用于替换和调试现场设备的方法和系统的制作方法
【专利摘要】在各方面中，本发明公开了一种使用调试工具以第二现场设备替换第一现场设备的方法。该方法包括：检索与第一现场设备相关联的设备描述文件；分析该设备描述文件；通过基于第一索引和第二索引将第二现场设备的参数映射到来自识别的一个或者多个参数的参数来生成第一对象；基于设备描述文件和所生成的第一对象生成与第二现场设备相关联的配置文件；以及将该配置文件传输给第二现场设备用于调试第二现场设备的操作。分析设备描述文件的步骤包括基于预定准则从多个参数中识别一个或者多个用于映射的参数。
【专利说明】
用于替换和调试现场设备的方法和系统
技术领域
[0001]本发明涉及现场设备和过程自动化领域，并且更具体地涉及替换和调试现场设备。
【背景技术】
[0002]在过程自动化领域中，现场设备在万一故障设备的维护期间或者设备的升级期间被替换。通常替换和调试现场设备包括步骤，例如建立要被替换的现场设备的配置的副本，用新的现场设备替换之前的现场设备，万一设备版本或者制造不同，手动为新的现场设备建立配置文件，并且将先前现场设备的配置的副本传输到新的或者替换的现场设备中。
[0003]采用相同类型、相同版本和来自相同工厂的现场设备替换和调试所述现场设备的方法很简单，因为旧的设备配置文件可以以相同形式再使用。但是，如果新的或者替换的现场设备是不同版本和/或来自不同制造者，用先前现场设备的配置的所述副本来配置所述新的或者替换的现场设备就变得非常复杂。
[0004]为了简单起见，在替换和调试来自不同制造者和/或不同版本的现场设备中，通用软件部件例如“通用高速通道可寻址远程换能器(HART)DTM”被使用在根据现有技术的分布式控制系统(DCS)的设备管理部件中。但是，通过使用通用部件仅仅给现场设备的功能提供了受限制的可接入性。例如，在基于HART协议的设备的情况下，通过使用通用部件只有与现场设备相关的一般和通用的实践命令被执行。
[0005]有一些方案已经试图解决上述问题。但是，需要一种改进的系统和方法以及允许现场设备配置文件的无缝再使用性、互操作性的用于替换和调试现场设备的系统。
【发明内容】
[0006]上述不足、缺点和问题将会在本文进行说明，通过阅读和理解后面的说明书，其将会被理解。
[0007]在设备描述语言(DDL)文件或者软件部件(例如设备类型管理器，DTM)中的设备特定命令和变量的专门实现通常在供货商与供货商之间是不同的。本发明提出了一种方法，使得所述专用变量在来自不同制造者和/或不同版本的现场设备之间可以再使用。因此本发明提供了一种用于替换和调试来自不同制造者和/或不同类型的现场设备的无争议的方案。
[0008]在一个方面中，本发明公开了一种以第二现场设备替换第一现场设备的方法。该方法包括:检索与第一现场设备关联的设备描述文件，分析该设备描述文件，基于预定准则从多个参数中识别一个或者多个用于映射的参数，通过基于第一索引和第二索引将第二现场设备的参数映射到来自识别的一个或者多个参数的参数从而生成第一对象，基于设备描述文件和生成的第一对象生成与第二文件设备关联的配置文件，以及将该配置文件传输到第二现场设备用于调试第二现场设备的运行。
[0009]使用语义词典基于第二现场设备的参数的名称和来自识别的一个或者多个参数的参数的名称之间的语义相似度来确定第一索引。通过比较第二现场设备的参数的参数数据类型、参数类别、相关命令以及参数识别号与来自识别的一个或者多个参数的参数的参数数据类型、参数类别、相关命令以及参数识别号的比较来确定第二索引。
[0010]在一个实施例中，分析设备描述文件还包括从与第一现场设备关联的设备描述文件中提取多个命令以及多个参数并且识别该多个命令和多个参数之间的一个或者多个关系。在一个实施例中，分析设备描述文件还包括通过使用查找表来识别用户将要配置的一个或者多个参数。
[0011 ]在一个实施例中，该方法还包括在映射第二现场设备的参数到来自识别的一个或者多个参数的参数时，请求来自用户的确认，并且在从用户接收到确认后，修改语义词典。
