CN102187288A - 耦合诸如计量系统的专门系统到多个控制系统 - Google Patents

Abstract

计量系统被配置耦合到多个诸如控制系统这样的专门系统。至少一些示例性实施例是处理单元，所述处理单元包括处理器、耦合到所述处理器的存储器，以及被配置为耦合到控制系统的骨干通信网络的通信端口。所述存储器存储程序，该程序使得所述处理器有选择地(通过所述通信端口)作为第一制造商的控制系统(该控制系统在处理单元之间实现第一私有通信协议)的处理单元来参与，并且(通过所述通信端口)作为不同于所述第一制造商的第二制造商的控制系统(所述第二制造商的控制系统在处理单元之间实现第二私有通信协议)的处理单元来参与。

Description

耦合诸如计量系统的专门系统到多个控制系统

背景技术

分布式过程控制系统的制造商设计其控制系统以与各种工业过程一起使用。例如，分布式过程控制系统制造商可以创建的一般硬件和软件可以在诸如运行发电厂乃至控制食品处理设备这样的各种应用之中。出于这样的原因，分布式过程控制系统的制造商有意将其系统创建为容易地适用于多种不同的受控过程。

然而，过程控制领域中存在一般过程控制系统并非特别适用的特定用户群市场。例如，出于交接的目的所进行的碳氢化合物(例如，天然气、液化天然气、石油、汽油)的流量测量就是一种特定用户群的市场，而对此，分布式过程控制系统中提供的一般工具是不适当的。另外，虽然一些分布式过程控制系统可能具有执行流量测量计算的功能块，但是所提供的流量测量计算对于交接(即计费)这一目的而言并不是足够准确的。此外，许多法定管辖具有与碳氢化合物的流量的测量相关的常规审计要求，并且用于过程控制系统的流量测量计算的一般工具并不满足这样的要求。分布式过程控制系统并非特别适用的特定用户群市场的另一个示例是涡轮(例如燃气涡轮、蒸汽涡轮)控制。涡轮控制系统不仅为了涡轮速度/负载控制而控制阀门位置，而且还实现各种特殊功能，例如在非活动周期之后以及在燃气涡轮燃料流量控制的情况下，为了各个组件的适当膨胀而对涡轮进行热浸泡。分布式过程控制系统并非特别适用的特定用户群市场的又另一个示例是碳氢化合物质量监视(例如BTU含量、碳氢化合物构成、天然气流中的携带液体)，并且一些法定管辖也具有与质量监视相关的具体度量衡要求。

由于与诸如用于交接的碳氢化合物计量、涡轮控制、和碳氢化合物质量监视之类的专门系统相关的复杂性和要求，在现有技术中，所述专门系统是单独的物理系统。

附图说明

为了对示例性实施例进行详细描述，现在将参考附图，其中：

图1示出了具有实质上独立的控制系统部分和计量系统部分的整体系统；

图2示出了依据至少一些实施例的系统；

图3图示了耦合到多个控制系统的骨干通信网络的计量系统；

图4示出了依据至少一些实施例的计算机实现的方法；

图5示出了依据至少一些实施例的计算机实现的方法；并且

图6示出了依据至少一些实施例的处理单元。

注释和术语

以下整个描述和权利要求所使用的特定术语指代特定的系统组件。本领域技术人员将会意识到，分布式过程控制设备的制造商可以通过不同的名称来指代一个组件。本文无意对名称不同而非功能不同的组件进行区分。

在以下讨论和权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放的方式使用，并且由此应当被解释为表示“包括，但并不局限于......”。而且，术语“耦合”意在表示间接或直接连接。因此，如果第一设备耦合到第二设备，该连接可以通过直接连接，或者通过经由其它设备和连接的间接连接。

“流量计算机”是指具有处理器并且执行软件的硬件设备，其中所述流量计算机直接或间接与流体流量测量设备(例如，超声流量计、与量孔板相关联的传送器)进行通信。所述流量计算机还可以计算流体流量(例如，在量孔板的情况下)，并且所述流量计算机进一步对一个或多个计量导管(metering run)的流量数值做累加。所述流量计算机可以是专用设备，或者是在还执行其它功能的处理单元中所执行的虚拟设备，所述其它功能诸如是与度量衡审计要求相关的功能。

“控制系统的骨干通信网络”是指一种通信网络，通过该通信网络，各处理单元(例如，分布式处理单元、人机界面、历史记录单元可编程逻辑控制器(PLC))彼此进行通信，并且“控制系统的骨干通信网络”应当与将I/O设备耦合到现场设备的网络(例如，HART、Modbus)区别开来。

“作为在控制系统中的处理单元参与”是指所述控制系统能够确定通过骨干通信网络耦合的处理单元中执行的功能块的存在性，并且所述控制系统能够生成所述功能块的可视显示。

具体实施方式

以下讨论针对于本发明的各个实施例。虽然这些实施例中的一个或多个可能是优选的，但是所公开的实施例不应当被解释为或以其他方式用于限制包括权利要求在内的本公开的范围。此外，本领域技术人员能够理解，以下描述具有广泛的应用，并且任何实施例的讨论仅意味着该实施例的示例，而无意暗示包括权利要求在内的本公开的范围被限制为该实施例。

在转向各个实施例的具体内容之前，应该注意，本说明书讨论的是控制系统与专门系统的组合。各个实施例的研发背景是相对于作为碳氢化合物计量系统的专门系统的，并且由此具体实施方式部分主要是参考该研发背景进行讨论；然而，在理解了这里所描述的操作原理之后，所述原理就可以等同地扩展至其它专门系统，诸如涡轮控制系统、诊断和监视组件、以及碳氢化合物质量监视。

