自適應(yīng)混合無線和有線過程控制系統(tǒng)和方法技術(shù)方案

公開了一種用于過程控制系統(tǒng)的混合有線和無線體系結(jié)構(gòu)，它包括分級自適應(yīng)能力和優(yōu)化能力。系統(tǒng)按三層布置，第一層包括多個無線末端裝置，這些無線末端裝置與分布式控制系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)和/或指令的數(shù)據(jù)包，其中，每個無線末端裝置與一個或多個儀表、遠(yuǎn)程終端單元、診斷裝置、泵、閥、傳感器、儲箱液位測量裝置相關(guān)聯(lián)。第二層包括多個無線路由器，每一個包括存儲器和處理器，該存儲器存儲路由表，該處理器路由數(shù)據(jù)包。第三層包括主無線網(wǎng)關(guān)裝置，該主無線網(wǎng)關(guān)裝置可操作地連接成，從分布式控制系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)包和向其傳輸數(shù)據(jù)包。無線路由器的每一個的處理器基于存儲的路由表，在末端裝置與無線網(wǎng)關(guān)裝置之間跨層路由數(shù)據(jù)包。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及過程控制系統(tǒng)和方法，并且更具體地，涉及包括操作混合有線和無線過程控制和/或自動網(wǎng)絡(luò)而利用最小系統(tǒng)資源的分級自適應(yīng)能力和優(yōu)化能力系統(tǒng)和方法。
技術(shù)介紹
在各種商業(yè)和工業(yè)處理設(shè)施(包括烴和石油化學(xué)工廠)中的無線網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前體系結(jié)構(gòu)使得成為必要的是從無線末端裝置(WED)傳輸?shù)拇蠖鄶?shù)信息數(shù)據(jù)包具有單一目的地-中央控制室(CCR)。然而，來自WED的傳輸通過幾個無線中間裝置(WID)和無線網(wǎng)關(guān)裝置(WGD)，導(dǎo)致同一數(shù)據(jù)包的多個拷貝到達(dá)中央控制室(CCR)網(wǎng)關(guān)(一個或多個)。WED可向所有其它裝置傳輸和從這些裝置接收，但不能路由到其它裝置。WID向所有其它裝置傳輸和從這些裝置接收，并且路由到其它裝置。WGD向其它裝置傳輸、從這些裝置接收、及在這些裝置之間路由，并且也執(zhí)行高級應(yīng)用，這些高級應(yīng)用包括協(xié)議翻譯和用于源-目的地對的路徑的分配。如這里使用的那樣，部件WED、WID及WGD也稱作“節(jié)點”。由于典型工業(yè)過程要求數(shù)千個儀器，例如傳感器、閥、診斷裝置等，這些儀器都必須將信息傳輸?shù)紺CR，所以在目前技術(shù)狀態(tài)下，在CCR中和其周圍存在在無線帶寬頻譜上對于訪問的大量爭用。這種爭用最終導(dǎo)致信號通過量的降低和很高的數(shù)據(jù)包丟失率。如這里使用的那樣，“商業(yè)和工業(yè)處理設(shè)施”包括化學(xué)工廠、烴設(shè)施、石油化學(xué)設(shè)施、制造廠、或使用無線過程自動化和/或控制的任何設(shè)施。圖I是用于在商業(yè)和工業(yè)處理設(shè)施中的典型現(xiàn)有技術(shù)過程控制網(wǎng)絡(luò)500的硬件相互連通性的示意圖。在圖I中，有線連通性用在節(jié)點之間的雙-箭頭實線描繪，并且無線連通性用在節(jié)點之間的雙-箭頭虛線描繪。幾個接線盒506 (JB)，并且在典型過程控制系統(tǒng)中高達(dá)幾百個接線盒，典型地由銅或光纖線連接到在中央控制室501 (CCR)中的一個或多個編組柜(marshalling cabinet) 504上。CCR 501包括分布式控制系統(tǒng)502，該分布式控制系統(tǒng)502 —般包括至少一個處理器，該至少一個處理器耦接到存儲器上，用來提供工廠自動化和/或控制必需的功能。接線盒506提供數(shù)據(jù)分布功能和功率(電流和電壓)控制，并且裝有必要的電力連通性和適當(dāng)環(huán)境屏蔽罩。編組柜504提供在幾個接線盒506之間的相互連通性，并且用作在CCR 501中的訪問點，用于附加JB的安裝、用于維護(hù)、測試及服務(wù)。JB可連接到任何有線通信使能壓力傳感器、溫度傳感器、泵、閥、儲箱液位表等上。典型地這些末端裝置能是相同過程控制裝置，該相同過程控制裝置連接到WED上，差別是末端裝置的I/O卡。就是說，末端裝置當(dāng)它們支持僅有線連通性或者無線和有線兩種連通性時，可連接到JB上。對于支持僅無線連通性的末端裝置，必須使用WED。典型地，為了將來增加和擴(kuò)展，在每個接線盒506與CCR之間的溝道中提供備用銅或光纖線。這些有線連接可在接線盒506和/或周圍區(qū)域處接入。接線盒506和在對其有線通信中的工廠硬件(未示出)，與編組柜一道，用于在典型商業(yè)和工業(yè)處理設(shè)施中的獨立有線網(wǎng)絡(luò)509。在傳統(tǒng)上，工廠和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)依賴于有線，作為用于通信和聯(lián)網(wǎng)的裝置。無線通信作為獨立網(wǎng)絡(luò)引入設(shè)施內(nèi)。因此商業(yè)和工業(yè)處理設(shè)施通常包括無線網(wǎng)絡(luò)，該無線網(wǎng)絡(luò)獨立于有線網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)一般包括主WGD 510，該主WGD 510經(jīng)輸入/輸出接口 508耦接到分布式控制系統(tǒng)502上。幾個WGD 512和WID 514彼此相互連接，并且相互連接到主WGD510上。