CN101158872A - 在操作过程环境中更新及使用动态过程仿真 - Google Patents

Abstract

一种仿真系统，其包括使用过程模型来为过程设备执行仿真活动的互连仿真块，所述仿真系统以使其容易使用以及使联机过程仿真容易更新的方式，集成到适合所述过程设备的过程控制环境。本发明公开的仿真系统使得可以使用由该仿真系统产生的过程参数的未来预测值及当前预测值来进行性能评估及引导设备操作。此外，所述仿真系统连接到操作过程设备，以接收多种联机过程设备测量，而且所述仿真系统使用这些测量来自动更新所述仿真系统中使用的过程模型，以便从而使所述仿真系统与所述过程设备的实际操作情况保持协调。

Description

在操作过程环境中更新及使用动态过程仿真

相关申请

本专利申请是在2004年12月16日提交的标题为“用于过程设备建模系统的智能过程对象”(Smart Process Obiects Used in a Process PlantModeling System)的美国11/014,307号专利申请(U.S.Patent ApplicationSerial Number 11/014,307)的部分连续申请案，并对其提出优先权要求；上述美国11/014,307号专利申请是在2003年7月21日提交、后在2006年9月9日发布为美国7,110,835号专利(U.S.Patent No.7,110,835)、标题为“过程设备中的图形显示元件、过程模块及控制模块的集成”(Integration ofGraphic Display elements，Process Modules and Control Modules in ProcessPlants)的美国10/625,481号专利申请(U.S.Patent Application Serial Number10/625,481)的连续申请案，并对其提出优先权要求；上述美国10/625,481号专利申请是在2002年10月22日提交的标题为“过程设备中的智能过程模块及对象”(Smart Process Modules and Objects in Process Plants)的美国10/278,469号专利申请(U.S.Patent Application Serial No.10/278,469)的部分连续申请案，并对其提出优先权要求；所述这些美国专利申请的全部揭示在此通过引用被并入本专利。

技术领域

本发明总体上涉及过程设备，尤其涉及一种智能控制及仿真环境，该智能控制及仿真环境使得仿真活动能够在过程设备控制结构的系统级与联机控制系统集成，以及从联机控制系统进行更新。

背景技术

分布式过程控制系统-如那些用于化学、石油或其他过程的控制系统-典型地包括一过程控制器或多个过程控制器，过程控制器通过模拟总线、数字总线或模拟/数字混合总线通信连接到一或多个现场设备。现场设备可以是阀、阀定位器、开关及变送器(例如温度传感器、压力传感器及流率传感器)，它们位于过程环境中，并执行过程功能，如开启阀或关闭阀及测量过程参数等等。智能现场设备-如符合知名的Fieldbus(“现场总线”)协议的现场设备-也可以执行控制计算、告警功能、及其他在控制器中普遍地实施的控制功能。过程控制器(典型地也是位于厂房环境中)接收与现场设备所作的过程测量的信号及/或其它与现场设备有关的信息，并执行控制器应用程序；控制器应用程序运行不同的控制模块，控制模块根据所接收的信息作出过程控制决定，并产生控制信号以及协调正在现场设备中被执行的控制模块或块，如HART(“可寻址远程传感器高速通道”)及Fieldbus(“现场总线”)现场设备。控制器中的控制模块通过通信线发送控制信号到现场设备，从而控制过程的操作。

来自现场设备及控制器的信息通常通过一数据高速通道，向一或多个其他硬件设备(如操作员工作站、个人计算机、历史数据库、报告产生器、集中式数据库等等)传送，这些硬件设备典型地设置在控制室或其他远离较苛刻的厂房环境的位置。  这些硬件设备运行应用程序，使得操作员能够执行有关过程的功能，比如改变过程控制例程的设置、修改控制器或现场设备中的控制模块的操作、观测过程的当前状态、观测由现场设备及控制器产生的告警、仿真过程操作，以便培训人员或测试过程控制软件、保持及更新配置数据库等等。

举例而言，由Emerson Process Management(艾默生过程控制有限公司)出售的DeltaVTM控制器包括多个应用程序，这些应用程序存储在过程设备中的多个不同位置的不同设备，并由这些设备执行。  装置在一或多个操作员工作站的配置应用程序，使得用户能够创建或改变过程控制模块，以及通过数据高速通道将这些过程控制模块下载到专用的分布式控制器。典型地，这些控制模块是由通信互连的功能块构成，所述通信互连的功能快是符合对象导向编程协议的对象，这些功能块根据它们的输入，执行控制方案中的功能，并提供输出到控制方案中的其他功能块。配置应用程序也可以让设计者创建或改变操作员界面，这些操作员界面由显示应用程序用来向操作员显示数据，并使操作员能够在过程控制例程中改变设置(比如设定点)。每个专用控制器(在有些情况下是现场设备)存储及执行控制器应用程序，该控制器应用程序运行被分配及下载到其上的控制模块，以便实施实际的过程控制功能。显示应用程序可以在一或多个操作员工作站上运行，它们通过数据高速通道接收来自控制器应用程序的数据，并向使用用户界面的过程控制系统设计员、操作员、或用户显示这些数据，而且可以提供许多不同视图中的任何视图，比如操作员视图、工程师视图、技术员视图等等。历史数据库应用程序典型地存储在历史数据库设备，并且由历史数据库设备执行，历史数据库设备采集及存储通过数据高速通道提供的一些或所有数据，而配置数据库应用程序可以在连接到数据高速通道的另一计算机中运行，以便存储当前的过程控制例程配置及与其有关的数据。可选择地，配置数据库应用程序可以装置在配置应用程序所在的相同的工作站中。

如以上所述，操作员显示应用程序典型地是在全系统范围的基础上实施在一或多个工作站，并且向操作员或维护人员提供有关厂房中的控制系统或设备的操作状态的预配置显示。  典型地，这些显示的形式是：接收由过程设备中的控制器或设备产生的告警的告警显示、指示控制器及过程设备中的控制器及其他设备的操作状态的控制显示、指示过程设备中的设备的操作状态的维护显示等等。这些显示一般被预配置成以已知的方式显示从过程设备中的过程控制模块或设备接收的信息或数据。在一些已知的系统中，显示是通过使用具有与物理元件或逻辑元件有关的图形的对象来创建的，而且通信连接到该物理元件或逻辑元件，以便接收有关物理元件或逻辑元件的数据。该对象可以根据所接收的数据，在显示屏幕上改变图形，以描述(例如)水箱只是半满、以描述流率传感器测得的流率等等。虽然这些显示所需要的信息是从过程设备中的设备或配置数据库发送，该信息只用于为用户提供包含该信息的显示。因此，在过程设备控制系统的配置期间，在设备中用于产生告警、发现问题的所有信息及编程等等-必须由与厂房有关的不同设备(比如控制器及现场设备)产生，以及在与厂房有关的不同设备(比如控制器及现场设备)中配置。只有这样，这些信息才会在过程操作期间发送到操作员显示。

虽然错误检测及其他编程对检测有关在不同控制器上运行的控制环路的情况、错误、告警等等及对检测个别设备中的问题有用，但很难为过程控制系统编程来识别系统级的情况或错误，而这些系统级的情况或错误的检测，必须通过分析来自过程设备中不同的位于多个位置的可能设备的数据进行。此外，操作员显示典型地尚未被用来向操作员或维护人员显示或提供这类系统级情况的信息；而且，无论如何，使用显示中的这些涉及不同元件的信息或数据的备份源，很难在操作员显示中使对象动画化。对于物料流的动画化及建模而言，这个事实更是确切-比如管道中流体的流率、传输带上原料的移动等等物料流-在显示器上，它们都是以简单的、连接两个设备的线表示。此外，目前不存在有组织地在物料通过设备时探测设备中的某些情况(比如流动情况及质量平衡)的方式，而要在系统级的基础上执行这些功能，更是谈何容易。

同样地，虽然在操作过程环境中使用过程仿真并不新颖，但设立或创建过程设备或过程设备部分的仿真也可以很难，这是由于仿真活动典型地必须与过程设备的联机环境中执行的显示及控制活动分开执行。此外，如果创建了所述设备的仿真，将很难(如果不是不可能)使这个仿真与操作员显示集成或与正在设备中实施的控制模块集成。例如，在设计设备时使用HYSYS(高保真仿真编程)来实施过程仿真并随后使用该相同的仿真来协助执行过程操作的方法广为人知。与操作设备同时使用过程仿真的其中一优点是，实际设备性能可以与设计性能比较。然而，当前的技术只是显示在仿真中计算的过程参数的当前值。此外，即使是简单的过程仿真也可能包含数以数百计的可配置参数，这些可配置参数影响仿真结果。因此，实际设备可能由于厂房中的变化或厂房设备的退化等原因，与仿真设备不匹配，或可能在仿真创建后长期与仿真设备不匹配。使用当前的技术，这样的差异一般由工程师手动地调整仿真的可配置参数来解决。然而，这种纠正仿真的方法既费时又过度以来操作员的技术诀窍，而且常伴误差。

发明内容

一种仿真系统以使其容易使用的方式，及以使所述联机过程仿真的更新自动而实际的方式，集成到过程控制环境。本专利所公开的仿真系统使得过程参数的未来值以及当前值能够用于性能评估及用来引导设备操作。此外，所述仿真系统可以连接到多种联机过程或设备测量，而且可以使用这些测量来自动地更新在所述仿真系统中使用的过程模型，从而使所述仿真系统与过程设备的实际操作状态保持协调。

所述仿真系统可以使用智能过程对象来实施，其智能过程对象具有图形及仿真元件，所述图形及仿真元件用于描绘及仿真设备或所述设备的部分的操作。一般而言，代表现场设备中的一物理设备或实体(比如阀、槽、管等等)的每个智能过程对象包括一图形元件(该图形元件可以用来在图形显示中描绘该物理元件)及一模拟或仿真元件(比如算法)，所述模拟或仿真元件模拟或仿真该过程元件在设备中操作时的行为。明确地说，智能过程对象可以包括向操作员显示的显示元件、用于存储有关设备中的相关实体的信息或来自设备中的相关实体的信息的数据存储块、用于与其他过程对象进行通信的输入及输出、可以为检测设备或设备情况(比如泄漏、错误或其他情况)而对所存储及接收的数据执行的方法、以及可以用来仿真所述过程实体的操作的仿真算法。

在配置时，多个智能过程对象可以连接在一起，以便创建仿真系统来描绘及仿真所述过程设备的所述不同部分的操作，及以便创建过程模块来模拟或仿真所述过程设备的所述部分的行为。照这样，每个过程模块(及与过程模块有关的每个显示)接收输入及产生相应于移动经过所述设备的液体、气体或其他材料的输出，并模拟或仿真所述过程设备中的所述过程元件对移动经过所述设备的材料的作用的行为。照这样，所述智能过程对象的图形显示部分可以用于描绘所述设备中的所述元件的操作(以及所述设备中的该元件的角色或作用)，而所述智能过程对象的仿真元件则可以用于仿真所述实际物理元件对所述液体或其他材料在所述设备中的移动的作用。来自所述实际设备的数据(例如在所述设备中测量的数据)也可以传送到使用智能过程对象来创建的所述图形显示中，或在所述图形显示中描绘。

为了执行更高级及更准确的仿真，智能连接对象对模拟所述设备中的物理实体之间的连接可以很有用处。例如，这些连接可以指定管道连接、导管连接、电气连接或传输带连接。因此，所述连接可能于通过所述连接的多种不同类别的物料流的其中之一有关。所述智能连接对象可以存储与所述连接有关的连接参数数据，比如有关连接类别或连接状况的的信息。作为仿真系统的部分的所述智能连接对象的执行，通过显示所述连接的图形描绘及仿真通过所述连接的物料流，帮助产生所述过程设备的操作的模型。

仿真也通过智能流对象提供，这些智能流对象可以与所述设备中的物料流(或材料流)有关。这些流可以代表流经或通过所述设备的液体、固体或气体，而每个流可以包括所述流的特性或参数，比如压力、体积、密度、流率、成分等等，这些特性或参数可能随着所述流通过所述过程模块的不同元件而改变。由于所述流流经所述过程控制元件的所述输入及输出，所述流的特性一般受所述流流经的所述过程元件(阀、槽等等)影响，因此，所述过程模块中的各别的元件可以包括算法，以仿真这些过程元件在它们的输入处对所述流提供的影响。

为了实现所述图形显示的操作或实现从智能过程对象创建所述过程模块的操作，操作员工作站或其他计算机运行执行引擎，所述执行引擎执行所创建的图形显示或过程模块。作为这个操作的部分，所述过程模块可以执行被称作“流算法”的方法，这些流算法可以用于检测过程情况-特别是在系统级的基础上检测过程情况，以及用于仿真过程元件对流经所述设备的流的影响。因此，从所述智能过程对象创建的所述过程模块及图形显示，使得能够在所述操作员显示设备实施情况及错误检测例程，而且可以同时在所述设备的所述控制器及现场设备中提供这个功能，或消除提供这个功能的需要。所述过程模块也在所述过程设备中为操作员或配置工程师提供另一程度的编程灵活性，此另一程度的编程灵活性可以为操作员提供更好或更完整的信息，而且还易于使用及实施。此外，所述图形显示可以使用由所述过程流模块的流算法确定或计算的信息来动画化，以便向操作员提供附加信息。

附图说明

图1为一原理框图，其显示位于过程设备中的一分布式过程控制网络，该分布式过程控制网络包括一工作员工作站，该工作员工作站实施一显示例程，该显示例程使用智能过程对象来创建过程模型及图形显示，以仿真过程设备的操作；

