针对工业过程网络的自动过程数据发送和监视的制作方法
【专利摘要】现场设备通过工业过程网络向主机设备发送数据(例如包括过程数据)，该主机设备被配置为与一个或更多个现场设备发送和接收消息。该现场设备可以响应于接收到通信令牌来发送数据，该通信令牌向该现场设备委派用于通过该工业过程网络发送数据的时间。数据监视设备可以监视通过该工业过程网络发送的该数据，并可以输出该数据的至少一部分用于在可操作地耦合到该数据监视设备的显示设备处显示。
【专利说明】
针对工业过程网络的自动过程数据发送和监视
技术领域
[0001]本公开大体上涉及工业过程网络上的数据传送。更具体地，本公开涉及工业过程网络上数据的自动发送和监视。【背景技术】
[0002]在典型的工业厂房中，分布式控制系统(DCS)用于控制在厂房处执行的许多工业过程。一般地，厂房具有集中式控制室，该集中式控制室有具有用户输入/输出(I/O)、磁盘 I/O和其他外围设备的计算机系统。与计算机系统耦合的是控制器和过程I/O子系统。过程I/O子系统包括I/O端口，I/O端口连接到整个厂房中的各种现场设备。现场设备包括各种类型的分析仪器，例如压力传感器、温度传感器、开关、换能器、阀定位器和致动器以及在分布式控制系统中执行功能的任意其他设备。
[0003]传统地，模拟现场设备已经通过双绞线对电流环与控制室相连，每个设备通过单个双绞线对与控制室相连。模拟现场设备能够对指定范围内的电信号进行响应或在指定范围内发送电信号。在典型的配置中，通常在两个线对之间有大约20-25伏特的电压差，并且有在环中流动的4-20毫安的电流。向控制室发送信号的模拟现场设备对在电流环中流动的电流进行调制，该电流与所感测的过程变量成正比。另一方面，由通过环的电流的幅度控制在控制室的控制下执行动作的模拟现场设备，该电流的幅度由过程I/O系统的I/O端口进行调制，其进而由控制器控制。
[0004]历史上，大多数传统的现场设备具有单个输入或单个输出，其与该现场设备执行的主功能直接相关。例如，通常由传统模拟电阻温度传感器实现的唯一功能是:通过对流经双绞线对的电流进行调制来发送温度；而由传统模拟阀定位器实现的唯一功能是:基于流经双绞线对中的电流的幅度，在打开位置和闭合位置之间定位阀。
[0005]最近，在当前环路上叠加数字数据的混合系统已经用在过程控制系统中。在控制领域中，一个混合系统被称为高速可寻址远程换能器(HART)，并与Bell 202调制解调器规范相类似。HART系统使用当前环路中的电流的幅度来感测过程变量(和传统系统中一样)， 但还在当前环路信号上叠加数字载波信号。载波信号相对较低，并可以以每秒大约2-3个更新的速率提供次级过程变量的更新。一般地，数字载波信号用于发送次级信息和诊断信息，而并不用于实现现场设备的主控制功能。通过载波信号提供的信息的示例包括辅过程变量、诊断信息(包括传感器诊断、设备诊断、接线诊断和过程诊断)、操作温度、传感器的温度、校准信息、设备标识信息、建造材料、配置或编程信息或其他类型的信息。因此，单个混合现场设备可以具有各种输入变量和输出变量，并可以实现各种功能。
[0006]基础现场总线是美国仪器学会(ISA)规定的多支路串行数据双向通信协议，并旨在连接分布式控制系统中的现场仪器和其他过程设备(例如监视和仿真单元)。基础现场总线允许与先前过程控制环路方法相比增强型的数字通信，同时保持对与现场总线环路耦合的过程设备供电的能力并同时满足固有安全性要求。例如，基础现场总线规范(即包括物理层规范和数据链路层规范)定义以与传统混合系统相比更高的数据速率(例如对于H1现场总线网络以高达31.25千比特每秒(Kbps)的数据速率，而对于H2现场总线网络以高达2.5兆比特每秒(Mbps)的数据速率)发送数据的网络。
[0007]现场总线消息规范(FMS)规定了经由虚拟通信关系(VCR)完成的通过现场总线网络进行通信的消息传送协议。VCR提供用于在应用和/或设备之间传送数据的基于连接的信道。现场总线网络上的设备经由由链路主机(LM)设备(被称为链路有效调度器(LAS)) 管理的调度通信和未调度通信进行通信。在调度通信期间(通常保留用于过程数据(例如由现场设备感测和/或使用用于工业过程的操作的数据)的发送)，LAS设备向现场设备发布强迫数据消息。响应于接收到该强迫数据消息，现场设备通过网络向一个或更多个订户设备公布其过程数据。未调度通信是经由LAS设备管理的令牌传递算法完成的。LAS设备进而向网络上有效设备的列表(通常被称为活动列表)中包括的每个设备传递令牌消息。 在接收到传递令牌消息时，现场设备发送任意未调度数据，直到其所有数据已经公布或可配置的“最大令牌保持时间”已经期满为止。
