過程控制工廠圖形描繪內(nèi)的導航的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及過程控制系統(tǒng)，并且更具體地，涉及監(jiān)控過程變量的趨勢及過程控制工廠的層次結(jié)構(gòu)、圖形導航。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如那些用于化學、石油或其它工業(yè)中的過程工廠通常包括一個或多個集中的或分散的過程控制器，這些控制器經(jīng)由模擬、數(shù)字或組合的模擬/數(shù)字總線通信地耦接到至少一個主機或操作人員工作站和一個或多個過程控制和儀表設(shè)備，例如現(xiàn)場設(shè)備。例如可以是閥、閥定位器、開關(guān)、發(fā)送器、和傳感器(例如，溫度、壓力、和流速傳感器)的現(xiàn)場設(shè)備在過程中執(zhí)行諸如增加或減少流體流以及測量過程參數(shù)的功能。過程控制器接收指示由現(xiàn)場設(shè)備做出的或與其相關(guān)的過程測量或過程變量的信號和/或與現(xiàn)場設(shè)備有關(guān)的其它信息，使用這些信息來實施控制例程，并接著生成控制信號，通過總線中的一個或多個或其它通信線路發(fā)送至現(xiàn)場設(shè)備來控制過程的操作。來自現(xiàn)場設(shè)備和控制器的信息通常被提供給由操作人員工作站執(zhí)行的一個或多個應(yīng)用程序，以使操作人員能夠執(zhí)行所期望的與過程有關(guān)的功能，例如查看過程的當前狀態(tài)、修改過程的操作等。例如，Emerson ProcessManagement出售的Delta V?控制系統(tǒng)包括存儲在位于過程工廠內(nèi)多個地方的不同設(shè)備內(nèi)并由這些不同的設(shè)備執(zhí)行的多個應(yīng)用程序。
[0003]雖然典型的過程工廠具有許多過程控制和儀表設(shè)備，例如連接到一個或多個過程控制器的閥、發(fā)送器、和傳感器等，在過程的操作期間過該一個或多個過程控制器執(zhí)行用于控制這些設(shè)備的軟件，但是還有許多過程的操作所必需的、或與過程的操作有關(guān)的其它配套設(shè)備或裝置。這些額外的裝置包括，例如，電源裝置、發(fā)電和配電裝置、存儲罐、加熱器、諸如渦輪機等轉(zhuǎn)動裝置，等等，它們位于典型工廠中的多個地方。雖然這種額外的裝置不一定創(chuàng)建或使用過程變量，而且在許多情況下，為了影響過程操作的目的，這種額外的裝置不受控制或甚至不連接到過程控制器，但這種裝置仍然是重要的并且最終對過程的適當操作來說是必需的。
[0004]為了管理多個現(xiàn)場設(shè)備和裝置組件的相對位置和來自它們的信息，駐留在一個或多個操作人員工作站內(nèi)的配置應(yīng)用程序使得設(shè)計者能夠創(chuàng)建或更改操作人員界面，該操作人員界面由查看應(yīng)用程序使用以將數(shù)據(jù)顯示給操作人員，并使得操作人員能夠在過程控制例程內(nèi)更改設(shè)置，例如設(shè)置點。每個專用控制器以及，在一些情況下，一個或多個現(xiàn)場設(shè)備存儲并執(zhí)行用于運行被分配給和下載到專用控制器或現(xiàn)場設(shè)備的控制模塊的控制器應(yīng)用程序，來實施實際的過程控制功能?？稍谝粋€或多個操作人員工作站上運行的查看應(yīng)用程序經(jīng)由總線從控制器應(yīng)用程序接收數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)顯示給過程控制系統(tǒng)設(shè)計者、操作人員、或使用用戶界面的用戶，并且可提供多個不同的視圖中的任何視圖，例如操作人員的視圖，工程師的視圖，技術(shù)員的視圖等。