在過程控制系統(tǒng)中使用的具有縮放特征的圖形過程變量趨勢監(jiān)控的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開一般涉及過程控制系統(tǒng)，更具體地，涉及監(jiān)控過程變量的趨勢以及過程控制工廠的層級的圖形導航。
【背景技術】
[0002]過程工廠(如在化學、石油或其它工業(yè)中所使用的那些)通常包括一個或多個集中的或分散的過程控制器，其經(jīng)由模擬、數(shù)字或組合的模擬/數(shù)字總線與至少一個主機或操作員工作站以及一個或多個過程控制和儀表設備(例如，現(xiàn)場設備)通信地耦合?，F(xiàn)場設備可以是例如閥、閥定位器、開關、發(fā)射器和傳感器(例如，溫度、壓力和流速傳感器)，用于執(zhí)行過程中的功能，例如增加或降低流速以及測量過程參數(shù)。過程控制器接收表示現(xiàn)場設備所做或與其相關聯(lián)的過程測量或過程變量的信號和/或屬于現(xiàn)場設備的其它信息，利用該信息來完成控制例程，并隨后生成通過一條或多條總線或其它通信線發(fā)送到現(xiàn)場設備以控制過程的操作的控制信號。來自現(xiàn)場設備和控制器的信息通?？捎糜诓僮鲉T工作站執(zhí)行的一個或多個應用，以使得操作員能夠執(zhí)行相對于過程的期望的功能，例如查看過程的當前狀態(tài)、修改過程的操作等。作為例子，Emerson Process Management所售賣的DeltaV?控制系統(tǒng)包括存儲于其中并被位于過程工廠中不同位置處的不同設備所執(zhí)行的多個應用。
[0003]雖然典型的過程工廠具有許多過程控制和儀表設備，例如連接到一個或多個過程控制器的閥、發(fā)射器、傳感器等，其執(zhí)行在過程操作期間控制這些設備的軟件，但是還有許多其它對于過程操作必要或相關的支持設備或裝備。這些額外的設備包括例如電力供應裝備、電力生產(chǎn)和分布裝備、存儲槽、加熱器、諸如渦輪的旋轉裝備等等，其位于通常的工廠的各處。雖然該額外的裝備沒有必要創(chuàng)建或使用過程變量，并且在許多情況下，為了影響過程操作而不被過程控制器控制或甚至不耦合到過程控制器，但該裝備對于過程的正確操作仍舊是重要且非常必要的。
[0004]為了管理多個現(xiàn)場設備和多件裝備的相對位置和來自其的信息，位于一個或多個操作員工作站內(nèi)的配置應用使得設計者能夠創(chuàng)建或改變操作員接口，該接口由查看應用用于向操作員顯示數(shù)據(jù)并使得操作員改變過程控制例程中的設置，例如設定點。每個專用控制器以及在一些情況下一個或多個現(xiàn)場設備存儲并執(zhí)行控制器應用，所述應用運行被分配并下載到其上的控制模塊，從而實現(xiàn)實際的過程控制功能?？梢栽谝粋€或多個操作員工作站上運行的查看應用從控制器應用經(jīng)由總線接收數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)顯示給過程控制系統(tǒng)設計者、操作員或使用用戶接口的用戶，并可以提供多個不同視野中的任一種，例如操作員視野、工程師視野、技師視野，等等。數(shù)據(jù)庫應用通常存儲于數(shù)據(jù)庫設備以及由數(shù)據(jù)庫設備執(zhí)行，所述數(shù)據(jù)庫設備收集并存儲跨總線提供的一些或全部數(shù)據(jù)，同時配置數(shù)據(jù)庫應用可以在附接到總線的另一計算機上運行以存儲當前過程控制例程配置及其相關聯(lián)的數(shù)據(jù)?？蛇x地，配置數(shù)據(jù)庫可以位于與配置應用相同的工作站內(nèi)。
[0005]由于在過程控制環(huán)境中使用的現(xiàn)場設備的復雜性和數(shù)量都已經(jīng)增加，所以提供了不同的查看應用(例如，圖形顯示應用)來使得諸如操作員的用戶能夠監(jiān)控過程。例如，圖形顯示應用已經(jīng)被用于使得控制操作員能夠查看過程工廠的當前運作，或者過程工廠的區(qū)域，或者能夠使得維修人員查看過程工廠中的硬件設備的狀態(tài)，以能夠模擬過程工廠等。