图2为一逻辑原理框图，其显示存储在图1的操作员工作站的一组应用程序及其他实体，包括智能过程对象及过程模块，这些应用程序及实体可以用来在过程设备中实施加强功能；

图3简单地描绘一配置屏幕，配置工程师通过该配置屏幕，使用存储在对象库的智能过程对象来创建过程图形显示或过程模块；

图4是一范例过程图形显示的详细描绘，其包括过程设备中的流及连接元件的描绘，该范例过程图形显示通过互连多个智能过程对象的图形显示元件而创建；

图5描绘一组最小化过程图形显示，包括图4的过程图形显示，这些最小化过程图形显示互连成为所述设备的一较大的图形显示；

图6描绘一与图4的过程图形显示有关的过程模块，也图解该过程模块与一高保真仿真例程之间的互连；

图7A及7B为逻辑原理框图，它们图解在过程设备中集成的图形显示、过程模块及控制模块之间的通信互连；

图8简单地描绘一范例过程模块，该过程模块的多个模块与一控制模块中的多个功能块互连，以便提供高级控制及仿真能力；

图9为一简化原理框图，其显示一仿真系统，该仿真系统具有多个仿真块，这些仿真块使用过程模型来提供将来预测过程值，并根据过程测量或用户输入来更新所述过程模型；和

图10为一逻辑原理框图，其显示在现有过程控制网络中创建及实施使用智能过程对象的过程模块及仿真系统的方式。

具体实施方式

现在参看图1，其详细描述一范例过程设备10中的智能过程对象被用来构成过程图形显示及过程模块，所述过程图形显示及过程模块可以与控制模块集成，以便在设备环境中提供加强控制及仿真。明确地说，过程设备10使用一分布式过程控制系统，该系统具有一或多个控制器12，每个控制器12通过输入/输出(I/O)设备或卡18(其可以是Fieldbus界面、Profibus界面、HART界面、标准4-20mA界面等等)，连接到一或多个现场设备14及16。控制器12也通过一数据高速通道24(其可以是一以太网链接)，连接到一或多个主工作站或操作员工作站20及22。一数据库28可以连接到数据高速通道24，而且可以运行为一历史数据库，以便采集及存储与设备10中的控制器及现场设备有关的参数、状况及其他数据；及/或可以运行为一配置数据库，以便将下载到和存储在控制器12及现场设备14及16的配置存储为设备10中的过程控制系统的当前配置。虽然控制器12、输入/输出(I/O)卡18及现场设备14及16典型地是位于及分布遍及有时苛刻的设备环境中，但操作员工作站20及22以及数据库28一般位于控制室或其他较不苛刻、控制人员或维护人员较容易接近的环境中。

如共知的那样，每个控制器12(其可以是Emerson Process Management出售的DeltaVTM控制器)存储及执行一控制器应用程序，所述控制器应用程序使用任何数目、不同、独立执行的控制模块或块29来实施一控制策略。每个控制模块29可以由通常称为“功能块”的块构成，其中每个功能块是一完整控制例程的一部分或一子例程，而且每个功能块(通过被称为“链接”的通信)与其他功能块一同工作，以便实施过程控制系统10中的过程控制环路。如广为人知的那样，功能块可以是符合对象导向协议的对象，它们典型地执行以下功能的其中之一，以便执行在过程控制系统10中操纵过程参数的一些物理功能，即：输入功能，比如与变送器、传感器或其他过程参数测量设备相关的输入功能；控制功能，比如与执行PID、模糊逻辑、MPC等控制有关的控制功能；或输出功能(其负责控制一些设备(比如阀)的操作)。当然，存在一些混合的及其他类别的复杂功能块，比如模型预测控制器(MPCs)、优化器等等。虽然Fieldbus协议及DeltaV系统协议使用根据对象导向编程协议来设计及实施的控制模块及功能块，但所述控制模块可以使用任何期望的控制编程方案来设计，包括使用顺序功能块、梯型逻辑等等来设计，而且所述控制模块的设计及实施不限于使用所述功能块或任何其他特定编程技术。

在图1所示的设备10中，连接到控制器12的现场设备14及16可以是标准的4-20mA设备；可以是智能现场设备(比如HART、Profibus或FoundationTM Fieldbus现场设备)，它们各包括一处理器及一存储器；或者可以是任何其他期望类别的设备。一些这类设备(比如Fieldbus现场设备)(在图1中以编号16标注)可以存储及执行与在控制器12中执行的控制策略有关的模块、或子模块(比如功能块)。功能块30在图1被图解为部署在两个不同的Fieldbus现场设备16中，它们可以与控制器12中的控制模块29一同执行，以便实施过程控制，一如共知的那样。当然，现场设备14及16可以是任何类别的设备(比如传感器、阀、变送器、定位器等等)，而输入/输出(I/O)设备18可以是任何类别的、遵守任何期望的通信协议或控制器协议(例如HART、Fieldbus及Profibus协议)的输入/输出(I/O)设备。

在图1所示的过程设备10中，工作站20包括一组操作员界面应用程序及其他数据结构32，操作员界面应用程序32可以由任何授权用户(有时在此称为配置工程师及有时称为操作员-虽然可能存在其他类别的用户)存取，以便观测及提供有关在过程设备10中连接的设备、单元等等的功能。该组操作员界面应用程序32存储在工作站20的一存储器34中，而且该组应用程序32中的每个应用程序或实体适合在与工作站20有关的一处理器36上执行。虽然整个组合的应用程序32被图解为存储在工作站20中，但这些应用程序或其他实体中的有些应用程序或实体可以存储在与系统10有关的或与系统10进行通信的其他工作站或计算机设备。虽然整个组合的应用程序32被图解为存储在工作站20中，但这些应用程序或其他实体中的有些应用程序或实体，可以在系统10中的或与系统10有关的其他工作站或计算机设备中存储及执行。此外，所述组合的应用程序可以提供显示输出到一与工作站20有关的显示屏幕37或任何其他期望的显示屏幕或显示设备，包括手携式设备、膝上式计算机、其他工作站、打印机等等。同样地，所述组合的应用程序32中的应用程序可以分开并在两个或多个计算机或机器上执行，而且可以配置成彼此一起操作。

一般而言，该组应用程序32提供条件或使得可以创建及使用三种不同的实体，这些实体的运行可以集成，以便为过程设备10中的加强控制、仿真及显示功能提供条件。  更明确地，该组应用程序32可以用于创建及实施过程图形显示35(其一般提供与过程设备的部分有关的操作员显示)、过程模块39(其一般提供过程设备的部分的仿真)以及过程控制模块，如控制模块29(其一般提供或执行过程的联机控制)。过程控制模块29一般为此行熟知，而且可以包括任何类别的控制模块，比如功能块控制模块等等。过程图形显示元件35(其将在以下详细描述)一般被操作员、工程师或其他显示用来为用户(比如操作员)提供有关过程设备及其中的元件的操作、配置或设置的信息。过程模块39一般与过程图形显示元件35紧密联系，而且可以用于执行过程设备的操作的仿真，或用于执行一些过程设备中的、以过程图形显示35中描绘的方式连接的不同元件的仿真。过程图形显示35及过程模块39被描述为存储在工作站20及22并由工作站20及22执行，虽然过程图形显示35及过程模块39可以被下载到、及执行于任何与过程控制设备10有关的其他计算机(包括膝上式计算机、手提设备等等)。

图2图解工作站20的该组应用程序32中的一些应用程序及数据结构或其他实体。明确地说，该组应用程序32包括控制模块、过程模块及图形显示配置应用程序38，这些应用程序由配置工程师用来创建控制模块、过程模块(亦称过程流模块)及相关的图形显示。虽然控制模块配置应用程序38可以是任何标准的或已知的控制模块配置应用程序，但所述过程模块及图形显示配置应用程序可以使用一或多个智能过程对象来创建过程模块及图形显示，其性质将在以下详细描述。此外，虽然过程模块及过程图形配置应用程序38分开显示，但一配置应用能够程序可以创建所有这些类别的元件。

一库40的智能过程对象42包括范例或模板智能过程对象42，范例或模板智能过程对象42可以由配置应用程序38存取、复制及使用来创建过程模块39及图形显示35。应该了解，配置应用程序38可以用来创建一或多个过程模块39，每个过程模块39由一或多个智能过程对象42构成或从一或多个智能过程对象42创建，而且可以包括存储在过程模块存储器46的一或多个过程流或仿真算法45。此外，配置应用程序38可以用于创建一或多个图形显示35，每个图形显示35由一或多个智能过程对象42构成或从一或多个智能过程对象42创建，而且可以包括连接在一起的任何数目的显示元件。其中一图形显示35b在图2中以放大的方式图解，而且包括一组过程元件(比如阀、槽、传感器及流率变送器)的描绘，这些过程元件由连接元件(它们可以是管、导管、电力电缆、运输带等等)互连。

一执行引擎48在运行时间操作或实施每个图形显示35及过程模块39，为操作员创建如图形显示35定义的一或多个过程显示，以及实施与过程模块39有关的仿真功能。执行引擎48可以使用一规则数据库50，规则数据库50定义将在过程模块39上实施的逻辑为一整体及这些模块中的智能过程对象。执行引擎48也可以使用一连接矩阵52，该连接矩阵52定义设备10中的过程元件以及过程模块39中的过程元件之间的连接，以便为过程模块39实施功能。

图2更详细地图解其中一智能过程对象42e。虽然智能过程对象42e被图解为其中一模板智能过程对象，但应该了解，其他智能过程对象一般将包括与智能过程对象42e相同或相似的元件、设置、参数等等，而且视该智能过程对象的性质及用途而定，这些元件、设置、参数的细节或数值可以因不同智能过程对象而改变或变更。此外，虽然智能过程对象42e可以是对象导向编程环境中的一对象，因此包括数据存储器、输入及输出以及与其有关的方法，这个智能过程对象可以由任何其他期望的编程范例或协议创建，或在任何其他期望的编程范例或协议中实施。

应该了解，智能过程对象42e在被实例化之前，是与图1的过程设备10中的某个特定类别的实体(比如物理实体或逻辑实体)有关的一对象。然而，在被复制及实例化之后，智能过程对象42e可以与所述过程设备中的某个特定实体有关。无论如何，智能过程对象42e包括一数据存储器53，数据存储器53用于存储接收自或关于与智能过程对象42e有关的逻辑实体的数据。数据存储器53一般包括一数据存储器53a，数据存储器53a存储与智能过程对象42e有关的实体的一般信息或永久信息，如制造商、修改、名称、类别等等。一数据存储53b可以存储变量或变动数据，比如参数数据、状况数据、输入及输出数据、成本或其他与智能过程对象42e有关的实体的数据，包括与所述实体有关的、该实体曾经存在于或现在存在于过程设备10的数据。当然，智能过程对象42e可以配置或编程为在定期或非定期的基础上，通过任何期望的通信链接从该实体本身接收这些数据(例如成本数据)，或通过以太网总线24或以任何其他期望的方式从历史数据库28接收这些数据(例如成本数据)。一数据存储器53c可以存储与智能过程对象42e有关的实体的图形表达，该图形表达通过操作员界面(比如与图1中的工作站20有关的屏幕37)用于为操作员提供实际显示。当然，该图形表达可以包括有关所述实体的信息的占位符(数据存储器53c中标志下划线者)，比如存储在数据存储器53b、由有关所述实体的参数或其他变量数据定义的信息。当图形表达作为其中一图形显示35的部分、在显示设备37上向操作员呈现时，这个参数数据可以显示于图形占位符。所述图形表达(及智能过程对象42e)也可以包括预定连接点(数据存储器53c中标志“X”者)，预定连接点使得操作员或配置工程师能够附加上游或下游组件到过程元件，一如图形表达所描绘的那样。当然，这些连接点也使得智能过程对象42e能够知道在过程模块中配置的、连接到该智能对象的元件，以及可以指定必须使用的连接元件类别(比如与该元件等有关的管、管道等等)以及与该元件有关的流等等。

智能过程对象42e也可以包括一或多个输入54及输出56，以使得能够在其中使用智能过程对象42的过程模块之内或之外与其他智能过程对象进行通信。  输入54及输出56与其他智能过程对象的连接，可以由配置工程师在过程模块配置时，通过仅仅连接其他智能过程对象到这些输入及输出或通过指定将在智能过程对象之间发生的特定通信，来进行配置。这些输入及输出中的有些输入及输出可以被定义为在智能过程对象的预定连接点连接到智能过程对象-如以上所述。这些输入54及输出56也可以由规则数据库50中的一组规则来确定或定义，及由定义设备10中的不同设备或实体之间的连接的连接矩阵52来确定或定义。一般而言，输入54及输出56(包括数据存储器或有关缓冲器)将用来提供从其他智能过程对象传送数据到智能过程对象42e的通信，或提供将存储在或产生于智能过程对象42e的数据传送到其他智能过程对象的通信。这些输入及输出也可以用来提供智能过程对象42e与过程控制系统中的其他对象(比如控制器12中的控制模块、现场设备14、16等等)之间的通信。

如图2所示，智能过程对象42e也包括一方法存储块58，用于存储零个、一或多个方法60(在图2中图解为方法60a、60b及60c)，这些方法可以是在执行使用智能过程对象42e的过程模块时、由智能过程对象42e实施的算法。一般上，存储在方法存储块58中的方法60将使用存储在数据存储器部分53a及53b的数据，以及从其他智能过程对象获取的数据或从其他来源获取的数据(比如通过输入54及输出56，从配置数据库或历史数据库28获取的数据)，以确定有关过程设备10或有关设备10中的实体的信息。例如，方法60可以确定由智能过程对象42e定义的实体的不良或良好操作条件、该实体或过程设备10中的其他实体的误差等等。方法60可以根据智能过程对象的种类和级别来预配置或提供，而且一般在每次智能过程对象42e在运行时间在执行引擎48中被执行时，方法60将被执行。一些可以在智能过程对象(比如智能过程对象42e)中提供的范例方法60包括监控泄漏、死区带、死区时间、移动、可变性、情况监控、计算成本、或其他与所述实体有关的情况。

