針對工業過程網絡的自動過程數據發送和監視的制作方法
【專利摘要】現場設備通過工業過程網絡向主機設備發送數據(例如包括過程數據)，該主機設備被配置為與一個或更多個現場設備發送和接收消息。該現場設備可以響應于接收到通信令牌來發送數據，該通信令牌向該現場設備委派用于通過該工業過程網絡發送數據的時間。數據監視設備可以監視通過該工業過程網絡發送的該數據，并可以輸出該數據的至少一部分用于在可操作地耦合到該數據監視設備的顯示設備處顯示。
【專利說明】
針對工業過程網絡的自動過程數據發送和監視
技術領域
[0001]本公開大體上涉及工業過程網絡上的數據傳送。更具體地，本公開涉及工業過程網絡上數據的自動發送和監視。【背景技術】
[0002]在典型的工業廠房中，分布式控制系統(DCS)用于控制在廠房處執行的許多工業過程。一般地，廠房具有集中式控制室，該集中式控制室有具有用戶輸入/輸出(I/O)、磁盤 I/O和其他外圍設備的計算機系統。與計算機系統耦合的是控制器和過程I/O子系統。過程I/O子系統包括I/O端口，I/O端口連接到整個廠房中的各種現場設備。現場設備包括各種類型的分析儀器，例如壓力傳感器、溫度傳感器、開關、換能器、閥定位器和致動器以及在分布式控制系統中執行功能的任意其他設備。
[0003]傳統地，模擬現場設備已經通過雙絞線對電流環與控制室相連，每個設備通過單個雙絞線對與控制室相連。模擬現場設備能夠對指定范圍內的電信號進行響應或在指定范圍內發送電信號。在典型的配置中，通常在兩個線對之間有大約20-25伏特的電壓差，并且有在環中流動的4-20毫安的電流。向控制室發送信號的模擬現場設備對在電流環中流動的電流進行調制，該電流與所感測的過程變量成正比。另一方面，由通過環的電流的幅度控制在控制室的控制下執行動作的模擬現場設備，該電流的幅度由過程I/O系統的I/O端口進行調制，其進而由控制器控制。
[0004]歷史上，大多數傳統的現場設備具有單個輸入或單個輸出，其與該現場設備執行的主功能直接相關。例如，通常由傳統模擬電阻溫度傳感器實現的唯一功能是:通過對流經雙絞線對的電流進行調制來發送溫度；而由傳統模擬閥定位器實現的唯一功能是:基于流經雙絞線對中的電流的幅度，在打開位置和閉合位置之間定位閥。
[0005]最近，在當前環路上疊加數字數據的混合系統已經用在過程控制系統中。在控制領域中，一個混合系統被稱為高速可尋址遠程換能器(HART)，并與Bell 202調制解調器規范相類似。HART系統使用當前環路中的電流的幅度來感測過程變量(和傳統系統中一樣)， 但還在當前環路信號上疊加數字載波信號。載波信號相對較低，并可以以每秒大約2-3個更新的速率提供次級過程變量的更新。一般地，數字載波信號用于發送次級信息和診斷信息，而并不用于實現現場設備的主控制功能。通過載波信號提供的信息的示例包括輔過程變量、診斷信息(包括傳感器診斷、設備診斷、接線診斷和過程診斷)、操作溫度、傳感器的溫度、校準信息、設備標識信息、建造材料、配置或編程信息或其他類型的信息。因此，單個混合現場設備可以具有各種輸入變量和輸出變量，并可以實現各種功能。
[0006]基礎現場總線是美國儀器學會(ISA)規定的多支路串行數據雙向通信協議，并旨在連接分布式控制系統中的現場儀器和其他過程設備(例如監視和仿真單元)。基礎現場總線允許與先前過程控制環路方法相比增強型的數字通信，同時保持對與現場總線環路耦合的過程設備供電的能力并同時滿足固有安全性要求。例如，基礎現場總線規范(即包括物理層規范和數據鏈路層規范)定義以與傳統混合系統相比更高的數據速率(例如對于H1現場總線網絡以高達31.25千比特每秒(Kbps)的數據速率，而對于H2現場總線網絡以高達2.5兆比特每秒(Mbps)的數據速率)發送數據的網絡。
[0007]現場總線消息規范(FMS)規定了經由虛擬通信關系(VCR)完成的通過現場總線網絡進行通信的消息傳送協議。VCR提供用于在應用和/或設備之間傳送數據的基于連接的信道。現場總線網絡上的設備經由由鏈路主機(LM)設備(被稱為鏈路有效調度器(LAS)) 管理的調度通信和未調度通信進行通信。在調度通信期間(通常保留用于過程數據(例如由現場設備感測和/或使用用于工業過程的操作的數據)的發送)，LAS設備向現場設備發布強迫數據消息。響應于接收到該強迫數據消息，現場設備通過網絡向一個或更多個訂戶設備公布其過程數據。未調度通信是經由LAS設備管理的令牌傳遞算法完成的。LAS設備進而向網絡上有效設備的列表(通常被稱為活動列表)中包括的每個設備傳遞令牌消息。 在接收到傳遞令牌消息時，現場設備發送任意未調度數據，直到其所有數據已經公布或可配置的“最大令牌保持時間”已經期滿為止。
