JP5201843B2 - プロセスプラントの管理方法、プロセスプラントの管理システムおよびプロセスコントロールネットワーク - Google Patents

Description

本発明は概してプロセスコントロールネットワークに、より具体的にはプロセスコントロールネットワークの構成および管理に関する。

化学、石油および他の製造および精製プロセスなどの大規模プロセスは、施設内の種々の場所に配置された多数のフィールドデバイスを含んでおり、プロセスパラメータを測定およびコントロールすることによってプロセスのコントロールを実行する。これらのデバイスは例えば、温度、圧力および流量センサーなどのセンサー、ならびにバルブおよびスイッチなどのコントロール要素であってもよい。歴史的に、プロセスコントロール産業は、プロセス内の測定およびコントロールフィールドデバイスを操作するために、レベルおよび圧力ゲージを手動で読み取ったり、バルブホイールを回したりするなどの手動の操作を用いていた。

現在、プロセスのコントロールはしばしば、コマンドおよびデータをハードウェアデバイスに対して送受信して、プロセスの特定の態様またはプロセス全体を全体的にコントロールすることによってプロセスを監視するマイクロプロセッサベースコントローラ、コンピュータまたはワークステーションを使用して実行される。これらのマイクロプロセッサ、コンピュータまたはワークステーションにおいてソフトウェアプログラムによって実現される具体的なプロセスコントロール機能は、ハードウェアの修正を必要とせずに、プログラミングによって個々に設計、修正または変更されてもよい。例えば、エンジニアはプログラムを書き込んで、コントローラにタンクのレベルセンサーから流体レベルを読み取らせ、このタンクレベルを所定の所望レベルと比較させ、読み取ったレベルが所定の所望レベルより低いか高いかに基づいて供給バルブを開閉させてもよい。パラメータは、プロセスの選択されたビューを表示して、選択されたビューを使用してプログラムを修正することによって容易に変更される。エンジニアは一般的に、プロセスのエンジニアのビューを表示および修正することによってパラメータを変更する。

コントローラや、コンピュータやワークステーションは、集中的、かつしばしば複雑なコントローラスキームを記憶および実現して、全コントロールスキームに従ってプロセスパラメータの測定およびコントロールを実行する。しかしながら、通常、実現されるコントロールスキームはフィールドデバイス製造者の専売特許であるため、プロセスコントロールシステムが拡張、アップグレード、再プログラミングおよび／またはサービス提供するのが困難かつ高価であり、これはフィールドデバイスプロバイダーが、これらのアクティビティのいずれかを実行する一体的な方法に関与するようになるはずであるからである。さらに、使用または相互接続可能な機器は、フィールドデバイスの専売特許的性質と、特定のデバイスや、他の販売者によって製造されたデバイスの機能をプロバイダーがサポートしていない場合がある状況とによって制限されることがある。

独占的なフィールドデバイスの使用に固有の問題の一部を克服するために、プロセスコントロール産業は、例えばＨＡＲＴ（商標）、ＤＥ、ＰＲＯＦＩＢＵＳ（商標）、ＷＯＲＬＤＦＩＰ（商標）、ＬＯＮＷＯＲＫＳ（商標）、Ｄｅｖｉｃｅ−Ｎｅｔ（商標）およびＣＡＮプロトコルを含む多数の標準オープン通信プロトコルを開発してきた。これらの標準プロトコルによって異なる製造業者によって製作されたフィールドデバイスは、同一のプロセスコントロール環境内で一緒に使用可能になる。理論的には、これらのプロトコルのうちの１つに準拠する任意のフィールドデバイスは、フィールドデバイスが異なる製造業者によって製作されたとしても、プロセス内で使用されて、プロトコルをサポートするプロセスコントロールシステムや他のコントローラと通信し、これによってコントロールされることが可能である。

コントロール機能を実現するために、各プロセスコントロールデバイスは、１つ以上の基本的なコントロール機能を実行する能力、ならびに標準的なオープンプロトコルを使用して他のプロセスコントロールデバイスと通信する能力を有するマイクロプロセッサを含んでいる。このように、異なるエンジニアによって製作されたフィールドデバイス、およびマイクロプロセッサベースのコントローラやコンピュータがプロセスコントロール機能を実行する。

プロセスコントロール環境において機能を実行、監視、コントロールおよびフィードバックするシステムは一般的に、Ｂａｓｉｃ、ＦｏｒｔｒａｎまたはＣなどのハイレベルコンピュータプログラミング言語で書かれ、かつコンピュータやコントローラ上で実行されるソフトウェアによって実現される。これらのハイレベル言語は、プロセスコントロールプログラミングに対しては効果的であるが、通常は、プロセスエンジニア、メンテナンスエンジニア、コントロールエンジニア、オペレータおよびスーパーバイザーによって使用されず、また理解もされない。連続的な機能ブロックおよびはしご理論などのハイレベルグラフィックディスプレイ言語は、このような人員のために開発されてきた。従って、エンジニア、メンテナンス要員、オペレータ、研究員などの各々は、自らの責務に関してシステムを閲覧することができるプロセスコントロールシステムの要素のグラフィックビューを必要としている。

プロセスコントロールシステムの要素のグラフィックビューは、施設の空間的レイアウトに関係なく提供され、またデバイスおよび機能の論理的接続を示すにすぎない。例えば、プロセスコントロールプログラムはＦｏｒｔｒａｎで書かれ、２つの入力を必要とし、この入力の平均を算出し、この２つの入力の平均に等しい出力値を生成してもよい。このプログラムはＡＶＥＲＡＧＥ機能と称されてもよく、コントロールエンジニアに対するグラフィックディスプレイによって呼び出されて、参照されてもよい。通常のグラフィックディスプレイは、２つの入力と、１つの出力と、ブロックをＡＶＥＲＡＧＥと示すラベルとを有する矩形ブロックからなってもよい。異なるプログラムが、同一機能のグラフィック表示をオペレータに対して作成して、平均値を閲覧するのに使用されてもよい。システムがカスタマーに配信される前に、これらのソフトウェアプログラムは所定のユーザが選択可能な特徴のライブラリーに配置される。プログラムは機能ブロックによって識別される。ユーザは、完全に新しいＦｏｒｔｒａｎのプログラムを開発しなければならないというのではなく、プロセスコントロールソリューションを論理的に定義する際に使用するためにライブラリーから複数の機能ブロックのうちの１つを選択することによって、機能を呼び出して、矩形ボックスによって示されている所定のグラフィック表示を選択して、オペレータやエンジニアなどに対して異なるビューを作成してもよい。例えば、製造業者はプロセスコントロールループ内で相互接続されて、相互に通信し、１つ以上のプロセスコントロール機能やコントロールループを実行することが可能である。異なる製造業者によって製作されたデバイスが相互作用して標準バスを介して相互に通信してプロセス内の集中コントロールを実行できるようにするオープン通信プロトコルの別の例は、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎによるＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコル（以下、「Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコル」）である。Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルは完全ディジタル２線ループプロトコルである。

これらのプロトコルを使用する場合、プロセスコントロールシステムやネットワークの設計と関連した課題は、種々のプロトコルコントロールデバイスの実際の物理的レイアウトおよび相互接続に関する。具体的には、これらのプロトコルの各々は、プロセスコントロールシステムが標準に準拠するように動作しなければならない物理的特徴の値の制約について説明している。これらの制約は、通信セクション全体の電圧低下、スプール長、ケーブル全長、全電流引き込み、および特定のハブ上のプロセスコントロールデバイスの総数を含んでいる。導管、パイプ、ポンプ、モーターおよびバルブならびにコントローラおよびオペレータステーションの物理的配置もまた、プロセスコントロールシステムやネットワークを構成する際に考慮しなければならない制約について説明している。これらの制約の相互関連性は重要であり、制約の値に基づいて可変的である。プロセスコントロールシステムやネットワークが構成されて使用されると、システムの管理は、多くの精製および製造施設の複雑さゆえに面倒であることがある。

コントロールプロセスの実行に加えて、ソフトウェアプログラムもまたプロセスのビューを監視および表示して、特定のプロセスのステータスに関するオペレータのディスプレイやビューの形態でフィードバックを提供する。監視ソフトウェアプログラムもまた、問題が生じるとアラームを知らせる。問題が生じた場合に命令や提案をオペレータに表示するプログラムもある。コントロールプロセスを担っているオペレータは自分の立場からプロセスを閲覧して、問題を迅速に訂正する必要がある。ディスプレイやコンソールは通常、プロセスコントロール機能を実行するマイクロプロセッサベースコントローラやコンピュータと、オペレータとの間のインタフェースとして提供される。

