使用典型组件和适配器组件的过程控制系统

摘要

公开了使得用户能够配置过程控制系统的方法、系统、和非暂时性计算机可读介质。描述了用于生成编码的本地控制组件的图形编程用户界面，本地控制组件是从模板库中选择的典型组件和适配器组件实例化的，模板库包括相应的控制功能和相关联的逻辑表达式。在各种实施例中，典型组件表示在过程控制系统中的一个或多个其他工厂装置设备中使用的公共核心控制过程或功能。另外，适配器组件的各种实施例包括可以由用户结合逻辑表达式改变的和/或用自然语言表达所定义的一个或多个参数。作为结果，典型组件和适配器组件被实例化以提供本地控制组件，该本地控制组件提供与过程控制系统内的一个或多个控制环相关的功能。

说明书

技术领域

本公开总体上涉及过程控制系统，并且具体地，涉及提供对这样的系统的高效配置。

背景技术

诸如像那些在公用电力、水、污水或其他过程中使用的分布式过程控制系统或可扩展过程控制系统的过程控制系统，典型地包括一个或多个过程控制器，这些过程控制器通信地彼此耦合，耦合到至少一个主机或操作员工作站，以及经由模拟总线、数字总线或组合的模拟/数字总线耦合到一个或多个现场设备。现场设备可以是例如阀门、阀门定位器、开关和发射机(例如，温度、压力和流速传感器)，这些现场设备执行过程内的功能，例如，打开或关闭阀门和测量过程参数。

典型地，过程控制器接收指示由现场设备所进行的过程测量的信号和/或指示关于现场设备的其他信息的信号，使用该信息来实现控制例程、以及生成控制信号，控制信号通过总线被发送到现场设备以控制过程的操作。典型地，来自现场设备和过程控制器的信息经由一个或多个应用而变得可用，这些应用由工作站操作员来运行以执行关于过程的所期望的功能，例如，观察过程的当前状态、修改过程的操作等。

一些过程控制系统使用位于控制器中的和/或现场设备中的算法或成组的算法来执行控制操作。在这些过程控制系统中，过程控制器或另一适当设备被配置为包括并执行一个或多个算法，其中的每个算法从其他算法接收输入和/或提供输出到其他算法(在相同的设备内或者在不同的设备内)，并且执行一些过程操作，例如，测量或检测过程参数、控制设备、或执行诸如实现比例积分微分(PID)控制例程之类的控制操作。过程控制系统内的不同算法通常被配置为(例如，通过总线)彼此通信以形成一个或多个过程控制环。

本文所使用的术语“算法”不限于特定协议，但相反，包括与任意适当类型的控制系统和/或通信协议相关联的可以被实现以提供控制功能的任意适当类型的块、程序、硬件、固件等。此外，算法可以指的是诸如离散输入(DI)、离散输出(DO)、模拟输入(AI)、模拟输出(AO)、PID控制、PD控制、PI控制、P控制、控制选择器、偏置/增益站等基本功能，并且指的是诸如设定点斜坡生成器(SetpointRampGenerator)、计时器、模拟警报、离散警报、时滞等高级算法。更进一步，本文所使用的术语算法可以是嵌套的块，也称为宏，其包括若干算法，例如，或一个或若干个宏。尽管算法典型地表现为面向对象程序环境内的对象的形式，但是算法可以使用任何期望的数据结构来定义以作为任意适当的软件环境一部分。

典型地，过程控制器被编程以针对多个不同的过程环中的每个过程环而执行不同的控制功能、子例程或控制环(其为控制例程)，该多个不同的过程环中的每个过程环是针对过程所定义的或者是包含在过程内的，例如流控制环、温度控制环、压力控制环等。如上文所指出的，每个这样的控制环包括诸如模拟输入(AI)算法的一个或多个输入块、诸如比例积分微分(PID)或模糊逻辑控制算法的单输出控制块，以及诸如模拟输出(AO)算法的输出块。

典型地，根据多个控制技术来配置控制例程以及实现这样的例程的算法，这些控制技术包括PID控制、模糊逻辑控制、和诸如史密斯预估(SmithPredictor)或模型预测控制(MPC)的基于模型的技术。在基于模型的控制技术中，在例程中用于确定闭环控制响应的参数是基于对于用作对过程的输入的操纵干扰或测量干扰的变化的动态过程响应的。对于过程输入的变化的这样的过程的该响应的表示的特点可以为过程模型。例如，一阶参数化的过程模型可以指定该过程的增益、停滞时间以及时间常量的值。

在典型的工厂中，工程师可以使用在操作员工作站上运行的配置系统来定义和配置过程控制策略。一些配置系统可以包括用于存储控制功能模板(通常由多个算法组成)的库，使得工程师能够根据特定应用来选择并生成所选择的控制元件的实例。配置系统也可以允许工程师在例如通过将控制元件下载到控制器或可编程现场设备来将所选择的控制元件的所生成的实例应用到过程控制环境之前，修改或改变该实例。

例如，模板库通常存储处理基本测量和控制功能的各种功能模板。模板可以是自主的或者基于类的(即，链接到从类模板实例化的实例并能够将类模板的改变传送到该实例)。工程师常常使用一个或若干个功能模板作为定义和配置对应的过程控制方案的开始点。然而，因为对功能模板的典型修改涉及显著的工程工作并且要求特定的登入、登出和文件规程，所以利用模板库进行工作是费时的。

为了简化配置过程控制系统的任务，配置系统通常采用若干方法。在一种方法中，提供了全面的可复用的功能模板和功能类的集合作为模板库的一部分。一般地，模板库中的功能模板处理可应用于特定功能的配置选项和情境的最广泛的构想范围。对模板库作出贡献的工程师在诸如ISAS88.0、IEC61408、IEC61131-3等国际标准之上构建并且合并来自很多小时的应用以及项目工程的经验与最佳实践。使用模板库，工程师能够选择功能模板，修改功能参数的值以启用和配置期望的特征，以及禁用对于特定应用不必要的特征。