[0008]由于VCR和現場設備通過其發送過程數據的命令響應協議(例如響應于所接收的強迫數據消息)的基于連接的特性，用于獲取過程數據的與現場設備的初始通信通常可能需要潛在地昂貴的主機設備，其被控制工程師或其他技術專家配置為與現場設備進行通信。例如，用于從現場設備獲取過程數據的初始通信通常可以涉及以下主機設備:將現場設備添加到設備的活動列表、與現場設備建立VCR用于開放通信、從用于確定過程數據的現場設備獲取功能塊的列表、開放與特定過程變量相關聯的已識別的功能塊、以及從該功能塊讀取該過程變量。這些操作的實現可能是耗時和昂貴的，因此增加了與現場總線網絡中設備的配置和委任相關聯的開銷，并通常降低系統整體的可用性。此外，因為現場設備一般響應于所接收的強迫數據消息來發送過程數據，因此在沒有被配置為以確定方式調度和發送強迫數據消息的LAS (例如主機設備)的情況下，可能難以監視由網絡上的多個現場設備發送的過程數據。
【發明內容】

[0009]在一個示例中，一種監視工業過程網絡上的數據的方法包括:由現場設備通過所述工業過程網絡向主機設備發送數據，所述主機設備被配置為與一個或更多個現場設備發送和接收消息。所述方法還包括:由數據監視設備監視通過所述工業過程網絡發送的所述數據，并由所述數據監視設備輸出所述數據的至少一部分用于在顯示設備處顯示，所述顯示設備可操作地耦合到所述數據監視設備。
[0010]在另一示例中，一種在工業過程網絡上發送數據的方法包括:由現場設備感測工業過程的一個或更多個過程參數；以及由所述現場設備至少部分基于所感測的一個或更多個過程參數，確定用在所述工業過程的實時控制中的控制數據。所述方法還包括:由所述現場設備從主機設備接收通信令牌，所述通信令牌向所述現場設備委派用于通過所述工業過程網絡發送數據的時間；以及由所述現場設備響應于所述通信令牌向所述主機設備發送用在所述工業過程的實時控制中的控制數據。
[0011]在另一示例中，一種在工業過程網絡上發送數據的方法包括:由主機設備向現場設備發送通信令牌，所述通信令牌向所述現場設備委派用于通過所述工業過程網絡發送數據的時間。所述方法還包括:由所述主機設備從所述現場設備接收用在工業過程的實時控制中的控制數據，而不發送強迫數據消息，所述強迫數據消息被配置為請求所述現場設備發送所述控制數據。
[0012]在另一示例中，用于工業過程網絡的數據監視設備包括:至少一個處理器、一個或更多個存儲設備和接收機，所述接收機被配置為經由所述工業過程網絡接收數據。所述一個或更多個存儲設備編碼有指令，當所述指令由所述至少一個處理器執行時，使所述數據監視設備:監視由現場設備通過所述工業過程網絡向主機設備發送的數據，并輸出所述數據的至少一部分用于在可操作地耦合到所述數據監視設備的顯示設備處顯示。
[0013]在另一示例中，現場設備包括:至少一個處理器、一個或更多個存儲設備、一個或更多個傳感器和收發機，所述收發機被配置為通過工業過程網絡發送和接收數據。所述一個或更多個存儲設備編碼有指令，當所述指令由所述至少一個處理器執行時，使所述現場設備:經由一個或更多個傳感器，感測工業過程的一個或更多個過程參數；以及至少部分基于所感測的一個或更多個過程參數，確定用在所述工業過程的實時控制中的控制數據。 所述一個或更多個存儲設備編碼有指令，當所述指令由所述至少一個處理器執行時，使所述現場設備:從主機設備經由所述收發機接收通信令牌，所述通信令牌向所述現場設備委派用于通過所述工業過程網絡發送數據的時間；以及響應于接收到所述通信令牌，經由所述收發機向所述主機設備發送用在所述工業過程的實時控制中的所述控制數據。【附圖說明】
[0014]圖1是示出了包括可以監視由現場設備通過網絡自動地發送的過程數據的數據監視設備的工業過程網絡的框圖。
[0015]圖2是現場設備的框圖。
[0016]圖3是數據監視設備的框圖。
[0017]圖4是示出了用于從現場設備通過工業過程網絡自動地發送過程數據的示例操作的序列圖。【具體實施方式】
[0018]根據本文所描述的技術，現場設備可以自動地發送用在實時控制和/或工業過程的監視中的過程數據。實現本公開的技術的現場設備不是響應于接收到請求過程數據的強迫數據消息來發送過程數據，而是可以響應于接收到通信令牌來自動地發送過程數據，所述通信令牌向所述現場設備委派用于網絡上通信的時間。以這種方式，現場設備可以自動地公布其實時過程數據，從而促進與該現場設備的即用(out-of-the-box)通信，而不需要被配置為與現場設備進行通信的潛在地昂貴的主機設備。此外，通過響應于接收到通信令牌來發送與過程有關的數據，實現本文所公開的技術的現場設備可以有助于降低以強迫數據消息及其相對應的響應的形式的網絡上的開銷，從而增加網絡利用。借此，本公開的技術可以增加可以配置工業過程網絡的容易性和效率，同時降低與這種配置相關聯的開銷。在一些示例中，數據監視設備可以監視并顯示在網絡上發送的數據的一個或更多個部分。即， 數據監視設備不需要配置和/或修改主機設備來顯示數據，而是可以“監聽”網絡上的業務，從而使技術人員、過程工程師或其他這種用戶能夠使在網絡上發送的數據可視，而不需要對系統的主機設備進行附加修改和/或處理負擔。因此，本公開的技術可以能夠實現與現場設備的快速和高效的即用通信，例如用于設備的配置和/或委任。
