用于将无线数据合并到已建过程控制系统中的设备及方法

专利名称：用于将无线数据合并到已建过程控制系统中的设备及方法
技术领域：
本公开总体上涉及加工厂中的过程控制系统，尤其涉及过程控制系统与 无线网格网络之间的通信。
背景技术：
过程控制系统广泛地用于制造产品或控制过程(例如化学品制造、发电 厂控制等等)的工厂和/或车间。过程控制系统也用于自然资源的开采，比 如石油及天然气钻探及处理过程等等。实质上，任何制造过程、资源开采过 程等等，可以通过一个或多个过程控制系统的应用而得以自动化。相信所述 过程控制系统最终也将更广泛地用于农业。
过程控制系统一如那些用于化学、石油、或其他过程的过程控制系统一 典型地包括一个或多个集中式或分散式过程控制器，集中式或分散式过程控 制器通过模拟总线、数字总线或模拟/数字混合总线，与至少一个主机或操 作员工作站并且与一个或多个过程控制及仪器设备(比如现场设备)通信连 接。现场设备可能是阀、阀定位器、开关、传送器及传感器(例如温度传感 器、压力传感器及流率传感器)，它们在过程中发挥功能，如开启或关闭阀 及测量过程参数。所述过程控制器接收所述现场设备所进行的或与所述现场 设备有关的过程测量或过程变量的信号和/或关于现场设备的其他信息，并 使用这些信息来实施控制例程，然后产生控制信号并通过一个或多个所述总 线传送至所述现场设备，以控制过程的操作。来自现场设备和控制器的信息 一般由 一 个操作员工作站执行的 一种或多种应用程序，使操作员能够执行针 对过程所需要的功能，例如观察所述过程的当前状态、修正所述过程的操作 等等。
所述加工厂中的多种设备可以在物理和/或逻辑组中互连，以创建一个 逻辑过程，比如一个控制环路。同样地， 一个控制环路可以与其他控制环路 和/或设备互连，以创建一个单元，而一个单元接着可以与其他单元互连， 以创建一个区。加工厂一般包括互连区，而商业实体一般包括可以互连的加 工厂。因此， 一个加工厂包括带有互连资产的多级的层次，而一个企业可能 包括互连加工厂。换句话说，与一个加工厂有关的资产或多个加工厂可以组 合在一起，以构成较高级的资产。过程控制系统的实施方式经过多年，已经有了进展。旧时的过程控制系 统典型地以专用、集中式硬件及固定式连接来实施。然而，现代的过程控制 系统却是典型地以高度分布的工作站、智能控制器、智能现场设备及类似设 备的网络来实施，这些设备中的一些或全部设备可以执行一个整体过程控制 策略或方案的一部分。明确地说，大多数过程控制系统包括智能现场设备及 其他过程控制组件，这些智能现场设备及其他过程控制组件通过一个或多个 数字数据总线，彼此通信连接和/或通信连接到一个或多个控制器。除了智 能现场设备之外，现代的过程控制系统也可以包括模拟现场设备，比如4-20mA设备、0-10伏特直流电(VDC)设备等等，这些模拟现场设备典型地直 接连接到控制器，而不是通过共用数字数据总线或同类物来连接到控制器。 在一个典型的工业或加工厂中， 一个分布式控制系统(DCS)用于控制 许多在所述设备执行的工业过程。所述设备可能有一个集中式控制室，集中 式控制室中有一个计算机系统，该计算机系统带有用户输入/输出(I/O)、 一个盘1/0及其他外围设备，在计算机领域中广为人知的是，这些外围设备 有一个或多个过程控制器及过程I/O子系统通信连接到所述集中式控制室。 此外， 一个或多个现场设备典型地连接到所述I/O子系统及连接到所述过程 控制器，以便在所述加工厂中实施控制及测量活动。在所述过程i/o子系统 可以包括连接到遍及所述加工厂的多个现场设备的多个I/O端口的同时，所 述现场设备可以包括多种类别的分析设备、硅压力传感器、电容式压力传感 器、电阻式温度检测器、热电偶连接器、应变仪、限位开关、开关式开关、
流量变送器、压力变送器、电容级开关、重量种、变换器、阀定位器、阀控 制器、执行器、螺线管、指示灯或任何其他典型地用于加工厂的装置。如在此使用一样，所述术语"现场设备"包含这些设备以及任何其他在 一个控制系统中执行功能的设备。无论如何，现场设备可以包括(例如)输 入设备(例如提供指示过程控制参数(比如温度、压力、流率等等)的状况 信号的传感器)以及响应从控制器和/或其他现场设备接收的命令而执行动 作的控制操作器或执行器。传统上，模拟现场设备通过双绞线电流环路连接到控制器，而每个设备 通过一个单一的双绞线连接到控制器。模拟现场设备能够响应一个特定范围 中的一个电气信号或在一个特定范围中传送一个电气信号。在一个典型的配置中，所述双绞线的两条线之间的电压差大约为20-25伏特(V )及一个4-20 mA的电流流经所述环路很平常。传送一个信号到所述控制室的一个模拟现 场设备调整流经所述电流回路的电流，而所述电流与所述第二过程变量成比例。在历史上，大多数传统的现场设备有一个单一输入或一个单一输出，其 与由所述现场设备执行的主要功能直接有关。例如， 一个传统模拟电阻式温 度传感器执行的唯一功能是通过调整流经所述双绞线的电流来传送温度信 号，而 一个传统模拟阀定位器执行的唯一功能是根据流经所述双绞线的电流 的大小来将一个阀定位在一个完全开启及一个完全关闭的位置之间的某处。最近，作为混合系统的部分的现场设备可以将数字数据叠加在用于传送 模拟信号的电流环路上。 一个这样的混合系统在控制领域中被称为可寻址远 程传感器高速通道(HART)协议。所述HART系统利用电流环路中的电流 大小来发送模拟控制信号或接收测得的过程变量(如传统系统)，但还在所 述电路环路信号上叠加一个数字载频信号。这使得双向现场通信能够发生， 并使得普通过程变量以外的附加信息能够传送到一个智能现场仪器或从一 个智能现场仪器传送。 一般而言，所述数字载频信号用于传送二次及诊断信 息，并用于实现所述现场设备的主要控制功能。通过所述数字载频信号提供
的信息的范例包括二次过程变量、诊断信息(包括传感器诊断、设备诊断、 布线诊断及过程诊断)、操作温度、传感器温度、校准信息、设备识别号、 构建材料、配置及编程信息等等。因此， 一个单一的混合现场设备可以有多 种输入/输出数据点产生多种输入/输出变量，而且可以实施多种功能。最近， 一个较新的控制协议已经由美国设备协会(Instrument Society of America, ISA)定义。所述新协议一般称为Fieldbus (现场总线)，而且具 体地称为SP50, SP50是Standards and Practice Subcommittee 50 (标准及实 施分委员会50)的缩写。Fieldbus是一个非专有的开放标准，而且目前在工 业领域很普遍，因此，许多类别的Fieldbus设备已经被开发并用于加工厂。 由于Fieldbus设备(比如HART及4-20 mA设备)的使用是加于其他类别 的现场设备之上，这些不同类别设备中每种类别的设备有 一个单独的支持及 1/0通信结构。较新的智能现场设备典型地都是数字性质的，它们具有不能从较陈旧的 控制系统存取或不能与较陈旧的控制系统兼容的维护模式及加强功能。即使 是一个分布式控制系统的所有组件遵守相同标准(比如Fieldbus标准)，一 个制造商的控制设备也不一定能够存取由另一个制造商的现场设备提供的 二次功能或二次信息。因此，过程控制系统设计的一个特别重要的方面涉及现场设备通信彼此 相互通信连接、与控制器及与 一 个过程控制系统或 一 个加工厂中的其他系统 或设备通信连接的方式。 一般而言，使得所述现场设备能够在所述过程控制 系统中发挥功能的所述多种通信频道、链路及路径一般统称为 一个输入/输 出(1/0)通信网络。在一个过程控制系统中的多种系统、设备及组件之间 的过程控制信息的传送的 一 个发展是用于过程控制的对象链接和嵌入 (object linking and embedding, OLE) ( OLE for process control, OPC ), 用于过程控制的对象链接和嵌入(OPC)提供一个机制，可消除对在一个过 程控制系统的系统、设备及组件之间传输实时过程控制数据的单独专用通信 软件驱动器的需要。广为人知的是，用于过程控制的对象链接和嵌入(OPC)