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序通常存儲在數(shù)據(jù)庫設(shè)備中并由其執(zhí)行，數(shù)據(jù)庫設(shè)備收集并儲存跨總線提供的數(shù)據(jù)中的一些或全部，同時配置數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序可在附接到這些總線的又一計算機上運行，來存儲當前過程控制例程配置和與其相關(guān)的數(shù)據(jù)?？商娲?，配置數(shù)據(jù)庫可位于與配置應(yīng)用程序相同的工作站中。
[0005]隨著過程控制環(huán)境中使用的現(xiàn)場設(shè)備的復雜性和數(shù)量的增加，不同的查看應(yīng)用程序，例如圖形顯示應(yīng)用程序已被提供以使諸如操作人員的用戶能夠監(jiān)控該過程。例如，已使用圖形顯示應(yīng)用程序以使控制操作人員能夠查看過程工廠的當前運轉(zhuǎn)、或過程工廠的區(qū)域，或使維護人員能夠查看過程工廠內(nèi)的硬件設(shè)備的狀態(tài)、使能夠模擬過程工廠等。
[0006]例如，一種類型的圖形顯示應(yīng)用程序可使用管線(或過程)和儀表圖(P&ID)以使用戶能夠?qū)崟r監(jiān)控過程工廠的當前運轉(zhuǎn)。P&ID通常包括工廠裝置和功能的圖形表示，其共同形成過程的特定部分的功能平面圖。P&ID內(nèi)的圖形表示通常是類實際地布置的，從而提供過程控制裝置的更真實的布局，使得P&ID中的每件設(shè)備的布局在一定意義上反映了過程工廠中實際裝置的布局。例如圖形顯示應(yīng)用程序可使用P&ID，通過以在空間中有代表性的布局以描繪包括諸如加熱器、存儲罐，脫鹽設(shè)備等若干件設(shè)備的原油單元的每件設(shè)備，來表示過程工廠的特定區(qū)域中原油單元。
[0007]此外，P&ID通常允許操作人員實時監(jiān)控工廠中的參數(shù)(例如過程變量值)，同時提供高度地用戶可配置的顯示選項。然而不幸的是，P&ID中的實時值顯示無法有效地支持對這些實時值隨時間而變化的檢測。換言之，經(jīng)由P&ID的實時過程變量值的顯示并不能使P&ID的用戶很容易地檢測或了解所描繪的實時數(shù)據(jù)內(nèi)的趨勢。事實上，由于P&ID傾向于在沒有被以在空間上類真實的顯示中所描繪的設(shè)備使用的屏幕空間內(nèi)填滿實時值，因此對用戶來說難以看到和了解實時數(shù)據(jù)本身，更不必說該數(shù)據(jù)內(nèi)的時間趨勢。
[0008]P&ID開發(fā)人員最近以來嘗試設(shè)計P&ID顯示以反映與過程工廠裝置相關(guān)的更多細節(jié)或反映更為復雜的過程工廠，P&ID開發(fā)人員相信更多的這些數(shù)據(jù)有助于用戶更好地理解所述過程，這加劇了這一問題。這推動創(chuàng)建更復雜的P&ID，致使開發(fā)人員將更多的信息納入P&ID中，并隨后在P&ID中顯示，這些信息來自包括更多數(shù)量的裝置和現(xiàn)場設(shè)備的日益復雜的過程工廠。除了運行以在更多的圖形雜亂內(nèi)隱藏實時數(shù)據(jù)的操作之外，這些更為復雜的P&ID通常包括不一致布局(不同的P&ID之間)，使得對必須在多個不同的P&ID之間切換的用戶來說，越來越難以定位實時參數(shù)值。實際上，最近的這些趨勢只是加劇了 P&ID內(nèi)的雜亂，從而進一步減慢由用戶做出的對過程參數(shù)數(shù)據(jù)的搜索。