图1示出了包括控制系统12(例如，分布式过程控制系统)和单独的计量系统14的整体系统10。控制系统12包括示例性的两个分布式处理单元16和18。每个分布式处理单元16、18分别耦合到一个或多个输入/输出(I/O)设备20和22。每个分布式处理单元16、18利用I/O设备执行监视物理过程的参数的控制软件，计算与所述物理过程相关的控制输出数值，并且驱动输出数值至I/O设备20、22。所述分布式处理单元通过骨干通信网络24互相之间以及与其它设备交换操作功能块的指示以及与所述功能块相关联的数据值。例如，人机界面26可以耦合到骨干通信网络24，并且人机界面26可以使得用户能够编程分布式处理单元16、18和/或监视处理参数。同样，历史记录单元28可以耦合到骨干通信网络24。

仍然参见图1，虽然现有技术的控制系统12可以具有执行流量测量的能力，但是分布式过程控制系统制造商所提供的流量测量功能可能并不适用于交接应用。例如，分布式控制系统的分布式处理单元16、18所执行的流量测量计算可能不具有足够的精确度，可能无法执行最为当前的流量计算等式，和/或相对于交接的计量可能无法满足各种法定管辖所施加的管理要求。

为了提供能够控制物理过程并且可以执行具有足以用于交接的精确度的计量的整体控制系统，在现有技术中，提供了单独且独立的计量系统14。控制系统12所使用的来自计量系统14的任何数据值都利用耦合在这两个系统之间的通信信道30进行交换。在许多情况下，控制系统12的制造商不同于计量系统14的制造商，这使得难以在分布式过程控制系统12和计量系统14之间交换数据值。对于诸如涡轮控制系统、诊断和监视组件、以及碳氢化合物质量监视之类的其它专门系统同样如此。

仍然参见图1，示例性的计量系统14包括一个或多个流量计算机32和34。每个流量计算机耦合到一个或多个流量计设备。在图1所图示的情况下，流量计算机32耦合到流量计设备36和38，而流量计算机34则耦合到流量计设备40和42。流量计算机32、34由此可以从流量计设备接收即时流量数值，或者可以接收用来计算流量数值的原始输入数值。此外，流量计算机32、34可以累加(求和)即时流量数值以产生预定时间段内的总流量数值。流量计算机32、34可以利用骨干通信网络44互相之间并且与其它设备交换数据值。流量计算机32、34和/或任意它们的所计算或累加的数值的编程和监视可以利用人机界面46来进行，所述人机界面46同样耦合到骨干通信网络44。此外，在图1所图示的情形中，计量系统14可以包括耦合到骨干通信网络44的网关单元48。在一些情况下，网关单元48可以执行程序以确保符合计量系统14在其中操作的任意特定法定管辖的度量衡审计要求。

如以上所提到的，在许多情况下，控制系统12的制造商不同于诸如计量系统14这样的专门系统的制造商。由于每个制造商在其各自的骨干通信网络24和44上运行不同的协议，所以可能无法进行如控制系统12与示例性计量系统14之间的骨干通信网络的直接耦合。因此，图1示出了下述的情形，其中，网关单元48不仅用于确保符合度量衡审计要求，而且还作为通过它在控制系统12和计量系统14之间交换数据值的机构。更具体地，在现有技术中，控制系统12和示例性的计量系统14之间的数值交换通过与任一系统的骨干通信网络不同的专用通信信道30来进行。通信信道30的物理层以及所采用的通信协议可以有所变化。例如，通信信道30可以是Modbus远程终端单元(Modbus RTU)接口、Modbus-TCP或符合OPC规范的通信信道。通信信道30耦合到一个分布式处理单元，诸如分布式处理单元16。通信信道30仅是用于传输数据值的信道，并且无法通过通信信道30进行其它的控制类型的功能。例如，控制系统12无法通过通信信道发现计量系统14中所执行的特定功能块的存在。由于控制系统12无法发现这样的模块，所以控制系统无法生成指示所述功能块的显示，同样无法实现针对所述功能块的改变。此外，控制系统12无法在计量系统14中创建新的功能块，以用于通过通信信道30执行。

尽管通信信道30可能特别适用于在分离的系统之间进行数据交换，但是为了配置数据交换，每个制造商生成所要进行交换的数据点的列表，并且所述列表本身在制造商之间进行交换。每个制造商接着对其各自系统进行配置以发送和接收所指定的数据点。此外，计量系统14的制造商创建报告，显示并初始化仅能够在计量系统14内进行访问/查看的与计量系统14相关的历史数据功能。同样，控制系统的制造商相对于仅能够在控制系统12内访问/查看的计量系统数值，创建报告，显示并初始化历史数据功能。从讨论中明显看出，在通信信道30的每一侧都进行了大量重复工作以使得控制系统12和专门系统(例如计量系统14)能够交换数据值，并且使得每个系统具有相关的显示和报告。此外，大多数情形中所使用的通信信道30是带宽有限的串行通信信道(例如Modbus)，并且因此跨所述通信信道能够进行交换的数据量是有限的。

图2示出了依据至少一些实施例的系统200。具体地，系统200包括垂直虚线右侧的控制系统202(例如，分布式过程控制系统)，以及虚线左侧的专门系统，在该示例性的情况下，所述专门系统是计量系统204。在现有技术的系统中，计量系统和控制系统利用仅限于数据值交换的通信信道进行耦合，并且其带宽可能明显低于骨干通信网络，而与此不同，控制系统202和示例性的计量系统204共享骨干通信网络206。该说明书首先详细讨论图2的整体系统200的各个组件，并且接着讨论示例性的计量系统204的各方面，包括计量系统204与来自多个不同控制系统制造商的控制系统共享如图2所示的骨干通信网络206，以及由此共享多种不同通信协议的能力。

