无线控制设备中的调度功能的制造方法与工艺

本发明概括而言涉及过程工厂安全系统并且更具体而言涉及现场设备中的调度动作。

背景技术：
在诸如化工、石油和其他过程中使用的过程控制系统一般包括经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线可通信地耦接到至少一个主机工作站以及到一个或多个过程控制和仪器设备的一个或多个集中式或分散式过程控制器。现场设备如阀、阀定位器、开关、发射器和传感器(例如温度传感器、压强传感器或流速传感器)执行该过程中的各种功能，如开启或关闭阀或者测量过程参数。过程控制器(经由通信总线)接收用于指示由现场设备进行的或者与现场设备相关联的过程测量或过程变量的信号，基于接收到的信息实现控制例程并且生成控制信号，该控制信号通过一个或多个总线发送给该现场设备以控制该过程的操作。典型地使得来自现场设备和控制器的信息对于由主机工作站执行的一个或多个应用可用，以使得操作员能够执行关于该过程的希望的功能，如查看该过程的当前状态、修改该过程的操作等等。用于执行一个或多个过程控制功能的“智能”现场设备在过程控制工业中已经变得盛行。除了执行该过程之中的主要功能(例如监控温度或者控制阀位置)之外，每个智能现场设备包括存储器和微处理器。该存储器存储涉及该设备的数据，并且该微处理器与控制器和/或其他设备进行通信并且/或者执行次要任务，如自校准、识别、诊断等等。已经开发了大量标准的、开放的、数字的或者组合的数字和模拟通信协议(如寻址远程传感器数据公路FOUNDATIONTMFieldbus、Device-和控制器区域网络(CAN)协议)，以使得由不同制造商制造的智能现场设备能够在执行一个或多个过程控制功能时彼此通信。具体而言，无线格型网络，如和国际自动化协会(ISA)100.11a标准网络在过程控制中已经变得日益盛行。在操作期间，主机通常向现场设备发送命令以便开始该现场设备中的动作(如开启或关闭阀)。为了执行该动作，现场设备因此需要首先接收并且处理来自该主机的信号。在无线通信系统中，在接收并且正确地解码信号之后，现场设备通常将“确认”发送回主机，通知主机该信号已被正确地接收。通常每当现场设备需要执行动作时，发生该现场设备与主机之间的这种通信交换。例如，如果希望开启阀并且随后在特定时间段之后关闭该阀，则主机将需要向阀定位器发送信号以开始开启动作，接收来自阀定位器的用于确认已经正确地接收到用于开始开启动作的信号的确认，向阀定位器发送信号以开始关闭动作，并且接收来自阀定位器的用于确认已经正确地接收了用于开始关闭动作的信号的确认。由于与典型的通信系统相关联的固有的延时(例如设备接收并且处理来自主机的信号所花费的时间量)，为了控制设备执行动作而需要发生的通信交换限制了可以由该设备执行该动作的速度(例如当需要快速连续地执行大量动作时)。在无线通信系统中通信延时问题特别重要，因为当与经由有线连接接收类似命令相比时，通常现场设备花费更长时间来经由无线通信链路接收并且处理所接收的信号。此外，典型地由基于电池的功率模块对无线过程控制系统中的现场设备进行供电，以免限制设备在工厂环境中的放置。因此限制现场设备与无线控制网络中的主机之间的通信交换以便节省现场设备处的功率并且从而允许由电池模块有效地对该设备供电更长时间(例如数年)是非常有益的。

技术实现要素：
根据一个实施方式，一种在过程控制系统中使用的现场设备包括处理器和计算机可读存储器，该计算机可读存储器具有可在该处理器上执行的计算机可读指令。该现场设备还包括调度模块，该调度模块存储在该存储器中并且当该调度模块在该处理器上执行时被配置为：接收时间输入，其中该时间输入指定用于执行所调度的动作或所调度的动作序列的所调度的时间，并且接收动作输入，其中该动作输入指定所调度的动作或所调度的动作序列。该调度模块还被配置为：在所调度的时间，自动地开始所调度的动作或所调度的动作序列。该调度模块还被配置为使得向可通信地耦接到该现场设备的第一主机发送开始状态并且/或者使得该开始状态被存储在该现场设备的本地存储器中。该开始状态指示已经开始了该动作或动作序列。