WID 514從WED 516接收數(shù)據(jù)，并且向WED 516傳輸數(shù)據(jù)。在如圖I所示的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，在主WGD 510網(wǎng)關(guān)的控制下的無線網(wǎng)絡(luò)520與有線網(wǎng)絡(luò)509完全隔離，該有線網(wǎng)絡(luò)509通過編組柜504連接幾個接線盒506。數(shù)千量級的所有現(xiàn)場裝置和子系統(tǒng)，典型地在商業(yè)和工業(yè)處理設(shè)施中的比較小區(qū) 域內(nèi)，例如在約500米乘約300米的量級上的空間中。在現(xiàn)場裝置處的WED 516 —般廣播它們的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由任何和所有可用WID 514和/或WGD 512接收。WID 514將數(shù)據(jù)重新傳輸?shù)絎GD 512和主WGD 510，并且WGD 512將數(shù)據(jù)重新傳輸?shù)街鱓GD510。最終，用可由主WGD 510執(zhí)行的一個或多個適當(dāng)軟件和/或固件模塊完成數(shù)據(jù)包選擇，該主WGD 510選擇顯得具有準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的第一數(shù)據(jù)包，并且丟棄包含同一數(shù)據(jù)的拷貝的隨后數(shù)據(jù)包。具有顯著冗余度這種體系結(jié)構(gòu)被常規(guī)地實施，以確保從WED 516傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)在CCR 501處接收，用于隨后動作和/或數(shù)據(jù)收集目的。國際自動化協(xié)會(InternationalSociety of Automation) (ISA)已經(jīng)建立自動化標(biāo)準(zhǔn)委員會無線系統(tǒng)(Wireless Systems for Automation Standards Committee)(ISA-SP 100)，后者的任務(wù)是定義無線連通性標(biāo)準(zhǔn)。用于過程自動化系統(tǒng)的SP 100無線標(biāo)準(zhǔn)適用于諸如油和氣、石油化學(xué)、水/廢水處理及制造之類的工業(yè)。SP 100標(biāo)準(zhǔn)打算用在2. 4GHz頻帶中，在300范圍內(nèi)具有在高達(dá)250千字節(jié)每秒的速度的數(shù)據(jù)傳輸。SP100裝置具有比可比較無線局域網(wǎng)(LAN)相對低的數(shù)據(jù)速率和能量要求，因為它們打算是低成本裝置。最近已經(jīng)開發(fā)了另一種常用無線過程控制和/或自動化網(wǎng)絡(luò)，作為高速可導(dǎo)址遠(yuǎn)程發(fā)射器(HART)通信基金會(Highway Addressable Remote Transmitter (HART) CommunicationFoundation)協(xié)議的派生物，一般稱作HART 協(xié)議。SP100協(xié)議規(guī)定不同類型的通信，這些通信分類為“使用級”，并且基于減小數(shù)字編號關(guān)鍵性增加。“級O”通信包括分類為對于安全性用途，如緊急停機(jī)系統(tǒng)，關(guān)鍵的那些通信，并且始終認(rèn)為是關(guān)鍵的；“級I”用于常常認(rèn)為是關(guān)鍵的閉環(huán)調(diào)節(jié)控制；“級2”用于通常不是關(guān)鍵的閉環(huán)監(jiān)督控制；“級3”用于開環(huán)控制；“級4”用于報警或通知；及“級5”用于數(shù)據(jù)記錄。某些事件，如警報，依據(jù)消息類型可具有不同的服務(wù)級別。圖2是用于現(xiàn)有技術(shù)的無線過程控制系統(tǒng)600的現(xiàn)有技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的示意圖，該無線過程控制系統(tǒng)600例如在SP100標(biāo)準(zhǔn)下操作。一般地，在SP100系統(tǒng)中的裝置劃分成三類，通常稱作“層”。層I包括末端裝置，如儀表、遠(yuǎn)程終端單元、閥、傳感器、儲箱液位測量裝置等，它們的每一個連接到WED 616上。層2包括WID 614，并且層3包括WGD 612。如以上描述的那樣，WED 616可向所有其它裝置傳輸和從這些裝置接收，但不能路由到其它裝置；WID 614向所有其它裝置傳輸和從這些裝置接收，并且路由到其它裝置；&WGD 612向其它裝置傳輸、從這些裝置接收、及在這些裝置之間路由，并且也執(zhí)行高級應(yīng)用，這些高級應(yīng)用包括協(xié)議翻譯和用于源-目的地對的路徑的分配。另外，主無線網(wǎng)關(guān)裝置610提供在層3處，該主無線網(wǎng)關(guān)裝置610耦接到CCR 601上，并且控制往返DCS 602的最終數(shù)據(jù)通信。為了使描述更清楚和為了簡化這里提供的某些例子，也標(biāo)明各個節(jié)點。分別表明在WED L17和L13與WGD L35和L31之間的連通性，盡管如由本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解的那樣，連通性典型地提供在所有WED 616與主WGD 61本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：A·達(dá)雷塞，M·A·蘭多爾斯，
申請(專利權(quán))人：沙特阿拉伯石油公司，法赫德國王石油礦產(chǎn)大學(xué)，
類型：
國別省市：