图2图示了物理过程208。物理过程208可以是利用控制系统监视和管理该过程的任意物理过程。例如，物理过程208可以是发电厂的各个子系统、碳氢化合物处理设施的任意子系统、生产消费产品的工厂或者食品加工厂的各种炉具、传送机和搅拌机。无论物理过程208的确切属性如何，与物理过程208相关的温度传送器、压力传送器、阀门定位器、阀门位置指示器、电机控制系统和其它物理对象耦合到控制系统202的输入/输出(I/O)设备。在图2所图示的系统中，示出了两组I/O设备210和212；然而，在控制系统202内可以结合有任意数量的I/O设备。与物理过程208直接交互的设备(例如，温度传送器、压力传送器、阀门定位器等)可以以任意适当的协议与I/O设备210、212进行通信。例如，现场设备可以利用4-20毫安(mA)的回路、使用与4-20mA回路相同线路上的HART协议，或者使用Modbus(例如，Modbus RTU、Modbus/TCP)与I/O设备210、212进行通信。

仍然参见图2，控制系统202可以包括一个或多个分布式处理单元。在图2所图示的情形中，示出了两个分布式处理单元214和216；然而，可以使用任意数量的分布式处理单元。依据分布式过程控制理念，每个分布式处理单元214、216可以分别物理地接近于其直接耦合的I/O设备210、212而被设置。此外，分布式处理单元214、216还可以物理地接近于每个分布式处理单元16、18所负责的物理过程208的特定部分而被设置。

每个分布式处理单元214、216执行受控的物理过程10的与它的部分相关的控制软件。所述控制软件可以实现基于布尔的控制方案(有时实现为“阶梯逻辑”)，或者所述控制软件可以执行过程的闭环控制，诸如比例积分微分(PID)控制循环。在又其它的实施例中，所述控制软件可以实现物理过程208的基于神经网络的控制。在一些行业中，分布式处理单元214、216可以被称作可编程逻辑控制器(PLC)。例如，分布式处理单元214、216可以是能够从美国密苏里州圣路易斯市的爱默生过程管理公司获得的DeltaV^TM MD控制器。

在大多数情形中，特定分布式处理单元上执行的控制软件所使用的数据值以及所生成的输出数值与本地连接的I/O设备相关联。然而，示例性的分布式处理单元214、216可以通过骨干通信网络206彼此之间以及与其它设备进行通信。因此，可以在分布式处理单元之间交换数据值以帮助每个分布式处理单元执行其与物理过程208相关的分配任务。依据至少一些实施例，基于特定分布式过程控制系统的制造商，利用用于信息交换的确切协议(即，高于OSI模型的数据链路层的层)，骨干通信网络206实现了以太网类型的网络(即，定义了OSI模型的物理和数据链路层的以太网)。另外，虽然多数分布式处理系统采用基于以太网的通信网络20，但是每个制造商可以利用适于提供特定硬件和配置的私有高级协议。

仍然参见图2，依据一些实施例的控制系统202还实现了与物理过程208相关联的历史数据的存储。依据至少一些实施例，历史记录单元218是控制系统202的一部分，并且历史记录单元218负责收集和维护与物理过程208相关的历史数据值。具体地，历史记录单元218可以包括处理单元220。其中存放历史数据值的非易失性存储单元222耦合到处理单元220。依据至少一些实施例，所述非易失性存储是硬盘驱动器，或者可能是以容错方式操作的硬盘驱动器阵列，诸如廉价磁盘冗余阵列(RAID)系统。在其它的示例性实施例中，所述非易失性存储可以是当前可用或以后研发的可以以非易失方式在其中存储数据的任意技术，诸如光存储介质和设备。

在一些实施例中，历史记录单元218通过对分布式处理单元214、216进行轮询来收集历史数据值。在其它的实施例中，编程分布式处理单元214、216向历史记录单元218发送选择的参数值。例如，可以由分布式处理单元214、216每分钟或以更大时间间隔把缓慢变动的过程参数的数据值发送给历史记录单元218，而其数值快速变化的参数则可以显著更短的时间跨度(2秒钟或更短)发送给历史记录单元218。

图2所图示的控制系统202还包括人机界面(HMI)224。如其名称所表达的，人机界面224可以是用户通过其与控制系统202的其余设备进行交互的机构，并且在一些情况下，是与计量系统204的设备进行交互的机构。例如，人机界面224可以是用来初始化分布式处理单元214、216中所执行的控制循环并且与适当I/O设备输入和输出相关联的机构。同样，人机界面224可以是操作人员用来监视和控制物理过程208(例如，进行设置点调节、监视警报数值、改变阀门位置)的机构。另外，人机界面224可以是过程工程师用来监视物理过程208的趋势并且可能基于这些趋势对分布式处理单元214、216的控制软件所执行的调谐参数或控制策略进行改变的机构。

人机界面224可以包括处理单元226，在形式和构造上可与历史记录单元218的处理单元220相类似。处理单元226可以由于应用程序的类型和数量和/或不同的操作系统而与其它处理单元有所不同。处理单元226耦合到诸如阴极射线管(CRT)或液晶显示器(LCD)显示器这样的显示设备228。最后，人机界面224可以具有键盘230和与其耦合的指点设备232，以使得用户能够与处理单元226上执行的应用程序进行交互。在可替换的实施例中，实现人机界面功能的程序可以包括在历史记录单元218上，由此无需单独的人机界面和历史记录单元。在一些产业中，历史记录单元218，特别是其功能能力，可以被称作监督控制和数据获取(SCADA)单元。