[0009]作為結(jié)果，由于操作人員面對如此巨大量的詳細數(shù)據(jù)，使用P&ID監(jiān)控過程的操作人員可能會很快迷失在P&ID中呈現(xiàn)的巨大信息量中，或者其可能會錯過過程中出現(xiàn)的重要的過程變量趨勢或模式。此外，尤其是在大型、復雜的過程工廠中，這種巨大量的數(shù)據(jù)難以查看，更不用說僅使用P&ID(和潛在的其它支持圖形或圖表，例如可經(jīng)由P&ID訪問的過程變量趨勢圖)來掌握和理解。作為結(jié)果，操作人員可能花費不必要的時間和精力來定位過程變量的當前值和將其與設(shè)定點值、期望值等進行比較。此外，通過不在過程中快速地檢測或識別問題，例如特定過程變量的狀態(tài)的惡化等，操作人員可能會對糾正潛在的失控過程反應(yīng)遲緩，這可能會導致嚴重的傷害、財產(chǎn)損失、環(huán)境污染、甚至死亡。當操作人員嘗試經(jīng)由P&ID監(jiān)控更復雜和/或更大的工廠時，這些“恐怖事件”有可能更頻繁地發(fā)生。
[0010]另外，對操作人員來說，在大規(guī)模、復雜的過程工廠的P&ID中導航可能帶來很多困難。由于過程工廠的層次結(jié)構(gòu)的特性以及大規(guī)模，經(jīng)由P&ID導航到過程工廠的不同部分或區(qū)域可能是令人迷惑的、困難的以及違反直覺的。根據(jù)控制操作人員經(jīng)由P&ID查看的過程工廠的圖示的當前層次結(jié)構(gòu)等級或細節(jié)等級，操作人員可能會難以適當?shù)卮_定在過程工廠的其它區(qū)域的上下文的視圖中顯示的過程工廠的圖示內(nèi)的當前位置。在當前的P&ID查看實現(xiàn)中，當在P&ID中特定的層次結(jié)構(gòu)等級查看過程工廠的圖示的該當前位置或區(qū)域時，操作人員被提供有有限數(shù)量的超鏈接以遍及工廠的圖示而進行導航?？芍甘竟S中的區(qū)域、單元、或一個裝置的這些超鏈接中的每個通常只顯示為文本，并且沒有給出它們相對于工廠中其它區(qū)域或單元的具體位置或?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)等級。也就是說，在導航鏈接和這些鏈接的指向之間通常沒有一致的激發(fā)-響應(yīng)映射，從而給經(jīng)驗不足的操作人員在提供一系列互連的P&ID進行導航時留下不確定感。
[0011]此外，提供給操作人員的超鏈接通常只用于在當前層次結(jié)構(gòu)等級內(nèi)的導航，并且不提供用于遍及過程工廠的圖示內(nèi)的位置和層次結(jié)構(gòu)進行導航的其它選項。換言之，P&ID缺少使操作人員“鉆”到更詳細的層次結(jié)構(gòu)等級而同時保持過程工廠的整個圖示的上下文的能力。例如，如果過程工廠的圖示的不同區(qū)域需要操作人員立即注意，例如該不同區(qū)域中的指向所述過程的偏離情況的過程變量，操作人員可能難以確定并隨后難以導航到相對于過程工廠的當前位置的過程工廠中的所述不同區(qū)域的位置。作為結(jié)果，在時間關(guān)鍵事件期間，操作人員可能遭受不可預知的導航(例如，試驗和錯誤點擊等)，有可能導致操作人員在不必要的壓力和挫折中做出較差的決策。
[0012]同樣，如果操作人員未成功地導航到所識別的問題的不同區(qū)域的位置，則控制操作人員可能仍然需要應(yīng)付嘗試獲取過程控制變量的適合等級的細節(jié)。在過高的細節(jié)等級，操作人員可能僅在查看P&ID時掌握非常少的過程控制信息。替代地，操作人員可能在查看多個過程變量趨勢圖、試圖將當前過程變量值與設(shè)定點信息進行比較等時掌握太多細節(jié)。此外，詳細的信息源可不與P&ID集成，并且可能需要控制操作人員查看跨多個分離的窗口或屏幕分布的各個細節(jié)等級的信息。掌握太少或太多的細節(jié)可能會分別導致控制操作人員作出不完整的或慢的決策，從而在關(guān)鍵事件或時期期間造成嚴重后果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]一種用于過程控制工廠的過程控制監(jiān)控系統(tǒng)，其使用圖形趨勢符號來輔助檢測和監(jiān)控過程控制工廠內(nèi)過程變量的趨勢。