具有可编程数字/模拟接口的现场安装过程设备的制作方法

专利名称：具有可编程数字/模拟接口的现场安装过程设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及过程设备，更具体地，本发明涉及现场安装过程控制和测量设备。
背景技术：
过程设备用来测量和控制工业生产过程，例如石化产品精练、食品加工以及多种其他过程。过程测量设备包括过程变量传送装置，用来测量诸如压力和温度的过程变量，并将测量得到的变量与过程控制器通信。另一种类型的过程设备是诸如阀门控制器等的致动器。总的来说，通过使用通过过程控制环路进行通信的传送装置、致动器及过程控制器的组合来实现过程控制。两种类型的过程设备均通过过程接口单元对物理过程相互作用。过程接口单元是将电信号与物理过程条件联系在一起的设备，包括诸如传感器、限制开关、阀门控制器、加热器、电动机控制器等装置，以及多种其他装置。
典型地，过程控制器是放在与过程相分离的控制室的微型计算机。控制器能够从过程测量装置接收过程信息，将合适的控制信号施加到一个或多个过程控制装置来影响、进而控制过程。
为配合过程，传送装置和致动器通常被安装在过程现场附近。这种物理上的邻近可以使过程设备易受组合环境的挑战。例如，过程设备通常遭受温度极限、振荡、腐蚀性和/或易燃性的环境以及电噪声。为了抵抗这样的条件，过程设备特别地被设计成“现场安装”。这样的现场安装设备使用设计用来防爆的坚固外壳。另外，现场安装的过程设备能被设计成具有描述成“本质安全”的电路，这意味着即使在故障条件下，电路通常也不会包含足以产生火花的足够电能。更进一步地，电绝缘技术通常被用来减小电噪声效应。这里有一些设计考虑的例子，所述设计考虑将现场安装过程设备区别于其他设备，测量传感器特性并提供表示这种特性的数据。
撇开上边列举的环境考虑，对现场安装设备的另一个挑战是布线。由于过程设备设置在靠近过程本身而远离控制室的地方，通常需要长线将此设备与控制室相连。这些长线安装昂贵并且难以维护。
减小必要的布线的一种方式是使用两线过程设备。这些设备使用两线过程控制环路连接到控制室。两线设备从过程控制环路接收能量，通常以不受向过程设备供电影响的方式与过程控制环路通信。用于两线通信的技术包括4-20mA信令、干线可寻址远程换能器(HART)协议、FOUNDATIONTM现场总线以及其他。尽管两线过程控制系统使布线简化，此类系统向连接其上的设备提供有限的电能。例如，一种根据4-20mA信令进行通信的设备只能抽取不超过4mA的电流，否则设备电流消耗将影响过程变量。两线过程设备节俭的功率预算限制了可提供的功能。
通过过程通信环路实现数据通信的现场设备的发展在过程工业测量及控制领域展现出重大的优势，可是仍有很大困难存在。特别地，许多现场安装过程设备的安装包括如果没有上百种也有几十种的不同过程设备，这些设备与位于不同地方的过程连接在一起并与在一个或多个控制器控制下的过程相互影响。
在不远的过去，所有的现场设备都是基于模拟的现场设备。因此一方面，过程工业应用曾经或者仍在巨大的基于模拟的过程现场设备方面进行重大投资。即使具有显著优点的数字设备的到来，例如那些根据FOUNDATIONTM现场总线过程通信协议通信的设备，模拟设备的拥有者在简单通过将全部设备更换以获得新技术方面，由于其中时间和投资原因，将会有一点挫折感。
在此存在一个提供设备或系统的重大需求，该设备或系统在易于实现数字过程控制和测量技术的同时，不需要此类设备的拥有者完全使其系统使用新技术。

发明内容
本发明的实施例通常提供一种可现场安装过程设备，该设备从一个或多个过程设备接收数字信息，提供关联模拟输出。本发明实施例包括向现场安装过程设备提供无线接口，以便配置和/或诊断信息能够在现场安装过程设备及一个或多个附加设备之间通信。在一些实施例中，可以通过与之相连的数字过程通信环路对现场安装过程设备进行完全供电。最后，本发明的实施例也包含产生和在现场安装过程设备中存储根据数字过程通信协议进行通信的一个或多个现场设备与现场安装过程设备的模拟输出之间的映射。


