專利名稱：具有分布控制功能的過程控制網(wǎng)絡(luò)中的本地設(shè)備和過程診斷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及過程控制網(wǎng)絡(luò)，具體而言涉及用于具有分布控制功能的過程控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)本地設(shè)備和過程診斷的方法和裝置。
背景技術(shù)：
諸如化學(xué)、汽油和其它制造與精煉過程之類的過程需要眾多位于各種位置的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備來測(cè)量和控制過程參數(shù)以實(shí)現(xiàn)過程的有效控制。這些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備例如可以是諸如溫度、壓力和流速傳感器之類的傳感器和諸如閥門和開關(guān)之類的控制單元。
過程控制過去是借助人工操作(例如人工讀取液面和壓力計(jì)，開啟閥門輪等)來測(cè)量和控制過程中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。20世紀(jì)初，過程控制開始采用本地氣動(dòng)控制，其中將本地氣動(dòng)控制器、傳送器和閥門定位器放置在工廠內(nèi)各位置上以實(shí)現(xiàn)對(duì)某些工廠位置的控制。隨著70年代基于微處理器的分布控制系統(tǒng)(DCS)的出現(xiàn)，分布電子過程控制在過程控制中日益占據(jù)主導(dǎo)地位。
正如所知的那樣，DCS包括一臺(tái)模擬或數(shù)字計(jì)算機(jī)(例如可編程邏輯控制器)，它與諸如電子傳感器、傳送器、電流-壓力轉(zhuǎn)換器、閥門定位器之類分布在整個(gè)過程線上的眾多電子監(jiān)控設(shè)備相連。DCS計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)并實(shí)現(xiàn)集中式并且常常是復(fù)雜的控制方案以測(cè)量和控制過程中的設(shè)備，從而根據(jù)某些總體控制方案控制過程參數(shù)。但是通常情況下，DCS實(shí)現(xiàn)的控制方案都是DCS控制器制造商的專利，由于DCS提供方必然牽涉到系統(tǒng)擴(kuò)展、升級(jí)、重新編程和服務(wù)等各個(gè)方面，所以其業(yè)務(wù)難度大并且價(jià)格昂貴。而且由于DCS控制器的專利屬性以及實(shí)際情況中DCS控制器提供商有可能不支持其它供應(yīng)商制造的某些設(shè)備或功能的緣故，特定DCS使用或連接的設(shè)備種類都受到一定的限制。
為了克服在使用擁有專利權(quán)的DCS中存在的固有問題，過程控制業(yè)界研制了大量標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)通信協(xié)議，例如包括HART、PROFIBUS、WORLDFIP、LONWORKS、Device-Net和CAN協(xié)議，這些協(xié)議可以使不同制造商提供的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在同一過程控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用。實(shí)際上，即使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是由DCS控制器制造商以外的制造商提供，也能夠采用任何遵守其中一個(gè)這類協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在過程內(nèi)完成與DCS控制器或其它支持協(xié)議的控制器之間的通信并受它們控制。
而且在過程控制工業(yè)中現(xiàn)在有一種分散化過程控制的轉(zhuǎn)向，它簡(jiǎn)化了DCS控制器或者在很大程度上減少了對(duì)DCS控制器的需求。通過使諸如閥門定位器、傳送器之類的過程控制設(shè)備完成一種或更多的過程控制功能并隨后在其它完成其它控制功能的過程控制設(shè)備使用的總線結(jié)構(gòu)上交換數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了分散化控制。為了實(shí)現(xiàn)這些控制功能，每個(gè)過程控制設(shè)備包括能實(shí)現(xiàn)一種或更多控制功能并利用標(biāo)準(zhǔn)和開放的通信協(xié)議與其它過程控制設(shè)備進(jìn)行通信的微處理器。這樣，不同制造商提供的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就可以在一個(gè)過程控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)互聯(lián)起來，互相進(jìn)行通信并完成構(gòu)成控制環(huán)路的一種或多種過程控制功能而無需DCS控制器的干預(yù)。由現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)制訂的稱為FOUNDATIONTM現(xiàn)場(chǎng)總線(以下稱為“現(xiàn)場(chǎng)總線”)的全數(shù)字兩路總線協(xié)議是一種開放的通信協(xié)議，它允許不同制造商的設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)總線互相操作和通信以在一個(gè)過程內(nèi)實(shí)現(xiàn)分散化控制。
如上所述，過程控制功能的分散化簡(jiǎn)化并在某些情況下減少了對(duì)專利性質(zhì)的DCS控制器的依賴，這使過程操作者在改造和升級(jí)DCS控制器實(shí)現(xiàn)的控制方案時(shí)減少了對(duì)DCS控制器制造商的依賴。但是分散化控制也給諸如過程診斷之類的診斷帶來了更多的困難，這類診斷一般是由DCS控制器完成的。當(dāng)在溫度和壓力范圍變化較大的嚴(yán)峻環(huán)境下使用諸如流體控制閥門之類的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使，對(duì)設(shè)備和過程之類進(jìn)行日常診斷是非常重要的。在這種環(huán)境下，必須進(jìn)行重要的維護(hù)工作，包括定期除險(xiǎn)維修、閥門斷裂維修和閥門功能測(cè)試。
在標(biāo)準(zhǔn)的DCS環(huán)境下，計(jì)算機(jī)(例如個(gè)人電腦)與網(wǎng)絡(luò)耦合并通過向定位器發(fā)送診斷控制信號(hào)強(qiáng)迫閥門作與診斷控制信號(hào)有關(guān)的測(cè)試沖擊或測(cè)試周期，對(duì)例如閥門或者定位器/閥門組合完成設(shè)備診斷。在此期間，計(jì)算機(jī)測(cè)量定位器和/或閥門響應(yīng)診斷控制信號(hào)而作出的輸出(例如閥門位置變化)，隨后對(duì)測(cè)得的輸出進(jìn)行分析以確定閥門或定位器/閥門設(shè)備的工作狀態(tài)。
在一種已知的用于流體控制閥門(例如氣動(dòng)閥門)的診斷系統(tǒng)中，所提供的壓力傳感器檢測(cè)閥門入口處的壓力變化而所提供的位置傳感器檢測(cè)閥門塞的運(yùn)動(dòng)。通過向氣動(dòng)閥門輸入端提供受控可變氣壓在一個(gè)測(cè)試操作循環(huán)內(nèi)操縱閥門。在例如動(dòng)態(tài)掃描的測(cè)試操作循環(huán)中，閥門塞在所需的范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，一般是從全開啟位置變化到全關(guān)閉位置并從全關(guān)閉位置返回全開啟位置。或者，測(cè)試可以按照一系列單獨(dú)的步數(shù)移動(dòng)閥門塞以測(cè)試某些閥門參數(shù)。
在測(cè)試操作循環(huán)內(nèi)，壓力傳感器提供了對(duì)應(yīng)閥門入口處壓力變化的輸出信號(hào)，而位置傳感器提供了對(duì)應(yīng)閥門塞運(yùn)動(dòng)的輸入信號(hào)。傳動(dòng)器和閥門塞或閥門主干位置處的空氣壓力的各輸入或輸出信號(hào)隨后經(jīng)過處理產(chǎn)生代表閥門輸入處壓力變化的數(shù)據(jù)，它是測(cè)試操作循環(huán)期間閥門塞運(yùn)動(dòng)的函數(shù)。將空氣壓力與傳動(dòng)器隔膜有效面積相乘就得到閥門主干負(fù)載。
診斷系統(tǒng)接收診斷命令并經(jīng)通信線路將傳感器獲得的診斷信息送至外部控制臺(tái)或處理器/計(jì)算機(jī)。外部控制臺(tái)或處理器/計(jì)算機(jī)請(qǐng)求單個(gè)診斷測(cè)試并在診斷系統(tǒng)完成測(cè)試時(shí)等待結(jié)果。當(dāng)測(cè)試完成時(shí)，診斷系統(tǒng)向外部控制臺(tái)發(fā)送測(cè)試結(jié)果。對(duì)于每個(gè)閥門都完成各種各樣的診斷測(cè)試并且控制系統(tǒng)一般包括多個(gè)閥門從而可能延長(zhǎng)診斷測(cè)試時(shí)間。
正如所知道的那樣，在標(biāo)準(zhǔn)DCS環(huán)境中，諸如DCS控制器之類的計(jì)算機(jī)通過向定位器發(fā)送診斷控制信號(hào)強(qiáng)迫閥門進(jìn)入測(cè)試序列，利用例如閥門或定位器/閥門組合完成診斷處理。
在標(biāo)準(zhǔn)的DCS環(huán)境中，由于DCS控制器或外部計(jì)算機(jī)已經(jīng)配置為控制過程中各種設(shè)備的設(shè)定點(diǎn)(或其它輸入)并測(cè)量設(shè)備輸出和其它過程參數(shù)以實(shí)現(xiàn)與過程正常操作相關(guān)的控制策略，所以可以無需對(duì)系統(tǒng)作重大程度的重組或重新配置就可以完成設(shè)備和過程的診斷。因此，在標(biāo)準(zhǔn)DCS環(huán)境下完成診斷實(shí)際上是以略微不同的方式利用DCS控制器或其它外部計(jì)算機(jī)來控制過程內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備或者是利用DCS控制器或其它外部計(jì)算機(jī)測(cè)量過程或設(shè)備參數(shù)。因此在標(biāo)準(zhǔn)DCS環(huán)境下，診斷程序可以存儲(chǔ)在集中式DCS控制器或其它集中式外部計(jì)算機(jī)內(nèi)并由其用來完成幾乎任何設(shè)備或過程的診斷，并且這些診斷程序可以在無需對(duì)過程控制網(wǎng)絡(luò)作重大的重新配置情況下就可以使用。遺憾的是，由于診斷程序集中化的性質(zhì)，它們無法提供有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備更為詳細(xì)的信息。