方法60也可以被提供来帮助仿真与流经过程实体的材料上的智能过程对象有关的过程实体的操作。因此，方法60可以被提供来计算与设备10中的材料有关的质量平衡、能量平衡、流率、温度、成分、汽化状态、及其他系统级或流级参数，以仿真该元件的操作，从而根据提供的输入来计算预期输出等。当然，除了少数以外，这些方法可以存储在智能过程对象42e并由智能过程对象42e运行，而且有许多其他方法可以使用，这些方法一般按被表达的实体的种类、该实体在过程设备中连接及使用的方式、以及其他因素来确定。必须注意的是，虽然智能过程对象42e可以存储及执行探测系统级情况、错误等的方法，这些方法也可以用于确定有关设备、逻辑元件(比如过程控制模块及环路、及其他分系统级实体)的其他信息。如果需要，方法60可以以任何期望的编程语言(如C、C++、C#等等)来编程或提供，或可以被引用到或可以定义在执行时应为智能过程对象42e运行的规则数据库50中的适用规则。

如果需要，每个智能过程对象可以包括一库的适用算法或方法，当在过程模块中连接时，这些适用算法或方法可以用于定义智能过程对象的仿真行为。这样的库以图2中的智能过程对象42e的下拉菜单61图解，而且一相似的菜单可以与每个其他智能过程对象有关。在智能过程对象置于一过程模块39中时，配置工程师可以通过(例如)下拉菜单61，选择仿真算法(称为方法1、方法2等等)库中的一算法来定义该智能过程对象的仿真行为。照这样，取决于所述智能过程对象被用于建模的过程的种类及性质，配置工程师可以为智能过程对象定义不同的仿真行为。

如果需要，配置工程师可以改为提供专用或其他用户供应算法来定义由智能过程模块定义的过程元件的仿真行为。这种用户定义算法(在下拉菜单21中被图解为“用户定义”输入)在智能过程对象位于或用于过程模块39中时，可以被提供给及存储在智能过程对象中。这个功能使仿真行为能够由用户用户化，从而提供更好或更准确的仿真。如果需要，以及如同以下更详细描述的那样，智能过程对象42或每个过程模块39可以包括一操作员可执行开关(如电子开关或标志)，所述开关禁止在智能过程对象中使用仿真算法，使过程模块的行为由一高保真仿真包或程序(如由HYSYS提供者)确定。在这种情况中，与使用智能过程对象中的仿真算法相反，智能过程对象或过程模块是从高保真仿真获得仿真参数。

在执行引擎48执行一图形显示35或一过程模块39时，执行引擎48向图形显示35或过程模块39中的每个智能过程对象实施由输入54及输出56定义的通信，而且可以为这些对象中的每个对象实施方法60，以便执行方法60提供的功能。如以上所述，方法60的功能可以置于所述智能过程对象中的编程，或根据某智能过程对象的种类、级别、标识符、标签名等，由执行引擎48执行的规则数据库50中的一组规则来定义，以便实施这些规则定义的功能。

将注意到的是，智能过程对象42e的一实例有一与智能过程对象42e有关的过程模块构造中的标签名或唯一名，这个标签名或唯一名可以用来提供传送到或传送自智能过程对象42e的通信，而且可以在运行时间被执行引擎48引用。过程模块标签在控制系统配置中应是唯一的。这个标签惯例使得过程模块39中的元件能够由其他过程图形显示35、过程模块39及控制模块29的元件引用。此外，智能过程对象42e的参数可以是简单参数(比如简单值、结构参数或智能参数)，这些简单参数知道与其有关的预期单位及属性。智能参数可以由过程规则引擎或执行引擎48解释或使用，以确保所有信号以相同单位传送或适当地转换单位。智能规则也可以用来开启或关闭对智能过程对象(或过程模块)的告警组合，以便为操作员创建一智能告警策略及/或界面。此外，智能过程对象级别可以与设备10的过程控制策略中的设备及模块级别发生联系，以便提供智能过程对象与其将需要解释或存取的过程变量之间的已知链接。

在用于过程图形显示或过程模块时，智能过程对象也可以包括操作模式、状况、及告警行为，以使得这些智能对象可以在运行时间置于不同模式(比如关闭、启动及一般模式)，可以根据其当前操作状态提供与所述对象有关的状况，以及可以根据检得状况(比如参数超出范围、受限、高变量等等)提供告警。智能过程对象也可以有一级/子级层次树，使它们能够在级库中被分类、在复合结构中被一起采集等等。此外，智能过程对象可以使用得自其他元件(比如控制模块)及其他对象的信息，以使智能过程对象能够识别与其有关的实体什么时候被临时占用(例如被设备10中的批次控制过程捕获)。

智能过程对象可以与任何期望的过程实体有关，例如物理设备(比如泵、槽、阀等等)，或逻辑实体(比如过程范围、测量或执行器、控制策略等等)。在有些情况中，智能过程对象可以与连接器(比如管、管道、线路、传输器)或任何其他在过程中将材料、电能、气体等从一点移到另一点的设备或实体有关。在此有时称为智能链接或连接器元件的、与连接器有关的智能过程对象也被标记(即使所述实际设备或连接器本身可能没有被标记，或可能不能在过程设备10中通信)，而且一般用来表示过程中的其他元件之间的物料流。

智能链接或智能连接器对象典型地将包括特性或参数，这些特性或参数定义不同材料(例如蒸汽、电能、水、污水等等)或现象(如电能)怎样流经连接。这些参数可以显示通过连接器的流的种类及性质(如一般速度、摩擦系数、流的种类如紊流或非紊流、电磁性等等)，以及通过连接器的流的可能方向或方向。智能链接可以包括编程或方法，编程或方法确保智能链接连接的源对象及目标对象的单位匹配，否则，编程或方法可以执行转换。智能链接的方法也可以利用模型或算法来为经过连接器的流建模，以估计经过实际连接器的流的速度或性质、物理连接的长度及大小、交通延滞等等。智能过程对象的存储参数(如摩擦参数)可以用于这些方法。因此，实质上，智能链接或连接器元件使得智能过程对象能够知道其他上游及下游对象或实体。当然，智能链接可以(例如)以任何期望或便利的方式定义系统中的其他对象之间的连接、流体的种类(如液体、气体、电能等等)、实体的上游侧及下游侧、这个智能过程对象的其他哪些实体在该实体的上游及下游，材料、流体、电流的方向等等。在一实例中，矩阵52可以在执行过程流模块之前被创建，而且可以为所述智能链接定义设备中的不同设备之间的互连，以及所述不同智能过程对象之间的互连。其实，执行引擎48可以使用矩阵52来确定上游及下游实体，以及从而定义智能过程对象及与智能过程对象有关的方法之间的通信。此外，一或多个组的规则可以被提供，以用于智能过程对象之间的相互作用及按智能过程对象中的方法的需要、相互获取数据，以及解决与输出连接有关的智能对象的影响。

如果需要，智能过程对象42e也可以包括与关键文档的热链接(如“统一资源定位符”(URLs))，关键文档可能适用于该对象种类、或可能是与智能过程对象42e有关的设备(取决于临界度及应用)的实例专用的。文档可以是厂商供应，也可以是用户专用。文档的一些例子包括配置、启动及关闭等程序、操作及维护文档。如果需要，操作员可以点击显示于操作员显示的对象，为所述对象或有关设备提出实例专用(如有)及一般文档。此外，操作员可以不受系统软件的限制、自主地添加/删除/更改文档，如维护要求、操作问题记录等等。此外，这些热链接可以是用户可配置或用户可更改热链接，以提供添加知识链接到操作员界面中的对象的能力，以提供快捷导航到与对象有关的适当信息，以及提供添加客户具体工作命令到特定对象种类或对象的特定实例的能力。

虽然过程模块及过程图形在以上被描述为通过不同智能过程对象的互连而一起创建，但它们也可以个别地创建。例如，可以使用智能过程对象来创建过程图形，然后在完成时，可以根据图形元件及它们在图形显示中的互连来产生该图形的过程模块。作为选择，可以首先使用智能过程对象来创建该过程模块，而且一旦创建了过程模块，配置应用程序38可以自动地使用用于创建该过程模块的智能过程对象中的图形显示元件，产生该过程模块的图形显示。此外，过程模块及图形显示可以个别地创建，而这两个实体中的单独元件可以通过互相引用，人工地连在一起(例如使用图形显示及过程模块中的元件的标签特性)。通过这个机制，智能过程对象可以被多个显示引用。无论如何，一旦创建，过程图形显示及有关过程模块可以独立或分离地运行，虽然它们将典型地按期望或需要、来回地传送参数及信息。

为了便于理解，可能用在或用来创建过程图形显示及过程模块的智能过程对象的某些可能设置及例子，将在以下更详细地描述。其后，将描述可以使用所述元件和设置来创建的过程图形显示及过程模块与控制模块集成以从而提供高级控制及仿真能力的方式。当然，应该了解，智能过程对象元件和设置并不限于在此讨论的元件及设置，而且，如果需要，其他设置和元件可以用在或用来创建过程图形显示及过程模块的其中之一或两者。此外，应该了解，虽然以下提供的用于一或多个仿真系统的仿真程序与使用智能对象来构建的仿真系统一起描述，但并非必须在这些仿真系统中使用智能对象，而且可以改为采用其他类别的编程技术来开发或实施这些仿真系统。

一般而言，配置应用程序中可以提供一组预定图形元件，以使得用户能够构建反映过程设备的操作员或图形显示。这些图形元件的原意在于动态地显示与控制系统对接的联机测量及执行器。此外，反映过程操作的未测量参数可以使用过程模块中提供的联机过程仿真来计算，而且可以显示为有关图形显示的组成部分。

此外，在用于工程或培训仿真目的的联机或离线环境中，过程模块提供的过程仿真可以代替过程测量值，用于图形元件中及用于有关控制模块中。这些由有关过程模块计算的值可以基于过程图形中描述的执行器位置或状态以及人工扰动值为。照这样，图形显示及控制模块可以用于联机或控制情况以及用于联机及离线仿真情况。此外，虽然图形元件的静态部分将在许多情况下与包含在已知图形库中的三维元件相似，以下将进一步以这些图形元件的许多可能种类及例子来描述这些图形元件的特点或特性、这些元件显示的信息以及这些元件与控制系统输入/输出(I/O)及过程仿真模块的链接。

一般而言，与某个智能过程对象有关的过程模块中的图形元件及仿真算法属于多个不同种类的过程元件(包括流元件、过程连接元件、执行器元件、处理元件、测量元件及估计特性元件)的其中一种类。流元件一般定义过程设备中的物料流，而且可以显露于图形显示中，以显示定义该物料流的成分、密度、流量、温度、压力、重量及/或任何其他参数。流元件可以在过程模块的输入处定义，以及可以提供给过程模块中的元件，从而使通过过程模块的物料流在过程显示中建模及描绘。同样地，流元件可以在输出处或过程模块的末端描述，以便在图形显示中描述图形显示描绘的过程设备的部分的材料输出。流元件也可以用于定义不同图形显示(及有关的过程模块)怎样互相连接。例如，一过程模块中的输出流可以是另一过程模块中的输入流，而且可以提供用于另一过程模块的输入流的值。流可以包含以下四个部分：名称(例如pH流)、方向(例如流输入)、测量(例如流量、压力、温度)及成分(例如氮、氨等等)。然而，如果需要，流可以有其他部分或参数。

过程连接元件定义设备中的材料(如固体材料、液体及蒸汽、及气体)从一设备传送或运载到另一设备的方式。为清晰地描述经过过程的物料流，可以使用三个不同种类的过程连接，包括管、管道及传输器。当然，其他连接元件也可以使用，例如电气化学过程中用于传送能量流的电缆。管一般用于描述(及仿真)设备中的液体及高压蒸汽或气体流。管道一般用于描述(及仿真)设备中的低压气体流。传输器一般用于描述(及仿真)处理单元之间的固体材料的移动。因此，每个过程连接元件定义在设备的输入或输出处用于提供材料的连接种类(如管连接、管道连接或传输器连接)。

如果需要，正连接转移的材料的特性可以由上游输入确定。这些信息加上一定义连接是否完成的连接状况变量，可以被提供为图形显示上的连接元件的特性。连接元件可以开始于处理元件输出、执行器元件输出或流元件输出。同样地，连接元件可以终止于处理元件输入、执行器元件输入或流元件输入。

在鼠标置于图形显示中的连接元件之上时，连接元件的特性可以自动地显示。此外，通过放置一测量或估计特性元件(在以下定义)在连接元件上，与连接元件有关的特性可以永久显示。如果需要，可以通过在一元件输出(如流输出、处理元件输出或执行器元件输出)上按下鼠标左键，并在维持按下鼠标左键时，将鼠标放在一元件输入之上来创建一连接元件。要成功地建立连接，上游及下游元件的输入及输出种类(管、管道、或传输器)必须匹配。连接将自动接纳上游元件的种类。

如果需要，管元件可以在过程图形显示中被显示或描绘为管连接，管道元件(例如空气或气体)可以被显示为管道，以及传输器元件可以被显示为传输带。管、管道及传输器元件连接可以自动地在处理元件之间通过，而箭头可以在这些元件的描绘外显示，以显示流的方向。如果一上游输出由两个连接共有，则管、管道及传输器中可以包括一“T”元件。同样地，一“T”元件可以用于结合多个输出。传输器元件的颜色或其他图形特性可以更改，以显示其状况(例如运行/停止、流动/不流动、堵塞等等)。一般而言，沿着传输器的物料流是由连接到传输器的马达驱动器确定。因此，可以连接一马达驱动执行器(以下更详细描述的一执行器元件)到传输器。此外，测量元件(以下描述)可以连接到管、管道及传输器元件，以使得能够显露与管、管道及传输器元件有关的测量，例如传输器的速度或管或管道中的材料的流量，传输器、管或管道上或其内的材料的特性(如水分或重量)。此外，可以添加一已显露的特性元件，以显示未测量的管、管道及传输器元件上或其内的材料的特性，例如材料的成分。