图1是根据本发明实施例使用两线现场安装过程设备的过程控制系统的简图；图2是图1所示过程设备的系统框图；图3是根据本发明实施例向现场安装过程设备提供过程变量的方法的系统框图；图4是根据本发明实施例操作现场安装过程设备的方法的系统框图；图5是根据本发明实施例的现场安装过程设备的系统框图；图6是与多个数字过程设备和分布控制系统(DCS)一起工作的可现场安装过程设备的系统框图；图7是根据本发明实施例的典型映射的简图；图8是根据本发明实施例，用于将大量传感器测量结果复用和解复用成DCS的4-20mA的模拟输入的三个可现场安装过程设备的简图。
具体实施例方式
图1所示的两线可现场安装过程设备提供可适于实现改进的用户产生控制算法，非常类似于那些用在传统可编程逻辑控制器的算法。实施例可以包含输入信道、输出信道以及两者的任意组合。通常地，每个信道与过程设备其余的信道隔离。这样的隔离消除了目前限制多个输入传送装置的接地环路误差。最后，电源管理方式是使本发明的实施例由两线过程环路14完全供电。通过以下附图及相关描述，这些以及其他特征将变得更加清楚。
图1是过程控制系统10的简图，控制系统10包括控制室12、过程控制环路14以及过程设备16。过程控制系统可以包括与控制室12相连的单一过程设备，然而，系统10也可以包括通过大量过程控制环路与一个或多个控制室相连的多个过程设备。
典型地，控制室12是包括微型计算机、并远离设备16的设施。位于控制室12的用户利用微型计算机，通过过程控制环路14与各种过程设备进行交互，从而从控制室控制过程。为了清楚，将控制室12图示为单一的模块。然而，在一些控制系统实施例中，控制室12事实上可以将过程控制环路14与全球计算机网络(例如因特网)相连，因此遍及世界的用户可以通过传统的网页浏览器软件访问过程设备16。
环路14是一个两线过程控制环路。存在大量用于环路14通信的两线过程通信协议，可以使用任何合适的协议。例如，HART协议、FOUNDATIONTM现场总线协议以及Profibus-PA协议均可用于本发明实施例。环路14在提供不同设备之间的通信的同时，向连接其上的过程设备供电。
过程设备16包括盖17和基座19，优选地，都由适合的塑料材料构成。为适于安装，基座19与工业标准DIN轨道相匹配。在将要更加详细的描述中，设备16适于仅在通过环路14接收的电能下操作，适用于现场安装。因此，设备16被配置成可以抵抗相当大的温度范围(例如-40到85摄氏度)、机械振动以及超过90％的相对湿度。此类环境耐受性主要通过选择鲁棒的元件来实现，将在后续详细说明中描述。可选外壳18(虚线所示)提供附加的耐久性，并且可以是任何已知的外壳，例如，国家电子制造者协会(NEMA)外壳或者防爆外壳。图1所示的过程设备实施例有大量的输入和输出，包括合适的计算电路(图2所示)来执行用户产生的控制算法。算法包括大量将特定输入事件与设备16控制的输出相关的逻辑语句。用户可以通过与设备16进行本地接口或者通过控制环路14与设备16通信改变算法。算法可以使用诸如分段传递式梯形逻辑(RLL)和顺序函数图(SFC)之类的通用逻辑发生软件来产生。这样，设备16可被看作一个两线可现场安装的可编程逻辑控制器。尽管描述将集中在如图1和图2所示的实施例上，但这样的描述可以清楚地进行说明，所以使用独立的输入和输出的实施例受到明显的关注。传统上具有设备16的计算能力的设备由于过高的功率制约，不能通过两线过程控制环路操作。
