工业网络中的消息隧穿的制作方法
【专利说明】工业网络中的消息隧穿
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请的主题涉及以下应用:PCT申请号_(也由代理案号500402.00594
确定)；PCT申请号_(也由代理案号500402.00595确定)；以及PCT申请号_
(也由代理案号500402.00596确定)。所有上述专利申请通过引用并入本文，并与本申请同时提交。
【背景技术】
[0003]连接到工业网络的设备，诸如包含在自动化控制或一些其它类型的过程控制中使用的设备的网络，可使用各种协议来与彼此通信。使用特定的通信协议可允许访问在整个网络中的特定数据，但也可导致其它数据对于某些设备是不可访问的。例如，某些广泛使用的通信协议，诸如以太网工业协议(以太网/IP)，不能提供带完全访问现场设备的某些类型的数据的工业网络的控制器。提供完全访问现场设备的数据的控制器可允许在工业网络中增加的控制器的功能，其可提高自动化和过程控制。因此，有必要改进控制器对现场设备的已有数据访问。
[0004]概述
[0005]本公开的某些方面涉及使用通用工业协议(CIP)隧穿或封装各种消息的方法，通用工业协议以前被称为控制和信息协议。
[0006]在一些变型中，本文描述的系统和方法可包括涉及工业网络的控制器、工业网络的网关设备和工业网络的一个或多个现场设备的方面。
[0007]在一些实施方案中，网关设备可配置成接收来自控制器的消息，该消息封装了符合用于与现场设备进行通信的协议的命令，诸如，高速可寻址远程传感器(HART)命令等。网关设备还可从消息中提取命令，且发送命令到一个或多个现场设备。网关设备还可从一个或多个现场设备接收响应于命令的数据，在消息中封装数据(例如，HART响应)，且发送封装了数据的消息到控制器。
[0008]另外，在一些布置中，控制器可配置成创建命令，诸如创建请求来自一个或多个现场设备的ID号或产品代码的HART命令。控制器可在消息中封装命令，且发送消息到网关设备。控制器还可从网关设备接收封装响应于命令的数据的响应消息，从所接收到的响应消息中提取数据，且使数据被进一步处理。例如，在其中的数据包括现场设备的ID号或产品代码实例中，控制器可确认ID号或产品代码匹配预期值。
[0009]前述内容呈现了简要概述以便提供对本公开的某些方面的基本理解。该概述不是本公开的广泛概述。其旨在既不标识本公开的关键或决定性的元素，也不限定本公开的范围。概述仅仅以简化的形式呈现本公开的某些概念，作为以下描述的序言。
【附图说明】
[0010]本公开通过示例的方式示出，且不限于附图。
[0011]图1示出了根据本公开的各个方面的工业网络的示例。
[0012]图2示出了根据本公开的各个方面的、在其上可实施本公开的各种方法的示例计算设备。
[0013]图3示出了根据本公开的各个方面的、用于网络通信的示例数据模型。
[0014]图4A提供了根据本公开的各个方面的、用于发送用CIP封装的HART命令的示例方法。
[0015]图4B提供了根据本公开的各个方面的、用于处理CIP消息和发送用CIP封装的HART响应的示例方法。
[0016]图4C提供了根据本公开的各个方面的、用于接收用CIP封装的HART响应的示例方法。
[0017]图5示出了根据本公开的各个方面的、可用于使用CIP封装HART命令和HART响应的示例数据格式。
【具体实施方式】
[0018]在以下各种说明性实施方案的描述中，参考标记被用于附图，这些附图形成本文的一部分，且通过图示的方式，在其中示出了可在其中实践本公开的各方面的各种实施方案。应该理解的是，不脱离本公开的范围，其它实施方案可被利用，且可做出结构和功能的修改。
[0019]图1示出工业网络的一个示例。例如，这样的网络也可用于控制、监控或调节各种工业过程，诸如，使用各种传感器和制动器的组合来允许一定量的流体进入混合设备等。应该理解的是，工业网络可由一些其它设备组成，即工业网络可具有不同的网络配置，且工业网络可用于不同用途。在图1中所示的网络只是一个示例。
[0020]在这个示例中，控制器100，诸如，可编程逻辑控制器(PLC)、个人计算机、分布式控制系统、远程终端单元、或人机界面(HMI)设备等，可经由网络102连接到网关设备105，诸如，经由多工器或交换机等。