但是在具有分布控制功能的過程控制網(wǎng)絡(luò)中，某種程度上的集中式系統(tǒng)控制器未配置為單獨(dú)控制過程內(nèi)所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備并且也未配置為接收所有用來完成設(shè)備和過程診斷的相應(yīng)設(shè)備或過程參數(shù)的數(shù)據(jù)。相反，利用位于過程控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同位置的通信線路連接的多個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制策略的不同過程控制環(huán)路。典型的情況是，這些設(shè)備被配置為利用事先制定的周期通信來傳送與實(shí)現(xiàn)過程控制環(huán)路相關(guān)的特定控制功能所需的數(shù)據(jù)并利用非周期或異步通信傳送其它數(shù)據(jù)(例如設(shè)定點(diǎn)改變)。因此在利用事先制定的周期通信實(shí)現(xiàn)的具有分布控制函數(shù)的過程控制網(wǎng)絡(luò)中，由于主設(shè)備必須采用異步通信方式發(fā)送診斷控制信號(hào)，無法精確控制診斷控制信號(hào)(或其不同部分)到達(dá)被測(cè)試設(shè)備的時(shí)刻，所以主設(shè)備無法向過程控制設(shè)備發(fā)送具有嚴(yán)格確定意義的診斷控制信號(hào)，而系統(tǒng)被配置為實(shí)現(xiàn)普通的控制策略。實(shí)際上，利用異步通信，主設(shè)備無法知道診斷控制信號(hào)(或其任何特定部分)何時(shí)到達(dá)被控制設(shè)備的輸入處。因此為了向具有分布控制功能的的過程控制網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備發(fā)送具有確定意義的診斷控制信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)的控制配置必須重新配置，但這必須離線處理。
而且雖然某些過程控制設(shè)備(例如Fisher控制國(guó)際股份公司制造和銷售的Fieldvue和Flowscanner設(shè)備)能夠完成自診斷，但這些設(shè)備局限于在利用模擬或模擬/數(shù)字混合通信協(xié)議進(jìn)行不同設(shè)備間通信的過程控制系統(tǒng)中使用?，F(xiàn)在還沒有過程控制設(shè)備能夠在全數(shù)字系統(tǒng)或者完成分布控制功能的通信系統(tǒng)中完成自診斷。
而且能夠完成自診斷的過程控制設(shè)備局限于完成由設(shè)備制造商硬件編碼人設(shè)備內(nèi)的診斷，因此無法完成由主機(jī)或用戶(包括由不同設(shè)備制造商研制的程序)生成的診斷程序或測(cè)試。這種情況使用戶無法對(duì)工廠內(nèi)所有不同類型的設(shè)備運(yùn)行同一測(cè)試。
而且完成自診斷的過程控制設(shè)備一般也無法完成過程診斷。因此即使在包含能夠完成某些自診斷(即設(shè)備診斷)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的系統(tǒng)內(nèi)也必須建立完成過程診斷的主設(shè)備。但是如上所述，由于控制結(jié)構(gòu)必須重新配置以使主機(jī)能同步控制設(shè)備，所以主設(shè)備難以在包含分布功能的過程控制系統(tǒng)中完成過程診斷。而且在過程診斷期間利用不同的控制方案可能會(huì)給過程正常運(yùn)行期間控制方案的實(shí)現(xiàn)帶來錯(cuò)誤或失準(zhǔn)。而且具有診斷功能的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無法診斷沒有本地診斷能力的其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種完成在過程控制網(wǎng)絡(luò)中的特定過程控制設(shè)備的設(shè)備和過程診斷的裝置和方法，比較好的是在具有分布控制功能的過程控制上，或由該設(shè)備而來中。按照本發(fā)明，診斷測(cè)試程序(可以是設(shè)備或過程診斷測(cè)試程序)存儲(chǔ)在過程控制設(shè)備內(nèi)并由其執(zhí)行以完成對(duì)過程控制設(shè)備的診斷而無需重新配置與過程控制網(wǎng)絡(luò)相連的控制結(jié)構(gòu)。因此診斷測(cè)試子程序可以根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)而過程可以在基本上與過程正常操作器件相同的控制策略下進(jìn)行。而且按照本發(fā)明的由過程控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)的設(shè)備或過程診斷測(cè)試程序可以由用戶在主設(shè)備上生成并在運(yùn)行診斷測(cè)試程序之前送至過程控制設(shè)備，這使得過程控制設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)任何所需的診斷測(cè)試程序，包括其它設(shè)備制造商提供的程序。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，能夠在用于包含多個(gè)由雙線數(shù)字功率總線互相耦合的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程控制網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包含氣動(dòng)操縱的流體控制閥門；通過氣動(dòng)壓力線路與流體控制閥門耦合的定位器，用來產(chǎn)生使流體控制閥門在從開啟位置到關(guān)閉位置范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)的的氣動(dòng)壓力；以及與定位器和流體控制閥門耦合的位置傳感器，用來檢測(cè)流體控制閥門的位置。壓力傳感器與與氣動(dòng)壓力線路耦合，用來檢測(cè)施加在流體控制閥門上的氣動(dòng)壓力，氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器上的電學(xué)信號(hào)通過氣動(dòng)壓力線路與定位器耦合，用來控制作為電學(xué)信號(hào)函數(shù)的氣動(dòng)壓力線路中的氣動(dòng)壓力。一臺(tái)電子控制器與電至壓力的轉(zhuǎn)換器、壓力傳感器和位置傳感器耦合，并且包括控制邏輯，它根據(jù)指示由壓力傳感器檢測(cè)的壓力和位置傳感器檢測(cè)的位置的反饋信號(hào)并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制信號(hào)確定電學(xué)信號(hào)。而且數(shù)字接口與雙線數(shù)字功率總線和電子控制器耦合并且包含向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供功率總線輸送的功率的電路和接收包括來自總線的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制信號(hào)的信號(hào)并向總線發(fā)送指示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的信號(hào)的兩路通信電路。
按照本發(fā)明的另一方面，能夠在用于包含多個(gè)由雙線全數(shù)字通信總線互相耦合的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程控制網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包含連接雙線全數(shù)字總線從而在總線上進(jìn)行全數(shù)字通信的連接器；存儲(chǔ)包含一系列診斷測(cè)試指令的診斷測(cè)試程序的存儲(chǔ)器；以及利用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完成存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的診斷測(cè)試指令以實(shí)現(xiàn)診斷測(cè)試的控制器。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還包含采集診斷測(cè)試期間生成的診斷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元和在總線上以全數(shù)字格式傳送采集的診斷數(shù)據(jù)的通信單元。
比較好的是，控制器包括適于解釋程序語言的程序語言解釋器并且診斷測(cè)試指令以程序語言存儲(chǔ)并經(jīng)總線從多個(gè)設(shè)備中的第二個(gè)送至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制器。同樣，如上所述，診斷測(cè)試指令可以完成設(shè)備和/或過程的診斷。如果診斷測(cè)試指令定義了過程診斷，則數(shù)據(jù)采集單元適于接收診斷測(cè)試期間其它設(shè)備生成的數(shù)據(jù)。
按照本發(fā)明的另一方面，能夠在用于包含多個(gè)由總線互相耦合的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程控制網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包含存儲(chǔ)包含一系列診斷測(cè)試指令的診斷測(cè)試程序的存儲(chǔ)器；完成存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的診斷測(cè)試指令以實(shí)現(xiàn)診斷測(cè)試的設(shè)備控制器；采集診斷測(cè)試期間生成的診斷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元；以及經(jīng)總線從多個(gè)設(shè)備中的第二個(gè)接收診斷測(cè)試指令、將接收的診斷測(cè)試指令存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)并在總線上傳送采集的診斷數(shù)據(jù)的通信單元。