[0008]由于VCR和现场设备通过其发送过程数据的命令响应协议(例如响应于所接收的强迫数据消息)的基于连接的特性，用于获取过程数据的与现场设备的初始通信通常可能需要潜在地昂贵的主机设备，其被控制工程师或其他技术专家配置为与现场设备进行通信。例如，用于从现场设备获取过程数据的初始通信通常可以涉及以下主机设备:将现场设备添加到设备的活动列表、与现场设备建立VCR用于开放通信、从用于确定过程数据的现场设备获取功能块的列表、开放与特定过程变量相关联的已识别的功能块、以及从该功能块读取该过程变量。这些操作的实现可能是耗时和昂贵的，因此增加了与现场总线网络中设备的配置和委任相关联的开销，并通常降低系统整体的可用性。此外，因为现场设备一般响应于所接收的强迫数据消息来发送过程数据，因此在没有被配置为以确定方式调度和发送强迫数据消息的LAS (例如主机设备)的情况下，可能难以监视由网络上的多个现场设备发送的过程数据。
【发明内容】
[0009]在一个示例中，一种监视工业过程网络上的数据的方法包括:由现场设备通过所述工业过程网络向主机设备发送数据，所述主机设备被配置为与一个或更多个现场设备发送和接收消息。所述方法还包括:由数据监视设备监视通过所述工业过程网络发送的所述数据，并由所述数据监视设备输出所述数据的至少一部分用于在显示设备处显示，所述显示设备可操作地耦合到所述数据监视设备。
[0010]在另一示例中，一种在工业过程网络上发送数据的方法包括:由现场设备感测工业过程的一个或更多个过程参数；以及由所述现场设备至少部分基于所感测的一个或更多个过程参数，确定用在所述工业过程的实时控制中的控制数据。所述方法还包括:由所述现场设备从主机设备接收通信令牌，所述通信令牌向所述现场设备委派用于通过所述工业过程网络发送数据的时间；以及由所述现场设备响应于所述通信令牌向所述主机设备发送用在所述工业过程的实时控制中的控制数据。
[0011]在另一示例中，一种在工业过程网络上发送数据的方法包括:由主机设备向现场设备发送通信令牌，所述通信令牌向所述现场设备委派用于通过所述工业过程网络发送数据的时间。所述方法还包括:由所述主机设备从所述现场设备接收用在工业过程的实时控制中的控制数据，而不发送强迫数据消息，所述强迫数据消息被配置为请求所述现场设备发送所述控制数据。
[0012]在另一示例中，用于工业过程网络的数据监视设备包括:至少一个处理器、一个或更多个存储设备和接收机，所述接收机被配置为经由所述工业过程网络接收数据。所述一个或更多个存储设备编码有指令，当所述指令由所述至少一个处理器执行时，使所述数据监视设备:监视由现场设备通过所述工业过程网络向主机设备发送的数据，并输出所述数据的至少一部分用于在可操作地耦合到所述数据监视设备的显示设备处显示。
[0013]在另一示例中，现场设备包括:至少一个处理器、一个或更多个存储设备、一个或更多个传感器和收发机，所述收发机被配置为通过工业过程网络发送和接收数据。所述一个或更多个存储设备编码有指令，当所述指令由所述至少一个处理器执行时，使所述现场设备:经由一个或更多个传感器，感测工业过程的一个或更多个过程参数；以及至少部分基于所感测的一个或更多个过程参数，确定用在所述工业过程的实时控制中的控制数据。 所述一个或更多个存储设备编码有指令，当所述指令由所述至少一个处理器执行时，使所述现场设备:从主机设备经由所述收发机接收通信令牌，所述通信令牌向所述现场设备委派用于通过所述工业过程网络发送数据的时间；以及响应于接收到所述通信令牌，经由所述收发机向所述主机设备发送用在所述工业过程的实时控制中的所述控制数据。【附图说明】
[0014]图1是示出了包括可以监视由现场设备通过网络自动地发送的过程数据的数据监视设备的工业过程网络的框图。
[0015]图2是现场设备的框图。
[0016]图3是数据监视设备的框图。
[0017]图4是示出了用于从现场设备通过工业过程网络自动地发送过程数据的示例操作的序列图。【具体实施方式】
[0018]根据本文所描述的技术，现场设备可以自动地发送用在实时控制和/或工业过程的监视中的过程数据。实现本公开的技术的现场设备不是响应于接收到请求过程数据的强迫数据消息来发送过程数据，而是可以响应于接收到通信令牌来自动地发送过程数据，所述通信令牌向所述现场设备委派用于网络上通信的时间。以这种方式，现场设备可以自动地公布其实时过程数据，从而促进与该现场设备的即用(out-of-the-box)通信，而不需要被配置为与现场设备进行通信的潜在地昂贵的主机设备。此外，通过响应于接收到通信令牌来发送与过程有关的数据，实现本文所公开的技术的现场设备可以有助于降低以强迫数据消息及其相对应的响应的形式的网络上的开销，从而增加网络利用。借此，本公开的技术可以增加可以配置工业过程网络的容易性和效率，同时降低与这种配置相关联的开销。在一些示例中，数据监视设备可以监视并显示在网络上发送的数据的一个或更多个部分。即， 数据监视设备不需要配置和/或修改主机设备来显示数据，而是可以“监听”网络上的业务，从而使技术人员、过程工程师或其他这种用户能够使在网络上发送的数据可视，而不需要对系统的主机设备进行附加修改和/或处理负担。因此，本公开的技术可以能够实现与现场设备的快速和高效的即用通信，例如用于设备的配置和/或委任。