[0006]作為例子，一種圖形顯示應用可以使用管路(或過程)和儀表圖(P&ID)，以使得用戶能夠實時監(jiān)控過程工廠的當前運作。P&ID通常包括工廠裝備的圖形表示以及共同形成過程的特定部分的功能平面圖的功能。P&ID內(nèi)的圖形表示通常被準現(xiàn)實地布置，并提供過程控制裝備的更類似生活的布局，從而P&ID內(nèi)的每件裝備的位置在某種意義上反應了過程工廠中實際裝備的布局。例如，圖形顯示應用可以使用P&ID來通過描繪空間表示布局中原油單元(crude unit)的每件裝備而呈現(xiàn)過程工廠中特定區(qū)域內(nèi)的原油單元，其包括若干件裝備，例如加熱器、存儲槽、脫鹽器等。
[0007]另外，P&ID通常允許操作員實時監(jiān)控工廠內(nèi)的參數(shù)(例如過程變量值)，同時提供高度用戶可配置的顯示選項。然而，不幸的是，在P&ID中顯示實時值并不能有效支持檢測這些實時值隨著時間的變化。換句話說，經(jīng)由P&ID顯示實時過程變量值不能使P&ID的用戶容易地檢測或理解正被描繪的實時數(shù)據(jù)內(nèi)的趨勢。實際上，因為P&ID易于在準空間現(xiàn)實顯示器中描繪的裝備所不使用的屏幕空間中塞滿實時值，所以用戶難以看見并理解實時值本身，更不用說所述數(shù)據(jù)內(nèi)的時間趨勢。
[0008]使該問題惡化的是，P&ID開發(fā)者堅信更多的這種數(shù)據(jù)有助于用戶更好地理解過程而在最近更多地試圖設計P&ID顯示器以反映與過程工廠裝備相關聯(lián)的更多細節(jié)或反映更復雜的過程工廠。該創(chuàng)建更復雜的P&ID的推動力已經(jīng)使得開發(fā)者并入以及隨后在P&ID中顯示來自包括更大量裝備和現(xiàn)場設備的日益復雜過程工廠的更多信息。除了操作來在更多圖形雜亂中隱藏實時數(shù)據(jù)外，這些更復雜的P&ID通常包括不一致的布局(從P&ID到P&ID)，使得定位實時參數(shù)值對于必須在多個不同P&ID之間切換的用戶越來越難。實際上，這些近期的趨勢只是惡化了 P&ID內(nèi)的雜亂，其進一步減緩了用戶對過程參數(shù)數(shù)據(jù)做出的搜索。
[0009]結果，利用P&ID監(jiān)控過程的操作員可能會快速在P&ID中呈現(xiàn)的大量信息中丟失焦點，或者因為操作員被呈現(xiàn)了如此大量細節(jié)數(shù)據(jù)而可能錯過在過程中浮現(xiàn)的重要的過程變量趨勢或模式。此外，該巨大量的數(shù)據(jù)尤其在大型復雜過程工廠中是難以看見的，更不用說僅利用P&ID(以及可能的經(jīng)由P&ID可訪問的其它支持圖形或圖，例如過程變量趨勢圖)吸收和理解。結果，操作員可能運用不必要的時間和能力來定位和比較過程變量的當前值與設定點值、期望值等。此外，通過在過程中不更快地檢測或識別問題，例如特定過程變量的惡化條件等，對于校正可能會導致嚴重損壞、財產(chǎn)損失、環(huán)境污染或者甚至死亡的可能失穩(wěn)過程，操作員可能反應慢。當操作員試圖經(jīng)由P&ID監(jiān)控更復雜和/或更大工廠時，這些“恐怖場景”可能更頻繁地發(fā)生。
[0010]另外，在大型復雜過程工廠的P&ID中導航對于操作員可能是困難的。因為過程工廠的層級本質(zhì)和廣大范圍，經(jīng)由P&ID導航到過程工廠的不同部分或區(qū)域將是令人困惑、困難和違反直覺的。取決于控制操作員經(jīng)由P&ID正在查看的過程工廠的表示的當前層級級別或細節(jié)級別，操作員可能不能正確地判定在過程工廠的其他區(qū)域的上下文中視口中顯示的過程工廠的表示內(nèi)的當前位置。在當前P&ID查看實施方式中，當查看在P&ID中特定層級級別處過程工廠的表示的該當前位置或區(qū)域時，為操作員提供有限數(shù)量的超級鏈接以導航通過工廠的表示。包括工廠中的區(qū)域、單元或一件裝備的這些超級鏈接中的一個通常僅表示為文本，并不表明它們相對于工廠中其它區(qū)域或單元的具體位置或層級級別。也就是，在導航超級鏈接和這些超級鏈接所導向的事物之間通常沒有一致的刺激-響應映射，使得經(jīng)驗不足的操作員不能確定何時導航通過一系列的相互連接的P&ID。