按照本發(fā)明的另一方面，能夠在用于包含多個(gè)由雙線數(shù)字驅(qū)動(dòng)總線互相耦合的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程控制網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包含存儲(chǔ)包含由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的一系列診斷測(cè)試指令的診斷測(cè)試子程序的存儲(chǔ)器；以及完成存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的診斷測(cè)試指令以實(shí)現(xiàn)診斷測(cè)試的設(shè)備控制器?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備還包含采集診斷測(cè)試期間生成的診斷數(shù)據(jù)并經(jīng)總線從多個(gè)設(shè)備其中第二個(gè)接收進(jìn)一步過程診斷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備內(nèi)的通信單元在過程診斷處理完成以后于總線上傳送采集的診斷數(shù)據(jù)和進(jìn)一步過程診斷數(shù)據(jù)。
附圖的簡(jiǎn)要說明

圖1是使用現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的示例過程控制網(wǎng)絡(luò)的示意方框圖；圖2是其中具有一組三功能塊的現(xiàn)場(chǎng)總線裝置的示意方框圖；圖3是示出位于圖1過程控制網(wǎng)絡(luò)的某些裝置內(nèi)的功能塊的示意方框圖；圖4是位于圖1的過程控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的過程控制回路的控制回路示意圖。
圖5是圖1的過程控制網(wǎng)絡(luò)的一段總線的宏循環(huán)的時(shí)序示意圖；圖6為示意塊圖，示出了具有雙線環(huán)路通電的兩路數(shù)字通信定位器的數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；圖7為用于控制圖6數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的合適現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制器的示意塊圖；圖8為完成診斷測(cè)試技術(shù)的流程圖；圖9為測(cè)試圖6數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的診斷測(cè)試協(xié)議的流程圖；圖10A、10B和10C為曲線圖，示出了根據(jù)本發(fā)明用于完成設(shè)備診斷的不同診斷測(cè)試信號(hào)；
圖11A和11B為控制環(huán)路示意圖，包含按照本發(fā)明的診斷數(shù)據(jù)采集功能塊；以及圖12為利用圖11的診斷數(shù)據(jù)采集功能塊完成過程診斷測(cè)試的診斷測(cè)試協(xié)議流程圖。
實(shí)施發(fā)明的較佳方式結(jié)合一過程控制網(wǎng)絡(luò)來詳細(xì)描述本發(fā)明的設(shè)備和過程診斷的方法，該過程控制網(wǎng)絡(luò)使用一組現(xiàn)場(chǎng)總線裝置以分散或分布方式來實(shí)現(xiàn)過程控制功能，應(yīng)注意本發(fā)明的診斷方法可使用這樣的過程控制網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)使用其它類型的現(xiàn)場(chǎng)裝置和通信協(xié)議(包括不依靠雙線總線的協(xié)議和只支持模擬或模擬數(shù)字通信的協(xié)議)來進(jìn)行分布控制功能。于是，例如，本發(fā)明的設(shè)備和過程診斷可用于進(jìn)行分布控制功能的任何過程控制網(wǎng)絡(luò)，即使該過程控制網(wǎng)絡(luò)使用HART、PROFIBUS等通信協(xié)議或者現(xiàn)有或?qū)砜砷_發(fā)的任何其它通信協(xié)議。此外，本發(fā)明的診斷方法亦可用于是有分布控制功能，例如，HART網(wǎng)絡(luò)等的標(biāo)準(zhǔn)過程控制網(wǎng)絡(luò)。又可用于任何需要過程控制的設(shè)備，諸如閥門、定位器、傳感器之內(nèi)。
在討論本發(fā)明的診斷的細(xì)節(jié)前，將對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議、依據(jù)該協(xié)議構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)裝置以及在使用現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的過程控制網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生通信的方式進(jìn)行總體描述。然而，應(yīng)理解，雖然現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議是一個(gè)為用于過程控制網(wǎng)絡(luò)而開發(fā)的相對(duì)新的全數(shù)字通信協(xié)議，該協(xié)議在本領(lǐng)域內(nèi)是公知的，且在例如現(xiàn)場(chǎng)總線Foundation(一個(gè)總部設(shè)在德克薩斯州奧斯汀市的公益性組織)所出版、分發(fā)和獲得的大量文章、小冊(cè)子和說明書中有詳細(xì)描述。尤其是，在公知的來自現(xiàn)場(chǎng)總線Foundation的通信技術(shù)說明書和用戶層技術(shù)說明書這類手冊(cè)中詳細(xì)地描述了現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議以及使用該現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議進(jìn)行通信及把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在裝置中的方式，從而在這里把引用其全部?jī)?nèi)容作為參考。
現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議是一種全數(shù)字串行雙向通信協(xié)議，它為位于例如工廠或車間的設(shè)備或過程控制環(huán)境中的諸如傳感器、傳動(dòng)器、控制器、閥門等雙線回路或總線互連“現(xiàn)場(chǎng)”設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)化物理接口。實(shí)際上，現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議為位于過程裝置中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(現(xiàn)場(chǎng)裝置)提供了局域網(wǎng)絡(luò)，這樣使這些現(xiàn)場(chǎng)裝置在分布于整個(gè)過程中的各個(gè)位置處進(jìn)行控制功能并在進(jìn)行這些控制功能前后相互通信以實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制策略。由于現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議使控制功能分布于整個(gè)過程控制網(wǎng)絡(luò)中，所以它減少了中央處理控制器(通常與DCS相連)的復(fù)雜性，或完全不需要此控制器。
參考圖1，使用現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的過程控制網(wǎng)絡(luò)10可包括經(jīng)由雙線現(xiàn)場(chǎng)總線回路或總線34連到諸如程序邏輯控制器(PLC)13、許多控制器14、另一個(gè)主機(jī)裝置15和一組現(xiàn)場(chǎng)裝置16、18、20、22、24、26、28、30和32等許多其它裝置的主機(jī)12。總線34包括由橋接裝置30和32分開的不同部分或段34a、34b和34c。每個(gè)部分34a、34b和34c互連接在總線34上的裝置的子集，使得在這些裝置子集按以下所述的方式進(jìn)行通信。當(dāng)然，圖1的網(wǎng)絡(luò)只是示意性的，還有可以使用現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議來構(gòu)成過程控制網(wǎng)絡(luò)的許多其它方法。一般，配置器位于諸如主機(jī)12等一個(gè)裝置中，且負(fù)責(zé)建立或配置每個(gè)裝置(這些裝置是“智能型”裝置，因?yàn)樗鼈冎械拿恳粋€(gè)都包括能進(jìn)行通信和控制功能(在某些情況下)的微處理器)，以及識(shí)別什么時(shí)候把新的現(xiàn)場(chǎng)裝置連到總線34、什么時(shí)候把現(xiàn)場(chǎng)裝置從總線34上除去，接收現(xiàn)場(chǎng)裝置16-32產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并與一個(gè)或多個(gè)用戶終端相接，這些用戶終端位于主機(jī)12或以任何方式連到主機(jī)12的任何其它裝置中。
總線34支持或允許雙向的純數(shù)字通信，且還可給諸如現(xiàn)場(chǎng)裝置16-32等與其相連的任何或所有裝置提供功率信號(hào)?；蛘?，裝置12-32中的任何或所有裝置可具有它們自己的電源，或者可以經(jīng)由單獨(dú)的線(未示出)連到外部電源。雖然在圖1中示出裝置12-32以標(biāo)準(zhǔn)總線型連接連到總線34，其中多個(gè)裝置連到構(gòu)成總線段34a、34b和34的同一對(duì)線，但現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議還允許其它的裝置/線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括每個(gè)裝置經(jīng)由單獨(dú)的雙線對(duì)連到控制器或主機(jī)(類似于典型的4-20mA模擬DCS系統(tǒng))的點(diǎn)到點(diǎn)連接、每個(gè)裝置連到雙線總線(可以是例如過程控制網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置中的連接盒或端接區(qū))中的公共點(diǎn)的樹型或“齒輪型”連接。
依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，可以相同或不同的通信波特速率或速度在不同的總線段34a、34b和34c上發(fā)送數(shù)據(jù)。例如，現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議提供了所示被圖1中的總線段34b和34c所使用的31.25Kbit/s的通信速率(H1)，以及1.0Mbit/s和/或2.5Mbit/s(H2)通信速率，這兩個(gè)速率通常用于高級(jí)過程控制、遠(yuǎn)程輸入/輸出和高速工廠自動(dòng)設(shè)備且示出被圖1的總線段34a所使用。同樣，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議，可使用電壓模式信令或電流模式信令在總線端34a、34b和34c上發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)然，總線34每一段的最大長(zhǎng)度沒有嚴(yán)格的限制，而是由該段的通信速率、電纜類型、線的尺寸、總線功率選項(xiàng)等來確定。