仍然参见图2，采用计量系统204的示例性形式的专门系统包括一个或多个流量计算机234和236。每个流量计算机耦合到一个或多个流量计设备。在图2所图示的情况下，流量计算机234耦合到流量计设备238和240，而流量计算机236耦合到流量计设备242和244。流量计设备238-244可以是诸如超声流量计或量孔板系统这样的设备，所述量孔板系统包括精确量孔板以及压力和温度传送器。流量计算机234、236由此可以(在超声流量计的情况下)从流量计设备接收即时流量数值，或者可以接收用来计算流量数值的原始输入数值。此外，流量计算机234、236可以累加(求和)各即时流量数值以得出任意预定时间段内的总体流量数值。此外，流量计算机234、236可以实现各种警报条件(例如，高和低流量警报、超压警报)，并且可以进一步(例如，根据总流量)控制阀门以有选择地使流量计导管启用或停用。流量计算机234、236例如可以是可以从爱默生过程管理公司获得的Daniel

S600流量计算机。此外，处于其许多形式的流量计设备238-244也可以从爱默生过程管理公司获得。

流量计算机234、236可以利用骨干通信网络206彼此之间以及与其它设备交换数据值。流量计算机234、236和/或它们的所计算或累计的数值的编程和监视可以利用同样耦合到骨干通信网络206的度量衡单元246来进行。

度量衡单元246可以包括处理单元248，该处理单元248可以在形式和构造上与人机界面224的处理单元226或历史记录单元218的处理单元220相类似。处理单元248可以由于应用程序的类型和数量和/或不同的操作系统而与其它处理单元有所不同。处理单元248耦合到诸如CRT或LCD显示器这样的显示设备250。最后，度量衡单元246可以具有与其耦合的键盘252和指点设备254，以使得用户能够与处理单元248上执行的应用程序交互。度量衡单元246可以执行许多功能。例如，在一些实施例中，度量衡单元246通过骨干通信网络206与流量计算机234、236进行交互以对流量计算机234、236执行监督控制。在其它实施例中，流量计算机234和236可以被省略，并且度量衡单元246可以通过骨干通信网络206直接与流量计设备238-244进行通信(诸如当流量计设备全部为超声流量计时)。在省略了流量计算机的可替换实施例中，度量衡单元246可以被配置为实现流量计算机的功能，并且由此可以被认为实现了一个或多个虚拟流量计算机。此外，当作为虚拟流量计算机和/或执行度量衡计算和功能时，度量衡单元246并不局限于在整体系统200的计量系统204一侧所获得的数据值，并且同样可以从整体系统的控制系统202一侧的I/O设备获得一些数据值。此外，度量衡单元246可以是提供计量警报和/或警告的集中化的设备，特别是在流量计算机234、236出现在系统中的情况下以及还当作为虚拟流量计算机的时候。另外，度量衡单元246可以提供计量数据的集中化，并且可以进一步提供计量系统专有功能，诸如根据下面的流量计算机流总数进行的站点总体流量计算、每组件总数的质量、流量加权平均、长期和短期计量报告、可以找出其针对控制系统202的显示方式的度量衡数据的控制以及计量系统的诊断检查的性能(例如，可以从爱默生过程管理公司获得的Daniel

基于计量链路条件的监视套件)。虽然图2中仅图示了一个度量衡单元246，但是可以实现任意数量的度量衡单元246来执行各种示例性功能。

许多法定管辖(例如州和国家)具有与用于交接的碳氢化合物的计量相关的度量衡审计要求。依据各个实施例，度量衡单元246对流量计算机234、236或者其虚拟等同物执行监督控制，并且还使得整体系统200的碳氢化合物计量方面符合度量衡审计要求。特别地，度量衡单元246可以执行度量衡许可所规定的计量功能(例如校准对准、校准非对准、调节流量以得到线性范围内的通过每个流量计的流量)。另外，度量衡单元246可以是度量衡要求的审计追踪的集中库(例如依据度量衡要求记录所有变化)。

现有技术的系统中，控制系统是与诸如计量系统这样的专门系统相分离的具体实体。与此不同，依据各实施例以及如图2所示，所述计量系统204与控制系统202共享骨干通信网络206。因此，即使控制系统202的制造商不同于示例性计量系统204的制造商，计量系统204内设备的编程、控制和监视也可以由用户通过在整体系统200的过程控制202一侧的人机界面224或者任意用作人机界面的设备来进行。

然而，依据各个实施例，以计量系统204为示例的专门系统的功能不只是直接耦合到来自单一制造商的控制系统的骨干通信网络。具体地，如以上所提到的，控制系统产业中与购买用于工厂控制的控制系统以及购买诸如碳氢化合物计量系统和涡轮控制系统这样的专门系统相关的历史动因在于控制系统的制造商无需以及在大多数情况下并不与专门系统的制造商相同。依据各个实施例，诸如计量系统204这样的专门系统被设计和构造为耦合到来自不同制造商的多种控制系统的骨干通信网络。

图3图示了示例性的计量系统204耦合到来自不同制造商的多个控制系统的能力。在图3所图示的情况下，图示了两个这样的控制系统300和302；然而，依据各个实施例的计量系统204可以耦合到来自不同制造商的两个或更多的控制系统。具体地，图3示出了示例性的计量系统204实现了骨干通信网络206。如虚线304所示，骨干通信网络206可以耦合到第一制造商所生产的控制系统300的骨干通信网络306。第一制造商可以在骨干通信网络306上实现私有协议。例如，骨干通信网络306可以实现以太类型的物理和数据链路层，但是制造商可以使用OSI模型中比数据链路层更高的层的私有协议。