[0012]在另一方面，本发明公开了一种用于采用第二现场设备替换第一现场设备的配置工具。该调试工具包括一个或者多个处理器、网络接口，以及存储器模块。网络接口被配置为接收与第一现场设备关联的设备描述文件，以及将配置文件传输到第二现场设备以便于调试第二现场设备的操作。该存储器模块被可操作地耦合到一个或者多个处理器，并且包括语义词典。该一个或者多个处理器被配置为:分析设备描述文件，通过基于第一索引和第二索引将第二现场设备的参数映射到来自于识别的一个或者多个参数的参数来生成第一对象，以及基于设备描述文件和生成的第一对象生成与第二文件设备关联的配置文件。当分析设备描述文件时，该一个或者多个处理器基于预定的准则从多个参数中识别一个或者多个用于映射的参数。该第一索引使用语义词典来确定。
[0013]在一个实施例中，一个或者多个处理器还被配置为，在将第二现场设备的参数映射到来自识别的一个或者多个参数的参数时，从用户请求确认，并且在从用户接收到确认后，修改语义词典。
[0014]本文还描述了具有变化范围的系统和方法。除了在这一
【发明内容】
部分描述的方面和优点之外，通过参考附图以及参考下面的具体实施例部分，将会明白其他方面和优点。
【附图说明】
[0015]附图1示出了根据本发明的各种实施例的用于替换和调试现场设备的系统；
[0016]附图2示出了根据本发明的各种实施例的用于替换和调试现场设备的方法；以及
[0017]附图3示范性地示出了将参数A的一个或者多个属性与参数B的一个或者多个属性进行匹配的语义。
【具体实施方式】
[0018]在下面的详细描述中，参考构成其一部分的附图，并且其中通过图示来显示出了可被实施的具体实施例。这些实施例被足够详细地描述以使本领域技术人员能够实施这些实施例，并且要理解，其他实施例可以被使用并且在不背离实施例的范围的情况下可以做出逻辑、机械、电子和其他的改变。下面的详细描述因此并不是以限制意义进行。
[0019]在本文中还通过参考非-穷举示范实施例以及参考附图1描述了本发明。
[0020]在附图1中，示出了根据本发明的各种实施例的用于替换和调试现场设备的系统100。一种工业系统包括替换现有现场设备(也被称为第一现场设备)的替换现场设备(也被称为第二现场设备)。该工业系统包括用于获得与现场设备相关的命令和参数的信息的所提供的配置工具。这能够通过参数挖掘器(103)来挖掘设备描述文件而实现。如此获得的信息被整理或合并到表列数据结构(104)中。该表列数据结构包含但不限制于参数名称、帮助字符串、相关联的命令、数据类型、可变大小等等。
[0021]配置工具(101)包括简档生成工具(102)。该简档生成工具(102)包含参数映射模块(105)，其执行整理在表列数据结构(104)中的信息与其他设备的信息的映射，来生成简档对象(106)(也被称为第一对象)。在这里，在语义分析器(111)和索引计算器(112)的操作之后执行映射。语义分析器(111)和索引计算器(112)执行语义分析并且使用参数的名称、帮助文本、标签文本以及相关联的命令信息来确定第一和第二索引。基于第一索引值和第二索引，第二现场设备的参数由参数映射模块(105)映射到第一现场设备的参数。自适应学习模块(114)以及语义单词字典(115)分析简档对象并且帮助改进该语义分析器(111)。该未映射的普通变量被设置为缺省值或者被用户基于参数的临界性来手动设置。该配置通过查找并且将参数名称与具有关键参数名称列表的查找表比较来确定参数的临界性。这在附图2的描述中进一步进行解释。虽然附图1提供了用于调试工具的逻辑图，但是，调试工具是嵌入在第二现场设备或者控制系统上的硬件部件并且包含一个或者多个处理器、网络接口以及存储器模块。