基于微软(Microsoft)对象链接和嵌入(OLE)技术，其为构成一个过程控 制系统的多种系统、设备及组件提供一个通用接口。用于过程控制的对象链 接和嵌入(OPC)进一步定义一个应用编程接口 (API),以供不同的过程 控制系统交换信息。因此，用于过程控制的对象链接和嵌入(OPC)已经作 为 一个工业标准用于过程控制系统内及过程控制系统间的I/O通信。典型地， 所述过程控制系统的每种所述系统、设备及组件包括一个用于过程控制的对 象链接和嵌入(OPC)通信层，因此使用一个通用的标准化语言，以便传输 过程控制信息。此外，用于实施一个I/O通信网络的通信网络拓朴及物理连接或路径对 现场设备通信的鲁棒性或完整性可能有重大的影响，尤其是在所述I/O通信 网络受与所述过程控制系统有关的环境因素或条件影响时，更是如此。例如， 许多工业控制应用使现场设备及它们的相关I/O通信网络受苛刻的物理环境 (例如高、低或高度变化的环境温度、振动、腐蚀性气体或液体等等)、艰 难的电气环境(例如高噪音环境、低劣电能品质、瞬变电压等等)的影响。 无论如何，环境因素会危及一个或多个现场设备、控制器等等之间的通信的 完整性。在有些情况下，这种受危及通信可能妨碍所述过程控制系统以有效 或适当方式执行其控制例程，这可能导致过程控制系统的效率和/或收益性 缩减，设备过度磨损或损坏，可能损坏或毁坏设备、建筑结构、环境和/或 人员的危险情况等等。为了减低环境因素的影响及确保一个坚固的通信路径，历史上，过程控 制系统中的1/0通信网络一直是固定网络，其布线封闭在环境保护材料(比 如绝缘体、屏蔽及管道)中。此外，这些过程控制系统中的现场设备典型地 一直是使用一个固定层次拓朴，通信连接到控制器、工作站及其他过程控制 系统组件，其中非智能现场设备使用模拟接口 (比如4-20 mA、 0-10 VDC 固定接口和/或1/0板)，直接地连接到控制器。智能现场设备，比如Fieldbus 设备，也通过固定数字数据总线连接，而固定数字数据总线通过智能现场设 备接口连接到控制器。
虽然園定I/0通信网络最初可以提供一个鲁棒的1/0通信网络，但它们 的鲁棒性可能因环境压力(例如腐蚀性气体或液体、振动、湿度等等)而随 着时间退化。例如，与所述I/O通信网络布线有关的接触电阻可能由于腐蚀、 氧化及类似情况而大幅度增加。此外，布线绝缘和/或屏蔽可能退化或失效， 因而导致环境电气干涉或噪音可以更容地破坏通过所述I/O通信网络线传送 的信号的情况。在有些情况下，失效的绝缘可能导致短路情况而造成所述相 关1/0通信线完全失效。附加地，固定I/O通信网络的安装典型地非常昂贵，尤其是在所述I/0通信网络涉及大工厂或分布在一个相对大的地理范围的车间时(例如使用以 数英亩计的土地的炼油厂或化学品厂)，更是这样。在许多情况下，与所述1/0通信网络有关的布线必须跨越长距离和/或从中通过、从下面通过或绕过许多结构物(例如墙、建筑物、设备等等)。这种长布线典型地涉及大量的 人力、材料及费用。此外，这种长布线特别容易因接线阻抗而受信号退化的 影响及特别容易受耦合电气干涉的影响，这两种情况会导致不可靠通信。此外，这些固定1/0通信网络在需要修改或更新时一般难于重配置。添加一个新的现场设备典型地需要在所述新现场设备及一个控制器之间安装 接线。以这种方式翻新一个加工厂可能非常困难及昂贵，这是由于长布线及 空间制约经常存在于较陈旧的过程控制设备和/或系统。导管、设备和/或沿 可用布线路径穿插的结构物中的接线数目多可能大幅度地增加翻新或添加 现场设备到 一 个现有系统的难度。在必须安装更多和/或不同的接线来接纳 一个带有不同现场布线要求的新设备的情况下，以新设备来调换现有现场设备可能带来相同的难题。这种修改可能经常导致长时间的工厂停工。由于实施及维护这种1/0通信涉及的费用，任何得自1/0设备(比如传 感器、执行器等等)的配置及使用的益处都被成本抵消。因此，1/0设备经常只是在过程控制系统的关键点选择性地配置，以减低成本。虽然更重要或 关键的过程控制信息被采集，但还有大量的非关键过程控制信息没有被所述 过程控制系统采集或使用，而所述大量的非关键过程控制信息可能对所述过
程控制系统的工具(比如诊断应用程序、过程操作、维护、商业功能等等) 有用或对涉及所述过程控制系统的任何人员(比如过程控制操作员或商业人 员)普遍有用。因此，并不是所有的过程控制信息被所述过程控制系统采集， 所以最佳控制并未达成。无线1/0通信网络已经被用来緩和涉及固定I/0网络的有些困难及减低 配置所述过程控制系统中的传感器及执行器涉及的成本。无线I/O通信网络制系统及其部分。例如，由Shepard等人在2005年6月17日提交、标题为 "用于过程控制系统的无线结构及支持"(Wireless Architecture And Support For Process Control Systems )、其内容在此通过引用被明确地并入本专利的 美国11/156,215号专利(U.S. Patent No. 11/156,215 )公开，相对不昂贵的无 线网格网络可以单独地或结合点到点通信配置在过程控制系统，以提供 一 个 可以容易地装配、配置、更改及监测的鲁棒的无线通信网络，从而使得所述 无线通信网络更鲁棒、更不昂贵及更可靠。除了所述过程控制系统，网格网络可以在所述过程控制系统领域外配置 成一个不昂贵的通信系统，以用于采集其他非关键数据，比如所述过程控制系统没有存取或不能在其范围内存取的辅助数据。这些辅助数据可以包括所 述过程控制系统以外的任何事项，比如控制室灯开关、股票价格、天气预报 等等。然而，这些辅助数据或来自一个网格网络的其他数据可能并未由所述 过程控制系统采集，这是由于或许不可能为所述过程控制系统配置一个I/O 设备。不论是在一个过程控制系统中配置一个网格网络，或是在一个过程控制 系统领域外配置一个网格网络作为 一个单独的网络，所述过程控制系统只能 与其理解的1/0设备进行通信。对于网格网络中的输入/输出数据点，情况可 能不是这样。虽然用于过程控制的对象链接和嵌入(OPC)可以为所述过程 控制系统中的1/0设备提供一个统一的过程控制接口 ，但用于过程控制的对 象链接和嵌入(OPC)并非总是顺从所述过程控制系统以外的1/0设备。因
此，虽然网格网络可以帮助减少在过程控制系统中配置1/ O设备涉及的成本 及后勤困难及进一 步帮助存取一般在过程控制系统领域外的辅助数据，但在 没有机制来将所述网格网络数据合并到所述过程控制系统的情况下，所述网 格网络及所述过程控制系统之间的通信可能还是存在问题。发明内容过程控制系统及无线网络(比如无线网格网络)通信连接到 一个服务器。 所述服务器可以是网格服务器，该网格服务器包括配置、网格接口及网格服 务。所述配置包括与所述网格网络中的输入/输出数据点及所述过程控制系 统中的数据点位置标志符相关的 一 个或多个数据点图。数据点位置标志符为 输入/输出数据点提供唯一标识，并在所述过程控制系统中为来自对应的输 入/输出数据点的无线网络数据保留 一 个点。所述网格接口可以是一组应用编程接口 (API),供每个网格驱动器和/或网格网络通信连接到所述服务器， 或所述网格接口可以是针对所有网格网络及网格网络驱动器的统一应用编 程接口 (API)。所述网格接口调度所述无线网络驱动器及所述网格服务之 间的呼叫。所述网格服务读取配置，通过过程控制接口 (其可以是用于过程控制的 对象链接和嵌入(OPC)或一个专有应用编程接口 (API))、与所述过程 控制系统建立通信，及通过所述网格接口、与所述网格网络建立通信。所述 网格服务从所述无线网络读取所述无线网络数据，在产生所述数据的输入/ 输出数据点与所述过程控制系统中的对应数据点位置标志符之间映射所述 无线网络数据，以及将所映射的数据写到所述数据点位置标志符。所映射的 数据作为过程控制数据被提供给所述过程控制系统，而所述数据点位置标志 符在所述过程控制系统被处理，就好像它们是所述过程控制系统的原输入/ 输出数据点。使用本专利所公开的方法及系统在过程控制系统及无线网络系统之间 进行通信，来自所述无线网络的数据被提供给所述过程控制系统以改善所述 过程控制系统的性能，而且来自所述无线网络的数据在所述过程控制系统中 显示，就好像所述数据是所述过程控制系统的组成部分(例如源自所述过程 控制系统)。因此，工具(比如所述过程控制系统中的一个丰富的工具集、 应用程序、算法或其他成熟及全面的工具集)可以使用所述网格网络数据， 就好像它们是过程控制数据。网格网络的配置相对较不昂贵，因此可以用于 采集非关键数据，而这些非关键数据的采集原本可能较昂贵和/或不能由所 述过程控制系统存取。所述非关键数据可以包括非关键过程控制数据及所述 过程控制系统的辅助数据，虽然如此，但所述非关键数据可能对所述过程控 制系统及过程控制系统人员有用。用户因此能够使用所述过程控制系统的全 部特征来处理无线网络数据，并开拓所述过程控制系统的新市场及通过引进 以往不可得的额外数据来扩充所述过程控制系统的有用性。此外，本专利所公开的方法及系统可以用于在所述过程控制系统中配置 无线网络，不论是取代现有过程控制内部结构(例如I/0设备)或作为采集 与所述过程控制系统采集的 一 样的过程控制数据的冗余网络。这缩减配置成 本，而且不造成或需要在用户级的更改。明确地说，过程控制系统软件可以 在没有任何输入/输出数据点的情况下配置，而只是使用被当成是输入/输出 数据点的数据点位置标志符。