根据一个或多个方面，该调度模块还被配置为：使得向该第一主机发送完成状态并且/或者使得该完成状态被存储在该本地存储器中。在一个方面，该完成状态指示已经完成了该动作或动作序列。在另一个方面，该完成状态指示已经成功地完成了该动作或动作序列或者未成功完成该动作或动作序列。该调度模块可以被配置为基于从该现场设备接收的反馈信息来确定该完成状态。根据一个示例性方面，用户可以经由在该现场设备处提供的本地用户接口来提供该时间输入和该动作输入。在另一个示例性方面，用户可以经由可通信地耦接到该现场设备的主机来提供该时间输入和该动作输入。在一个方面，可通信地耦接到该现场设备的该主机是便携式通信器。在一个方面，该现场设备是耦接到阀的阀定位器，并且所调度的动作对应于将该阀致动到设置点。在另一个方面，该现场设备是耦接到阀的阀定位器，并且所调度的动作序列对应于将该阀致动到第一设置点，并且在指定的时间段之后将该阀致动到第二设置点。根据另一个实施方式，一种在过程控制系统中使用的现场设备包括处理器和计算机可读存储器，该计算机可读存储器具有可在该处理器上执行的计算机可读指令。该现场设备还包括调度模块，该调度模块被存储在该存储器中并且当该调度模块在该处理器上执行时被配置为：接收动作输入，其中该动作输入指定要由该现场设备执行的所调度的动作或要由该现场设备执行的所调度的动作序列，并且接收开始指令，其中该开始指令指示应该开始所调度的动作或所调度的动作序列。该调度模块还被配置为在接收到该开始指令之后，开始所调度的动作或所调度的动作序列。根据一个方面，该调度模块还被配置为使得向可通信地耦接到该现场设备的主机发送开始状态并且/或者使得该开始状态被存储在该现场设备的本地存储器中。该开始状态指示已经开始了该动作或动作序列。根据一个或多个方面，该调度模块还被配置为使得向可通信地耦接到该现场设备的主机发送完成状态以及使得该完成状态被存储在该现场设备的本地存储器中。在一个方面，该完成状态指示已经完成了该动作或动作序列。在另一个方面，该完成状态指示已经成功地完成了该动作或动作序列或者未成功完成该动作或动作序列。根据另一个实施方式，一种用于调度在过程控制系统中操作的现场设备中的动作的方法，包括在该现场设备处电子地接收时间输入，其中该时间输入指定用于执行所调度的动作或所调度的动作序列的所调度的时间。该方法还包括在该现场设备处电子地接收动作输入，其中该动作输入指定所调度的动作或所调度的动作序列。该方法还包括在所调度的时间，自动地开始所调度的动作或所调度的动作序列；并且执行以下各项之中的至少一项：i)向可通信地耦接到该现场设备的主机发送开始状态以及ii)将该开始状态存储在该现场设备的本地存储器中。该开始状态指示已经开始了该动作或动作序列。根据另一个实施方式，一种过程控制系统包括现场设备和可通信地耦接到该现场设备的主机。该现场设备包括处理器和计算机可读存储器，该计算机可读存储器具有可在该处理器上执行的计算机可读指令。该现场设备还包括调度模块，该调度模块存储在该存储器中并且当在该处理器上执行时，被配置为：接收时间输入，其中该时间输入指定用于执行所调度的动作或所调度的动作序列的所调度的时间，并且接收动作输入，其中该动作输入指定i)所调度的动作或ii)所调度的动作序列。该调度模块还被配置为：在所调度的时间，自动地开始所调度的动作或所调度的动作序列。该调度模块还被配置为使得向可通信地耦接到该现场设备的第一主机发送开始状态并且/或者使得该开始状态被存储在该现场设备的本地存储器中。该开始状态指示已经开始了该动作或该动作序列。附图说明图1示出了根据本发明公开的实例包括具有调度能力的现场设备的过程控制系统；图2是根据所公开的实例装配的示例性现场设备的方框图，其中该示例性现场设备包括本地调度模块，主机控制系统可以利用该本地调度模块来自动地控制和/或监控该现场设备；图3是用于调度在所调度的时间和/或以所调度的时间间隔由现场设备自动地执行的动作的示例性方法的示例性流程图；图4是用于调度在接收到用于开始动作的指令之后由现场设备执行的动作的示例性方法的示例性流程图。具体实施方式图1示出了根据一个实施方式的、包括根据本公开的具有调度能力的现场设备的过程控制系统100。