[0022]附图2示出了根据本发明各种实施例的用于替换和调试现场设备的方法(200)。在步骤210，调试工具、特别地参数挖掘器(103)检索与第一现场设备相关联的设备描述文件。设备定义(DD)文件描述了现场设备的操作参数(也被称为参数)、支持命令和机器逻辑。参数保持了设备特性，例如原始值、阻尼值等。使用HART命令，这些特性被下载或者上载到该设备。因此参数与命令相关联。
[0023]在设备描述文件中，定义了与第一现场设备的功能相关联的各种操作参数和命令。特别地，定义了命令和操作参数的属性。属性包含数据类型、名称、帮助字符串、缺省值等。
[0024]在步骤215，调试工具分析设备描述文件。该调试工具提取与参数和命令相关的信息并且将该信息以表列格式存储。然后，调试工具识别命令和参数之间的一个或者多个关系。如果特定参数在与设备描述文件中的特定命令相关联的命令定义部分中提及，或者如果通过特定的命令修改特定命令，则该调试工具确定关系存在于特定参数和特定命令之间。然后，调试工具基于预定的准则从多个参数中识别一个或者多个用于映射的参数。
[0025]该调试工具使用参数的属性和一个或者多个关系来识别一个或者多个用于映射的参数。例如，在一个实施例中，调试工具能够基于参数处理类型识别一个或者多个用于映射的参数。在设备描述文件中，存在两种基于参数处理类型的参数:在调试期间要被配置的写入使能参数和不能被配置的写入禁止参数。该调试工具将写入使能参数识别为一个或者多个用于映射的参数。
[0026]在步骤220，调试工具将生成第一对象(也被称为简档对象)。在本文中解释步骤220的子步骤。在第一子步骤，调试工具使用语义词典基于第二现场设备的参数的一个或者多个属性和来自于识别的一个或者多个参数的参数的一个或者多个属性之间的语义相似性来确定第一索引。为了确定第一索引，调试工具执行第二现场设备的参数的各种属性和来自第一现场设备的识别的一个或者多个参数的参数的各种属性之间的语义匹配并且基于该语义匹配确定一个或者多个相似性分数。这在附图3中进一步图示。使用本领域众所周知的方法和技术，通过考虑属性值的简化的形式以及完整的形式来实现语义匹配和相似性分数计算。
[0027]基于第二设备的参数和第一设备的映射的参数的属性之间的语义相似性，调试工具计算或者确定第一索引。例如，来自第二现场设备的参数(其具有:具有值“压力值”的名称属性(N1)以及具有值“存储压力值”的标签属性(L1))和所映射的来自第一现场设备的参数(其具有:具有值“PresVal”的名称属性(N2)以及具有值“包含如所测量的压力值”的标签属性(L2))的语义匹配的第一索引将会是
[0028]第一索引=[Ki^(NiN2)] + [K2*(LiL2) ] + [K3*(LiN2) ] + [K4*(NiL2)]
[0029]其中,HK3J4是在调试工具的配置期间所设置的恒量
[0030]N1N2是通过名称属性的语义匹配所计算的相似性分数[0031 ] L1L2是通过标签属性的语义匹配所计算的相似性分数
[0032]L1L2是通过标签属性1^和名称属性N2的语义匹配所计算的相似性分数
[0033]N1L2是通过标签属性见和名称属性L2的语义匹配所计算的相似性分数。
[0034]然后，在第二子步骤，调试工具通过将第二现场设备的参数的一个或者多个功能性属性与来自于第一现场设备的识别的一个或者多个参数的参数的一个或者多个功能性属性进行比较来确定第二索引。功能属性是定义参数的功能方面的属性。在一个示例中，特定于基于HART的设备，功能属性包含，但是不限制于，参数数据类型、参数类别、相关命令以及参数识别号。该调试工具基于第二现场设备的参数的功能性属性和第一现场设备的映射的参数之间的等价性或者等同性来确定第二索引。在一个示例中，第二现场设备的参数具有功能属性:数据类型INT(D1)以及相关命令:GetPr0CesSData(Cl)，以及第一现场设备的映射的参数具有功能性属性:数据类型:FL0AT(D2)以及命令:GetMeasurementData(C2)。在该示例中，第二索引将是
[0035]第二索引=[01*(D1D2)] + [02*(C1C2)]
[0036]其中