图1为加工厂的原理图，其图示在加工厂中实施的设备及命令的层级结构范例。图2A及2B为原理图，它们图示配置在过程控制系统中的无线网络。 图3A及3B为代表性框图，它们描绘关于过程控制系统节点的中间件的分层，以及在使用无线网络的过程控制系统中的物理网络。图4为 一代表性框图，其图示用于促进过程控制系统与无线网络之间的通信的服务器。 具体实施方式
现在参看图1, 一个加工厂10包括一个分布式过程控制系统，该分布式过程控制系统有一个或多个控制器12,每个控制器12通过I/0设备或卡 (其可以是Fieldbus接口 、 Profibus接口 、 HART接口 、标准4-20 mA接口 等等)，连接到一个或多个现场设备14及16。所述控制器12也通过一个 数据高速通道24 (其可以是一个以太网链路)，连接到一个或多个主机或 操作员工作站20及22。 一个数据库28可以连接到所述数据高速通道24并 操作为一个历史数据库，以采集及存储与所述加工厂10中的所述控制器12 及现场设备14及16有关的参数、状况及其他数据。附加地或可选择地，所 述数据库28可以操作为一个配置数据库，存储所述加工厂10中的所述过程 控制系统的当前配置，如下载到及存储在所述控制器12及现场设备14及 16者一样。虽然所述控制器12、所述I/0卡及所述现场设备14及16典型 地位于深入及分布遍及不时苛刻的设备环境中，但所述操作员工作站20及 22及所述数据库28 —般位于控制室或管理人员或维护人员可容易接近的较 不苛刻的环境中。应该清楚，每个所述控制器12 (其可以是由费舍尔，柔斯芒特系统有限 公司(Fisher Rosemount System, Inc.)出售的DeltaVTM控制器)存储及执 行一个控制器应用程序，该控制器应用程序使用任何数目的不同的、独立执 行的控制模块或块来实施一个控制策略。每个所述控制模块可以由(通常称 为)功能块构成，其中每个功能块是一个整体控制例程的一个部分或一个子 例程，而且与其他功能块协同操作(通过称为链接的通信)，以便在所述加 工厂10中实施过程控制环路。应该理解，功能块可能但不一定是一个对象 导向编程协议中的对象，其典型地执行一个输入功能(比如与变送器、传感 器或其他过程参数测量设备有关的输入功能)、 一个控制功能(比如与执行 比例积分微分(PID)、模糊逻辑等控制)、或控
存在混合及其他类别的复杂功能块，比如模型预测控制器(MPC)、优化器等等。虽然所述Fieldbus协议及所述DeltaV系统协议使用设计及实施在一 个对象导向编程协议的控制模块及功能块，所述控制模块可以设计成使用任 何期望的控制编程方案，包括(例如)顺序功能图、梯形逻辑等等，而且并 不限于使用所述功能块或任何其他特定编程技术来设计及实施。在图1所示的工厂10中，连接到所述控制器12的所述现场设备14及 16可以是标准4-20 mA设备、可以是智能现场设备(比如HART、 Profibus 或FOUNDATION Fieldbus现场设备)，其包括一个处理器及一个存储器， 或可以是任何期望类别的现场设备。这些设备中的有些设备，比如Fieldbus 现场设备(在图1中以参考号码16标注)，可以存储及执行与所述控制器 12中实施的控制策略有关的模块或子模块(比如功能块)。广为人知的是， 功能块可以布置在两个不同的Fieldbus现场设备16,所述功能块可以与所 述控制器12中的所述控制模块的执行同时执行，以实施一个或多个过程控 制环路。当然，所述现场设备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，而所述I/0设备可以是任何类别的、符合任何期 望通信或控制器协议(比如HART、 Fieldbus、 Profibus等等)的I/0设备。此外，以已知方式， 一个或多个所述工作站20及22可以包括用户接口 应用程序，以使用户(比如操作员、配置工程师、维护人员等等)能够与所 述加工厂10中的所述过程控制网络连接。明确地说，所述工作站22可以包 括一个或多个用户接口应用程序，所述用户接口应用程序可以在所述工作站 22中的一个处理器上执行，以便与所述数据库28、所述控制模块或所述控 制器12或I/O设备中的其他例程进行通信，以及与所述现场设备14及16 及这些现场设备中的模块等进行通信，以便从所述加工厂获得信息，比如涉 及所述过程控制系统正在进行中的状态的信息。所述用户接口应用程序可以 在与所述工作站20及22中的一个或多个工作站有关的一个显示设备上处理 和/或显示这些采集得的信息。所述采集、处理和/或显示的信息可以是(例 如)过程状态信息、加工厂中产生的告警及警报、维护数据等等。同样地，21一个或多个应用程序可以存储在所述工作站20及22并在所述工作站20及 22执行，以便在所述加工厂中执行配置活动(比如创建或配置需在所述加 工厂中执行的所述模块)，执行控制操作员活动(比如更改设定点或其他控 制变量)等等。当然，例程的数目及类别并未受在此提供的描述的任何限制， 而且如果需要，其他数目及类别的过程控制相关例程可以在所述工作站20 及22存储及实施。所述工作站20及22也可以通过(例如)互联网30、外 部网、总线、以太网等等，连接到一个公司广域网(WAN) 32,以及连接 到一个计算机系统34,该计算机系统34从远程位置监测所述加工厂10或 从远程位置与所述加工厂IO进行通信。如图l所示，所述过程控制系统包括三个网络级。第一级(级1)40是 在所述现场设备14及16与所述控制器12之间，第二级(级2) 42是在所 述控制器12及所述工作站20及22之间，而第三级(级3) 44是在所述工 作站20及22与所述加工厂10以外的系统之间。在每个所述级40、 42、 44 的通信可以是有线线路。然而，如以下将进一步描述的那样，无线网络可以 实施在所述过程控制系统的所述三个网络级中的任何级。因此， 一个过程控 制系统中的 一些或全部I/O设备(比如传感器及执行器)可以使用有线技术、 无线技术或两者的结合，配置及通信连接到所述过程控制系统。例如，有线 通信可以在所述控制器12之间，所述工作站20、 22之间，以及所述设备 14、 16之间维持，而无线通信则可以在所述设备14、 16与所述控制器12 之间的所述第一级40,在所述控制器12与所述工作站20及22之间的所述 第二级42,以及在所述工作站20及22与所述外部系统之间的所述第三级 44建立。所述第一级40运行所述过程，并且有一个紧密的高可预测性及可靠性 的实时要求。如以上所述，所述网络协议可以是工业标准，比如HART、 Foundation Fieldbus、 DeviceNet等等。所述第一级40—般使用可靠的短程 数据传送，而在第一级40的通信可能涉及小型数据包，比如少于100字节。 在第一级40的无线技术可以包括但不限于ZigBee、 WiFi、 Bluetooth、 Ultra Wideband (UWB)等等，或任何其他短程无线技术。明确地说，在所述第 一级4 0的无线技术可以包括任何商用现货无线产品，以传送过程控制数据。 可以所述无线技术之上、在所述第一级40实施一个网络协议，或可以在所 述第一级40为无线通信开发一个新的过程控制标准。在一个范例中，网格 (mesh)技术，比如自愈无线网才各技术，可以在所述第一级40实施。所述第二级42支持用户互动，包括配置、控制及监测。所述第二级42 的定时要求可能比所述第一级40的定时要求少，但还是有良好的可靠性。 所述第二级42的网络协议可以是专有网络协议，或是工业标准网络协议， 比如以太网网络协议。所述第二级42 —般使用较长的传输范围及较大的数 据包。因此，与所述第一级40相比，所述第二级42的要求可能较不严格， 而用于传送过程控制数据的商用现货无线产品(比如人造卫星、Wi-Max及用于较短距离。所述第三级44可以被视为所述过程控制系统到其他系统(比如可以包 括但不限于会计、存货、管理决定系统等等的公司系统)的一个网关。在所 述第三级44，可以配置传统网络，比如一个办事处网络、内部网络等等。 在所述第三级44的通信对过程控制通信可能较少利害关系，而且多种传统 无线技术可以被使用。不论所述过程控制系统中使用的通信技术，每个所述设备14、 16可以 包括一个或多个执行器、传感器或其他I/0设备。每个所述I/0设备可以对 应 一个输入/输出数据点，而所述过程控制系统中的 一个输入/输出数据点是 一个过程控制数据源。关键过程控制数据可以使用点到点有线通信来釆集。 另一方面，无线通信(比如无线网格网络(meshnetwork))可以在所述过 程控制系统中配置成采集非关键过程控制数据。然而，在一个进一步的范例 中， 一个无线网格网络也可以用于采集关键过程控制数据，因此可以使用遍 及所述过程控制系统。