例如，某种模板可以允许到特定算法的八个可能的输入，并且可以相应地包括对应于这八个输入的八个输入块。仅需要这些输入中的一个输入的用户可以通过将值FALSE分配给对应的参数来有效地禁用八个输入中的七个。来自这样的模板库的典型的模板因此包括比针对类似目的明确定义的典型功能更多的特征。例如，来自针对连续控制的模板库的模板可以包括对应的特定模板的全部特征，以及与以下各项相关的另外的特征：设备仲裁、支持可选的跟踪输入和先出检测、具有启用/禁用能力和操作员访问的条件警报、可选地防止操作员访问功能的模式锁定、故障参数等。简言之，来自这样的模板库的模板很可能包括工程师针对特定项目可能需要的功能的全部功能性，并且工程师通常必须改变功能参数的仅一些或全部值来使用该功能。

尽管这样的模板库可以显著地简化配置过程控制的过程，但遗憾地，这些模板库要求相对很大量的控制器存储。特别地，因为工程师通过修改功能参数来定制功能模板，每个实例继承来自父功能模板的全部算法连同相关联的参数，无论特定算法在该实例中是否起作用。此外，采用模板库的配置系统通常不提供“所见即所得”的用户体验，这是因为每个功能实例保留模板库内的对应功能模板的全部功能性，并且工程师必须检查很多参数以确定哪些算法和参数在实际使用中。

在对配置过程控制系统的任务进行简化的第二种方法中，与模板库相反，可以实现单个功能模板。在这样的方法中，单个功能模板处理可应用于特定功能的配置选项和情境的最广泛的构想范围。使用该单个功能的方法，工程师可以修改功能参数的值以启用和配置所期望的特征，并且禁用那些对于特定系统不必要的特征。

尽管该方法也简化了配置过程，但是缺点再一次包括要求相对很大量的控制器存储。另外，如果另外的功能稍后被加入到该控制系统，例如新的设备要求新的算法作为其控制环的一部分，则整个模板需要更新以包括该新的算法。因此，在不大幅度增加控制器存储的情况下简化过程控制配置系统，而同时为用户提供过程控制的灵活性和选项存在若干挑战。

发明内容

公开了使用户能够配置过程控制系统的方法、系统、和非暂时性计算机可读介质。在各种实施例中，描述了用于生成编码的本地控制组件的图形编程用户界面，本地控制组件是从模板库中选择的典型组件和适配器组件实例化的，模板库包括相应的算法和相关联的逻辑表达式。在各种实施例中，典型组件表示在过程控制系统中的一个或多个其他控制功能中使用的公共核心控制过程或功能。另外，适配器组件的各种实施例包括可以由用户结合逻辑表达式改变的一个或多个参数。作为结果，典型组件和适配器组件被实例化以提供本地控制组件，本地控制组件提供与过程控制系统内的一个或多个控制环相关的功能并且能够被载入到控制系统处理器中以执行实际控制功能。

此外，本公开的各种实施例提供适配器编辑用户界面，该配器编辑用户界面允许用户改变一个或多个参数和/或由适配器中的一个或多个所表示的表达式，和/或观察使用自然语言的与逻辑表达式相关联的条件。

附图说明

图1是根据本公开的各种实施例的过程控制系统10的示意图。

图2是示出了本领域已知的在配置过程控制系统中所使用的控制元件的层次结构200的一个示例的框图。

图3是根据本公开的各种实施例的示例性图形编程界面300的框图。

图4是根据本公开的各种实施例的示例性输出适配器组件的示意图400。

图5是根据本公开的各种实施例的示例性内联适配器组件的示意图500。

图6是根据本公开的各种实施例的示例性模拟输入适配器组件的示意图600。

图7是根据本公开的各种实施例的示例性模拟输入适配器组件的示意图700。

图8A是根据本公开的各种实施例的示例性模拟输出适配器组件的示意图800。

图8B是根据本公开的各种实施例的示例性模拟输出适配器组件的示意图850。

图9是根据本公开的各种实施例的指示包含自然语言的逻辑表达式状态的示例性适配器诊断窗口900。

图10是根据本公开的各种实施例的示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1是根据本公开的各种实施例的过程控制系统10的示意图。在各种实施例中，过程控制系统10实现定义和/或编辑作为过程控制配置系统的一部分的一个或多个编码的本地控制组件的技术。过程控制系统10包括过程控制器11，过程控制器11连接到数据历史(datahistorian)12并且连接到一个或多个主机工作站13(其可以是任何类型的个人计算机、工作站、膝上计算机等)，每个主机工作站具有显示屏14。

过程控制器11也经由输入/输出(I/O)卡26和28连接到现场设备15-22。数据历史12可以是具有任意适当类型的存储器和/或用于存储数据的任意适当的软件、硬件和/或固件的任意适当类型的数据收集单元。数据历史12可以与工作站13分离(如图1所示)或者被集成作为工作站13中的一个或多个的一部分。在一个实施例中，过程控制器11被配置为经由任意适当的通信链路与主机工作站13以及与数据历史12通信，通信链路可以包括例如以太网连接、任意适当的有线总线、任意适当数量的无线链路、通信网络等。

在一个实施例中，过程控制器11被配置为根据任意适当的通信协议使用任意适当的硬件和/或软件与一个或多个现场设备15-22进行通信。例如，在各种实施例中，过程控制器11被配置为使用标准模拟电流环接口(例如，4-20毫安和10-50毫安标准)、数字电流环接口和/或诸如FOUNDATION现场总线协议、HART协议等的任意适当的智能通信协议而与一个或多个现场设备15-22进行通信。