如果需要，每个管、管道及传输器连接元件可以图形地及动态地反映失去连接(例如通过颜色更改)，以及反映选定的特性(压力、温度、长度等等)在配置界限外(例如通过颜色更改)。此外，有关过程模块计算的参数可以显露于图形。例如，上游连接提供的特性(不论连接状况的优劣、连接状况是否限制连接元件的一或多个选定参数)可以显露于图形显示，以便向操作员提供有关连接元件或连接元件正在传输的流的信息。

一般而言，执行器元件执行一些有关流的执行功能，而且可以放在不同连接元件之间或一处理元件及一连接元件之间。执行器元件的例子包括调节阀(带执行器)、开关阀(带执行器)、泵(带马达)、送风机(带马达)、引风机(带马达)、喷射器(带开关阀)、减振器(带驱动器)、送料机(带变速马达)、传输器马达驱动器(可能附加到传输器元件)等等。

阀元件的图形描绘可以动态地反映控制该阀的有关控制块的默认的阀位置(例如通过动画化)、阀故障(例如通过颜色改变)、阀的全开/全关位置(例如通过颜色改变)、以及AO、DO、DC、设定点、PV、OUT、模式等等(例如通过数字串或其他表示)。与阀元件(用于过程模块)有关的仿真元件可以有仿真算法，这些仿真算法计算与阀执行器有关的参数(例如排放压力、质量流率、液体温度、液体成分、入口压力、及出口压力)。如果需要，这些仿真或计算参数可以显露于过程图形。然而，用户或配置工程师通常必须将一AO、DO或DC模块的参考配置在与阀、阀种类(例如线性、快开、等百分比、阀尺寸计算等等)以及从开到关的动作时间有关的一控制模块。当然，可以用来仿真通过阀的物料流上的阀操作的仿真算法，可以取决于阀的种类及尺寸信息。

泵元件的图形描绘可以动态地反映马达状况(例如使用颜色改变)、有关的DO或DC功能块模式及设定点(例如使用串)、马达速度(如果使用变速驱动器)、AO设定点、PV、OUT模式(如果使用变速驱动器)以及其他需要的参数。同样地，泵元件的过程仿真(用于过程模块)可以确定或计算参数，例如排放压力、液体成分、液体温度、及质量流率，这些参数可以在图形显示中显露。用户可能需要根据泵种类来定义泵曲线。然而，用户可以配置与马达启动/停止有关的DO或DC模块的参考、用于变速驱动器(如果使用)的有关AO功能块的参考、及用于定义泵的操作的泵曲线(例如压力对流量曲线)。

送风机或引风机执行器元件的图形描绘可以包括动态地描绘反映马达状况、DO或DC功能块模式及设定点、马达速度(如果使用变速驱动器)、AO设定点、PV、OUT、DO或DC功能块模式(如果使用变速驱动器)以及其他需要的参数的描绘，任何这些信息可以在图形显示中显露。这个元件的过程仿真元件(用于过程模块)可以确定或计算诸如排放压力、气体成分、气体温度及气体质量流率等参数，这些参数可以在图形显示中显露。用户可以配置与马达启动/停止有关的DC模块的参考、用于变速驱动器(如果使用)的有关AO功能块的参考、及用于定义风机的仿真操作的风机曲线(压力对流量曲线)。

在有些实例中，某种特定类别的执行器只能用于某种特定类别的连接，例如管、管道、或传输器。下表定义典型执行器元件的一些范例连接限制。

	管	管道	传输器
				调节阀	X
开-关阀	X
				泵	X
喷射器	X
				送风机		X
引风机		X
				减振驱动器		X

送料机	X		X
				马达驱动器			X

处理元件包括以某种方式处理设备中的材料或流的设备装置。一般而言，处理元件的所有输入及输出将通过连接元件来进行。标准处理元件包括槽(垂直及水平)、发热器、固定式混合机、反应器、混合器、暖风机及任何其他执行某种简单或标准处理活动的元件。对于标准处理元件，用户可以指定连接到该元件的输入及输出的数目以及设备的物理特性，如尺寸、体积等等。这些标准处理元件的仿真算法及静态表达可以被设定为不能被用户更改，但可以在配置时间被选择如上述。当然，如果需要，其他(典型地是更复杂的设备装置，例如蒸馏塔、蒸发器、分离器、锅炉等等)可以实施为传统处理元件。这些传统处理元件的静态表达、输入及输出的数目以及仿真算法可以被更改，以符合用户界面的要求。一旦一传统处理元件已经被定义，这个传统处理元件可以存储为一组合或模板，可以再使用或使用为其他处理元件的创建的一起点。

槽标准处理元件(垂直或水平)可以根据管与槽的连接来配置，槽元件可以动态地反映槽中的物位(例如使用动态动画)、以及100％或空时的物位(例如使用颜色改变)。槽的过程模块仿真可以通过图形显示来计算及显露诸如槽的出口温度、出口成分、液体温度以及仿真物位等参数。然而，为将槽与系统连接，用户或配置工程师可能需要配置输入及输出连接的数目、与槽的完全连接、槽的特性如尺寸(例如直径及高度)等等。

发热器处理元件可以通过图形显示，动态地计算及反映热导系数(例如使用颜色改变)、出口产品温度、入口产品温度、出口压力(假设固定下落)等等。用户或配置工程师可能需要配置发热器与槽的完全连接、发热器表面积以及发热器干净时的热导系数。

当然，其他处理元件(如固定式混合器、反应器、混合器、暖风机、热交换器等等)可以有适合这些类别的设备的显示及仿真能力。非标准处理元件(如蒸馏塔、蒸发器、分离器、锅炉等等)可以使用传统处理元件来图形表达，其中与容器有关的仿真(如果未包括在标准选择中)可以是用户定义。这些元件中的处理可以被描述或定义为联系容器的每个输入与每个输出的步进响应模型。输入可以是气体及/或液体流。作为选择，用户可以定义描述处理元件的输入和输出之间的关系的公式，而这些公式可以存储在使用该元件来执行仿真的过程模块中。如果需要，可以提供一些简单固定图形表达来帮助用户迅速地创建与传统处理元件有关的固定图形。如果这些简单图形被使用，用户可能只需指定需要的输入及输出连接的数目和该传统处理元件支持的连接的类别(例如管、管道、或传输器)。作为响应，图形项目将被显示，而且可以即刻用于创建操作员图形。如果需要，与过程元件的每个输入及输出有关的增益及任何动态可以被指定-如果用户选择指定仿真算法为步进响应。如果用户选择传统算法，则可以提供一表达式编辑器给用户，以便用于定义仿真算法。根据所选择的方法，传统处理元件输出的特性可以分别地计算。此外，用户可以参考他们已经在个别软件组装中定义的一或多个算法。

此外，几个组合或模板可以被提供，以便创建传统处理元件。这些模板可以包括(例如)带传统算法的锅炉模板，其传统算法计算出口气体O2(氧气)、出口气体CO(一氧化碳)、产生的蒸汽、锅炉鼓筒位及锅炉通风机。这种模板可以以一简单燃料输入为基础。然而，通过更改该模板，可以仿真多燃料锅炉。其他预定义的模板可以包括一专用的容器-旋流分离器模板，容器-旋流分离器模板可以与喷雾干燥机的传统处理元件一起使用，而且可以包括一步进响应模型来模拟分离器操作。同样地，塔模板、喷雾干燥机及蒸发器筒体可以使用一步进响应模型来定义预期的过程响应。以蒸发器为例，根据能量输入及输入流的浓度，可以计算输出流的浓度及蒸汽释放量。多蒸发器元件可以与热交换器及喷射器元件连接在一起，以创建一多效蒸发器。同样地，一专用的容器-烟囱传统模板处理元件可以与锅炉处理元件一起使用。在这种情况中，如果需要，入口的特性在经过烟囱时可以保持不变，或反映对烟囱执行的减少排放。

可以用于创建图形显示及过程模块的其他类别的元件包括测量元件及特性元件。测量元件包括变送器元件，变送器元件可以用于图形显示，以便存取与物理变送器及开关元件有关的测量值。一般上，变送器元件可以动态地反映不良或不确定状况、控制模块中的有关模拟输入(AI)功能块的模式、与实际变送器(传感器)有关的测量值及单位等、或与该实际变送器有关的其他数据。在离线模式(或仿真模式)中，变送器元件可以用于存取及显示过程模块提供的仿真值，而不是与模拟输入(AI)或PCI模块有关的值，或可以用于提供测量值予控制模块中的有关模拟输入(AI)模块，以便用于仿真控制例程。变送器元件可以被添加到连接元件或处理元件，而且，当变送器元件被添加到显示时，用户一般将需要识别提供测量的控制器方案中的模拟输入(AI)、PCI或离散输入(DI)模块。在联机模式中，测量值可以被显示于测量元件旁。在离线模式(或仿真模式)中，测量的仿真值(如由相应过程模块开发者)可以自动地被显示。在联机操作中，如果发生测量故障，用户可以选择将控制及显示转换到仿真值。

开关元件可以动态地反映不良或不确定状况、有关离散输入(DI)(例如人工或OS)的模式以及开关的离散值(开、关等等)。在离线仿真模式时，用户可以通过选择仿真值或人工值及状况，以及通过人工地输入开关的值和状况，使用开关显示元件来存取及更改图形显示及控制模块中的开关参数。然而，用户一般必须通过提供一参考给控制方案中的有关离散输入(DI)模块，提供一参考给触发该开关的元件特性及界限以及与开关的状态改变有关的死区带，以便配置该开关元件。

估计特性元件一般显露过程模块确定的系统的估计特性，而且可以被添加到连接或处理元件，以显示该元件的任何特性。在这个估计特性元件被置于连接元件时或置于设备时，用户可以浏览及选择将被显示的特性。因此，不能通过物理测量获得的仿真特性可以通过使用估计特性元件显露。这样的估计特性元件可以动态地反映良好/不良连接、估计特性值、及在有关界限或更变范围外的特性。如果该特性在所述界限范围外，用户一般必须配置将被显示的对特性的参考以及所述元件的界限和颜色改变。

应该了解，通过附加变送器元件及估计特性元件到处理元件、执行器元件及连接元件，与这些过程元件的输入及输出有关的特性可以在联机操作或离线仿真时被参考。这些特性也可见于图形显示中。

一般而言，操作员可以运行或执行配置应用程序38来创建一或多个过程模块39或图形显示，以便在过程10操作时实施或在仿真环境中实施。在一实例中，配置应用程序38向配置工程师呈现一配置显示，比如图3所示者。如图3所示，配置显示64包括一库或模板部分65及一配置部分66。模板部分65包括多组模板智能过程对象67的描绘，所述多组模板智能过程对象67可以包括图2所示的智能过程对象42，而且可以是以上所述的任何连接元件、测量元件、流元件、处理元件、及估计特性元件。如果需要，只有一图形定义的非智能元件68也可以被提供。本质上，模板67及68是通用对象，它们可以被拉或下落到配置部分66，以便在过程模块或图形显示(或两者)中创建智能过程对象。一部分完成的过程图形显示35c被描述为包括一阀、两个槽、两个泵、一流量变送器及两个传感器，它们通过流路径连接器相互连接，流路径连接器可以是以上所述的提供流输出的智能链接或连接器元件。应该注意的是，图形显示35c可以是由智能过程对象及非智能元件组成。

在创建图形显示时，如创建图形显示35c(或过程模块)时，配置工程师可以选择并将模板部分65中描述的智能过程对象67及元件68拉到配置部分66，以及将它们下落到那里的任何期望位置。一般上，配置工程师将选择并拉一或多个智能设备过程对象67a或非智能元件68描绘设备到配置部分66。配置工程师接着将使配置部分66中的智能设备过程对象与智能连接器过程对象67b互连，而且可以将输入及输出流67c放置到显示中。此外，非智能元件可以被添加到显示。配置工程师可以在这个过程中利用弹出特性菜单等，改变每个智能过程对象的特性；明确地说，配置工程师可以改变与这些智能过程对象有关的方法、参数、标签、名称、热链接、模式、分级、输入及输出等等。在过程或配置工程师已经以每个需要的元件创建了过程模块(典型地表达一过程配置、范围等等)时，该配置工程师可以定义与该模块有关的规则或其他功能。这些规则可以是执行规则，比如那些与系统级方法的执行有关的执行规则，如质量平衡及流量计算。过程工程师或操作员也可以决定添加将在过程显示联机时有用的趋势及面板。在创建图形显示35c之后，配置工程师可以将该显示存储在一存储器，并且可以在这时或在随后以执行引擎48可以提供图形显示的方式，实例化及下载该显示到执行引擎48。当然，配置工程师可以以相同或相似的方式来创建过程模块-虽然过程模块元件(而不是过程图形显示元件)的不同图形可以被描绘。此外，操作员可以在设备运行时选择开启细节层次。例如，其中一细节层次将显示每一连接的构成。

如以上所述，过程图形或过程模块可以被提供以特定标签。例如，图形显示或过程模块中的智能过程对象元件可以被提供以标签，标签包括重叠，该重叠可以在运行时间由(例如)执行引擎48根据其他因素(如在过程控制系统中选择的一设备或一路径)来填充或选择。过程控制系统中重叠名称及间接参考的使用在美国6,385,496号专利(U.S.Patent No.6,385,496)中详细讨论，该美国专利被转让予本发明的代理人，并且在此通过引用并入本申请。任何这些技术可以用于提供及解决在此描述的智能过程对象的标签重叠。通过使用重叠及类似者，相同的过程模块可以包括或用于支持多组设备的不同视图等等。

图3的显示64描述一过程模块或图形显示的不同视图的键(视图1、视图2、视图3)。通过使用其中的一些相同的智能过程对象，这些键可以用来为与过程有关的不同用户存取及创建不同视图。

