网络设备和过程控制系统的制作方法

网络设备和过程控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种网络设备。所述网络设备被分配有一个公布时隙，所述网络设备包括：过程控制设备，用于产生过程控制数据；操作的耦合到所述过程控制设备的处理器，用于获得所述产生的过程控制数据；以及操作的耦合到所述过程控制系统包括的网络的连接，用于在所述公布时隙期间向所述网络公布所述过程控制数据。
【专利说明】网络设备和过程控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型一般地涉及在过程控制网络或者系统中公布数据或者事件，更特别地，涉及由过程控制网络中的网络设备延迟对数据或者事件的公布。
【背景技术】
[0002]过程控制网络中所包括的当前已知网络设备会被分配公布时机，以向网络发送或者公布过程控制数据。在所分配的公布时机内，网络设备会确定过程控制数据的当前值并且向网络发送或者公布该当前值。

【发明内容】

[0003]与之相比，本申请可以捕获发生在所分配的公布时隙之间的过程控制数据并将其公布。因而与不具备延迟公布的系统相比较，本申请可以用更全面和更适当方式来控制过程。本申请对至少下列方面进行了探讨:
[0004]一种网络设备，其通信地耦合到过程控制系统，包括:
[0005]到所述过程控制系统包括的网络的连接；
[0006]公布器，用于在分配给所述网络设备的公布时隙内向所述过程控制系统中的所述网络公布数据，其中所述数据对应于在所述过程控制系统中被控制的过程；和
[0007]存储一个或多个条目的缓存，所述一个或多个条目中的每个条目包括所述过程对应的所述数据的值，以及包括相应的时间戳，
[0008]其中所述公布器被触发经由所述连接、并在所述公布时隙内向所述网络公布所述缓存中的特定条目的内容，所述特定条目的内容包括对应于发生在所述公布时隙之前的时间阶段的特定时间戳。
[0009]如前述方面的所述网络设备，其中所述缓存的所述一个或多个条目对应于所述网络设备的采样速率。
[0010]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述采样速率是可配置的。
[0011]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述公布时隙包括在分配给所述网络设备的多个公布时隙中，并且
[0012]其中所述缓存的至少一个条目包括相应时间戳，所述时间戳指示发生在第一公布时隙出现之后和紧随所述第一公布时隙的第二公布时隙出现之前的时间阶段。
[0013]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述网络支持HART协议。
[0014]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述HART协议是无线HART协议。
[0015]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述过程对应的所述数据对应于过程控制事件。
[0016]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述过程控制事件对应于一种特定的状态，所述特定的状态包括在两个或更多的状态的组中。
[0017]如任何前述方面的所述网络设备，其中分配给所述网络设备的所述公布时隙由耦合到所述网络的网络管理器来指示，其中所述公布器被触发以经由所述网络向所述网络管理器公布所述条目的所述内容。
[0018]如任何前述方面的所述网络设备，其中存储在所述缓存中的所述条目是存储在所述缓存中的最旧的活跃条目，所述最旧的活跃条目基于包括在所述最旧的活跃条目中的所述时间戳来确定，并且在公布之后停用所述最旧的活跃条目。
[0019]一种由过程控制系统中的网络设备延迟公布数据的方法，所述网络设备包括任何前述的方面，并且所述方法包括:
[0020]在所述网络设备处接收分派给所述网络设备的公布时隙的指示，所述网络设备耦合到所述过程控制系统中包括的网络；
[0021]独立于所述公布时隙的出现，在所述网络设备处获得待向所述网络公布的数据，所述数据对应于在所述过程控制系统中被控制的过程；
[0022]在所述网络设备的缓存条目中，存储待向所述网络公布的所述数据和所述数据对应的时间戳；
[0023]触发公布所述过程对应的所述数据，包括确定所述缓存中的最旧的条目；和
[0024]由所述网络设备向所述网络公布所述缓存中的最旧条目的内容。
[0025]如前述方面的所述方法，其中获得所述过程对应的所述数据至少包括:获得所述过程相关事件对应的数据，或者获得所述过程相关参数的值。
[0026]如任何前述方面的所述方法，其中获得待向所述网络公布的所述数据包括，随着时间的推移，依照所述网络设备对应的采样速率获得待向所述网络公布的所述数据的多个数值，在所述缓存的所述条目中存储待向所述网络公布的所述数据以及该数据所对应的所述时间戳包括，在所述缓存的不同条目存储所述数据的所述多个数值中的每个值和所述每个值对应的时间戳。
[0027]如前述方面的所述方法，还包括配置所述网络设备对应的所述采样速率。
[0028]如前述方面的所述方法，其中获得待向所述网络公布的所述数据包括，依照所述网络设备对应的采样速率来获得待向所述网络公布的所述数据，并且所述公布时隙再出现的速率小于所述网络设备对应的所述采样速率。
[0029]如前述方面的所述方法，其中所述网络是无线HART网络，并且其中向所述网络公布所述缓存中的所述最旧的条目的所述内容包括，使用无线HART协议向耦合到所述网络的网络管理器发送所述缓存中的所述最旧的条目的所述内容。
[0030]如任何前述方面的所述方法，其中:
[0031]所述网络设备可工作在第一模式和第二模式；
[0032]当所述网络设备工作在所述第一模式时，触发公布所述过程对应的所述数据包括，在所述公布时隙内触发公布所述过程对应的所述数据，向所述网络公布所述缓存的所述最旧的条目的所述内容包括，在所述公布时隙内向所述网络公布所述缓存的所述最旧的的条目的所述内容；和
[0033]当所述网络设备工作在所述第二模式时，触发公布所述过程对应的所述数据是对确定所述缓存的所述最旧的条目的停止，也是对向所述网络公布所述缓存中的所述最旧的的条目的所述内容的停止，所述触发公布包括确定所述过程对应的所述数据的当前值，并在所述公布时隙内向所述网络公布所述过程对应的所述数据的所述当前值。[0034]如任何前述方面的所述方法，更进一步地包括配置所述网络设备以工作在所述第一模式，或者配置所述网络设备以工作在所述第二模式中的至少一个。
[0035]如任何前述方面的所述方法，其中:
[0036]触发公布所述过程对应的所述数据包括，在所述公布时隙内触发公布所述过程对应的所述数据，所述网络设备向所述网络公布所述缓存的所述最旧的条目的所述内容包括，在所述公布时隙内所述网络设备向所述网络公布所述缓存的所述最旧的条目的所述内容。
[0037]如任何前述方面的一种工作在过程过程控制系统中的网络设备，包括，处理器；缓存；
[0038]网络接口，将所述网络设备耦合到所述过程控制系统中包括的通信网络；
[0039]过程控制接口，用于获得过程控制功能对应的参数的值；
[0040]有形的、非暂时性存储器，具有存储在其中的指令，该指令由所述处理器执行以:
[0041]接收分配给所述网络设备的公布时隙的指示；
[0042]当所述网络设备工作在第一模式时:在所述公布时隙内经由所述过程控制接口，获得所述过程控制功能对应的所述参数的当前值，并且经由所述网络接口向所述通信网络公布所述参数的所述当前值；以及
[0043]当所述网络设备工作在第二模式时:在所述公布时隙内经由所述网络接口向所述通信网络公布存储在所述缓存的最旧的活跃条目的内容，所述最旧的活跃条目的所述内容包括，先前获得的、所述过程控制功能对应的所述参数的值，其中所述先前的获得值是在所述公布时隙发生之前的时间阶段中获得的；以及在公布所述最旧的活跃条目之后停用所述最旧的活跃条目。
[0044]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述指令还能够由所述处理器执行，以在所述缓存的不同条目中存储所述过程控制功能对应的所述参数的所述值中的每个值；并且在所述缓存的所述不同的条目中存储所述每个值对应的时间戳。