[0019]圖1是示出了工業過程網絡10的一個實施例的框圖，該工業過程網絡10包括主機設備12、現場設備14A-14N(在本文中統稱為“現場設備14”)和數據監視設備16。盡管將使用基礎現場總線通信協議的通過總線18傳送消息的過程控制/監視系統的上下文中描述網絡10,本公開的技術可以具有對參與消息交互的主機設備和/或現場設備的數字網絡的普遍可應用性。
[0020]主機設備12 —般可以位于工業過程廠房中的集中控制室內。在其他示例中，主機設備12可以是可以在各種位置附接到總線18并從總線18分離的手持設備。總線18可以是例如雙絞線對或四芯電纜，其提供可以在其上發送消息的通信路徑。總線18可以在單個電纜上支持多個設備，盡管總線18上的設備的數量可以至少部分基于目標環路執行速度和/或固有安全性要求。因此，關于圖1的示例將現場設備14示出并描述為包括“N”個現場設備，其中“N”表示任意數。
[0021]主機設備12 —般可以用作網絡10的鏈路有效調度器(LAS)。在其作為LAS設備的功能中，主機設備12對設備之間在總線18上的所有通信保持集中調度。網絡10中的至少一個其他設備(例如一個或更多個現場設備14)可以被配置為用作鏈路主機(LM)設備。 LM設備可以被配置為在LAS設備出現故障或變得不可操作時接管LAS設備的調度責任。在一些示例中，多于一個LM設備可以存在于總線18上，從而提供針對調度責任的另一備份。
[0022]在一些示例中，現場設備14可以是感測一個或更多個過程參數并基于所感測的參數來提供數據的過程儀器。在特定示例中，現場設備14可以是基于例如通過總線18接收的命令消息來提供物理輸出的過程致動器。在一些示例中，現場設備14中的一個或更多個可以是過程儀器，并且現場設備14中的一個或更多個可以是過程致動器。在特定示例中，現場設備14中的一個或更多個可以包括感測能力和致動能力。現場設備14的示例包括(但不限于)硅壓力傳感器、電容壓力傳感器、電阻溫度檢測器、熱電偶、應變儀、限制開關、接通/斷開開關、流變送器、壓力變送器、電容電平開關、鎊秤、換能器、閥定位器、閥控制器、致動器、螺線管和指示燈。
[0023]作為一個示例性操作，主機設備12可以用作針對網絡10的LAS設備，從而對于主機設備12和現場設備14中的任意一個或更多個之間通過總線18的通信保持集中調度。主機設備12可以例如通過根據集中調度通過總線18進而向現場設備14發送強迫數據消息來發起與現場設備14的調度通信。響應于接收到強迫數據消息，各個現場設備14可以通過總線18發送其調度的通信數據。調度的通信數據可以包括例如由各個現場設備感測的并用于工業過程的控制的過程變量數據。作為另一示例，調度的通信數據可以包括各個現場設備14的致動器狀態信息(例如位置信息)。通常，調度的通信數據一般可以包括被識別為對于工業過程網絡的實時操作和控制關鍵的數據，例如由在現場設備14上執行的功能塊使用的用于監視和/或控制工業過程的操作的數據。
[0024]例如，主機設備12可以在集中調度識別的用于與現場設備14A進行調度通信的時間，向現場設備14A發送強迫數據消息。響應于接收到強迫數據消息，現場設備14A可以通過總線18發送其調度的通信數據，例如由現場設備14A感測的過程參數數據(例如溫度數據、壓力數據或其他類型的過程參數數據)。所發送的數據可以由主機設備12和現場設備14B-14N (即其他現場設備14)中的一個或更多個接收，其被配置為接收來自現場設備14A(通常被稱為“訂戶”設備)的數據發送。主機設備12可以根據調度向設備的活動列表 (即被配置為通過總線18來發送數據的現場設備14的列表)中包括的現場設備14中的每一個發送強迫數據消息，從而以確定方式管理通過總線18的調度通信。
[0025]主機設備12還可以經由令牌傳遞算法發起與現場設備14的未調度通信。根據令牌傳遞算法，主機設備12可以向現場設備14中的每一個發送“傳遞令牌”消息，進而發起來自各個現場設備的未調度數據發送。未調度數據發送可以包括例如配置數據、警報數據、事件數據、趨勢數據、診斷數據、狀態數據、針對操作者顯示的數據或其他類型的數據。通常， 未調度數據可以包括被識別為對于工業過程網絡的實時操作關鍵的任意數據，例如未由在現場設備14上執行的功能塊使用的用于監視和/或控制工業過程的操作的數據。
[0026]例如，主機設備12可以通過總線18向現場設備14A發送傳遞令牌消息。響應于接收到傳遞令牌消息，現場設備14A可以發送由現場設備14A識別(例如排隊)的用于通過總線18發送的任意未調度數據。現場設備14A可以發送未調度數據直到已經通過總線 18發送被識別為用于發送的所有未調度數據為止，或直到已經經過可配置的“最大令牌保持時間”為止。最大令牌保持時間參數可以有效地定義在其中現場設備14可以發送未調度數據的未調度數據發送時間窗口。在一些示例中，現場設備14中的每一個可以被配置有相同的最大令牌保持時間，從而為現場設備14中的每一個定義用于未調度數據發送的相同時間長度。在其他示例中，現場設備14中的一個或更多個可以被配置有不同的最大令牌保持時間。