一般而言，在配置工程师创建过程模块或图形显示时，配置应用程序38自动地将智能过程对象连同它们之间的连接存储在一数据库。这个数据库可以接着用来创建其他过程模块及图形显示，这些过程模块及图形显示可以使用一或多个所述相同的智能过程对象来提供不同的视图。因此，在创建第二个视图时，配置工程师可以简单地参考智能过程对象(如已经在该数据库中创建和存储者)及存储在数据库的任何方法等等，以便将该智能过程对象置于第二视图中。照这样，随着过程控制模块及图形显示被创建，该数据库可以被占据，而且通过使用已经存在于过程流量数据库中的智能过程对象，该数据库可以在任何时候用于创建及执行其他视图、模块及图形显示。利用这样的数据库，数据库中的每个智能过程对象可以支持或用于过程模块及参考于多图形显示。也应该了解的是，可以通过为这些模块建立显示，然后指定将应用于或涉及过程模块的流量算法来建立过程模块。当然，个别过程模块可以分散于不同计算机及由不同计算机执行，而且过程模块可以通信连接，以便在同一计算机或不同计算机上协同操作。当这样完成时，输入及输出流将被外部地参考，以便将过程模块联系在一起。

如以上所述，作为过程模块或图形显示的创建的部分，配置工程师可以附加或提供过程模块的仿真算法。这些仿真算法可以预配置，以便计算或确定关于过程模块描绘或模拟的某些过程或系统级特性，如质量平衡计算、流量计算、效率计算、经济核算等等。因此，过程模块本身可以有模式、状况、及告警行为，可以被分配予工作站，而且可以下载为显示下载的部分。如果需要，仿真算法可以由执行引擎48执行，以便通过使用过程模块的智能过程对象中提供的数据，进行涉及过程仿真的质量或热量平衡、流路径、流效率、流优化、经济核算、或其他需要的计算。此外，这些仿真算法可以从控制策略(也就是：与控制器、现场设备等有关的或被下载到控制器、现场设备等的控制模块)存取参数，而且可以相反地向这些控制模块提供数据或信息。

应该了解，需要执行引擎48来使得过程算法能够执行在所有显示上配置的所有过程对象及链接的融合体。因此，不论任何有关图形显示是否负载(即被效用和正向用户显示信息)，仿真算法(过程模块中)一般将执行。当然，仿真算法可以在整个过程10或过程10的定义子集中被反复核对。也应该了解的是，在任何特定过程模块被执行时，执行引擎48可以在操作员界面上向操作员提供显示，以根据与该过程模块有关的图形显示，描绘过程模块中的互连对象或实体。所述显示的参数、图形等等将由过程模块中的智能元件的配置和互连来确定。此外，在这个显示或其他显示上提供的告警及其他信息，可以以智能过程对象中的方法及与某特定过程模块有关的仿真算法来定义及产生。如果需要，执行引擎48可以提供为过程模块提供显示到超过一操作员界面，或执行引擎48可以配置或设置为不提供任何显示-即使执行引擎48继续执行过程流模块，并从而执行与其有关的方法、告警行为、流算法等等。

如果需要，可以从图形显示自动地产生过程模块(或反之亦然)，而过程模块可获得的功能由过程图形元件决定。应该清楚的是，过程模块以构建为尾随过程图形显示为宜。因此，当用户配置过程图形显示时，用户能够包括过程模块的附加信息，如质量或能量流。这些流被用于过程模块，以确定仿真功能块所需要的起始条件。

此外，由于过程模块实质上是运行于计算机的实际软件模块，它们也可以参考控制器模块及被控制器模块参考，以便使用与控制模块有关的参数、控制策略、显示等等。此外，利用这个性能，过程模块的创建可以独立于过程图形显示之外。

一般而言，过程模块将由处理元件、流、及它们的有关连接组成。由于过程图形元件及仿真元件之间有一一对应(过程模块中)，用户将可以构建图形显示以及自动地从该显示产生相应过程模块。当然，如果需要，用户可以创建过程模块然后使用智能过程对象中的图形，从该模块自动地创建图形显示。然而，为了允许过程模块自动产生，用户可能需要识别与测量元件及估计特性元件有关的执行器、连接或处理元件特性。用户也可能需要在创建过程图形之前或在有些情况下在构建控制模块之前创建过程仿真。在构建仿真之后，将可以填充控制模块中的对I/O模块的参考。此外，在创建有关图形显示时，将可以浏览到现有过程模块，以设立特性参考。

在有些情况中，过程图形可能不包含构建过程仿真需要的所有细节。因此，需要提供编辑器以使用户能够编辑已经从过程图形自动创建的仿真或过程模块。此外，由于多个过程图形可能需要显示同一设备，在过程图形的构建中可能需要元件能够参考现有过程模块。

一般而言，与处理元件对应的仿真将有共同结构。如果需要，模块输入连接及仿真的参数存储在过程模块，所以不需要控制模块的参考。此外，由仿真支持的输入及输出连接的数目可以定义为可扩充，仿真执行的结果可以被反映于仿真输出连接或被反映为仿真的参数，而仿真算法可以定义为步进响应或可以由用户输入。当仿真算法由用户输入时，用户可以独立地为每个输出指定动态。

此外，可以为输入及输出连接支持共用集合的参数。与输入及输出连接有关的参数可以在模块之间传输为阵列参数或结构，而且可以包括参数，比如连接状况(例如良好、不良、限制等等)、质量流率参数、压力参数、温度参数、比热参数、密度参数或任何其他需要的参数。在有些情况中，其他参数(比如流组成)可以被提供及用于仿真算法。为了支持这个需要，标准及扩充流元件可以被提供。作为扩充流元件配置的部分，用户可以选择一组预定数据组，以便定义流元件。这种扩充连接将只是能连接到使用这个信息的模块。一般上，扩充参数可以包括一组名和许多特定元件。例如，流向锅炉处理元件的燃料输入流可以包含燃料的组件，包括燃料组件、燃料中的碳、氢、硫、氧、水分及氮含量(全部以重量％表示-如果需要)。作为另一例子，涡轮式发电机元件可以使用一蒸汽流，而通到仿真的连接可以使用扩充参数集合，扩充参数集合包括一蒸汽集合、进入该阶段的蒸汽焓(实际)、离开该阶段的蒸汽焓(实际)、蒸汽焓(如果是等熵膨胀)等等。

在过程模块中的仿真元件被用为高保真仿真包时，扩充集合也可以被使用。在这种情况中，有些流的组成在过程图形中可见。此外，如果需要，可以提供一交互式编辑器，使得较容易创建或更改在图形显示中显示的值，以及将在图形显示中呈现的与控制模块有关的面板及细节显示。

图4描述一范例图形显示100，图形显示100可以通过使用以上所述的元件及配置应用程序来创建。明确地说，图形显示100描绘从水、酸和基料生产白醋的过程设备的一部分。如图4所示，过程图形显示100包括其输入的四个流元件102，流元件102定义基料进给、酸料进给、水进给及冷却水的流。基料进给流102通过一管连接元件104传输到一阀106的执行器元件。阀106的输出通过一管连接元件104连接到一混合器108的一第一输入。以同样的方式，酸料进给102连接到一变送器元件110，然后再连接到一阀112，阀112连接到混合器108。酸料进给102和变送器110、变送器110和阀112、以及阀112和混合器108通过管连接元件114连接。

如可容易看见者，混合器108的一输出通过管和两个变送器124及126，连接到一热交换器122。冷却水流102通过一阀128传送到热交换器122，并且通过一阀130，离开该热交换器以产生一回水流元件131。同样地，热交换器122的输出通过一变送器元件132和一阀134传送，以提供一输出乙酸流元件136。虽然并非总是被动用，图形显示中的元件在所有实例中都是通过管连接元件互相连接。

应该了解，被产生来显示元件本身的特性、或可以是变送器形式的个别元件以及估计特性元件或在控制模块中参考模块的显示框140，在图形显示100中被描述，以显示或显露参数，例如与不同元件有关的过程变量(PV)值、设定点(SP)值、输出(OUT)值等。此外，如果用户要将鼠标指在有些元件上，显示100可以描述其他与参考元件有关的值。例如，将鼠标指在其中一流元件(如乙酸流输出136)上，可以使图形显示过程在这点的酸流的组成、压力、温度、密度、流率等等。当然，在图形显示100上显示的值和参数可以从过程控制系统中的一实际参考变送器(例如从控制系统中的一模拟输入(AI)模块)传送，或从仿真元件的功能的一过程模块仿真元件传送。图4中的图形显示100可以在制造白醋的过程操作时被提供给用户，或被提供给用户以仿真将使用的过程操作(例如执行设计或操作员培训活动)。

图5描述不同图形显示(以及不同过程模块)可以连接在一起以形成较高级的、描述(或仿真)多个过程设备的显示的方式。在图5所示的显示150中，过程图形100被折叠到一框，该框有一名称或标志以及显示为连接点的一组流输入及输出。如果需要，用户可以通过选择及(例如)双击图5的过程图形100，以扩大图5的过程图形100为图4所示的过程图形100。此外，其他折叠图形显示152及154被描述为通过输入流元件156及158连接到基料进给、酸料进给及水进给、以及冷却水进给。过程图形显示100的流输出136连接到一白醋存储槽162的一流输入160。以同样的方式，过程图形显示152及154的流输出分别连接到麦芽醋存储槽163及酸浸醋存储槽164的流输入。应该了解，过程图形152及154配置成分别提供制造麦芽醋及制造酸浸醋的过程设备部分的图形；而且，可以通过扩大这些显示来观察关于过程设备的这些部分的数据及图形视图。

然而，图5描述，过程设备的不同图形部分可以通过流元件之间的连接相互连接在一起。明确地说，流元件可以被包括于一显示中，以定义与连接元件有关的起始特性。此外，流元件可以被使用为显示之间的连接点。对于这些显示之间的表外连接，用户可以点击该流，以便即刻动用包含参考连接的有关显示。因此，一般而言，流元件的质量/组成通常将用于定义过程输入(即：起始进料组成等等)的起始特性，或用于定义另一显示上的流连接的链接。可以在质量/组成流元件的输入或输出上进行连接。对于流元件，用户一般可以配置流名称(在系统中应是唯一的)、流特性(如果没有参考输入或输出连接)、流的不同元件的质量分数(如果流是由超过一元件组成)、压力或质量流率、温度、比热、密度、需要的连接类别(管、管道、传输器)以及参考输入流(如果用于存取另一显示的流)。同样地，能量流元件可以用于定义与过程输入(例如BTU/hr传导等等)有关的起始能量，或用于定义另一显示上的流连接的能量特性的链接。

虽然图5描述使用流来互连不同的折叠图形显示，相同程序可以用于互连不同过程模块(及描述不同过程模块的互连)。明确地说，过程模块可以被折叠，以描述一名称，而流元件输入及输出以及这些折叠过程模块可以通过使用不同过程模块的流输出及流输入之间的通信连接或链接的描绘，通信联系或连接到其他过程模块。

图6描述与图4的图形显示100对应的一过程模块100a。如图所示，过程模块100a包括表达图4中的图形显示所描绘的每个物理元件的智能对象仿真的模块。为了便于了解，图6中对应于图4中的元件的每个仿真模块被指定以相同的参考号码，参考号码后加一字母“a”。因此，图6的混合器仿真模块108a是与图4中描绘的混合器108对应的仿真。同样地，阀仿真模块106a、112a、及118a分别对应于及通信连接到图4中描绘的阀106、112及118。

图6的过程模块100a因此包括图形显示100中描绘用于每个元件的一过程仿真元件(可以表达为与一智能过程对象有关或由一智能过程对象指定的一功能块)，而且这些仿真模块通过使用图形显示100中指定的连接元件，以图形显示100中指定的方式互连。如果需要，过程模块100a可以在图形显示100创建后，或甚至可以在图形显示100创建时，被自动地创建。

如以上所述，过程模块100中的每个过程仿真元件包括仿真功能(例如算法、规则、传递功能等等)，仿真功能是以用于过程的机械设备的行为以及在这些仿真元件的输入处的物料流的性质为基础。这些仿真在图6中被描述为每个处理、执行器及变送器元件中的仿真(SIM)模块。这些设备的动态及对流造成的效果从而可以在过程模块100a中模拟或仿真。与执行器和处理元件有关的仿真模块可利用的有些可能特性可以是出口温度(根据入口温度、流量及热容量)、出口流量(根据入口质量流率及元件中的累积)、出口压力(根据假设的、横跨该单位的压力下降或下游压力)以及出口组成(根据完全混合及入口组成)。当实施传统计算时，与出口特性有关的内置动态可以根据(例如)对过程输入中的改变的“一阶加死区时间响应”。如果需要，用户可以指定与每个计算特性有关的死区时间及滞后。对于过程测量元件(例如变送器及开关)以及连接元件，可以假设没有引入动态到所述参考特性。然而，如果需要，过渡及其他特性可以模拟。然而，在许多情况中，得自上游连接的特性可以即刻反映于下游连接。

使用过程模块100a，可以仿真过程图形100中描绘的设备的部分的操作。这个仿真与显示100结合，这是由于得自过程模块100中的仿真元件的值可以自动地传输到和显示在图形显示100的图形中以及用于控制模块。同样地，培训指导员可以使用所述显示来实现或改变由过程模块100a执行的仿真的特性。

如果需要，可以通过为测量及执行器元件的输入/输出(I/O)定义参考，然后使用这些参考来自动创建目前在HYSYS(例如)中使用的分布式控制系统(DCS)界面表，将高保真仿真(例如HYSYS、CAPE等提供者)添加到仿真设置，以便执行仿真中的输入/输出(I/O)。可以为可能用于构建高保真过程仿真的每个HYSYS(或其他高保真仿真)元件定义标准处理元件模板。这个高保真仿真165在图6中被描述为通信连接到过程模块100a。在这种情况中，用户可以选择禁止过程模块100a中的每个仿真元件中提供的仿真，而改为使用高保真仿真165提供的仿真参数。用户可以通过启动一开关166(可以是设置于过程模块100a中的电子开关、标志等等)来指定使用高保真仿真165。