各々が関連機能ブロックによって設計されている１グループの標準機能がコントロールライブラリーに記憶されてもよい。このようなライブラリーを備えている設計者は、特定のタスクを実行するための矩形ボックスによって表された機能ブロックによって選択された種々の機能や要素をコンピュータディスプレイスクリーン上で論理的に相互接続することによって、プロセスコントロールソリューションを設計することができる。マイクロプロセッサやコンピュータは、機能ブロックによって定義された機能や要素の各々を、ライブラリーに記憶されている所定のテンプレートに関連付けており、また設計者が所望の相互接続に従ってプログラム機能や要素の各々を相互に関連付ける。設計者は、精製や製造施設の空間寸法に設計を相関させることなく、所定の機能の論理ビューを使用してプロセスコントロールプログラム全体を設計する。

提供されているグラフィックビューと関連した課題は、論理接続のみが示されることである。現在、施設の物理的レイアウトはプロセスコントロールシステムの構成に関連しておらず、システムの管理時に参照することができない。プロセスコントロールシステムを構成する場合、空間情報はマニュアルで測定されて、ツールに入力されなければならない。プロセスコントロールシステムを管理する場合、デバイスおよびコントローラの物理的配置はマニュアルで判断されなければならず、しばしば、問題を補正したり、プロセスコントロールシステムを管理したりするのに必要な時間がかかることになる。

施設の物理的レイアウトを考慮し、かつシステムのオペレータがプロセスコントロールデバイスおよびコントローラの空間的配置に迅速にアクセスできるようにするプロセスコントロールシステムを構成する方法が必要とされている。

本発明は、施設の空間情報を使用して、該施設内に含まれているプロセスコントロールシステムを構成および管理することを目的としている。該プロセスコントロールシステムは標準プロトコルに準拠してもよい。このようなシステムは好都合なことに、該システムの物理的特徴が標準に準拠することを保証しつつ、プロセスコントロールシステムの効率的な設計および使用を可能にする。加えて、このようなシステムはまた、好都合なことに、より効率的な診断、オンラインデバッグ、アラーム管理およびデバイスメンテナンスを提供する。

該ツールは任意に、該施設の該空間的レイアウトに適用される該プロセスコントロールネットワークのレイアウトの自動生成を提供してもよい。別の実施形態では、該ツールは、該施設の該物理的レイアウトに適用されている該プロセスコントロールネットワークのレイアウトを分析して、該ネットワークの該レイアウトが、Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルなどの標準プロトコルの基準に準拠していることを保証するのに使用される。該ツールは任意に、ネットワークにおけるアクティブアラームを示すためにデバイス表示を点滅させてもよい。

別の実施形態では、該プロセスコントロールネットワークはまず論理接続を使用して構成されて、後に、該構成は該施設の該空間的レイアウトに適用されて、該ネットワークレイアウトに適用された該空間情報を使用して該プロセスコントロールネットワークを管理するために使用される。

別の実施形態では、プロセスコントロール構成および管理システムは、該プロセスコントロールシステムが実現されている施設の空間的レイアウトに関連する複数のデバイスを表す複数の機能ブロックを提供する。該構成および管理システムはまた、該施設の該空間的レイアウトに関連する該複数のデバイスの各々に関するプロセスコントロール情報およびプロセスシミュレーション情報を提供する。このシステムを使用して、ユーザは該機能ブロックに関する１つ以上のパラメータを変更して、該施設の該空間的レイアウトに関連する該機能ブロックに関するシミュレーション情報を生成および閲覧してもよい。

さらに別の実施形態では、該構成および管理システムは、該施設の該空間的レイアウトに関連する該種々のデバイスに関する地理的位置決めデータを提供してもよい。別の実施形態では、該構成および管理システムは該施設の該空間的レイアウトと、種々のデバイスに関する該プロセスコントロール情報と、種々のデバイスに関するプロセスシミュレーション情報とを、３次元フォーマットおよび／またはハンドヘルドデバイスで提供してもよい。

本発明の効果の一例として、本発明のツールは、アナログのみまたはアナログおよびディジタル双方の通信をサポートする２線バスおよびプロトコル以外に依存するプロトコルを含む、他のタイプのフィールドデバイスおよび通信プロトコルを含むプロセスコントロールシステムと併用可能である。従って、例えば、本発明のツールは、既に存在しているか、将来開発されるかもしれないＨＡＲＴやＰＲＯＦＩＢＵＳなどの通信プロトコルや他の通信プロトコルを使用して通信する任意のプロセスコントロールシステムで使用可能である。

本開示の他の適用は、添付の図面と関連して以下の説明を読む場合に当業者に明らかになる。

本発明はより理解されて、この多数の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照して当業者によってなされたものである。

プロセスコントロール環境１００が図１Ａに示されており、ディジタルコントロールシステムやプロセスコントローラなどを実現するためのコントロール環境を示している。プロセスコントロール環境１００は、種々のワークステーションと複数のコントローラ／マルチプレクサ１１０間でデータおよびコントロール信号を転送および受信するためのローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）１０８や他の既知の通信リンクによって電気的に相互接続されているオペレータワークステーション１０２と、ラボワークステーション１０４とエンジニアリングワークステーション１０６とを含んでいる。ワークステーション１０２、１０４および１０６は例えば、ＩＢＭ準拠アークテクチャに従うコンピュータである。ワークステーション１０２、１０４および１０６は、ワークステーションおよび複数のプロセス１１２間を電気的にインタフェース接続する複数のコントローラ／マルチプレクサ１１０にＬＡＮ１０８によって接続されているものとして示されている。複数の種々の実施形態において、ＬＡＮ１０８はコントローラ／マルチプレクサ１１０に直接接続されている単一のワークステーションを含んでおり、あるいはまた、プロセスコントロール環境１００の目的および要件に応じて複数のワークステーション、例えば３つのワークステーション１０２、１０４および１０６と多数のコントローラ／マルチプレクサ１１０とを含んでいる。一部の実施形態では、単一のプロセスコントローラ／マルチプレクサ１１０は複数の異なるプロセス１１２をコントロールし、あるいはまた単一のプロセスの一部をコントロールする。

プロセスコントロール環境１００において、プロセスコントロール戦略が、ソフトウェアコントロールソリューションをエンジニアリングワークステーション１０６に作成することによって、例えばこのソリューションをＬＡＮ１０８を介してオペレータワークステーション１０２、ラボワークステーション１０４およびコントローラ／マルチプレクサ１１０に転送して実行することによって展開される。オペレータワークステーション１０２はインタフェースディスプレイを、コントローラ／マルチプレクサ１１０で実現されるコントロール／モニター戦略に供給して、コントローラ／マルチプレクサ１１０のうちの１つ以上に通信して、プロセス１１２を閲覧し、設計されたソリューションの要件に従ってコントロール属性値を変更する。プロセス１１２は、スマートフィールドデバイスや従来の（非スマート）フィールドデバイスであってもよい１つ以上のフィールドデバイスから形成される。

加えて、オペレータワークステーション１０２はビジュアルおよびオーディオフィードバックを、コントロールされたプロセス１１２のステータスおよび条件に関してオペレータに通信する。エンジニアリングワークステーション１０６はプロセッサ１１６と、ディスプレイ１１５と、キーボードおよびライトペンなどの１つ以上の入力／出力またはユーザインタフェースデバイス１１８とを含んでいる。ワークステーションはまた、揮発性および不揮発性メモリの両方を含むメモリ１１７を含んでいる。メモリ１１７は、プロセスコントロール環境１００のコントロール動作および機能を実現するためにプロセッサ１１６上で実行するコントロールプログラムを含んでいる。メモリ１１７はまた（コントロールスタジオツールとも称される）構成および管理ツール１２０を含んでいる。プロセスコントロール環境１００内のオペレータワークステーション１０２および他のワークステーション（図示せず）は、ディスプレイ（図示せず）およびユーザインタフェースデバイス（図示せず）に電気的に接続されて、ユーザとプロセッサ間の相互作用を可能にする少なくとも１つの中央演算処理装置（図示せず）を含んでいる。

ツール１２０は、プロセスコントロールネットワークを構成して、プロセスコントロールネットワークが所望の標準プロトコル、例えばＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルに対応することを保証するために使用される。ツール１２０はまた、プロセスコントロールネットワークの管理時により効率的なトラブルシューティングおよびメンテナンスを提供するために使用されてもよい。ツール１２０は好ましくは、メモリ１１７に記憶されているソフトウェアであるが、コンピュータ可読媒体に含まれてもよく、エンジニアリングワークステーション１０６のプロセッサ１１６によって実行される。コンピュータ可読媒体はフロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤＲＯＭ、あるいはソフトウェアが記憶可能な任意のタイプの媒体であってもよい。ツール１２０は、プロセス１１２の論理接続のみを示してもよく、あるいは精製または製造施設のレイアウトの空間特徴を組み込む物理的接続を含んでもよい、エンジニアリングワークステーション１０６のディスプレイ１１５上に提供されるスクリーン表示を可能にする。