[0027]在未調度數據的完全發送之前已經經過最大令牌保持時間的示例中，現場設備 14A可以對未發送的數據進行存儲(例如排隊)用于稍后發送(例如在下一個未調度數據發送窗口期間)。在最大令牌保持時間期滿之前現場設備14A發送其所有未調度數據的示例中，現場設備14A可以向主機設備12發送令牌返回消息，以指示其已經完成其未調度數據的發送。主機設備12可以向現場設備14中的每一個分別發送傳遞令牌消息，現場設備 14中的每一個可以通過總線18發送未調度數據(如關于現場設備14A所描述)。以這種方式，主機設備12可以管理現場設備14的未調度數據通信。
[0028]通過總線18的調度通信和/或未調度通信可以經由主機設備12和現場設備14 中的任意一個或更多個之間的VCR來完成。VCR提供基于連接的信道，基于連接的信道用于在總線18上的設備之間的傳送數據。主機設備12和現場設備14中的任意一個或更多個可以使用VCR經由具有由現場總線消息規范(FMS)定義的格式的消息來交換數據。經由基于連接的VCR發送的FMS消息包括消息有效載荷和開銷(以消息前同步碼、起始分隔符、停止分隔符和與消息相關聯的其他元數據的形式)。用來自接收設備的對應確認消息確認經由基于連接的VCR發送的FMS消息，從而指示接收到消息。可以重新發送未確認的消息，從而增加系統通信的魯棒性。
[0029]根據本公開的技術，現場設備14中的任意一個或更多個可以根據自動數據公布操作模式進行操作，以響應于接收到傳遞令牌消息而自動地傳送數據(例如用于工業過程的實時控制和/或監視的過程數據)。即，現場設備14中的任意一個或更多個可以不根據強迫數據操作模式(其中現場設備避免發送過程數據直到現場設備接收到用于請求過程數據的強迫數據消息為止)進行操作，而是可以響應于接收到傳遞令牌消息來發送過程數據。以這種方式(以下將進一步描述)，現場設備14可以自動地發布過程數據而不需要被配置為管理調度通信的LAS設備(例如主機設備12)，從而促進與現場設備的即用通信。因此，可以完成與現場設備14中的任意一個或更多個的通信而不需要現場設備的多步配置， 從而降低了與現場設備的配置、委任、測試或維護相關聯的時間和相關開銷。此外，通過響應于通信令牌(而不是需要對應響應的單獨的強迫數據消息)來發送過程數據，現場設備可以增加網絡利用(即所利用的網絡帶寬量)。
[0030]在一些示例中，現場設備14中的一個或更多個可以在強迫數據操作模式和自動數據公布操作模式之間轉換。例如，現場設備14A(或現場設備14中的任意一個)可以響應于確定現場設備14A在閾值時間量(例如三十秒、一分鐘、兩分鐘或其他閾值時間量)內未接收到強迫數據消息，從強迫數據操作模式(現場設備14A避免發送過程數據直到現場設備14A接收到強迫數據消息為止)轉換為自動數據公布操作模式。借此，根據本公開的技術進行操作的現場設備可以幫助確保與未被配置為根據自動數據公布操作模式進行操作的主機設備和/或工業過程網絡的后向兼容性。
[0031]如圖1所示，工業過程網絡10可以包括:數據監視設備16,被配置為經由總線18 來接收和/或發送數據。在一些示例中，數據監視設備16可以與主機設備12實質上類似 (如以下進一步描述)。通常，數據監視設備16是具有被配置為使數據監視設備16能夠經由總線18發送和/或接收數據的硬件組件和/或軟件組件的任意設備。在一些示例中， 數據監視設備16可以包括例如在數據監視設備16的外殼中的顯示設備。這種顯示設備的示例可以包括:發光二級管(LED)顯示器、陰極射線管(CRT)監視器、液晶顯示器(LCD) 或用于輸出視覺信息的其他類型的設備。在特定示例中，顯示設備可以遠離數據監視設備 16 (例如不與數據監視設備16形成整體)，但可以與數據監視設備16可操作地耦合(例如電耦合、通信地耦合或以其他方式可操作地耦合)。
[0032]如上所述，數據監視設備16可以監視(例如接收)通過總線18發送的數據，例如從現場設備14中的任意一個或更多個發送的數據(例如自動公布數據)和/或在主機設備12和現場設備14之間發送的數據(例如強迫數據)。借此，在某些示例中，數據監視設備16可以被認為是在設備的活動列表中不包括的、但“監聽”總線18上的網絡業務以能夠實現數據的被動監視的被動監視設備。作為一個示例操作，數據監視設備16可以是注冊為從現場設備14和主機設備12中的任意一個或更多個發送的數據的訂戶設備的手持或其他設備，從而使數據監視設備16能夠接收通過總線18從數據監視設備16訂制的設備中的每一個發送的消息。