过程设备16与传感器20、22、24、26、28和30以及致动器32、34连接。传感器20、22和24是已知类型的热电偶，被连接到不同的过程点以提供各个过程点基于过程变量的电压信号。电阻温度设备(RTD’S)26、28和30也被连接到不同的过程点以提供基于各个过程点的过程温度的电阻。RTD 26通过已知的三线连接与设备16相连，说明不同的配线模式可用在本发明的实施例中。致动器32和34被连接到过程设备16，并根据来自设备16的控制信号，操作适当的阀门、开关等。如上所述，设备16能执行用户产生的控制算法，将特定输入条件与特定的输出命令相关联。例如，设备16可以感知过程流体的温度，使致动器32控制连接到过程流体的加热器，以将流体温度保持在选定的水平。
图2是图1所示设备16的系统框图。设备16包括环路通信装置36、电源模块38、控制器40、信道42、44、46和48以及存储器52。环路通信装置36连接到过程控制环路14，适于通过环路14进行双向数据通信。环路通信装置36能够包括已知的通信装置，例如传统的FOUNDATIONTM现场总线通信控制器等。另外，通信装置36可以包括适合的隔离电路，以便符合工厂共有正式标准(FMAS)的本质安全规范，“Intrinsically Safe Apparatus and Associated Apparatus for Use inClass I，II and III，Division 1 Hazardous(Classified)Locations”，该文分类号3610，1988年10月出版。
电源模块38连接到环路14，以便电源模块38基于从环路14接收的电能为设备16的所有元件供电。尽管电源模块38具有单独的用来说明电源模块38向所有元件供电的箭头50，但是值得注意的是此类电能可以提供多种电压。例如，优选地，电源模块38包含提供多电压电能的开关电源。因此，诸如A/D转换器和隔离器的一些元件可以接收例如4.9V的较高电压，而例如控制器40、存储器52和环路通信装置36这样的低功率元件接收例如3.0V的较低电压。另外，优选地，电源模块38的可编程能力可达这样的程度，至少一种供电电压能够改变。电源模块38的可选特性易于功率管理，这将在后边的详细说明中进行描述。
控制器40连接到存储器52，执行存储在其中的程序指令。优选地，存储器52是工作在3.0V的低功率存储器，例如可从夏普电子获得的LRS 1331样品。此外，存储器52可以是“堆栈式”存储器，其中可以在单一存储器模块上设置闪速存储器和非易失性存储器。用户产生的控制算法或控制器40所执行的“程序”可被用户修改，不管是通过与设备16本地相连还是通过环路14访问设备16。在一些实施例中，程序包括将过程事件输入和控制器40所确定的输出联系起来的指令。在这一点上，设备16的功能类似于可编程逻辑控制器，是典型的不足以现场安装且不能在两线现场设备的低功率水平上操作的设备。然而，通过这样提供可编程逻辑控制器的功能，更多的复杂过程控制算法能被通过(如分段传递式梯形逻辑等)用户友好界面实现。
控制器40从模块38接收能量并与环路通信装置36通信。优选地，控制器40包括低功率微处理器，例如，可从位于伊利诺伊州绍姆堡的摩托罗拉公司获得的微处理器样品MMC 2075。此外，优选地，控制器40包括可选的内部时钟频率，因此控制器40的时钟速率、计算速度和功耗可以由通过环路14发送给设备16的适当命令进行选择。由于高时钟速度导致控制器40消耗更多能量，优选地，控制器40的时钟选择以及电源模块38向控制器40供电的电压级别的选择被协调处理。照这样，设备16的处理速度和功耗是可选的且一起变化。
控制器40通过接口总线54连接到不同的信道，优选地，接口总线54是设计用于高速数据通信的串行总线，例如同步外围接口(SPI)。信道42、44、46和48分别通过通信隔离器56、58、60和62连接到总线54，优选地，所述隔离器是已知光隔离器，但是也可以是任意适合的隔离装置，例如电容器。在一些实施例中，信道42、44、46和48以并行方式提供数据，并行串行转换器64用来在串行和并行方式之间转换数据。优选地，转换器64是通用异步接收机/发射机(UART)。