一般而言，在开关166被设置为使用高保真仿真165时，过程模块100a中的有关仿真功能块担当模块镜像，也就是：它们的仿真算法仿真(SIM)模块没有被执行，而模块参数改为由高保真仿真165读取和写入。然而，过程模块100a中的模块还是传输相同的参数和其他信息到过程图形及控制模块，并从过程图形100(最终用于高保真仿真165)和控制模块29接收信息。

应该了解，以这种方式使用过程模块，提供了一种容易而方便的、以操作员、工程师等人员(即：使用与过程模块100a有关的过程图形显示100)可以观察的方式，在过程设备中连接高保真仿真包(软件产品)的方法。明确地说，过程模块的流参数可以连接到、或与高保真仿真中模拟的流联系，而且过程模块中的路径可以自动结构或与高保真仿真中的路径联系。实质上，过程模块在这种情况中作为变量或数据占位符使用，变量或数据占位符提供了便利的、将高保真仿真包中的数据映射到用于过程设备控制及仿真环境的控制模块和图形显示的方式。

此外，过程模块及有关图形显示减少或消除了为高保真仿真提供个别显示的需要，而高保真仿真目前典型地是由高保真仿真提供者以高价向用户提供。反之，由于过程模块已经与图形显示联系，在过程模块连接到高保真仿真包时，图形显示可以用来向用户提供高保真仿真包所计算的信息，并使得用户或操作员可以操纵对高保真仿真包的输入。此外，由于过程模块通信连接到控制模块，高保真仿真包产生的参数或数据可以用于控制模块，以执行联机控制活动。以这种方式使用过程模块，高保真仿真包除了可以与控制模块结合外，还可以与控制模块同时执行。

从以上讨论应该了解，过程模块和图形显示可以以集成方式创建及运行，以提供过程设备10的部分的操作员视图，连同仿真图形显示描绘的过程设备操作的过程模块。过程模块和图形显示还可以方便地与一或多个对过程设备的局部或部分执行控制活动的控制模块结合(例如通信连接)。因此，图1所示的控制模块29可以与图1中描述的一或多个过程模块39或图形显示35通信结合。当然，除了图1所示者外，如果在任何特定情况必要或需要，控制模块29、过程模块39及图形显示35可以实施于设备10中的任何其他计算机或设备。

图7A及7B更详细地描述一控制模块29、一过程模块39(作为仿真系统的部分使用)及一图形显示35的结合。明确地说，图形显示35包括一阀180，阀180连接到一循环槽182的输入和一泵184，连同一阀186，阀186与循环槽182的输出相连。元件180-186通过管连接元件(未标注)连接在一起，而流元件在图形显示35的输入及输出被提供，以定义在这些点的物料流。

由于图形显示35的配置，过程模块39(可以与图形显示35同时创建)包括过程仿真元件，其形式为对应于图形35中描绘的物理元件的一阀元件180a、一槽元件182a、一泵元件184a及一阀元件186a。控制模块29(其控制至少一些与图形显示35有关的或在图形显示35中描绘的物理元件)包括一组互连的功能块，这些功能块提供图形显示35及过程模块39描绘的元件中的控制、或提供与图形显示35及过程模块39描绘的元件有关的控制。在这个例子中，控制模块29包括两个控制环路190及192。第一控制环路190有一模拟输入(AI)功能块(该模拟输入(AI)功能块接收有关流到槽182的流体流量的流输入信息)、一比例积分微分(PID)控制功能块(该功能块执行比例积分微分(PID)控制)及一模拟输出(AO)功能块(该功能块操作阀180，以便实现需要的物料流到槽182)。同样地，控制环路192包括一模拟输入(AI)功能块(提供有关槽182中的一物位传感器测量的槽物位信息)、一比例积分微分(PID)控制功能块及一模拟输出(AO)功能块(从比例积分微分(PID)控制功能块接收控制信号，以便操作阀186来实现在槽182中控制流体位平)。控制模块29也包括一离散输入(DI)功能块，离散输入(DI)功能块显示(例如)泵184的开/关状态或操作，而且如果需要，可以由控制环路190及192用来对槽182执行控制活动。

应该了解，任何图形显示35、过程模块39及控制模块29中的任何元件可以(通过有关的通信标签)与这些元件中的其他元件通信，以便在这些不同实体之间来往提供信息，从而提供更好或加强控制、仿真及操作员显示，一如以下将作更仔细的说明那样。例如，如图7B所示，环路190的比例积分微分(PID)控制块可以配置为向图形显示35提供信息，以显示比例积分微分(PID)控制块当时使用的流量设定点，或可以从图形显示35读取将用于控制模块29的设定点(如这些元件之间的箭头线显示者)。同样地，过程模块39的槽元件182a可以提供仿真输出到过程控制模块29的控制环路192的模拟输入(AI)功能块，以显示元件182a中的仿真算法确定的槽仿真物位。这个槽仿真物位也可以在图形显示29上被描述为供操作员观察的附加信息。

如果需要，控制环路192的模拟输出(AO)模块可以向图形显示35的阀186提供信息和从图形显示35的阀186接收信息。此外，控制环路192的模拟输出(AO)功能块可以配置为提供其控制输出到过程模块39的阀元件186a。在这种情况中，阀元件186a可以对阀位置的预测值与控制环路192中测量的实际阀位置进行比较，以确定物理元件中是否存在任何故障。在差异超过某个数量的情况下，过程模块39可以包括在图形显示35上产生告警或警报、显示过程设备中的潜在问题(例如故障传感器等等)的软件。亦如图7B所示，阀元件186a可以提供仿真测量或参数到图形显示35，以便向操作员显示或提供。该仿真测量或参数可以显示来自阀186的仿真或预测流、或任何其他与阀186有关的仿真参数。当然，任何其他需要的信息或数据，包括实际测量数据、仿真数据、或图形显示数据，可以被提供给图形显示35、过程模块39及控制模块29中的元件，以便提供更好或增强的控制、仿真或显示。

一般而言，结合过程模块和控制模块以及图形显示(如果需要)有许多优势。在一种情况中，如以上所述，过程模块执行的仿真可以对仿真或预测测量、参数或其他过程值与控制模块提供的测量或计算参数进行比较，以探测系统中的潜在问题。例如，过程模块39计算的流自阀的流量和在过程中测量的流自阀的流量之间的巨大差异，可以是生成告警、显示存在一些设备问题的理由。相反地，在控制模块29知道故障传感器或其他元件不再能起作用或可供控制模块利用的情况下，控制模块29可以使用仿真参数来提供加强控制。在这种情况中，控制模块29可以在不需要操作员参与或不需要停止过程的情况下，自动地以过程模块开发的仿真输出取代测量值或参数(可能已知为故障，可能状态不良等等)。此外，在同一显示上显示仿真及实际控制数据，可以帮助操作员或用户探测设备中的问题、对仿真模式有用、对执行更好的设计活动等等有用。

图8是一更详细的图，其显示一控制模块200可以与过程模块202(从而同与过程模块202有关的任何图形显示)通信结合的方式。图8中的控制模块200包括三个模拟输入(AI)功能块204、205及206，其输出连接到一控制功能块207，控制功能块207可以是(例如)多输入/多输出控制块，如模型预测控制(MPC)功能块。控制块207的三个控制输出传送到三个模拟输出(AO)功能块208、209及210的控制输入，模拟输出(AO)功能块208、209及210可以控制(例如)过程中向混合器提供不同流体(以供混合)的阀。

过程模块202与由控制模块200控制混合器和阀的过程的部分有关。明确地说，过程模块202有阀(执行器元件)211、212及213，它们仿真流向混合器元件214的三个流(过程模块202左边的箭头描绘者)的流量。一阀元件215仿真从混合器元件214流出的流体流量，以定义过程模块202右边的输出流，一变送器元件217可以显示(或仿真)从混合器元件214流出的流体的测量组成。应该注意的是，为求清楚起见，连接元件在过程模块202中以简单线段描述。

在这种情况中，模拟输出(AO)功能块208-210可以控制过程设备中的阀211-213(过程模块202中)的操作，而对模拟输入(AI)功能块204-206的控制输入，可以由过程设备中的一组成传感器、一流量传感器或其他传感器提供，传感器被描绘为变送器217(过程模块202中)。

应该了解，过程模块202及控制模块200中的逻辑元件可以通信互连，使得可以以需要或有用的方式从过程模块202提供信息到控制模块200，反之亦然。在一实例中，一通信连接(以虚线218表示)可以配置于过程模块202的变送器元件217的输出(其显露混合器214中的材料组成的仿真测量)与过程控制模块200中的模拟输入(AI)功能块206的仿真输入(SIM_IN)之间。照这样，混合器214中的流体位平的仿真测量被提供给模拟输入(AI)功能块206，而在(例如)因某些原因造成在该功能块的控制输入(IN)的信号的状况不良或已知有故障时，模拟输入(AI)块206可以使用这个仿真输入。照这样，在实际物理测量无效或不可获得时，模拟输入(AI)功能块206还可以提供与模拟输入(AI)功能块206有关的近似测量值，从而使控制模块200能在传感器存在故障的情况下继续运行及提供控制。这个连接也可以使控制模块200能够以仿真模式运行，在仿真模式中，有效仿真数据(由仿真过程模块202提供者)在离线操作员培训时被使用或用来测试控制模块200。

可选择地或附加地，一通信连接(以虚线219表示)可以配置于过程控制模块200中的模拟输出(AO)功能块208的输出和阀元件211的输入(其模拟由过程设备中的模拟输出(AO)功能块208控制的实际阀)之间。这里，阀元件211可以使用得自实际阀或发至实际阀的数据，以确定仿真数据(即：阀元件211的仿真(SIM)块计算的测量及参数)是否正确或是否与用于实际控制例程200的数据匹配。如果存在重大差异，过程模块202可以生成告警或警报，以显示潜在问题，或可以使用实际数据在过程模块202中提供更好或更准确的仿真。例如，阀元件211可以使用模拟(SIM)块中有关阀元件211的位置的实际控制数据，在仿真中反映实际阀位置。当然，可以对过程模块202和控制模块200的元件之间进行其他连接，而且可以在这两个模块之间的任一方向提供数据流，以便执行加强控制及/或仿真。此外，来自过程模块202或控制模块200的任何数据，可以通过与过程模块202有关的图形显示，自动地提供给操作员。

图9显示过程设备的部分或局部的一仿真系统250，该仿真系统250由多个仿真块252、254及256构成，而且，如果需要，智能连接元件260及262可以连接仿真块252、254及256。应该了解，在某些实例中，仿真系统250可以与实际过程设备中运行的过程控制例程并行执行(例如与过程控制例程同时执行或协同执行)，而且仿真系统250可以以以下更详细描述的方式连接到过程设备的组件(或连接到过程设备的的控制系统)，以便执行加强及更准确的仿真活动。

明确地说，如图9所示，一泵仿真块252包括一仿真例程271，仿真例程271实施或使用一或多个过程(例如设备)模型272，以便仿真过程设备的部分的操作，比如过程设备中的某个设备的操作。明确地说，仿真例程271使用由(例如)其他仿真块、控制系统、用户等等向块252提供的多种输入，以便仿真或估计由正在被仿真的过程设备中的实际泵设备开发的或在所述实际泵设备处开发的流率变量、压力变量及/或其他过程变量。这些流率变量、压力变量及/或其他仿真变量，连同该流或正在被泵的材料的其他特性(比如粘性、材料平衡等等)被提供给一连接对象260，连接对象260则将这些测量传送到阀仿真块254。如果需要，连接对象260可以是智能连接对象，其根据过程设备中的连接结构的仿真操作来处理由块252开发的仿真输出变量，以便向阀仿真块254提供仿真流率、压力等元件。当然，连接对象260可以不是智能连接对象，而可以仅仅是泵仿真块252与阀仿真块254之间的一链接，用于提供由泵仿真块252开发及输出的压力变量、流率变量或其他仿真变量的指示。

同样地，阀仿真块254包括一仿真例程273，仿真例程273包括并使用一或多个过程模型274(其可以包括设备模型)，以便根据与该阀有关的测量或情况(比如阀位置等等)及由连接对象260向阀仿真块254提供的仿真输入来仿真该阀的操作。此外，仿真例程273可以使用过程模型274以任何已知方式来仿真过程设备中的实际阀的操作，以从而产生一或多个仿真输出变量，比如来自该阀的仿真流率、该阀的输出处的仿真压力、该阀中或该阀的输出处的流的仿真温度等等。这些仿真过程变量的指示可以提供给连接器对象262，连接器对象262可以处理这些变量，以便向反应器仿真块256提供输入。当然，连接器对象262可以仅仅是一通信连接，该通信连接将阀仿真块254的输出提供给反应器仿真块256的输入。

如图9所示，反应器仿真块256也包括一仿真例程275，仿真例程275使用一或多个过程模型276，根据反应器情况或变量(设备变量)及由连接器对象262向反应器仿真块256提供的输入来仿真过程设备中的反应器的操作。过程模型276用于产生该反应器的一或多个仿真输出，这些仿真输出可以包括过程流体温度、压力、材料平衡等等。因此，应该了解，在这种情况中，在过程仿真实施为由代表过程设备的一或多个块时，则这些块的输出代表根据对过程仿真块的输入来计算的仿真过程情况。