在各种实施例中，现场设备15-22可以被实现为诸如传感器、阀门、发射器、定位器等任意适当类型的设备，而I/O卡26和28可以利用遵照任意适当通信和/或控制器协议的任意适当类型的I/O设备来实现。在图1中示出的示例性过程控制系统10中，现场设备15-18可以对应于通过模拟线路与I/O卡26进行通信的标准4-20毫安设备，而现场设备19-22可以对应于使用现场总线协议通信而通过数字线路与I/O卡28进行通信的诸如现场总线现场设备的智能设备。

过程控制器11包括处理器23和控制器存储器24。根据各种实施例，处理器23实现和/或监督一个或多个过程控制例程，这些例程可以包括任意适当数量的控制环。在一个实施例中，处理器23被配置为与设备15-22、主机工作站13、以及数字历史12进行通信以便以任意适当的方式促成控制过程。在各种实施例中，控制例程可以存储在控制器存储器24中或者以其他方式与过程控制器11相关联(例如，分布在智能现场设备19-22之间)。

根据各种实施例，控制器存储器24是计算机可读非暂时性存储设备，其可以包括易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))、或非易失性存储器(例如，电池供电的RAM、闪速存储器等)的任意组合。在各种实施例中，控制器存储器24被配置为存储在过程控制器11上可执行的指令。这些指令可以包括机器可读指令，当被过程控制器11执行时，机器可读指令使得过程控制器11执行本文所描述的各种动作。

尽管图1示出了单个过程控制器11，但各种实施例包括任意适当数量的控制例程和/或功能，这些功能具有由任意适当数量的控制器和/或由其他设备实现或执行的这些功能中的部分功能。在过程控制系统10内实现的在整个本公开中描述的控制例程和/或功能可以采取任何适当的形式，例如软件、固件、硬件等。为了本公开的目的，过程控制功能或简称功能可以是过程控制系统的任意局部或部分，包括例如存储在任意计算机可读介质上的例程、块或其任意元素。

控制例程可以是诸如子例程、子例程的部分(例如代码行)的控制规程的功能或任意部分，可以例如使用面向对象编程、梯形逻辑、顺序功能图、算法和/或任意适当软件程序语言或设计范例的实现以任意期望的软件格式来实现控制例程。同样地，控制例程可以被硬编码到例如一个或多个EPROM、EEPROM、专用集成电路(ASIC)、和/或任意其他硬件或固件元件中。因此，过程控制器11可以被配置为以任意适当的方式实现控制策略或控制例程。

在一些实施例中，过程控制器11使用构成一个或多个算法的功能来实现控制策略。在过程控制系统10中，功能可以符合其中控制逻辑、资源逻辑、通信逻辑、转换器逻辑等中的一个或多个被封装在逻辑块中的任意方案。为了便于说明，术语“逻辑块”和“算法”在本文可以互换地使用。每个算法是整体控制策略的对象或其他部分(例如，子例程)并且经由一个或多个通信链路结合其他算法进行操作以实现过程控制系统10内的一个或多个过程控制环。

算法通常执行输入功能、控制功能、或输出功能中的一个。输入功能可以包括例如处理与发射机、传感器和/或其他过程参数测量设备相关联的输入。控制功能可以包括例如与诸如PID、模糊逻辑等控制例程相关联的控制。输出功能可以包括例如输出与导致过程控制系统10内的物理功能的执行的一些设备(例如阀门)的操作相关联的输出。相关领域的那些普通技术人员将会意识到，也可以实现混合以及其他类型的算法。

在一些实施例中，根据一些实现方式，算法可以存储在过程控制器11中或由过程控制器11执行。例如，当这些算法结合标准4-20毫安设备和诸如HART设备的某种类型的智能现场设备来使用的时候，可以是这样的情况。在其他实施例中，算法可以存储在现场设备本身中或者由现场设备本身来实现，在利用现场总线设备实现时可以是这种情况。

如图1的分解块30所示，过程控制器11可以包括任意适当数量的单个环控制例程，被示出为例程32和34。另外，过程控制器11可以包括任意适当数量的高级控制环，例如诸如控制环36。每个控制环通常被称为控制功能、功能、或本地控制组件。在图1中所示的示例中，单个环功能32和34被示出为分别地使用单输入/单输出模糊逻辑控制块和单输入/单输出PID控制块来执行单个环控制。此外，单个环功能32和34连接到适当的模拟输入(AI)和模拟输出(AO)算法，其可以与诸如阀门的过程控制设备、诸如温度和压力发射器的测量设备、或过程控制系统10内的任何其他设备相关联。

在图1中示出的示例中，高级控制功能36被示出为包括高级控制块38，高级控制块38具有通信连接到一个或多个AI算法的输入和通信连接到一个或多个AO算法的输出。高级控制块38的输入可以连接到其他适当的算法或控制元件以接收其他类型的输入，而高级控制环36的输出可以连接到其他适当算法以提供其他类型的控制输出。在各种实施例中，高级控制块38可以是任意适当类型的模型预测控制(MPC)块、神经网络建模或控制块、多变量模糊逻辑控制块、实时优化器块等。相关领域的那些普通技术人员将会意识到，图1中示出的算法和/或控制功能可以由过程控制器11来执行，和/或可以定位在任何其他适当的处理设备中并且由任何其他适当的处理设备执行，例如工作站13中的一个或多个、现场设备19-22中的一个或多个等。

为了定义过程控制系统10的控制策略而不过量使用存储器和/或处理资源，过程控制系统10的各种实施例包括使用适配器组件和典型功能模板组件来实现一个或多个控制功能。例如，单个环控制例程32和34的每一个实现不同的控制逻辑。更具体地，由控制功能32所表示的单个环控制例程实现模糊逻辑控制，而由控制功能34所表示的单个环控制例程实现PID控制。此外，分解块30可以包括图1中未示出的控制例程和/或控制功能的若干其他实现，其可以包括例如另外的PID和/或模糊逻辑控制功能。