仍然参见图3，示例性的计量系统204利用虚线308同样被示为有选择地耦合到第二控制系统302。与控制系统300非常类似，控制系统302具有使计量系统204的骨干通信网络206可以与之耦合的骨干通信网络310。控制系统302的骨干通信网络310可以实现以太类型的物理和数据链路层，但是制造商可以使用OSI模型中比数据链路层更高的层的私有协议。应当理解，参见图3，计量系统204并不同时耦合到两个或更多控制系统；而是，计量系统204被编程和控制以耦合到来自不同制造商的两个或更多控制系统并且实现不同的通信协议，但是计量系统204在任意一个时刻仅耦合到一个控制系统。

依据各个实施例，尽管示例性的(第一制造商的)控制系统300和(不同于第一制造商的第二制造商的)控制系统302可以分别在其骨干通信网络306和310上实现不同(并且在一些情况下是私有的)协议，但是示例性的计量系统204被设计和编程以作为在每个示例性的控制系统300和302中的处理单元来参与。例如，在作为处理单元参与时，流量计算机234、236的编程以及度量衡单元246所执行的度量衡审计功能的编程和控制可以被发现，并且可以通过图形显示器来可视化，并且可以由用户进行修改，所有这些都通过控制系统的人机界面224完成。另外，由控制系统202的历史记录单元218所提供的历史数据功能可以追踪和“历史化”与在整体系统200的计量系统204一侧的流量计算机234、236或者度量衡单元246的任何一个的数据点相关联的数据值。总体而言，在图2所示的实施例中，计量系统204一侧的处理单元(即，流量计算机234、236以及度量衡单元246的处理单元248)作为控制系统300、302的处理单元来参与。通过以这种方式进行操作，即使没有消除，与报告和历史数据功能的创建相关的工程工作的重复以及与两个系统之间的数据交换相关的工程也得以显著减少。

根据控制系统制造商，计量系统204作为所连接的控制系统300、302的处理单元而进行参与的确切机构对于每个控制系统而言是特定的，很可能是唯一的。因此，该说明书现在转向计量系统204可以作为控制系统的处理单元来参与的示例性机构，虽然这样的机构可能不在每种情况下都实现。所述示例性机构的讨论以功能块的创建和修改作为开始。

在一些实施例中，专门系统和控制系统的相似性可以使得控制系统直接发现、在显示器上可视化、创建、修改以及删除专门系统中所实施的功能块。然而，在其它实施例中，所连接的控制系统300、302的人机界面可能无法直接达到度量衡单元246或流量计算机234、236以用于编程目的。在这些实施例中，度量衡单元246和/或流量计算机234、236的特定方面的编程可以利用所连接的控制系统300、302内的分布式处理单元代理。具体地，在控制系统300、302的人机界面无法直接达到计量系统204的部分以用于编程目的的实施例中，所述人机界面可以通过控制系统300、302内的分布式处理单元进行编程。例如，连接的控制系统300、302的每个分布式处理单元可以具有或者被设置有一组功能块，所述功能块可以被插入分布式处理单元中所执行的控制方案。例如，功能块的插入可以利用IEC 61131-3功能块规范来进行。然而，在这些实施例中，在控制系统300、302的分布式处理单元中(作为计量系统204中设备的代理)所实现的功能块可以不执行任何控制功能。而是，功能块以及与其相关联的各个数据点可以被选择，但是所述功能块并不建立任何软件的实例来执行控制。而是，诸如度量衡单元246这样的计量系统204被配置为定期扫描所连接的控制系统300、302的分布式处理单元。当在所连接的控制系统300、302的分布式处理单元中找到与计量系统204相关联的一个功能块时，度量衡单元246就在计量系统204的处理单元中实现影子功能块，其实际上建立了软件的实例来执行想要的控制。另外指出，所连接的控制系统300、302的“哑”功能块被用于向度量衡单元246通知控制系统300、302的用户想要特定的功能，并且作为响应，度量衡单元246实际实现所选择类型的功能块所指出的并且在控制系统300、302的分布式处理单元的功能块所识别的数据点上的控制。

在其它的实施例中，对“哑”功能块的扫描和实现可以用计量系统204的任意部分来执行，包括流量计算机234、236、度量衡单元246或者计量系统的为了扫描所连接的控制系统300、302的处理单元并且如所提到地实现影子功能的目的而特别指定的处理单元。

在其它的实施例中，虽然以计量系统204为示例的专门系统和控制系统202可以共享骨干通信网络206，但是计量系统204的编程的特定方面可能并非按照与控制系统202(即，功能块)的“编程”相同含义来编程的。此外，在一些情形中，度量衡审计要求可以指定系统之间的数据隔离以确保度量衡审计数据的完整性。在系统并非完全集成(无论是由于不兼容还是为了满足度量衡审计要求)的情况下，可以为计量系统使用单独的一个或多个编程接口。然而，所述单独的编程接口在两个系统之间无需是实质不同的。因此，利用所述单独编程接口对专门系统所进行的编程在形式和功能上可以与控制系统内的编程相类似，诸如使用功能块，以及通过拖放配置将功能块的输入与数据点捆绑，并且在一些实施例中符合IEC 61131-3功能块规范。

