专利名称：具有自我描述的现场设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及现场设备，具体为具有自我描述的现场设备。
背景技术：
在各种制炼厂(比如化学精炼厂以及制药厂)中使用现场设备，以测量、监视和控制过程的参数。现场设备可以是诸如阀门控制器或致动器(actuator)的控制设备、诸如过程压力变送器等等的过程变量变送器、或可以影响与过程相关联的值或受到与过程相关联的值的影响的任何其它设备。很多现场设备是所谓的“智能”现场设备，其中，它们能够进行数字通信，且一般包括微处理器或其他合适的处理电路。智能现场设备存储并数字化地发送对于现场设备本身特定的详细信息，包括校准、诊断信息、维护信息、配置信息等等。除了过程信息之外，还可以发送所有这种信息。一些现场设备可以存储并发送设备进行测量所用的单位、关于设备是否正确工作的指示、设备的最大和最小测量范围、诊断信息等等。实际上，很多智能现场设备能够执行与它们自身相关的操作，比如自我诊断和/或自我校准。智能现场设备一般根据过程标准通信协议来数字化地进行通信。这种协议的示例包括高速可寻址远程传感器 (HART )协议、FOUNDATIONTM Fieldbus 协议等等。一般根据设备的通信协议来执行与特定智能现场设备的通信。一些过程标准通信协议(诸如FOUNDATION Fieldbus和HART )使用根据设备描述语言编写的设备描述 (DD)。设备描述语言(DDL)是人类可读的语言，其提供了用于描述智能现场设备的能力的协议，比如来自现场设备的可用数据，与智能现场设备相关联的且从其检索到的数据的意义，以及使用智能现场设备仪器的方法或步骤。还一般在设备描述中阐明用于与现场设备进行通信以获得数据和用户接口信息的格式。设备描述(DD)是根据通信协议或特定DDL来编写的文件，其指定了与特定智能现场设备相关的可用信息。智能现场设备的设备描述一般指定五类信息，包括1)与设备相关联的参数和/或属性的标识，包括定义了参数和/或属性的数据的类型(比如参数和/或属性是否是变量、数组、或记录，以及与每一个参数和/或属性相关联的单位)； 2)用于与现场设备通信所必需的命令，包括与如何向现场设备发送消息以及从现场设备接收消息相关的信息；3)用户接口数据，比如在逻辑上将与参数和/或属性相关的数据进行分组的菜单和显示；4)与智能现场设备相关的主机设备所运行的方法或步骤，这种方法可以包括向用户提供指令形式的信息，和/或向智能现场设备发送消息，以实施例如在现场设备上的诊断或校准程序；以及5)功用信息(utility information)，比如与参数、 命令、用户接口、以及方法信息相关的要使用的参数或属性的设备描述编写者定义的分组 (device-description writer-defined groupings)。为了开发智能现场设备的设备描述源文件，开发商或制造商一般使用与现场设备相关联的通信协议的设备描述语言，来描述现场设备的核心或本质特性。附加地，开发商可以提供与现场设备的功能和特殊特征相关的组特定和/或供货商特定的定义。然后使用例如分词器(tokenizer)将已开发的设备描述源文件编译为机器可读设备描述目标文件。一般由设备制造商或第三方开发商向用户提供设备描述对象文件，以存储在主机系统(比如现场设备管理系统或手持现场维护工具)中。主机系统使用智能现场设备的设备描述对象文件，对与智能现场设备的接口的完整描述进行解码并定义。—些智能现场设备(比如可以包括温度、压力、电平和流量仪表的 F0UNDATI0NTMFieldbuS设备以及诸如(但不限于)阀门的最终控制单元)使用被称作“电子设备描述”的技术向主机系统(比如位于固定平台和便携式平台中的分布式控制系统、可编程逻辑控制器、或资产管理软件)提供与智能现场设备的全部能力以及访问现场设备及其能力的方式相关的信息。智能现场设备的损耗或故障可能对过程产生严重的后果，包括质量下降、生产损失、无意的放射、和/或对工厂员工安全的危害。智能现场设备的制造者有时发布设备硬件和/或软件的新的修订版本，以纠正问题或增强功能。这些新的修订版本有时需要不同的电子设备描述来描述设备能力以及访问这些能力的方式。尽管修订了设备，设备型号一般不改变。因此，最终用户可能拥有具有相同型号的、但不同修订程度的若干设备。为了访问和使用设备功能，必须在主机上安装针对每一个特定设备修订版本的电子设备描述。传统上，可以从包括供货商网站和机构(foundation)(比如Fieldbus机构)在内的若干源获得电子设备描述。有时将这些电子设备描述(在CD或其它计算机可读介质上) 与现场设备一起发货。如果现场设备的用户不知道特定设备已进行了修订且不知道需要新的电子设备描述来访问和使用设备功能，用户可能不能获得恰当的电子设备描述并在主机系统上安装。如果该情况发生，则用户可能发现不能设置、运转(commission)、配置或启动智能现场设备。现场设备有时位于远程位置，比如海上钻井平台和互联网接入不可用的其他位置。这使得用户不能容易地从传统源(比如供货商或互联网网站)获得电子设备描述。 这可能导致多种不希望的后果。