在传统的过程控制系统中，单独地创建每个单独的控制功能，其中用户选择与该特定控制例程相关的适当参数。例如，用户可能需要指定多个输入、多个输出、输入缩放(inputscaling)的类型、与输入和/或输出相关联的各种条件、属性、和/或参数，基于对应的现场设备来识别输入的类型等(例如，压力输入对温度输入)。

根据各种实施例，过程控制器11可以包括任何适当数量的控制功能，控制功能对应于来自典型控制功能组件和适配器组件的实例化的控制例程。根据这样的实施例，典型控制功能组件被创建为分享公共过程控制特征和/或公共控制算法的一个或多个控制块的集合。例如，尽管过程控制系统10仅示出了一些示例性类型的典型控制功能组件，但过程控制系统10的各种实施例可以具有任意适当数量的典型控制功能组件，例如PID典型组件、过滤典型组件、缩放典型组件、模糊逻辑典型组件等。

根据一个实施例，这些不同类型的典型组件中的任意组件可以与一个或多个适配器组件一起被实例化以生成特定控制环。在各种实施例中，适配器组件允许用户关于特定控制环来定义一个或多个逻辑表达式(logicalexpressions)、参数、属性等的灵活性。换言之，控制功能组件提供纲要类型的控制环功能，这种控制环功能对过程控制系统10内的若干控制环是公共的(例如，PID控制可以由过程控制系统10内的若干控制环所使用)，而适配器组件提供可变的参数、输入表达式和属性，当其与典型控制功能组件一起被实例化时，导致针对特定控制环的本地控制组件。以这种方式，过程控制系统10内的本地控制组件可以从以下组件被实例化：具有公共控制环元件的一个或多个典型控制功能组件，以及允许要针对过程控制系统10内的每个单独的控制环过程来定义更加特定的控制的一个或多个适配器组件。

在各种实施例中，用户可以将从典型控制功能和适配器组件所创建的本地控制组件保存在诸如数据库的库中以例如用于配置过程控制系统10。下文的示例进一步示出使用典型组件和适配器组件来创建控制环过程。

在图1中示出的示例中，工作站13包括(或者单独地，以分布式的方式等)一套操作员接口应用50，该套操作员接口应用50支持关于本地控制组件的操作，本地控制组件具有带有可选的表达式、参数和/或属性的适配器组件。该套操作员接口应用50可以用于访问、观察、编辑、和/或监督过程控制系统10内所连接的设备、单元和其他元件的各种功能。

在各种实施例中，该套操作员接口应用50可以驻留于工作站13的存储器52中，并且该套各种动作应用50内的应用或实体中的每个可以在与每个工作站13相关联的相应处理器54上执行。根据各种实施例，存储器52是计算机可读非暂时性存储设备，其可以包括易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM))或非易失性存储器(例如，电池供电的RAM、闪速存储器等)的任意组合。存储器52被配置为存储在相应处理器54过程上可执行的指令。这些指令可以包括机器可读指令，当其由处理器54执行时，这些指令使得处理器54执行本文说明所描述的各种动作。

尽管整套应用50在图1中被示出为存储在工作站13中，但是这些应用或其他实体中的一些可以被存储和/或由在过程控制系统10内的、与过程控制系统10相关联的、或与过程控制系统10通信的其他工作站或计算机设备来执行。此外，该套应用50可以将显示输出提供到与工作站13相关联的显示屏14或者任何其他期望的显示屏或显示设备，包括手持设备、膝上型计算机、其他工作站、打印机等，这些未在图1中示出。同样地，该套应用50内的应用可以被分开、划分和/或分立并且在两个或更多个计算机或机器上执行，并且可以被配置为互相结合操作。

为了支持本文所讨论的技术，该套应用50可以包括用于生成控制功能的图形编程界面、用于允许用户选择一个或多个适配器属性的适配器编辑界面、和/或用于允许用户观察与一个或多个逻辑表达式、参数属性等相关联的状态和/或条件的适配器诊断窗口。

图2是示出了在本领域已知的配置过程控制系统中所使用的控制元件的层次结构200的一个示例的框图。

层次结构200表现了开发过程控制策略的自顶向下的工程方法。从树形结构最高层的工厂202开始，结构200包括多个层，用户可以在这些层处观察或配置控制元件。工厂202可以是例如化工厂、炼油厂、自动化工厂、或具有控制和(至少部分地)自动化过程的任何其他环境。如图2中所示，工厂202可以包括一个或若干个工厂区域204，工厂区域204进而可以包括执行某种基础或高级控制任务的功能206。功能框图208可以将对应的功能206的控制逻辑定义为一个(在平凡情况下)或若干个(在非平凡情况下)互连的算法210。在这个意义上，功能框图208定义功能206的结构。进而，算法210对应于参数212。在该示例中，比例积分微分(PID)算法负责取决于诸如增益的整定参数、某个设定点值(例如，目标压力)、输入信号等的控制功能。在该套应用50中，元件202-212中的每个可以由数据结构、软件对象、或任何其他数据的聚合来表示。元件中的至少一些也对应于层次结构200中的物理元件，对应于物理元件的部分，或者相反地，对应于物理元件的群组。例如，PID环功能206可以对应于阀门、定位器和传感器，而增益整定参数212可以对应存储在控制器存储器中的值、经由模拟信令线传送的信号等。

图3是根据本公开的各种实施例的示例性图形编程界面300的框图。在各种实施例中，图形编程界面300是一个或多个程序的实现，该一个或多个程序为图1中所示的一套应用50的部分。在一个实施例中，图形界面接口300显示典型模板库302和适配器模板库304。

在各种实施例中，典型模板库302可以包括例如很多典型模板控制功能组件，这些典型模板控制功能组件在一个或多个控制环情境之间和/或在任意适当数量的特定现场设备之间可以是公共的。如图3所示，典型模板库302内的典型模板的示例包括实现各种控制操作的控制逻辑块，例如标识PID控制块(PID_STD)、警报控制逻辑块、比例积分(PI)控制逻辑块、过滤控制逻辑块、功能控制逻辑块、开始允许控制逻辑快等。