带有一个现有有线接线、点到点通信的过程控制系统 可以逐步以无线1/0设备取代有线1/0设备，或在作最小限度改变的情况下 (比如使用由所述有线、点到点过程控制系统使用的相同的网络协议)，以 无线通信网络取代有线通信网络。现在参看图2A及2B，无线网格网络的范例在所述工作站20及22与所 述控制器12之间的所述第二级42显示，但应该理解，如以上所述，所述无 线网格网络可以配置在遍及所述过程控制系统的任何的点。明确地说，使用 图2A所示的无线网格网络，所有分布式节点之间的通信均为无线。另一方 面，使用图2B所示的无线网格网络，只有一个工作站20、 22与一个控制器 12之间的连接是一个无线连接，而所述工作站20及22是由一个有线网络 互连，所述控制器12也是由一个有线网络互连，使得可以减少无线辐射及 提供较佳数据品质。然而，应该理解，可以使用有线及无线的不同结合，包 括但不限于所述现场设备14及16之间的一个网格网络及所述控制器12与 所述工作站20及22之间的一个有线网络。在另一个范例中，可以在所述工 作站20及22上的控制器12及现场设备14及16中的任何控制器及现场设 备之间配置 一 个无线网格网络，以便连同配置遍及所述过程控制系统的整体 或部分的一个相关的有线网络提供网络冗余。在一个过程控制系统的任何地方配置一个网格网络导致多个无线过程 控制系统节点，这些无线过程控制系统节点在所述网格网络中传送网格网络 数据，比如过程控制数据。例如，由于所述控制器12与所述工作站20及 22之间的一个无线网格网络，每个所述控制器12可以对应一个无线过程控 制系统节点。由于所述现场设备14、 16与所述控制器12之间的一个无线网 ;f各网络，每个所述现场设备14、 16或每个相关I/O设备可以对应一个无线 过程控制系统节点。虽然每个所述过程控制节点可以与所述物理网络进行通 信，但一个网格网络中的一个或几个过程控制节点可以专用为一个通信网关 节点。 一个无线网格网络中的所述网关节点可以担当所述网格网络的一个控 制节点，并促进不同网络之间的通信，比如促进所述控制器12与所述工作 站20、 22之间或所述现场设备14、 16与所述控制器12之间的通信。例如， 如图2B的无线网格网络中所示，一个或几个所述控制器12可以担当所述控
制器12的一个网关节点。所述控制器12的所述网关节点与一个或几个所述工作站20、 22进行无线通信，从而担当所述工作站20、 22的一个网关节点。 在为 一个过程控制系统实施一 个无线通信网络时，可以使用 一个基本商 用无线网络(比如一个商用现货网格无线网络)，在其上可以建立过程控制 数据通信中间件。所述中间件提供一个应用编程接口 (API)给所述过程控 制系统。所述过程控制系统在有传送约束要求、但对相关无线网络只有少许 认知的情况下，将过程控制数据传送到所述中间件。换句话说，所述相关网 格无线网络对于所述过程控制系统是透明。现在参看图3A，其图示相对于所述过程控制系统节点及一个物理网络 (比如所述数据高速通道24或所述互联网30)的、所述中间件的分层的范 例。明确地说，所述中间件是建立在所述无线网络通信协议(例如传输控制 协议/网间协议(TCP/IP))之上。由所述中间件为所述过程控制系统提供 的所述应用编程接口 (API)支持规则过程控制数据通信，比如初始化、开 启、关闭、发送、接收、确认、取消等等。所述中间件通过调用在较低层的 相应功能来执行命令，并监测所述调用的性能。所述性能监测是在所述中间 件的一组参数中俘获。参数值的差异提供有关所述相关有线及无线网络的差 异的信息。可以追踪的参数的范例包括但不限于指示网络上的一个节点的标 记、网络连接的类别、信息超时值、 一个信息往返延迟、 一个数目的信息重 试、 一个指示信息数据是否加密及加密类别的标记、 一个指示所述节点是否 有一个冗余连接的标记、指示所述较低层是否自动地根据往返定时或配置值 来转换信息超时及重试的自动信息定时、 一个指示是否出现通信故障或完整 性破坏的标记、许可信息及安全信息。上述的一部分或全部参数可以配置。 在执行期间，所述中间件执行来自所述过程控制系统的命令，并维持所 述参数。在一个范例中，所述中间件通过考虑一个响应时间、带宽、数据包 数目、未确认数据包数目、延迟时间、成本及根据获取时间等选择传送媒介， 自动地自调整。所述中间件的一个特定功能是所述网络连接的维护，这是由 于无线网络中的通信可能间歇。视配置而定，无论任何可用连接，都可以是 两个节点之间的永久连接或可以是临时连接。以冗余连接为例，所述中间件 可以在主要连接及备用连接之间转换，而这些转换对于所述过程控制应用程 序是透明的。所述中间件可以为每个连接添加可变重试及超时时间，以计算 传播延迟，或允许多个等待信息，以便达到更高效率的带宽使用。在一个主动数据传送期间，所述中间件可以执行多种任务，包括但不限 于往返延迟定时、发送信息处理、接收信息处理、超时重试、信息包装及解 包及其他优化。关于所述往返延迟定时任务，初始往返延迟是根据建立连接 时同步要求及同步响应之间的时间。可以通过随时为发送一个信息及接收确认之间的延迟定时，更新所述往返延迟。所述往返延迟值被添加到信息标题， 以便将所述初始值传送到所述连接的被动端，以及使所述连接的两端保持与 当前值一致。关于所述发送信息处理任务，远程连接应有能力支持多个等待发送信 息。 一个窗口参数可以定义在任何特定时间应有多少等待信息的极限；更改 所述信息发送功能以便将等待信息队列上的所有信息发送，直到所述窗口极限；只对最后发送的信息要求确认；及添加一个定时器以触发发送在等待早 先信息的确认时已经排队的信息。至于接收信息处理任务，在确认一个信息时，可以从接收信息将发送时 间值复制到所迷确认信息中。这可以用来计算往返时间并提供一个机制来证 实所述确认与所确认的信息有关。如果一个无序的信息被接收，尚未被接收 直到此点的信息确认可能被退回。这可以防止已经被接收但尚未确认的信息 被不必要地转发。在一个确认被接收时，确认中的发送时间值与正在被确认 的信息中的发送时间值核对。如果所述两个发送时间值匹配，往返时间可以 平均为所述往返时间值。至于重试及超时任务，为了支持多个等待信息，每个信息必须有一个超 时值。随着信息被确认，它们从所述确认时间队列移除，以便让信息在适当 时间超时设定。 一个确认可以确认多个信息。所述窗口中在正被确认的序号 之前的所有信息没有被确认，并且从所述重传送队列中被取消。序号不在所
述窗口中的信息的确认可以被忽略。所述重传送队列的管理处理超时设定在 不同时间发送的多组信息，而每个信息被给予相同的固定数量的时间，在被 考虑为超时之前逗留在所述重传送队列。所述重试值可以根据所配置的超时 或根据所述往返延迟。 一 个链路的所述超时值可以根据所述链路的重试数 目，而所述重试计数可以所述按链路配置。关于所述信息包装及解包任务，为了更好地使用一个远程连接上的一个 已知带宽，尽可能多的信息可以包装到一个数据包，而这可能特别有价值一 如果常有几个小信息排队等待一个信息被确认及等待所述窗口打开的情况。 为了达到这个目的，如果两个或多个信息可以适合一个单一信息緩沖器，一 个较大信息可以被分配，而且所有可以适合的可用信息被复制到大緩冲器 中。在由于被包装而包含超过一个信息的信息被接收之时，新的被接收信息 被分配，而数据从所述包装信息被复制到单独的信息緩沖器以进行处理。包 含在一个单一信息的所有信息，可以由对所述包装信息上的最后序号的一个单一的确i人来确i^。所述中间件层可以进一步允许许多附加种类的优化。如果几个应用程序 请求相同数据，所述相同数据的多个请求可以在所述无线链路上发送。对于 使用延迟传送媒介(比如人造卫星或调制解调器)的远程网络连接，运行时 间数据可以在所述通信链接上在所述网络的远端采集，并分布到另一端，这 减少在所述网络上的信息交通数量。所述远程应用程序可以接着从所述本地 中间件检索所述运行时间数据，而不是从要求及在所述通信链路上检索。虽然以上的公开描述 一 个过程控制系统中的 一 个无线网格网络的实施及配置，但无线网格网络也可以完全或部分地配置在 一 个过程控制系统之外。例如，网格网络可以配置在传统的有线不能容纳或不能到达的区域。此外，网格网络可以配置来采集非关键过程控制数据或辅助数据，而使用传统有线网络来采集这些非关键过程控制数据或辅助数据，其成本昂贵或可能不能由所述过程控制系统存取。辅助数据可以包括与过程无关的数据，但这些数据可能是对用户从所述过程控制系统中存取所述辅助数据有用的数据，包