[0033]可以由數據監視設備16接收的示例性網絡業務可以包括:由現場設備14經由自動數據公布操作模式發送的過程數據和/或由現場設備14中的一個或更多個經由強迫數據操作模式發送的過程數據。在某些示例中，所接收的數據可以包括與過程數據相對應的并描述過程數據的一個或更多個屬性的視圖數據。例如，視圖數據可以描述過程數據的數據類型屬性(例如壓力、溫度、流速或其他數據類型)、過程數據的數據范圍屬性(例如有效數據范圍、配置數據范圍或其他數據范圍信息)或其他這些數據屬性。在某些示例中，接收數據可以包括一般未調度數據(例如當現場設備在強迫數據操作模式中操作時在未調度通信期間發送的數據)，例如配置數據、警報數據、事件數據、趨勢數據、診斷數據、狀態數據、針對操作者顯示的數據或其他類型的數據。通常，數據監視設備16可以接收通過總線 18發送的任意類型的數據，從而使數據監視設備16能夠監視整個網絡業務。
[0034]數據監視設備16可以輸出所接收的數據的至少一部分用于在顯示設備處顯示。 例如，數據監視設備16可以輸出設備過程數據(例如溫度數據、壓力數據、流速數據、致動器位置數據或其他類型的過程數據)、過程數據狀態信息、過程數據范圍信息、過程數據單元信息或其他類型的數據。在某些示例中，數據監視設備16可以輸出與數據相對應的趨勢信息(例如過程變量值隨著時間的趨勢)。在某些示例中，數據監視設備16可以根據監管控制和數據獲取(SCADA)系統，實現并顯示所接收的數據。
[0035]在某些示例中，由數據監視設備16接收的數據可以包括警報數據(例如由現場設備14中的一個或更多個發送的指示和/或標識源設備的警報狀態(例如過壓狀態、操作錯誤代碼或其他警報狀態)的方面的數據)。在某些示例中，數據監視設備16可以向現場設備14中的源現場設備(即現場設備14中發送警報數據的現場設備)發送用于確認和/或清除設備的警報狀態的確認。借此，在某些示例中，數據監視設備16可以通過總線18有效地發送數據。
[0036]因此，如本文所描述，現場設備中的任意一個或更多個可以自動地發送用在工業過程的實時控制和/或監視中的過程數據，從而促進與現場設備的初始通信，用于降低與活動(例如設備配置、委任、測試和維護)相關聯的時間和開銷。數據監視設備16可以監視通過總線18發送的數據，并可以輸出至少一部分數據用于顯示。以這種方式，數據監視設備16可以使技術人員、過程工程師或其他這種用戶能夠使通過網絡發送的數據可視化， 而不需要對主機設備12的附加修改和/或處理負擔。
[0037]圖2是圖1的現場設備14A的一個實施例的框圖。然而，盡管關于現場設備14A 進行闡述和描述，應當理解的是，圖1的現場設備14可以實質上是類似的，使得圖2的現場設備14A可以是現場設備14中的任意一個。
[0038]如圖2中所示，現場設備14A可以包括:通信控制器20、媒體附著單元(MAU) 22、處理器24、存儲設備26、傳感器28和信號處理電路30。傳感器30可以感測一個或更多個過程參數或變量，并向信號處理電路30提供對應的傳感器信號。傳感器信號可以包括主變量 (例如壓力)和輔變量(例如溫度)。在某些示例中，處理器24可以使用輔變量來校正或補償代表主變量的傳感器信號。
[0039]信號處理電路30 —般包括模數轉換電路以及濾波和其他信號處理，用于將傳感器信號轉換為處理器可以使用的格式。例如，信號處理電路30可以包括任意一個或更多個 sigma delta模數轉換器和數字濾波器，用于向處理器24提供數字化和濾波傳感器信號。
[0040]在一個示例中，處理器24被配置為實現用于在現場設備14A中執行的功能和/或過程指令，例如用于協調現場設備14A的操作。例如，處理器24可以對存儲設備24中存儲的指令進行處理以對通過總線18接收的數據進行處理、接收并(例如在存儲設備26中) 存儲由傳感器28生成的傳感器信號并創建和選擇要在通過總線18從現場設備14A發送的消息中包含的數據。處理器24的示例可以包括以下一項或更多項:微處理器、控制器、數字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其他等同的離散或集成的邏輯電路。
[0041]存儲設備26可以被配置為:在操作期間在現場設備14A中存儲信息。在某些示例中，存儲設備26可以被描述為計算機可讀存儲介質。在某些示例中，計算機可讀存儲介質可以包括非瞬時性介質。術語“非瞬時性”可以指示存儲介質不實現為載波或傳播信號。在某些示例中，非瞬時性存儲介質可以(例如在RAM或緩存中)存儲可以隨時間改變的數據。 在某些示例中，存儲設備26不是長期存儲設備。在某些示例中，存儲設備26被描述為易失性存儲器，這意味著當現場設備14A掉電時存儲設備26不保存所存儲的內容。易失性存儲器的示例可以包括:隨機存取存儲器(RAM)、動態隨機存取存儲器(DRAM)、靜態隨機存取存儲器(SRAM)和其他形式的易失性存儲器。在某些示例中，存儲設備26用于存儲用于由處理器24執行的程序指令。例如，存儲設備26可以存儲用于在自動數據公布操作模式中操作的指令，以根據這里描述的技術來自動地發送過程數據。在一個示例中，存儲設備26由軟件、固件或在處理器24上執行的其他應用邏輯使用，以臨時地存儲在程序執行期間的信息。