[0045]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述过程控制接口接收的所述参数的所述值是基于所述网络设备的采样速率来获取的，所述参数的至少一个值是在分配给所述网络设备的下一个公布时隙出现之前在所述网络设备的所述过程控制接口上获得的，并且所述指令还能够由所述处理器执行，以当所述网络设备工作在第二模式时，在所述缓存的相应的条目中存储所述参数的至少一个值中的一个和相应的时间戳。
[0046]如前述方面的所述网络设备，其中所述过程控制功能对应的所述参数的所述值由现场设备生成。
[0047]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述通信网络是无线HART通信网络。
【专利附图】

【附图说明】
[0048]本实用新型的实施例在附图中被示出并且将在下面的说明书中进行详细解释。附图中:
[0049]图1是一个方框图，其图示了一种利用无线HART网络在现场设备和路由器设备之间提供无线通信的系统，经由网关设备连接到工厂自动化网络；
[0050]图2是依照此处论述实施例中的一个所实现的无线HART协议层的示意图；[0051]图3A图示了一种示范调度程序，负责约束执行的设计；
[0052]图3B图示了一种示范调度程序，负责数据超帧配置；
[0053]图3C图示了一种示范调度程序，负责管理超帧配置；
[0054]图4是一种无线HART网络的调度的示范图解说明，包括时隙配置、分配及其他调度参数；
[0055]图5描述了一种用于提供过程控制数据的延迟公布的示例网络设备200的方框图；和
[0056]图6是一种过程控制系统中网络设备进行数据延迟公布的示例方法。
【具体实施方式】
[0057]图1图示了一种示范过程控制网络10，其中可以结合此处描述的延迟公布技术。在一个实施例中，过程控制网络10包括在一个处理厂中，例如石油、化学制品和/或其他类型的工业处理厂，过程控制网络10控制一个或多个通过该处理厂执行的过程。特别地，网络10可以包括工厂自动化网络12和通信网络14。在图1所示的过程控制网络10的实施例中，通信网络14被图解为支持无线HART(可寻址远距传感器高速通道)协议的通信网络，例如，一种"无线HART网络”。然而在网络10的一些实施例中，通信网络14可以支持有线的HART协议，例如，一种“有线HART网络”。在一些实施例中，网络10中可以包括有线和无线HART网络14两者。
[0058]该工厂自动化网络12可以包括一个或多个固定工作站16和一个或多个便携式工作站18，通过通信骨干链路20互连。该骨干链路20可以通过以太网、RS-485、ProfibusDP或者其他适当的通信协议来实现。工厂自动化网络12和无线HART网络14可以经由网关22连接。特别地，网关22可以用有线方式连接到骨干链路20，并可以通过使用任何适当已知协议与工厂自动化网络12通信。网关22可以作为独立设备，作为可插入主机或者工作站16或者18的扩充插槽的卡，或者作为基于PLC的系统或者基于DCS的系统的IO子系统的一部分，或者用任何其他方式来实现。网关22可以让网络12上运行的应用访问无线HART网络14的各种网络设备。除协议和命令转化之外，网关22还可以提供同步时钟，用于无线HART网络14的调度方案的时隙和超帧(在时间上均等间隔的通信时隙组)。
[0059]在一些情况中，网络可以具有一个以上的网关22。这多个网关可以通过提供额外带宽用于无线HART网络和工厂自动化网络12或者外部之间的通信，用于改善网络的有效吞吐量和可靠性。另一方面，网关22设备可以依照无线HART网络中的网关通信要求，向适当的网络服务请求带宽。当系统工作时，网关22可以更进一步地再评估必要的带宽。例如，网关22可能会接收到来自无线HART网络14外的主机的请求，要求获取大量的数据。网关设备22可以随后向专用服务，例如网络管理器，请求额外的带宽，以适应本业务。然后网关22在该业务完成后可以请求释放不必要的带宽。
[0060]在一些实施例中，网关22功能上分成虚拟网关24和一个或多个网络接入点25a、25b。网络接入点25a、25b可以是与网关22进行有线通信的分立的实际设备，以增加无线HART网络14的带宽和总可靠性。然而，尽管图1图示了在物理上分立的网关22和接入点25a、25b之间的有线连接26，可以理解的是部件22-26还可以作为一个整体的设备来提供。因为网络接入点25a、25b可以和网关设备22在物理上分立，每一接入点25a、25b可以被有策略地放在一些不同的位置。除增加带宽之外，多接入点25a、25b通过在一个或多个其他接入点补偿一个接入点上可能的劣质信号质量，可以增加网络的总可靠性。具有多接入点25a、25b还在一个或多个接入点25a、25b故障的情况下提供冗余。
[0061]网关设备22可以额外包含网络管理器软件模块27和安全管理器软件模块28。在另一实施例中，网络管理器27和/或安全管理器28可以在工厂自动化网络12中的主机的一个上运行。例如网络管理器27可以在主机16上运行，安全管理器28可以在主机18上运行。网络管理器27可以负责网络14的配置，负责调度网络14中包括的设备例如无线HART设备之间的通信(即配置超帧)，负责路由表的管理，以及对无线HART网络14的健康情况进行监视和报告。尽管支持冗余网络管理器27，每一无线HART网络14仅仅应该有一个活动的网络管理器27。在一个可能的实施例中，网络管理器27分析与网络布局、每个网络设备性能和更新速度相关的信息，及其他相关信息。然后网络管理器27可以鉴于这些因素来规定到网络设备、来自网络设备和网络设备之间的通信的路由和调度。
[0062]再谈及图1，无线HART网络14可以包括一个或多个现场设备30_40。通常，过程控制系统，如化学制品、石油或者其他处理厂的系统，包括这样的现场设备例如阀门、阀位控制器、开关、传感器(例如，温度、压力和流速传感器)、机泵、通风机等等。现场设备可以在过程控制网络10控制的过程之内执行过程控制功能。过程控制功能可以包括，例如，打开或者封闭阀门和/或监视或者测量过程参数。在无线HART通信网络14中，现场设备30-40是无线HART数据包的产生者和使用者。
[0063]外部主机41可以连接到网络43，接着可以经由路由器44连接到工厂自动化网络
12。网络43可以是，例如，万维网(WWW)。虽然外部主机41不属于工厂自动化网络12或者无线HART网络14中的任何一个，外部主机41可以经由路由器44访问两个网络中的设备。
[0064]无线HART网络14可以使用一种与使用有线HART设备获得的运行性能类似的协议。该协议可以应用于包括过程数据监视、关键数据监控(具有更严格的性能要求)，校准、设备状态和诊断监视、现场设备检修、试运行、和监督过程控制。这些应用要求无线HART网络14所使用的协议可以在必要时快速更新，在被要求时进行大量数据传送，并且支持仅仅临时加入无线HART网络14用于试运行和维护工作的网络设备。
[0065]在一个实施例中，这种支持无线HART网络14的网络设备的无线协议是HART的一种扩展，是一种被广泛接受的用于保持有线环境的简单工作流程和操作的行业标准。该无线HART协议可以用来建立进程应用的无线通信标准，并可以更进一步地扩展HART通信的应用、及其通过增强HART技术以支持无线过程自动化应用而为行业所提供的好处的。
[0066]再谈及图1，现场设备30-36可以是无线HART设备。换句话说，现场设备30、32a、32b,34或者36可以作为支持无线HART协议栈全部层的整体部件。在网络10中，现场设备30可以是无线HART流量计，现场设备32a、32b可以是无线HART压力传感器，现场设备34可以是无线HART阀位控制器，现场设备36可以是无线HART压力传感器。重要的是，无线HART设备30-36支持用户对有线HART协议的所有期待。如本领域普通技术人员所理解的，HART协议的核心特长之一是其严格的互通性要求。在一些实施例中，全部的无线HART设备都包括核心强制性能力以允许同等的设备类型互换而不影响系统运行。此外，无线HART协议向后兼容到HART核心技术例如设备描述语言(DDL)。在优选实施例中，全部的HART设备(有线或者无线的)都应支持DDL，以确保终端用户在开始利用无线HART协议时即刻就可以使用这些工具。
