4] 在另一示例配置中，信号感测电路64将数字调制模拟信号进行数字化，从而诊断 电路54可以使用完整的信号波形。在这样的配置中，诊断电路54可以对完整波形进行诊 断，从而可以测量例如信号中过渡部分的上升和下降时间。此外，在特定设置处，可以随时 间表征通信信号，并且将通信信号用作参考，以连续地与现场实时信号进行比较，并检测随 时间的幅度变化。通过将来自每一设备的信号与初始参考进行比较，可以检测现场设备的 组件故障或损坏的指示。上升和下降时间的变化还可以指示双线过程控制回路18的变化。 与段上所有现场设备的变化相比，使用单独现场设备的幅度和上升/下降时间的组合，可 以实现详细的设备和总线分析。在正常操作段上，如果单个设备提供幅度变化，则可以将该 设备标记为潜在地即将发生故障。如果对段上的其他设备进行了比较，并且所述其他设备 全部指示类似的幅度变化，则可以指示机械/接线故障、电源或本质安全防护栏故障。
[0025] 在另一示例配置中，诊断电路54使用例如感测电阻60和模拟到数字转换器来监 控环路18中产生的电流I，所述模拟到数字转换器测量感测电阻60两端的压降。通过监控 电流I的DC值，诊断电路54可以检测DC电流的异常变化。例如，DC电流的变化能够指示， 连接至回路的设备的分路电流（shunt set current)增加，这可能表明特定现场设备的介 质存取单元（MU)电路中的未确定的故障。还可能表明双线回路接线中的短路。类似地， 段电流的减小还可以指示即将发生的故障。
[0026] 信号感测电路64和诊断电路可以以单个组件或通过许多组件来实现，并可以共 享单独组件。优选地，电路应当具有足够的处理带宽，以基本上实时地执行诊断。这可以利 用单个微处理器或通过使用数字信号处理器（DSP)或其他类型的次级微处理器来实现。需 要足够处理带宽的诊断一个示例为，监控来自例如用来连接回路18的两个端子、或回路18 的连接线之一和外壳或其他电气接地之间的回路18上信号噪声。利用足够的处理速度，可 以实现诸如标准偏差、均方根（RMS)、或快速傅立叶变换（FFT)等分析计算，并用分析计算 来检测噪声特性的差异。例如从端子之一到地的60Hz的噪声增加，能够指示电气接地的可 能的故障。
[0027] 另一示例诊断可以是监控连接至双线回路18的每一设备的误比特率（BERT)。如 果回路18上的单个设备显示出误比特率高于针对具体安装的基准的趋势，这可以表明设 备发生故障，可能需要维护。根据误比特率增加的速率，可以向操作者提供质量下降警告指 示或即将发生故障的指示。对这种即将发生的故障的预测允许在下个预定维护时间间隔对 设备进行维修。
[0028] 在另一示例配置中，I/O电路62被配置成向回路18施加高频脉冲。该高频脉冲 可以由另一设备中的信号感测电路64来测量，并用来确定两个设备之间的回路18上电阻 抗。在正常总线通信期间，可以施加高频脉冲，从而不会打断回路18上的通信。通过测量 接收脉冲的幅度中的上升和下降时间，可以实现阻抗测量。可以用该测量同设施的基准测 量的比较，来提供诊断。在一种配置中，可以由简单设备（例如如图1所示，包括在回路18 的段的末端的终止器24中的设备）来产生高频脉冲。
[0029] 由于可以放置在段18上的设备总数受限于耦合至段的所有设备的电流消耗，因 此优选地，本发明的电路使用降低功耗的技术来进行操作。例如，可以在特定现场设备中的 其他电路不需要额外电源期间，执行这一诊断。
[0030] 尽管示出本发明的诊断的各个方面被阐释为分立组件，但各种功能可以通过单个 组件来实现或在组件间共享。本发明的各个方面可以以软件程序（例如，存储在存储器72 中）实现、可以以硬件实现，或可以在硬件和包括链路活动调度器（LAS)的软件之间共享。 链路活动调度器（LAS)是确定性、集中式总线调度器，维护针对需要被循环发送的所有设 备中的所有数据缓冲器的发送时间列表。Hl现场总线链路上仅一个链路主（LM)设备可以 用作该链路的LAS。
[0031] 尽管参照优选实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应当认识到，可 以在不背离本发明的精神和范围的前提下，在形式和细节上进行修改。如这里所使用的，除 了回路接线以外，双线过程控制回路还包括耦合至回路的现场设备。
【主权项】
1. 一种用于与工业过程控制或监控系统的双线过程控制回路（18)禪合的诊断设备 (22 ; 50)，包括； 数字通信电路巧2)，被配置成从所述双线过程控制回路接收数字通信信号，所述数字 通信信号包括所述双线过程控制回路上的数字调制模拟信号，所述数字调制模拟信号被调 制成代表数字值的多个离散模拟信号电平；W及 诊断电路巧4)，被配置成基于所述数字调制模拟信号来诊断所述双线过程控制回路的 操作，并且 其特征在于，所述诊断电路被配置为；通过接收所述双线过程控制回路上的高频信号， 来监控所述双线过程控制回路的阻抗， 其中，所述高频信号是高频脉冲，并且所述诊断电路巧4)还被配置为；接收由另一设 备施加在所述双线过程控制回路上的高频脉冲， 其中，所述诊断电路巧4)还被配置为；测量所接收的高频脉冲的幅度的上升时间和下 降时间，W测量所述双线过程控制回路的阻抗。
2. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述诊断电路还被配置为；提供所测量的阻抗与 基准测量的比较。
3. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述数字通信电路包括；感测电阻。
4. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述诊断电路监控所述数字调制模拟信号的幅 度。
5. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述诊断电路监控所述数字调制模拟信号的波 形。
6. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述诊断电路监控所述双线过程控制回路上的 数字传输的误比特率炬ERT)。
7. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述诊断电路将所述数字调制模拟信号的参数 与存储值进行比较，并作为响应，提供诊断输出。
8. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述诊断电路将基于所述数字调制模拟信号的 诊断信息与所述双线过程控制回路上发送所述数字调制模拟信号的具体设备相关联。
9. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述诊断电路对禪合至所述双线过程控制回路 的设备或对所述双线过程控制回路的接线执行诊断。
10. 根据权利要求1所述的设备，包括：用于对过程的过程变量进行感测或控制的过程 接口。
11. 根据权利要求1所述的设备，其中，使用从所述双线过程控制回路接收到的电能向 所述数字通信电路和所述诊断电路供电。
12. 根据权利要求1所述的设备，其中，所述诊断电路诊断所述双线过程控制回路的过 程设备的操作。
13. -种用于诊断在工业过程控制或监控系统中所用类型的双线过程控制回路（18) 的方法，包括： 从禪合至所述双线过程控制回路的多个设备接收数字通信信号，所述数字通信信号包 括数字调制模拟信号，所述数字调制模拟信号被调制成代表数字值的多个离散模拟信号电 平； 测量所述数字调制模拟信号的属性； 基于所测量的所述数字调制模拟信号的属性，来诊断所述双线过程控制回路的操作， 并且 其特征在于，测量属性包括；通过接收所述双线过程控制回路上的高频信号，来监控所 述双线过程控制回路的阻抗， 其中，所述高频信号是高频脉冲，并且所述方法还包括：接收由所述多个设备之一施加 在所述双线过程控制回路上的高频脉冲， 其中，测量属性还包括；测量高频脉冲的幅度的上升时间和下降时间，W测量所述双线 过程控制回路的阻抗。
14. 根据权利要求13所述的方法，还包括；在正常总线通信期间使用所述多个设备之 一将高频脉冲施加在所述双线过程控制回路上，W免打断回路上的通信。
15. 根据权利要求13所述的方法，还包括；将所测量的高频脉冲幅度的上升时间或下 降时间与基准测量进行比较。
16. 根据权利要求14或15所述的方法，还包括：在双线过程控制回路的末端的终止器 所包括的设备中产生高频脉冲。
17. 根据权利要求13所述的方法，其中，测量属性包括：监控所述数字调制模拟信号的 幅度。
18. 根据权利要求13所述的方法，其中，测量属性包括：监控所述数字调制模拟信号的 波形。
19. 根据权利要求13所述的方法，其中，测量属性包括：监控所述双线过程控制回路上 的数字传输的误比特率炬ERT)。
20. 根据权利要求13所述的方法，包括：将所述数字调制模拟信号的参数与存储值进 行比较，并作为响应，提供诊断输出。
21. 根据权利要求13所述的方法，包括：将基于所述数字调制模拟信号的诊断信息与 所述双线过程控制回路上发送所述信号的具体设备相关联。
【专利摘要】一种用于耦合至过程控制回路(18)的诊断设备(50)，包括：数字通信电路(52)，被配置成从过程控制回路(18)接收数字通信信号。数字通信信号是过程控制回路(18)上的数字调制模拟信号，所述数字调制模拟信号被调制成代表数字值的多个离散模拟信号电平。诊断电路(54)基于数字调制模拟信号，诊断可能包括过程控制回路的现场设备在内的过程控制回路(18)的操作。
【IPC分类】H04L1-24
【公开号】CN104618079
【申请号】CN201510034214
【发明人】卡丽·D·休伊森加, 兰迪·J·朗斯多夫, 唐纳德·R·拉蒂摩尔
【申请人】罗斯蒙德公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2007年10月3日
【公告号】CN101523318A, EP2067088A2, EP2067088B1, US7321846, WO2008045258A2, WO2008045258A3, WO2008045258B1