本発明のツールが、Ｆｉｅｌｄｂｕｓデバイスを使用するプロセスコントロールシステムに関連して詳細に説明されているが、本発明のツールは、アナログのみまたはアナログおよびディジタル双方の通信をサポートする２線バスおよびプロトコル以外に依存するプロトコルを含む、他のタイプのフィールドデバイスおよび通信プロトコルを含むプロセスコントロールシステムと併用可能である点に注目すべきである。従って、例えば、本発明のツールは、既に存在しているか、将来開発されるかもしれないＨＡＲＴやＰＲＯＦＩＢＵＳなどの通信プロトコルや他の通信プロトコルを使用して通信する任意のプロセスコントロールシステムで使用可能である。

このプロトコルに従って構成されたＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルのフィールドデバイスについての一般的説明、Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルを実現するプロセスコントロール環境で通信が生じる方法、およびＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルで必要とされる値の例示的制約が提供される。しかしながら、Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルは当業界で既知であり、とりわけＡｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａにある非営利組織Ｆｉｅｌｄｂｕｓ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎから公開、配信されかつ使用可能な多数の記事、バウチャーおよび仕様書に詳細に説明されている点が理解されるべきである。とりわけ、Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルで必要とされる値の制約を含むＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルは「Ｗｉｒｉｎｇ ａｎｄ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ３１．２５Ｋｂｉｔｓ／ｓｅｃ．Ｖｏｌｔａｇｅ Ｍｏｄｅ Ｗｉｒｅ Ｍｅｄｉｕｍ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｇｕｉｄｅ」Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ，１９９６に詳細に説明されている。

一般的に、Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルは、器具類やプロセスコントロール環境内に含まれているセンサー、アクチュエーター、コントローラ、バルブなどのプロセスコントロール機器を相互接続する２線ループまたはバスへの標準的な物理的インタフェースを提供するディジタルのシリアル２線通信プロトコルである。Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルは実際、プロセス内のフィールド器具（フィールドデバイス）用のローカルエリアネットワークを提供しており、これによってこれらのデバイスは、プロセス全体に分散された場所でコントロール機能を実行して、コントロール戦略全体を実現するこれらのコントロール機能の実行の前後に相互に通信することができる。Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルによってコントロール機能はプロセスコントロールネットワーク全体に分散可能であるため、プロトコルは集中プロセスコントローラの複雑性を削減したり、この必要性を全体的に排除したりする。しかしながら、システムの分散性質は、システムを管理して、システムをトラブルシューティングおよび管理する際の問題のデバイスの物理的位置を判断する場合の複雑さを増す。

Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルは、デバイス記述および機能ブロックを介して通信することによって、フィールドデバイスおよびプロセスコントロールシステム全体の管理を可能にする。フィールドデバイスは、デバイスの性能および状態を監視するプロセッサを有する送信機およびバルブなどのフィールド器具である。デバイス記述は、このデバイスのドライバに類似している。フィールドデバイスについて、デバイス記述は較正手順と、パラメータ手順と、コントロールシステムがフィールドデバイスと通信するのに必要な情報とを含んでいる。フィールドデバイスはコントロールシステムに標準動作パラメータを通知し、これは自己診断的であり、また器具などのデバイスの問題を較正からコントロールシステムに報告することができる。各フィールドデバイスは一意の物理的デバイスタグおよび対応するネットワークアドレスを有している。

フィールドデバイスを管理するために、ポートおよび通信統計を取得する、フィールドデバイスのステータスを取得する、リソース構成およびパラメータを閲覧および変更する、フィールドデバイスのマスターリセットや自己テストを開始する、センサーのステータスを表示する、およびセンサーを上、下およびゼロトリムに変更することを含む多くのタイプの通信が使用可能である。空間情報に上記管理通信を提供することによって、プロセスコントロールシステムの管理特徴はより効率的になり、より使用しやすくなる。

図１Ｂを参照すると、Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルに準拠する図１Ａのプロセスコントロールネットワーク１００のコントローラ／マルチプレクサおよびプロセス部分が示されている。ネットワークは、バス１４２を介して、複数のフィールドデバイスからなる１つ以上のプロセス１１２に結合されているコントローラ／マルチプレクサ１１０を含んでいる。バス１４２は、対応する長さならびに他の特徴を有する複数のセクションやセグメントを含んでいる。バス１４２はまた、しばしば「れんが（ｂｒｉｃｋｓ）」と称される１つ以上のジャンクションボックス１４４（ＪＢ１、ＪＢ２、ＪＢ３）を含んでもよい。各ジャンクションボックス１４４は１つ以上のバスデバイス１４６およびバス１４２に結合されてもよい。コントローラ／マルチプレクサ１１０はまた少なくとも１つの電源１４８に結合される。図１ｂに示されているネットワークは例示にすぎず、プロセスコントロールネットワークがＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルを使用して構成可能な多数の方法がある。

プロセスコントロールネットワーク１００は、特定の通信セクションのスプール長、バスの全長、特定のジャンクションボックスに結合されているプロセスコントロールデバイスの総数、および精製または製造施設のレイアウトに対するコントローラおよびデバイスの物理的配置などの多数の空間的特徴を含んでいる。これらの空間的特徴は、施設の物理的レイアウトに関する空間情報を使用して、システムの構成時に自動的に測定および算出されてもよい。プロセスコントロールネットワーク１００はまた、通信セクション全体の電圧低下、セグメントの全電流引き込み、およびシステムにおけるデバイスタイプなどの多数の非空間的特徴を含んでいる。これらの非空間的特徴は、システムを構成する際にユーザによって提供される。ツール１２０はこれらの特徴を分析して、プロセスコントロールネットワークが所望の標準プロトコルに対応しているか否かを判断する。

プロセスコントロールシステムの構成が完成されると、施設におけるシステムの空間的レイアウトを定義するデータを含むツール１２０が、ワークステーション１０２、１０４または１０６のいずれかを使用してプロセスコントロールシステムを管理するために使用可能である。プロセスコントロールシステムを管理する機能は、診断、オンラインデバッグ、アラームモニタリングおよびデバイスメンテナンスなどの機能を含んでいる。診断およびアラームモニタリング時に、バルブや他のデバイスが故障した場合、ディスプレイデバイスのスクリーン上のデバイスの表示が施設の空間ビューで点滅して、発見が容易である。デバイスのタグ名ならびにデバイスの空間的位置は、バルブや他のデバイスを識別するために使用可能である。オンラインデバッグ時に、機能ブロックにおけるコネクタおよび属性の値は施設の空間ビューに示されることが可能であり、これによってユーザはシステムの現在の条件をより容易に確認することができる。デバイスメンテナンス時には、空間ビューにおいてデバイスを選択することによって、電流レートや最近のメンテナンス記録などの、デバイスに関する現在の条件および情報が取得可能である。

プロセスコントロール環境１００は、図２に示されている構成モデルまたは構成実装２１０と、管理またはランタイムモデルの実装２２０で存在する。構成実装２１０では、プロセスコントロール環境１００内のコンポーネントデバイス、オブジェクト、相互接続および相互関連性が定義されて、施設の物理的レイアウトに関する空間情報に関連している。ランタイム実装２２０において、種々のコンポーネントデバイス、オブジェクト、相互接続および相互関連性の操作が実行される。構成実装２１０およびランタイム実装２２０はＡＳＣＩＩベースダウンロード言語によって相互接続されている。ダウンロード言語は、ユーザによって供給された定義に従ってシステムオブジェクトを作成し、また供給された定義からインスタンスを作成する。定義のダウンロードに加えて、ダウンロード言語はまたインスタンスおよびインスタンス値をアップロードする。構成実装２１０は、インストール手順を使用してランタイム実装２２０を実行するために起動される。

プロセスコントロール環境１００は複数のサブシステムを含んでおり、このサブシステムのうちのいくつかは構成およびランタイム実装の両方を有している。例えば、プロセスグラフィックサブシステム２３０は、プロセスコントロール環境１００のアーキテクチャにインタフェース接続しているユーザ定義ビューおよびオペレータを供給する。プロセスグラフィックサブシステム２３０はプロセスグラフィックエディター２３２と、構成実装２１０の一部と、プロセスグラフィックビューアー２３４と、ランタイム実装２２０の一部とを有している。プロセスグラフィックエディター２３２は、ダウンロード言語のインターサブシステムインタフェース２３６によってプロセスグラフィックビューアー２３４に接続されている。プロセスコントロール環境１００はまた、コントロールモジュールおよび機器モジュールを定義／モジュールエディター２４２に構成およびインストールし、かつコントロールモジュールおよび機器モジュールをランタイムコントローラ２４４で実行するコントロールサブシステム２４０を含んでいる。定義／モジュールエディター２４２は構成実装２１０内で作動し、ランタイムコントローラ２４４はランタイム実装２２０内で作動して連続的なシーケンスコントロール機能を供給する。定義／モジュールエディター２４２は、ダウンロード言語のインターサブシステムインタフェース２４６によってランタイムコントローラ２４４に接続されている。複数のサブシステムはサブシステムインタフェース２５０によって相互接続される。