信道42连接到控制器40，包含传感器终端1到n、复用器(MUX)66、模拟/数字(A/D)转换器68、通信隔离器56以及能量隔离器70。可以想象的是，将通信隔离器56、能量隔离器70结合在单独电路中。优选地，信道42适用于测量特定的传感器类型，例如热电偶、电阻温度装置、应变仪、压力传感器以及其他传感器类型。每个传感器终端适于将一个单独的传感器连接到复用器66，例如热电偶。复用器66选择性地将传感器之一连接到A/D转换器68，以便传感器的特征(例如热电偶的电压)被测到并且通过隔离器56和UART 64与控制器40通信。信道42的能量通过能量隔离器70从电源模块38获得。优选地，能量隔离器70是个变压器，但也可以是任意适用装置。本领域的普通技术人员应当清楚，通信隔离器56和能量隔离器70协同确保信道42与设备16的其余装置电隔离。
信道44与信道42类似，相似的元件用相同的编号。优选地，信道44配置成用于测量与信道42的不同类型的传感器。例如，在一个实施例中，信道42配置用来测量热电偶的电压，而信道44配置用来测量RTD的电阻。信道44中的每个传感器终端因此被配置成以双线、三线或四线(Kelvin)连接方式与RTD相连。因为信道42和信道44均与设备16的其他装置电隔离，将第一独立接地的传感器连接到信道42，将第二独立接地的传感器连接到信道44，并不会导致不期望的接地环路错误的产生。此外，由于每个信道是为特定类型的传感器设计的，例如A/D精度和转换率这样的参数能适应特定的传感器类型。例如，设计用于高精度的信道可以使用配置为具有非常高的精确度但具有相对较慢的转换时间的A/D转换器。相反地，设计用于测量改变较快的过程变量的传感器的信道可以使用低精确度的高速A/D转换器。实质上，基于从控制器40接收的配置信息，任何传感器输入都可在电阻型传感器操作及与电压型传感器操作之间进行切换。控制器40可以基于通过环路14或者通过本地输入(未示出)接收到的信息提供配置信息。此外，控制器40可以为信道提供配置信息以便为每个信道甚或为每个传感器调整模拟数字采样速率。这在传感器速率基于已知过程信息提前改变时是相当便利的。
信道46与信道42和44类似，然而，由于信道46被配置成接收数字输入，它并不包括模拟数字转换器。如图所示，输入1到n被连接到复用器66，该复用器66通过通信隔离器60和UART 64，将选择的输入信号传递到总线54。在一些实施例中，输入级可以是通过隔离器60直接提供给UART 64的数字输入。数字输入通常表示逻辑型信号，如限制开关中的接点闭合等。然而，数字输入1到n也可以被连接到其他过程设备的数字输出，从而使输入表示诸如报警或其他布尔型信号的逻辑信号。
信道48与信道46类似，但是与信道46相比实际操作相反。因此，将通过UART发送到信道48的串行信息转换成并行形式，并且通过通信隔离器62传送，以设置各个致动器输出。因而，逻辑信号被发送到标记为ACTUATOR 1到n的终端来促使连接到此终端(未示出)的致动器所期望地执行和不执行动作。此类致动器可以是任何适合的设备，诸如阀门控制器、加热器、电动机控制器以及任何其他合适的装置。实质上，任何可基于逻辑型输出寻址的设备都是致动器。
图3是根据本发明实施例向现场安装过程设备提供过程变量的方法的系统框图。本方法开始于方框80，其中现场安装过程设备通过两线过程控制环路完全供电。方框82中，过程设备通过第一隔离输入信道连接到第一传感器。通过第一隔离输入信道获得传感器信号，所述信号表示过程变量。方框84中，过程设备通过第二隔离输入信道连接到第二传感器，以便获得第二传感器信号。由于第一和第二输入信道是隔离的，第一和第二传感器的独立接地将不会引起不需要的接地环路错误。方框86中，过程设备基于一个或两个传感器信号计算过程变量。此外，尽管本方法根据两个传感器的情况进行描述，可使用大量附加的传感器，从而使过程变量成为任意数量的传感器信号的函数。例如，过程设备可以将传感器值进行平均，提供其差值、标准方差以及其他合适的函数。方框88中，输出计算的过程变量。此类输出可以是通过过程控制环路、逻辑显示器或通过输出信道实现的本地输出进行发送的信息的形式。
