用所有物理模块的标准或公共单元来许可中等到大规模、通用数据处理系统与MG-DCS 100的其他模块进行通信。CM的数据处理系统被用来提供监督、优化、广义用户程序准备以及采用更高级程序语言的此类程序的执行。典型地，CM的数据处理系统具有通过通信处理器和通信线路与其他此类系统进行通信的能力，如本领域中众所周知的那样。CM可以包括若干种类的计算机和操作系统中的一个。

图2是示出了根据公开实施例的控制MG-DCS的设备操作的示例方法200的流程图。步骤201包括提供被连接到LCN的FG DCS， 所述LCN含有包括第一多个现场设备的多个FG客户端节点。步骤202包括提供被连接到非LCN数据高速通道的SG DCS，所述非LCN数据高速通道包括有包括服务器的服务器节点和包括第二多个现场设备的多个SG客户端节点，其中，所述多个SG客户端节点每个都包括LCNP仿真器软件，其在所述多个SG客户端节点中的其相应一个处提供多个LCN地址槽中的唯一一个。步骤203包括在LCN与非LCN数据高速通道之间连接服务器节点，其中，所述服务器节点包括LCNP板以及数据转换和目的地寻址软件。在步骤204中，数据转换和目的地寻址软件被采用来在LCN数据与数据高速通道协议数据之间转换以用于FG DCS中的所述多个FG客户端节点与SG DCS中的服务器节点或多个SG客户端节点之间的通信，并且将LCN地址槽中的一个添加到从FG客户端节点接收的通信以用于输送到服务器节点或SG客户端节点。

在典型的实施例中，FG DCS含有包括至少一个传感器或制动器的第一多个现场设备，而第二DCS含有包括至少一个传感器或制动器的第二多个现场设备。在这个实施例中，方法200能够进一步包括：步骤205，其包括在所述多个SG客户端节点中的一个处提供公共操作员接口；以及步骤206，其包括使用所述公共操作员接口来监督并且控制由第一DCS和第二DCS所运行的两个相应的过程。

公开的实施例的有益效果包括在需要新的T节点的情况下的显著成本避免，所述新的T-节点包括物理LCNP卡和物理机器。公开的实施例同样能够用于其中性能或稳定性未被集中的特定功能测试。

本文所用的术语仅仅用于描述特定实施例的目的并且不旨在限制本发明。如本文所用的那样，单数形式“一”、“一个”以及“该”是旨在还包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。此外，就术语“包括有”、“包括”、“有”、“具有”、“带有”或其变体被用在具体描述和/或权利要求中的程度来说，此类术语是旨在以与术语“含有”类似的方式为包括的。

如本领域的技术人员将了解的，在本文中所公开的主题可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，这个公开内容能够采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微码等)或组合软件和硬件方面的实施例的形式，所述软件和硬件方面在本文中一般都可以被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，这个公开内容可以采取体现在具有体现在介质中的计算机可用程序代码的表达的任何有形介质中的计算机程序产品的形式。

可以利用一个或多个计算机可用介质或计算机可读介质的任何组合。计算机可用介质或计算机可读介质可以例如为但不限于电子、磁、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备。计算机可读介质的更特别示例(非详尽的列表)将包括以下：具有一个或多个电线的电连接、便携式计算机磁碟、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪速存储器)、便携式紧致盘只读存储器(CDROM)、光学存储设备或磁存储设备。

用于执行本公开内容的操作的计算机程序代码可以用一个或多个程序设计语言的任何组合来编写，所述程序设计语言包括诸如Java、Smalltalk、C++等等之类的面向对象程序设计语言和诸如“C”程序设计语言或类似的程序设计语言的常规过程程序设计语言。程序代码可以完全地在用户的计算机上、部分地在用户的计算机上、作为独立的软件包、部分地在用户的计算机上并且部分在远程计算机上或者完全地在远程计算机或服务器上执行。在后者场景中，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN)连接到用户的计算机，或者可以进行到外部计算机的连接(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)。

在下面参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)以及计算机程序产品的流程图图示和/或框图对本公开内容进行描述。应理解的是，流程图图示和/或框图的每个方块、以及流程图图示和/或框图中的方块的组合能够通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机、或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现在一个或多个流程图和/或框图方块中规定的功能/动作的装置。

这些计算机程序指令还可以被存储在能够指导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式起作用的计算机可读介质中，使得在计算机可读介质中存储的指令产生包括实现在一个或多个流程图和/或框图方块中规定的功能/动作的指令装置的制品。