[0019]图1是示出了工业过程网络10的一个实施例的框图，该工业过程网络10包括主机设备12、现场设备14A-14N(在本文中统称为“现场设备14”)和数据监视设备16。尽管将使用基础现场总线通信协议的通过总线18传送消息的过程控制/监视系统的上下文中描述网络10,本公开的技术可以具有对参与消息交互的主机设备和/或现场设备的数字网络的普遍可应用性。
[0020]主机设备12 —般可以位于工业过程厂房中的集中控制室内。在其他示例中，主机设备12可以是可以在各种位置附接到总线18并从总线18分离的手持设备。总线18可以是例如双绞线对或四芯电缆，其提供可以在其上发送消息的通信路径。总线18可以在单个电缆上支持多个设备，尽管总线18上的设备的数量可以至少部分基于目标环路执行速度和/或固有安全性要求。因此，关于图1的示例将现场设备14示出并描述为包括“N”个现场设备，其中“N”表示任意数。
[0021]主机设备12 —般可以用作网络10的链路有效调度器(LAS)。在其作为LAS设备的功能中，主机设备12对设备之间在总线18上的所有通信保持集中调度。网络10中的至少一个其他设备(例如一个或更多个现场设备14)可以被配置为用作链路主机(LM)设备。 LM设备可以被配置为在LAS设备出现故障或变得不可操作时接管LAS设备的调度责任。在一些示例中，多于一个LM设备可以存在于总线18上，从而提供针对调度责任的另一备份。
[0022]在一些示例中，现场设备14可以是感测一个或更多个过程参数并基于所感测的参数来提供数据的过程仪器。在特定示例中，现场设备14可以是基于例如通过总线18接收的命令消息来提供物理输出的过程致动器。在一些示例中，现场设备14中的一个或更多个可以是过程仪器，并且现场设备14中的一个或更多个可以是过程致动器。在特定示例中，现场设备14中的一个或更多个可以包括感测能力和致动能力。现场设备14的示例包括(但不限于)硅压力传感器、电容压力传感器、电阻温度检测器、热电偶、应变仪、限制开关、接通/断开开关、流变送器、压力变送器、电容电平开关、镑秤、换能器、阀定位器、阀控制器、致动器、螺线管和指示灯。
[0023]作为一个示例性操作，主机设备12可以用作针对网络10的LAS设备，从而对于主机设备12和现场设备14中的任意一个或更多个之间通过总线18的通信保持集中调度。主机设备12可以例如通过根据集中调度通过总线18进而向现场设备14发送强迫数据消息来发起与现场设备14的调度通信。响应于接收到强迫数据消息，各个现场设备14可以通过总线18发送其调度的通信数据。调度的通信数据可以包括例如由各个现场设备感测的并用于工业过程的控制的过程变量数据。作为另一示例，调度的通信数据可以包括各个现场设备14的致动器状态信息(例如位置信息)。通常，调度的通信数据一般可以包括被识别为对于工业过程网络的实时操作和控制关键的数据，例如由在现场设备14上执行的功能块使用的用于监视和/或控制工业过程的操作的数据。
[0024]例如，主机设备12可以在集中调度识别的用于与现场设备14A进行调度通信的时间，向现场设备14A发送强迫数据消息。响应于接收到强迫数据消息，现场设备14A可以通过总线18发送其调度的通信数据，例如由现场设备14A感测的过程参数数据(例如温度数据、压力数据或其他类型的过程参数数据)。所发送的数据可以由主机设备12和现场设备14B-14N (即其他现场设备14)中的一个或更多个接收，其被配置为接收来自现场设备14A(通常被称为“订户”设备)的数据发送。主机设备12可以根据调度向设备的活动列表 (即被配置为通过总线18来发送数据的现场设备14的列表)中包括的现场设备14中的每一个发送强迫数据消息，从而以确定方式管理通过总线18的调度通信。
[0025]主机设备12还可以经由令牌传递算法发起与现场设备14的未调度通信。根据令牌传递算法，主机设备12可以向现场设备14中的每一个发送“传递令牌”消息，进而发起来自各个现场设备的未调度数据发送。未调度数据发送可以包括例如配置数据、警报数据、事件数据、趋势数据、诊断数据、状态数据、针对操作者显示的数据或其他类型的数据。通常， 未调度数据可以包括被识别为对于工业过程网络的实时操作关键的任意数据，例如未由在现场设备14上执行的功能块使用的用于监视和/或控制工业过程的操作的数据。
[0026]例如，主机设备12可以通过总线18向现场设备14A发送传递令牌消息。响应于接收到传递令牌消息，现场设备14A可以发送由现场设备14A识别(例如排队)的用于通过总线18发送的任意未调度数据。现场设备14A可以发送未调度数据直到已经通过总线 18发送被识别为用于发送的所有未调度数据为止，或直到已经经过可配置的“最大令牌保持时间”为止。最大令牌保持时间参数可以有效地定义在其中现场设备14可以发送未调度数据的未调度数据发送时间窗口。在一些示例中，现场设备14中的每一个可以被配置有相同的最大令牌保持时间，从而为现场设备14中的每一个定义用于未调度数据发送的相同时间长度。在其他示例中，现场设备14中的一个或更多个可以被配置有不同的最大令牌保持时间。