[0011]此外，提供給操作員的超級鏈接通常僅用于在當前層級級別中導航，而不提供額外的選項用于貫穿過程工廠的表示中的位置和層級來導航。換句話說，P&ID缺乏這樣的能力:用于操作員“鉆下”到更詳細的層級級別，同時維持過程工廠的整個表示的上下文。例如，如果過程工廠的表示的不同區(qū)域要求操作員立即注意，例如在不同區(qū)域的過程變量導致過程的失穩(wěn)條件，則操作員可能不能確定并隨后導航到在過程工廠中相對于過程工廠的當前位置的不同區(qū)域的位置。結果，操作員可能在時間關鍵事件期間忍受不可預測的導航(例如，嘗試和錯誤點擊等)，這可能導致操作員經(jīng)歷不必要的壓力和挫折而做出差勁的決策。
[0012]類似地，如果操作員成功導航到所識別出的問題的不同區(qū)域的位置，則控制操作員仍需要應付試圖獲得過程控制變量的細節(jié)的正確級別。處于太高的細節(jié)級別，操作員可能在僅查看P&ID時擁有太少的過程控制信息?？蛇x地，在查看多個過程變量趨勢圖時，在試圖比較當前過程變量值與設定點信息時，等等，操作員可能擁有太多細節(jié)。此外，詳細的信息源可能不與P&ID集成，并可能需要控制操作員查看跨多個單獨窗口或屏幕分布的細節(jié)的各種級別的信息。擁有太少或太多細節(jié)將導致控制操作員分別做出不完整的或慢的決策，這可能在重要事件或周期期間引起嚴重的后果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]一種過程控制工廠使用圖形趨勢符號幫助檢測和監(jiān)控在過程控制工廠中的過程變量的趨勢的過程控制監(jiān)控系統(tǒng)。過程控制監(jiān)控系統(tǒng)中的圖形顯示應用可以實現(xiàn)并顯示每個圖形趨勢符號，以圖形化地表明或封裝過程控制工廠中的過程變量的當前趨勢和值信息。特別地，圖形顯示應用可以使用從現(xiàn)場設備收集并存儲于數(shù)據(jù)庫中的過程變量數(shù)據(jù)，來生成被一起顯示而形成圖形趨勢符號的一個或多個圖形元素。每個圖形元素可以表示與圖形趨勢符號相關聯(lián)的過程變量的不同屬性，并可以包括表明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率、過程變量的改變方向、過程變量的變化期望度等。類似地，圖形元素還可以包括圖形值元素，其表明過程變量的當前值信息，例如過程變量距離期望值的幅度、過程變量相對于期望值的位置等。圖形顯示應用可以顯示一起形成圖形趨勢符號的這些圖形元素的一個或多個，并圖形或符號地表明過程變量的當前趨勢或值。此外，圖形顯示應用可以在過程控制工廠的圖形表示中的空間現(xiàn)實位置處顯示圖形趨勢符號，例如P&ID，從而操作員可以快速地用與圖形趨勢符號相關聯(lián)的過程變量的位置(關于圖形表示中的圖形趨勢符號周圍的區(qū)域)定位自己。
[0014]有利地，圖形顯示應用可以顯示過程工廠的圖形表示中的圖形趨勢符號，同時顯示可以向過程工廠的層級結構或每個層級級別(例如，特定區(qū)域、單元、裝備等)的操作員提供與顯示圖像表示相關的上下文的導航窗格。重要地，圖形顯示應用還可以幫助操作員在不同的層級級別中經(jīng)由導航窗格快速導航，以監(jiān)控過程工廠的圖形表示中不同層級級別的上下文中的圖形趨勢符號。特別地，圖形顯示應用可以不斷地且一致地以對于圖形表示而言相同的相對位置顯示導航窗格，從而提供過程工廠的圖形表示中可預測和有效的導航。特別地，圖形顯示應用可以實現(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表示不同的單元、區(qū)域、裝備等，并對應于工廠的圖形表示中所顯示的特定圖形描繪。有利的是，圖形顯示應用在不同類型的選擇區(qū)域中顯示不同類型的選擇器圖標，以用于操作員容易地區(qū)分不同的層級級別和過程工廠中對應的過程變量，同時維持與整個工廠相關的上下文。響應于接收選擇導航窗格內(nèi)特定選擇區(qū)域中的選擇器圖標，圖形顯示應用可以根據(jù)所選擇的選擇器圖標重定位或改變過程工廠的圖形表示的細節(jié)級別。