在各种实施例中，适配器模板库304可以包括例如多个适配器模板组件，这些适配器模板组件包括诸如由用户定义的输入表达式、参数、和/或属性的一个或多个选项，并且一旦与典型模板控制功能组件一起实例化，则提供特定控制环功能。

为了处理关于控制器存储器、保留处理电力、减小向用户呈现控制功能的复杂性等的考虑，图形编程界面300允许用户使用具有与从典型控制功能模板库302中选择的相同的典型控制功能的一个或多个不同的适配器组件来导出用于控制特定过程功能的实例化的控制功能(即，本地控制组件)。作为结果，在图3中所示的示例中，尽管编码的本地控制组件310和318基于典型控制功能模板，但是本地控制组件310在结构上与本地控制组件318不同。

例如，本地控制组件310包括内联适配器组件，该嵌套适配器组件可以允许用户基于本地控制组件310将在其中使用的特定开始允许控制环来定义另外的逻辑表达式。该逻辑可以基于特定现场设备(例如，低压电动机、三相电动机、步进电动机等)所期望的控制。尽管两个开始允许都可以利用警报条件来确定是否开始，但与本地控制组件310对比，本地控制组件318允许要通过先出(first-out)警报适配器来处理的多个警报条件，多个警报条件可以是由用户用链接到来自一个或多个现场设备的所期望的警报输入的逻辑表达式而输入。用这种方法，适配器组件模板允许用户指定控制环之间的区别，同时公共的典型控制功能组件模板允许用户对针对在不同控制环之间公共的控制环操作的算法进行复用。

为了简洁将图3中所示的本地控制组件进行简化，但是各种实施例包括实现任意适当数量的不同的逻辑表达式、参数、属性等的本地控制组件310和318。此外，各种实施例支持根据任意适当数量的适配器组件模板和典型控制功能组件模板来对本地控制组件进行编码。例如，本地控制组件可以使用单个典型控制功能组件模板和若干适配器组件模板来实现期望的控制环功能，并且反之亦然。

在完成本地控制组件的设计时，用户可以将相应的本地控制组件保存在任意适当的存储设备中，例如存储在如图1所示的工作站13的存储器24中、在单独的数据库中、在线上仓库中等。

在图形编程界面300中操作的典型模板生成引擎340可以允许用户创建和/或定义新的典型模板、修改现有的典型模板、并且执行与模板配置和管理相关的任意适当功能。在各种实施例中，典型模板生成引擎340可以与用户界面协作以允许用户选择一个或多个组件模板，并且执行下文更详细讨论的其他功能。在各种实施例中，典型模板生成引擎340被实现为一个或多个处理器，例如，诸如图1中所示的工作站13的处理器54。

同样地，在图形编程界面300中操作的适配器模板生成引擎330可以允许用户创建和/或定义新的适配器模板、修改现有的适配器模板、并且执行与模板配置和管理相关的任意适当功能。在各种实施例中，适配器模板生成引擎330可以与用户界面协作以允许用户选择一个或多个组件模板，并且执行下文更详细讨论的其他功能。在各种实施例中，适配器模板生成引擎330被实现为一个或多个处理器，例如，诸如图1中所示的工作站13的处理器54。

此外，在各种实施例中，本地控制组件实例化引擎307可以响应于用户命令而生成编码的本地控制组件310和318。特别地，本地控制组件实例化引擎307可以为适配器模板的所选择的可选组件分配存储器，生成在控制器和/或现场设备上可执行的指令等。在各种实施例中，典型模板生成引擎340被实现为一个或多个处理器，例如，图1中所示的诸如过程控制器11和/或处理器23。在一个实施例中，本地控制组件实例化引擎307将典型组件模板和适配器部件模板一起实例化以生成本地控制组件，作为由一个或多个处理器执行以便于过程控制操作的机器可读代码。

在生成编码的本地控制组件310和318之前，或者在生成编码的本地控制组件310和318时，图形编程界面300可以向用户指示：从适配器模板库304所选择的适配器模板包括可以是逻辑表达式、参数、属性等的可选组件。在各种实施例中，图形编程界面300可以显示图形对话屏、基于文本的对话屏、电子表格、或任意其他形式的用户界面，以请求用户指定应当被包括在本地控制组件310和/或本地控制组件318中的可选的输入表达式和/或参数。

在图3中所示的示例中，对于本地控制组件310，用户可以定义与开始允许典型模板相关联的适当的设备350，其可以是例如开关、键盘等。另外，用户可以针对IL适配器组件352对一个或多个输入、逻辑表达式、输出和/或参数进行分配。例如，用户可以指定基于从设备350所接收到的输入的与IL适配器组件352相关联的一个或多个逻辑表达式，这导致当逻辑表达式被满足时开始允许控制功能提供开始命令。换言之，IL适配器组件352可以允许用户在一个或多个设备之间使用适当的“胶合逻辑”，当胶合逻辑被满足时，使得一个或多个控制信号能够从开始允许控制块被发送。这可以是例如一个或多个警报条件，其覆盖(override)来自设备350的指示请求电动机开始的命令信号。

在图3所示的针对本地控制组件318示例中，用户可以定义与先出适配器362相关联的适当数量和类型的警报输入360，警报输入360可以包括例如结合先出警报系统所使用的任意适当数量的警报条件。另外，用户可以针对适配器362分配一个或多个输入、表达式和/或参数。例如，用户可以指定基于警报输入360的与适配器362相关联的一个或多个逻辑表达式、函数等，这导致开始允许控制功能接收第一被触发的警报作为停止覆盖(override)。