過程控制監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的圖形顯示應(yīng)用程序可實現(xiàn)并顯示每個圖形趨勢符號，從而以圖形指示或概述過程控制工廠內(nèi)過程變量的當前趨勢和值的信息。特別是，圖形顯示應(yīng)用程序可使用從現(xiàn)場設(shè)備收集的過程變量數(shù)據(jù)以及存儲在數(shù)據(jù)庫中的過程變量數(shù)據(jù)來生成一個或多個圖形元素，所述圖形元素一起顯示以形成圖形趨勢符號。每個圖形元素可表示與圖形趨勢符號相關(guān)的過程變量的不同的屬性，并且可包括指示過程變量的趨勢信息的圖形趨勢元素，例如過程變量的變化速率、過程變量的變化方向、過程變量的變化期望度等。類似地，圖形元素也可以包括指示過程變量的當前值信息的圖形值元素，例如過程變量相對于期望值的幅度、過程變量相對于期望值的位置等。圖形顯示應(yīng)用程序可一起顯示這些圖形元素中的一個或多個來形成圖形趨勢符號并以圖形或符號來指示過程變量的當前趨勢或值。此外，圖形顯示應(yīng)用程序可以以過程控制工廠的圖形表示內(nèi)的在空間上的真實位置來顯示所述圖形趨勢符號(例如P&ID)使得操作人員可迅速利用與圖形趨勢符號相關(guān)的過程變量的位置相對于圖形表示內(nèi)的圖形趨勢符號周圍的區(qū)域而找準她自己的方向。
[0014]有利的是，圖形顯示應(yīng)用程序可在所述過程工廠的圖形表示內(nèi)顯示所述圖形趨勢符號，而同時地顯示導航窗格，導航窗格可為操作人員提供相對于顯示圖形表示的過程工廠的層次結(jié)構(gòu)或每個層次結(jié)構(gòu)等級(例如，特定區(qū)域、單元、一個裝置等)的上下文。重要的是，圖形顯示應(yīng)用程序還可通過導航窗格輔助操作人員在不同的層次結(jié)構(gòu)等級之間快速導航，來監(jiān)控所述過程工廠的圖形表示內(nèi)的不同層次結(jié)構(gòu)等級的上下文內(nèi)的圖形趨勢符號。特別地，圖形顯示應(yīng)用程序可不斷地且一致地在相對于圖形表示的相同位置上顯示所述導航窗格，以在所述過程工廠的圖形表示內(nèi)提供可預測和高效的導航。特別地，圖形顯示應(yīng)用程序可實現(xiàn)導航窗格以包括不同類型的選擇器圖標，其中每個選擇器圖標代表一不同的單元、區(qū)域、一個裝置等，并對應(yīng)于所述工廠的圖形表示內(nèi)所顯示的特定的圖形描繪。有利地，圖形顯示應(yīng)用程序在不同類型的選擇區(qū)域內(nèi)顯示不同類型的選擇器圖標，使操作人員容易區(qū)分所述過程工廠內(nèi)的不同的層次結(jié)構(gòu)等級和相對應(yīng)的過程變量，同時保持相對于整個工廠的上下文。響應(yīng)于在導航窗格內(nèi)的特定選擇區(qū)域中接收到對選擇器圖標的選擇，圖形顯示應(yīng)用程序可根據(jù)所選擇的選擇器圖標，重新定位或改變所述過程工廠的圖形表示的細節(jié)等級。
[0015]在工廠的圖形表示的在空間上的真實視圖內(nèi)顯示所述圖形趨勢符號時，圖形顯示應(yīng)用程序可另外提供與所顯示的圖形趨勢符號相關(guān)的過程變量中的一個或多個的不同等級的細節(jié)的過程變量信息視圖。有利地，圖形顯示應(yīng)用程序可確定根據(jù)多種因素(例如屏幕空間、處于關(guān)鍵狀態(tài)的過程變量等)來實施不同等級的細節(jié)的一個或多個過程變量信息窗格。圖形顯示應(yīng)用程序?qū)嵤┟總€窗格以顯示針對與圖形表示的當前顯示的視圖內(nèi)所顯示的圖形趨勢符號相對應(yīng)的一個或多個過程變量的不同等級的詳細信息。例如，圖形顯示應(yīng)用程序可顯示摘要窗格，該摘要窗格可僅包括針對利用圖形表示所顯示的一個或多個圖形趨勢符號的圖形趨勢符號和過程變量的相關(guān)名稱。