[0015]在工廠的圖形表示的空間現(xiàn)實視圖中顯示圖形趨勢符號時，圖形顯示應用可以額外地提供與所顯示的圖形趨勢符號相關聯(lián)的詳細的一個或多個過程變量的變化級別的過程變量信息視圖。有利的是，圖形顯示應用可以確定來實現(xiàn)依賴各種因素的變化級別的細節(jié)的一個或多個過程變量信息窗格，所述因素例如屏幕空間、處于關鍵狀態(tài)的過程變量等。圖形顯示應用實現(xiàn)每個窗格，以顯示一個或多個過程變量的不同級別的詳細信息，所述過程變量對應于在圖形表示的當前顯示視圖中所顯示的圖形趨勢符號。例如，圖形顯示應用可以顯示摘要窗格，其可以只包括圖形趨勢符號和與圖形表示一起顯示的一個或多個圖形趨勢符號的過程變量的相關聯(lián)名稱。此外，圖形顯示應用還可以顯示詳細窗格，除了例如在摘要窗格中提供的信息外，其可以包括例如與圖形表示一起顯示的一個或多個圖形趨勢符號的當前過程變量幅度/位置值和期望值比較圖和/或實際執(zhí)行器或值位置。此外，圖形顯示應用可以顯示擴展窗格，除了在例如詳細窗格中提供的信息，其可以包括例如過程變量的歷史圖。重要地，響應于接收選擇圖形表示中的圖形趨勢符號，選擇摘要窗格內(nèi)的對應過程變量視圖，選擇在詳細窗格內(nèi)的對應過程變視圖等，圖形顯示應用可以動態(tài)加亮圖形表示中的圖形趨勢符號以及窗格內(nèi)對應過程變量的所有變化的詳細視圖。
【附圖說明】
[0016]為了更完整地理解本公開，應當參考以下詳細描述和附圖，在附圖中相似的附圖標記識別圖中相似的元素，其中:
[0017]圖1是根據(jù)本公開一個方面的過程控制系統(tǒng)的示意性表示，所述系統(tǒng)具有控制器(或控制元素)，該控制器配置為從多個現(xiàn)場設備經(jīng)由控制器和多個現(xiàn)場設備之間的傳輸通信接收過程變量信息；
[0018]圖2是過程控制工廠的一部分中以及用于過程控制工廠的導航窗格中的示例性原油單元的圖形表示的屏幕截圖；
[0019]圖2A示出了圖2的導航窗格的另一實現(xiàn)方式；
[0020]圖2B示出了包含圖2A的示例性導航按鈕的另一示例性導航窗格；
[0021]圖2C示出了包含圖2A和/或2B的示例性導航按鈕的另一示例性導航窗格；
[0022]圖2D示出了圖2C的示例性導航窗格的另一視圖；
[0023]圖3是用于過程控制工廠的導航窗格的詳細視圖；
[0024]圖4是在過程控制工廠的一部分中以及用于過程控制工廠的導航窗格中的示例性原油單元的圖形表示中的加熱器的加亮圖形表示的屏幕截圖；
[0025]圖5是在過程控制工廠的一部分、導航窗格、摘要窗格以及擴展窗格中的示例性加熱器的圖形表示的屏幕截圖；
[0026]圖6是示例性圖形趨勢符號的視圖；
[0027]圖7是可用于創(chuàng)建圖形趨勢符號的過程變量屬性圖；
[0028]圖7A-D以及圖8-17示出了示例性圖標以表明與對應于圖1的示例性過程控制系統(tǒng)中的組件的過程變量相關聯(lián)的條件、特性、趨勢和/或其它信息；
[0029]圖18是圖5的屏幕截圖的摘要窗格、詳細窗格以及擴展窗格的詳細視圖；
[0030]圖18A示出了圖18的摘要窗格的可選例子；
[0031]圖18B示出了圖18的詳細窗格的可選例子，其包括示例性過程變量圖形以表明比圖18A的示例性圖形更多的信息；
[0032]圖18C示出了圖18的過程變量窗格的可選例子，其包括示例性過程變量圖形以表明比圖18B的示例性圖形更多的信息；