[0042]在某些示例中，存儲設備26可以包括一個或更多個計算機可讀存儲介質。存儲設備26可以被配置為:存儲比易失性存儲器更大量的信息。存儲設備26還可以被配置用于信息的長期存儲。在一些示例中，存儲設備26包括非易失性存儲元件。這種非易失性存儲元件的示例可以包括:磁硬盤、光盤、軟盤、閃存或電可編程存儲器(EPROM)或電可擦寫可編程存儲器(EEPR0M)的形式。
[0043]通信控制器20可以用作處理器24和MAU 22之間的接口。例如，通信控制器20 (可以是ASIC)可以從MAU 22接收數據、對數據進行解碼、將數據轉換為以字節的形式并提供消息數據以由處理器24讀取。作為另一示例，通信控制器20可以從處理器24接收字節數據、將數據格式化為消息并將消息提供給MAU 22用于在總線18上發送。MAU 22可以向總線18提供現場設備14A的網絡連接。MAU 22可以是集成電路或離散組件。
[0044]圖3是圖1的數據監視設備16的一個實施例的框圖。如所示，數據監視設備16的整體架構可以與現場設備14的整體架構類似，并包括通信控制器32、MAU 34、處理器36、存儲設備38、輸入設備40和輸出設備42。此外，盡管關于數據監視設備16描述圖3,在一些示例中，主機設備12可以與數據監視設備16實質上類似。例如，主機設備12可以包括用于使主機設備12能夠通過總線18發送和接收消息并根據在本文中歸屬于主機設備12的功能方面進行操作的硬件組件和軟件組件。
[0045]通信控制器32、MAU 34、處理器36和存儲設備38中的每一個可以實質上分別類似于現場設備14A的通信控制器20、MAU 22、處理器24和存儲設備26。例如，通信控制器 32可以用作處理器36和MAU 34之間用于通過總線18發送和接收消息數據的接口。此外， 存儲設備38可以被描述為編碼有指令的計算機可讀存儲介質，當該指令由處理器36執行時，使數據監視設備16根據本文所描述的技術進行操作。
[0046]如圖3所不，數據監視設備16還可以包括:輸入設備40和輸出設備42。在某些示例中，輸入設備40被配置為從用戶接收輸入。輸入設備40的示例可以包括以下任意一項或更多項:鼠標、鍵盤、麥克風、存在感測顯示器和/或觸摸感測顯示器或被配置為從用戶接收輸入的其他類型的設備。輸出設備42可以被配置為向用戶提供輸出。輸出設備42 的示例可以包括:聲卡、視頻圖形卡、揚聲器、發光二級管(LED)、諸如陰極射線管(CRT)監視器或液晶顯示器(LCD)等的顯示設備或用于以用戶或機器可以理解的形式輸出信息的其他類型的設備。
[0047]在一些示例中，存儲設備38可以編碼有指令，當該指令由處理器36執行時，使處理器36執行用戶界面(UI)應用，該用戶界面(UI)應用被配置為允許與連接到網絡10的一個或更多個設備的用戶交互。例如，數據監視設備16可以執行經由輸入設備40接受輸入(例如用于標識現場設備14中的一個或更多個的輸入和來自現場設備14中的一個或更多個和/或去往現場設備14中的一個或更多個的要監視的數據)的UI應用。例如，主機設備12可以執行UI應用，UI應用基于與過程數據相關聯的視圖數據(例如數據類型、數據單元或其他視圖數據)，解釋從現場設備14中的一個或更多個接收的過程數據。UI應用可以輸出所解釋的過程數據用于在顯示設備處(例如在輸出設備42處)顯示。
[0048]圖4時示出了用于從現場設備通過工業過程網絡自動地發送過程數據的示例操作的序列圖。盡管關于與從現場設備14A向主機設備12自動地發送過程數據描述了示例操作，示例操作可應用于從現場設備14中的一個或更多個向連接到網絡10的任意其他設備(例如向數據監視設備16)發送的數據。
[0049]現場設備14A可以執行用于基于一個或更多個感測參數來確定過程數據的功能塊(步驟45)。例如，現場設備14A的處理器24可以執行用于基于由傳感器28所感測的參數來確定過程數據(例如壓力數據、溫度數據、流速數據或其他類型的過程數據)的功能塊。現場設備14A可以將過程數據寫到數據鏈路緩沖區(例如存儲在計算機可讀存儲器 (例如存儲設備26)中的數據鏈路緩沖區)(步驟46)。在一些示例中，數據鏈路緩沖區可以是隊列或其他數據結構，其被配置為存儲通過總線18 (例如從主機設備12)接收的數據和/或被標識為用于通過總線18稍后發送的數據(例如過程數據、諸如事件數據和警報數據等的未調度數據或其他類型的數據)。