发明内容
本发明提供一种具有自我描述的现场设备。所述现场设备包括环路通信电路，被配置为使用过程标准通信协议来传输过程信息。控制器耦合到所述环路通信电路，使用所述环路通信电路与一个或多个过程设备进行通信。所述控制器耦合到具有多个块的非易失性可写入非暂时计算机可读介质。第一块包含设备可执行代码，当由所述控制器执行所述设备可执行代码时，所述设备可执行代码使所述现场设备提供至少一个过程控制功能。至少与所述第一块一样大的第二块包含所述现场设备的电子设备描述。
图1是根据本发明的实施例的包括现场设备在内的过程控制系统的概略图。图2是根据本发明的实施例的图1所示的现场设备的立体图。图3是根据本发明的实施例的现场设备的框图。图4是根据本发明的实施例的现场设备中包含的多个存储器块的概略图。图5是根据本发明的实施例的从现场设备中下载与现场设备相关的设备描述的方法的流程图。
图6是根据本发明的实施例的从智能现场设备向个人计算机下载设备描述的方法的流程图。图7是根据本发明的实施例的从现场设备向便携式设备下载设备描述的方法的流程图。
具体实施例方式如上所述，用户有时难以获得正确的设备描述以与特定智能现场设备进行交互。 设备修订版本有时会改变。这意味着用户可能有两个看起来相同的现场设备，但是这些设备可能需要两个不同的设备描述，且如果用户尝试使用一个设备时，该设备可能不工作。在没有正确的设备描述的情况下，不能运转或配置设备。当前处理该情况的方法是让消费者从合适的源(比如F0UNDATI0NTMFieldbuS网站)下载设备描述。用户有时无法这么做，或者情况可能是时间紧迫的，而从互联网下载正确的设备描述所需的延迟可能导致关机或其他负面用户后果。有时将该情况视为设备问题，且制造商花费了大量的资源来处理该情况。根据本发明的各种实施例，现场设备中的非易失性存储器的可写入部分用于存储针对该现场设备的正确设备描述。非易失性存储器的该可写入部分通常保留为空的，以容纳可能的固件下载。例如，F0UNDATI0NTMFieldbuS设备一般具有被划分为两块的可写入非易失性存储器(一般具有闪存的形式)。一块包含所有设备可执行代码和设置、配置、以及运转信息。该块还包含实时操作信息。可写入非易失性存储器的第二块一般保留为空。将该存储器设计到设备中，使得可以用新的设备可执行代码来更新设备，同时在更新过程期间继续使用原始可执行代码来操作。对于F0UNDATI0NTMFieldbuS设备，在标准中需要该能力。用新的可靠执行代码来更新设备是已知的过程。一般地，将新的设备可执行代码下载到设备中的可写入非易失性存储器的第二块中。现场设备使用在第一可写入非易失性存储器块中包含的可执行代码和其他信息继续操作。一旦完成新的可执行代码的下载，且已将其验证为正确的，则智能现场设备从使用存储器的第一块中的原始可执行代码切换到使用存储器的第二块中的已更新的可执行代码。该设计意味着设备(比如智能 F0UNDATI0N Fieldbus设备)一般具有两倍的用于写入可执行代码所需的物理可写入非易失性存储器，且可写入非易失性存储器的一半一般是未使用的。根据本发明的实施例，使用基本为空的该第二块存储器来存储现场设备的正确设备描述。可以在制造时将智能现场设备的正确设备描述加载到设备中，且可以提供简单的工具将设备描述上载到个人计算机或手持现场维护工具中，从而确保用户将一直具有该设备的正确的设备描述。此外，由于存储容量已经存在于这些智能现场设备中，因此不需要附加的硬件成本来实现本发明的实施例。图1是包括了连接到过程管道16的智能现场设备12在内的过程控制系统的概略图。现场设备12耦合到过程通信环路18，过程通信环路18根据过程工业通信标准来操作，比如F0UNDATI0NTMFieldbus标准或HART 标准。过程控制环路18在智能现场设备 12和控制室20之间运行。HART 协议允许在通过环路18的模拟电流上叠加数字信号， 使得可以向智能现场设备12发送数字信息并从智能现场设备12接收数字信息。