图4是根据本发明实施例操作现场安装过程设备的方法的系统框图。方框80中，设备完全通过两线过程控制环路供电。方框92中，设备接收输入。该输入可以是通过输入信道接收的信号的形式，例如上述多路隔离输入信道，可以是通过两线过程控制环路接收到的过程信息的形式，也可以是本地输入的形式，或者是任何输入信号和信息的组合。方框94中，设备执行用户可编程逻辑，使输入信息和一个或多个过程输出联系起来。用户可编程逻辑可以是诸如梯形逻辑、SFC、模糊逻辑、自适应控制、神经网络等简单或复杂的算法。方框96中，设备提供通过用户可编程逻辑的操作而确定的输出。输出可以是逻辑输出，数字或模拟均可，输出也可以作为信息被发送到两线过程控制环路上。
图5是根据本发明实施例的可现场安装过程设备的系统框图。可现场安装过程设备116与设备16类似，同样的元件标号也相同。设备116和设备16之间的主要差别是设备116被配置成具有大量的模拟输出118，模拟输出118被配置成基于从控制器40接收的控制信号，产生模拟输出信号。优选地，每个信道或者模块142、144、146和148与设备116的其余部分隔离。一种类型的非常有用的模拟信号是4-20mA信号的产生或控制。这是由于很多较早的过程设备及控制系统以电流值范围在4-20mA之间的电流作为通信时的过程变量。
模块142包括通过复用器66连接到数字模拟转换器130的四个模拟输出118。数字模拟转换器130可以是从控制器40接收数字信号并且相应产生对应于数字输入的模拟输出的任意装置。复用器66与控制器40通信并且选择性地将一个或多个所选中的模拟输出118连接到数字模拟转换器130。
模块144与上述模拟输入模块类似。然而，每个模拟输入119被配置成从其中接收电流。复用器66将模拟数字转换器68连接到控制器40所选的一个或多个输入119。模拟数字转换器68提供与通过所选输入119的电流相关的控制器40的指示。4-20mA模拟输入的使用允许设备116接收模拟控制信号、过程变量信息，及其基于接收到的模拟输入，调整或修改其操作。这样，设备116能够从模拟分布控制系统(DCS)中接收诸如设置点之类的模拟信息。另一方面，如果此类信息可以通过无线通信模块120传送到设备116，这将在下面非常详细地描述。这也允许DCS向最终控制元件发送信号，不管此信号是模拟的还是射频数字信号。
除了一个重要的区别，模块148与模拟输出模块142和148类似。模块148包括干线可寻址远程换能器(HART)通信芯片150。HART是其中数字信号叠加在4-20mA电流等模拟信号上的混合协议。HART是已知的过程工业标准通信协议。每个模拟输出152均可连接到HART装置。尽管在图5中示出了包含两个模拟输出模块、一个模拟输入模块和一个HART模块的可现场安装过程设备，在本发明的实施例中也可以使用其他的组合。
优选地，设备116也包括通过天线122发射和/或接收无线数据的无线通信模块120。无线通信模块120连接到控制器40，基于来自控制器40的命令和/或数据，通过天线122与外部无线通信装置相互作用。无线通信模块120可以通信过程相关信息，也可以通信设备相关信息。依赖于应用，无线通信模块120可以适于根据任何合适的无线通信协议通信，包括但是不限于无线联网技术(例如，由位于加利福尼亚州欧文市的Linksys所建立的IEEE 802.11b无线接入点及无线联网设备)、蜂窝或数字联网技术(例如，位于加利福尼亚州圣何塞市的Aeris通信公司的Microburst技术)、超宽带、自由空间光通信、全球移动通信系统(GSM)、通用分组无线业务(GPRS)、码分多址(CDMA)、扩频技术、红外通信技术、SMS(短消息服务/文本消息)或任意其他合适的无线技术。此外，可使用已知的数据冲突技术，从而多个单元可以在相互的无线操作范围之内共存。此类冲突防止可以包含使用大量不同射频信道和/或扩频技术。