此外，除了摘要窗格中所提供的信息之夕卜，圖形顯示應(yīng)用程序還可顯示詳細窗格，該詳細窗格例如可包括針對利用圖形表示所顯示的一個或多個圖形趨勢符號的當前過程變量的幅度/位置值以及期望值的比較圖和/或?qū)嶋H致動器(actuator)或值位置。此外，除了詳細窗格中所提供的信息之外，圖形顯示應(yīng)用程序可顯示展開窗格，該展開窗格例如可包括過程變量的歷史圖。重要的是，響應(yīng)于接收到所述圖形表示內(nèi)的圖形趨勢符號的選擇、摘要窗格內(nèi)相對應(yīng)的過程變量視圖的選擇、詳細窗格內(nèi)相對應(yīng)的過程變量視圖的選擇等，圖形顯示應(yīng)用程序可動態(tài)地突出顯示圖形表示內(nèi)的圖形趨勢符號和窗格內(nèi)相對應(yīng)的過程變量的全部變化的詳細視圖。
【附圖說明】
[0016]為了更完整的理解本公開，應(yīng)參考【具體實施方式】和附圖，其中相同的附圖標記標識圖中相同的元件，并且其中:
[0017]圖1是根據(jù)本公開的一個方面的具有控制器(或控制元件)的過程控制系統(tǒng)的示意性圖示，所述過程控制系統(tǒng)被配置為經(jīng)由所述控制器和多個現(xiàn)場設(shè)備之間傳輸?shù)耐ㄐ哦邮諄碜远鄠€現(xiàn)場設(shè)備的過程變量信息；
[0018]圖2是過程控制工廠的一部分內(nèi)的示例性原油單元的圖形表示和過程控制工廠導航窗格的截屏；
[0019]圖2A示出了圖2的導航窗格的另一實施方式；
[0020]圖2B示出了包含圖2A中的示例性導航鍵的另一示例性導航窗格；
[0021]圖2C示出了包含圖2A和/或2B中的示例性導航鍵的另一示例性導航窗格；
[0022]圖2D示出了圖2C中的示例性導航窗格的另一視圖；
[0023]圖3是過程控制工廠的導航窗格的詳細視圖；
[0024]圖4是過程控制工廠的一部分內(nèi)的示例性原油單元的圖形表示內(nèi)的加熱器的突出顯示和過程控制工廠的導航窗格截屏；
[0025]圖5是過程控制工廠的一部分內(nèi)的示例性加熱器的圖形表示、導航窗格、摘要窗格、和展開窗格的截屏；
[0026]圖6是示例性圖形趨勢符號的視圖；
[0027]圖7是可用來創(chuàng)建圖形趨勢符號的過程變量屬性圖；
[0028]圖7A-D和8-17示出了指示與圖1的示例性過程控制系統(tǒng)內(nèi)的組件相對應(yīng)的過程變量相關(guān)的情況、特性、趨勢、和/或其它信息的示例性圖標；
[0029]圖18是圖5中摘要窗格、詳細窗格和展開窗格的截屏的詳細視圖；
[0030]圖18A示出了圖18中的摘要窗格的替代實施例；
[0031]圖18B示出了詳細的圖18中的窗格的替代實施例，其包含比圖18A中的示例圖形指示更多信息的示例性過程變量圖形；
[0032]圖18C示出了圖18中的過程變量窗格的替代實施例，其包含比圖18B中的示例性圖形指示更多信息的示例性過程變量圖形；
[0033]圖18D以收起的形式示出了圖18A-18C中的示例性過程變量摘要窗格；
[0034]圖18E示出了用于顯示的示例事件歷史表；
[0035]圖19是突出顯示的所選擇的過程變量和所選擇的過程變量的多個相對應(yīng)的突出顯示的截屏；以及
[0036]圖20A-20B是生成圖形趨勢符號的示例性方法。
【具體實施方式】
[0037]圖1中所示的過程控制監(jiān)控系統(tǒng)10可用于實現(xiàn)并顯示本文所描述的圖形趨勢符號，該過程控制監(jiān)控系統(tǒng)10包括經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)總線31 (例如，以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò))連接到數(shù)據(jù)庫12和一個或多個主機工作站或計算機14(其可以是任何類型的個人計算機、工作站等)的過程控制器11。