示例性过程控制系统100包括根据工业自动化协议(例如HART、PROFIBUSDP(分散式外设)等等)或其他合适的通信协议来进行操作的有线工厂自动化网络110以及根据合适的无线通信协议(例如WirelessHART、ISA100.11a、Wi-Fi协议、无线个域网(WPAN)协议、私有无线协议等等)或其他合适的无线通信协议来进行操作的无线工厂自动化网络150。有线工厂自动化网络110包括连接到一个或多个主机工作站或计算机111(其可以是任意类型的个人计算机或工作站)并且连接到一组输入/输出(I/O)设备116的一个或多个控制器114，其中每个输入/输出(I/O)设备116又连接到一个或多个现场设备122。控制器114可以是仅作为示例而言由Fisher-RosemountSystems，Inc.销售的DeltaVTM控制器，其经由例如以太网连接120或其他通信链路，可通信地耦接到主机计算机111。类似地，可以使用与例如标准4-20ma设备相关联的任意合适的硬件和软件和/或任意智能通信协议(如Fieldbus或HART协议)，将控制器114可通信地耦接到现场设备122。如通常所知的，控制器114实现或者监管存储在其中的或者以其他方式与之相关联的控制例程，并且与设备122通信以按照任意希望的方式控制过程。现场设备122可以是任意类型的设备，如阀、阀定位器、开关、传感器(例如温度传感器、压强传感器、振动传感器、流速传感器或pH传感器)、泵、风扇等等或者两个或更多个这些类型的组合，而卡组116中的I/O卡可以是符合任意合适的通信或控制器协议(如HART、Fieldbus、Profibus等等)的任意类型的I/O设备。现场设备122执行过程或过程控制环路之中的控制、监控和/或物理功能，如开启或关闭阀或者进行过程参数的测量。在图1中所示的实施方式中，现场设备122a-122c是通过模拟线路向I/O卡116a通信的标准4-20ma设备。在另一个实施方式中，现场设备122a-122c是Hart设备并且I/O卡116a是兼容Hart的I/O卡。在一个实施方式中，控制系统100包括4-20ma设备以及Hart设备。因此，在该实施方式中，控制系统100包括一个或多个兼容4-20ma的I/O卡以及一个或多个兼容Hart的I/O卡。在图1的实施方式中，现场设备122d-122f是使用例如Fieldbus协议通信通过数字总线118与I/O卡118通信的智能设备，如Fieldbus现场设备。当然，现场设备122和I/O卡116的组可以符合除了4-20ma、HART或Fieldbus协议之外的任意其他合适的标准或协议，包括在未来开发的任意标准或协议。每个控制器114被配置为使用通常被称为功能决的东西来实现控制策略，其中，每个功能块是总的控制例程的一部分(例如子例程)并且结合其他功能块(经由被称为链路的通信)来进行操作以实现过程控制系统100之中的过程控制环路。功能块通常执行以下功能之中的一个：输入功能，如与发射器、传感器或其他过程参数测量设备相关联的输入功能；控制功能，如与用于执行PID、模糊逻辑等控制的控制例程相关联的控制功能，或者用于控制一些设备(如阀)的操作以执行过程控制系统100中的一些物理功能的输出功能。当然，存在混合或其他类型的功能块。这些功能块的组被称为模块。功能块和模块可以被存储在控制器12中并且被控制器12执行，当这些功能块用于或者与标准4-20ma设备和一些类型的智能现场设备相关联时通常就是这种情况；或者可以被存储在现场设备自身中并且被现场设备自身执行，当利用Fieldbus设备时是这种情况。虽然在这里使用功能块控制策略来提供对控制系统的描述，但是也可以使用其他惯例，如梯形逻辑、顺序流程图等等并且使用任意合适的私有或非私有编程语言来实现或设计该控制策略。如上所述，过程控制系统100还包括利用合适的无线通信协议或者根据合适的无线通信协议来操作的无线通信网络150。为了清楚起见，本文的讨论参考WirelessHART通信协议，但是本文所述的技术和原理除了WirelessHART之外还可以应用于或者替代WirelessHAR...