[0027]在未调度数据的完全发送之前已经经过最大令牌保持时间的示例中，现场设备 14A可以对未发送的数据进行存储(例如排队)用于稍后发送(例如在下一个未调度数据发送窗口期间)。在最大令牌保持时间期满之前现场设备14A发送其所有未调度数据的示例中，现场设备14A可以向主机设备12发送令牌返回消息，以指示其已经完成其未调度数据的发送。主机设备12可以向现场设备14中的每一个分别发送传递令牌消息，现场设备 14中的每一个可以通过总线18发送未调度数据(如关于现场设备14A所描述)。以这种方式，主机设备12可以管理现场设备14的未调度数据通信。
[0028]通过总线18的调度通信和/或未调度通信可以经由主机设备12和现场设备14 中的任意一个或更多个之间的VCR来完成。VCR提供基于连接的信道，基于连接的信道用于在总线18上的设备之间的传送数据。主机设备12和现场设备14中的任意一个或更多个可以使用VCR经由具有由现场总线消息规范(FMS)定义的格式的消息来交换数据。经由基于连接的VCR发送的FMS消息包括消息有效载荷和开销(以消息前同步码、起始分隔符、停止分隔符和与消息相关联的其他元数据的形式)。用来自接收设备的对应确认消息确认经由基于连接的VCR发送的FMS消息，从而指示接收到消息。可以重新发送未确认的消息，从而增加系统通信的鲁棒性。
[0029]根据本公开的技术，现场设备14中的任意一个或更多个可以根据自动数据公布操作模式进行操作，以响应于接收到传递令牌消息而自动地传送数据(例如用于工业过程的实时控制和/或监视的过程数据)。即，现场设备14中的任意一个或更多个可以不根据强迫数据操作模式(其中现场设备避免发送过程数据直到现场设备接收到用于请求过程数据的强迫数据消息为止)进行操作，而是可以响应于接收到传递令牌消息来发送过程数据。以这种方式(以下将进一步描述)，现场设备14可以自动地发布过程数据而不需要被配置为管理调度通信的LAS设备(例如主机设备12)，从而促进与现场设备的即用通信。因此，可以完成与现场设备14中的任意一个或更多个的通信而不需要现场设备的多步配置， 从而降低了与现场设备的配置、委任、测试或维护相关联的时间和相关开销。此外，通过响应于通信令牌(而不是需要对应响应的单独的强迫数据消息)来发送过程数据，现场设备可以增加网络利用(即所利用的网络带宽量)。
[0030]在一些示例中，现场设备14中的一个或更多个可以在强迫数据操作模式和自动数据公布操作模式之间转换。例如，现场设备14A(或现场设备14中的任意一个)可以响应于确定现场设备14A在阈值时间量(例如三十秒、一分钟、两分钟或其他阈值时间量)内未接收到强迫数据消息，从强迫数据操作模式(现场设备14A避免发送过程数据直到现场设备14A接收到强迫数据消息为止)转换为自动数据公布操作模式。借此，根据本公开的技术进行操作的现场设备可以帮助确保与未被配置为根据自动数据公布操作模式进行操作的主机设备和/或工业过程网络的后向兼容性。
[0031]如图1所示，工业过程网络10可以包括:数据监视设备16,被配置为经由总线18 来接收和/或发送数据。在一些示例中，数据监视设备16可以与主机设备12实质上类似 (如以下进一步描述)。通常，数据监视设备16是具有被配置为使数据监视设备16能够经由总线18发送和/或接收数据的硬件组件和/或软件组件的任意设备。在一些示例中， 数据监视设备16可以包括例如在数据监视设备16的外壳中的显示设备。这种显示设备的示例可以包括:发光二级管(LED)显示器、阴极射线管(CRT)监视器、液晶显示器(LCD) 或用于输出视觉信息的其他类型的设备。在特定示例中，显示设备可以远离数据监视设备 16 (例如不与数据监视设备16形成整体)，但可以与数据监视设备16可操作地耦合(例如电耦合、通信地耦合或以其他方式可操作地耦合)。
[0032]如上所述，数据监视设备16可以监视(例如接收)通过总线18发送的数据，例如从现场设备14中的任意一个或更多个发送的数据(例如自动公布数据)和/或在主机设备12和现场设备14之间发送的数据(例如强迫数据)。借此，在某些示例中，数据监视设备16可以被认为是在设备的活动列表中不包括的、但“监听”总线18上的网络业务以能够实现数据的被动监视的被动监视设备。作为一个示例操作，数据监视设备16可以是注册为从现场设备14和主机设备12中的任意一个或更多个发送的数据的订户设备的手持或其他设备，从而使数据监视设备16能够接收通过总线18从数据监视设备16订制的设备中的每一个发送的消息。