括但不限于控制室开关、股票价格、天气预报等等。然而，由于一个过程控 制系统只能与其理解的1/0设备进行通信，从一个网格网络中的无线1/0设 备产生的网格网络数据 一 不论是关键过程控制数据、非关键过程控制数据、 辅助数据等等 一都应被提供到 一个过程控制系统，就好像所述网格网络数据 源自所述过程控制系统。这可以进 一 步适用于在 一 个过程控制系统中配置为 所述控制系统的部分的网格网络。换句话说， 一个适当接口将来自一个网格 网络的网格网络数据合并到一个过程控制系统。明确地说，所述网格网络数 据应被提供给所述过程控制系统10,以使所述网格网络数据在所述过程控 制系统中显示，就好像这些数据是原过程控制数据。虽然以上已初步及进一 步揭示网格网络及对应的网格组件，但应该理解，可以使用不同的无线技术 及不同的无线网络来取代无线网格网络，而且一个过程控制系统与其他无线 网络之间的通信可以以在此描述的方法及设备来促成。现在参看图4，其显示一个范例网格服务器(mesh server) 100，该网格 服务器100促成一个网格网络102与一个过程控制系统104之间的通信。所 述网格服务器100提供一个软件包，用于合并无线数据到一个过程控制系 统，反之亦然。所述网格服务器IOO可以是一个单一服务器或计算机，或一 群服务器或计算机。虽然图中只 一个网格网络102及一个过程控制系统104 ， 但所述网格服务器100可以用于促成多个网格网络与一个或多个过程控制 系统之间的通信。此外，虽然以下公开主要涉及将来自所述无线网格网络 102的网格网络数据合并到所述过程控制系统104,但应该理解，所述网格 服务器IOO也可以促成从所述过程控制系统104传送过程控制信息到所述无 线网才各网络102。如图4所示，所述网格服务器IOO通过一个无线通信链路，通信连接到 所述网格网络102，这可以通过使用商用现货无线通信产品(包括无线接收 器及变送器)来完成。应该理解，所述无线网格网络102是一个分散式网络， 其有多个节点，这些节点可以互连，所以每个节点只需要传送到最靠近的一 个节点或最靠近的多个节点。所述无线网格网络102提供一个相对不昂贵却
又鲁棒的无线网络，而如果任何所述节点停止运行或如果所述无线网络中的 任何通信链路退化或发生故障，该无线网络可以容易地修复。此外， 一个无 线网格网络可以容易地扩充，以包括附加的节点及输入/输出数据点。每个节点可以对应一个或多个I/0设备，这些1/0设备产生信息及可以接收信息，比如来自所述过程控制系统104的指令。每个节点可以对应一个 或多个输入/输出数据点，而每个输入/输出数据点是来自所述无线网格网络 102的信息的一个源。例如，所述网格网络中的每个I/O设备可以对应所述 网格网络中的一个输入/输出数据点。 一个中央控制节点，比如一个中央控 制计算机，可以提供于所述网格网络102中，以便控制所述网格网络节点。 所述中央控制节点可以担当 一个通信网关节点，供所述网格网络将来自所述 输入/输出数据点的网格网络数据传送到所述网格服务器100,而且所述网格 网络102中的每个节点可以操作为一个转发器，以将来自其他节点的数据传 送到所述中央控制节点。但应该注意的是，所述中央控制节点并不一定对应 一个1/0设备，以采集网格网络数据或自为提供网格网络数据。所述过程控制系统104 (其可以是以上公开的过程控制系统10或任何 其他过程控制系统实施例)可以支持用于过程控制的对象链接和嵌入(OLE ) (OPC)，或另一个过程控制接口。用于过程控制的对象链接和嵌入(OPC) 为实体(比如所述过程控制系统104中的现场设备14及16)提供一个通用 接口。所述过程控制系统104可以通过一个通信链路(比如一个用于过程控 制的对象链接和嵌入(OPC)链路)，通信连接到所述网格服务器100。明 确地说，所述过程控制系统104可以包括一个用于过程控制的对象链接和嵌 入(OPC )服务器(图中未显示)，该用于过程控制的对象链接和嵌入(OPC ) 服务器与所述网格服务器100进行通信。如图4所示，所述网格网络102可 以配置在与所述过程控制系统104相同的区域，而且可以釆集与所述过程控 制系统104采集的相同的数据。虽然如此，但所述网格网络102 (包括为所 述过程控制系统104提供输入/输出数据点冗余的所述输入/输出数据点)使 用所迷网格服务器100来将网格网络数据合并到所述过程控制系统104中。
数据点位置标志符在所述过程控制系统104中定义，为所述网格网络102中的每个输入/输出数据点，所述过程控制系统104中配置一个数据点位 置标志符。明确地说，用户可以为其打算合并到所述过程控制系统104的、 所述网格网络102中的每个输入/输出数据点，在所述过程控制系统104中 配置每个数据点位置标志符。所述数据点位置标志符在所述过程控制系统中 处理，就好像它们是源自所述过程控制系统104的输入/输出数据点，而不 是所述网格网络102中的输入/输出数据点。 一个数据点位置标志符为所述 网格网络102中的每个输入/输出数据点提供一个唯一标识，并在所述过程 控制系统中为来自所述对应的输入/输出数据点的网格网络数据保留 一个 点。换句话说， 一个数据点位置标志符提供在所述过程控制系统中引用来自 所述网格网络102中的一个输入/输出数据点的网格网络数据的一个途径， 而不需要在所述过程控制系统中建立 一 个新输入/输出数据点，也不需要要 求所述过程控制系统知道所述网格网络的存在、更不需要要求所述过程控制 系统知道所述输入/输出数据点的存在。一个数据点位置标志符的所述唯一标识识别不同的输入/输出数据点。例如，所述唯一标识可以指定所述无线网^f各网络102中的一个组件，比如一 个风扇XYZ的开关(例如"on—XYZ")、 一个输入/输出数据点在何处对 应为所述风扇产生开/关数据的一个I/O设备(例如一个开关)，及来自所述 输入/输出数据点的网格网络数据是来自所述开关的开/关数据。如以下所作 更详细描述，这个网格网络数据被提供给所述网格服务器100，而所述网格 服务器100接着将所述数据提供到所述过程控制系统104中的对应数据点位 置标志符(例如"on—XYZ")。所迷数据点位置标志符可以接着在所述过 程控制系统104中处理，就好像它们是过程控制系统输入/输出数据点，即 使所述过程控制系统104并不一定知道所述数据的来源。因此，所述网格网 络数据可以被处理为源自所述过程控制系统104的过程控制数据。此外，所 述过程控制系统104可以使用所述数据点位置标志符来提供过程控制数据， 比如通过所述网格服务器100向所述无线网格网络102中的所述输入/输出
数据点提供指令或请求，如以下将进一步描述的那样。然而，应该注意的是，与来自所述过程控制系统104的过程控制数据相比，来自所述网格网络102 的数据值对于所述过程控制系统104而言，可能并不是那么实时。然而，还 是能够使用的网格网络数据包括但不限于配置数据、显示数据、告警/事件 数据、诊断数据等等，而所述网格网络数据可以通过所述控制系统中的一个 工具或工具组来使用。此外，所述网格网络数据可以用于改善所述过程控制 系统104中的过程控制。所述网格服务器100包括一个配置106、 一个网格服务108及一个网格 接口 110。 一个网格驱动器(mesh driver) 112可以由所述网才各网络102出 版，并被提供给所述网格服务器100。可以假设所述网格驱动器112存在于 所述网格网络102中，而不同的网格网络102可以支持不同的驱动器。所述 网格服务器IOO通过所述网格驱动器112存取所述网格网络102，并通过所 述过程控制接口 (例如用于过程控制的对象链接和嵌入(OPC))存取所述 过程控制系统104。所述网格服务器100因此向所述网格网络102与所述过 程控制系统104之间的接口提供软件。所述网格服务器IOO可以促成使用所 述过程控制系统104为所述相关网格网络102的一个过程控制系统，如以下 将进一步描述的那样。所述配置106存储在所述网格服务器100的一个存储器或数据库，而且 可以被提供为一个可扩展标识语言(XML)数据文件。所述配置106包括所 述过程控制系统数据点位置标志符及所述网格网络输入/输出数据点之间的 数据点图的一个清单。明确地说，每个数据点图识别哪些数据点位置标志符 对应于哪些输入/输出数据点。所述数据点图也定义用于过程控制的对象链 接和嵌入(OPC)中定义的数据属性来自哪里，包括但不限于时间戳、品质 等属性。可以为不同组合的输入/输出数据点或不同组合的数据,泉位置标志符提 供不同的数据点图。例如，所述数据点图可以根据一个输入/输出数据点可 能属于的网格网络102来定义，或根据一个数据点位置标志符可能属于的过 程控制系统来定义。可选择地，所述网格网络102中的实体及对应的输入/ 输出数据点可以根据逻辑组合(比如位置、更新频率或功能)来组合。以配置在一个过程控制系统的一个网格网络102而言，实体可以包括多组设备和/或装置，比如环路、子单元、单元、地区或其他过程控制实体。