[0067]另一方面，现场设备38可以是传统的4_20mA设备，并且现场设备40可以是有线HART设备。现场设备38和40可以经由各自的无线HART适配器(WHA) 50a、50b连接到无线HART网络14。另外，WHA50a、50b可以支持其他通信协议例如基金会现场总线、PR0FIBUS、DevicesNet等等。在这些实施例中，WHA 50a、50b支持在协议栈的较低层上的协议转化。另夕卜，单个WHA 50a或者50b还可以作为复用器，并可以支持多个HART或者非HART设备。
[0068]工厂人员还可以使用手持设备用于网络设备的安装、控制、监视和维护。一般而言，手持设备可以直接连接到无线HART网络14的移动设备或者作为工厂自动化网络12上的主机通过网关22连接。如图1所示，无线HART连接的手持设备55可以直接与无线HART网络14通信。当与已成形无线HART网络14 一起工作时，手持设备55可以仅仅作为另一无线HART现场设备而加入网络14。当与未连接到无线HART网络的目标网络设备一起工作时，手持设备55可以通过与目标网络设备组成自己的无线HART网络，作为网关设备22和网络管理器27的综合体来运行。
[0069]连接到工厂自动化网络的手持设备(未示出)通过已知网络技术，例如W1-Fi，连接到工厂自动化网络12。这个设备采用与外部的工厂自动化服务器(未示出)或者工作站16和18相同的方式、通过网关设备22与网络设备30-40通信。
[0070]另外，无线HART网络14可以包括路由器设备60。路由器设备60可以是一个网络设备用于将数据包从一个网络设备转发到另一网络设备。作为路由器设备的网络设备可以使用内部路由表，以决定它应将特定的数据包转发到哪个网络设备。在无线HART网络14中全部设备均支持路由的实施例中，就可以不需要如路由器60这样的独立路由器。然而，在网络中增加专用路由器60是有利的(例如，扩展网络，或者节省网络中现场设备的功率)。
[0071]直接连接到无线HART网络14的全部设备都可以被称为网络设备。特别地，为了路由和调度的目的，无线HART现场设备30-36、适配器50a、50b、路由器60、网关22、接入点25a、25b和无线HART连接手持设备55是HART网络14的网络设备或者节点。为了提供十分稳固和容易扩展的网络，全部网络设备都要支持路由，并且每个网络设备可以通过其HART地址来进行全局标识。网络管理器27可以包含网络设备的一览表并且分配给每个设备一个简短的、网络唯一的、长16比特的别名。另外，每个网络设备可以存储涉及更新速度、连接会话、和设备资源的信息。简而言之，每个网络设备保存涉及路由和调度的最新信息。每当新设备加入网络或者每当网络管理器探测到或者引起无线HART网络14拓扑或调度上的变化，网络管理器27就会传递这些信息给网络设备。
[0072]更进一步地，每个网络设备可以存储和维护相邻设备的列表，这些相邻设备在侦听操作期间被该网络设备所识别。一般而言，一个网络设备的相邻设备可能是任何类型的另一网络设备并能够依照相应网络所利用的标准与该网络设备建立连接。在无线HART网络14的例子中，该连接是无线连接。然而，可以理解的是，相邻设备还可以是用有线方式连接到该特定设备的网络设备。如随后所述，网络设备通过广告或者在指定时隙期间发送的特殊消息，来促使它们被其他网络设备发现。连接到无线HART网络14的网络设备具有一个或多个相邻设备，它们可以依照广告信号的强度或者依照其他原则来对这些相邻设备进行选择。[0073]再谈及图1，在通过直接无线连接65互连的一对网络设备中，每个设备将彼此识别为邻近设备。因而，无线HART网络14的网络设备可以构成许多连接65。在两个网络设备之间建立直接无线连接65的可能性和需要程度取决于一些因素，例如节点之间的物理距离、节点之间的障碍、两个节点中每一个的信号强度等等。更进一步地，两个或更多直接无线连接65可以在不能构成直接无线连接65的节点之间形成通路。例如，无线HART手持设备55和无线HART设备36之间的直接无线连接65，与无线HART设备36和路由器60之间的第二直接无线连接65 —起形成了设备55和60之间的通信路径。
[0074]每个无线连接65以一大套参数为特征，这些参数涉及传输频率、接入无线电资源的方法等等。本领域普通技术人员可以认识到，通常，无线通信协议可以在指定频率上操作，例如美国通过联邦通信委员会(FCC)分配的那些频率，或者无线电频谱中无需执照的频率(2.4GHz)。尽管此处论述的系统和方法可以应用于任何指定频率或者频率范围上工作的无线网络，以下论述的实施例涉及工作在无线电频谱的无需执照部分或者共享部分的无线HART网络14。依照这个实施例，无线HART网络14可以很容易被激活，并且可以根据需要调整到工作在特定无需执照的频率范围。
[0075]转到图2，在一个实施例中，支持无线HART网络14的协议是无线HART协议70。更具体的，每个直接无线连接65可以依照无线HART协议70的物理和逻辑要求来传送数据。图2图示说明了协议70的一个实施例的结构，和现有的“有线”HART协议72的结构。无线HART协议70可以是一种工作在2.4GHz ISM无线电频带上的安全的无线网格状网络技术(方框74)。在一个实施例中，无线HART协议70可以在逐个业务的基础上利用与IEEE802.15.4b兼容的、具有信道跳跃功能的直接序列扩展频谱(DSSS)无线电。无线HART通信可以使用时分多址来仲裁或者进行时分多址以调度链路活动(方框76)。全部通信优选地在指定时隙之内执行。一个或多个源设备和一个或多个目标设备可以被调度以在指定时隙上通信，并且每个时隙可以专用于来自单个源设备的通信或者专用于多个源设备之间类似CSMA/CA共享通信接入模式。源设备可以向特定目标设备发送消息，或者向分配到该时隙上的所有目标设备广播消息。
[0076]为了提高可靠性，无线HART协议70可以将TDMA与一种将多个无线电频率与单个通信资源相联系的方法结合在一起，或者与信道跳跃组合在一起。信道跳跃提供频率分集，其最小化干扰并减少多路径衰落效应。特别地，数据链路76可以建立单个超帧和多个载频之间的联系，其中这些载频被数据链路76用一种受控的预定方式来循环使用。例如，特定无线HART网络14的可用频带可以包括载频、、...。可以在周期中频率上，在随后周期中频率上，在周期中频率上，等等，调度超帧S的相对帧R。网络管理器27可以用这信息配置相关网络设备，因此用超帧S通信的网络设备可以依照该超帧S的当前周期来调整传输或者接收频率。
[0077]无线HART协议70的数据链路76可以提供信道黑名单的附加特征，或者制止网络设备使用无线频带中的某些信道。网络管理器27可以在探测到信道上过度的干扰或者其他问题时，作为响应把该无线电信道列上黑名单。更进一步地，操作者或者网络管理者可以把信道列上黑名单，以保护使用本可以与无线HART网络14共享的无线电频带固定部分的无线服务。在一些实施例中，无线HART协议70以超帧为基础来控制黑名单，因此每个超帧都有各自的被阻止信道黑名单。[0078]在一个实施例中，该网络管理器27负责分配、分派和调整与数据链路层76相关的时隙资源。如果一个单独的网络管理器27支持多个无线HART网络14，网络管理器27可以为每个所述无线HART网络14建立一个总调度。该调度可以被组成包含时隙的超帧，并相对于超帧的起始进行编号。另外，网络管理器27可以维持以一个全局绝对时隙数，其可以反映由无线HART网络14创建起所调度的时隙总数。这个绝对时隙数可以用于同步的目的。
[0079]无线HART协议70可以更进一步地定义链路或者链路对象以从而将调度和路由在逻辑上联合起来。特别地，一条链路可以与特定网络设备、特定超帧、相对时隙号、一个或多个链路选项(发送、接收、共享)和链路类型(正常、广告、发现)。如图2所示，数据链路76可以是频率捷变的。更准确地说，信道偏移量可以用来计算用于执行通信的特定无线电频率。网络管理器27可以考虑每个网络设备的通信要求来定义一组链路。然后每个网络设备可用所定义的链路组来配置。所定义的链路组可以确定网络设备必须醒来的时刻，以及网络设备醒来后是否应该进行发送、接收或者发送/接收两者都有。
[0080]图2还图示了无线HART协议70的其他层。现有HART协议72和无线HART协议70两者都是围绕广为人知的IS0/0SI7-层模型通信协议宽松的组织起来的。在HART技术的无线扩展中，可以支持三个物理层和两个数据链路层:有线和无线网格。因为此处描述的无线HART协议允许使用网格状拓扑结构，也可以指定一层重要的网络层78。