[0033]可以由数据监视设备16接收的示例性网络业务可以包括:由现场设备14经由自动数据公布操作模式发送的过程数据和/或由现场设备14中的一个或更多个经由强迫数据操作模式发送的过程数据。在某些示例中，所接收的数据可以包括与过程数据相对应的并描述过程数据的一个或更多个属性的视图数据。例如，视图数据可以描述过程数据的数据类型属性(例如压力、温度、流速或其他数据类型)、过程数据的数据范围属性(例如有效数据范围、配置数据范围或其他数据范围信息)或其他这些数据属性。在某些示例中，接收数据可以包括一般未调度数据(例如当现场设备在强迫数据操作模式中操作时在未调度通信期间发送的数据)，例如配置数据、警报数据、事件数据、趋势数据、诊断数据、状态数据、针对操作者显示的数据或其他类型的数据。通常，数据监视设备16可以接收通过总线 18发送的任意类型的数据，从而使数据监视设备16能够监视整个网络业务。
[0034]数据监视设备16可以输出所接收的数据的至少一部分用于在显示设备处显示。 例如，数据监视设备16可以输出设备过程数据(例如温度数据、压力数据、流速数据、致动器位置数据或其他类型的过程数据)、过程数据状态信息、过程数据范围信息、过程数据单元信息或其他类型的数据。在某些示例中，数据监视设备16可以输出与数据相对应的趋势信息(例如过程变量值随着时间的趋势)。在某些示例中，数据监视设备16可以根据监管控制和数据获取(SCADA)系统，实现并显示所接收的数据。
[0035]在某些示例中，由数据监视设备16接收的数据可以包括警报数据(例如由现场设备14中的一个或更多个发送的指示和/或标识源设备的警报状态(例如过压状态、操作错误代码或其他警报状态)的方面的数据)。在某些示例中，数据监视设备16可以向现场设备14中的源现场设备(即现场设备14中发送警报数据的现场设备)发送用于确认和/或清除设备的警报状态的确认。借此，在某些示例中，数据监视设备16可以通过总线18有效地发送数据。
[0036]因此，如本文所描述，现场设备中的任意一个或更多个可以自动地发送用在工业过程的实时控制和/或监视中的过程数据，从而促进与现场设备的初始通信，用于降低与活动(例如设备配置、委任、测试和维护)相关联的时间和开销。数据监视设备16可以监视通过总线18发送的数据，并可以输出至少一部分数据用于显示。以这种方式，数据监视设备16可以使技术人员、过程工程师或其他这种用户能够使通过网络发送的数据可视化， 而不需要对主机设备12的附加修改和/或处理负担。
[0037]图2是图1的现场设备14A的一个实施例的框图。然而，尽管关于现场设备14A 进行阐述和描述，应当理解的是，图1的现场设备14可以实质上是类似的，使得图2的现场设备14A可以是现场设备14中的任意一个。
[0038]如图2中所示，现场设备14A可以包括:通信控制器20、媒体附着单元(MAU) 22、处理器24、存储设备26、传感器28和信号处理电路30。传感器30可以感测一个或更多个过程参数或变量，并向信号处理电路30提供对应的传感器信号。传感器信号可以包括主变量 (例如压力)和辅变量(例如温度)。在某些示例中，处理器24可以使用辅变量来校正或补偿代表主变量的传感器信号。
[0039]信号处理电路30 —般包括模数转换电路以及滤波和其他信号处理，用于将传感器信号转换为处理器可以使用的格式。例如，信号处理电路30可以包括任意一个或更多个 sigma delta模数转换器和数字滤波器，用于向处理器24提供数字化和滤波传感器信号。
[0040]在一个示例中，处理器24被配置为实现用于在现场设备14A中执行的功能和/或过程指令，例如用于协调现场设备14A的操作。例如，处理器24可以对存储设备24中存储的指令进行处理以对通过总线18接收的数据进行处理、接收并(例如在存储设备26中) 存储由传感器28生成的传感器信号并创建和选择要在通过总线18从现场设备14A发送的消息中包含的数据。处理器24的示例可以包括以下一项或更多项:微处理器、控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他等同的离散或集成的逻辑电路。
[0041]存储设备26可以被配置为:在操作期间在现场设备14A中存储信息。在某些示例中，存储设备26可以被描述为计算机可读存储介质。在某些示例中，计算机可读存储介质可以包括非瞬时性介质。术语“非瞬时性”可以指示存储介质不实现为载波或传播信号。在某些示例中，非瞬时性存储介质可以(例如在RAM或缓存中)存储可以随时间改变的数据。 在某些示例中，存储设备26不是长期存储设备。在某些示例中，存储设备26被描述为易失性存储器，这意味着当现场设备14A掉电时存储设备26不保存所存储的内容。易失性存储器的示例可以包括:随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)和其他形式的易失性存储器。在某些示例中，存储设备26用于存储用于由处理器24执行的程序指令。例如，存储设备26可以存储用于在自动数据公布操作模式中操作的指令，以根据这里描述的技术来自动地发送过程数据。在一个示例中，存储设备26由软件、固件或在处理器24上执行的其他应用逻辑使用，以临时地存储在程序执行期间的信息。