構成実装２１０およびランタイム実装２２０はマスターデータベース２６０にインタフェース接続して、共通のデータ構造へのアクセスをサポートする。種々のローカル（非マスター）データベース２６２はマスターデータベース２６０にインタフェース接続して、例えばユーザによって命令されるように構成データをマスターデータベース２６０からローカルデータベース２６２に転送する。マスターデータベース２６０の一部は永続データベース２７０である。永続データベース２７０は、時間を越えることによって、データベースの作成者がもはや存在しなくなった後も存在し続け、また空間を越えることによってデータベースが、データベースが作成されたアドレス空間とは異なるアドレス空間に対して除去可能なオブジェクトである。構成実装２１０全体が永続データベース２７０に記憶されている。

ランタイム実装２２０は永続データベース２７０およびローカルデータベース２６２にインタフェース接続して、構成実装２１０によって形成されたデータ構造にアクセスする。とりわけ、ランタイム実装２２０は、ローカルデータベース２６２および永続データベース２７０から選択された機器モジュールおよびディスプレイなどを取り出す。ランタイム実装２２０は他のサブシステムにインタフェース接続して定義をインストールすることによって、定義がすでに存在していない場合にインスタンス作成するために使用されるオブジェクトをインストールして、ランタイムインスタンスをインスタンス作成して、また種々のソースから宛先オブジェクトに情報を転送することができる。

図３を参照すると、ツール１２０の動作を示すフロー図が示されている。ツール１２０の異なるステップは、ＷＩＮＤＯＷＳ(登録商標)オペレーティングシステムで実行する種々のプログラムに存在するような「Ｗｉｚａｒｄ」機能性に従って作動する。各ステップが完了した後、ユーザは「次へ」ボタンなどを起動することによって次のステップに移行する。ユーザが進みたくない場合は、ユーザは、「終了」ボタンなどを起動することによってツールを終了することができる。

ステップ３１０では、ユーザはツールに、プロセスコントロールネットワークの非空間的特徴に関する情報を提供する。この情報は、カスタマー、使用されているデバイス、較正データ、タグ名、ケーブルタイプ、電源特徴およびカード、セグメント、およびジャンクション構成情報などの情報を含んでいる。カスタマー情報はカスタマーの名前、会社の名前、ネットワークがある施設の場所、ツールを提供する代表者の名前、および代表者への連絡員の名前を含んでもよい。カード構成情報はユーザに、使用されているカードのタイプと、プロセスコントロールネットワーク１００を分析するのに使用される操作についての情報を提供してもよい。セグメント構成情報は、電源の電圧と、（ケーブル内で使用されるワイヤのゲージならびにケーブルの特徴に関する情報を含む）ケーブルタイプとを含んでもよい。ジャンクション構成情報は、スプールケーブルタイプと、ジャンクションボックスに結合されている器具のタイプとを含む、ジャンクションに結合されているデバイスと、ジャンクションへの結合の構成方法とに関する情報を含んでもよい。好ましい実施形態では、器具はＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルに準拠するデバイスである。ユーザは任意で、識別タグを器具に割り当ててもよい。

カードを構成するために、ユーザは使用可能なコントローラカードのリストからコントローラカードを選択する。カードが選択されると、選択されたコントローラカードについての適切な情報がツールに提供可能である。本質的には、コントローラカードを選択することによって、ユーザはネットワークのセグメントを構成する。好ましい実施形態では、各コントローラカードは２つのセグメントをコントロールすることがある。しかしながら、コントローラカードに応じて、多少のセグメントがコントローラカードにコントロールされてもよい。セグメントが構成されている間、ユーザは、ツール１２０に提供されている情報の概要にアクセスしてもよい。

ステップ３２０において、ユーザは、施設に関する空間情報をツールに提供する。とりわけ、フロア平面サイズ、器具のタイプ、サイズおよび場所、およびワイヤーフレーム表示を含む施設の物理的レイアウトが提供される。この情報はユーザによってツールに提供されたり、３Ｄツールキット、例えばＴＧＳのＯｐｅｎ Ｉｎｖｅｎｔｏｒなどの別のツールからインポートされたりしてもよい。

ステップ３３０では、機能ブロックが作成および起動される。Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルにおいて、機能ブロックはシステム挙動のコントロールを提供し、較正手順、パラメータ手順および通信手順などの機能を含むことができる。各Ｆｉｅｌｄｂｕｓデバイスは複数の機能ブロックを有することがある。ブロックの配列および相互接続がＦｉｅｌｄｂｕｓデバイスの機能を決定する。

ステップ３４０において、プロセスコントロールシステムの物理的レイアウトが施設のレイアウトに関する空間情報に適用される。機能ブロックおよびデバイスは、通常ワイヤーフレームと施設における他のデバイスの配線とに続いて一緒に配線される。レイアウトはユーザによって手動で実行されてもよく、あるいはツール１２０はプロセスコントロールシステムの物理的レイアウトを自動的に生成してもよい。コントローラからジャンクションへ、またはジャンクションから別のジャンクションへのケーブルのセグメント長およびスプール長などの情報は、精製または製造施設の空間的レイアウトから自動的に生成および算出されてもよい。別の実施形態では、機能ブロックおよびデバイスの接続はまず論理的に接続可能であり、後に施設に関する空間情報に適用可能である。

ステップ３５０において、プロセスコントロールシステムの構成が、選択されたプロトコルの要件に従うようにチェックされる。セグメントのスプール長のすべては、スプール長が標準プロトコルで定義されたような所定のスプール長を超えないことを保証するためにチェックされる。スプール長はセグメントの（セグメント当たりの）器具数によって制限される。つまり、器具数が少ないほど、セグメントあたりの可能なスプール長は長くなる。セグメント当たりのデバイス数はまた、デバイス数が所定のデバイス数を超えないことを保証するためにチェックされる。可能なデバイス数は、プロセスコントロールネットワークによって使用されるコントローラに基づいて変化してもよい。好ましい実施形態では、コントローラによって１６個のデバイスがセグメントごとにバスに結合可能である。しかしながら、本Ｆｉｅｌｄｂｕｓ標準によって最大３２個のデバイスがセグメントごとにバスに結合可能になる。セグメント当たりの全電流引き込みは、電流引き込みが標準プロトコルによって許容される最大電流引き込みを超えないことを保証するためにチェックされる。好ましい実施形態では、可能な最大電流引き込みは３７５ｍＡｍｐｓ／セグメントである。（スプール長を含む）セグメントケーブル全長は、この長さがプロトコル標準によって許可されている最大セグメント長を超えないことを保証するためにチェックされる。好ましい実施形態では、可能な最大セグメント長は６２３２フィート、つまり１９００メートルである。セグメント当たりの最小電圧は、プロセスコントロールネットワークに結合される任意のデバイスの電圧が標準プロトコルによって説明される電圧以上であることを保証するためにチェックされる。好ましい実施形態では、この電圧は１２．５ボルトである。値のうちの１つ以上がプロトコルによって定義された限度内でない場合、ユーザはステップ３４０に戻って、プロセスコントロールネットワークの構成を修正してもよい。

プロセスコントロールネットワークが構成されると、ユーザは、供給されている非空間および空間情報を利用してプロセスコントロールシステムの管理を開始可能である（ステップ３６０）。フィールドデバイスを管理するために、ポートおよび通信統計の取得、フィールドデバイスのステータスの取得、リソース構成およびパラメータの閲覧および変更、フィールドデバイスのマスターリセットまたは自己テストの開始、センサーのステータスの表示、およびセンサーの上、下およびゼロトリムへの変更を含む多数のタイプの通信が使用可能である。空間情報に上記管理通信を提供することによって、プロセスコントロールシステムの管理特徴はより効率的であり、より使用しやすい。

施設に関する空間情報は、３次元壁、デバイス、ワークステーションなどを含めて完全に３次元である可能性がある。施設に関する空間情報はまた、プロセスコントロールシステムの構成がマッピングされている施設の２次元ブルーポイントであっても、あるいはユーザアプリケーションに適合するような２次元および３次元の組み合わせであってもよい。

他の実施形態では、ツールはユーザに、プロセスコントロールネットワーク設計用材料の請求書の取得方法を提供してもよい。ツールはまた、施設の物理的レイアウト内のプロセスコントロールシステムのレイアウトを自動的に提供して、プロトコル要件が満たされていることを保証してもよい。別の実施形態では、ユーザは、施設の空間情報を提供せずにシステムを構成可能であり、また後にプロセスコントロールシステムの管理に使用するために空間情報を追加可能である。機能は特定のイベント順序を有していると説明されているが、情報が提供されたりステップが完了されたりする順序は本発明の範囲内であることが認識されるであろう。