可以预见，尽管专门系统的一些(如果不是所有)数据点可以由专门系统进行维护(例如，为了满足度量衡审计要求)，但是数据点同样是可由控制系统使用和追踪的数据点。另外指出，计量系统204上所进行的编程变化可能需要在控制系统300、302中反映或同步(例如，更新控制系统202一侧的“哑”控制模块以反映计量系统204一侧的编程)。除了使用功能块的图形编程之外，大多数控制系统制造商具有批量编辑特征。批量编辑特征使得能够创建“平(flat)”文件或ASCII文件来包含各个数据点、数据点如何捆绑至功能块、以及控制系统的其它特征。依据至少一些实施例，专门系统一侧的编程改变和添加通过使用批量编辑特征在控制系统一侧实现。具体地，依据至少一些实施例，单独编程接口使用控制系统的批量编辑特征来传播在专门系统一侧所进行的改变。由单独编程接口对批量编辑平文件做改变，以反映改变，并且接着所述平文件被重新安装到控制系统一侧以在控制系统一侧实现改变。本说明书现在转向提供功能块的可视画面以及功能块如何连接到其它功能块和/或数据点的用户显示。

不同于以上所提到的利用平文件进行改变，对控制系统的控制方案所执行的大多数编程、调整和改变是通过诸如人机界面224的显示设备228(图2)之类的显示设备上所示的显示所进行的。当人机界面224向分布式处理单元214、216查询与功能块相关的信息时，处理单元214、216返回功能块的指示、耦合到功能块的各个数据点以及功能参数(例如，PID参数)的当前设置。一旦接收到所述信息，人机界面224就辨认出功能块类型，生成与所述功能块类型相对应的显示，并且利用分布式处理单元214、216所提供的信息组成显示。然而，在专门系统中实现的功能块可以不被控制系统所知，并且本说明书因此现在转向用于在专门系统(例如，计量系统204)和控制系统202之间传输显示的示例性机构。

在一些实施例中，当控制系统202一侧的用户请求与计量系统204一侧实现的功能块相关的显示时，所述计量系统提供若干种形式之一的显示本身而不仅仅是指示。例如，在一些实施例中，当进行请求时，所述显示用超文本标记语言(HTML)经骨干通信网络提供至控制系统202，其接着利用显示设备228上的浏览器窗口生成可视画面。使用HTML在系统之间提供显示对于“快照”类型的显示可以良好工作，但是在用户希望看到处理状态的实时或接近实时的指示的情况下，HTML可能无法胜任，即使HTML被频繁更新。

在其它的实施例中，当用户做出请求时，利用跨骨干通信网络发送的ActiveX模块提供显示。ActiveX是在诸如Web浏览器这样的接收端上的另一程序内运行的组件对象模块(COM)。因此，在请求时，计量系统可以单独或者与HTML代码一起发送ActiveX组件。接收ActiveX组件的人机界面224执行该组件，并且在执行ActiveX组件时提供功能，诸如显示处理参数的实时数据值(即，ActiveX组件便利了数据值传输)，或者更新处理参数(例如，PID设置，其中ActiveX便利通信以进行所请求的改变)。类似地，专门系统可以提供执行Java代码或者Java小程序以提供与显示相关联的功能。

在其它实施例中，当用户做出请求时，利用独立的可执行程序跨骨干通信网络从专门系统向控制系统提供显示。也就是说，跨骨干通信网络传输独立程序。一旦被接收，人机界面224就执行该程序，并且该程序接着收集相关信息、生成显示并且将显示驱动至显示设备。

需要注意的一点是可执行代码的传输(可直接执行或者诸如Java和/或ActiveX这样的解释型程序)并不被用于向I/O设备进行通信的各种协议所支持，诸如Modbus、Modbus RTU、Modbus-TCP或者符合OPC规范的通信信道。

图4示出了依据至少一些实施例的计算机实现的方法。特别地，所述方法开始(框400)并进至与一个或多个设备进行通信，并且符合与所述一个或多个设备相关的度量衡审计要求(框404)。在一些实施例中，所述一个或多个设备是实际或虚拟的流量计算机，并且在其它实施例中，所述设备是法定管辖对其设置度量衡审计要求的任意设备，诸如碳氢化合物质量监视系统。根据执行所述方法的处理器所属的控制系统，示例性的方法接着沿至少两条可能的并行路径之一前进。在第一平行路径中，所述方法包括通过通信端口作为第一制造商的控制系统的处理单元来参与，其中所述控制系统实现分布式处理单元之间的第一私有通信协议(框408)。在第二平行路径中，所述方法包括通过通信端口作为第二制造商的控制系统的处理单元来参与，其中所述控制系统实现分布式处理单元之间的第二私有通信协议(框412)。路径选择取决于执行所述方法的处理器所属系统的类型。随后，示例性的计算机实现的方法结束(框416)。

图5图示了当控制系统的人机界面无法直接对所连接的专门系统的处理单元进行编程时依据扫描和实现方面的计算机实现的方法，所述专门系统诸如是计量系统、涡轮控制系统、诊断和监视包、或者碳氢化合物质量监视系统。具体地，所述方法开始(框500)并且进至扫描控制系统的第一处理单元以查找针对第二处理单元(例如，计量系统的处理单元)的功能块(框504)。如果在第一处理单元中找到针对第二处理单元的功能块(框508)，就确定相应功能块是否位于第二处理单元中(框512)。如果第二处理单元中不存在相应的功能块(再次框512)，则在第二处理单元(例如，计量系统)中实现功能块以把该功能块反映到控制系统中(框520)，并且示例性的方法结束(框524)。在许多情况下，相应的功能块可能已经存在于第二处理单元中(再次框512)，并且示例性的方法因此移至确定存在于第二处理单元的功能块(例如，计量系统)是否与控制系统中的第一功能块不同(框514)。如果在相应功能块之间存在差异(再次框514)，则第二处理单元中的功能块被改变使得与控制系统中的第一功能块相匹配(框516)，并且示例性的方法结束(框524)。如果控制系统的第一处理单元中不存在功能块(再次框508)，或者如果第二处理单元中的功能块与控制系统中的功能块相匹配(再次框514)，则示例性的方法结束(框524)。然而，可以预见到其中扫描和实现在连续的基础上发生。