在根据 F0UNDATI0N Fieldbus标准操作时，环路18携带数字信号，且可以将环路18耦合到多个智能现场设备。现场设备的特征一般在于它们在户外环境下长时间操作的鲁棒能力。通常地，现场设备具有现场加固的外壳，使得可以在相对恶劣环境的户外安装，且能够抵挡极端气候条件温度、湿度、震动、机械震荡等等。这些设备一般可以用相对低的功率来进行操作。例如，一些当前可用的现场设备从已知的4-20mA环路上接收其全部操作功率。图2是智能现场设备12的立体图，其具有耦合到传感器模块42的歧管过程耦合 (manifold process coupling)44，传感器模块42包含对过程流体的参数进行感测的传感器，比如压力传感器。置于电子外壳40内的电子装置测量传感器的电特性，且通过过程通信环路18向其他设备提供通信。图3是根据本发明的实施例的智能现场设备12的系统框图。智能现场设备12包括在本实施例中被示出为可经由端子5254与过程通信环路18耦合的环路通信模块50。 环路通信模块50耦合到控制器60，使得可以将来自控制器60的信息转换为适合在过程通信环路18上进行通信的物理信号。例如，环路通信模块50可以被配置为根据HART 通信协议来产生信号。在另一实施例中，环路通信模块50可以被配置为根据FOUNDATION Fieldbus协议来产生信号。在其他实施例中，环路通信模块50可以不直接耦合到任何有线连接(无论什么有线连接)上，而是耦合到天线，且被配置为根据无线过程通信协议来产生无线过程通信信号。无线过程通信协议的合适示例是由HART 通信机构在2007年9 月公布的无线HART标准。无线HART规范的相关部分包括HCF_Spec 13，revision 7. 0 ； HART Specification 65-ffireless Physical Layer Specification ；HART Specification 75-TDMA Data Link Layer Specification(TDMA 指代时分多址)；HART Specification 85-Network Management Specification；HART Specification 155-ffireless Command Specification ；以及 HART Specification 290-ffireless Devices Specification。智能现场设备12还包括电源模块62，在所述实施例中，电源模块62耦合到端子 52，以允许现场设备12基于通过端子52和M接收的功率来进行操作。在智能现场设备12 不耦合到有线过程通信环路的实施例中，电源模块62可以简单的就是电池(可再充电的或其他类型的)或超大电容器(supercapacitor)。此外，电源模块62的实施例可以包括从智能现场设备12附近的环境中收获或以其他方式提取电功率的已知技术。控制器60优选地是微处理器，其包括可写入非易失性存储器64，或与可写入非易失性存储器64耦合。存储器64是非暂时计算机可读介质，且下面将结合图4来更详细的描述它。现场设备12还包括换能器(transducer) 66，或与换能器66耦合，换能器66可以是传感器或致动器。在换能器66是传感器的实施例中，现场设备可以感测过程变量，比如温度、压力、流量或任何其他合适的过程变量，并经由环路通信模块50提供对过程变量的指示。在换能器66是致动器的实施例中，现场设备12可以是数字阀门控制器，其经由环路通信模块50接收信息，并基于接收到的信息来物理地设置变量，比如阀门关闭。图4是根据本发明的实施例的存储器单元64的概略图。优选地将存储器单元64 体现为电子可擦除以及可重复写入的非易失性存储器。该类型存储器的优选示例是闪存。 存储器单元64包括第一块66和至少与第一块66 —样大的第二块68。在第一块66中，在引用标号66-1处提供通信栈，且如引用标号66-2所指示的，提供功能块。将第二块68中的部分预留用于新的软件镜像文件，该新的软件镜像文件用于用新的设备可执行代码来更新现场设备，以更新、增强或以其他方式矫正现场设备的操作。一旦向部分68中下载新的可执行代码完成了，且现场设备或其他合适设备已将其验证为正确的，则现场设备从使用第一块66中的原始可执行代码切换至使用块68中的已更新的可执行代码。如图4所示，由设备制造商或其他合适的设备提供方来提供设备描述70，并将其存储在传统上预留用于新的镜像文件的块68中。