現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議把可連到總線34的裝置分成三類，即基本裝置、主鏈接(linkmaster)裝置和橋接裝置?；狙b置(諸如圖1的裝置18、20、24和28)可進(jìn)行通信，即來往于總線34發(fā)送和接收通信信號(hào)，但它們不能控制總線34上所發(fā)生的通信的順序或定時(shí)。主鏈接裝置(諸如圖1中的裝置16、22和26以及主機(jī)12)是在總線34上進(jìn)行通信的裝置，它們能控制總線34上通信信號(hào)的流程和定時(shí)。橋接裝置(諸如圖1中的裝置30和32)是在現(xiàn)場(chǎng)總線總線的各段或分支上進(jìn)行通信并把它們互連來產(chǎn)生較大的過程控制網(wǎng)絡(luò)的裝置。如果需要，橋接裝置可在總線34的不同段上所使用的不同數(shù)據(jù)速度和/或不同數(shù)據(jù)信令格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可放大在總線34的段之間傳播的信號(hào)，可對(duì)在總線34的不同段之間流動(dòng)的信號(hào)進(jìn)行濾波且只讓指定將由橋路耦合到的總線段上的裝置接收的那些信號(hào)通過，和/或可采取鏈接總線34的不同段所需的其它動(dòng)作。連接以不同速度操作的總線段的橋接裝置在橋路的較低速度段一側(cè)必須具有主鏈接容量。主機(jī)12和15、PLC13和控制器14可以是任何類型的現(xiàn)場(chǎng)總線裝置，但它們通常是主鏈接裝置。
裝置12-32中的每一個(gè)都能在總線34上進(jìn)行通信，重要的是，它們能使用該裝置從過程獲取的或經(jīng)由總線34上的通信信號(hào)從不同裝置獲取的數(shù)據(jù)獨(dú)立地進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)過程控制功能。因此，現(xiàn)場(chǎng)總線裝置能直接實(shí)行整個(gè)控制策略的一部分，這些部分在過去是由DCS的中央數(shù)字控制器來進(jìn)行的。為了進(jìn)行控制功能，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線裝置包括在該裝置內(nèi)的微處理器中實(shí)行的一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化“塊”。尤其是，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線裝置包括一個(gè)資源塊、零個(gè)或多個(gè)功能塊以及零個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)換器(transducer)塊。這些塊叫做塊目標(biāo)。
資源塊存儲(chǔ)和傳送屬于現(xiàn)場(chǎng)總線裝置的某些特性的裝置特定數(shù)據(jù)，例如包括裝置類型、裝置修改指示和是否可在裝置的存儲(chǔ)器內(nèi)獲得其它裝置特定信息的指示。雖然不同的裝置制造商可在現(xiàn)場(chǎng)裝置的資源塊中存儲(chǔ)不同類型的數(shù)據(jù)，但符合現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置包括存儲(chǔ)某些數(shù)據(jù)的資源塊。
功能塊定義和實(shí)行與現(xiàn)場(chǎng)裝置相關(guān)的輸入功能、輸出功能或控制功能，于是，功能塊一般被叫做輸入、輸出和控制功能塊。然而，將來還存在或開發(fā)出諸如混合功能塊等其它類型的功能塊。每個(gè)輸入或輸出功能塊產(chǎn)生至少一個(gè)過程控制輸入(諸如來自過程測(cè)量裝置的過程變量)或過程控制輸出(諸如發(fā)送到驅(qū)動(dòng)裝置的閥位置)，同時(shí)每個(gè)控制功能塊使用算法(實(shí)際上可以是專用的)從一個(gè)或多個(gè)過程輸入和控制輸入中產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)過程輸出。標(biāo)準(zhǔn)功能塊的例子包括模擬輸入(AI)、模擬輸出(AO)、偏置(B)、控制選擇器(CS)、離散輸入(DI)、離散輸出(DO)、手動(dòng)裝載機(jī)(ML)、比例/微分(PD)、比例/積分/微分(PID)、比率(RA)和信號(hào)選擇器(SS)功能塊。然而，存在其它類型的功能塊，也可定義或產(chǎn)生在現(xiàn)場(chǎng)總線環(huán)境下操作的新功能塊。
轉(zhuǎn)換器塊把一功能塊的輸入和輸出耦合到諸如傳感器和裝置傳動(dòng)器等本地(local)硬件裝置，以使這些功能塊可讀取本地傳感器的輸出并命令本地裝置進(jìn)行諸如移動(dòng)閥門部件等一個(gè)或多個(gè)功能。轉(zhuǎn)換器塊通常包含解釋由本地裝置所傳遞的信號(hào)以及對(duì)本地硬件裝置進(jìn)行適當(dāng)控制所需的信息，例如包括識(shí)別本地裝置類型的信息、與本地裝置有關(guān)的校準(zhǔn)信息等。單個(gè)轉(zhuǎn)換器塊通常與每個(gè)輸入或輸出功能塊相連。
大多數(shù)功能塊能根據(jù)預(yù)定判據(jù)來產(chǎn)生警告或事件指示并能以不同的模式進(jìn)行不同的操作?？偟膩碚f，功能塊可以其中例如功能塊的算法自動(dòng)操作的自動(dòng)模式進(jìn)行操作；功能塊可以其中手動(dòng)地控制例如功能塊的輸入或輸出的操作者模式進(jìn)行操作；可以退出模式即功能塊不操作的方式進(jìn)行操作功能塊可以其中塊的操作受到不同塊的輸出的影響(確定)的層疊模式進(jìn)行操作；以及功能塊可以其中一遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)確定塊模式的一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程模式進(jìn)行操作。然而，在現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議中還存在著其它操作模式。
重要的是，每個(gè)塊能使用由現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議所定義的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)文格式經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線總線34與同一或不同現(xiàn)場(chǎng)裝置中的其它塊進(jìn)行通信。結(jié)果，功能塊(位于同一或不同裝置中)的組合可相互通信，以產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)分散控制回路。于是，例如，一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置中的PID功能塊可經(jīng)由總線34連接到接收第二現(xiàn)場(chǎng)裝置中的AI功能塊的輸出，向第三現(xiàn)場(chǎng)裝置中的AO功能塊發(fā)送數(shù)據(jù)，以及接收AO功能塊的輸出作為反饋以產(chǎn)生與任何DCS控制器分開的過程控制回路。這樣，功能塊的組合把控制功能移出中央DCS環(huán)境，這樣使得CDS多功能控制器可進(jìn)行監(jiān)督或協(xié)調(diào)功能或把它們一起清除。此外，功能塊為簡(jiǎn)化過程結(jié)構(gòu)提供了圖解的面向塊的結(jié)構(gòu)，并且因?yàn)檫@些塊使用一致的通信協(xié)議所以這些功能可分布于不同供應(yīng)商的現(xiàn)場(chǎng)裝置中。
除了包含和實(shí)行塊目標(biāo)以外，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置還包括一個(gè)或多個(gè)其它的目標(biāo)，包括鏈接目標(biāo)、轉(zhuǎn)向目標(biāo)、警報(bào)目標(biāo)和觀察目標(biāo)。鏈接目標(biāo)定義了現(xiàn)場(chǎng)裝置內(nèi)部和跨現(xiàn)場(chǎng)總線總線34的塊(諸如功能塊)的輸入和輸出之間的鏈路。
轉(zhuǎn)向目標(biāo)使功能塊參數(shù)局部轉(zhuǎn)向，以被諸如圖1的主機(jī)12或控制器14等其它裝置所訪問。轉(zhuǎn)向目標(biāo)保留屬于某些例如功能塊參數(shù)的短時(shí)期歷史數(shù)據(jù)并以異步方式經(jīng)由總線34把該數(shù)據(jù)報(bào)告給其它裝置或功能塊。警報(bào)目標(biāo)在總線34上報(bào)告警告和事件。這些警告或事件可相應(yīng)于在一裝置或一裝置的一個(gè)塊內(nèi)所發(fā)生的任何事件。觀察目標(biāo)是在標(biāo)準(zhǔn)入/機(jī)聯(lián)系中所使用的塊參數(shù)的預(yù)定分組，觀察目標(biāo)可被發(fā)送到其它裝置以便隨時(shí)觀察。
現(xiàn)在參考圖2，示出三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線裝置，它們可以是例如圖1的現(xiàn)場(chǎng)裝置16-28中的任一個(gè)，它們包括資源塊48、功能塊50、51或52和變換器塊53和54。在第一裝置中，功能塊50(可以是輸入功能塊)通過變換器塊53耦合到傳感器55，傳感器55可以是例如溫度傳感器，設(shè)定點(diǎn)指示傳感器等。在第二裝置中，功能塊51(可以是輸出功能塊)通過變換器塊54耦合到諸如閥門56等輸出裝置。在第三裝置中，功能塊52(可以是控制功能塊)具有與其相連的轉(zhuǎn)向目標(biāo)57，用以使功能塊52的輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)向。