図４を参照すると、プロセスコントロールシステムの論理接続を使用するツールの構成部分のスクリーン表示がツール１２０のメインコントロールウィンドウに示されている。ツール１２０のスクリーン表示はテキストプルダウンメニュー４０２と、絵文字メニュー４０４と、ステンシル部分表示４０６と、図面部分スクリーン表示４０８とを含んでいる。ステンシルアイテム４２０はステンシル部分表示４０６内に表示される。プロセスコントロール環境設計のユーザの図面は図面部分スクリーン表示に提供される。プロセスコントロール設計環境のこの図面はプロセスコントロール環境ビューと称される。メインウィンドウにおける表示の各々は、既知のウィンドウ技術に従ってユーザによって再サイズ設定および再配置可能である。ツール１２０は、２次元ディスプレイ内の座標を含む永続オブジェクトデータならびにスタイルおよび他の情報を維持することによって、メインウィンドウのペインの場所およびサイズを追跡する。

論理接続を使用してプロセスコントロール環境を設計する場合、ユーザはステンシル部分表示４０６からステンシルアイテムを単に起動して、起動されたステンシルアイテムを図面部分スクリーン表示４０８内の所望の場所にドラッグして、起動されたステンシルアイテムを所望の場所にドロップする。コントロールスタジオオブジェクトシステム１３０は次いで、図面がプロセスコントロール環境を構成するのに必要な情報のすべてによってオブジェクトを作成できるようにする図面アイテムを作成する。ステンシルアイテムは、プロセスコントロール環境を構成するために図面に関する必要情報のすべてを含んでいるオブジェクトであり、プロセスコントロール環境設計が図面部分内で完了されると、この設計はプロセスコントロール環境の適切な部分に直接ダウンロードされてもよい。

図４および図５Ａ乃至５Ｃを参照すると、プロセスコントロールシステムのレイアウトの施設の空間情報を使用するツールの空間的レイアウト部分のスクリーン表示が示されている。ツールは、プロセスコントロールシステムの空間的レイアウトの異なる角度および大きさの閲覧を提供する。表示はグレースケールまたはカラーであってもよい。スクリーン表示は、図面部分スクリーン表示ウィンドウ４０８と同様にツール１２０のウィンドウ内に含まれてもよい。しかしながら、他の空間情報呈示方法も本発明の範囲内である。

施設の空間情報を使用してプロセスコントロール環境を設計する場合、ユーザは、施設の物理的レイアウトをインポートするか、ツール１２０のメインコントロールウィンドウの図面部分にレイアウトを作成するかのいずれかによって開始する。フィールドデバイスや機能を追加するためには、ユーザはステンシル部分表示４０８からステンシルアイテムを単に起動して、起動されたステンシルアイテムを図面部分スクリーン表示４０８内の施設の空間表示における所望の場所にドラッグして、起動されたステンシルアイテムを所望の場所にドロップする。機能の矩形表示と同様に、ステンシルアイテムは、バルブ、ポンプ、タンク、パイプなどの精製または製造施設に見られるアイテムの３次元表示を含んでいる。コントロールスタジオオブジェクトシステム１３０の空間部分は次いで、施設の空間的レイアウト内にプロセスコントロール環境を構成するのに必要な情報によって図面アイテムを生成する。ステンシルアイテムは、施設の空間的レイアウト内にプロセスコントロール環境を構成するための図面に関する必要情報のすべてを含むオブジェクトであり、プロセスコントロール環境設計が図面部分内で完了される場合、この設計は、コントロールスタジオオブジェクトシステムの空間部分を含むプロセスコントロール環境の適切な部分に直接ダウンロードされてもよい。

再度図５Ａ乃至５Ｃを参照すると、空間ビューにおける施設の物理的レイアウトの一例を含む空間スクリーン表示４５２乃至４５６の例が示されている。より具体的には、図５Ａは、施設の概略図に対して施設の物理的レイアウトの表示４５２を示している。空間表示はさらに、プロセスコントロール環境の種々のコンポーネントの物理的かつ論理的表示を含んでいる。従って、ユーザは好都合なことに、施設の概略図に重畳されたプロセスコントロール環境の種々のコンポーネントの物理的配置を閲覧できる。図５Ｂおよび５Ｃは、図５Ａの図面表示の一部の拡大かつ回転されたビュー４５４乃至４５６を示している。図５Ｂ乃至５Ｃは従って、ユーザが図５Ａに示されたような図面表示の部分にアクセスして、プロセスコントロール環境の特定の部分のより良好なビューを取得可能な方法の例を示している。空間的表示は必ずしも概略ビューに重畳される必要はないことが認識されるであろう。

プロセスコントロール環境１００の代替実施形態では、図５Ａ乃至５Ｃに示された空間的レイアウト４５２乃至４５６は種々のコントロールシステム要素のブロック表示と結合されてもよい。例えば、プロセスコントロール環境の実現において、プロセスのブロック表示は、ユーザにプロセス環境のより良好な理解を提供するために空間的レイアウト４５２乃至４５６のうちの１つに重畳されてもよい。さらに、プロセスのシミュレーション表示もまたこのような空間的レイアウトに重畳されてもよい。

図６はプロセスコントロール環境４６０のこのような代替実現を示している。プロセスコントロール環境４６０は、図１Ａに示されたプロセスコントロール環境１００のプロセス要素に類似の多数の要素を含む点に注目する。しかしながら、プロセスコントロール環境４６０は、ＬＡＮ１０８に通信可能に接続されたポータブルコンピューティングデバイス４６２をさらに含んでいる。ポータブルコンピューティングデバイス４６２は例えば、ハンドヘルドデバイス、装着可能なコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）などであってもよい。実現において、ポータブルコンピューティングデバイス４６２はＬＡＮ１０８に無線接続されてもよい。

ポータブルコンピューティングデバイス４６２は、プロセスの空間的レイアウト４５２乃至４５６に伴ってプロセスプラントのグラフィック表示を呈示するために使用されてもよい。ポータブルコンピューティングデバイス４６２を使用してプロセスプラントのグラフィック表示を閲覧することによってユーザは、プラントにおける種々の場所を移動しながらプラントオペレータと通信することができる。フィールドのユーザはこのようなポータブルコンピューティングデバイス４６２を使用して、空間的レイアウト４５２乃至４５６に関連するプラントのグラフィック表示を閲覧しながらプラントオペレータと共働可能である。このような状況では、フィールドのユーザは、メンテナンスや更新などが必要な機器やプロセスに関するより多くの情報を取得するために、プロセスコントロール情報と、プロセスシミュレーション情報と、プロセスの３次元可視化と、プラントの空間的レイアウト４５２乃至４５６との組み合わせを利用してもよい。

次に図６を参照すると、ポータブルコンピューティングデバイス４６２はプロセッサ４６４と、メモリ４６６と、ディスプレイ４６８と、キーボード、ライトペン、マイクなどの１つ以上の入力／出力またはユーザインタフェースデバイス４７０と、無線通信機４７２とを含んでいる。メモリ４６６は揮発性および／または不揮発性メモリのいずれかであってもよく、プロセッサ４６４上で実行してもよい多数のプログラムと、このプログラムによって使用されてもよい１つ以上データベースなどを含んでいる。

例えば、実現において、メモリ４６４は、プロセスのブロック表示、空間的レイアウト４５２乃至４５６、プロセスのシミュレーション表示などを生成するグラフィック生成／記憶プログラム４７４を含んでいる。グラフィック生成／記憶プログラム４７４はこのようなグラフィックの組み合わせをディスプレイ４６８に呈示してもよい。メモリ４６６はまた、プロセスの種々の要素に関するシミュレーション情報を生成してもよいプロセスシミュレータープログラム４７８を含んでもよい。メモリ４６６に記憶されているグラフィックディスプレイエディター４８０によってユーザは、ディスプレイ４６８上のプロセスのブロック表示への変更をすることができる。

ポータブルコンピューティングデバイス４６２の実現はまた、プロセスプラントの種々のセクションに関連してポータブルコンピューティングデバイス４６２の地理的位置をユーザが判断できるようにする地理的位置決めシステム４８２を含んでもよい。加えて、ユーザが、プラントのプロセスおよび空間的レイアウト４５２乃至４５６のグラフィック表示を閲覧するためにポータブルデバイスを使用している場合、ユーザは、プラントの種々のセクションと関連するポータブルコンピューティングデバイス４６２の位置や、プロセスプラントにおけるユーザの場所と関連する種々のデバイスの位置などを判断するための地理的位置決め性能を使用してもよい。このような性能によってユーザは、自分の瞬時の注意を必要とすることがあるプロセスデバイスにより容易にアクセスすることができるようになる。

代替実施形態では、地理的位置決めデバイスはプロセスプラントにおける１つ以上の場所に組み込まれてもよく、またプロセスプラントの種々のパーツや、プラントにおける種々のデバイスなどの地理的位置に関する情報は、プロセスプラントの空間的レイアウト４５２乃至４５６を組み込んでもよい。