此外，对于从控制系统中去除针对第二处理单元(例如，计量系统)的功能块，所述示例性的方法还包括确定一个或多个功能块存在于第二处理单元中，对于所述第二处理单元而言，控制系统中不存在相应功能块，并且从所述第二处理单元去除所述功能块。

图6图示了依据至少一些实施例的处理单元600。处理单元600可以是图2的任意处理单元，诸如分布式处理单元214、216，(与人机界面218相关联的)处理单元226，(与历史记录单元218相关联的)处理单元220，(与度量衡单元246相关联的)处理单元248、流量计算机234、236，或者可以在控制系统200中实现的任意其它处理单元。具体地，处理单元600包括利用桥接设备626耦合到存储器设备624的处理器622。虽然仅示出了一个处理器622，但是可以等同地实现多个处理器系统以及其中“处理器”具有多个处理核心的系统。处理器622可以是任意目前可用或以后研发的处理器，诸如可从加利福尼亚Sunnyvale的AMD公司或者加利福尼亚Santa Clara的英特尔公司获得的处理器。

处理器622利用处理器总线628耦合到桥接设备626，并且存储器624在630利用存储器总线耦合到桥接设备626。存储器624是任意的易失性或任意的非易失性存储器设备，或者存储器设备阵列，诸如随机访问存储器(RAM)设备、动态RAM(DRAM)设备、静态DRAM(SDRAM)设备、双倍数据速率DRAM(DDR DRAM)设备或者磁RAM(MRAM)设备。

桥接设备626包括存储器控制器并且断言控制信号来读写存储器624，所述读写由耦合到桥接设备626的处理器622和其它设备进行(即，直接存储器访问(DMA))。存储器624是用于处理器622的工作存储器，用来存储处理器622所执行的程序并且存储处理器622上所执行程序所使用的数据结构。在一些情况下，存储器624中所保存的程序是在执行之前从其它设备(例如，以下讨论的硬盘驱动器634或者其它非易失性存储器)复制而来。

桥接设备626不仅将处理器622桥接至存储器624，而且还将存储器622和存储器624桥接至其它设备。例如，示例性的处理单元600可以包括将各个I/O设备与处理单元600交互的输入/输出(I/O)控制器632。在示例性的处理单元600中，I/O控制器632使得能够耦合和使用非易失性存储器设备，诸如硬盘驱动器(HD)634、“软盘”驱动器636(以及相应的“软盘”638)、光盘驱动器640(以及相应的光盘642)(例如，紧致盘(CD)、数字视盘(DVD))、指点设备644以及键盘636。在处理单元600是与人机界面224相关联的处理单元的情况下，键盘646和指点设备644可以分别对应于图2的键盘230和指点设备232。在处理单元600是与度量衡单元246相关联的处理单元的情况下，键盘646和指点设备644可以分别对应于图2的键盘252和指点设备254。在图6的处理单元600是分布式处理单元214、216、流量计算机234、236或者与历史记录单元22相关联的处理单元220的情况下，键盘646和指点设备644可以被省略。在处理单元600是分布式处理单元214、216、流量计算机234、236的情况下，硬盘驱动器634、软盘驱动器636和光盘驱动器640可以被省略。而且，在处理单元600是与历史记录单元218相关联的处理单元220的情况下，I/O控制器632可以被多个驱动控制器所替代，诸如用于RAID系统的驱动控制器。

仍然参见图6，桥接设备626进一步将处理器622和存储器624桥接至其它设备，诸如图形适配器648以及通信端口或网络适配器650。如果存在，图形适配器648是用于读取显示存储器并且利用在显示存储器中所表示的图形图像驱动显示设备或监视器652的任意适用的图形适配器。在一些实施例中，图形适配器648内在地包括由处理器622写入图形元的存储器区域，和/或DMA在存储器624和图形适配器648之间进行写入。图形适配器648利用适当的总线系统耦合到桥接设备626，诸如外围部件互连(PCI)总线或高级图形端口(AGP)总线。在一些实施例中，图形适配器648与桥接设备626相集成。图2的人机界面224和度量衡单元246均可以包括图形适配器，而(与历史记录单元218相关联的)分布式处理单元214、216以及流量计算机234、236可以省略图形适配器。

网络适配器650使得处理单元600能够通过骨干计算机网络206(图2)与其它处理单元进行通信。在一些实施例中，网络适配器650利用硬连线连接(例如，以太网)来提供访问，而在其它实施例中，网络适配器650通过无线网络协议(例如，IEEE 802.11(b)，(g))提供访问。

如以上所讨论的，当示例性的处理单元600与人机界面224相关联时，处理单元600可以是用户用来与分布式处理单元214、216或度量衡单元246进行交互(例如，以对与物理过程相关的控制循环编程)并且还与历史记录单元218进行通信的计算机。此外，实现并运行以执行以上所讨论的方法的程序可以从示例性的处理单元600的任意计算机可读存储介质(例如，存储器624、光学设备642、“软盘”设备638或硬盘驱动器634)存储和/或执行。