图4是根据本公开的各种实施例的示例性先出适配器组件的示意图400。在一个实施例中，结合诸如例如图3中所示的本地控制组件310和/或318的本地控制组件的实例化来使用示意图400。在各种实施例中，示意图400被显示和修改为诸如图3中所示的图形编程界面300的图形编程界面的部分。

如图4所示，先出适配器组件401示出了适配器的示意图。先出适配器组件401包括逻辑OR门符号402和先出警报块404。在各种实施例中，先出适配器组件401是由用户从诸如图3所示的适配器模板库304的适配器模板库中所选择的适配器的实现。先出适配器组件401允许用户将一个或多个输入表达式输入到图4中所示出的八个相应输入。相关领域的那些普通技术人员将会意识到，输入表达式可以是结合警报条件使用的任意适当的逻辑表达式。尽管表达式中的任意表达式可以指示出指示从一个或多个现场设备所接收的警报条件的信号，但输入表达式也可以包括更复杂的表达式。例如，一旦输入信号幅值超过(或低于)阈值等，则可以将输入表达式输入以基于输入信号在一定时间段内处于高(或低)逻辑值而声明到OR门符号的输入。

此外，实施例允许用户通过利用除了可以被输入的任何输入表达式之外的另外的设备输入来针对一个或多个特定控制环配置先出适配器组件401。使用图4所示的示例，一旦设备在运行就被发射的信号可以用于清除先前的警报条件。如图4所示，由用户配置先出适配器组件401所表示的控制逻辑可以结合典型控制功能组件使用。在该示例中，输出410指示与警报条件相关联的输入表达式中的一个或多个已被满足。另外，输出406和408可以在通用控制功能组件中使用，以作为任意数量的控制环的部分。为了提供说明性的示例，假设先出适配器组件401被实现为控制环的典型控制功能组件的部分。如果多个控制环使用先出警报逻辑，则用户可以针对这些控制环中的每个来编制(tailor)输入表达式、设备输入、和输出406、408和410，使用相同的典型控制功能组件这样做，并且根据需要针对每个不同控制环而配置适配器控制功能组件。

换言之，过程控制系统内的多个控制环可以使用一个或多个设备重置、被监测的输出(例如，输出408)、先出跳闸警报输出(first-outtrippedalarmoutput)(例如，输出406)、和开始允许输出(例如，输出410)。根据各种实施例，用户可以针对这样的各种控制环的每个适配器来定义和/或映射输入表达式、输出表达式、设备输入、和/或设备输出。在各种实施例中，贯穿所配置的控制环中的每个所使用的适配器按照图示是相同的，允许用户简单地选择和配置适配器内的需要相应地改变的那些部分。

图5是根据本公开的各种实施例的示例性内联适配器组件的示意图500。在一个实施例中，结合诸如图3中所示的本地控制组件310或318的本地控制组件的实例化来使用示意图500。在各种实施例中，示意图500被显示和修改为诸如图3中所示的图形编程界面300的图形编程界面的部分。

如图5所示，示意图500包括键盘设备502、开关508、低压电动机块506、和内联适配器组件504。在各种实施例中，在线适配器组件504是由用户从诸如图3所示的适配器模板库304的适配器模板库中所选择的适配器的实现。在一个实施例中，内联适配器组件504是图3中所示的内联适配器352的实现。

如图5所示，在线适配器组件504是适配器的示意图。使用图形编程界面，用户可以选择内联适配器组件504并且对期望的逻辑聚合器、与逻辑聚合器相关联的输入表达式、和/或与输入表达式相关联的参数进行分配。例如，如图5所示，用户已选择3输入OR门聚合器。用户可以通过进行适当的示意性连接并且将两个另外的期望的输入表达式和/或参数分配到剩下的两个输入而将来自键盘设备502的现有的“CLOS”输出分配到内联适配器组件504的第一(即，顶部)输入。

相关领域的那些普通技术人员将会意识到，本公开的各种实施例为用户提供任意适当数量和类型的逻辑聚合器以提供控制环功能。例如，逻辑聚合器可以包括AND门、XOR门、NOR门、NAND门、XNOR门、锁存器、计时器、计数器等，其可以包括任意适当数量的适当输入。

作为结果，内联适配器组件504为用户提供更大的控制环功能。在这种情况下，在开始信号被发送到低压电动机块506时，另外的输入表达式提供更多控制。更具体地，当经由开关508接收到信号时，典型开始允许电动机控制逻辑简单地启动该发动机。在没有内联适配器组件504的情况下，用户将需要选择包括针对这些另外的输入表达式的开始允许模板，这将要求针对在其中寻求另外的控制的每个电动机的另外的开始允许模板。因此，内联适配器组件504有利地允许用户使用相同的典型开始允许逻辑，但是通过使用内联适配器组件504来增加另外的控制。再一次，相关领域的那些普通技术人员将会意识到，图5中使用的输入表达式可以是用于确定是否要发送电动机停止条件的任意适当的表达式。

图6是根据本公开的各种实施例的示例性模拟输入适配器组件的示意图600。在一个实施例中，结合诸如图3中所示的本地控制组件310或318的本地控制组件的实例化来使用示意图600。在各种实施例中，示意图600被显示和修改为诸如图3中所示的图形编程界面300的图形编程界面的部分。

如图6所示，示意图600包括模拟输入适配器组件601，其可以包括算法点(algorithmpoint)604、606、和608。模拟输入适配器组件601在输出610和612处提供输出信号。在一些实施例中，算法点604、606、和608包括相应的输出表达式以提供输入602与输出610和612之间的模拟到模拟关系。在其他实施例中，算法点604、606、和608包括相应的输出表达式以提供输入602与输出610和612之间的模拟到数字关系。

如图6所示，模拟输入适配器组件601是适配器的示意图。在各种实施例中，模拟输入适配器601是由用户从诸如图3所示的适配器模板库304的适配器模板库中所选择的适配器的实现。使用图形编程界面，用户可以选择模拟输入适配器组件601并且对期望的输出表达式和/或与输出表达式相关联的参数进行分配。例如，如图6所示，用户可以用算法点604、606和608来分别地分配输出表达式1、2、3。另外，用户可以通过在输入602、算法点604、606和608以及输出610和612之间进行适当的示意性连接来定义输入/输出关系。