[0081]如上所指出，超帧可以被理解为在时间上重复的时隙集合。指定超帧中的时隙数量(超帧大小)确定了每个时隙的被重复频率，因而确定了使用该时隙的网络设备的通信调度。每个超帧可以与某一图表标识相关，该标识对应于包括在网状拓扑中的路由图表。在一些实施例中，无线HART网络14可以包含一些不同大小的并行超帧。此外，一个超帧可以包括多个无线电信道或者无线电频率。
[0082]更进一步地，无线HART协议70的传输层80允许高效的、尽力的通信以及可靠的、端到端确认的通信。本领域技术人员会认识到，尽力的通信允许设备发送数据包而无需端到端确认并且不保证目标设备上的数据排列。用户数据报文协议(UDP)是这种通信策略的一个公知示例。在过程控制行业，这种方法可用于公布过程数据。特别地，因为设备定期传送过程数据，端到端确认和重发的用途有限，尤其是考虑到新数据是定期生成的。
[0083]相比之下，可靠通信允许设备发送确认数据包。除确保数据传递之外，传输层80可以命令数据包在网络设备之间传送。这种方法可以优选地用于请求/响应型业务或者用于发送事件通知。当使用可靠型传输层80时，所述通信可以是同步的。
[0084]可靠通信可以被模型化为主设备发布请求数据包并且一个或多个从设备用响应数据包来应答。例如,主设备可以生成某一请求并可以广播该请求到整个网络。在一些实施例中，网络管理器27可以使用可靠广播来通知无线HART网络14中每个网络设备激活新超帧。替代地，现场设备例如传感器30可以生成数据包并传送该请求到另一现场设备例如便携式HART通信装置55。如另一示例所示，该34现场设备生成的警报或者事件可以作为请求被直接传输到网关22。作为对成功接收到这个请求的应答，网关22可以生成响应数据包并将其发送到设备34，并确认收到警报通知。
[0085]再谈及图2，会话层82可以提供网络设备之间基于会话的通信。网络层中可以通过会话来管理端到端通信。网络设备与指定的同等网络设备可以有一个以上的会话。在一些实施例中，几乎所有网络设备都可能与网络管理器27建立了至少两个会话:一个用于配对通信，另一个用于来自网络管理器27的网络广播通信。更进一步地，全部网络设备都可以具有一个网关会话密钥。会话可以用分配给网络设备的地址来区分它们。每个网络设备可以记录其所参加的会话的保密信息(密钥、随机数计数器)，传递信息(可靠的传递序号、重试计数器等等)。
[0086]最后，无线HART协议70和有线HART协议72都可以支持通用HART应用层84。无线HART协议70的应用层可以额外包括支持自动分段的大数据组传送的子层86。通过共享应用层84，协议70和72允许HART命令和数据的通用封装，并无需在该协议栈的最上层进行协议转换。
[0087]回到图1，依照上述一些实施例，网络管理器27可以包括网络14中全部设备的列表。网络管理器27还可以包括总体网络拓扑，该网络拓扑包括网络14的完整图和已经传送到每个设备的部分图。网络管理器27可以使用其从网络设备30-40、50a、50b、60、55等处接收的信息来生成路由和连接信息。网络管理器27可以从网络设备及其已报告的邻近设备的列表中建立所述网络图。网络管理器27还可以负责生成和维护网络的所有路由信息。更进一步地，可以具有广播路由，用于从网络管理器27发送广播消息到网络14所有设备。更进一步地，一旦得知网络设备30-40、50a、50b、60、55等等的路由信息和突发模式更新速度，网络管理器27还可以执行网络资源的调度。
[0088]就这点而论，网络管理器27生成和维护的图形路由可以引导网络管理器27或者网关22上游和下游的业务。图形路由和源路由都可以被优化以来满足具有低延迟要求的应用。例如，图形路由和/或源路由的优化可以基于从网络设备传送到网关的测量信息和从网关设备传送到最终控制命令的控制信息，所述控制命令例如调节阀门、开关阀门、机泵、通风机、阻尼器、和在许多其他渠道使用的马达。
[0089]如上所指出，参与路由的设备存储或者获得不同的图形路由、源路由或者目的地地址以传送并正确地中继数据分组。每个网络设备的地址必须是全局唯一的，从而使无线HART网络14正确地与较大的、可能包括有线HART设备的网络进行协作。由于这个原因，无线HART协议70可以向较大的网络环境提供明确的寻址方案并额外提供地址的有效映射。重要的是，无线HART协议70可以提供的寻址方案与有线HART设备使用的寻址方案兼容。
[0090]至于网络管理器27进行的网络资源调度，对于每个现场设备，用户或者操作者可以指定该设备向另一网络设备报告测量数据或者报告其他数据的速率。此处这个报告速度还可替换地被称为“突发速率”或者“采样速率”。在无线HART网络14的例子中，每个现场设备可以用相应突发速率或采样速率上行向网关设备22，位于网关设备22的网络管理器27，或者向其他网络设备报告或公布数据。在一个实施例中，突发速率或采样速率由用户为每个现场设备配置。用户可以更进一步地指定或者配置该实际或者现场设备发射无线电信号的功率。
[0091]调度器(未示出)可以依照用户指定参数和优化规则自动生成一个或多个调度。在一个实施例中，一个或多个所生成的调度可以包括对应于整个网络14的主调度和一个或多个单个调度，每个所述单个调度对应于网络14中的一个不同的网络设备。在一个实施例中，所述一个或多个单个调度被包括在主调度中。所述一个或多个单个调度可以由网络管理器27传送到无线HART网络14的相应网络设备(例如，设备30-40、50a、50b、60、55等等)。在一个实施例中，所述调度器包括在网络管理器27中。在一个实施例中，该调度器位于网络管理器27外部并与网络管理器27建立通信连接，例如经由网络43或者网络20。在上述2008年8月29日提交的、申请号为12/201，734的美国专利申请中可以找到调度器的一个示例，该专利申请的全部内容在此弓I用作为参考。
[0092]图3A-3C图示了调度器可以执行的一系列示范性步骤，作为无线HART网络14主调度的生成和优化的一部分。更具体地说，所述调度器可以包括负责约束执行、数据超帧配置、网络管理配置、网关超帧配置和特殊用途超帧配置的流程。
[0093]转到图3A，流程550可以同时应用原则552-564中至少一些或者可以改变在被开发的主调度中应用原则552-564的顺序。流程550主要负责对每个单个调度和主调度执行各种约束条件设计。在方框552，流程550可以应用限制并行信道数量的原则。当然，并行信道的数量是由无线HART网络14的可用无线电频率的数量来限制的。在一个的实施例中，用户可以经由交互式菜单来配置该限制。
[0094]流程550可以应用原则554，凭此，没有设备可以在相同时隙被调度进行两次侦听。根据原则556，流程550可以允许设备从多个目标接收数据。
[0095]当应用原则558时，多跳网络中，流程550可以在后期跳跃之前调度早期跳跃。换句话说，流程550可以通过保证每个节点具有尽可能多的可用时隙来转发最近接收的数据包，试图在每个多跳支路上最小化等待时间。例如，节点NI可以在32个时隙的超帧中相对数为5的时隙上，接收目标为节点N2的数据包。因而，节点NI可以在该超帧的剩余部分具有27个潜在时隙。所述调度器可以确定在该超帧中下一个可用时隙(例如8)，并且可以调度从NI到N2的传输发生在那个时隙。
[0096]为了优化超帧的校准，调度器可以执行原则560，要求全部突发速率或者采样速率和超帧大小遵照预定义的格式。例如，突发速率可以定义为秒，其中η是整数。因而，网络设备可以具有或者一秒钟4次的突发速率，并且另一设备可以具有或者每8秒一次的突发速率。更进一步地，流程550可以保证组合突发模式和网络管理通信不超过无线HART网络14可用，总带宽的预定百分数(原则562)。在一个实施例中，预定百分数设置为30%。类似地，流程550可以保证，依照原则564，没有一个调度超过可用时隙总数的预定比率，例如50%。通过这种方式，所述调度器可以试图保留足够数目的空闲时隙用于如重发及其他计划外传输的目的。
[0097]现在谈及图3Β，流程565，其负责数据超帧配置，可以应用原则566，并将网络设备分配到由时隙O开始的信道偏移量。然后，流程565可以从最快扫描速率开始分配时隙(方框568)。通过从最快扫描速率开始，调度器可以保证首先满足更高带宽需要，因为对于很少发送数据因此具有较低扫描速率的那些设备，一般更容易找到可用时隙。
