[发明专利]适用于数据采集，分析和控制的附加系统和装置

说明书

本发明专利申请是申请日为2003年3月6日、申请号为03120252.7、名称为“适用于数据采集，分析和控制的附加系统和装置”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明主要涉及过程控制系统，更确切地说，涉及可以附加或附属于过程控制设备和/或其它部件，以进行数据采集操作、数据分析操作和/或过程控制操作的系统和装置。

背景技术

现代的过程控制系统一般都是基于微处理器的分布式控制系统（DCSs）。传统的DCS结构包括一个或多个用户接口装置，例如，工作站，它可以通过数据总线（例如以太网）来连接一个或多个控制器。实际上，控制器一般都处于靠近所控制过程的位置，并且连接着处于整个过程中的多个电子监测装置和现场装置，例如，电子传感器、变送器、电流压力变换器、阀位控制器，等等。

在传统的DCS中，控制任务通过在每个控制器中提供控制算法来进行分布。控制器单独执行控制算法，来控制与控制器相耦合的现场装置。这种控制任务的分散方法为整体系统提供了较大的灵活性。例如，如果用户希望对DCS增加新的过程或部分过程，用户只要增加与适用的传感器、致动器等相连接的附加控制器（具有适用的控制算法）。另外，如果用户希望改进现有的过程，可以通过，例如，数据总线从用户接口向适当的控制器下载信息控制参数或控制算法。

为了能提高模块性和中间制造商的兼容性，最近，过程控制制造商更趋向于进一步分散过程中的控制。这些最新的方案都是基于使用开放协议（例如，CAN，以及Fieldbus协议）通讯的智能现场装置。这些智能现场设备实质上是基于微控制器的设备，例如传感器、致动器等等。在一些情况下，例如Fieldbus设备，还执行一些通常由DCS控制器执行的控制环路操作。由于一些智能现场设备提高了控制功能并使用开放协议进行通信，出自各个制造商的现场设备都能在一公共数字数据总线上彼此进行通信，并且能合作执行控制环路，而不需要传统的DCS控制器。

众所周知，智能现场设备（例如，Fieldbus设备）可以包括一个或多个逻辑功能块，它们执行控制功能或控制功能的一部分。这些功能块可以，例如，执行模拟输入功能、模拟输出功能、比例-积分-微分（PID）控制功能，或任何其他想要的控制功能。智能现场设备中的这些功能块可以与该设备中的其他功能块通信链接，或与其他智能现场设备中的功能块链接以执行任何想要的控制功能。例如，模拟输入块可以用于通过流量传感器来监测流体流量，而PID块可以对模拟输入块提供的流体流量值进行处理以通过模拟输出块向致动器提供相应的信号，使致动器对阀塞位置进行调整。这样，这些功能块可以彼此通信链接以形成基于PID的控制环路来通过阀控制液体流。

众所周知，智能现场设备通过使系统设计师和操作者能以分层、模块化或构件化方式设计和配置相对较大的过程控制系统，来简化较大过程控制系统的设计和配置。换句话说，整个过程控制系统相对较小的部分可以单独进行设计和配置，并且链接在一起以形成整个系统的较大部分。然而，一旦完成和运行后，由于智能现场设备通常与在整个过程控制系统或设备中使用的装置、传感器等物理集成，因此，使用智能现场设备的过程控制系统可能相对比较难于重新配置或修改。例如，智能水阀可以具有管道，管道都是采用螺纹啮合、焊接等方法来连接其输入和输出接口，并且可以具有连接着它的电缆，在电缆中包含着可以提供功率和传递其它与阀门的监测和控制有关的信号的导线。同样，智能温度传感器可以具有温度探头部分，该温度探头部分可以用螺丝装在水管道，水箱，或在过程控制系统中的设备的任何其它段的内壁上。该智能温度传感器也可以具有与它相连接的电缆，在电缆中包含功率和/或其它从温度传感器延伸至其它装置的信号传递导线，其中其它装置可以包括诸如在过程控制系统或设备中的控制器或任何其它装置。

尽管在采用了智能现场装置的过程控制系统中一般都能看到的高度物理集成提供了高度的机械和电气的完整性，但是这类系统的安装和投入生产都是非常昂贵的，因为它们的安装一般都需要大量的技术工人（例如，电工，管工，等等）。此外，高度的机械集成一般也需要在系统或设备中所使用的过程控制设备，以提供能安装用于监测和/或控制设备所需的智能现场装置的机械接口。在某些情况下，设备制造商所提供的机械接口必须由合适的技术人员在现场改制，以便于智能现场装置的安装。在另外一些情况下，设备制造商可能不提供任何机械接口，而必须由技术人员在现场制造合适的机械接口。在这两种情况中，由于必须将智能现场装置机械集成在过程控制成套设备或系统中，一般都会带来大量的劳力和成本的问题。