鏈接目標(biāo)58定義了每個(gè)有關(guān)塊的塊參數(shù)，警報(bào)目標(biāo)59為每個(gè)有關(guān)塊提供了警告或事件通知。觀察目標(biāo)60與每個(gè)功能塊50、51和52相連且包括或集中了與其相連的功能塊的數(shù)據(jù)清單。這些清單包含用于一組所定義的不同觀察中每一個(gè)觀察所需的信息。當(dāng)然，圖2的裝置只是示意性的，在任何現(xiàn)場(chǎng)裝置中可提供其它數(shù)目和類型的塊目標(biāo)、鏈接目標(biāo)、警報(bào)目標(biāo)、轉(zhuǎn)向目標(biāo)和觀察目標(biāo)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，過程控制網(wǎng)絡(luò)10的方框圖還示出與定位器/閥門(positioner/valve)16、發(fā)射器20和橋路30相關(guān)的功能塊，其中將裝置16、18和24示為定位器/閥門裝置而將裝置20、22、26和28示為發(fā)射器。如圖3所示，定位器/閥門16包括資源(RSC)塊61、傳感器(XDCR)塊62和大量功能塊，它包括模擬輸出(AO)功能塊63、兩個(gè)PID功能塊64和65以及信號(hào)選擇(SS)功能塊69。發(fā)射器20包括資源塊61、兩個(gè)傳感器塊62和兩個(gè)模擬輸入(AI)功能塊66和67。此外，橋路30包括資源塊61和PID功能塊68。
應(yīng)理解，圖3的不同功能塊可以在多個(gè)控制環(huán)路中一起操作(通過沿著總線34進(jìn)行通信)，而且由環(huán)路識(shí)別塊識(shí)別其中設(shè)有所示控制環(huán)路中定位器/閥門16、發(fā)射器20和橋路30的功能的控制環(huán)路，其中所述功能識(shí)別塊與這些功能塊中的某個(gè)功能塊相連(如圖3所示)。于是，如圖3所示，在標(biāo)為L(zhǎng)OOP1的控制環(huán)路中，將定位器/閥門16的AO功能塊63和PID功能塊64以及發(fā)射器20的AI功能塊66相連，同時(shí)在標(biāo)為L(zhǎng)OOP2的控制環(huán)路中將定位器/閥門16的SS功能塊69、發(fā)射器20的AI功能塊67以及橋路30的PID功能塊68相連。在標(biāo)為L(zhǎng)OOP3的控制環(huán)路中，連接定位器/閥門16的其它PID功能塊65。
在如圖4所示的這個(gè)控制環(huán)路的示意圖中，詳細(xì)示出構(gòu)成標(biāo)為圖3中LOOP1的控制環(huán)路的相互連接的功能塊。從圖4可見，由在定位器/閥門16的AO功能塊63和PID功能塊64以及發(fā)射器20的AI功能塊66之間的通信鏈路完全形成控制環(huán)路LOOP1。圖4的控制環(huán)路示出運(yùn)用附著這些功能塊的處理和控制輸入及輸出的線路，在這些功能塊之間的通信相互連接關(guān)系。于是，通過總線段34b，包括處理測(cè)量或處理參數(shù)信號(hào)的AI功能塊66的輸出與PID功能塊64的輸入通信聯(lián)絡(luò)地耦合，其中所述PID功能塊64具有包括與AO功能塊63的輸入通信聯(lián)絡(luò)耦合的控制信號(hào)的輸出。包括例如表示閥門16位置的反饋信號(hào)的AO功能塊63的輸出與PID功能塊64的控制輸入相連。PID功能塊64運(yùn)用這個(gè)反饋信號(hào)以及來自AI功能塊66的處理測(cè)量信號(hào)來自實(shí)現(xiàn)對(duì)AO功能塊63的適當(dāng)控制。當(dāng)然，可以在現(xiàn)場(chǎng)裝置內(nèi)執(zhí)行由圖4的控制環(huán)路圖中的線路表示的連接，當(dāng)帶有AO和PID功能塊63和64的情況下，功能塊在相同現(xiàn)場(chǎng)裝置(例如，定位器/閥門16)內(nèi)，或者通過兩根線通信總線34，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線同步通信，可以實(shí)現(xiàn)這些連接。當(dāng)然，可由在其它結(jié)構(gòu)中通信聯(lián)絡(luò)相互連接的其它功能塊來實(shí)現(xiàn)其它控制環(huán)路。
為了實(shí)現(xiàn)和執(zhí)行通信和控制活動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議運(yùn)用標(biāo)為物理層、通信“多層(stack)”和用戶層的大致三種技術(shù)。用戶層包括以在任一特定過程控制裝置或現(xiàn)場(chǎng)裝置內(nèi)的塊(諸如功能塊)和目標(biāo)的形式提供的控制和結(jié)構(gòu)功能。一般由裝置制造商以適當(dāng)?shù)姆椒▉碓O(shè)計(jì)用戶層，但是必須能夠根據(jù)由現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議限定的標(biāo)準(zhǔn)消息格式來接收和傳輸消息，以及功能由用戶以標(biāo)準(zhǔn)方法來設(shè)置。物理層和通信多層必須運(yùn)用兩根線總線34以標(biāo)準(zhǔn)化方法來影響在不同現(xiàn)場(chǎng)裝置的不同塊之間的通信，而且可由已知的開放系統(tǒng)互連(OSI)分層通信模型來建立它們的模型。
在每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置和總線34中的與OSI層1相對(duì)應(yīng)的物理層，進(jìn)行操作以將從現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸媒體(兩根線總線34)接收到的電磁信號(hào)轉(zhuǎn)換成能供現(xiàn)場(chǎng)裝置的通信多層運(yùn)用的消息。物理層可被認(rèn)為是總線34，而且在現(xiàn)場(chǎng)裝置的輸入端和輸出端，電磁信號(hào)出現(xiàn)在總線34上。
出現(xiàn)在每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線裝置中的通信多層包括與OSI層2相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)鏈路層、現(xiàn)場(chǎng)總線訪問子層和與OSI層6相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)總線消息特定層。在現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議中沒有對(duì)于OSI層3-5的相應(yīng)結(jié)構(gòu)。然而，現(xiàn)場(chǎng)總線裝置的應(yīng)用包括層7，同時(shí)用戶層是層8，這在OSI協(xié)議中沒有限定。在通信多層中的每個(gè)層負(fù)責(zé)編碼或解碼在現(xiàn)場(chǎng)總線總線34上傳輸?shù)囊徊肯⒒蛐盘?hào)。結(jié)果，通信多層中的每一層都附加或去除某些現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)，諸如前置信號(hào)、起始定界符和結(jié)束定界符，以及在一些情況下，解碼現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)的剝?nèi)?stipped)部分以識(shí)別應(yīng)把剩余信號(hào)或消息送到哪里去，或者例如由于信號(hào)包括用于沒有在接收現(xiàn)場(chǎng)裝置中的功能塊的消息或數(shù)據(jù)，是否應(yīng)丟棄該信號(hào)。
數(shù)據(jù)鏈路層控制總線34上傳輸消息并根據(jù)下面將要描述的被稱為鏈路現(xiàn)行定標(biāo)器(link active scheduler)的確定的集中總線定標(biāo)器，管理對(duì)總線34的訪問。數(shù)據(jù)鏈路層在傳輸媒體上從信號(hào)中去除前置信號(hào)，并可以運(yùn)用接收到的前置信號(hào)來使現(xiàn)場(chǎng)裝置的內(nèi)部時(shí)鐘與入局現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)同步。同樣，數(shù)據(jù)鏈路層將在通信多層上的消息轉(zhuǎn)換成物理現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)，而且用時(shí)鐘信息對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行編碼以產(chǎn)生“同步序列”信號(hào)，它具有用于在兩根線總線34上傳輸?shù)倪m當(dāng)前置信號(hào)。在解碼處理過程中，數(shù)據(jù)鏈路層認(rèn)識(shí)在前置信號(hào)內(nèi)的特定代碼，諸如，起始定界符和結(jié)束定界符，以識(shí)別特定現(xiàn)場(chǎng)總線消息的開始和結(jié)束，而且可以執(zhí)行檢驗(yàn)和來驗(yàn)證從總線34接收到的信號(hào)或消息的完整性。同樣，數(shù)據(jù)鏈路層通過將起始和結(jié)束定界符加到在通信多層上的消息并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⑦@些信號(hào)設(shè)置在傳輸媒體上，來在總線34上傳輸現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)。
現(xiàn)場(chǎng)總線消息特定層運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)消息格式組來允許用戶層(即，現(xiàn)場(chǎng)裝置的功能塊、目標(biāo)等)通過總線34進(jìn)行通信，并描述建立要設(shè)置在通信多層上的消息并向用戶層提供所需的通信裝置、消息格式和協(xié)議行為。由于現(xiàn)場(chǎng)總線消息特定層提供用于用戶層和標(biāo)準(zhǔn)化通信，所以對(duì)于上述每種目標(biāo)限定特定現(xiàn)場(chǎng)總線消息特定通信業(yè)務(wù)。例如，現(xiàn)場(chǎng)總線消息特定層包括目標(biāo)表(dictionary)業(yè)務(wù)，它允許用戶讀取裝置的目標(biāo)表。目標(biāo)表存儲(chǔ)描述或識(shí)別裝置的每個(gè)目標(biāo)(諸如，功能塊)的目標(biāo)說明?，F(xiàn)場(chǎng)總線消息特定層還提供上下文管理業(yè)務(wù)，它允許用戶讀取和改變與裝置的一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)相關(guān)的被稱作為虛擬通信關(guān)系(VCR)(如下所述)的通信關(guān)系。另外，現(xiàn)場(chǎng)總線消息特定層提供各種訪問業(yè)務(wù)、事件業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)上裝和數(shù)據(jù)下裝業(yè)務(wù)以及程序調(diào)用業(yè)務(wù)，在現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議中所有這些都是已知的，因而這里不再詳細(xì)描述。現(xiàn)場(chǎng)總線訪問子層將現(xiàn)場(chǎng)總線消息特定層映射在數(shù)據(jù)鏈路層中。