[0037]01、02是在调试工具配置期间所设置的恒量
[0038]D1D2是通过比较数据类型属性的范围和数据存储格式来计算的相似性分数
[0039]C1C2是通过比较相关命令属性的命令定义来计算的相似性分数。
[0040]在第二子步骤之后，在第三子步骤，调试工具基于种子简档、第一索引和第二索引将第二现场设备的参数映射到来自识别的一个或者多个参数的参数。当计算的第一索引以及计算的第二索引都高于预定分数或者在种子简档中提供了映射信息时，则第二现场设备的参数被映射到第一现场设备的映射的参数。在一个实施例中，调试工具提供未被映射到用户用于手动映射的参数的列表。根据来自用户的输入，调试执行映射以及修改种子简档以包含通过用户提供的信息。另外，调试工具从用户输入学习以建立和修改称为语义词典的知识数据库。语义词典在变量语义分析期间被使用。不存在标准的指导原则来指导如何定义属性，如要被写入的名称、描述和标签，从而给研发者提供了对这些属性的自由。一些研发者能够使用缩写名称，一些能够使用全名，或者一些能够使用同义词。来自不同供货商的相同的系列设备(例如:压力设备系列)必须具有通用的对工厂过程所需要的强制参数设置。这些强制参数将不具有相同的名称、描述或者标签，但是它们保持了类似的特性。自适应学习调试工具采用用户提供的参数映射数据来在语义词典中建立新的项目。
[0041]在步骤230，调试工具基于设备描述文件和生成的第一对象生成与第二现场设备相关联的配置文件。在步骤240，调试工具将配置文件传输给第二现场设备用于调试第二现场设备的操作。
[0042]在一个实施例中，种子简档包含第一现场设备的参数和HART指定参数之间的一个或者多个关联性。该种子简档包含映射两个或者多个供货商的现场设备的细节的命令和相关联参数。种子简档在不同供货商的多个现场设备之间可以再使用，他们的命令和变量被映射到种子简档中。存在两种种子简档，被定义为通用种子简档和供货商的专用种子简档。通用种子简档包含与供货商专用参数和命令映射的通用设备参数和命令。通用设备参数是那些定义在通用设备描述文件中的参数，例如HART通用设备描述文件。通用种子简档被用于映射通用设备描述参数和设备专用参数。“供货商种子简档”包含映射了其他供货商的设备参数和命令的工厂专用设备参数和命令。一个种子简档是可以在相同设备类型参数映射的不同变形之间再使用的。供货商专用种子简档生成需要用户的输入以映射两个不同供货商的命令和变量。这借助于种子简档生成工具向导而完成。该工具具有自动语义识别机制，其将帮助用户来映射命令和变量。在数据类型不匹配的情况下，种子简档还保持数据类型转换的细节。
[0043]在一个实施例中，分析设备描述文件还包括从与第一现场设备相关联的设备描述文件中提取多个命令和多个参数并且识别该多个命令和多个参数之间的一个或者多个关系。该多个命令包含一个或者多个通用命令。
[0044]在一个实施例中，分析设备描述文件还包括使用查找表识别一个或者多个要由用户配置的参数。这些参数是用户配置的基本参数。为了简化设备参数配置过程，调试工具基于工业应用从属来分类设备参数并且只有那些对于配置来运行工业应用非常基本的参数被提供给调试工程师。剩下的参数能够对调试工程师隐藏。
[0045]基本参数是应用特定的。对于不同类型的应用，不同的基本参数需要配置。通常，基本参数的列表由专家组、客户或者监管机构推荐。具有大量参数的设备参数的不统一的指定/名称使识别基本应用专用参数非常难。如果现场设备是，例如，温度传感器，则基本参数“温度值”能够很难依赖于制造来指定并且能够被称为“TempVal”、“TVal”、“PV”等，因为该指定不是工业上标准化的。
[0046]为了在不统一的设备参数生成的指定/名称之间的自动识别基本参数，现场设备的设备描述文件被使用。为了在设备中发现基本参数，命令细节连同字节位置的组合能够用来发现设备的基本参数。例如，“Tag Name” HART命令#13，字节[0_5 ]称为标签值。相应地，说1^命令#1、#36、#37、#34和#47能够用于识别原始值、上部-范围值、下部-范围值、阻尼值和转换功能。在一个实施例中，调试工具包含通过专家提供的基本参数的列表并且执行语义分析。