无线通信模块120也可包括针对多种无线通信方法的换能器。例如，主要的无线通信可以通过使用相对长距离的通信方法来执行，例如GSM或者GPRS，而次要或附加的通信方法可供单元附近的技术员或操作者使用，例如，IEEE 802.11b或者蓝牙。
一些无线通信模块可以包括能与全球定位系统(GPS)相互作用的电路。GPS可被很好地用在作为移动装置的设备116中，以便允许找到位于远程位置的各个设备116。然而，也可使用基于其他技术的位置传感。
为了将过程信息从数字过程设备传送到基于模拟的过程设备(例如通过4-20mA环路)，设备116在存储器52或其他合适的存储器中存储映射，该映射是通过过程工业标准通信环路或通过无线通信模块120连接到环路通信装置36的一个或多个过程设备之间的映射。例如，映射可以包括以下条目指示应当将由与环路通信装置36相连的FOUNDATIONTM现场总线温度传送装置提供的过程流体温度输出路由到特定的模拟输出124和128。此外，该映射可以包含在设定模拟输出之前由设备116对接收到的现场总线温度信息执行的附加硬编码或用户规定的操作。例如，可以通过经由通信装置36或无线通信模块120与设备116进行交互，可编程地设置或改变增益和/或范围。
优选地，映射由用户或者技术人员生成，该技术人员了解任何已连接设备(通过环路通信装置36或无线通信模块120连接)。获得此类信息可能简单到技术人员本地向设备116提供信息，或者可以通过自动检测获得。在一个实施例中，设备116的用户将通过使用任意合适的无线通信技术的无线通信模块120与设备116相互作用。此外，设备116可以任意合适的格式通过无线通信模块120向用户给出其配置信息和/或诊断信息。一种特定的格式是HTML格式，据此设备116需要向技术人员提供网络接口。
在技术人员与设备116相互作用，并获得已连接设备的信息时，优选地，设备产生来自特定的数字过程设备的过程变量信息(例如，FOUNDATIONTM现场总线传送装置的AI.out)和设备116的特定模拟输出之间的映射。在一个实施例中，设备116能够存储将8个数字过程设备与8个不同的4-20mA模拟输出相关联的映射。然而，本领域普通技术人员应当意识到，根据本发明实施例，可以使用更多或更少的映射。此外，由于每个模拟输出只能传送单一参数(例如，介于4到20mA之间的特定电流)，通过无线通信模块120，可以向任意合适的装置传送装置116通过环路通信装置36接收的附加信息。因此，存储在设备116中的映射可将来自给定数字过程设备的信息(例如，过程温度)与特定的模拟输出联系起来，来自相同数字过程设备的任意附加信息将通过模块120被传送到映射中所指定的一个或多个装置。这样，来自数字过程设备的附加诊断以及其他信息能被无线传送到DCS或其他工作站点。
图6是与多个数字过程设备和分布控制系统(DCS)一起工作的现场安装过程设备的系统框图。现场安装过程设备116通过4路不同的模拟通信路径连接到DCS 200。设备116在通过模拟输入AIn1从DCS200接收模拟信号的同时，向DCS 200提供模拟输出AO1、AO2和AO3。设备116通过环路通信装置36连接到现场总线网络202(如图5所示)。在图6所示的示例中，4个数字过程设备也连接到现场总线网络202。装置D1是过程流体温度传送装置，可操作地连接到过程流体，在网络202中传送与过程流体温度相关的数字数据。装置D2是过程流体压力传送装置，可操作地连接到过程流体，在网络202中传送与过程流体压力相关的数字数据。装置D3是过程流体pH值传送装置，可操作地连接到过程流体，在网络202中传送与过程流体pH值相关的数字数据。装置D4是过程流体阀门控制器，响应于通过网络202接收到的信息，控制与之相连的阀门。