為了允許或使得能夠操作這些層，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線裝置包括管理信息基(MIB)，它是存儲(chǔ)VCR、動(dòng)態(tài)變量、統(tǒng)計(jì)學(xué)、鏈路現(xiàn)行定標(biāo)器時(shí)間表(link activescheduler timing schedule)、功能塊執(zhí)行時(shí)間表和裝置特征和地址信息。當(dāng)然，可在任何時(shí)刻，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線消息或命令來訪問或改變?cè)贛IB內(nèi)的信息。此外，一般每個(gè)裝置設(shè)有裝置說明以使用戶或主機(jī)對(duì)VFD中的信息有一補(bǔ)充了解。一般必須標(biāo)為由主機(jī)使用的裝置說明存儲(chǔ)主機(jī)理解在裝置的VFD中的數(shù)據(jù)音義所需的信息。
應(yīng)理解，為了運(yùn)用在處理控制為了中所述的功能塊來實(shí)現(xiàn)任何控制策略，相對(duì)應(yīng)在特定控制環(huán)路中的其它功能塊的執(zhí)行，必須精確地安排功能塊的執(zhí)行時(shí)間表。同樣，必須精確地安排在總線34上執(zhí)行的在不同功能塊之間的通信，從而在該塊執(zhí)行之前，向每個(gè)功能塊提供適當(dāng)數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在，參照?qǐng)D1描述其中不同現(xiàn)場(chǎng)裝置(和在現(xiàn)場(chǎng)裝置中的不同塊)通過現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸媒體進(jìn)行通信的方法。對(duì)于發(fā)生的通信，在總線34中的每段上的一個(gè)鏈路主裝置(例如，裝置12、16和26)作為鏈路現(xiàn)行調(diào)度器(LAS)進(jìn)行操作，它現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度和控制在總線34的相關(guān)段上的通信。用于總線34的每段的LAS存儲(chǔ)和更新通信時(shí)間表(鏈路現(xiàn)行時(shí)間表)，它包括調(diào)度每個(gè)裝置的每個(gè)功能塊以起始在總線34上的周期性通信活動(dòng)的時(shí)間，以及發(fā)生這種通信活動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)度。雖然在總線34的每段上有一個(gè)并且只有一個(gè)現(xiàn)行LAS裝置，但是其它鏈路主裝置(諸如，在段34b上的裝置22)可以用作備份LAS，而且例如當(dāng)當(dāng)前LAS出故障上，它編程現(xiàn)行的。在任何時(shí)刻，基本裝置都沒有變成LAS的能力。
一般而言，總線34上的通信活動(dòng)被劃分為重復(fù)的宏循環(huán)，每個(gè)包含一個(gè)用于總線34任一特定段上每個(gè)激活功能塊的同步通信和用于總線34某一段上一個(gè)或多個(gè)激活功能塊或設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)異步通信。即使設(shè)備通過總線34上橋和LASs的協(xié)同操作物理上連接總線34不同的段，設(shè)備也可以是激活的，即發(fā)送數(shù)據(jù)并接收來自總線34任一段上的數(shù)據(jù)。
在每個(gè)宏循環(huán)內(nèi)，每個(gè)在總線34特定段上激活的功能塊通常在不同但是精確安排的時(shí)序(同步)上執(zhí)行，并且以另一精確安排的時(shí)序在總線34的該段上發(fā)布其輸出數(shù)據(jù)以響應(yīng)LAS生成的強(qiáng)制數(shù)據(jù)命令。比較好的是，每個(gè)功能塊在功能塊執(zhí)行周期結(jié)束后不久發(fā)布其輸出數(shù)據(jù)。而且不同功能塊的數(shù)據(jù)發(fā)布時(shí)序都依次安排好從而使總線34特定段上沒有兩個(gè)功能塊是同時(shí)發(fā)布數(shù)據(jù)的。在未進(jìn)行同步通信期間，允許每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備利用通信驅(qū)動(dòng)的令牌，以異步模式發(fā)射報(bào)警數(shù)據(jù)、查看數(shù)據(jù)等。完成每個(gè)功能塊所需的執(zhí)行時(shí)序和時(shí)間長(zhǎng)度存儲(chǔ)在駐留功能塊的設(shè)備的管理信息庫(MIB)內(nèi)，如上所述，向總線34某一段上每個(gè)設(shè)備發(fā)送強(qiáng)制數(shù)據(jù)命令的時(shí)序存儲(chǔ)在該段LAS設(shè)備的MIB內(nèi)。由于這些功能塊執(zhí)行或發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)序標(biāo)明了相對(duì)“絕對(duì)鏈接安排開始時(shí)刻”(對(duì)于連接在總線34上的所有設(shè)備來說它都是已知的)的偏離，所以它們一般作為偏離時(shí)間存儲(chǔ)。
為了在每個(gè)宏循環(huán)內(nèi)實(shí)現(xiàn)通信，LAS(例如總線段34b上的LAS16)根據(jù)存儲(chǔ)在鏈接激活安排表內(nèi)的發(fā)送時(shí)序列表向總線段34b上的每個(gè)設(shè)備發(fā)送強(qiáng)制數(shù)據(jù)命令。在接收到強(qiáng)制數(shù)據(jù)命令后，設(shè)備的功能塊在特定時(shí)間內(nèi)于總線34上發(fā)布輸出數(shù)據(jù)。由于每個(gè)功能塊一般是按照安排執(zhí)行的，從而使得塊的執(zhí)行在塊安排接收強(qiáng)制數(shù)據(jù)命令之前進(jìn)行，所以響應(yīng)強(qiáng)制數(shù)據(jù)命令而發(fā)布的數(shù)據(jù)應(yīng)該是功能塊最近的輸出數(shù)據(jù)。但是如果功能塊執(zhí)行緩慢并且在接收到強(qiáng)制數(shù)據(jù)時(shí)未鎖存新的輸出，則功能塊發(fā)布在其最后執(zhí)行期間生成的輸出數(shù)據(jù)并利用時(shí)間戳記指示發(fā)布的數(shù)據(jù)是舊數(shù)據(jù)。
在LAS向總線34特定段上每個(gè)功能塊發(fā)送強(qiáng)制數(shù)據(jù)命令之后并在功能塊執(zhí)行期間，LAS可以進(jìn)行異步通信活動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)異步通信，LAS向特定的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)送傳遞令牌報(bào)文。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接收到傳遞令牌報(bào)文時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備對(duì)總線34(或者它的一段)具有完全訪問能力并且可以發(fā)送異步報(bào)文(例如報(bào)警報(bào)文、轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)、操作者設(shè)定點(diǎn)變化等)直到報(bào)文完成或者最大分配的“令牌保持時(shí)間”到期。隨后現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備釋放總線34(或者其任一段)并且LAS向另一設(shè)備發(fā)送傳遞令牌報(bào)文。重復(fù)這樣的過程直到宏循環(huán)結(jié)束或者直到LAS被安排發(fā)送強(qiáng)制命令數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)同步通信。當(dāng)然，根據(jù)報(bào)文業(yè)務(wù)量和耦合至總線34任一特定段上的設(shè)備和塊的數(shù)量，并不是每個(gè)設(shè)備都可以在每個(gè)宏循環(huán)內(nèi)接收傳遞令牌報(bào)文的。
圖5示出時(shí)序圖，表示圖1中總線段34b上功能塊在總線段34b的每次宏循環(huán)期間執(zhí)行的時(shí)間和與總線段34b相關(guān)的每次宏循環(huán)期間出現(xiàn)同步通信的時(shí)間。在圖5的時(shí)序表中，水平軸表示時(shí)間，垂直軸表示與圖3中定位器/閥門16和發(fā)射器20的不同功能塊相關(guān)的活動(dòng)。圖5中以下腳標(biāo)表示每個(gè)功能塊操作的控制回路。因此，AILOOP1指發(fā)射器20的AI功能塊66,PIDLOOP1指定位器/閥門16的PID功能塊64，等等。圖5中，以劃斜線的方框表示每個(gè)所示功能塊的塊執(zhí)行周期，而以垂直條表示每個(gè)預(yù)定的同步通信。
因此，根據(jù)圖5的時(shí)序表，在(圖1)總線段34b的任何特定宏循環(huán)期間，AILOOP1功能塊首先在方框70指定的時(shí)間周期中執(zhí)行。然后，在垂直條72表示的時(shí)間周期中，響應(yīng)于LAS對(duì)總線段34b的強(qiáng)迫數(shù)據(jù)命令在總線段34b上公布AILOOP1功能塊的輸出。同樣，方框74、76、78、80和81分別表示功能塊PIDLOOP1、AILOOP2、AOLOOP1、SSLOOP2和PIDLOOP3的執(zhí)行時(shí)間(對(duì)于每一個(gè)不同的功能塊，時(shí)間是不同的)，而垂直條82、84、86、88和89分別表示PIDLOOP1、AILOOP2、AOLOOP1、SSLOOP2和PIDLOOP3功能塊在總線段34b上公布數(shù)據(jù)的時(shí)間。
顯然，圖5的時(shí)序圖還示出可供進(jìn)行異步通信活動(dòng)的時(shí)間，它們可以出現(xiàn)在任何功能塊的執(zhí)行時(shí)間中以及宏循環(huán)結(jié)束時(shí)沒有功能塊在執(zhí)行和在總線段34b上不發(fā)生同步通信的時(shí)間中。當(dāng)然，如果需要的話，可以有意識(shí)地安排不同的功能塊在相同時(shí)間上執(zhí)行，例如，如果沒有其它裝置訂購(gòu)功能塊所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，不必讓所有的功能塊在總線上公布數(shù)據(jù)。