[0098]对于每个路径，流程565可以从离网关最远的设备开始时隙分配(方框570)。特别地，流程565可以在通向网关设备的路径上分配一个时隙，移到该路径的下一跳上，继续时隙分配直到到达网关。在成功分配每个单个时隙后，流程还可以为潜在的重试分配最近的可用时隙。
[0099]一旦流程565向每个网络设备(例如设备30_40、50a、50b、60、55等等)和网关22之间的路径分配了时隙，调度器可以额外试图在每条副本路径上分配时隙。副本路径像主路径一样，可以连接相同的一对设备，但是与主路径在至少一个中间跳跃上有所不同。在方框572，流程550可以试图向副本通道分配时隙。
[0100]图3C图示了流程580，调度器可以在流程550和565之后或者并行执行该流程。流程580主要负责管理配置。特别地，该流程应用原则582-590来配置管理超帧，应用原则592-596来配置加入过程，和应用原则598来配置网络管理命令传播。
[0101]流程580应用的原则582可以保证网络管理超帧与数据超帧相比具有更高优先级。然后，流程580可以依照原则584，限制网络管理超帧的大小为预定数值例如6000时隙。更进一步地，调度器304可以将下一优先级分配给广告时隙(原则586)。设备可以使用广告时隙加入无线HART网络14。
[0102]在方框588，流程580可以执行网络图的广度优先搜索，并按照遇到设备的顺序来对设备进行编号。当然，与方框588对应的搜索可在潜在无线链路被定义后的任何时间执行。在一实施例中，每当网络14中增加新设备时，流程580可能需要对设备进行重新编号。
[0103]然后，流程580可以向保活消息分配时隙。通常，每个网络设备优选地具有保留给保活传输的时隙。如果在预定时间间隔(例如60秒)之内，该设备的相邻设备不经由该设备传送信息，该设备可以向该相邻设备发送保活数据包以检验该相邻设备的工作状态。
[0104]在方框592，流程580还可以通过分配保留给加入请求的时隙，来配置该加入过程。对于每一条路径来说，流程580可以从离网关最远的设备开始，沿着该路径向网关推进。在一些期待实施例中，流程580不给加入请求时隙提供冗余。然后流程580可以类似地向加入响应分配时隙；然而，现在该流程可以从网关开始，并朝离该网关最远的设备方向移动。然后在方框596,流程580可以分配每个设备的广告数据包。在一个实施例中，分配给特定设备的广告数据包数量与网关到设备所间隔的跳跃的数量成反比。
[0105]依照原则598，流程580可以用配置加入请求和加入响应对网络管理链路的分享。这方法可以允许调度器使用相同链路组用于两个不同目的。
[0106]调度器可以依照以上论述的原则和策略生成一个主调度，其包括无线HART网络14中设备的单个调度。图4用图形模式呈现了一个调度示例。在一个实施例中，该调度示例可以显示在与过程控制系统10通信连接的用户界面上。在一个实施例中，包括在所述主调度中的单个调度可以通过网络管理器27传送给网络设备(例如，设备30-40、50a、50b、60,55 等等)。
[0107]图4中，图表620可以包括时隙栅格622。在图4描绘的实施例中，栅格622的每条垂直线对应于5个时隙。信道调度列表625和设备调度列表627可以放置在栅格622水平方向上。换句话说，将信道划分为时隙以及对设备与时隙的联系可以通过图表620中的水平时间轴来描述，该图表的纵轴以连续5个时隙为间隔。更进一步地，每个单独信道和每个单独设备可以具有分离的横条，其明确地显示对于单个信道或设备的时隙分配。
[0108]图例630可以说明具有一个或多个颜色的时隙分配组合。在图4所示的示例中，图例630图示了颜色632的垂直条，其代表保留给一对设备独占使用的时隙，而且颜色634的垂直条代表分配给多个设备共享使用的时隙。信道列表625包括对应于未分配时隙的空白，还包括颜色632和634的垂直条。在图4所不的不例中，图表620借助于空白和颜色条来显示信道3在时隙11中调度用于共享传输，在时隙0、1、3、5、7、10、14、19、35和39中调度用于独占传输，信道3中时隙的剩余部分是可用的。[0109]另一方面，除了类似的对应于未分配时隙的空白之外，设备调度列表627还包括颜色636和638的垂直条。依照示范图例630，颜色636的垂直条代表保留给接收的时隙，颜色638的垂直条代表保留给发送的时隙。在图4所示的示例中，图表620显示，设备11在时隙O和7中被调度用于发送，在时隙32、34和39中被调度用于接收。在一个实施例中，主调度可以是循环的或者可以定期重复。例如，如所示的信道625和设备627在时隙0-60之间的时隙分配可以在时隙60-119、120-179、180-239等等上重复。
[0110]要注意，图4图示了多个表现主调度和/或单个调度的可能实施例中的一个。其他实施例的示例可以再例如申请号为12/201,734的美国专利申请中找到，该专利在此作为参考被引用。
[0111]如先前的论述，可以由调度器(例如，如图3A-3C论述的)来初始生成基于用户输入和优化规则的路由和调度信息，并发送到网络管理器。然而，初始图形和调度则可以基于与无线HART网络14性能相关的反馈信息来进行调整。另外，由于一个或多个用户偏好的改变，例如移去或者增加一个或多个网络设备，用户改变各种参数等等，也可以产生对图形和调度的调整。图形和调度的任何调整都可以被网络管理器27发送给无线HART网络14中受该调整影响的网络设备。
[0112]一个网络设备(例如，网络设备30_40、50a、50b、60、55等等)可以接收与其对应的单个调度，例如，从网络管理器27处接收。网络设备对应的单个调度可以包括一个或多个时隙的标识，在这些时隙内，该网络设备被允许向网络14公布或者发送信息(此处称为“公布时隙”)。例如，图4中，分配给设备11的公布时隙是O和7。在一个实施例中，分配或者分派的公布时隙可以循环或者周期性的方式再次出现。例如，在图4中，公布时隙60和67以及公布时隙120和127也可以给设备11。
[0113]在分配或者分派的公布时隙内，网络设备可以发送或者公布信息或数据到一个相应的、在过程控制网络10中受控的过程。例如，网络设备可以公布该过程对应的事件、该过程对应的被测变量或者参数的值、状态、测量数据、情况和/或其他过程控制信息。在一个实施例中，在公布时隙内由网络设备公布的数据可以由现场设备生成，并且该数据可以对应于与该现场设备相关的任何类型的监视或者移动(例如，阀门打开或者关闭的指示、流量、测量数据、情况变化等等)。在一个实施例中，网络设备可以向网关22、网络管理器27和/或通信连接到网络14的另一网络设备公布该数据。
[0114]当前已知网络设备被触发在公布时隙出现时公布数据或者信息。例如，当公布时隙出现时，当前已知无线网络设备被触发唤醒公布模块或者程序(例如，使公布模块或者程序退出省电模式)，读取或者获得当前值，并且向网络公布该当前值。在当前无线HART网络中，分配给网络设备的公布时隙的出现速率一般低于网络设备的更新或者突发速率。特别地，较低的公布速率一般更适合节省无线网络设备的电池寿命，并且允许更多设备连接到无线网络14。然而，关于过程控制系统中当前已知网络设备，如果在分配的公布时隙之间出现事件，该网络设备不能公布该事件，过程控制系统将失去事件的出现记录和任何相关数据。
[0115]然而，采用本说明书的延迟公布技术，网络设备可以延迟向网络14公布数据或者事件直到公布时隙出现。特别地，网络设备(例如，设备30-40、50a、50b、60、55等等)可以支持本说明书中任何或者所有延迟公布技术。就这点而论，网络设备可以存储或者缓存过程控制数据和相应时间戳，该时间戳指示在何时捕获或者获得过程控制数据。当下一个或者随后的公布时隙出现时，网络设备可以被触发向网络14公布至少一部分该缓存数据和相应时间戳。相应地，过程控制系统10可以获得更完整的公布数据，该公布数据对应于事件、测量值、状态及其他已经出现的过程控制数据，而不仅仅是获得那些恰好在公布时隙内出现的数据。过程控制系统10可以利用所述更完整的公布数据来产生该系统更完整的视图，因而与不具备延迟公布的系统相比较，上述过程控制系统可以用更全面和更适当方式来控制过程。
[0116]在一个说明性但非限制性的示例中，考虑图1中的无线HART阀位控制器网络设备34。阀位控制器34使阀门从“打开”状态变成“关闭”状态(反之亦然)的过程一般花费一秒。然而，阀位控制器34的公布速率(例如，更新速率、采样速率或者突发速率)一般可以是几秒的级别，例如8秒。因而，有可能在所分配的公布时机之间阀门34的状态会发生改变(也许若干次)。