附加地，通过软件、硬件或其组合来配置控制器60，以接收针对存储在块68中的设备描述70的请求，并向发起请求的设备提供设备描述。附加地，智能现场设备12依靠控制器60还允许以下不受约束的能力通过自动允许已更新的代码盖写在部分68中驻留的设备描述，来升级设备可执行代码。这至少有助于若干目的。首先，可以维持对整个现场设备可执行代码进行升级的简易性。其次，由于已升级的设备可执行代码可以包括新的或不同的特征，一旦新的设备可执行代码开始盖写设备描述文件，则自动地废弃在部分68中驻留的设备描述文件。图5是根据本发明的实施例的从现场设备获得设备描述的方法的流程图。方法 100开始于框102，其中，在智能现场设备附近，本地耦合手持配置工具(比如德克萨斯州的奥斯汀的 Fisher-Rosemount Systems 公司提供的 Model 375 Communicator)，如框 105 所示。附加地，可以如引用标号104所示的，利用个人计算机进行本地耦合(在恰当的情况下)。可以经由有线连接来执行本地耦合，比如经由Model 375Communicator的配线端子或经由另一个合适的有线连接，如引用标号106所示的。此外，可以使用如框108所示的短距无线通信来执行本地耦合。短距无线通信的合适示例包括根据IEEE 802.11(b)的Wi-Fi、 和/或已知的蓝牙协议。一旦将智能现场设备以通信方式耦合到本地计算设备(手持通信器(Communicator) 375或个人计算机)，则经由从现场设备到计算设备的通信链路来下载现场设备的设备描述，如框110所示。随后，在框112，可以对从现场设备接收的设备描述进行解析或以其它方式处理，以向使用本地计算设备或手持通信器的技术人员提供该设备描述，从而以对于现场设备的独特能力和规范所特定的方式与现场设备交互，如框112所示。 优选地，方法100在框114处继续，在该框114中，将从现场设备接收的且驻留在个人计算机或手持通信器中的设备描述添加到在个人计算机或手持通信器上驻留的设备描述的本地数据库中。相应地，到达现场设备处且不具有与该现场设备相关的设备描述的技术人员仍然能够从该设备获得设备描述，且在不提前具有设备特定信息的情况下，可以用设备特定的方式与该设备交互。图6是根据本发明的实施例从智能现场设备下载设备描述的另一方法的流程图。 方法200开始于框202，在框202中，调用了驻留在PC上的工具或软件应用。在调用该工具时，该工具使个人计算机通过过程通信环路(耦合到个人计算机)与现场设备通信。该通信允许驻留在PC上的工具从现场设备下载设备描述，如框204所示。一旦如框204所示， 工具已从智能现场设备下载了设备描述，则如框206所示，将已下载的设备描述文件加载到资产管理系统(AMQ和/或分布式控制系统和/或用于控制、监视和/或数据获取的任何合适的其它系统。这允许计算机及耦合到计算机的其他合适设备与智能现场设备进行设备特定的交互。图7是根据本发明的实施例的从智能现场设备下载设备描述的另一方法的流程图。方法300开始于框302，在框302中，将专用设备、合适的蜂窝电话、或个人数字助理(PDA)以通信方式耦合到现场设备。可以使用有线连接304或无线连接306来执行该通信耦合。无线通信的合适示例包括已知的蓝牙规范以及无线HART 通信(在专用设备的实例中)。如本文所使用的，专用设备是被特别设计为以通信方式耦合到智能现场设备并获得其设备描述的设备。该专用设备还被配置为通过已知的手段向另一个合适的主机(比如手持现场维护工具或个人计算机)提供设备描述。一旦将专用设备、蜂窝电话或PDA耦合到现场设备，则框308执行，其中，现场设备将设备描述上载到该合适的设备。之后，框310执行， 其中，将专用设备、蜂窝电话或PDA耦合到合适的主机，比如手持现场维护工具或个人计算机。在专用设备、蜂窝电话或PDA以及个人计算机之间的耦合可以经由无线耦合312(比如 Wi-Fi314、蓝牙316或红外通信318)。附加地或备选地，在专用设备、蜂窝电话或PDA以及个人计算机之间的通信可以经由有线耦合320。有线耦合的示例包括使用以下各项的耦合 通用串行总线322、已知的火线规范324、串行通信(比如RS-232通信)3 、和/或并行通信(比如经由个人计算机的并行端口)328。不管耦合的类型，耦合本身允许专用设备、蜂窝电话或PDA将从现场设备接收到的设备描述上载到合适的资产管理系统中，使得资产管理系统和耦合到资产管理系统的设备能够以设备特定的方式与现场设备交互。本发明的实施例通常向现场设备的用户和技术人员提供大量的优点。具体地，在从工厂中将设备发货时，在设备闪存中包括了针对特定智能现场设备和设备修订的正确的电子设备描述。这意味着，针对设备的初始设置、配置以及运转，正确的电子设备描述将一直可用。此外，由于在设备中已设计和制造的可写入非易失性存储器中存储电子设备描述， 对于售卖以实现该能力的货物没有增加成本。尽管已结合了优选实施例描述了本发明，本领域技术人员将认识到可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对形式和细节作出改变。