[0047]在一个实施例中，配置工具(101)包含设备管理架构(107)。如此生成的简档对象(106)被输入到通过控制网络连接到现场设备整合(FDI)平台(附图1中未示出)的设备管理架构(107)中。该FDI平台具有关于现场设备、设备参数以及他们与其他现场设备或者其设备参数的关联性的信息。所有与现场设备相关的信息被存储在信息模型内的对象中。对象的属性表示设备的性质及其从属性。
[0048]在一个实施例中，被称为“Alias”的属性被建立并且本文用于Π)Ι平台内的设备替换。Alias的对象类型通过在FDI平台内输入简档对象来建立。能够在信息模型的任意设备对象处建立Alias属性。信息模型的一个设备对象能够具有一个或者多个不同类型的Alias属性。Alias对象还执行映射的多个现场设备参数之间的自动的数据类型转换。
[0049]考虑到用采用Alias对象的设备B替换设备A，本发明还被描述为示范性实施例。Al ias对象类型的实例被建立为设备A的属性。该Al ias对象类型能够从Al ias词典中选择。每一个Alias对象由关于从一个设备到另一个设备的映射细节组成。在建立Alias对象类型的实例时，用于该设备的虚拟配置基于设备A配置被建立用于映射的设备B。虚拟配置处理了设备A和设备B参数之间的数据类型转换。
[0050]在建立Alias属性时，现场设备A被现场设备B替换。设备B需要类似于设备A的参数配置的参数配置。关于这个，通过Alias对象建立的虚拟配置被直接下载或者输入(111)到设备B，从而消除进一步或者附加的步骤。先前与设备A相关联的终端-用户应用不需要重映射，因为与设备A的通信通过映射到设备B的Alias对象而重-路由。
[0051]另外，本发明公开了一种用于易于比较来自两个不同设备的参数的方法。当测量相同物理参数的设备是来自于不同的供货商并且供货商已经给具有相同意义的参数不同的名称时，该方法使用调试工具来比较两个现场设备参数。下面提供了一种该方法的典型的实施例。
[0052]工具功能性将允许用户来选择两个或者多个设备，并且一旦多于两个的设备被选择，比较按钮开始启用并且在按下按钮时，如所示附件的网格被填充，其包含来自不同设备(同样制造或者不同制造)的参数。差别将被加亮，使得他们能够很容易被识别。涉及在这一比较过程中的主要步骤如下:步骤1:-如第一步骤工具将在背景中检查，选择的设备是否是相同类型。在他们不是相同类型的情况下，将采用必要的动作来提供反馈给用户。步骤2:-在如果两个或者多个选择的用于比较的设备是来自于相同的供货商并且供货商跨设备维持表示相同物理参数的参数的相同名称的情况下，则调试工具将匹配名称，以及将参数放置在相同行或者至少彼此接近(如果匹配达到一定程度)。工具的输入的一个将包含数据库，具有使用的参数的通用名称。步骤3:-—旦设备参数比较工具完成名称的匹配，则调试工具将执行语义简档化以进一步提炼参数匹配。步骤4:-此外，调试工具将使用各种技术例如查看UID来学习逻辑分组的参数并且推断关系(如果组中的一个或多个参数名称被直接匹配)。或者使用在EDD中的关系构造来识别匹配参数。步骤5:-最终，工具将填充列表，在其后用户将具有自己设置参数的选项(在用户注意到在匹配的参数中的一些不一致的情况下)。这种用户动作将被追踪并且将生成学习用于进一步比较。这种学习的结果将被馈送给种子简档或者语义词典以建立用于参数的唯一附加关键字作为相同指定。步骤7:-—旦完整的列表被填充，用户将具有输出这种列表的选择项。从一个设备向另一个设备拖和放单个或者多个参数值。在改变数值时，用户能够直接从相同比较列表下载这类改变的值到设备。这将避免需要切换到其他UI用于启动下载操作，从而节省了时间。步骤8:-当下载时，工具将排除与通信相关的参数(例如轮询地址或者长标签)。另外，选择所有参数的选项将被提供以从一个设备向另一个设备复制所有参数。