[0117]为了说明，假定时隙O和10被分配给阀位控制器34用于发送或者公布。用当前已知系统中，如果阀位控制器34在时隙O内是打开状态，网络设备34在时隙O向网络14公布该“打开”状态。如果阀位控制器34在时隙3内变成“关闭”状态，然后在时隙7内变成“打开”状态，在下一个、紧随其后的被分配公布时隙内(即，时隙10)，网络设备34仅仅向网络14公布当前的“打开”状态。因而，在当前已知系统中，网络14根本没有接收到任何关于阀位控制器34在时隙O和10之间变化状态的指示。
[0118]相比之下，通过使用本说明书中的技术，可以容易地捕获并向网络14公布这样的数据。例如，采用本说明书中的技术，当阀位控制器34在时隙3内变成“关闭”状态时，可以在阀位控制器网络设备34的缓存条目中存储状态变为“关闭”的指示和时隙3的指示。当阀位控制器34在时隙7内变成“打开”状态时，可以在阀位控制器网络设备34的缓存的不同条目中存储状态变为“打开”的指示和时隙7的指示。从而，当分配给网络设备34的下一个后继公布时隙出现在时隙10时，网络设备34可以被触发以公布其缓存中最旧的条目内容(在这种情况下，“阀门34的状态在时隙3内变为‘关闭’状态”)。当公布时隙10之后又出现另一分配给网络设备34的后继公布时隙时，可以触发网络设备34公布其缓存中下一个最旧条目(在这种情况下，“阀门34的状态在时隙7内变为‘打开’状态”)。就这点而论，使用本说明书的技术，过程控制系统10不仅仅可以捕获对应于发生在所分配的公布时隙之间的阀门34状态改变的信息，还可以准确确定何时发生状态改变并且准确确定阀门34处在“关闭”状态下多久。
[0119]虽然上述示例涉及无线HART阀位控制器34，延迟公布的技术可以容易地被用于网络14和/或过程控制系统10中任何无线或者有线网络设备(例如，网络设备30-40、50a、50b、60、55等等)。更进一步地，虽然上述的示例涉及对应于二元状态(即阀门34处于“打开”或者“关闭”状态)的事件，网络设备可以用延迟方法公布任何过程控制数据，例如对应于超过两个可能状态中的一个状态的事件、测量数据、参数或者变量值、测量数据、状况等
坐寸ο
[0120]图5描述网络设备200的方框图，该网络设备用于提供过程控制数据的延迟公布。例如，网络设备200可以是图1所示网络设备30-40、50a、50b、60、55中的一个，或者可以是另一网络设备。网络设备200可以结合图1的部分网络10、12和/或14、图2的部分协议70和/或72、和/或图3A-3C的调度流程550、565和580的实施例来工作。
[0121 ] 在一个实施例中，网络设备200可以工作在过程控制系统中，网络设备200可以通信方式连接到过程控制系统中包括的通信网络，例如有线和/或无线HART通信网络14。就这点而论，网络设备200可以包括网络接口或者连接202连接到通信网络，信息可以经由所述接口或者连接发送给通信网络并且接收自通信网络。
[0122]网络设备200可以包括过程控制接口 205用于获得过程控制网络中受控过程对应的过程控制数据。过程控制数据可以包括参数或者变量的值、过程控制事件、测量数据、状况、状态或者任何其他期望获得的过程控制数据。在一个实施例中，过程控制数据由现场设备生成，该现场设备包括在网络设备200中或者和网络设备200具有通信联系。例如，如果网络设备200是无线HART阀位控制器，该阀位控制器可以生成对应于阀门状态的过程控制数据，并提供所生成数据给过程控制接口 205。在另一示例中，如果网络设备200是与流量计相连的无线适配器，该流量计可以生成与当前被测量流量对应的过程控制数据，并经由过程控制接口 205提供所生成的数据给该网络设备200。
[0123]网络设备200可以包括用于执行计算机可执行指令的处理器208、以及缓存210和存储器215。存储器215可以是有形的非暂时存储器，该网络设备还可以包括一个或多个计算机可读存储介质。存储器215可以通过一个或多个半导体存储器、磁性可读存储器、光可读存储器、和/或任何其他适当的、有形的、非暂时计算机可读存储介质来实现。
[0124]在一个实施例中，存储器215可以包括存储在它里面的公布模块218和延迟模块220。公布器218可以包括可以由处理器208执行的第一套计算机可执行指令，用于向网络14公布网络设备200获取的数据，延迟器220可以包括可由处理器208执行的第二套计算机可执行指令，用于延迟向网络14公布数据。在一个实施例中，公布器218和延迟器200可以合并成一个通用组件或者一套通用计算机可执行指令。
[0125]在一个实施例中，缓存210可以包括随机存取存储器(RAM)用于临时存储指令218、220的相关数据。在一个实施例中，缓存210可以包括在存储器215中。在一个实施例中，缓存210的大小是可选或者可配置的。
[0126]关于该公布器218，可以由处理器208执行所述计算机可执行指令以接收关于分配或者分派给网络设备200的公布时隙的指示。在一个实施例中，分配给网络设备200的一个或者多个公布时隙可以与接收自网络管理器27的网络设备200的单个调度是一致的。公布时隙可以包括公布时机，在该时机持续过程中网络设备200被允许发送或者公布数据例如过程控制数据。
[0127]在一个实施例中，网络设备200可以在多种模式下工作，例如第一立即公布模式和第二延迟公布模式。网络设备200的工作模式可以例如，由操作者或者用户来配置。当工作在第一立即公布模式时，在一个公布时隙内，网络设备200和/或公布器218可以公布在该公布时隙内获得的过程控制数据的当前值。例如，当公布时隙出现时，网络设备200可以被触发以经由过程控制接口 205获得过程控制数据的当前值，公布器218可以经由网络接口 202向网络14公布该当前值。就这点而论，当工作在立即公布模式时，网络设备200可以以类似于仅仅能执行数据的立即公布的当前已知网络设备的方式进行工作。
[0128]然而当工作在第二延迟公布模式时，当公布时隙出现时，网络设备200和/或公布器218可以被触发以公布先前存储的过程控制数据。特别地，网络设备200和/或公布器218可以被触发以公布缓存210存储条目内容的至少一部分。该条目可以包括在公布时隙出现之前所获得的过程控制数据值和指示该值获得时间的时间戳。过程控制数据值和时间戳都存储在条目中，可以经由网络接口 202向网络14公布。
[0129]一般地，当网络设备200工作在延迟公布模式时，可以进行缓存210的写入和读取。缓存210可以存储一个或多个条目，并且每个条目可以与不同时间对应，在该时间过程控制数据的相应值在过程控制接口 205处被捕获或者获得。如果缓存210中存储了一项特定条目但没有公布，可以对该特定条目进行如下标记。例如，该特定条目可以被标记成“待公布”或者“活跃”。在公布之后，该特定条目可以被标记成已经公布，例如，“已公布”、“无效”或者“停用”。在一个实施例中，可以移去、删除或者覆盖已公布条目。
[0130]关于延迟器220，在一个实施例中，可以由处理器208执行所述计算机可执行指令，以对缓存210进行读写操作。例如，延迟器220可以在获得过程控制数据值和相应时间戳的时候经由过程控制接口 205将这些值写入缓存210的不同条目。当网络设备200工作在延迟公布模式时，当公布触发出现时，延迟器220可以从缓存210获得条目内容以提供给公布器218用于向网络14公布。另外延迟器220可以管理缓存210中已经或者还未向网络14公布的条目。
[0131]在一个实施例中，缓存210中的条目可以对应于网络设备200的对应采样速率或者突发速率。例如，如果网络设备200是无线HART现场设备，并且该无线HART现场设备的采样速率或者突发速率被配置成12秒，则每12秒可以在过程控制接口 205捕获该现场设备的相应当前值，并且可以与相应的时间戳存储在缓存210的不同条目中。在另一示例中，如果网络设备200是连接到有线现场设备的无线HART适配器，并且该有线设备的采样速率或者突发速率被配置成5秒，则每5秒可以在网络设备200处经由过程控制接口 205捕获来自有线现场设备该有线现场设备的相应当前值，并且可以与相应的时间戳存储在缓存210的不同条目中。