図７Ａは、プロセス要素の例示的グラフィック表示５００を示しており、これは空間的レイアウト４５２乃至４５６のスクリーン表示に伴ってプロセスプラント内のプロセスをシミュレーションし、かつこのようなシミュレーションを呈示するために使用されてもよい。グラフィック表示５００は、グラフィック生成／記憶プログラム４７４によって生成されて、メモリ４６６に記憶されてもよい。グラフィック表示５００はリサイクルタンク５０２と、入力コントロールバルブ５０４と、出力コントロールバルブ５０６および５０８とを描いている。当業者は、ポンプ、ヒーター、ミキサーなどの多数の他の要素もまたグラフィック表示５００に呈示されてもよいことを認識するであろう。

グラフィック表示５００はプロセスシミュレーションおよび／またはオペレータートレーニング目的で、空間的レイアウト４５２乃至４５６およびプロセスコントロール環境のブロック表示と結合されてもよい。とりわけ、プロセス要素のこのようなグラフィック表示は、プラント機器、プラントオペレーション、プラントの条件、機器アラートの場所、メンテナンスリクエストなどのよりリアルな可視化をユーザに提供するために３次元の空間的レイアウトと結合されてもよい。

施設の空間的レイアウトに伴ってプロセスシミュレーションを呈示することによって、プラントを操作および診断し、プラント条件およびプラントプロセスのオペレータの意識を増大させ、プラントに問題が生じている場所のよりリアルな可視化と異常な状況の防止とを結合することによってプラントのシャットダウンを削減し、プロジェクトエンジニアリングの効率を増大させ、オペレータートレーニングを改善し、シミュレーションアプリケーションの有効性を向上させるなどの、プラントオペレータの全性能を改善する。

次に図７Ａを参照すると、配管、ダクト、コンベヤー、ワイヤなどを介するグラフィック要素５０２乃至５０８の接続もまた示されることがある。図７Ａに示されているように、リサイクルタンク５０２はパイプを介してバルブ５０４乃至５０８に接続されている。図７Ａは、入力バルブ５０４がリサイクルタンクへの補給流体の流れをコントロールし、入力バルブ５０６がリサイクルされる流体の流れをコントロールするのに対して、出力バルブ５０８が反応器への流体の流れをコントロールすることを示している。さらにまた、グラフィック表示５００はまた、種々の要素に関する動的値、種々のプロセス特徴の測定、ならびに要素に関するメンテナンス情報、要素に関するシミュレーション情報などの他のソースからのデータを示してもよい。

例えば、リサイクルタンク５０２に関するプロセス情報は、リサイクルタンク５０２が実行中の動作、リサイクルタンク５０２の接続方法、リサイクルタンク５０２内で生じている事柄などの貴重な情報を提供することがある。グラフィック表示５００はまた、リサイクルタンク５０２内部の流体に関する組成算出、質量バランス、エネルギーバランス、カスタム算出などを含むリサイクルタンク５０２に関する１つ以上の動的シミュレーション値を示すこともある。このような動的シミュレーション情報は、動作環境のユーザの選択に応答して変更されて、可視化されてもよい。例えば、リサイクルタンク５０２に関するシミュレーション情報が表示される場合に、ユーザはオフラインシミュレーション環境を選択してもよい。あるいはまた、リサイクルタンク５０２に関する実際のプロセス情報がグラフィック表示で表示される場合にユーザはオンライン環境を選択してもよい。図７Ｂは、リサイクルタンク５０２に関する種々のプロセスパラメータと関連プロセス要素とを示す例示的オンライン表示を示している。

グラフィック表示５００の一実施形態において、さらなる要素がグラフィック層の形態で追加されてもよい。例えば、インストラクター層がグラフィック表示５００に追加されて、種々のトレーニング関連情報を示してもよい。図７Ｃは、追加層の情報が示されている「インストラクター」特権を有するユーザの例示的オフライン表示を示している。このようなオフライン表示において、インストラクターが手動バルブなどのグラフィック要素を選択すると、フェースプレート５２０が呈示されて、インストラクターは選択された要素に変更することができる。例えば、フェースプレート５２０は、フェースプレート５２０によってコントロールされている手動バルブを開閉するために使用されてもよいコントロールノブ５２２を含んでもよい。

このようなオフライン環境において、インストラクター層はまた、ユーザが、フェースプレート５２０を使用して要素の挙動を変化させ、このような挙動変化に応答して、種々の要素に関連するパラメータの変化に関する詳細な表示を呈示することができるようにする。例えば、インストラクターは、特定の要素においてプロセスに外乱を加え、測定値をバイアスし、測定値に雑音を加え、測定値を固定値に変更し、測定ステータスなどを変更し、オフライングラフィック表示での種々の要素に関するパラメータのこのような変化への応答を観察することを許可されてもよい。

オンラインコントロールシステムにおいて、システムの外部と共働するように設計されているコントロール論理がしばしば存在し、システムのこのような外部はしばしば、オフライン環境に含まれているコントロール戦略とは別個に実行しているコントロール戦略を有している。このような外部システムと関連した任意のローカルコントロール論理はまた、このような外部コントロール論理を、グラフィック表示５００に示されたプロセスコントロール要素と関連図けることによってオフラインシミュレーション呈示に含まれてもよい。例えば、入力バルブ５０４をコントロールする別個のコントロール戦略があってもよく、ローカルコントロール戦略は、外部コントロール戦略から設定または読み取り値を提供することによって入力バルブ５０４と相互作用することがある。オフライン実行時に、入力バルブ５０４をコントロールしていたコントロール戦略はもはや存在しない。入力バルブ５０４を含むプロセスをシミュレーションする際、ユーザは入力バルブ５０４のシミュレーションと直接共働可能であり、またこのような場合ユーザは外部コントロール戦略について懸念する必要はない。

ツール１２０の実現は、グラフィックディスプレイの作成をサポートするための多数のディスプレイパレットを有しているグラフィックディスプレイエディターを含んでもよい。このようなグラフィックディスプレイエディターは、メモリ４６６に記憶されているグラフィックディスプレイエディター４８０に実現されてもよい。ユーザは異なる要素ならびにこのような要素に添付されている種々の特性をパレットから選択して、プロセスプラントのオンライングラフィック表示やオフライングラフィック表示を編集してもよい。後に、このようなグラフィック表示はプロセスプラント施設レイアウトの３次元表示に重畳されてもよい。

グラフィックディスプレイエディター４８０は、ＰＩＤ（比例積分微分）機能ブロック、セットポイント機能ブロック、プロセス変数機能ブロックなどのコントロールおよび算出で使用される機能ブロックから情報にアクセスするための要素を含む算出／コントロールパレットを含んでもよい。特性／測定パレットは、種々のプロセス機器および接続と関連したフィールド測定およびシミュレート特性にアクセス／特定するために使用される要素を含んでもよい。アクチュエーターパレットは、プロセスストリームを設定または調整するために使用されるフィールドデバイスを表す要素を含んでもよい。処理パレットは種々の共通プロセス機器を表す要素を含んでもよい。さらに、カスタムパレットは、特定のプロセスに固有の機器をこの特定のプロセスのグラフィックディスプレイにユーザが追加することができる要素を含んでもよい。

ツール１２０の実現はまた、ユーザがオフラインシミュレーション表示を作成および／または編集できるようにするプロセスシミュレーションエディターを含んでもよい。プロセスシミュレーションエディターによってユーザは、機能ブロック、ストリーム、およびこれらの関連接続をシミュレーション表示に追加することができる。このようなプロセスシミュレーションエディターはメモリ４６６のプロセスシミュレーター４７８に記憶されてもよい。一般的に、これらのプロセス要素を表示するために使用される種々のプロセス要素およびシミュレーション機能ブロックのグラフィック表示の１対１接続がある。従って、ユーザは、プロセスシミュレーションエディターを使用してグラフィックディスプレイを構築し、この対応するプロセスシミュレーションを生成することが可能な場合がある。例えば、ユーザはシミュレーション表示のプロセスモジュールの一部として、バルブ、タンク、ポンプなどのプロセス要素を選択してもよい。

後に、このようなプロセスシミュレーションを作成するために、ユーザはプロセスコントロールシステム内のコントロールモジュールを表すプロセスブロックを選択して、プロセスブロックに添付されているアクチュエーター、接続要素、測定要素などのプロセス要素を選択してもよい。コントロールモジュールに添付されている入力／出力ブロック、コントロールモジュールなどに添付されている測定ブロック、およびアクチュエーターなどのプロセス要素間の関連性は、これらのブロック間の動作を指示およびクリックすることによって確立されてもよい。

コントロールモジュールに対応するプロセスブロックは以下の共通な特徴によって特徴づけられてもよい：（１）プロセスブロック入力接続およびプロセスブロックのパラメータがシミュレーションで使用されてもよい、（２）シミュレーションされた特性やパラメータと関連したプロセス測定はプロセスブロックで参照されて、モデルエラーおよび未測定外乱の訂正を可能にする、（３）プロセスブロックによってサポートされている入力／出力接続の数は拡張可能に定義されてもよい、（４）プロセスブロックの実行による結果はプロセスブロック出力接続において、またはプロセスブロックのパラメータとして反映されてもよい、（５）プロセスブロックアルゴリズムはステップ応答として定義されてもよく、あるいは算出／論理プロセスブロックと同様にユーザによって入力されてもよく、またプロセスブロックアルゴリズムが入力されると、ユーザは出力ごとに独立してダイナミックを特定してもよい、（６）処理要素と直接関連しているローカルパネル入力、外部システム入力および／または論理はこれらの処理要素を含むプロセスブロックアルゴリズムに含まれてもよい、（７）パラメータの共通セットはプロセスブロックへの入力／出力接続に対してサポートされてもよい。