現(xiàn)場(chǎng)裝置(field device)利用各裝置多層的Fieldbus存取子層中所定義的三種虛擬通信關(guān)系(VCR)中的一種關(guān)系能夠在總線34上公布或發(fā)送數(shù)據(jù)和消息。對(duì)于在總線34上裝置之間排隊(duì)、非預(yù)定、用戶始發(fā)、一對(duì)一的通信，可采用客戶/服務(wù)器VCR。根據(jù)這種排隊(duì)消息的優(yōu)先級(jí)，按照提交進(jìn)行發(fā)送的次序?qū)λ鼈冞M(jìn)行發(fā)送和接收，而不改寫以前的消息。因此，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)裝置從LAS接收一條通過記號(hào)消息，將請(qǐng)求消息在總線34上發(fā)送到另一個(gè)裝置時(shí)，它可以采用客戶/服務(wù)器VCR。將請(qǐng)求者稱為“客戶”，將接收請(qǐng)求的裝置稱為“服務(wù)器”。當(dāng)服務(wù)器從LAS接收通過記號(hào)消息時(shí)它發(fā)出一個(gè)應(yīng)答。例如，采用客戶/服務(wù)器VCR來實(shí)現(xiàn)操作者始發(fā)請(qǐng)求，例如設(shè)定點(diǎn)變化、調(diào)諧參數(shù)存取和變化、報(bào)警確認(rèn)和裝置裝載和卸載。
對(duì)于排隊(duì)、非預(yù)定、用戶始發(fā)、一對(duì)多的通信，可以采用報(bào)告分布VCR。例如，當(dāng)具有事件或轉(zhuǎn)向報(bào)告的現(xiàn)場(chǎng)裝置從LAS接收通過記號(hào)時(shí)，該現(xiàn)場(chǎng)裝置將其消息發(fā)送到該裝置通信多層的Fieldbus存取子層中所定義的“組地址”。為在該VCR上收聽而配置的裝置將接收該報(bào)告。Fieldbus裝置通常采用報(bào)告分布VCR類型來將報(bào)警通知傳送操作者控制臺(tái)。
對(duì)于緩沖、一對(duì)多通信，采用出版者/訂購(gòu)者VCR類型。緩沖通信是僅存儲(chǔ)和傳送最新版本數(shù)據(jù)的通信，因此新的數(shù)據(jù)完全改寫以前的數(shù)據(jù)。功能塊的輸出例如包括緩沖數(shù)據(jù)。當(dāng)出版者裝置從LAS或從訂購(gòu)者裝置接收強(qiáng)迫數(shù)據(jù)消息時(shí)，“出版者”現(xiàn)場(chǎng)裝置利用出版者/訂購(gòu)者VCR類型將消息發(fā)布或播放給總線34上所有的“訂購(gòu)者”現(xiàn)場(chǎng)裝置。預(yù)先確定出版者/訂購(gòu)者關(guān)系并將其限定和存儲(chǔ)在各現(xiàn)場(chǎng)裝置通信多層的Fieldbus存取子層中。
為了保證總線34上的適當(dāng)?shù)耐ㄐ呕顒?dòng)，各LAS周期性地將時(shí)間分布消息傳送到與總線段34連接的所有現(xiàn)場(chǎng)裝置，使得接收裝置將它們的局部應(yīng)用時(shí)間調(diào)節(jié)為相互同步。在這些同步消息之間，根據(jù)每個(gè)裝置自身的內(nèi)部時(shí)鐘，獨(dú)立地維持每個(gè)裝置中的時(shí)鐘時(shí)間。時(shí)鐘同步允許現(xiàn)場(chǎng)裝置對(duì)整個(gè)Fieldbus網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)加時(shí)間印記，表示例如數(shù)據(jù)是何時(shí)產(chǎn)生的。
此外，每個(gè)總線段上的各LAS(和其它連接主裝置)存儲(chǔ)“運(yùn)轉(zhuǎn)清單(live list)”，這是一張與該總線段34連接的所有裝置，即對(duì)通過記號(hào)消息作出適當(dāng)響應(yīng)的所有裝置的清單。LAS通過周期性地將探查節(jié)點(diǎn)消息傳送到不在運(yùn)轉(zhuǎn)清單上的地址，對(duì)增加到總線段上的新裝置進(jìn)行連續(xù)識(shí)別。事實(shí)上，在每個(gè)LAS完成將通過記號(hào)消息傳送到運(yùn)轉(zhuǎn)清單中所有現(xiàn)場(chǎng)裝置的循環(huán)后，需要它對(duì)至少一個(gè)地址進(jìn)行探查。如果有一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置出現(xiàn)在被探查的地址上并接收到探查節(jié)點(diǎn)消息，那么該裝置立即返回一個(gè)探查應(yīng)答消息。在接收探查應(yīng)答消息時(shí)，LAS將該裝置增加到運(yùn)轉(zhuǎn)清單中并通過將節(jié)點(diǎn)激活消息傳送到被探查的現(xiàn)場(chǎng)裝置而確認(rèn)。只要現(xiàn)場(chǎng)裝置對(duì)通過記號(hào)消息作出適當(dāng)應(yīng)答該現(xiàn)場(chǎng)裝置便維持在運(yùn)轉(zhuǎn)清單上。然而，如果在經(jīng)過三次連續(xù)嘗試后現(xiàn)場(chǎng)裝置既沒有采用該記號(hào)又沒有立即將該記號(hào)返回給LAS，那么該LAS將現(xiàn)場(chǎng)裝置從運(yùn)轉(zhuǎn)清單中排除。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)裝置被增加到運(yùn)轉(zhuǎn)清單中或者從運(yùn)轉(zhuǎn)清單中排除時(shí)，LAS將運(yùn)轉(zhuǎn)清單中的變化播放給總線34特定一段上的所有其它連接主裝置，允許每個(gè)連接主裝置維持當(dāng)前復(fù)制的運(yùn)轉(zhuǎn)清單。
如上所述，現(xiàn)場(chǎng)裝置及其功能塊之間的通信互連是由用戶確定的并利用位于例如主機(jī)12中的配置應(yīng)用程序在過程控制網(wǎng)絡(luò)10中實(shí)現(xiàn)。然而，在配置后，過程控制網(wǎng)絡(luò)10的操作無需考慮裝置或過程診斷，因此與主機(jī)12接口，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)I/O功能，但不進(jìn)行診斷功能。
當(dāng)用戶希望進(jìn)行診斷時(shí)，用戶可以用主機(jī)12將設(shè)定點(diǎn)變化傳送到例如控制LOOP1的AO功能塊63并利用與AO功能塊63有關(guān)的轉(zhuǎn)向?qū)ο髮⒎答佊涗浽贏O功能塊63中。然而，進(jìn)行這種類型的通信，主機(jī)12必須采用異步(非發(fā)布的)通信，它允許主機(jī)12只有在主機(jī)12從LAS接收通過記號(hào)消息時(shí)才接入總線34。結(jié)果，由主機(jī)12產(chǎn)生的診斷信號(hào)的不同部分可以在精確確定的時(shí)間(精確排定的時(shí)間)到達(dá)AO功能塊63，這意味著在AO功能塊63上接收的診斷信號(hào)將具有至少部分地是由總線34上通信儲(chǔ)備在任何特定時(shí)間所確定的形狀。由于這一原因，利用異步通信傳送的任何診斷信號(hào)將不是嚴(yán)格確定的，因此在進(jìn)行裝置或過程的診斷中可以不是十分有效的。此外，主機(jī)12無法保證由轉(zhuǎn)向目標(biāo)收集的反饋數(shù)據(jù)將不發(fā)生由于改寫等而造成的丟失。此外，主機(jī)12無法控制LOOP1中其它功能塊，如PID功能塊64的模式，無法具體改變?cè)撃K的模式。
至此，為了保證完全并嚴(yán)格地確定過程中的診斷，用戶不得不與過程控制網(wǎng)絡(luò)10斷開和重新配置其中的通信接口，使得主機(jī)2能夠?qū)⒃O(shè)定點(diǎn)變化傳送到合適的裝置并通過同步通信接收由合適裝置測(cè)量的數(shù)據(jù)。然而，如上所述，這一步驟中斷了過程并需要操作者只要在進(jìn)行診斷時(shí)就要重新配置過程控制網(wǎng)絡(luò)，這兩點(diǎn)都是不希望有的。此外，在這一診斷過步驟間由主機(jī)12執(zhí)行的控制與在過程正常操作期間由通信連接功能塊執(zhí)行的控制是不同的，因此，所收集的過程數(shù)據(jù)可以不代表過程正在得到正常控制時(shí)的操作。
為了克服例如Fieldbus過程控制網(wǎng)絡(luò)中的這些缺點(diǎn)，裝置或過程診斷方法被存儲(chǔ)在現(xiàn)場(chǎng)裝置中并從現(xiàn)場(chǎng)裝置執(zhí)行，可以將其用于在該裝置上或者利用該裝置進(jìn)行裝置和/或過程診斷。把可以作為功能塊執(zhí)行的診斷過程配置為與位于裝置中和接收數(shù)據(jù)的功能塊或其它部件進(jìn)行通信，例如利用同步周期通信(例如Fieldbus協(xié)議的出版者/訂購(gòu)者VCR)在例如總線34上測(cè)量裝置參數(shù)或其它過程參數(shù)。以這種方式，診斷過程能夠決定性地控制位于其中的裝置并以周期方式接收和存儲(chǔ)屬于裝置或過程參數(shù)的數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在參考圖6，示意方塊圖表示(圖3)數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)裝置16，這是一個(gè)雙線、回路供電、雙向數(shù)字通信定位器/閥門組合。數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)裝置16包括現(xiàn)場(chǎng)裝置控制器102、I/P轉(zhuǎn)換器104、氣動(dòng)中繼106、傳動(dòng)器108和閥門109，它們通過各種氣壓和電氣線互連。
現(xiàn)場(chǎng)裝置16最好根據(jù)Fieldbus標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過雙線總線段34b以數(shù)字形式接收操作信號(hào)和發(fā)送狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)，因此，是一個(gè)雙線定位器。同樣，現(xiàn)場(chǎng)裝置16經(jīng)過雙線連續(xù)回路總線段34b接收功率，主要是驅(qū)動(dòng)裝置控制器102和I/P轉(zhuǎn)換器104，因此，是一個(gè)回路供電裝置。
如圖6所示，I/P轉(zhuǎn)換器104通過I/P轉(zhuǎn)換器控制線110與裝置控制器102電連接，在例舉的實(shí)施例中，利用模擬控制信號(hào)進(jìn)行與裝置控制器102的通信。
I/P轉(zhuǎn)換器104產(chǎn)生氣壓信號(hào)，該信號(hào)引起閥門109動(dòng)作，在電機(jī)械裝置中將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮憾ㄎ黄鞯臍鈮菏呛苡杏玫?。傳?dòng)器108控制閥門109的閥門構(gòu)件114(這可以閥門桿)的位置，而位置敏感器116對(duì)閥門構(gòu)件114的位置敏感并產(chǎn)生反饋信號(hào)，經(jīng)信號(hào)線117傳送到裝置控制器102。裝置控制器102可以利用這一位置信號(hào)來控制現(xiàn)場(chǎng)裝置16的操作，使得I/P轉(zhuǎn)換器104以引起閥門構(gòu)件114定位在所需位置上的方式驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)壓力。可以將位置和其它反饋信息存儲(chǔ)在裝置控制器120的儲(chǔ)存單元或存儲(chǔ)器中并經(jīng)過總線34進(jìn)行外部存取。