在各种实施例中，算法点604、606、和608表示由用户所选择的以相应的输出表达式的形式的一个或多个算法。这些输出表达式的另外的示例将在下文进一步讨论，但是在各种实施例中，允许用户修改在与一个或多个设备相关联的输入602处接收到的信号，该一个或多个设备是对应控制环的部分，模拟输入适配器601是该对应控制环的一部分。算法的示例可以包括诸如电平位移(levelshift)、缩放、平滑、过滤等任意适当的模拟功能，以及诸如比较器功能、基于在一段时间高于阈值的输入信号的逻辑表达式等任意适当的数字输出逻辑功能。

例如，输出表达式1和2可以提供平滑功能，其调节在输入602处接收到的输入。为了提供另一示例，输出表达式3可以提供模拟比较器功能，该功能导致仅当所调节的输入信号超过(或低于)由一个或多个表达式参数所定义的设置阈值时输出信号被发送到输出612。

作为结果，模拟输入适配器组件601为用户提供更大的控制环功能。在这种情况下，输出表达式从单个输入提供若干输出，因此实现了在其中使用模拟输入适配器组件601的控制环内的更大的控制。尽管图6中只示出了三个算法点，但模拟输入适配器组件601的各种实施例包括基于一个或多个输入信号的任意适当数量的算法点。以这种方式，单个模拟输入信号可以被适应于提供一个或多个输出以及因此提供在控制环内的更大的控制。

图7是根据本公开的各种实施例的示例性模拟输入适配器组件的示意图700。在一个实施例中，结合诸如对图3中所示的用于对本地控制组件310或318进行实例化的那些控制功能模板来使用示意图700。在各种实施例中，示意图700被显示和修改为诸如图3中所示的图形编程界面300的图形编程界面的部分。

如图7所示，示意图700包括模拟输入适配器组件701，其包括算法点704和706。在各种实施例中，模拟输入适配器组件701是由用户从诸如图3所示的适配器模板库304的适配器模板库中所选择的适配器的实现。模拟输入适配器组件701在输出710处提供输出信号。在一些实施例中，算法点704和706包括相应的输出表达式以提供输入702与输出710之间的模拟到模拟关系。在其他实施例中，算法点704和706包括相应的输出表达式以提供输入702与输出710之间的模拟到数字关系。

如图7所示，模拟输入适配器组件701是适配器的示意图。使用图形编程界面，用户可以选择模拟输入适配器组件701，并且对期望的输出表达式和/或与输出表达式相关联的参数进行分配。例如，如图7所示，用户可以定义输出表达式1以对在输入702处所接收到的模拟信号提供平滑功能。使用该示例，用户可以选择适当的采样率和/或过滤参数以实现期望的平滑功能，这可以额有算法点704来表示。相关领域的那些普通技术人员将会意识到，输出表达式1可以包括任意适当的算法参数以基于特定应用、过程控制等提供期望的功能。

为了提供其他示例，输出表达式2可以提供模拟缩放功能，如图708所示。换言之，，使用如图7所示的示例，输出表达式2允许用户输入适当的线性缩放参数以电平位移和/或缩放从算法点704所接收的平滑的数据信号。尽管图708示出了在算法点706处的线性关系，但是各种实施例为用户提供根据诸如对数功能、指数功能等任意适当的功能来修改输出表达式2的能力。

作为结果，模拟输入适配器701为用户提供更大的控制环功能。在这种情况下，输出表达式提供若干手段来调节经由单个输入所接收到的信号。尽管图7中只示出了两个算法点，但模拟输入适配器组件701的各种实施例包括基于一个或多个输入信号的任意适当数量的算法点。以这种方式，单个模拟输入信号可以被调节并适应于提供控制环内的一个或多个期望的信号。

图8A是根据本公开的各种实施例的示例性模拟输出适配器组件的示意图800。在一个实施例中，结合诸如图3中所示的本地控制组件310或318的本地控制组件的实例化来使用示意图800。在各种实施例中，示意图800被显示和修改为诸如图3中所示的图形编程界面300的图形编程界面的部分。

如图8A所示，示意图800包括模拟输出适配器组件801，其包括算法804、806、808和810。在各种实施例中，模拟输出适配器组件801是由用户从诸如图3所示的适配器模板库304的适配器模板库中所选择的适配器的实现。模拟输出适配器组件801在输入812处接收输入信号，该信号可以表示与来自例如自动/手动站的要求相关联的模拟信号。如图8A所示，来自输入812的模拟值可以对应于适当变化的要求值，例如，诸如由给水控制阀门所使用的那些值。

如图8A所示，模拟输出适配器组件801是适配器的示意图。使用图形编程界面，用户可以选择模拟输出适配器组件801并且对与算法804、806、808和810相关联的期望参数进行分配。相关领域的那些普通技术人员将会意识到，这可以包括任意适当算法参数以基于特定应用、过程控制等提供期望的功能。

图8B是根据本公开的各种实施例的另一示例性模拟输出适配器组件的示意图850。在一个实施例中，结合诸如图3中所示的本地控制组件310或318的本地控制组件的实例化来使用示意图850。在各种实施例中，示意图850被显示和修改为诸如图3中所示的图形编程界面300这样的图形编程界面的部分。

如图8B所示，示意图850包括模拟输出适配器组件851。模拟输出适配器组件851执行与模拟输出适配器组件801大体上类似的功能；因此，只进一步描述模拟输出适配器组件801和851的区别。