[0042]在某些示例中，存储设备26可以包括一个或更多个计算机可读存储介质。存储设备26可以被配置为:存储比易失性存储器更大量的信息。存储设备26还可以被配置用于信息的长期存储。在一些示例中，存储设备26包括非易失性存储元件。这种非易失性存储元件的示例可以包括:磁硬盘、光盘、软盘、闪存或电可编程存储器(EPROM)或电可擦写可编程存储器(EEPR0M)的形式。
[0043]通信控制器20可以用作处理器24和MAU 22之间的接口。例如，通信控制器20 (可以是ASIC)可以从MAU 22接收数据、对数据进行解码、将数据转换为以字节的形式并提供消息数据以由处理器24读取。作为另一示例，通信控制器20可以从处理器24接收字节数据、将数据格式化为消息并将消息提供给MAU 22用于在总线18上发送。MAU 22可以向总线18提供现场设备14A的网络连接。MAU 22可以是集成电路或离散组件。
[0044]图3是图1的数据监视设备16的一个实施例的框图。如所示，数据监视设备16的整体架构可以与现场设备14的整体架构类似，并包括通信控制器32、MAU 34、处理器36、存储设备38、输入设备40和输出设备42。此外，尽管关于数据监视设备16描述图3,在一些示例中，主机设备12可以与数据监视设备16实质上类似。例如，主机设备12可以包括用于使主机设备12能够通过总线18发送和接收消息并根据在本文中归属于主机设备12的功能方面进行操作的硬件组件和软件组件。
[0045]通信控制器32、MAU 34、处理器36和存储设备38中的每一个可以实质上分别类似于现场设备14A的通信控制器20、MAU 22、处理器24和存储设备26。例如，通信控制器 32可以用作处理器36和MAU 34之间用于通过总线18发送和接收消息数据的接口。此外， 存储设备38可以被描述为编码有指令的计算机可读存储介质，当该指令由处理器36执行时，使数据监视设备16根据本文所描述的技术进行操作。
[0046]如图3所不，数据监视设备16还可以包括:输入设备40和输出设备42。在某些示例中，输入设备40被配置为从用户接收输入。输入设备40的示例可以包括以下任意一项或更多项:鼠标、键盘、麦克风、存在感测显示器和/或触摸感测显示器或被配置为从用户接收输入的其他类型的设备。输出设备42可以被配置为向用户提供输出。输出设备42 的示例可以包括:声卡、视频图形卡、扬声器、发光二级管(LED)、诸如阴极射线管(CRT)监视器或液晶显示器(LCD)等的显示设备或用于以用户或机器可以理解的形式输出信息的其他类型的设备。
[0047]在一些示例中，存储设备38可以编码有指令，当该指令由处理器36执行时，使处理器36执行用户界面(UI)应用，该用户界面(UI)应用被配置为允许与连接到网络10的一个或更多个设备的用户交互。例如，数据监视设备16可以执行经由输入设备40接受输入(例如用于标识现场设备14中的一个或更多个的输入和来自现场设备14中的一个或更多个和/或去往现场设备14中的一个或更多个的要监视的数据)的UI应用。例如，主机设备12可以执行UI应用，UI应用基于与过程数据相关联的视图数据(例如数据类型、数据单元或其他视图数据)，解释从现场设备14中的一个或更多个接收的过程数据。UI应用可以输出所解释的过程数据用于在显示设备处(例如在输出设备42处)显示。
[0048]图4时示出了用于从现场设备通过工业过程网络自动地发送过程数据的示例操作的序列图。尽管关于与从现场设备14A向主机设备12自动地发送过程数据描述了示例操作，示例操作可应用于从现场设备14中的一个或更多个向连接到网络10的任意其他设备(例如向数据监视设备16)发送的数据。
[0049]现场设备14A可以执行用于基于一个或更多个感测参数来确定过程数据的功能块(步骤45)。例如，现场设备14A的处理器24可以执行用于基于由传感器28所感测的参数来确定过程数据(例如压力数据、温度数据、流速数据或其他类型的过程数据)的功能块。现场设备14A可以将过程数据写到数据链路缓冲区(例如存储在计算机可读存储器 (例如存储设备26)中的数据链路缓冲区)(步骤46)。在一些示例中，数据链路缓冲区可以是队列或其他数据结构，其被配置为存储通过总线18 (例如从主机设备12)接收的数据和/或被标识为用于通过总线18稍后发送的数据(例如过程数据、诸如事件数据和警报数据等的未调度数据或其他类型的数据)。
[0050]在将过程数据写到数据链路缓冲区之后，现场设备14A可以执行数据征求例程， 数据征求例程被配置为使现场设备14A响应于接收到所委派的令牌来通过总线18发送过程数据。在一些示例中，现场设备14A可以响应于确定现场设备14A正在自动数据公布操作模式中操作来执行数据征求例程。例如，现场设备14A可以在自动数据公布操作模式中操作时执行数据征求例程(例如使现场设备14A在所委派的时间自动地公布其过程数据用于未调度通信)，但是在强迫数据操作模式中操作时避免执行数据征求例程。以这种方式， 现场设备14A可以在强迫数据操作模式中操作时避免自动地公布过程数据，以促进现场设备14A与可能不被配置为接收自动地公布的数据的网络和/或主机设备的兼容性。