[0132]在一个实施例中，当网络设备200工作在第二延迟公布模式并且公布时隙出现时，延迟器220可以确定缓存210中最旧的活跃条目，并且可以引导公布器218向网络14公布该最旧的活跃条目的内容(例如，过程控制数据值和相应时间戳)。在公布该最旧活跃条目之后，已公布条目可以由延迟器220停用。例如，已公布条目可以被移去、删除或者覆盖。在这实施例中，所捕获的过程控制数据可以用延迟的、FIFO(先进先出)的方式向网络14公布。
[0133]在一个实施例中，当网络设备200工作在第二延迟公布模式并且公布时隙出现时，缓存数据可以不使用FIFO算法来公布，而是使用任何其他期望算法。例如，当公布时隙出现时如果即时带宽堪忧，延迟器220可以选择缓存210中的较短条目由公布器218进行公布。在所选条目(例如过程控制数据的值和相应的时间戳)的内容被公布之后，可以停用已公布条目。例如，已公布条目可以被移去、删除或者覆盖。在这实施例中，缓存210的条目不以发生的先后顺序来公布的。尽管如此，过程控制系统10(和网络管理器27)可以基于所公布的时间戳重建所述先后顺序。
[0134]在一个实施例中，缓存210条目的延迟公布可能不由公布时隙出现来触发。例如，缓存210条目可以依据用户需求被触发公布，或者基于任何期望事件被触发公布。
[0135]因而，当工作在延迟公布模式时，网络设备200可以缓存所获得的过程控制数据并在随后可用的公布时隙中公布该缓存数据。延迟公布模式可以允许过程控制系统10的用户或者操作者为特定网络设备200配置相对较快的采样速率同时保持该特定网络设备200的相对较低的公布速率。用这种方式，网络14可以包括更多的网络设备(由于提供较低的公布速率)同时保持已公布事件及其他过程数据的全面完整的记录(由于提供较高的米样速率)。
[0136]图6是一种过程控制系统中的网络设备进行数据延迟公布的示例方法300。该方法300可以结合，例如，图5中网络设备200的实施例，图1中网络10、12和/或14，图2中协议70和/或72，和/或图3A-3C中的调度流程550、565和580来使用。
[0137]在方框302，网络设备可以接收到分配或者分派给该网络设备的公布时隙的指示。在一个实施例中，该公布时隙的指示可以接收自通信网络的网络管理器。所述网络设备可以是，例如，连接到过程控制系统中通信网络的网络设备。该网络设备可以包括与所述过程控制系统所控制过程相对应的现场设备，或者该网络设备可以连接到所述现场设备。在一个实施例中，所述网络设备可能会接收到多个分配或者分派到该网络设备的公布时隙。所述多个时隙可以是循环的或者可以用周期方式重复。
[0138]在方框305，网络设备可以获得待向网络公布的数据。在一个实施例中，所述待向网络公布的数据可以对应于控制过程中使用的过程控制数据，例如事件、测量数据、参数或者变量的值、状态、状况、或者任何其他期望的过程控制数据。在一个实施例中，待公布数据可以由现场设备生成，并且可以基于所述网络设备或者现场设备的相应采样速率或者突发速率来获得(方框305)所公布数据。在一个实施例中，随着时间的推移可以获得(方框305)多个待公布数据的值。
[0139]在一个实施例中，待公布数据的获得(方框305)可以独立于并且与所述网络设备对应的公布时隙的出现不相关。就这点而论，待公布数据的获得(方框305)可以发生在分配给该网络设备的第一公布时隙出现之后并且在最接近的分配给该网络设备的后继公布时隙之前。例如，当网络或者现场设备的采样速率大于定期出现的分派给该网络设备的公布时隙时，可以在随后出现的公布时隙之间获得(方框305)所述过程控制数据。
[0140]在方框308，获得的待公布数据可以随同待公布数据被捕获时刻的指示(例如，时间戳)一起存储在缓存的条目中。缓存可以包括在网络设备中。在一个实施例中，待公布数据和其相应时间戳可以存储在缓存的条目中。在实施例中，随着时间的推移可以获得多个待公布数据的值(方框305)，每个值可以随同其相应时间戳一起存储在该缓存的不同条目中。
[0141]在方框310，对与所述过程对应并存储在缓存中的数据的公布可以被触。触发对与所述过程对应并存储在缓存中的数据的公布可以包括选择或者确定用于公布的缓存条目。在一个实施例中，所选择的条目是该缓存中最旧的条目。
[0142]在方框312，所选择条目的内容(例如，该所选择条目中的与所述过程对应的数据值和时间戳)可以被公布于网络。在一个实施例中，所选条目的内容可以向所述网络的网络管理器公布或者传输(方框312)。
[0143]在一个实施例中，在公布时隙内执行触发该数据的公布(方框310)和向网络公布该数据(方框312)，从而所述条目的选择和其内容的公布都发生在所述公布时隙内。
[0144]在一个实施例中，当网络设备工作在延迟公布模式时执行方框308和310。当网络设备工作在延迟公布模式时，向网络公布的数据(方框312)可以包括来自在方框310中所选的缓存条目。
[0145]当网络设备不工作在延迟公布模式时，可以省略方框308和310。特别地，当网络设备不工作在延迟公布模式时，待公布数据可以被获得(方框305)并且在公布时隙出现时立即向网络公布(方框312)。
[0146]在一个实施例中，方法300可以包括配置网络设备以工作在延迟公布模式，或者配置网络设备以不工作在延迟公布模式，例如，工作在立即公布模式。
[0147]尽管本说明书的实施例根据无线HART网络14来论述，此处描述的技术可以容易地被用于有线HART网络。例如，如果网络设备200是有线HART设备，获得的过程控制数据可以随同相应时间戳一起存储在缓存210中，并且当公布时机出现时(例如当有线HART设备具有提供公布时机的令牌时)、依据需要或者在任何其他期望时间，都可以触发公布器218公布缓存210中一个或多个条目。
[0148]虽然上述文本陈述了许多不同实施例的详细说明，很清楚，本专利的范围由这个专利末尾的权利要求和其等同言词来定义的。具体的实施方式将仅仅作为示例解释并且没有描述每一可能的实施例，因为对每一可能的实施例进行描述即便不是不可能也是不切实际得。使用任何一个现有技术或者在本专利的提出日期之后开发的技术所实现的多个替换性实施例仍应属于本申请权利要求的范围。通过举例而非限制，本申请此处对至少下列方面进行了探讨:
[0149]一种网络设备，其通信地耦合到过程控制系统，包括:
[0150]到所述过程控制系统包括的网络的连接；
[0151]公布器，用于在分配给所述网络设备的公布时隙内向所述过程控制系统中的所述网络公布数据，其中所述数据对应于在所述过程控制系统中被控制的过程；和
[0152]存储一个或多个条目的缓存，所述一个或多个条目中的每个条目包括所述过程对应的所述数据的值，以及包括相应的时间戳，
[0153]其中所述公布器被触发经由所述连接、并在所述公布时隙内向所述网络公布所述缓存中的特定条目的内容，所述特定条目的内容包括对应于发生在所述公布时隙之前的时间阶段的特定时间戳。
[0154]如前述方面的所述网络设备，其中所述缓存的所述一个或多个条目对应于所述网络设备的采样速率。
[0155]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述采样速率是可配置的。
[0156]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述公布时隙包括在分配给所述网络设备的多个公布时隙中，并且
[0157]其中所述缓存的至少一个条目包括相应时间戳，所述时间戳指示发生在第一公布时隙出现之后和紧随所述第一公布时隙的第二公布时隙出现之前的时间阶段。
[0158]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述网络支持HART协议。
[0159]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述HART协议是无线HART协议。
[0160]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述过程对应的所述数据对应于过程控制事件。
[0161]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述过程控制事件对应于一种特定的状态，所述特定的状态包括在两个或更多的状态的组中。
[0162]如任何前述方面的所述网络设备，其中分配给所述网络设备的所述公布时隙由耦合到所述网络的网络管理器来指示，其中所述公布器被触发以经由所述网络向所述网络管理器公布所述条目的所述内容。