简而言之，可以为所述网格网络102中的每个实体提供不同的数据点图，比如为每个环 路、子单元、单元、地区或任何其他逻辑组合提供一个数据点图。此外，所述配置106包括一个更新期，该更新期规定网格网络数据需要 从所述网格网络102检索、在所述网格服务器100上更新及向所述过程控制 系统104提供的频率。可以为不同的数据点图提供不同的更新期。例如，来 自 一些输入/输出数据点的网格网络数据可能需要比来自其他输入/输出数据 点的网格网络数据更频繁地更新到所述过程控制系统104。连接信息也可以 被提供给所述配置106,以便提供与所述过程控制系统OPC服务器连接所需 要的信息。所述网格服务108通过一个通信链路与所述过程控制系统104进行通 信。如以上所述，所述通信链路可以是一个OPC通信链路，虽然所述OPC 通信链路可以以一个专有链路取代，其中所述网格服务108调用一个专有或 私有过程控制系统应用编程接口 (API)来将数据直接读/写到所述过程控制 系统104及从所述过程控制系统104直接读/写数据，在这种情况下，所述 配置106可以指示怎样处理所述数据的属性，比如时间戳、品质等等。所述 网格服务108对所述网格接口 IIO进行功能呼叫，而所述功能呼叫可以是从 所述网格网络102读取数据或将数据写到所述网格网络102的请求。如果所 述网格服务108是在一个Windows工作站上执行，所述网格服务108可以 运行为一个Windows月良务。所述网格接口 110担当用于存取所述网格网络102的一个接口。所述网 格接口 110负责调度所述网格服务108与所述网格网络102之间的呼叫。所 述网格接口 110接收来自所述网格服务108的请求，并对所述网格驱动器 112提出一个请求。所述网格接口 110进一步将所述请求转换为一个可被所
述网格驱动器应用编程接口 (API)理解的请求。在一个范例中，所述网格接口 110为所述网格服务108提供一组统一应 用编程接口 (API)，并访问所述网格驱动器112,以便存取来自所述网格 网络102的数据。可以由所述网格接口 110为与所述网格服务器100连接的 每个网格网络102 (或每个网格驱动器112)提供及调用一个不同的应用编 程接口 (API)。在另一个范例中，所述网格接口 IIO可以被提供为一个统 一无线接口，其担当一个通用接口以用于存取所述网格网络，而所述通用接 口可以为任何第三方客户担当 一 个数据源。用于所述通用接口的所述应用编 程接口 (API)可以被定义成最好地符合所述过程控制系统要求。例如，所 述网格接口 llO可以使用OPC为一个通用接口。在另一个范例中，所述网 格服务108及所述网格接口 110可以被提供为一个统一接口 。在操作中，所述网格服务108读取所述配置106，并通过所述通信链路 与所述过程控制系统连接。使用来自所述配置106的数据点图，所述网格服 务108可以在所述过程控制系统104中为所述网格网络102中的任何未映射 输入/输出数据创建数据点位置标志符。所述网格服务108进一步通过所述 网格接口 110的所述网格驱动器112,存取所述网格网络102。为了与所述 网格网络102进行通信，所述网格服务108对所述网格接口 IIO进行功能呼 叫。所述网格接口 IIO接收来自所述网格服务108的一个请求，并对所述网 格驱动器U2提出一个请求。明确地说，所述网格接口 IIO将所述网格服务 请求转换为所述网格驱动器应用编程接口 ( API)理解的一个请求。明确地 说，所述网格接口 IIO调度所述网格服务108与所述网格网络102之间的呼 叫。对于所述网格网络102中的每个输入/输出数据点，及对于每个数据点 图，所述网格服务108通过(例如)所述中央控制节点读取来自所述网格网 络102的网格网络数据。因此，所述网格服务器100可以为所述网格网络 102中的一些或所有实体(包括所述网格网络102中的一些或所有输入/输出 数据点)接收所述网格网络数据。此外，由于每个数据点图可以对应于不同
的网格网络，为每个数据点图读取网格网络数据可能导致为多个无线网格网 络读取网格网络数据。然而，应该理解，由输入/输出数据点产生的网格网 络数据可以单独地读取，例如，响应所述过程控制系统104提出的读取来自 一个数据点位置标志符的网格网络数据以及来自所述网格网中的一个特定 输入/输出数据点的 一个请求。使用所述数据点图，网格网络数据的每个项目映射在提供所述网格网络数据的输入/输出数据点与所述过程控制系统104中对应于所述输入/输出数据点的数据点位置标志符之间。所述映射网格网络数据接着被写入所述过程控制系统104中对应于所述输入/输出数据点的数据点位置标志符。在一个 范例中，所述数据可以从所述网格网络102读取，并即刻通过OPC写到所 述过程控制系统104的OPC服务器，以便减少延迟提供实时网格网络数据。在将数据写到所述过程控制系统104之后，所述网格服务108可以休息 一个可配置的时间长度，其后所述网格服务108可以重复所述网格网络102 与所述过程控制系统104之间的读/写操作。如以上所述，所述读/写操作可 以由所述配置106中定义的更新期规定。在所述网格网络数据被写到所述过程控制系统104中的一个数据点位 置标志符时，所述过程控制系统104将所述数据点位置标志符处理为所述过 程控制系统104中的一个输入/输出数据点，而在所述过程控制系统104中 所述网格网络数据被提供如源自所述过程控制系统104的过程控制数据。因 此，所述网格网络102及其中的输入/输出数据点对于所述过程控制系统104 而言是透明的。用户可以使用包括但不限于诊断例程、过程控制操作、维护 例程、商业功能、分析例程及相似物的任何过程控制系统工具或工具组，管 理所述过程控制系统环境中的所述网格网络数据。除了向所述过程控制系统104提供网格网络数据之外，所述网格服务器 100可以用于向所述网格网络102中的输入/输出数据点提供过程控制信息， 比如命令请求等等。明确地说，可以提供一个指示在所述配置106中，以便 将数据从所述过程控制系统104写到所述网格网络102,而所述网格服务108
可以通过所述过程控制接口读取所述过程控制数据，并将所述数据写到所述 网格驱动器112。例如，所述网格服务108可以通过所述过程控制接口(OPC)，接收来自所述过程控制系统的过程控制数据。所述过程控制数据 可以包括一个命令，以开启风扇XYZ。使用所述过程控制系统104中对应 于风扇XYZ的开关的输入/输出数据点的所述数据点位置标志符(例如 "on一XYZ")，所述过程控制系统104可以使用所述数据点位置标志符为 一个输入/输出数据点来发布命令，而所述命令由所述网格服务器100读取。 使用来自所述配置106的数据点图，所述网格服务108映射所述过程控制系 统的所述数据点位置标志符与所述网格网络102的对应输入/输出数据点之 间的过程控制数据。例如，所述网格服务108可以映射所述数据点位置标志 符"on_XYZ"与对应于风扇XYZ的开关的1/0设备的无线节点之间的"开 启"(on)命令。与所述网格网络102之间的通信可以建立如上述，而所映 射的过程控制数据可以通过所述网格驱动器112写到所述网格网络102。如果所述网格服务108与所述过程控制系统104之间的所述OPC链路 以一个专有链路取代，而所述过程控制系统接口使用 一个私有过程控制系统 应用编程接口 (API)，如以上所述，所述网格服务108可以调用所述私有 过程控制系统应用编程接口 ( API)来直接从所述网才各网络102读取一个网 格网络数据到所述过程控制系统104,以及特别是将所述网格网络数据直接 从所述网格网络102写到所述过程控制系统104的数据点位置标志符。同样 地，可以直接从所述过程控制系统104到所述网格网络102执行读/写操作。此外，使用所述网格服务器100,所述过程控制系统104可以作为一个 纯控制系统用于所述相关网格网络102，这可能特别有用一如果所述网格网 络102作为所述过程控制系统的全部或部分被使用(例如所述过程控制系统 中的有线I/0设备的逐步置换)。 一般而言， 一个过程控制系统包括用于所 述过程控制系统中的实体的多种1/0设备，比如用于组件、控制器、设备、 现场设备等的传感器、执行器等等。每个1/0设备可以对应于所述过程控制 系统软件的一个输入/输出数据点。然而，使用所述网格服务器100,所述过