过程模型272、274及276可以是任何期望类别的过程模型，包括参数及非参数过程模型。例如，过程模型272、274及276可以是第一性原理模型，比如一阶加死区时间过程模型；可以是根据过程操作期间进行的实际测量来反映一系列的脉冲或步进响应输入/输出曲线的过程模型，比如那些用于模型预测控制(MPC)技术、神经网络模型、模糊逻辑模型、在2006年9月26日公布、标题为“基于状态的自适应反馈前馈比例积分微分控制器”(State Based Adaptive Feedback Feedforward PID Controller)的美国7,113,834号专利(U.S.Patent No.7,113,834)中公开的类别的过程模型、在2003年6月10日公布、标题为“自适应反馈前馈比例积分微分控制器”(Adaptive Feedback/Feedforward PID Controller)的美国6,577,908号专利(U.S.Patent No.6,577,908)中公开的类别的过程模型(所述美国专利的全部揭示在此通过引用被并入本专利)，或任何其他类别的过程模型。此外，用于仿真块252、254及256的模型可以以任何方式创建，比如由用户或设计者特别为仿真目的而创建。然而，在有些情况中，这些模型可以从使用过程模型来执行控制活动或优化活动的联机控制系统的部分复制。例如，MPC控制器在联机控制活中典型地产生过程模型以便供该控制器使用，而且这个过程模型可以输入到一或多个相关或有关的仿真块，以便用来为MPC控制器或为由MPC控制器控制的设备的部分执行仿真活动。

虽然仿真系统(比如图9的仿真系统)的配置对提供离线仿真活动有用，但已经确定，也可以以联机或并行模式，对过程设备运行仿真系统250，并通过这么做来自动地或半自动地更新过程模型272、274及276，以反映在仿真系统250的创建之后可能在实际过程设备中发生的变化，以便从而提供更好或更准确的仿真系统。明确地说，通过添加附加的标准输入到仿真系统250的仿真块，其中所述标准输入代表与仿真块252、254及256的输出参数有关的(例如对应于块输出参数)实际过程测量，可以作为仿真算法的部分，自动地修正仿真块252、254及256使用的过程模型272、274及276，以便补偿所计算(仿真)的输出与在操作或联机过程中测量的仿真参数的实际测量之间的差异。

因此，如图9所示，仿真块252、254及256中的每个仿真块包括一模型再生块280，模型再生块280可以根据来自实际过程及/或用户(如果需要)的反馈，用来定期地更新或再产生过程仿真块252、254及256中的过程模型272、274及276。更明确地，模型再生块280可以使用有关实际过程变量的测量(例如由控制系统在过程设备中进行的测量)，并将这个测得的过程变量(PV)与相应于测得的过程变量(与测得的过程变量同时)的仿真块输出进行比较。模型再生块280可以在开发仿真输出中使用这个比较来更新或再产生所述过程仿真块中使用的过程模型。根据这个特征，一单一PV流率测量284被图解为从过程设备反馈(例如通过过程设备中使用的控制系统)到阀仿真块254，以便由阀仿真块254中的模型再生块280使用。在这里，PV流率测量284是或代表正在由阀仿真块254仿真的、过程设备中的所述阀的测量流输出。同样地，一PV压力测量286及一PV温度测量288在图9中被图解为反馈到反应器仿真块256，以便由反应器仿真块256中的模型再生块280使用。在这个情况中，PV压力测量286及PV温度测量288分别代表正在由反应器仿真块256仿真的反应器的输出处的压力及温度。当然，其他类别及数目的PV测量可以反馈到仿真块252、254及256，而这些测量的性质及特性典型地是根据正在执行的过程模型或仿真的细节来选择。

无论如何，使用这些从过程设备测得的反馈信号，仿真块252、254及256可以在过程设备的持续操作期间改变或更新，以便更准确地反映过程操作。这个更新可以包括对这些模型应用的计算补偿系数或更新系数。照这样，仿真系统250适应过程设备中的变化情况、非模拟变化、引入设备的或与设备有关的非线性及设备中的其他变化，以便提供更准确的仿真。

除了执行更好的仿真及因此产生更准确的仿真或预测过程变量之外，由仿真系统250开发的适应或再生的过程模型272、274及276可以输出(定期地或在再生时)，以便在过程设备中执行其他活动，比如控制活动、用户界面活动、优化活动等等。例如，如果在仿真模块252、254及256中产生或更新的模型是步进或脉冲响应模型，则这些模型可以被提供到MPC控制器，以便用于MPC矩阵及控制器产生。其由仿真系统产生的这些更新模型可以用于MPC控制器产生的MPC及优化器混合系统的一范例，揭示在公布于2006年5月23日、标题为“过程控制系统中的集成模型预测控制及优化”(Integrated Model PredictiVe Control and Optimization within a ProcessControl System)的美国7,050,863号专利(U.S.Patent No.7,050,863)中，其全部揭示在此通过引用被并入本专利。因此，在这个情况中，可以创建使用步进响应或有限脉冲响应来仿真复杂设备、过程控制环路或过程响应的仿真块。例如，DeltaV MPC-SIM块被设计以这个方式来提供仿真。如果采取这个方式，与在MPC中执行的联机测量相似的测量的修正可以容易地实施，以便改变或修正过程模型272、274及276。同样地，过程模型272、274及276可以是其他类别的模型，比如在6,577,908及7,113,834美国号专利(U.S.Patent Nos.6,577,908及7,113,834)那些描述的模型，而且可以再用于在这些专利中描述的自适应PID控制技术。因此，过程模型272、274及276或其部分实际上可以提供到所述控制系统，以用于过程设备的控制。此外，如果需要，来自不同仿真块的不同集合或组合的过程模型可以组合并提供，以用于联机过程操作，比如控制及优化器操作。此外，在一情况中，过程模型可以在联机控制活动期间为控制或优化器或其他例程开发、可以从所述控制系统输入到所述仿真系统、可以如上述在所述仿真系统中更新，而且可以接着(以其更新或适应状态)提供给所述控制系统，以便由原来为非适应模型创建的控制器或优化器使用。

虽然过程测量的反馈可以用来自动地再生仿真块252、254及256中使用的过程模型272、274及276，但用户也可以在有些情况中提供人工反馈，以便再生仿真块252、254及256中使用的过程模型272、274及276。例如，在有些情况中，过程变量测量可能由于某种原因而不能获得，比如由于故障传感器、通信问题等等，或由于与所述测量有关的模式情况而已知所测量的过程变量可能有错误(例如准确性可疑)。在其他情况中，过程变量测量可以离线进行，比如在实验室中进行，因此不能直接从设备的控制系统获得过程变量测量。在另外的情况中，某个过程变量或其他由模型再生块280的其中之一使用的变量实际上不能测量，但可以估计或只由用户以其他方式提供。在这些情况中，有必要使用户能够提供由模型再生块280使用的仿真过程变量的实际值的指示。这个技术在图9由UI块290及292图解，UI块290及292可以连到或与用户界面或其他设备进行通信，以使得用户能够指定过程变量的值作为对应于所述仿真块(254或256)的输出的“正确”或“测得”变量来使用，并因此用来执行模型再生。照这样，用户可以促使仿真块252、254及256再生其中使用的模型，以及指定用来执行这个再生的值。当然，虽然图中只显示两个UI块允许用户控制对仿真块254及256的反馈，但应该了解，可以为任何期望的反馈变量提供任何数目的UI反馈路径或连接给任何仿真块，而且这些UI连接可以在通往由控制系统中的传感器或其他元件进行的过程变量测量的连接之外附加地提供，或可以代替通往由控制系统中的传感器或其他元件进行的过程变量测量的连接。

此外，在测得的过程变量及用户提供的变量都被提供给仿真块时，仿真块可以使用这些输入的其中之一为主要输入，并将另一输入作为备份输入，以便在主要输入失效、不可使用或产生明显错误结果时使用备份输入。因此，例如，仿真块可以自动地或主要地使用从过程控制网络反馈的测得PV信号，以便执行模型再生。然而，如果所述测得PV信号失效、不可使用、已知存在错误或产生明显不正确结果，则模型再生块280可以改为使用由用户提供的过程变量输入。

此外，作为任何仿真块252、254或256中使用的仿真算法的部分，可以计算该块的输出参数的未来值，而不只是当前值。因此，如图9所示，阀仿真块254可以在(例如)用户界面(图中未显示)向用户提供一曲线图或趋势图294，以显示在特定未来时期内来自正在被仿真的阀的仿真流。可以通过在一段时期内运行仿真系统250来估计在特定未来时间范围内的输出变量的未来值，开发这个未来流特性。同样地，如图9所示，反应器仿真块256可以根据过程模型或其中使用的其他算法，为仿真输出温度提供一曲线图或趋势图296。当然，未来过程变量估计值的计算，可以使用(例如)类似MPC控制中用来进行未来预测的技术来进行。这些技术中的一些技术在美国7,050,083号专利(U.S.Patent No.7,050,083)中更详细地揭示。如果需要，图形元件或图形界面元件可以由仿真块252、254及256提供，以允许这些未来值由其他应用程序存取及查看、由过程设备中的用户界面存取及查看或由其他有兴趣设备存取及查看。

此外，应该了解，除了使用当前预测过程变量值及反馈到仿真块的当前测得过程变量值之外，还可以附加地、同时使用一或多个过程变量或其他仿真输出的未来预测值或未来仿真值来执行图9的仿真块中的过程模型再生或更新，或可以使用一或多个过程变量或其他仿真输出的未来预测值或未来仿真值来代替使用当前预测过程变量值及反馈到仿真块的当前测得过程变量值，以执行图9的仿真块中的过程模型再生或更新。在这种情况中，为特定过程变量或其他过程元件计算的未来值可以计算或存储，而且可以接着在相应于每个所计算的未来值的时间测量所述过程变量的实际值。在特定时间的实际测得过程元件值与该特定时间的预测未来值之间的差异可以接着用来再生用于仿真例程的过程模型，以开发未来值。在过程模型是步进响应模型或脉冲响应模型(比如有限脉冲响应模型)时，使用未来值来再生过程模型特别适用。

因此，如有关图9的描述那样，实际过程测量可以用于仿真块，以使得能够根据相同过程元件的计算值及测量值之间的比较来自动修正仿真块中使用的过程模型。此外，在过程测量不可获得或已经成为不可获得时(例如由于测量能力故障)，则可以人工输入该值，以便根据输入值与计算值之间的比较来修正过程模型。此外，在过程仿真是根据步进或有限脉冲响应或其他技术(比如神经网络、第一性原理模型或其他常用技术)时，过程模型可以根据计算值与测量值之间的差异自动地修正。更明确地，先前用于MPC的技术可以用于修正过程模型，例如包括偏差修正，其中根据过程参数的实际测量值与仿真值之间的差异，计算或应用修正系数于过程模型(或过程模型的输出)，以便从而消除过程模型与实际过程设备之间的偏差。当然，也可以使用其他修正方法，许多这样的修正技术刊载于2004年12月9日出版、标题为“具有非线性预测能力的多输入/多输出控制块”(Multiple-Input/Multiple-Output Control Blocks with Non-Linear PredictiveCapabilities)的美国2004/0249483 A1号专利申请出版物(U.S.PatentApplication Publication No.2004/0249483 A1)(特别是有关该出版物的图4的描述)以及在2005年9月30日提交、标题为“过程控制系统中的联机自适应模型预测控制”(On-Line Adaptive Model Predictive Control in a ProcessControl System)的美国11/240,705号专利申请(U.S.Patent Application SerialNo.11/240,705)(特别是有关其图2-4的、在自适应MPC控制例程中修改过程模型的方法的描述)，所述这些美国专利申请出版物及美国专利申请的全部揭示在此通过引用被并入本专利。

此外，在过程仿真是根据步进或有限脉冲响应或其他技术(比如根据神经网络、第一性原理模型或其他常用技术)时，则可以计算及存储未来输出值以供显示。此外，对于根据步进及有限脉冲响应的模型而言，先前用于MPC的技术可以用来计算未来值。此外，过程仿真环境可以支持允许显示当前及未来仿真输出值的显示元件/应用程序。例如，可以提供用户界面窗口，以便使用任何期望的显示技术(比如趋势图、柱状图、数字图表及曲线图等等)来显示未来输出值的趋势。

如果需要，在此描述的过程模块可以在过程控制网络或过程设备中提供及仿真冗余功能。明确地说，过程模块可以仿真部署于过程设备中的实际冗余元件(例如冗余设备、冗余控制块等等)的操作，而且可以探测或仿真实际冗余元件的操作(例如包括在备份冗余元件应接替时等等)。此外，如果需要，过程模块连同其仿真能力可以作为过程设备中的一对冗余元件来使用。在这种情况中，在主要(及实际物理)设备发生故障或问题时，过程模块(或其任何部分)可以作为一备份设备来进行操作，以便提供备份或冗余数据(信号、计算等等)。在这种情况中，发挥冗余元件作用的过程模块可以以任何已知方式、与控制模块(执行控制或传感操作)通信互连，以便提供冗余性能。在过程模块以上述方式连接到一或多个高保真仿真包时，这种在过程设备中使用过程模块为冗余元件的方法特别有用。

应该了解，在此描述的智能过程对象、图形显示元件及过程模块的功能可以在操作员工作站20运行，而且不需要下载到或配置在设备10中的控制器、现场设备等等之中，这使得功能更容易实施、观察、更改等等。此外，这个功能使得系统级确定比在过程设备、控制器等中更容易作出，这是由于系统级的设备信息典型地可以在操作员工作站20获得，尤其可以在执行引擎48获得，然而所有这些信息并非典型地可以在过程设备10中的每个控制器及现场设备获得。然而，虽然这么做有优势，一些与过程模块有关的逻辑(如原始逻辑)可以嵌入过程设备中的装置、设备及控制器。使用智能过程对象来创建集成过程控制模块及图形显示，使得执行引擎48能(例如)自动地探测泄漏及以最小量的用户配置活动产生智能告警，以便在工程设计和操作员培训时计算及跟踪设备10中的流量及质量平衡、跟踪设备10中的耗损、为设备10提供高级诊断、以及仿真设备10的操作。