[0050]在將過程數據寫到數據鏈路緩沖區之后，現場設備14A可以執行數據征求例程， 數據征求例程被配置為使現場設備14A響應于接收到所委派的令牌來通過總線18發送過程數據。在一些示例中，現場設備14A可以響應于確定現場設備14A正在自動數據公布操作模式中操作來執行數據征求例程。例如，現場設備14A可以在自動數據公布操作模式中操作時執行數據征求例程(例如使現場設備14A在所委派的時間自動地公布其過程數據用于未調度通信)，但是在強迫數據操作模式中操作時避免執行數據征求例程。以這種方式， 現場設備14A可以在強迫數據操作模式中操作時避免自動地公布過程數據，以促進現場設備14A與可能不被配置為接收自動地公布的數據的網絡和/或主機設備的兼容性。
[0051]主機設備12可以向現場設備14A發送所委派的令牌(例如傳遞令牌消息)(步驟 50)。如上所述，主機設備12 (或被配置為LAS設備的另一設備)可以執行令牌傳遞算法以進而向設備活動列表中包括的每個設備傳遞令牌消息，從而委派用于向設備中的每一個發送數據的時間。活動列表中包括的每一個設備可以響應于接收到所委派的令牌，發送數據 (例如未調度數據)。如圖4所示，現場設備14A可以響應于接收到所委派的令牌，發送數據鏈路緩沖區中包括的被標識為要發送的數據(步驟52)。發送數據可以包括:過程數據、 與該過程數據相對應的視圖數據、事件數據、警報數據、設備狀態數據或其他類型的數據， 并可以經由一個或更多個單獨消息發送該發送數據。在一些示例(例如圖4的示例)中， 現場設備14A可以發送附加在緩沖數據之后(例如附加在緩沖數據的最后一個消息之后) 的返回令牌。在其他示例中，現場設備14A可以在發送緩沖數據之后作為單獨的消息來發送返回令牌。返回令牌可以指示(例如向主機設備12)現場設備14A已經完成其數據的發送。此后，主機設備(或有效的LAS設備)可以將令牌委派給網絡上的另一設備(例如現場設備14中的另一個(例如現場設備14B))。以這種方式，主機設備12可以管理通過總線18的數據發送，以使活動列表上的每一個設備以確定方式發送數據。
[0052]因此，實現本公開的技術的現場設備可以響應于接收到所委派的令牌，自動地發送過程數據。不需要主機設備來發布強迫數據消息來獲取特定過程變量，現場設備可以自動地發布其過程數據以及在一些示例中描述過程數據的視圖數據。以這種方式，本公開的技術可以促進與現場設備的初始通信，而不需要多步初始化過程和潛在地昂貴的和耗時的主機設備的配置。
[0053]盡管已經參考示例性實施例描述了本發明，本領域技術人員將理解，在不脫離本發明范圍的前提下，可以對其元件作出各種改變并且可以將其元件替換為等同物。另外，在不脫離其基本范圍的前提下，可以作出很多修改，以使特定情況或材料適合本發明的教導。 因此，本發明不旨在受限于所公開的特定實施例，而是將意在包括落入所附權利要求范圍中的所有實施例。
【主權項】
1.一種監視工業過程網絡上的數據的方法，所述方法包括:由現場設備通過所述工業過程網絡向主機設備發送數據，所述主機設備被配置為與一 個或更多個現場設備發送和接收消息；由數據監視設備監視通過所述工業過程網絡發送的所述數據；以及由所述數據監視設備輸出所述數據中的至少一部分，用于在能夠操作地耦合到所述數 據監視設備的顯示設備處顯示。2.根據權利要求1所述的方法，其中，由所述現場設備發送的所述數據包括:過程數據，所述過程數據被標識為用在對工業過程的實時控制中；以及與所述過程數據相對應的視圖數據，所述視圖數據描述所述過程數據的一個或更多個屬性。3.根據權利要求2所述的方法，還包括:基于所述視圖數據對所述過程數據的一個或更多個屬性進行解釋，其中，輸出所述數 據的至少一部分用于在所述顯示設備處顯示包括輸出所解釋的過程數據。4.根據權利要求2所述的方法，其中，所述視圖數據描述所述過程數據的數據類型屬 性和所述過程數據的數據范圍屬性中的至少一個。5.根據權利要求2所述的方法，其中，所述視圖數據包括與所述現場設備相對應的配 置數據，所述配置數據描述所述現場設備的一個或更多個功能屬性。6.根據權利要求1所述的方法，其中，輸出所述數據的至少一部分用于在所述顯示設 備處顯示包括:輸出所述數據的至少一部分用于以監督控制和數據獲取SCADA顯示格式來 顯不〇7.根據權利要求1所述的方法，其中，輸出所述數據的至少一部分用于在所述顯示設 備處顯示包括:輸出指示所述過程數據隨時間的改變的趨勢數據。8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述現場設備包括第一現場設備，并且所述數據 包括第一數據，所述方法還包括:由第二現場設備通過所述工業過程網絡向所述主機設備發送第二數據；由所述數據監視設備監視通過所述工業過程網絡發送的所述第二數據；以及由所述數據監視設備輸出所述第二數據的至少一部分用于在所述顯示設備處顯示。9.根據權利要求1所述的方法，其中，由所述現場設備發送的所述數據包括由所述現場設備生成的警報，所述警報對 應于所述現場設備的操作狀態；以及其中，輸出所述數據的至少一部分用于在所述顯示設備處顯示包括:輸出所述警報用 于在所述顯示設備處顯示。10.根據權利要求9所述的方法，還包括:由所述數據監視設備發送對所述警報的響應消息，所述響應消息被配置為確認由所述 現場設備發送的所述警報。