根据这里所提供的描述，本领域技术人员能够轻易将如描述所创建的软件与适当的通用或专用计算机硬件相结合以创建依据各个实施例的计算机系统和/或其它计算机子组件，以创建用于执行各个实施例的方法的计算机系统和/或计算机子组件，和/或创建用于存储实现各个实施例的方法方面的软件程序的一个或多个计算机可读存储介质。

以上讨论意在说明本发明各个实施例的原理。一旦完全理解了以上公开内容，各种变化和修改对于本领域技术人员而言是显而易见的。权利要求意在被解释为包含所有这些变化和修改。

Claims (18)

1.一种处理单元，包括：

处理器；

耦合到所述处理器的存储器；和

耦合到所述处理器的通信端口，所述通信端口被配置为耦合到控制系统的骨干通信网络；

其中所述存储器存储程序，当所述程序被所述处理器执行时使所述处理器有选择地：

通过所述通信端口作为第一制造商的控制系统的处理单元来参与，所述控制系统实现各处理单元之间的第一私有通信协议；并且

通过所述通信端口作为不同于所述第一制造商的第二制造商的控制系统的处理单元来参与，所述第二制造商的所述控制系统实现各处理单元之间的第二私有通信协议，并且所述第二私有通信协议不同于所述第一私有通信协议。

2.如权利要求1所述的处理单元，其中所述程序在被所述处理器执行时进一步使所述处理器符合度量衡审计要求。

3.如权利要求1所述的处理单元，其中所述程序在被所述处理器执行时进一步使所述处理器与一个或多个流量计算机进行通信，并且进一步使所述处理器符合度量衡审计要求。

4.如权利要求1所述的处理单元，其中当所述程序参与时，所述程序使所述处理器扫描所述控制系统的处理单元以用于功能块的创建，并且在所述处理单元内创建相应功能块并执行所述功能块。

5.如权利要求1所述的处理单元，其中当所述程序参与时，所述程序使所述处理器可由所述控制系统的人机界面直接编程。

6.如权利要求5所述的处理单元，其中当所述处理器可由所述人机界面直接编程时，所述程序进一步使所述处理器接受符合国际电工技术委员会(IEC)标准61131-3的编程。

7.如权利要求1所述的处理单元，其中所述程序在被所述处理器执行时进一步使所述处理器执行下述至少之一：执行碳氢化合物计量、控制涡轮、执行诊断和监视服务以及执行碳氢化合物质量监视。

8.一种存储程序的计算机可读介质，当所述程序被处理器执行时使所述处理器：

与一个或多个设备进行通信并且执行动作以符合与所述一个或多个设备相关的度量衡审计要求；

通过通信端口作为第一制造商的控制系统的处理单元来参与，所述控制系统实现各处理单元之间的第一私有通信协议；并且

通过所述通信端口作为不同于所述第一制造商的第二制造商的控制系统的处理单元来参与，所述第二制造商的所述控制系统实现各处理单元之间的第二私有通信协议，并且所述第二私有通信协议不同于所述第一私有通信协议。

9.如权利要求8所述的计算机可读介质，其中当所述处理器通信时，所述程序进一步使所述处理器与一个或多个流量计算机通信。

10.如权利要求9所述的计算机可读介质，其中当所述处理器与所述一个或多个流量计算机通信时，所述程序进一步使所述处理器通过所述通信端口与所述一个或多个流量计算机通信。

11.如权利要求8所述的计算机可读介质，其中当所述处理器通信时，所述程序进一步使所述处理器与一个或多个超声流量计通信。

12.如权利要求8所述的计算机可读介质，其中当所述处理器参与时，所述程序使所述处理器扫描所述控制系统的处理单元以用于功能块的创建，并且创建相应的功能块并执行所述功能块。

13.如权利要求8所述的计算机可读介质，其中当所述程序参与时，所述程序使所述处理器可由所述控制系统的人机界面直接编程。

14.如权利要求13所述的计算机可读介质，其中当所述程序使所述处理器可由所述人机界面直接编程时，所述程序进一步使所述处理器接受符合国际电工技术委员会(IEC)标准61131-3的编程。

15.一种存储程序的计算机可读介质，当所述程序被处理器执行时使所述处理器：

扫描控制系统的第一处理单元以查找针对第二处理单元的功能块；

如果没有相应功能块存在于所述第二处理单元中，则在所述第二处理单元中实现与在所述第一处理单元中找到的功能块相对应的功能块；并且

如果作为所述第一和第二处理单元之间的相应功能块存在，但是在所述第二处理单元中该功能块具有不同参数，则在所述第二处理单元中改变所述功能块以对应于在所述第一处理单元中找到的功能块。

16.如权利要求15所述的计算机可读介质，其中所述程序进一步使所述处理器扫描所述第一处理单元，并且如果在所述第一处理单元中相应功能块已经被去除，则从所述第二处理单元去除功能块。

17.如权利要求15所述的计算机可读介质，进一步包括：

其中当所述处理器扫描时，所述程序进一步使所述处理器扫描多个第一处理器单元；

其中当所述处理实现时，所述程序进一步使得所述处理器在第二处理单元中实现与在所述多个第一处理单元中所找到的功能块相对应的功能块。

18.如权利要求17所述的计算机可读介质，其中当所述处理器实现或改变时，所述程序使所述处理器实现或改变在所述第二处理单元中的功能块，作为下述系统至少之一的部分：被配置为执行碳氢化合物计量的系统；被配置为控制涡轮的系统；被配置为执行诊断和监视服务的系统；以及被配置为执行碳氢化合物质量监视的系统。

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