[0021]网关设备105也可连接到一个或多个现场设备，诸如现场设备115-119。网关设备105可包括个或多个调制解调器，诸如调制解调器103和调制解调器104(例如，频移键控调制解调器)，以促进到达和来自现场设备115-119的通信。网关设备105还可包括一个或多个通用异步接收器/发射器(UART)，诸如，每个调制解调器一个UART等。网关设备105还可包括一个或多个处理器和存储器。在一些实施方案中，到现场设备的连接(描绘为图1中的连接144和141)可以是有线的(例如，经由两线连接、四线连接、双绞线、适于4-20毫安仪器的传输线、以太网电缆、或其它电缆类型)、无线(例如，IEEE 802.1lb等)、或它们的组合。网络102还可包括有线连接、无线连接或其组合。在一些布置中，连接144可以是第一电流环路，且连接141可以是第二电流环路。在一些变型中，连接144和/或连接141可以是导线的集合，使得每个现场设备具有它自己的导线，直接将现场设备连接到网关设备的调制解调器。在类似于图1中所示的实施方案中，控制器100可传送数据到网关设备105和接收来自网关设备105的数据(例如，消息或请求)。网关设备105可传送数据现场设备115-119和从现场设备115-119接收数据(例如，消息或请求)。
[0022]资产管理软件(AMS) 101可被连接到网关设备105。资产管理软件可运行在任何计算设备上。资产管理软件通常用于监控工业网络的状态。这常常涉及反复检查各种传感器、阀或其它现场设备的状态。网关设备105可通过实时地从现场设备自动检索数据，来帮助促进这些检查。通过实时地从现场设备自动检索数据(其有时被称为“扫描”)，网关设备可提高可提供数据给资产管理软件的速度。
[0023]许多工业过程依赖于被处理的输入，并以确定方式转换为输出。例如，控制图1中的设备的过程可依赖于由传感器(例如，现场设备115)检测出的读数和使阀(例如，现场设备116)在阈值时间(例如，250毫秒)内将读数调整为处于正常工作条件下。这个阈值时间限制是应用程序的响应时间(ART)的示例。实现ART限制的一个方面是使用控制器，诸如使用处理输入、基于在预定的时间长度内的这些输入产生输出、且发送输出到网关设备105用于分发到适当的工业网络的现场设备的控制器100。
[0024]现场设备115-119可包括现场设备接口 110-114，以便于连接到网关设备105。现场设备接口 110-114可各自包括通信模块。该通信模块可取决于网络类型。例如，在一些网络实施方案中，通信模块可以是调制解调器，诸如集成频移键控调制解调器。现场设备接口 110-114还可各自包括处理器、存储器、发射器、接收器或其它合适的电子电路组件。现场设备接口(描绘为现场设备接口 110-114)可与现场设备本身是一体的或分开的。例如，现场设备的接口可以是一个独立的模块，例如，其使用一组导线连接到现场设备。
[0025]现场设备115-119可以是各种类型，诸如传感器、发射器、制动器或可在工业网络中使用的任何其它设备(例如，用于控制或监控工业过程的网络)。在一些布置中，现场设备115-119可以是单独可寻址的，且网关设备105可存储需要直接发送到任何现场设备115-119和从任何现场设备115-119接收的信息。在一些布置中，网关设备105和现场设备115-119可使用高速可寻址远程传感器(HART)协议(由HART通信基金会(HCF)提供)或HART协议的某些变体彼此通信。其它协议可由现场设备115-119使用以进行通信。因此，在一些变型中，包含在网关设备105和现场设备115-119中的调制解调器可以是HART调制解调器。在一般情况下，HART协议可被认为是一种主-从协议(可互换地称为客户端-服务器协议)，其中HART数据被叠加在模拟信号上(例如，4至20毫安的信号)。在一些实施方案中，网关设备105可认为是“主”HART设备，且每个现场设备115-119可认为是“从”HART设备。虽然在图1中示出了 5个现场设备，工业网络可包含任何数量或类型的现场设备。HART协议也可被认为是用于与现场设备(例如，现场设备115-119)进行通信的协议。
[0026]HART协议可包括不同的工作模式，诸如点对点模式，其中数字信号被叠加在模拟信号上。在点对点模式中，数字信号和模拟信号都携带发送到/来自HART现场设备的信息。操作模式的另一个示例是多点模式，其中数字信号被叠加到恒定模拟信号且仅数字信号携带发送到/来自HART现场设备的信息。在多点模式中，数字信号可包括数据包(例如，HART数据包)且该数据包可包括地址，其识别数据包被引导到其中(或发送数据包)的一个特定的HART现场设备。HART现场设备可监控数字信号，直到匹配其地址的数据包被识别。
[0027]H