权利要求
1.一种具有自我描述的现场设备，所述现场设备包括环路通信电路，被配置为使用过程标准通信协议来传输过程信息；以及控制器，耦合到所述环路通信电路，以使用所述环路通信电路与一个或多个过程设备进行通信，所述控制器耦合到具有多个块的非易失性可写入非暂时计算机可读介质，多个块包括第一块和第二块，第一块包含设备可执行代码，当由所述控制器执行所述设备可执行代码时，所述设备可执行代码使所述现场设备提供至少一个过程控制功能，第二块至少与所述第一块一样大，所述第二块包含所述现场设备的电子设备描述。
2.根据权利要求1所述的现场设备，还包括可操作地耦合到过程的换能器。
3.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述换能器是被配置为感测所述过程的变量的传感器。
4.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述换能器是被配置为改变所述过程的参数的致动器。
5.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述通信协议是RnmdationFieldbus协议。
6.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述通信协议是HART协议。
7.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述非易失性可写入的非暂时计算机可读介质是闪存。
8.根据权利要求1所述的现场设备，其中，所述第二块是用于向所述现场设备写入已更新的设备可执行代码的预留存储器。
9.根据权利要求1所述的现场设备，还包括电源模块，该电源模块被配置为以从过程通信环路接收的功率向所述现场设备供电。
10.一种获得与现场设备相关的设备描述的方法，所述方法包括 物理地访问所述现场设备；将主机本地耦合到所述现场设备；从所述现场设备中的可写入非易失性存储器的预留块中将所述设备描述下载到所述主机；以及使用所述设备描述，以设备特定的方式与所述现场设备进行后续交互。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述主机是手持通信器。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述主机是PC。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述主机是个人数字助理。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述主机是蜂窝电话。
15.一种获得与耦合到过程通信环路的现场设备相关的设备描述的方法，所述方法包括调用以通信方式与所述过程通信环路耦合的个人计算机上的软件应用； 用所述软件应用从所述现场设备的可写入非易失性存储器的预留块中将所述设备描述下载到所述个人计算机；以及使用所述设备描述，以设备特定的方式与所述现场设备进行后续交互。
全文摘要
本发明提供一种具有自我描述的现场设备。所述现场设备包括环路通信电路，被配置为使用过程标准通信协议来传输过程信息。控制器耦合到所述环路通信电路，以使用所述环路通信电路与一个或多个过程设备进行通信。所述控制器耦合到具有多个块的非易失性可写入非暂时计算机可读介质。第一块包含设备可执行代码，当由所述控制器执行所述设备可执行代码时，所述设备可执行代码引起所述现场设备提供至少一个过程控制功能。至少与所述第一块一样大的第二块包含所述现场设备的电子设备描述。
文档编号G05B19/418GK102445928SQ20111026038
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月5日 优先权日2010年10月13日
发明者托马斯·查尔斯·华莱士, 马科斯·佩卢索 申请人:罗斯蒙德公司