プロセスブロックへの入力／出力接続と関連したパラメータは、例えば接続条件（良／悪）、接続における質量流量、接続における圧力、接続における温度、接続における比熱、接続における流体密度などを含むパラメータのアレイ／構造として種々のプロセスブロック間で通信されてもよい。加えて、接続におけるスチーム組成などの他のパラメータもまた特定されてもよい。

さらに、より柔軟なセットのパラメータをサポートするために、接続パラメータのアレイが基準と、パラメータの拡張ストリームブロックとを含んでもよい。このような場合、拡張ストリームブロックの一部として、ユーザは１セットの所定のデータグループを選択してもよい。例えば、ボイラーを表す機能ブロックへの燃料入力と関連した拡張パラメータセットは、燃料組成セット、燃料の炭素重量、燃料の水素含有量、燃料の硫黄含有量、燃料の酸素含有量、燃料の水分量、燃料の窒素含有量などを特定するパラメータを含んでもよい。同様に、ターボジェネレーターを表す機能ブロックへのスチーム入力と関連した膨張パラメータは、スチーム組成セット、ターボジェネレーターに入るスチームのエンタルピー、ターボジェネレーターを出るスチームのエンタルピーなどを特定するパラメータを含んでもよい。このような拡張ストリームブロックは、このような拡張パラメータセットを利用するプロセスブロックへの接続のみを許可されてもよい。さらに、このような拡張パラメータセットはまた、拡張パラメータの一部が一部のストリームに可視プロセスグラフィックとして提供されてもよいかなり忠実なシミュレーションを提供するために使用されてもよい。

オフラインシミュレーション環境時に、種々の機能ブロックに関する測定要素は、このような要素をクリックする際に、シミュレーションされた測定値をユーザに提供してもよい。このようなシミュレート済み測定値は実測値と比較するために記憶されてもよい。オンライン動作時に、測定値は機能ブロックに提供されてもよく、またユーザは、機能ブロック内の要素をクリックしてこのような実測値を見てもよい。オンライン動作時に、機能ブロックはパラメータの実測値をシミュレーション済み測定値と比較して、両者の差をユーザに表示してもよい。あるいはまた、実測またはシミュレーション済み測定値は機能ブロックに伴って３次元グラフィック形態で示されてもよい。加えて、機能ブロックはまた実測値を一定時間記憶してもよく、またグラフィック表示５００を使用して長時間の測定値の傾向を示してもよい。

先行の記述は本発明の多数の異なる実施形態の詳細な説明をしているが、本発明の法的範囲は本特許の目的を説明している請求項の用語によって定義されることが理解されるべきである。詳細な説明は例示として解釈されるべきであり、また、考えられる実施形態をすべて説明することは、例え不可能でなくても実際的ではないため、本発明の考えられる実施形態をすべて説明していない。多数の代替実施形態が、現在の技術や出願日以降に開発された技術のいずれかを使用して実現可能であり、これは依然として本発明を定義する請求項の範囲内にある。

他の実施形態も請求項内で可能である。例えば、好ましい実施形態が説明されているプロトコルはＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルのプロセスコントロールネットワークを分析するのに対して、任意のプロトコルが適切な制約を調整することによって分析可能であることが認識されるであろう。また、例えば、好ましい実施形態がＷＩＮＤＯＷＳ(登録商標)オペレーティングシステムで動作して、Ｗｉｚａｒｄタイプの表示を使用するのに対して、これらの詳細は本発明の概念全体の制限を意図していないことが認識されるであろう。

本発明の具体的な実施形態が図示および説明されてきたが、変更および修正が広範な態様の本発明のから逸脱せずになされてもよいため、添付の請求項は、本発明の趣旨および範囲内にあるように、他のプログラミング言語での実現を含むがこれ制限されないこのような変更および修正のすべてをその範囲内に包含することは当業者に明らかであろう。加えて、好ましい実施形態はソフトウェア実装として開示されているが、アプリケーション固有の集積回路実装などのハードウェア実装もまた以下の請求項の範囲内であることが理解されるであろう。

空間的構成および管理能力を備えている本発明の一般的な実施形態に従ったツールを含むワークステーションを示すプロセスコントロールシステムの概略ブロック図である。 図１Ａに示されたプロセスコントロールシステムのコントローラ／マルチプレクサおよびプロセス部分のブロック図である。 構成実装および管理またはランタイム実装でプロセスコントロール環境を示している概略ブロック図である。 本発明に従ったツールの動作を示すフローチャートである。 プロセスコントロールシステムの機能とデバイス間の論理接続を示すツールの構成部分のスクリーン表示である。 プロセスコントロールシステムの機能およびデバイスの物理的接続と、施設の空間的レイアウトにおけるこれらの相対的位置を示す空間部分スクリーン表示の図である。 プロセスコントロールシステムの機能およびデバイスの物理的接続と、施設の空間的レイアウトにおけるこれらの相対的位置を示す空間部分スクリーン表示の図である。 プロセスコントロールシステムの機能およびデバイスの物理的接続と、施設の空間的レイアウトにおけるこれらの相対的位置を示す空間部分スクリーン表示の図である。 プロセスコントロールシステムの別の実現の概略ブロック図を示している。 プロセスコントロールシステムのデバイスを表すプロセス要素の例示的グラフィック表示を示している。 プロセスコントロールシステムのデバイスを表すプロセス要素の例示的グラフィック表示を示している。 プロセスコントロールシステムのデバイスを表すプロセス要素の例示的グラフィック表示を示している。

符号の説明

１１２ プロセス
１１０ コントローラ／マルチプレクサ
１０２ オペレータワークステーション
１０４ ラボワークステーション
１１６ プロセッサ
１１７ メモリ
１２０ ツール
１１５ ディスプレイ
２３０ プロセスグラフィックサブシステム
２３２ プロセスグラフィックエディター
２４０ コントロールサブシステム
２４２ 定義／モジュールエディター
２６２ ローカルデータベース
２３６ インターサブシステムインタフェース
２５０ サブシステムインタフェース
２４６ インターサブシステムインタフェース
２６２ ローカルデータベース
２３４ プロセスグラフィックビューアー
２４４ ランタイムコントロール

Claims (31)