[0163]如任何前述方面的所述网络设备，其中存储在所述缓存中的所述条目是存储在所述缓存中的最旧的活跃条目，所述最旧的活跃条目基于包括在所述最旧的活跃条目中的所述时间戳来确定，并且在公布之后停用所述最旧的活跃条目。
[0164]一种由过程控制系统中的网络设备延迟公布数据的方法，所述网络设备包括任何前述的方面，并且所述方法包括:
[0165]在所述网络设备处接收分派给所述网络设备的公布时隙的指示，所述网络设备耦合到所述过程控制系统中包括的网络；
[0166]独立于所述公布时隙的出现，在所述网络设备处获得待向所述网络公布的数据，所述数据对应于在所述过程控制系统中被控制的过程；
[0167]在所述网络设备的缓存条目中，存储待向所述网络公布的所述数据和所述数据对应的时间戳；
[0168]触发公布所述过程对应的所述数据，包括确定所述缓存中的最I日的条目；和
[0169]由所述网络设备向所述网络公布所述缓存中的最旧条目的内容。
[0170]如前述方面的所述方法，其中获得所述过程对应的所述数据至少包括:获得所述过程相关事件对应的数据，或者获得所述过程相关参数的值。
[0171]如任何前述方面的所述方法，其中获得待向所述网络公布的所述数据包括，随着时间的推移，依照所述网络设备对应的采样速率获得待向所述网络公布的所述数据的多个数值，在所述缓存的所述条目中存储待向所述网络公布的所述数据以及该数据所对应的所述时间戳包括，在所述缓存的不同条目存储所述数据的所述多个数值中的每个值和所述每个值对应的时间戳。
[0172]如前述方面的所述方法，还包括配置所述网络设备对应的所述采样速率。
[0173]如前述方面的所述方法，其中获得待向所述网络公布的所述数据包括，依照所述网络设备对应的采样速率来获得待向所述网络公布的所述数据，并且所述公布时隙再出现的速率小于所述网络设备对应的所述采样速率。
[0174]如前述方面的所述方法，其中所述网络是无线HART网络，并且其中向所述网络公布所述缓存中的所述最旧的条目的所述内容包括，使用无线HART协议向耦合到所述网络的网络管理器发送所述缓存中的所述最旧的条目的所述内容。
[0175]如任何前述方面的所述方法，其中:
[0176]所述网络设备可工作在第一模式和第二模式；
[0177]当所述网络设备工作在所述第一模式时，触发公布所述过程对应的所述数据包括，在所述公布时隙内触发公布所述过程对应的所述数据，向所述网络公布所述缓存的所述最旧的条目的所述内容包括，在所述公布时隙内向所述网络公布所述缓存的所述最旧的的条目的所述内容；和
[0178]当所述网络设备工作在所述第二模式时，触发公布所述过程对应的所述数据是对确定所述缓存的所述最旧的条目的停止，也是对向所述网络公布所述缓存中的所述最旧的的条目的所述内容的停止，所述触发公布包括确定所述过程对应的所述数据的当前值，并在所述公布时隙内向所述网络公布所述过程对应的所述数据的所述当前值。
[0179]如任何前述方面的所述方法，更进一步地包括配置所述网络设备以工作在所述第一模式，或者配置所述网络设备以工作在所述第二模式中的至少一个。
[0180]如任何前述方面的所述方法，其中:
[0181]触发公布所述过程对应的所述数据包括，在所述公布时隙内触发公布所述过程对应的所述数据，所述网络设备向所述网络公布所述缓存的所述最旧的条目的所述内容包括，在所述公布时隙内所述网络设备向所述网络公布所述缓存的所述最旧的条目的所述内容。
[0182]如任何前述方面的一种工作在过程过程控制系统中的网络设备，包括，处理器；缓存；
[0183]网络接口，将所述网络设备耦合到所述过程控制系统中包括的通信网络；
[0184]过程控制接口，用于获得过程控制功能对应的参数的值；
[0185]有形的、非暂时性存储器，具有存储在其中的指令，该指令由所述处理器执行以:
[0186]接收分配给所述网络设备的公布时隙的指示；
[0187]当所述网络设备工作在第一模式时:在所述公布时隙内经由所述过程控制接口，获得所述过程控制功能对应的所述参数的当前值，并且经由所述网络接口向所述通信网络公布所述参数的所述当前值；以及
[0188]当所述网络设备工作在第二模式时:在所述公布时隙内经由所述网络接口向所述通信网络公布存储在所述缓存的最旧的活跃条目的内容，所述最旧的活跃条目的所述内容包括，先前获得的、所述过程控制功能对应的所述参数的值，其中所述先前的获得值是在所述公布时隙发生之前的时间阶段中获得的；以及在公布所述最旧的活跃条目之后停用所述最旧的活跃条目。
[0189]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述指令还能够由所述处理器执行，以在所述缓存的不同条目中存储所述过程控制功能对应的所述参数的所述值中的每个值；并且在所述缓存的所述不同的条目中存储所述每个值对应的时间戳。
[0190]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述过程控制接口接收的所述参数的所述值是基于所述网络设备的采样速率来获取的，所述参数的至少一个值是在分配给所述网络设备的下一个公布时隙出现之前在所述网络设备的所述过程控制接口上获得的，并且所述指令还能够由所述处理器执行，以当所述网络设备工作在第二模式时，在所述缓存的相应的条目中存储所述参数的至少一个值中的一个和相应的时间戳。
[0191]如前述方面的所述网络设备，其中所述过程控制功能对应的所述参数的所述值由现场设备生成。
[0192]如任何前述方面的所述网络设备，其中所述通信网络是无线HART通信网络。
【权利要求】
1.一种通信耦合到过程控制系统的网络设备，所述网络设备被分配有一个公布时隙，所述网络设备包括: 过程控制设备，用于产生过程控制数据； 操作的耦合到所述过程控制设备的处理器，用于获得所述产生的过程控制数据；以及 操作的耦合到所述过程控制系统包括的网络的连接，用于在所述公布时隙期间向所述网络公布所述过程控制数据。
2.如权利要求1所述的网络设备，进一步包括有形的、非易失性存储器，用于储存所述获得的过程控制数据。
3.如权利要求1所述的网络设备，其中所述过程控制设备包括阀门，阀位控制器，开关，传感器，机泵，通风机或其组合。
4.如权利要求1所述的网络设备，其中所述过程控制数据包括与过程控制事件对应的数据，以及与所述过程控制系统的所述过程控制事件相关的时间戳。
5.如权利要求4所述的网络设备，其中所述过程控制事件包括所述过程控制系统的状态，测量或移动。
6.如权利要求4所述的网络设备，其中所述连接操作的耦合到所述网络，用于公布与所述过程控制事件对应的所述数据以及与所述过程控制事件相关的所述时间戳。
7.如权利要求1所述的网络设备，其中所述网络支持HART协议。
8.如权利要求7所述的网络设备，其中所述HART协议时无线HART协议。
9.如权利要求1所述的网络设备，其中所述过程控制设备用于在所述公布时隙之前产生所述过程控制数据。
10.如权利要求1所述的网络设备，其中所述过程控制设备用于在所述公布时隙中产生所述过程控制数据。
11.一种过程控制系统，包括 现场设备，用于产生过程控制数据；以及 网络设备，通信的耦合到所述现场设备并被分配有一个公布时隙，所述网络设备包括: 处理器，用于从所述现场设备获得所述产生的过程控制数据； 操作的耦合到所述处理器的有形的、非易失性存储器，用于储存所述获得的过程控制数据； 操作的耦合到所述过程控制系统内的网络的连接，用于在所述公布时隙向所述网络公布所述过程控制数据。
12.如权利要求11所述的过程控制系统，其中所述现场设备包括阀门，阀位控制器，开关，传感器，机泵，通风机或其组合。
13.如权利要求11所述的过程控制系统，其中所述连接操作的耦合至所述网络，用于公布在所述公布时隙中产生的过程控制数据。
14.如权利要求11所述的过程控制系统，其中所述过程控制数据包括与过程控制事件对应的数据以及与所述过程控制事件相关的时间戳。
15.如权利要求14所述的过程控制系统，其中所述连接操作的耦合至所述网络，用于公布在所述公布时隙产生的所述过程控制数据，所述过程控制数据包括与发生在所述公布时隙前的过程控制事件相对应的数据。
【文档编号】H04L29/08GK203492050SQ201220710148
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年10月22日 优先权日:2011年10月21日
【发明者】M·S·潘塞 申请人:费希尔控制国际公司