[0033]圖18D以折疊形式(collapsed form)示出了圖18A-18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性事件歷史表；
[0035]圖19是加亮的所選過程變量和所選的過程變量的多個對應的加亮詳細視圖的屏幕截圖；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]本文所描述的可以用于實現(xiàn)和顯示圖形趨勢符號的圖1所示的過程控制監(jiān)控系統(tǒng)10包括過程控制器11，其經(jīng)由網(wǎng)絡總線31 (例如，以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡)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上(其可以是任意類型的個人計算機、工作站等)。每個工作站14可以包括存儲器，用于存儲多個應用(例如包括圖形顯示應用30)并可以通信地與用戶接口 13耦合?？刂破?1還經(jīng)由輸入/輸出(I/O)卡26和28連接到現(xiàn)場設備15-22。數(shù)據(jù)庫12可以是任意期望類型的數(shù)據(jù)收集單元，其具有任意期望類型的存儲器和任意期望或已知的用于存儲數(shù)據(jù)的軟件、硬件或固件。系統(tǒng)10還可以在數(shù)據(jù)庫12中存儲過程變量值或過程變量數(shù)據(jù)，用于生成以及隨后向操作員顯示圖形趨勢符號。在圖1中，控制器11利用硬接線通信網(wǎng)絡和通信方案，或者可選地，無線網(wǎng)絡和無線通信方案，可通信地連接到現(xiàn)場設備15-22上。
[0038]通常，現(xiàn)場設備15-22可以是任意類型的設備，例如傳感器、閥、發(fā)射器、定位器等，而I/o卡26和28可以是符合諸如現(xiàn)場總線協(xié)議、HART協(xié)議、4_20ma模擬協(xié)議等的任意期望通信或控制器協(xié)議的任意類型的I/O設備。在圖1中示出的閥、傳感器以及其它裝備可以是任意期望類型或種類的裝備，例如包括現(xiàn)場總線現(xiàn)場設備、標準4-20ma現(xiàn)場設備、HART現(xiàn)場設備等，并可以以任意期望方式連接到控制器11或受控于控制器11。另外，其它控制器可以經(jīng)由例如以太網(wǎng)通信線31連接到控制器11以及工作站14，來控制與過程工廠16相關聯(lián)的其它設備或區(qū)域，這種額外控制器的操作可以以任意期望或已知的方式與圖1所示的控制器11的操作配合。
[0039]控制器11包括處理器23，其實現(xiàn)或監(jiān)管存儲于存儲器24中的一個或多個過程控制例程(或任意模塊、塊或者其子例程)。一般而言，控制器11與設備15-22、主機計算機14和數(shù)據(jù)庫12通信，以任意期望方式控制過程。此外，控制器11可以利用一般稱作功能塊的組件實現(xiàn)控制戰(zhàn)略或方案，其中，每個功能塊是整體控制例程的對象或其它部分(例如，子例程)，其結合其它功能塊(經(jīng)由稱作鏈路的通信)進行操作以實現(xiàn)過程控制監(jiān)控系統(tǒng)10中的過程控制循環(huán)。功能塊通常執(zhí)行以下功能之一:輸入功能，例如與發(fā)射器、傳感器或其它過程參數(shù)測量設備相關聯(lián)的；控制功能，例如與執(zhí)行PID、模糊邏輯等控制的控制例程相關聯(lián)的；或輸出功能，其控制諸如閥的一些設備的操作，以執(zhí)行過程控制監(jiān)控系統(tǒng)10中的一些物理功能。當然，在本文中存在并可以使用混合和其它類型的功能塊。功能塊可以存儲于控制器11或其它設備中并由其執(zhí)行，如下文所描述的。
[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，在其中，例如，工作站14中的一個執(zhí)行圖形顯示應用，該應用允許