除了先前关于模拟输出适配器组件801所讨论的算法和算法点之外，模拟输出适配器851还另外包括反馈修改器组件852。反馈修改器组件852也包括若干输入、输出和算法点。相关领域的那些普通技术人员将会意识到，包括反馈修改器组件852的模拟输出适配器组件851的实施例对常规地使用反馈的控制环特别有用。例如，PID控制通常使用与可以是一个或多个控制环的部分的一个或多个现场设备相关联的输出作为PID控制算法的一部分。在各种实施例中，一个或多个参数和/或表达式可以是动态的。换言之，基于经由其他适配器组件所接收的反馈，模拟输出适配器组件801可以动态地提供变化的参数值。以这种方式，用户可以定义基于控制环反馈(例如，PID控制权重)的表达式和参数来相应地调整控制环功能。

图9是根据本公开的各种实施例的指示包含自然语言的逻辑表达式状态的示例性适配器诊断窗口900。在一个实施例中，结合诸如图3中所示的本地控制组件310或318的本地控制组件的实例化来使用适配器诊断窗口900。在各种实施例中，适配器诊断窗口900被显示为诸如图3中所示的图形编程界面300的图形编程界面的部分。

在各种实施例中，用户使用显示窗口900观察用自然语言的针对特定适配器的控制环的主动反馈。如先前所讨论的，用户可以输入一个或多个表达式和/或参数作为各种适配器的部分。根据这些实施例，用户可以以自然语言方式定义这些输入表达式。换言之，用户可以设置和/或重命名表达式状态以便清晰地指示参数以及表达式内参数之间的关系。在该实施例中，当在显示窗口900中观察这些表达式时，可以提供更多的洞察力。

如图9所示，显示窗口900示出了对应于开始允许逻辑的适配器组件(例如，诸如内联适配器组件)的各种逻辑聚合器和逻辑表达式。在各种实施例中，用户可以选择期望的本地控制组件(其接着将生成显示窗口900)以观察与针对该相应本地控制组件的适配器相关联的诊断信息。

在图9所示的示例中，显示窗口900包括三个单独的逻辑聚合器。例如，显示窗口900指示还没有生成开始允许信号，如由“开始允许(STARTPERMIT)”条旁边的红色“X”所标示。用户接着能够遵循显示窗口900中显示的自然语言表达来诊断阻止生成开始允许的问题。使用嵌套的结构，显示窗口900允许用户快速地识别适配器表达式中的每个的状态。

例如，第一AND逻辑聚合器下的四个表达904全为真，所以用户可以确定问题不是来自由这些表达所评估的输入中的任何输入。但是由于嵌套的结构，为了生成开始允许信号，还要求或者(1)OR逻辑聚合器下的两个表达906中的一个为真，或者(2)第二AND逻辑聚合器下的两个表达908中的二者均为真。由于嵌套的结构，用户可以快速地识别这些条件都没有被他们的相应的输入表达的状态所满足。作为结果，用户接着能够确定是否调查润滑油压力或调查训练路径A或B中的一个。

另外，图9中示出了若干不同类型的表达。例如，表达904和906是数字表达。换言之，他们基于所分配的条件状态而具有真值或假值，在所分配的条件中他们是相关联的。当用户使用这些类型的表达设置适配器时，用户可以指定与条件相关联的设备，并且设置真或假的条件作为要与这些逻辑状态相关联的参数。

然而，表达908是模拟表达的示例。第一表达是模拟表达的示例，该模拟表达指示当一个或多个条件根据一个或多个用户指定的参数被满足时为真的状态。例如，当输入状态保持20秒或更多时，与第一输入表达相关联的输入为真。当用户使用该类型的表达设置适配器时，用户可以针对与条件“0000000e”相关联的设备，如果需要，其可以被修改以用自然语言来反映更多信息的参考。此外，用户可以设置20秒时间段值，并且接着设置与条件“0000000e”相关联的真和假的条件分别大于或小于20秒时间段(或反之亦然)，以作为与该表达相关联的参数。

类似地，当用户使用来自输入表达908的第二表达来设置适配器时，用户可以指定与润滑油压力条件相关联的设备，设置40PSIG值，并且设置与润滑油压力条件相关联的真和假的条件分别高于或低于40PSIG值(或反之亦然)，以作为与该表达相关联的参数。

图10是根据本公开的各种实施例的示例性方法的流程图。在本公开的各种实施例中，方法1000由一个或多个处理器执行，例如，诸如图1中所示的过程控制器11或者图3中所示的本地控制组件实例化引擎307。

方法1000在方框1002开始，其包括用户从典型组件模板的库中选择典型组件模板，该典型组件模板包括对于过程工厂内的多个工厂装置设备公共的过程控制操作的实现。该选择可以包括例如，根据图3所示的图形编程界面300从适配器模板库302中选择一个或多个模板和适配器.

在方框1004，方法1000包括用户从适配器组件模板的库中选择适配器组件模板，该适配器组件模板具有多个逻辑输入表达式和多个逻辑算法。这可以包括例如，根据如图3所示的图形编程界面300从适配器模板库304中选择一个或多个模板和适配器。

在方框1006，方法1000包括用户基于对应于来自多个工厂装置设备中的一个工厂装置设备的过程控制操作来配置输入表达式和多个逻辑算法。这可以包括例如，用户定义一个或多个输入表达式、输出表达式、和/或他们的相应的参数，例如，如图3中所示的选项选择块308中所指示的那样。

在方框1008，方法1000包括将典型组件模板与适配器部件模板一起实例化以生成被配置为便于过程控制操作的本地控制组件。这可以包括例如，用户执行适配器和典型组件模板的实例化以生成本地控制组件，如图3所示。在一个实施例中，由实例化引擎(例如如图3所示的诸如本地控制组件实例化引擎307)来执行实例化。

尽管参照特定示例描述了本系统和方法，但是这些示例只是说明性的而不是要限制本发明，对本领域那些普通技术人员来说显而易见的是，可以对所公开的实施例进行改变、添加和/或删除，而不背离本发明的精神和范围。