图7是根据本发明实施例的典型映射的简图。映射300可以在系统配置时传送到设备116或者在其中生成。映射300存储在设备116内的计算机可读介质(例如，存储器)中，优选地，非易失性存储器，使来自特定设备的数字信息与模拟输入/输出联系起来。例如，映射300示出了将设备D1映射到模拟输出AO2。因此，设备116将接收D1通过环路202进行通信的过程流体温度信息，并转换成在模拟输出AO2上提供的模拟输出，并最终由DCS 200接收。此外，分别由装置D2和D3测量和传送的压力和pH值将分别被转换成模拟输出AO3和AO1上的模拟信号。这样，DCS能够接收重要的过程变量信息，即使其可能并不能接收或理解FOUNDATIONTM现场总线信号。一旦DCS 200计算或者换句话说获得它的控制输出时，模拟控制输出通过设备116的模拟输入AIn1传送到设备116。然后，设备116将模拟信号转换成影响模拟控制信号的FOUNDATIONTM现场总线信号，将数字信号通过环路122传送给阀门控制器D4。
映射300也可以由用户或者现场技术人员改变，通过在本地与设备116相互作用或通过其无线通信模块120。事实上，在HART兼容设备连接到设备116的模拟输出模块的实施例中，可通过设备116的无线通信模块120远程配置此类HART兼容设备。
图8是根据本发明实施例的三个可现场安装过程设备的简图，用于将大量传感器测量结果复用和解复用到DCS的4-20mA模拟输入。系统400包括通过数字过程通信环路202与另一可现场安装过程设备116相连的一对可现场安装过程设备16(参照上述图2)。当如此配置时，设备116能够请求选择设备16及与之相连的特定传感器来读取数据。然后，可以将测量的结果转换为模拟电流，并提供给DCS 200。设备116也可以通过无线通信模块120来传送附加数据(图8中未示)。
尽管至此的描述集中在将离散的数字过程设备映射到可现场安装过程设备的各个模拟输入或输出，本发明的实施例也包括将由单一数字过程设备提供的多个参数映射到多个模拟输入/输出。例如，过程流体温度传送装置可以具有映射到第一模拟输出的过程变量输出，同时具有映射到第二模拟输出的另一数量，如测量可信度等。
相信本发明的具体实施例将允许基于模拟的控制系统与新的数字过程设备相互作用。而且，超出过程变量的数字信息可被提供给一个或多个选中的数字设备，从而利用数字通信过程设备的数字通信性能。
虽然本发明的已参照具有四个信道的两线过程设备的具体实施例进行了描述，但本领域普通技术人员应当清楚，在不背离本发明权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明在形式或细节上进行改变。例如，尽管不同的模块被分别说明和描述，可以容易地想到一些此类模块可被物理地包含在一起，例如，在特定用途集成电路上。另外，尽管控制器40被描述成单一模块，其功能可分布在多个微处理器上，从而使一个微处理器能够提供低电平I/O相互作用，例如校准、线性化等，而第二微处理器执行用户产生控制算法。此外，尽管描述集中在通过所公开的信道来提供输入输出，可以容易地想到可以通过过程控制环路从/向其他过程设备通信一些过程输入或过程输出。
权利要求
1.一种可现场安装过程设备，包括环路通信装置，配置用于连接到过程通信环路以及通过环路进行数字通信；存储器，配置用于存储映射，所述映射将与连接到过程通信环路的第一数字过程设备相关的第一数字参数与第一模拟模块联系起来，以及将第二数字参数与第二模拟模块联系起来；控制器，连接到环路通信装置，配置用于在第一参数和第一模拟信号信息之间以及第二数字参数和第二模拟信号信息之间进行转换；第一模拟模块，可操作地连接到控制器，配置用于传送与第一模拟信号信息有关的第一模拟信号；以及第二模拟模块，可操作地连接到控制器，配置用于传送与第二模拟信号信息有关的第二模拟信号。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述第一模拟模块是模拟输出模块。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述第一模拟模块包括HART数字通信芯片。