程控制系统软件可以在没有任何输入/输出数据点的情况下配置。相反地， 数据点位置标志符被用来取代所述输入/输出数据点。因此，配置在所述过程控制系统104的全部或部分中的一个无线网格网 络可以用于采集过程控制数据，以及通过所述网格服务器100提供所述过程控制数据到所述过程控制系统104。所述过程控制系统104可以使用所述无 线网格网络102中的输入/输出数据点的数据点位置标志符，以及，如以上 所述，所述过程控制系统软件可以只是使用数据点位置标志符来取代输入/ 输出数据点。所述过程控制系统104 (包括其中的应用程序及算法)使用所 述数据点位置标志符如源自所述过程控制系统104的输入/输出数据点，以 便促成所述过程控制系统104的物理部件的操作，比如所述控制器12、所 述现场设备14及16的操作等等，包括对所述过程控制系统104中的一个实 体进行控制、与其进行通信或与其进行交互。虽然以上文字对本发明的多个不同实施例作了详细描述，但应该理解， 本发明包括的范围应由本专利结尾处陈述的权利要求中的文字定义。所提详 细描述应被解释成仅仅作为示范，而且并未描述本发明的每种可能的实施， 这是由于描述每种可能的实施将不实际的一如果不是不可能。使用目前的技 术或在本专利提交日期后开发的技术，可能实施多种选择性实例，而这些选 择性实例将还是属于本发明的所述权利要求包括的范围。因此，在不偏离本发明的精神和范围的前提下，可以对在此描述及图解 的技术及结构进行许多修改和变更。因此，应该理解，在此描述的方法及设 备仅仅意在说明本发明的原理，而并不是对本发明的范围进行限制。
权利要求
1.一种将采集自无线网络的无线数据合并到过程控制系统中的方法，所述无线网络具有多个实体，每个实体与对应的输入/输出数据点相关联，所述方法包括接收来自无线网络的无线数据，其中所述无线数据与所述无线网络中的实体相关；在与所述无线网络中的所述实体对应的输入/输出数据点和所述过程控制系统中与所述输入/输出数据点对应的数据点位置标志符之间映射所述无线数据；通过过程控制接口与所述过程控制系统建立通信，其中所述过程控制接口包括针对所述过程控制系统中的实体的通用接口；以及通过所述过程控制接口，将所映射的无线数据写到所述过程控制系统中所述对应的数据点位置标志符。
2. 如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述过程控制系统中的所 述无线数据提供作为源自所述过程控制系统的过程控制数据。
3. 如权利要求2所述的方法，其中将所述过程控制系统中的所述无线数 据提供作为源自所述过程控制系统的过程控制数据的步骤包括将所述过程 控制系统中的每个数据点位置标志符作为来自所述过程控制系统的输入/输 出数据点来使用。
4. 如权利要求2所述的方法，进一步包括使用过程控制工具来管理所 述无线数据。
5. 如权利要求1所述的方法，其中所述过程控制系统包括来自所述无线 网络的多个实体中的一个或多个实体。
6. 如权利要求1所述的方法，进一步包括通过所述过程控制接口 ，接收来自所述过程控制系统的过程控制数据； 在所述过程控制系统的数据点位置标志符和所述无线网络的输入/输出数据点之间映射过程控制数据；通过无线网络驱动器与所述无线网络建立通信；以及通过所述无线网络驱动器，将所映射的过程控制数据写到所述无线网络。
7. 如权利要求1所述的方法，进一步包括接收与多个实体相关的无线数据，其中所述无线数据不能由所述过程控 制系统存取，所述多个实体中的每个实体对应于一个输入/输出数据点，每 个所述输入/输出数据点被保持在将每个输入/输出数据点对应于所述过程控 制系统中数据点位置标志符的数据点图中；根据所述数据点图，在所述输入/输出数据点和所述对应的数据点位置 标志符之间映射所述多个实体中每个实体的所述无线数据；以及通过所述过程控制接口 ，将所述多个实体中每个实体的所映射的无线数 据写到所述过程控制系统中所述对应的数据点位置标志符。
8. 如权利要求7所述的方法，其中接收与多个实体相关的无线数据的步 骤包括从多个无线网络接收与多个实体相关的无线数据。
9. 如权利要求7所述的方法，其中所述输入/输出数据点被保持在多个数 据点图中，并且其中接收与多个实体相关的无线数据的步骤包括以根据所 述数据点图确定的更新速度，接收所述无线数据，其中所述数据点图包括与 所述无线数据的所述实体对应的输入/输出数据点。
10. 如权利要求1所述的方法，其中所述无线网络包括分散式无线网络 结构。
11. 如权利要求1所述的方法，其中所述无线网络包括网格网络，并且 所述无线数据包括从所述网格网络采集的网格阿络数据。
12. 如权利要求1所述的方法，其中所述无线网络包括过程控制无线通 信网络。
13. 如权利要求1所述的方法，其中所述过程控制接口包括用于过程控 制的对象链接和嵌入OPC。
14. 如权利要求13所述的方法，其中与所述过程控制系统建立通信的步骤包括通过OPC通信链路，与所述过程控制系统建立通信。
15. 如权利要求1所述的方法，其中所述过程控制接口包括私有过程控制系统应用编程接口 ， 其中与所述过程控制系统建立通信的步骤包括调用私有过程控制系统 应用编程4妄口 ，其中接收来自所述无线网络的无线数据的步骤包括将所述无线数据从 无线网络读到所述过程控制系统，以及其中将所映射的无线数据写到所述过程控制系统中所述对应的数据点 位置标志符的步骤包括将所映射的无线数据直接从所述无线网络写到所述 过程控制系统。
16. 如权利要求1所述的方法，其中所述无线数据包括不能由所述过程 控制系统存取的辅助数据。
17. 如权利要求1所述的方法，其中所述无线数据包括在所述无线网络 中采集的过程控制数据。
18. —种加工厂中的系统，所述系统包括包括多个输入/输出数据点的网格网络，其中所述网格网络适于从所述 网格网络中的输入/输出数据点产生网格网络数据；过程控制接口 ，其中所述过程控制接口包括针对不能存取所述网格网络 中所述输入/输出数据点的过程控制系统中的实体的通用接口 ；以及通信连接到所述网格网络并且通信连接到所述过程控制接口的网格服 务器，其中所述网格服务器适于在所述输入/输出数据点和过程控制系统中 的数据点位置标志符之间映射从所述网格网络读取的网格网络数据，其中所 述数据,&位置标志符在所述过程控制系统中提供来自所述网格网络的所述 输入/输出数据点的所述网格网络数据的引用，并且所述网格服务器进一步 适于通过所述过程控制接口将所映射的网格网络数据写到所述过程控制系 统。
19. 如权利要求18所述的系统，其中所述网格服务器适于访问所述网格网络的网格驱动器，以存取所述网格网络数据。
20. 如权利要求18所述的系统，进一步包括多个网格网络，每个网格网 络包括网格驱动器和多个输入/输出数据点，其中每个网格网络适于从每个 网格网络中的输入/输出数据点产生网格网络数据，所述网格驱动器包括针 对每个类别的网格网络驱动器的网格网络接口 ，并且每个网格网络接口适于 访问所述对应的网格驱动器，以存取来自所述网格网络的所述网格网络数 据。
21. 如权利要求18所述的系统，进一步包括多个网格网络，每个网格网 络包括网格驱动器和多个输入/输出数据点，其中每个网格网络适于从每个 网格网络中的输入/输出数据点产生网格网络数据，所述网格驱动器包括一 个网格网络接口，所述网格网络接口适于访问每个网格网络驱动器，以存取 来自每个网格网络的所述网格网络数据。
22. 如权利要求18所述的系统，其中所述网格服务器适于调用所述过程 控制接口 ，并且适于将网格网络数据直接读/写到所述过程控制系统。
23. 如权利要求18所述的系统，其中所述网格服务器适于针对所述网格 网络中的每个输入/输出数据点读取来自所述网格网络的所述网格网络数 据，所述网格服务器适于在每个输入/输出数据点和过程控制系统中对应的 数据点位置标志符之间映射从所述网格网络读取的网格网络数据，并且所述 网格服务器适于通过所述过程控制接口针对每个输入/输出数据点将所映射 的网格网络数据写到所述过程控制系统。
24. 如权利要求18所述的系统，其中所述网格服务器适于存储与一个数 据点图相关的配置数据，所述数据点图将所述网格网络中的每个输入/输出 数据点对应于所述过程控制系统中的 一 个数据点位置标志符。)
25. 如权利要求18所述的系统，其中所述网格服务器适于存储与多个数 据点图相关的配置数据，每个数据点图将所述网格网络中的至少 一个输入/ 输出数据点对应于所述过程控制系统中的 一 个数据点位置标志符，并且所述 网格服务器适于根据每个数据点图的不同速度，将所述网格网络数据更新到 所述过程控制系统。
26. 如权利要求18所述的系统，其中所述网格服务器适于存储与将所述 网格网络数据更新到所述过程控制系统的速度相关的配置数据。
27. 如权利要求18所述的系统，其中所述网格服务器适于存储与用于连 接到所述过程控制系统的信息相关的配置数据。
28. 如权利要求18所述的系统，其中所述网格服务器适于存储与所述网 格网络数据的属性相关的配置数据。
29. 如权利要求18所述的系统，其中所述网格服务器适于在所述过程控 制系统中针对所述网格网络中的输入/输出数据点创建数据点位置标志符。