1. プロセスプラントが物理的制約を有する選択されたプロトコルに従うか確かめ、人員の仕事の割り当てを管理し、計画し、又は予定し、故障を診断し、又はプロセスプラントをコントロールすると共に複数の機器、複数のプロセスコントロールデバイス、及びプロセスコントロールネットワークを有する当該プロセスプラントの管理方法であって、前記プロセスコントロールネットワークが、プロセッサと、ディスプレイとメモリとを有するポータブルコンピューティングデバイスを含んでいる方法であって、
   前記プロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の物理的な空間的レイアウトに関する情報を前記ポータブルコンピューティングデバイスの前記メモリに記憶するステップと、
   前記プロセスコントロールネットワークと関連する前記複数のプロセスコントロールデバイスの構成に関する情報を前記ポータブルコンピューティングデバイスの前記メモリに記憶するステップと、
   前記複数のプロセスコントロールデバイスをコントロールするように構成された複数の機能ブロックを前記ポータブルコンピューティングデバイスの前記メモリに記憶するステップと、
   前記プロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトを前記ポータブルコンピューティングデバイスの前記ディスプレイに呈示するステップと、
   前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトに関連する前記複数のプロセスコントロールデバイスのグラフィカル表現を前記ポータブルコンピューティングデバイスの前記ディスプレイに呈示して前記プロセスプラントが物理的制約を有する選択されたプロトコルに従うか確かめるステップとを備えているプロセスプラントの管理方法。
2. 前記プロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトを呈示するステップがさらに、前記プロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトを３次元グラフィックで呈示するステップを備えている、請求項１に記載の方法。
3. 前記プロセスコントロールネットワークと関連した前記複数のデバイスからプロセス情報を取得するステップと、
   前記複数の機能ブロックに関連する前記プロセス情報を前記ディスプレイに呈示するステップとをさらに備えている、請求項１に記載の方法。
4. 前記複数のデバイスからプロセス情報を取得するステップがさらに、前記複数のデバイスに関するプロセスシミュレーション情報を取得するステップを備えている、請求項３に記載の方法。
5. ユーザが、前記複数の機能ブロックのうちの少なくとも１つに関するパラメータの値を変更できるようにするステップと、
   前記パラメータの前記変更された値に応答して前記プロセスシミュレーション情報を生成するステップと、
   前記プロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトに関連する前記プロセスシミュレーション情報を呈示するステップとをさらに備えている、請求項４に記載の方法。
6. 前記複数のデバイスから前記プロセス情報を取得するステップがさらに、（１）前記複数のデバイスに関する質量バランス、（２）前記複数のデバイスに関するエネルギーバランス、（３）前記複数のデバイスに関するカスタム算出、および（４）前記複数のデバイスに関する組成算出のうちの少なくとも１つを取得するステップを備えている、請求項３に記載の方法。
7. 前記複数のデバイスを表す複数のグラフィック要素を含むインストラクター層グラフィックを前記メモリに記憶するステップと、
   前記プロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトに関連する前記インストラクター層グラフィックを前記ディスプレイに提示するステップとをさらに備えている、請求項１に記載の方法。
8. 前記インストラクター層グラフィックが、オフラインプロセスコントロール環境に呈示される、請求項７に記載の方法。
9. 前記インストラクター層グラフィックの前記オフラインプロセスコントロール環境呈示によってユーザが、前記複数のグラフィック要素のうちの少なくとも１つに関するパラメータを変更することができるようになる、請求項８に記載の方法。
10. ユーザが前記インストラクターレベルグラフィックを修正できるようにするグラフィックディスプレイエディターを提供するステップをさらに備えている、請求項７に記載の方法。
11. 前記グラフィックディスプレイエディターが、（１）算出／コントロールパレット、（２）特性／測定パレット、（３）アクチュエーターパレット、（４）処理パレット、および（５）カスタムパレットのうちの少なくとも１つを含む複数のディスプレイパレットを提供する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記複数のデバイスの性能を監視するステップと、
    前記複数のデバイスの前記性能に関する性能統計を生成するステップと、
    前記プロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトに関連する前記性能統計を呈示するステップとをさらに備えている、請求項３に記載の方法。
13. 前記複数のデバイスからの前記プロセス情報を呈示するステップがさらに、前記複数のデバイスからの前記プロセス情報をハンドヘルドデバイスに呈示するステップを備えている、請求項３に記載の方法。
14. 前記ハンドヘルドデバイスが前記プロセスコントロールネットワークに無線接続されている、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ハンドヘルドデバイスの位置を提供する地理的位置決めデータを生成するステップと、
    前記プロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトに関連する前記ハンドヘルドデバイスの位置を表示するステップとをさらに備えている、請求項１３に記載の方法。
16. 前記プロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトに関連するプロセスシミュレーションを提供するステップであって、前記プロセスシミュレーションが複数のプロセスブロックを含んでいるステップと、
    前記複数のプロセスブロックの各々を複数のプロセスグラフィック要素のうちの１つに関連付けるステップとをさらに備えている、請求項１に記載の方法。
17. 前記プロセスブロックが入力／出力接続を含んでおり、前記入力／出力接続の各々が、（１）接続品質、（２）質量流、（３）圧力、（４）温度、（５）比熱および（６）密度のうちの少なくとも１つを含む多数の関連パラメータを有している、請求項１６に記載の方法。
18. プロセスプラントが物理的制約を有する選択されたプロトコルに従うか確かめ、人員の仕事の割り当てを管理し、計画し、又は予定し、技術を診断し、又はプロセスプラントを制御すると共に複数の機器、複数のプロセスコントロールデバイス、及びプロセスコントロールネットワークを有する当該プロセスプラントの管理システムであって、
    前記システムが、
    複数のプロセスコントロールデバイスと、
    前記複数のプロセスコントロールデバイスに通信可能に接続されているポータブルコンピューティングデバイスとを備えており、
    前記ポータブルコンピューティングデバイスが、
    プロセッサと、
    ディスプレイと、
    メモリであって、
    前記プロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の物理的な空間的レイアウトに関する情報と、
    前記プロセスコントロールネットワークと関連した前記複数のプロセスコントロールデバイスの構成に関する情報と、
    前記複数のプロセスコントロールデバイスをコントロールするように構成されている複数の機能ブロックと、
    プロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトを前記ポータブルコンピューティングデバイスの前記ディスプレイに呈示し、かつ前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトに関連する前記プロセスコントロールデバイスのグラフィカルな表現を呈示して前記プロセスプラントが物理的制約を有する選択されたプロトコルに従うか確かめるために前記プロセッサ上で操作されるように構成されているコンピュータプログラムコードとを記憶するように構成されているメモリと、を備えているシステム。
19. 前記コンピュータプログラムコードがさらに、前記複数のデバイスからプロセス情報を取得し、かつ前記複数の機能ブロックに関連する前記プロセス情報を呈示するように構成されている、請求項１８に記載のシステム。
20. 前記コンピュータプログラムコードがさらに、前記複数のプロセスコントロールデバイスに関するプロセスシミュレーション情報を提供するように構成されている、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記メモリがさらに、前記複数のプロセスコントロールデバイスを表す複数のグラフィック要素を含むインストラクター層グラフィックを記憶するように構成されており、
    前記コンピュータプログラムコードがさらに、
    ユーザがイントラクターレベル特権を有していると判断されたとき、前記ユーザに、前記複数の装置の前記物理的な空間的レイアウトに関連する前記インストラクター層グラフィックを提示するように構成されている、請求項１８に記載のシステム。
22. 前記メモリがさらに、ユーザが前記インストラクターレベルグラフィックを修正できるように構成されているグラフィックディスプレイエディターを記憶するように構成されている、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記グラフィックディスプレイエディターがさらに、（１）算出／コントロールパレット、（２）特性／測定パレット、（３）アクチュエーターパレット、（４）処理パレットおよび（５）カスタムパレットのうちの少なくとも１つを含む複数のディスプレイパレットを提供するように構成されている、請求項２２に記載のシステム。
24. 前記コンピュータが前記プロセスコントロールネットワークに無線接続されているハンドヘルドデバイスである、請求項１８に記載のシステム。
25. 前記複数のプロセスコントロールデバイスに関連する前記ハンドヘルドデバイスの地理的位置を提供するように適合されている地理的位置決めデバイスをさらに備えている、請求項２４に記載のシステム。
26. 前記地理的位置決めデバイスがさらに、前記施設の前記空間的レイアウトに関連する前記ハンドヘルドデバイスの地理的位置を前記ディスプレイに呈示するように構成されている、請求項２５に記載のシステム。
27. プロセスプラントを管理するためのプロセスコントロールネットワークであって、
    前記プロセスプラントが物理的制約を有する選択されたプロトコルに従うか確かめ、人員の仕事の割り当てを管理し、計画し、又は予定し、技術を診断し、又はプロセスプラントを制御し、
    前記プロセスコントロールネットワークは、
    複数の機器と、
    複数のプロセスコントロールデバイスと、
    （１）前記プロセスプラント内の前記複数のプロセスコントロールデバイス及び複数の機器の物理的な空間的レイアウトと、
    （２）前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトに関連する前記複数のプロセスコントロールデバイスのグラフィカル表現であって、前記複数のプロセスコントロールデバイスが前記複数のプロセスコントロールデバイスのうちの１つ以上をコントロールする前記複数のプロセスコントロールデバイスと、
    （３）ポータブルコンピューティングデバイスであって、前記プロセスプラントが物理的制御を有する選択されたプロトコルに従うか確かめるために、前記複数のプロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトに関連する前記複数のプロセスコントロールデバイスのうちの少なくとも１つによって生成されたプロセス情報とを前記ポータブルコンピューティングデバイスのディスプレイに呈示するように構成されている前記ポータブルコンピューティングデバイスとを備えているプロセスコントロールネットワーク。
28. 前記複数のプロセスコントロールデバイスのうちの少なくとも１つに関連する前記ハンドヘルドデバイスの地理的位置を提供するように構成されている地理的位置決め装置をさらに備えている、請求項２７に記載のプロセスコントロールネットワーク。
29. 前記地理的位置決め装置がさらに、前記ハンドヘルドデバイスの地理的位置と、プロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトに関連する前記複数のプロセスコントロールデバイスのうちの少なくとも１つの前記地理的位置とを呈示するように構成されている、請求項２８に記載のプロセスコントロールネットワーク。
30. ユーザが、前記複数の機能ブロックのうちの少なくとも１つに関するパラメータの値を変更し、前記変更された値に応答してプロセスシミュレーション情報を生成し、プロセスコントロールデバイス及び前記複数の機器の前記物理的な空間的レイアウトに関連する前記プロセスシミュレーション情報を呈示することができるように構成されているプロセスシミュレーターをさらに備えている、請求項２７に記載のプロセスコントロールネットワーク。
31. ユーザが、前記複数の機能ブロックの前記呈示を修正し、入力／出力パラメータを前記複数の機能ブロックに添付できるように構成されているグラフィックディスプレイエディターをさらに備えている、請求項３０に記載のプロセスコントロールネットワーク。

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