[0051]主机设备12可以向现场设备14A发送所委派的令牌(例如传递令牌消息)(步骤 50)。如上所述，主机设备12 (或被配置为LAS设备的另一设备)可以执行令牌传递算法以进而向设备活动列表中包括的每个设备传递令牌消息，从而委派用于向设备中的每一个发送数据的时间。活动列表中包括的每一个设备可以响应于接收到所委派的令牌，发送数据 (例如未调度数据)。如图4所示，现场设备14A可以响应于接收到所委派的令牌，发送数据链路缓冲区中包括的被标识为要发送的数据(步骤52)。发送数据可以包括:过程数据、 与该过程数据相对应的视图数据、事件数据、警报数据、设备状态数据或其他类型的数据， 并可以经由一个或更多个单独消息发送该发送数据。在一些示例(例如图4的示例)中， 现场设备14A可以发送附加在缓冲数据之后(例如附加在缓冲数据的最后一个消息之后) 的返回令牌。在其他示例中，现场设备14A可以在发送缓冲数据之后作为单独的消息来发送返回令牌。返回令牌可以指示(例如向主机设备12)现场设备14A已经完成其数据的发送。此后，主机设备(或有效的LAS设备)可以将令牌委派给网络上的另一设备(例如现场设备14中的另一个(例如现场设备14B))。以这种方式，主机设备12可以管理通过总线18的数据发送，以使活动列表上的每一个设备以确定方式发送数据。
[0052]因此，实现本公开的技术的现场设备可以响应于接收到所委派的令牌，自动地发送过程数据。不需要主机设备来发布强迫数据消息来获取特定过程变量，现场设备可以自动地发布其过程数据以及在一些示例中描述过程数据的视图数据。以这种方式，本公开的技术可以促进与现场设备的初始通信，而不需要多步初始化过程和潜在地昂贵的和耗时的主机设备的配置。
[0053]尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明范围的前提下，可以对其元件作出各种改变并且可以将其元件替换为等同物。另外，在不脱离其基本范围的前提下，可以作出很多修改，以使特定情况或材料适合本发明的教导。 因此，本发明不旨在受限于所公开的特定实施例，而是将意在包括落入所附权利要求范围中的所有实施例。
【主权项】
1.一种监视工业过程网络上的数据的方法，所述方法包括:由现场设备通过所述工业过程网络向主机设备发送数据，所述主机设备被配置为与一 个或更多个现场设备发送和接收消息；由数据监视设备监视通过所述工业过程网络发送的所述数据；以及由所述数据监视设备输出所述数据中的至少一部分，用于在能够操作地耦合到所述数 据监视设备的显示设备处显示。2.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述现场设备发送的所述数据包括:过程数据，所述过程数据被标识为用在对工业过程的实时控制中；以及与所述过程数据相对应的视图数据，所述视图数据描述所述过程数据的一个或更多个属性。3.根据权利要求2所述的方法，还包括:基于所述视图数据对所述过程数据的一个或更多个属性进行解释，其中，输出所述数 据的至少一部分用于在所述显示设备处显示包括输出所解释的过程数据。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述视图数据描述所述过程数据的数据类型属 性和所述过程数据的数据范围属性中的至少一个。5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述视图数据包括与所述现场设备相对应的配 置数据，所述配置数据描述所述现场设备的一个或更多个功能属性。6.根据权利要求1所述的方法，其中，输出所述数据的至少一部分用于在所述显示设 备处显示包括:输出所述数据的至少一部分用于以监督控制和数据获取SCADA显示格式来 显不〇7.根据权利要求1所述的方法，其中，输出所述数据的至少一部分用于在所述显示设 备处显示包括:输出指示所述过程数据随时间的改变的趋势数据。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述现场设备包括第一现场设备，并且所述数据 包括第一数据，所述方法还包括:由第二现场设备通过所述工业过程网络向所述主机设备发送第二数据；由所述数据监视设备监视通过所述工业过程网络发送的所述第二数据；以及由所述数据监视设备输出所述第二数据的至少一部分用于在所述显示设备处显示。9.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述现场设备发送的所述数据包括由所述现场设备生成的警报，所述警报对 应于所述现场设备的操作状态；以及其中，输出所述数据的至少一部分用于在所述显示设备处显示包括:输出所述警报用 于在所述显示设备处显示。10.根据权利要求9所述的方法，还包括:由所述数据监视设备发送对所述警报的响应消息，所述响应消息被配置为确认由所述 现场设备发送的所述警报。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据监视设备包括所述显示设备。