30. 如权利要求18所述的系统，进一步包括过程控制系统，该过程控制 系统包括过程控制服务器，所述过程控制服务器通信连接到所述网格服务 器，并且适于针对所述网格网络中的每个输入/输出数据点定义所述数据点 位置标志符。
31. 如权利要求30所述的系统，其中所述过程控制服务器包括用于过程 控制的对象链接和嵌入OPC服务器，并且所述过程控制接口包括OPC。
32. 如权利要求30所述的系统，其中所述过程控制服务器适于将所述数 据点位置标志符当成源自所述过程控制系统的输入/输出数据点来使用。
33. 如权利要求30所述的系统，其中所述网格服务器适于将所映射的网 格网络数据写到所述过程控制服务器。
34. 如权利要求18所述的系统，其中所述网格网络至少与所述过程控制 系统部分重叠，所述输入/输出数据点与所述过程控制系统中的实体相关， 并且所述网格网络数据包括过程控制数据。
35. 如权利要求18所述的系统，其中所述过程控制系统包括所述网格网 络，所述网格网络中的所述输入/输出数据点和所述过程控制系统中的所述 数据点位置标志符与所述过程控制系统中的实体相关，并且所述过程控制系 统适于使用所述数据点位置标志符来与所述实体进行交互。 200710161538.0权利要求书第6/9页
36. 如权利要求18所述的系统，其中所述网格服务器适于在所述过程控 制系统中的数据点位置标志符和所述网格网络中的输入/输出数据点之间映 射从所述过程控制系统读取的过程控制数据，并且所述网格服务器进一步适 于通过网格网络接口将所映射的过程控制数据写到所述网格网络。
37. —种在过程控制系统和网格网络中的输入/输出数据点之间进行通信 的方法，其中所述输入/输出数据点不能由所述过程控制系统存取，所述方 法包括接收来自所述过程控制系统的过程控制数据；在所述过程控制系统中针对所述输入/输出数据点配置的数据点位置标 志符和所述网格网络中的所述输入/输出数据点之间映射所述过程控制数 据；通过网格网络接口与所述网格网络建立通信；以及 通过所述网格网络接口 ，将所映射的过程控制数据写到所述网格网络中 的所述输入/输出数据点。
38. 如权利要求37所述的方法，其中接收来自所述过程控制系统的过程 控制数据的步骤包括通过过程控制接口接收来自所述过程控制系统的过程 控制数据，其中所述过程控制接口包括针对所述过程控制系统中的实体的通 用接口 。
39. 如权利要求38所述的方法，其中所述过程控制接口包括用于过程控 制的对象链接和嵌入OPC。
40. 如权利要求39所述的方法，其中接收来自所述过程控制系统的过程 控制数据的步骤包括通过OPC通信链路接收来自所述过程控制系统的过 程控制数据。
41. 如权利要求3 7所述的方法，其中所述网格网络接口包括用于多个网 格网络的通用接口 。
42. 如权利要求37所述的方法，其中所述过程控制系统包括一个或多个 实体，每个实体包括输入/输出数据点并且通信连接到所述网格网络，所述过程控制系统包括针对每个输入/输出数据点的数据点位置标志符。
43. 如权利要求37所述的方法，其中所述过程控制系统包括私有过程控 制系统应用编程接口，所述方法进一步包括调用私有过程控制系统应用编程接口 ；从无线网络将所述无线数据读到所述过程控制系统；以及 从所述无线网络将所述无线数据直接写到所述过程控制系统。
44. 一种工厂中的过程控制系统，包括适于存储多个数据点位置标志符的数据库，其中数据点位置标志符引用 通信连接到无线网格网络的实体的输入/输出数据点，并与所述过程控制系 统中为来自所述输入/输出数据点的数据保留的位置相关；以及通信连接到所述数据库并通信连接到网格服务器的过程控制系统服务 器，所述过程控制系统服务器适于通过网格服务器接收来自输入/输出数据 点的网格网络数据，其中所述输入/输出数据点与通信连接到无线网格网络 的过程控制实体相关，所述过程控制系统服务器进一步适于在没有使用任何 输入/输出数据点的情况下使用所述数据及所述数据点位置标志符来执行所 述工厂中的功能。
45. 如权利要求44所述的过程控制系统，进一步包括通信连接到所述过 程控制服务器及所述网格服务器的过程控制接口 。
46. 如权利要求45所述的过程控制系统，其中所述过程控制接口包括用 于过程控制的对象链接和嵌入OPC接口 。
47. 如权利要求44所述的过程控制系统，其中所述过程控制系统服务器 包括用于过程控制的对象链接和嵌入OPC服务器。
48. 如权利要求44所述的过程控制系统，其中所述过程控制系统服务器 适于将数据写到所述网格服务器，以便与所述实体进行通信。
49. 如权利要求44所述的过程控制系统，其中所述实体包括过程控制实体。
50. 如权利要求44所述的过程控制系统，进一步包括多个过程控制实体，每个过程控制实体与 一 个或多个输入/输出数据点相关；包括多个输入/输出数据点的网格网络，其中所述多个过程控制实体中 的每个过程控制实体包括所述多个输入/输出数据点中的 一 个或多个输入/输出数据点；其中所述过程控制服务器适于接收网格网络数据，并将所述数据从所述 输入/输出数据点中的每个输入/输出数据点发送到所述网格网络，以及进一 步适于在没有使用任何输入/输出数据点的情况下，使用所述网格网络数据 及所述数据点位置标志符来执行所述工厂中的功能。
51. —种用于在网格网络和过程控制系统之间进行通信的服务器系统， 所述服务器系统包括处理器；数据库，该数据库适于存储数据点图，所述数据点图将所述过程控制系 统中的数据点位置标志符与所述网格网络中的输入/输出数据点联系起来；适于由所述处理器执行的接口例程，其访问所述网格网络的网格驱动 器，以存取所述网格网络中的 一 个或多个所述输入/输出数据点的网格网络 数据；以及适于由所述处理器执行的服务例程，其通过所述接口例程与所述网格网 络连接，读取来自所述网格网络的网格网络数据，根据所述数据点图将输入 /输出数据点的所述网格网络数据映射到对应的数据点位置标志符，以及将 所映射的网格网络数据写到所述过程控制系统。
52. 如权利要求51所述的服务器系统，其中所述数据库适于存储多个数 据点图，所述数据点图将所述过程控制系统中的数据点位置标志符与 一个或 多个网格网络中的输入/输出数据点联系起来；以及中的每个数据点图的更新速度，将来自所述网格网络的数据更新到所述过程 控制系统。
53. 如权利要求51所述的服务器系统，其中所述接口例程进一步适于由 所述处理器执行用来接收来自所述服务例程的请求、将所述请求转换为所述 网格驱动器理解的请求、以及将所转换的请求传送到所述网格网络驱动器。
54. 如权利要求51所述的服务器系统，其中所述数据库适于存储多个应 用编程接口 ，并且所述接口例程进一步适于由所述处理器执行用来利用所述 针对每个网格驱动器的多个应用编程接口中的 一个访问多个网格驱动器，其 中每个网格驱动器对应于一个网格网络，以便存取每个网格网络中的 一个或 多个所述输入/输出数据点的网格网络数据。
55. 如权利要求51所述的服务器系统，其中所述接口例程进一步适于由 所述处理器执行用来使用所述相同的应用编程接口访问多个网格驱动器。
56. 如权利要求51所述的服务器系统，其中所述服务例程进一步适于通 过所述过程控制系统的用于过程控制的对象链接和嵌入OPC接口 ，将所映 射的网格网络数据写到所述过程控制系统。
57. 如权利要求51所述的服务器系统，其中所述服务例程进一步适于读 取来自所述过程控制系统的过程控制数据，根据所述数据点图将所述过程控 制系统中数据,泉位置标志符的所述过程控制数据映射到所述网格网络中对 应的输入/输出数据点，以及通过所述接口例程将所映射的过程控制数据写 到所述网格网络中的所述输入/输出数据点。
全文摘要
本发明公开了在无线网络和通过诸如OPC和专有API的过程控制系统接口通信连接到服务器的过程控制系统之间进行通信的方法及系统。无线网络可以是网格网络，服务器可以是网格服务器。服务器接收来自无线网络的数据，该数据是从无线网络中的输入/输出数据点产生的。服务器在输入/输出数据点和过程控制系统中数据点位置标志符之间映射数据。服务器通过过程控制接口将映射数据写到过程控制系统的对应数据点位置标志符，而所映射的数据被提供给过程控制系统，作为源自过程控制系统的过程控制数据。过程控制数据也可以被提供给服务器，在过程控制系统的数据点位置标志符和无线网络的输入/输出数据点之间映射，并且所映射的过程控制数据被写到对应的输入/输出数据点。
文档编号G05B19/418GK101165623SQ200710161538
公开日2008年4月23日 申请日期2007年9月29日 优先权日2006年9月29日
发明者杨申苓, 汤姆·安纳维尔, 约翰·R·谢波德, 阿洛伊休斯·K·莫克, 陈德基, 马克·J·尼克松 申请人:费舍-柔斯芒特系统股份有限公司