[0053]本书面描述使用包含最佳模式的示例来描述本文中的主题，并且还使得本领域技术人员能够制造和使用该主题。通过权利要求书限定主题的可专利范围，并且可包含本领域技术人员想到的其他示例。如果这类其它示例具有没有不同于权利要求书的文字语言的结构要素，或者如果它们包含具有与权利要求书的文字语言的非实质差异的等同结构要素，则它们意在处于权利要求书的范围之内。
【主权项】
1.一种使用调试工具以第二现场设备替换第一现场设备的方法，所述调试工具包括一个或者多个处理器、网络接口以及存储器模块，所述方法包括: a.通过所述调试工具检索与所述第一现场设备相关联的设备描述文件； b.通过所述调试工具分析所述设备描述文件，其中分析所述设备描述文件包括基于预定准则从多个参数中识别一个或者多个参数以用于映射； c.通过所述调试工具生成第一对象，其中生成步骤包括: 1.使用语义词典基于所述第二现场设备的参数的一个或者多个属性和来自所识别的一个或者多个参数的参数的一个或者多个属性之间的语义相似性来计算第一索引， i1.通过比较所述第二现场设备的所述参数的一个或者多个属性与来自所识别的一个或者多个参数的所述参数的一个或者多个属性来计算第二索引，以及 ii1.基于种子简档、所述第一索引和所述第二索引将所述第二现场设备的所述参数映射到来自所识别的一个或者多个参数的所述参数； d.通过所述调试工具基于所述设备描述文件和所生成的第一对象生成与所述第二现场设备相关联的配置文件，以及 e.通过所述调试工具将所述配置文件传输给所述第二现场设备用于调试所述第二现场设备的操作。2.根据权利要求1的方法，其中所述种子简档包含所述第一现场设备的参数和HART指定参数之间的一个或者多个关联性。3.根据权利要求1的方法，其中分析所述设备描述文件还包括 a.从与所述第一现场设备相关联的所述设备描述文件中提取多个命令和多个参数，其中所述多个命令包含一个或者多个通用命令； b.识别所述多个命令和所述多个参数之间的一个或者多个关系。4.根据权利要求1的方法，其中分析所述设备描述文件还包括使用对应的HART命令号和字节位置以及查找表来识别要由用户配置的一个或者多个参数。5.根据权利要求1的方法，还包括 a.在将所述第二现场设备的所述参数映射到所识别的一个或者多个参数的所述参数时，从用户请求确认；以及 b.在从所述用户接收到确认时，修改所述语义词典。6.—种用于以第二现场设备替换第一现场设备的配置工具，包括: a.网络接口，配置成接收与所述第一现场设备相关联的设备描述文件，以及将配置文件传输到所述第二现场设备用于调试所述第二现场设备的操作； b.存储器模块，其中所述存储器模块包括语义词典；以及 c.一个或者多个处理器，配置成: i)分析所述设备描述文件，其中分析所述设备描述文件包括基于预定准则从所述多个参数中识别一个或者多个参数以用于映射， ii)通过基于第一索引和第二索引使用种子简档将所述第二现场设备的参数映射到来自于所识别的一个或者多个参数的参数而生成第一对象，以及 iii)基于所述设备描述文件和所生成的第一对象生成与所述第二现场设备相关联的配置文件。7.根据权利要求6的配置工具，其中所述种子简档包含所述第一现场设备的参数和HART专用参数之间的一个或者多个关联性。8.根据权利要求6的配置工具，其中所述一个或者多个处理器还配置成在将所述第二现场设备的所述参数映射到所识别的一个或者多个参数的所述参数时，从用户请求确认，以及在从所述用户接收到确认时修改所述语义词典。
【文档编号】H04L12/24GK105830417SQ201480040617
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年11月17日
【发明人】R·库马, R·布劳恩, B·米林德, N·沙, S·博尔梅耶, S·潘德哈卡, D·坦杜, M·坎德
【申请人】Abb技术有限公司