每個工作站14可包括用于存儲包括例如圖形顯示應(yīng)用程序30的多個應(yīng)用程序的存儲器，并可可通信地耦接到用戶界面13?？刂破?1還經(jīng)由輸入/輸出(I/O)卡26和28連接到現(xiàn)場設(shè)備15-22。數(shù)據(jù)庫12可以是任何所期望類型的數(shù)據(jù)收集單元，所述數(shù)據(jù)收集單元具有存儲器和用于存儲數(shù)據(jù)的任何所期望或已知的軟件、硬件或固件。系統(tǒng)10可還在數(shù)據(jù)庫12內(nèi)存儲過程變量值或過程變量數(shù)據(jù)以用于生成圖形趨勢符號并隨后將圖形趨勢符號顯示給操作人員。在圖1中，控制器11使用硬連線通信網(wǎng)絡(luò)和通信方案，或可替代地使用無線網(wǎng)絡(luò)和無線通信方案通信地連接到現(xiàn)場設(shè)備15-22。
[0038]通常，現(xiàn)場設(shè)備15-22可以是任何類型的設(shè)備，例如傳感器、閥、發(fā)送器、定位器等，而I/O卡26和28可以是符合任何期望的通信或控制器協(xié)議(例如Fieldbus協(xié)議、HART協(xié)議、4-20ma模擬協(xié)議等)的任何類型的I/O設(shè)備。圖1中所示的閥、傳感器和其它設(shè)備可以是任何期望的種類或類型的裝置，包括例如Fieldbus現(xiàn)場設(shè)備、標準4-20ma現(xiàn)場設(shè)備、HART現(xiàn)場設(shè)備等，并且可以以任何期望的方式連接到控制器11并由控制器11控制。另外，其它控制器可經(jīng)由例如以太網(wǎng)通信線路31連接到控制器11和工作站14來控制與過程工廠16相關(guān)的其它設(shè)備或區(qū)域，這種額外控制器的操作可以以任何期望的或已知的方式與圖1中所示的控制器11的操作進行協(xié)調(diào)。
[0039]控制器11包括處理器23，處理器23用于實現(xiàn)或監(jiān)督存儲在存儲器24中的一個或多個過程控制例程(或其任何模塊、塊、或子例程)。一般而言，控制器11與設(shè)備15-22、主機計算機14和數(shù)據(jù)庫12進行通信，從而以任何期望的方式控制過程。此外，控制器11可使用通常被稱為功能塊的事物來實施控制策略或方案，其中，每個功能塊為整個控制例程的一個對象或者另一部分(例如，子例程)，其與其它功能塊一起(經(jīng)由被稱為鏈路的通信)運行以在過程控制監(jiān)控系統(tǒng)10內(nèi)實現(xiàn)過程控制循環(huán)。功能塊通常執(zhí)行以下功能中的一種，以在過程控制監(jiān)控系統(tǒng)10內(nèi)執(zhí)行一些物理功能:輸入功能(例如與發(fā)送器、傳感器或其它過程參數(shù)測量設(shè)備相關(guān)的輸入功能)、控制功能(例如與執(zhí)行PID、模糊邏輯等控制相關(guān)的控制功能)、或者控制一些設(shè)備(例如閥)的運行的輸出功能。當然，在本文中也可存在并使用混合的和其它類型的功能塊。功能塊可存儲在控制器11或其它設(shè)備中并由其執(zhí)行，如下文所述。
[0040]一般而言，圖1的過程控制監(jiān)控系統(tǒng)10可用于監(jiān)控一個或多個過程控制工廠的過程，其中，例如，工作站14中的一個執(zhí)行圖形顯示應(yīng)用程序，該圖形顯示應(yīng)用程序允許操作人員經(jīng)由用戶界面13通過工廠的在空間上的真實圖形表示來監(jiān)控所述過程，并在所述過程工廠的層次結(jié)構(gòu)的上下文中導航到所述過程工廠的表示的不同區(qū)域。在圖1所示的示例性過程控制監(jiān)控系統(tǒng)中，這一圖形顯示應(yīng)用程序30駐留在工作站14中。然而，圖形顯示應(yīng)用程序30可在其它