4.如权利要求2所述的设备，其中所述第二模拟模块是模拟输出模块。
5.如权利要求2所述的设备，其中所述第二模拟模块是模拟输入模块。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述第一和第二模拟模块是模拟输入模块。
7.如权利要求1所述的设备，还包括电源模块，配置成连接到过程通信环路，并且以从环路收到的能量对所述设备进行完全供电。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述环路通信装置是FOUNDATION现场总线通信装置。
9.如权利要求1所述的设备，还包括连接到控制器的无线通信模块。
10.如权利要求9所述的设备，其中所述设备是可通过无线通信模块配置的。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述第一过程设备通过环路通信装置提供附加的数字信息，所述控制器使无线通信模块基于附加的数字信息进行发射。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述映射是可改变的。
13.如权利要求12所述的设备，其中所述映射通过无线通信模块改变。
14.如权利要求1所述的设备，其中所述第一模拟模块将4-20mA的模拟信号与第一模拟信号信息联系起来。
15.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器进一步被配置成根据第一参数执行操作。
16.如权利要求15所述的设备，其中所述附加操作是在映射中规定的。
17.如权利要求1所述的设备，其中所述控制器执行控制功能，并基于控制功能，产生控制输出。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述控制输出通过环路通信装置传送。
19.如权利要求1所述的设备，其中所述第二数字参数与连接到过程通信环路的第二数字过程设备有关。
20.一种可现场安装过程设备内的计算机可读介质，其中所述计算机可读介质包括将第一数字过程设备与可现场安装过程设备的第一模拟模块相关联的第一关系；和将数字过程设备与可现场安装过程设备的第二模拟模块相关联的第二关系。
21.一种过程控制系统，包括分布控制系统，具有至少一个模拟通信信道；可现场安装过程设备，具有与分布控制系统的至少一个模拟通信信道相连的模拟模块，还具有与数字过程通信环路相连的环路通信装置；和连接到数字过程通信环路的至少一个过程设备；以及其中，可现场安装过程设备在沿着至少一个模拟信道传送的模拟信号、以及通过环路通信装置向或从至少一个过程设备传送的数字信号之间进行转换。
全文摘要
本发明的实施例主要提出了可现场安装的过程设备(16、116)，该过程设备从一个或多个过程设备(D1、D2、D3、D4)接收数字信息，提供相应的模拟输出。本发明的实施例包括向现场安装过程设备(116)提供无线接口(120)，以便配置和/或诊断信息能在现场安装过程设备(116)及一个或多个附加设备之间通信。在一些实施例中，可以通过与之相连的数字过程通信环路(14)对现场安装过程设备(16、116)进行完全供电。最后，本发明实施例还包括在现场安装过程设备(16、116)中产生和存储映射(300)，该映射是根据数字过程通信协议进行通信的一个或多个现场设备和现场安装过程设备(16、116)的模拟输出之间的映射。
文档编号G05B19/042GK1926486SQ200580006544
公开日2007年3月7日 申请日期2005年3月2日 优先权日2004年3月2日
发明者罗伯特·J·卡斯克里亚, 马考斯·佩鲁松 申请人:罗斯蒙德公司