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据监视设备包括固有安全设备。13.—种在工业过程网络上发送数据的方法，所述方法包括:由现场设备感测工业过程的一个或更多个过程参数；由所述现场设备至少部分基于所感测的一个或更多个过程参数，确定用在对所述工业 过程的实时控制中的控制数据；由所述现场设备从主机设备接收通信令牌，所述通信令牌向所述现场设备委派用于通 过所述工业过程网络发送数据的时间；以及由所述现场设备响应于接收到所述通信令牌向所述主机设备发送所述用在对所述工 业过程的实时控制中的控制数据。14.根据权利要求13所述的方法，其中，响应于接收到所述通信令牌发送所述控制数 据包括:在没有接收到来自所述主机设备的强迫数据消息的情况下发送所述控制数据，所 述强迫数据消息被配置为请求所述现场设备向所述主机设备发送所述控制数据。15.根据权利要求13所述的方法，还包括:由所述现场设备确定在阈值时间量内所述现场设备未接收到强迫数据消息，所述强迫 数据消息被配置为请求所述现场设备发送所述控制数据；以及响应于确定在所述阈值时间量内所述现场设备未接收到所述强迫数据消息，由所述现 场设备从强迫数据操作模式转换到自动数据公布操作模式；其中，响应于接收到所述通信令牌来发送所述用在对所述工业过程的实时控制中的控 制数据包括:在从所述强迫数据操作模式转换到所述自动数据公布操作模式之后，发送所 述用在对所述工业过程的实时控制中的控制数据。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述现场设备通过避免发送所述控制数据直 到所述现场设备接收到所述强迫数据消息为止而在所述强迫数据操作模式中操作，所述强 迫数据消息被配置为请求所述现场设备向所述主机设备发送所述控制数据。17.根据权利要求13所述的方法，其中，确定所述用在对所述工业过程的实时控制中 的控制数据包括:由所述现场设备执行至少一个功能块，所述功能块至少部分基于所述一 个或更多个所感测的过程参数来确定所述控制数据。18.根据权利要求17所述的方法，还包括:由所述现场设备在完成所述至少一个功能块的执行之后将所述控制数据写到存储要 通过所述工业过程网络发送的数据的所述现场设备的通信缓冲区；其中，发送所述用在对所述工业过程的实时控制中的控制数据包括:响应于接收到所 述通信令牌，发送来自所述通信缓冲区的所述数据。19.根据权利要求18所述的方法，还包括:由所述现场设备在将所述控制数据写到所述通信缓冲区之后执行数据征求例程，所述 数据征求例程被配置为使所述现场设备通过所述工业过程网络发送所述控制数据；其中，发送所述用在对所述工业过程的实时控制中的控制数据包括:响应于执行所述 数据征求例程并接收到所述通信令牌，发送来自所述通信缓冲区的所述数据。20.根据权利要求13所述的方法，还包括:响应于接收到所述通信令牌，由所述现场设备向所述主机设备发送与所述现场设备相 关联的未被标识为用在对所述工业过程的实时控制中的过程数据。21.根据权利要求13所述的方法，还包括:由所述现场设备在发送所述控制数据之后向所述主机设备发送返回令牌，所述返回令 牌指示所述现场设备已经发送所述控制数据。22.根据权利要求21所述的方法，其中，发送所述返回令牌包括:将所述返回令牌附加 到所述控制数据。23.—种用于工业过程网络的数据监视设备，包括:至少一个处理器；一个或更多个存储设备；以及接收机，所述接收机被配置为经由所述工业过程网络接收数据；其中，所述一个或更多个存储设备编码有指令，当所述指令由所述至少一个处理器执 行时，使所述数据监视设备:监视由现场设备通过所述工业过程网络向主机设备发送的数据；以及 输出所述数据的至少一部分，用于在能够操作地耦合到所述数据监视设备的显示设备 处显示。24.—种现场设备，包括:至少一个处理器；一个或更多个存储设备；一个或更多个传感器；以及收发机，所述收发机被配置为通过工业过程网络来发送和接收数据；其中，所述一个或更多个存储设备编码有指令，当所述指令被所述至少一个处理器执 行时，使所述现场设备:经由所述一个或更多个传感器，感测工业过程的一个或更多个过程参数；至少部分基于所感测的一个或更多个过程参数，确定用在对所述工业过程的实时控制 中的控制数据；经由所述收发机从主机设备接收通信令牌，所述通信令牌向所述现场设备委派用于通 过所述工业过程网络发送数据的时间；以及响应于接收到所述通信令牌，经由所述收发机向所述主机设备发送用在对所述工业过 程的实时控制中的所述控制数据。
【文档编号】G05B19/418GK106033215SQ201510108709
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月12日
【发明人】安东尼·迪恩·费古森, 布里安·阿伦·弗兰查克, 托马斯·马文·贝尔
【申请人】爱默生过程管理电力和水力解决方案有限公司