图10描绘在一有分布式控制策略的过程设备中结合执行引擎48和过程模块及其使用的图形显示的一种可能方式。如图10中所示，由过程模块创建或与过程模块有关的显示级定义220在执行引擎48执行时，向操作员提供显示，并且被提供给控制配置数据库及工程工具222，它们可以在控制策略文档中以任何期望的方式使用及组织这些显示级定义。过程算法224可以在运行时间之前连接到这些显示级定义，然后显示级定义和捆绑到显示级定义的流量算法可以被实例化及被提供到图形显示/过程模块运行时间环境226(可以以一或多个执行引擎48的形式实施在一或多个工作站)。图形显示/过程模块运行时间环境226使用一“下载脚本句法分析程序”(Parser)228，以便在执行时分析代码(即：执行正好及时的对象代码转换)及使用一基于规则的执行引擎230来执行流量算法或执行其他提供给显示级或捆绑到显示级的基于规则的程序。在这个过程期间，图形显示/过程模块运行时间环境226可以与控制模块运行时间环境232通信，控制模块运行时间环境232可以在与过程有关的控制器及现场设备中执行，以提供数据或信息给控制模块运行时间环境232或从控制模块运行时间环境232存取数据或其他信息。当然，图形显示/过程模块运行时间环境226可以使用任何期望或预配置通信网络(如图1的以太总线24)，与控制模块运行时间环境232通信。此外，在此描述的将图形显示、过程模块及控制模块结合成标准过程控制系统或过程设备中的其他方法，也可以使用。

在被实施时，在此描述的任何软件可以存储在任何计算机可读存储器，比如磁盘、光盘或其他存储媒介、计算机或处理器的随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)等等。同样地，可以使用任何已知或期望的传输方法-例如包括计算机可读盘或其他移动计算机存储装置或通过通信频道(比如电话线、互联网、环球信息网、任何其他局域网或广域网等等)-将这些软件传送给用户、过程设备或操作员工作站(其传送被视为与通过移动存储媒介提供这些软件相同，或可互换为通过移动存储媒介提供这些软件)。此外，这些软件可以在没有调制或加密的情况下被直接提供，或可以在通过通信频道传送之前，通过使用任何期望的调制载波及/或加密技术来调制。

因此，虽然本发明已经参考特定例子进行了描述，但这些例子只是在于阐明而不是限制本发明包括的范围。本领域的普通技术的人员将很清楚，已揭示的实例可以在不脱离本发明的精神及范围的条件下被修改、添加或删除。

Claims (48)

1.一种用于仿真过程设备的部分的操作的仿真系统，所述仿真系统包括：

一或多个仿真块，所述仿真块配置成执行过程设备中的一或多台设备的仿真，每个仿真块包括：

过程模型，其模拟所述过程设备的部分；

仿真单元，其使用所述过程模型来仿真所述过程设备的所述部分的操作，以便为与所述过程设备的所述部分有关的过程元件产生仿真输出；

输入端，其适应接收与所述过程元件的所述仿真输出对应的所述过程元件的实际值的指示；和

模型再生单元，其对所述过程元件的所述实际值的所述指示与所述过程元件的所述仿真输出进行比较，以便开发更新的过程模型，以供所述仿真例程使用。

2.如权利要求1所述的仿真系统，其中所述过程元件是过程变量。

3.如权利要求2所述的仿真系统，其中所述过程变量指示所述过程设备中的流体流率、温度或压力的其中之一。

4.如权利要求1所述的仿真系统，其中所述输入端通信连接，以便接收在所述过程设备的联机操作期间对所述过程元件进行的测量。

5.如权利要求1所述的仿真系统，其中所述输入端通信连接到用户输入设备，以便接收所述过程元件的值的用户提供指示。

6.如权利要求1所述的仿真系统，其中所述输入端通信连接，以便接收指示在所述过程设备的联机操作期间对所述过程元件进行的实际测量的测量信号，以及接收指示所述过程元件的值的用户提供输入。

7.如权利要求6所述的仿真系统，其中所述模型再生单元确定所述测量信号是否可用，并在所述测量信号可用时根据所述测量信号来再生所述过程模型，以及在所述测量信号不可用时根据所述用户提供输入来再生所述过程模型。

8.如权利要求6所述的仿真系统，其中所述模型再生单元确定所述测量信号是否有效，并在所述测量信号有效时根据所述测量信号来再生所述过程模型，以及在所述测量信号无效时根据所述用户提供输入来再生所述过程模型。

9.如权利要求1所述的仿真系统，其中所述过程模型是第一性原理模型。

10.如权利要求1所述的仿真系统，其中所述过程模型是脉冲响应模型。

11.如权利要求10所述的仿真系统，其中所述模型再生单元根据所述过程元件的值的所述指示与所述过程元件的所述仿真输出之间的差异，向所述过程模型提供偏差修正。

12.如权利要求1所述的仿真系统，其中所述过程模型是步进响应模型。

13.如权利要求12所述的仿真系统，其中所述模型再生单元根据所述过程元件的值的所述指示与所述过程元件的所述仿真输出之间的差异，向所述过程模型提供偏差修正。

14.如权利要求1所述的仿真系统，其中所述过程模型是神经网络模型。

15.一种用于仿真过程设备的部分的操作的系统，包括：

仿真系统，其包括多个仿真块及一或多个通信链接，所述通信链接将所述仿真块通信连接在一起，所述仿真系统配置成执行所述过程设备中的一或多台设备的仿真，其中每个所述仿真块包括：

过程模型，其模拟所述过程设备的一部分；

仿真例程，其使用所述过程模型来仿真所述过程设备的所述部分的操作，以便为过程元件产生仿真输出；

输入端，其适应接收与所述过程元件的所述仿真输出对应的所述过程元件的实际值的指示；和

模型再生例程，其对所述过程元件的所述实际值的所述指示与所述过程元件的所述仿真输出进行比较，以便开发更新的过程模型，以供所述仿真例程使用；和

过程控制系统，其具有一或多个控制块，所述控制块连接到所述过程中的元件，以便执行所述过程的联机控制。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述仿真块的其中之一的所述输入端通信连接到用户输入设备，以便接收所述过程元件的所述实际值的用户提供指示。

17.如权利要求15所述的系统，其中所述仿真块的其中之一的所述输入端通信连接到所述过程控制系统的输出，以便将联机测量过程值作为所述过程元件的所述实际值的所述指示来接收。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述联机测量过程值指示所述过程设备中的流体流率、温度或压力的其中之一。

19.如权利要求17所述的系统，其中所述联机测量过程值是在所述过程设备的联机操作期间由所述过程控制系统进行的过程变量测量值。

20.如权利要求15所述的系统，其中所述仿真块的所述其中之一的所述输入端通信连接，以便接收指示在所述过程设备的联机操作中对所述过程元件进行的实际测量的测量信号，以及接收指示所述过程元件的所述实际值的用户提供输入。

21.如权利要求20所述的系统，其中所述仿真块的所述其中之一的所述模型再生例程确定所述测量信号是否可用或有效，并在所述测量信号可用或有效时根据所述测量信号来为所述仿真块的所述其中之一再生所述过程模型，以及在所述测量信号不可用或无效时根据所述用户提供输入来为所述仿真块的所述其中之一再生所述过程模型。

22.如权利要求15所述的系统，其中所述仿真块的其中之一的所述过程模型是第一性原理模型。

23.如权利要求15所述的系统，其中所述仿真块的其中之一的所述过程模型是脉冲响应模型或步进响应模型。

24.如权利要求23所述的系统，其中所述仿真块的所述其中之一的所述模型再生例程根据所述过程元件的所述值的所述指示与所述过程元件的所述仿真输出之间的差异，向所述仿真块的所述其中之一的所述过程模型提供偏差修正。

25.如权利要求15所述的系统，其中所述过程控制系统使用的所述控制块的其中之一包括过程模型，以便执行联机过程控制活动，并且其中所述仿真系统向所述控制块的所述其中之一提供由所述仿真块的其中之一的模型再生例程开发的所述更新过程模型，以便供所述控制块的所述其中之一用来执行所述联机过程控制活动。

26.如权利要求25所述的系统，其中所述控制块的所述其中之一是模型预测控制块，其使用过程模型来实施模型预测控制。

27.如权利要求25所述的系统，其中所述控制块的所述其中之一是自适应比例-积分-微分(PID)控制块，其使用过程模型来实施PID控制。

28.如权利要求25所述的系统，其中所述控制块的所述其中之一包括优化器，所述优化器使用过程模型来实施过程优化。

29.如权利要求15所述的系统，其中多个所述仿真块仿真所述过程设备中的过程装置的操作，并且其中所述一或多个通信链接的其中之一是智能通信链接，其模拟过程材料在所述过程设备中从第一台过程装置到第二台过程装置的移动。

30.一种用于仿真过程设备的部分的操作的方法，包括：

使用所述过程设备的所述部分的过程模型来仿真所述过程设备的所述部分的操作，以便为所述过程设备中的过程元件产生仿真输出；

使用与所述过程元件的所述仿真输出相应的、所述过程元件的实际值的指示，以开发更新的过程模型，以便供所述仿真例程使用；并且

使用所述更新的过程模型来仿真所述过程设备的进一步操作。

31.如权利要求30所述的方法，包括：使用户能够提供所述过程元件的所述实际值的指示，以便用于开发所述更新的过程模型。

32.如权利要求30所述的方法，包括：在运行过程控制系统来控制所述过程设备的所述部分的操作期间，同时仿真所述过程设备的所述部分的操作、测量所述过程设备中的所述过程元件、以及将所述元件的所测得的值作为所述过程元件的所述实际值的指示来使用。

33.如权利要求32所述的方法，其中所述测量所述过程设备中的所述过程元件的步骤包括：测量所述过程设备中的流体流率、温度或压力的其中之一。

34.如权利要求32所述的方法，包括：接收指示所述过程元件的所述实际值的用户提供输入，并获得指示在所述过程控制系统的所述运行期间测得的所述过程元件的所述实际值的测量的测量信号，以及将所述用户提供输入及所述测量信号的其中之一作为所述过程元件的所述实际值的指示来使用。

35.如权利要求34所述的方法，进一步包括：确定所述测量信号是否可用或有效，并在所述测量信号可用或有效时将所述测量信号作为所述过程元件的所述实际值的指示来使用，以及在所述测量信号不可用或无效时将所述用户提供输入作为所述过程元件的所述实际值的指示来使用。

36.如权利要求32所述的方法，其中所述运行过程控制系统的步骤包括：使用过程模型来执行所述过程设备中的联机过程控制活动，并包括向所述过程控制系统提供所述更新的过程模型，以及在所述过程控制系统中使用所述更新的过程模型来执行所述联机过程控制活动。

37.如权利要求36所述的方法，其中所述使用所述过程模型来执行所述联机过程控制活动的步骤包括：使用所述过程模型来实施模型预测控制。

38.如权利要求36所述的方法，其中所述使用所述过程模型来执行所述联机过程控制活动的步骤包括：使用所述过程模型来实施自适应比例-积分-微分(PID)控制例程。

39.如权利要求36所述的方法，其中所述使用所述过程模型来执行所述联机过程控制活动的步骤包括：使用优化器来执行过程或使用所述过程模型来控制优化。

40.如权利要求30所述的方法，其中所述使用过程模型来仿真所述过程设备的所述部分的操作的步骤包括：将第一性原理模型作为所述过程模型来使用。

41.如权利要求30所述的方法，其中使用过程模型来仿真所述过程设备的所述部分的操作的步骤包括将脉冲响应模型或步进响应模型作为所述过程模型来使用。

42.如权利要求30所述的方法，其中所述使用与所述过程元件的所述仿真输出相应的、所述过程元件的实际值的指示以开发所述更新的过程模型的步骤包括：根据所述过程元件的所述值的所述指示与所述过程元件的所述仿真输出之间的差异，向所述过程模型提供偏差修正。

43.一种用于仿真过程设备的操作的方法，包括：

存储多个仿真对象在计算机可读存储器中，其中所述多个仿真对象中的每个仿真对象与所述过程设备中的不同物理实体有关，每个所述仿真对象包括：

过程模型，其模拟所述过程设备的一部分；和

仿真例程，其使用所述过程模型来仿真所述过程设备的所述部分的操作，以便为过程元件产生仿真输出；

使用户能够将所述仿真对象通信连接在一起，以便开发仿真系统；

在一或多个处理器上执行所述仿真系统，以便在所述过程的联机操作期间为过程元件产生仿真输出；并且

使用所述过程元件的实际值的指示与所述过程元件的所述仿真输出之间的比较，在所述过程的联机操作期间再生所述仿真对象的其中之一的所述过程模型。

44.如权利要求43所述的方法，其中所述再生所述过程模型的步骤包括：使用户能够提供所述过程元件的实际值的所述指示，以便用于所述过程元件的所述实际值的所述指示与所述过程元件的所述仿真输出之间的比较。

45.如权利要求43所述的方法，其中所述再生所述过程模型的步骤包括：使用户能够提供所述过程元件的实际值的所述指示，以及提供指示在所述过程的联机操作期间测量的所述过程元件的所述实际值的测量的测量信号，并且包括将所述用户提供输入及所述测量信号的其中之一作为所述过程元件的所述实际值的所述指示来使用，以便产生所述再生过程模型。

46.如权利要求43所述的方法，进一步包括与所述仿真系统同时执行过程控制系统，以便控制所述过程的所述联机操作，其中所述执行所述过程控制系统的步骤包括使用进一步的过程模型来执行所述过程中的联机过程控制活动，并且进一步包括向所述过程控制系统提供所述仿真对象的所述其中之一的所述再生过程模型以作为所述进一步的过程模型来使用，以便执行所述联机过程控制活动。

47.权利要求46所述的方法，其中所述使用所述进一步的过程模型来执行所述联机过程控制活动的步骤包括：使用所述进一步的过程模型来实施模型预测控制。

48.如权利要求43所述的方法，其中所述仿真对象的其中之一的所述过程模型是脉冲响应模型或步进响应模型，并且其中所述在所述过程的联机操作期间再生所述仿真对象的其中之一的所述过程模型的步骤包括：根据所述过程元件的所述值的所述指示与所述过程元件的所述仿真输出之间的差异来执行偏差修正。

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