11.根據權利要求1所述的方法，其中，所述數據監視設備包括所述顯示設備。12.根據權利要求1所述的方法，其中，所述數據監視設備包括固有安全設備。13.—種在工業過程網絡上發送數據的方法，所述方法包括:由現場設備感測工業過程的一個或更多個過程參數；由所述現場設備至少部分基于所感測的一個或更多個過程參數，確定用在對所述工業 過程的實時控制中的控制數據；由所述現場設備從主機設備接收通信令牌，所述通信令牌向所述現場設備委派用于通 過所述工業過程網絡發送數據的時間；以及由所述現場設備響應于接收到所述通信令牌向所述主機設備發送所述用在對所述工 業過程的實時控制中的控制數據。14.根據權利要求13所述的方法，其中，響應于接收到所述通信令牌發送所述控制數 據包括:在沒有接收到來自所述主機設備的強迫數據消息的情況下發送所述控制數據，所 述強迫數據消息被配置為請求所述現場設備向所述主機設備發送所述控制數據。15.根據權利要求13所述的方法，還包括:由所述現場設備確定在閾值時間量內所述現場設備未接收到強迫數據消息，所述強迫 數據消息被配置為請求所述現場設備發送所述控制數據；以及響應于確定在所述閾值時間量內所述現場設備未接收到所述強迫數據消息，由所述現 場設備從強迫數據操作模式轉換到自動數據公布操作模式；其中，響應于接收到所述通信令牌來發送所述用在對所述工業過程的實時控制中的控 制數據包括:在從所述強迫數據操作模式轉換到所述自動數據公布操作模式之后，發送所 述用在對所述工業過程的實時控制中的控制數據。16.根據權利要求15所述的方法，其中，所述現場設備通過避免發送所述控制數據直 到所述現場設備接收到所述強迫數據消息為止而在所述強迫數據操作模式中操作，所述強 迫數據消息被配置為請求所述現場設備向所述主機設備發送所述控制數據。17.根據權利要求13所述的方法，其中，確定所述用在對所述工業過程的實時控制中 的控制數據包括:由所述現場設備執行至少一個功能塊，所述功能塊至少部分基于所述一 個或更多個所感測的過程參數來確定所述控制數據。18.根據權利要求17所述的方法，還包括:由所述現場設備在完成所述至少一個功能塊的執行之后將所述控制數據寫到存儲要 通過所述工業過程網絡發送的數據的所述現場設備的通信緩沖區；其中，發送所述用在對所述工業過程的實時控制中的控制數據包括:響應于接收到所 述通信令牌，發送來自所述通信緩沖區的所述數據。19.根據權利要求18所述的方法，還包括:由所述現場設備在將所述控制數據寫到所述通信緩沖區之后執行數據征求例程，所述 數據征求例程被配置為使所述現場設備通過所述工業過程網絡發送所述控制數據；其中，發送所述用在對所述工業過程的實時控制中的控制數據包括:響應于執行所述 數據征求例程并接收到所述通信令牌，發送來自所述通信緩沖區的所述數據。20.根據權利要求13所述的方法，還包括:響應于接收到所述通信令牌，由所述現場設備向所述主機設備發送與所述現場設備相 關聯的未被標識為用在對所述工業過程的實時控制中的過程數據。21.根據權利要求13所述的方法，還包括:由所述現場設備在發送所述控制數據之后向所述主機設備發送返回令牌，所述返回令 牌指示所述現場設備已經發送所述控制數據。22.根據權利要求21所述的方法，其中，發送所述返回令牌包括:將所述返回令牌附加 到所述控制數據。23.—種用于工業過程網絡的數據監視設備，包括:至少一個處理器；一個或更多個存儲設備；以及接收機，所述接收機被配置為經由所述工業過程網絡接收數據；其中，所述一個或更多個存儲設備編碼有指令，當所述指令由所述至少一個處理器執 行時，使所述數據監視設備:監視由現場設備通過所述工業過程網絡向主機設備發送的數據；以及 輸出所述數據的至少一部分，用于在能夠操作地耦合到所述數據監視設備的顯示設備 處顯示。24.—種現場設備，包括:至少一個處理器；一個或更多個存儲設備；一個或更多個傳感器；以及收發機，所述收發機被配置為通過工業過程網絡來發送和接收數據；其中，所述一個或更多個存儲設備編碼有指令，當所述指令被所述至少一個處理器執 行時，使所述現場設備:經由所述一個或更多個傳感器，感測工業過程的一個或更多個過程參數；至少部分基于所感測的一個或更多個過程參數，確定用在對所述工業過程的實時控制 中的控制數據；經由所述收發機從主機設備接收通信令牌，所述通信令牌向所述現場設備委派用于通 過所述工業過程網絡發送數據的時間；以及響應于接收到所述通信令牌，經由所述收發機向所述主機設備發送用在對所述工業過 程的實時控制中的所述控制數據。
【文檔編號】G05B19/418GK106033215SQ201510108709
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月12日
【發明人】安東尼·迪恩·費古森, 布里安·阿倫·弗蘭查克, 托馬斯·馬文·貝爾
【申請人】愛默生過程管理電力和水力解決方案有限公司