计算机程序指令还可以被加载到计算机或其他可编程数据处理装置上以使一系列操作步骤在计算机或其他可编程装置上执行以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在一个或多个流程图和/或框图方块中规定的功能/动作的过程。

Claims (11)

1.一种多代分布式控制系统(MG-DCS) (100)，包括：

第一代(FG) DCS(110)，其被连接到包括多个FG客户端节点(111-114)的本地控制网络(LCN) (120)；

第二代(SG) DCS(130)，其被连接到包括服务器节点(131)和多个SG客户端节点(132-135)的非LCN数据高速通道(140)，其中，所述服务器节点被连接在所述LCN与所述非LCN数据高速通道之间并且包括LCN处理器(LCNP)板(146)，以及

LCNP仿真器软件，其包括在所述服务器节点处的服务器LCNP仿真器软件组件(147)和在所述多个SG客户端节点中的每一个处的客户端LCNP仿真器软件组件(144)，

其中，所述服务器LCNP仿真器软件组件(i)在所述LCN数据与数据高速通道协议数据之间转换以用于所述FG DCS与所述SG DCS之间的通信，并且(ii)将每个都对应于所述多个SG客户端节点中的一个的多个LCN地址槽(132'-135')中的一个添加到从所述LCN接收的通信以用于输送到所述SG DCS中的所述服务器节点或所述多个SG客户端节点；

其中，所述客户端LCNP仿真器软件组件中的每一个都在所述多个SG客户端节点的其相应一个处提供所述多个LCN地址槽中的一个。

2.根据权利要求1所述的MG-DCS，其中，所述多个LCN地址槽在所述服务器LCNP仿真器软件组件和所述客户端LCNP仿真器软件组件处是用户可编程的。

3.根据权利要求1所述的MG-DCS，其中，所述多个SG客户端节点全部不包括所述LCNP板。

4.根据权利要求1所述的MG-DCS，其中，所述数据高速通道协议数据包括TCP/IP协议数据。

5.根据权利要求1所述的MG-DCS，其中，所述FG DCS包含有包括有至少一个传感器或制动器的第一多个现场设备，而所述第二DCS包含有包括有至少一个传感器或制动器的第二多个现场设备。

6.根据权利要求5所述的MG-DCS，进一步包括在所述多个SG客户端节点中的一个处的操作员控制台以便在所述操作员控制台处的操作员监督并控制所述FG DCS中的所述第一多个现场设备和所述SG DCS中的所述第二多个现场设备两者。

7.一种控制用于多代DCS (MG-DCS)的设备操作的方法，其包括：

提供(201)包括多个FG客户端节点的连接到本地控制网络(LCN)的第一代(FG) DCS；

提供(202)包括有包括服务器的服务器节点和多个SG客户端的连接到非LCN数据高速通道的第二代(SG) DCS，其中，所述多个SG客户端节点每个都包括在所述多个SG客户端节点的其相应一个处提供多个LCN地址槽中的唯一一个的LCNP仿真器软件；

在所述LCN与所述非LCN数据高速通道之间连接(203)所述服务器节点，所述服务器节点包括LCN处理器(LCNP)板以及数据转换和目的地寻址软件；

采用(204)所述数据转换和目的地寻址软件来在所述LCN数据与数据高速通道协议数据之间转换以用于所述FG DCS中的所述多个FG客户端节点与所述SG DCS中的所述服务器节点或所述多个SG客户端节点之间的通信，并且将所述多个LCN地址槽中的一个添加到从所述FG客户端节点接收的通信以用于输送到所述服务器节点或所述多个SG客户端节点。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述FG DCS包含有包括有至少一个传感器或制动器的第一多个现场设备，而所述第二DCS包含有包括有至少一个传感器或制动器的第二多个现场设备，进一步包括：

在所述多个SG客户端节点中的一个处提供(205)公共操作员接口，并且

使用(206)所述公共操作员接口来监督并控制由所述第一DCS和所述第二DCS所运行的两个相应的过程。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述多个LCN地址槽是用户可编程的，进一步包括用户将所述多个LCN地址槽编程到所述数据转换和目的地寻址软件中，并且所述用户将所述多个LCN地址槽中的所述唯一一个编程到在所述多个SG客户端节点中的相应一些处的所述LCNP仿真器软件中。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述LCNP板是排他地在所述MG-DCS中的所述服务器节点处。

11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述服务器节点是用于所述FG DCS中的所述多个FG客户端节点与所述SG DCS中的所述服务器节点或所述多个SG客户端节点之间的通信的专用路径。

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