由于是標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場(chǎng)裝置16經(jīng)過接至I/P轉(zhuǎn)換器104和氣動(dòng)中繼106的氣壓線118接收從外部源(未示出)供給的加壓空氣。通常位于外部空氣源與I/P轉(zhuǎn)換器104之間的輸入敏感器120測(cè)量氣壓線118中的輸入氣壓供給壓力并將這一測(cè)量結(jié)果送至裝置控制器102。I/P轉(zhuǎn)換器104經(jīng)氣壓控制線122被接至氣動(dòng)中繼106，I/P敏感器124位于I/P轉(zhuǎn)換器104與氣動(dòng)中繼106之間，測(cè)量氣壓控制線122中的氣壓供給壓力。同樣，氣動(dòng)中繼106經(jīng)氣壓傳動(dòng)線126被接至傳動(dòng)器108，中繼敏感器128位于氣動(dòng)中繼106與傳動(dòng)器108之間，測(cè)量氣壓傳動(dòng)線126中的氣壓供給壓力。氣壓線118、122和126被認(rèn)為是將敏感器104與閥門109互連起來的單個(gè)氣壓線的一部分。
在操作期間，裝置控制器102通過控制I/P轉(zhuǎn)換器104設(shè)定氣壓控制線126中受控閥門的操作壓力而控制閥門109的傳動(dòng)。裝置控制器102經(jīng)I/P傳感器控制線110將控制信號(hào)傳送到I/P轉(zhuǎn)換器104，把I/P轉(zhuǎn)換器104和中繼106組合的輸出壓力控制在約3-100psi(0.21-7.06kscm)之間，將其施加到傳動(dòng)器108的控制輸入上。傳動(dòng)器108產(chǎn)生輸出壓力，應(yīng)用該壓力使閥門109操作。
因此，正如人們所知的，I/P轉(zhuǎn)換器104把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為氣動(dòng)空氣壓力信號(hào)。合適的I/P轉(zhuǎn)換器104的一個(gè)例子在1995年8月8日授權(quán)的題目為“電-氣壓傳換器”的第5439021號(hào)美國(guó)專利中所述，這里將其整個(gè)引作參考。同樣，起氣壓放大器作用的氣動(dòng)中繼106按照裝置控制器102的指揮受I/P轉(zhuǎn)換器104控制，將氣壓傳動(dòng)信號(hào)線126的空氣壓力增大一控制量。因此，通常說，氣動(dòng)中繼106響應(yīng)于裝置控制器102的控制信號(hào)，將受控輸出壓力提供給負(fù)載或者使用裝置，如傳動(dòng)器或活塞。在1990年12月4日授權(quán)的題目為“四種模式氣動(dòng)中繼”的第4974625號(hào)美國(guó)專利中描述了一個(gè)合適的中繼，這里將其整個(gè)引作參考。在例舉的實(shí)施例中，中繼106是可以為正向/速動(dòng)、正向/正比、反向/速動(dòng)或反向/正比操作的任何組合而配置的多功能四模式氣動(dòng)中繼。在正比模式中，氣動(dòng)中繼106產(chǎn)生正比于輸入壓力或力的壓力輸出、在開/關(guān)或速動(dòng)模式中，氣動(dòng)中繼106根據(jù)所施加的一定范圍的力或壓力控制輸入，產(chǎn)生恒定壓力輸出，通常等于所施加的壓力。在正向操作模式中，氣動(dòng)中繼106的輸出壓力隨輸入信號(hào)的增大而增大。在反向操作模式中，中繼輸出壓力隨輸入信號(hào)的增大而降低。
輸入敏感器120、I/P敏感器124和中繼敏感器128是壓力轉(zhuǎn)換器，它包含將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并經(jīng)線路130將反饋信號(hào)提供給裝置控制器102的壓力至電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。I/P敏感器124對(duì)于檢測(cè)是I/P轉(zhuǎn)換器104故障還是氣動(dòng)中繼106故障，例如確定故障是機(jī)械故障還是電氣故障是有用的診斷手段。I/P敏感器124對(duì)于檢測(cè)一些系統(tǒng)問題，例如確定輸入到數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)裝置16的空氣壓力是否足夠也是有用的。結(jié)果，I/P敏感器124允許對(duì)I/P轉(zhuǎn)換器104和氣動(dòng)中繼106進(jìn)行快速診斷，如果需要的話能夠迅速替換這些裝置。
在一個(gè)實(shí)施例中，供數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)裝置16使用的合適的閥門109是閥門和傳動(dòng)器組件，它在模擬裝置中使用的滑動(dòng)桿閥上采用彈簧和隔膜傳動(dòng)器，在這里引作參考的1990年12月11日授予W.V.Fitzgerald的題目為“流體控制閥的診斷裝置和方法”的第4976144號(hào)美國(guó)專利中對(duì)這種模擬裝置作了描述。在這一示范實(shí)施例中，根據(jù)由裝置控制器102施加到I/P轉(zhuǎn)換器104的約4mA的信號(hào)，將約3psi(0.21kscm)的壓力信號(hào)提供給傳動(dòng)器108，導(dǎo)致氣壓傳動(dòng)信號(hào)線126中的相應(yīng)壓力不足以使閥門109從完全打開位置移動(dòng)。如果現(xiàn)場(chǎng)裝置控制器102將施加到I/P轉(zhuǎn)換器104的控制電流變?yōu)榧s20mA，那么，I/P轉(zhuǎn)換器104在氣壓傳動(dòng)線126中產(chǎn)生約15psi(1.06kscm)的壓力，它迫使閥門109位于完全關(guān)閉位置。通過裝置控制器102的操作，將施加到I/P轉(zhuǎn)換器104的輸入電流在4mA至20mA之間的范圍，可以使閥門109位于完全打開位置與完全關(guān)閉位置之間的不同位置上。
裝置控制器102進(jìn)行較高速的數(shù)字通信，經(jīng)過總線34接收控制信號(hào)和將位置和壓力信息發(fā)送到外部處理器或過程控制網(wǎng)絡(luò)10中的工作站。裝置控制器102包括存儲(chǔ)多個(gè)診斷測(cè)試結(jié)果的存儲(chǔ)裝置或存儲(chǔ)器，從而將有關(guān)數(shù)據(jù)提供進(jìn)行分析。診斷操作，例如裝置診斷通常采用軟件程序代碼的形式，通常是在現(xiàn)場(chǎng)裝置16的裝置控制器102中進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)和執(zhí)行的，以及結(jié)合在外部裝置，如處理器或主工作站12中執(zhí)行的程序代碼。
通過裝置控制器102的操作，將施加到I/P轉(zhuǎn)換器104的輸入電流控制在足以測(cè)試閥門109處于完全打開和完全關(guān)閉位置之間的范圍中，可以進(jìn)行閥門109的裝置診斷評(píng)價(jià)。在裝置診斷評(píng)價(jià)期間，通過裝置控制器102監(jiān)測(cè)輸入敏感器120、I/P敏感器124和中繼敏感器128的輸出，它們分別敏感于氣動(dòng)線路118、112和126中的氣動(dòng)壓力，將其用作分析。還對(duì)位置敏感器116的輸出進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以檢測(cè)閥門桿114的位置和移動(dòng)，它對(duì)應(yīng)于閥門109中閥門塞(未示出)的位置或移動(dòng)。
因此，通過將受控的可變的電流施加到I/P轉(zhuǎn)換器104上，敏感氣動(dòng)線路118、122和126中的壓力以及利用位置敏感器116敏感閥門桿114的位置，在裝置控制器102的控制下進(jìn)行閥門109的測(cè)試操作循環(huán)。以這種方式，裝置控制器102同時(shí)接收隨時(shí)間變化的代表示出位置上壓力和閥門109位置的電信號(hào)，可以采用這些信號(hào)以任何已知的或所需的方式確定任何個(gè)數(shù)的裝置診斷參數(shù)。
傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)裝置通常并不包括位置敏感器，如敏感器116，并不采用位置敏感器的結(jié)果來進(jìn)行診斷評(píng)價(jià)。此外，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)裝置并不包括諸如輸入敏感器120、I/P敏感器124和中繼敏感器128的測(cè)量氣壓控制中壓力并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌谶M(jìn)行診斷評(píng)價(jià)的電信號(hào)的敏感器。然而，這些敏感器，尤其是I/P敏感器124，通過方便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置16的失誤、差錯(cuò)或故障情況的定位而提高了診斷能力。具體說，I/P敏感器124有助于區(qū)分閥門109故障、現(xiàn)場(chǎng)裝置16中其它故障以及現(xiàn)場(chǎng)裝置16的外部故障，包括給現(xiàn)場(chǎng)裝置16供氣的氣動(dòng)線路的故障。I/P敏感器124對(duì)于進(jìn)行診斷測(cè)試，確定I/P轉(zhuǎn)換器104、氣動(dòng)中繼106、現(xiàn)場(chǎng)裝置16和整個(gè)過程控制系統(tǒng)10的操作狀態(tài)也是有用的。在一個(gè)實(shí)施例中，利用驅(qū)動(dòng)I/P轉(zhuǎn)換器104完全打開，測(cè)量提供給閥門109的全部空氣壓力的診斷測(cè)量步驟，對(duì)I/P轉(zhuǎn)換器104和氣動(dòng)中繼106I/P進(jìn)行測(cè)試。在I/D轉(zhuǎn)換器104打開時(shí)，I/P敏感器124一直測(cè)量氣動(dòng)控制線路122中壓力。如果壓力開始下降，那么，測(cè)試表明空氣供應(yīng)會(huì)不足。通過將振蕩信號(hào)提供給I/P轉(zhuǎn)換器104，使得閥門109開始相對(duì)于空氣供給的抽吸動(dòng)作，對(duì)閥門109進(jìn)行抽運(yùn)，然后利用I/P敏感器124測(cè)量最大流量值和最大壓力值，進(jìn)行空氣供給充足的進(jìn)一步診斷測(cè)試。
如圖7所示，裝置控制器102包括微處理器140、接口142、總線隔離電路144、多個(gè)存儲(chǔ)裝置，如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)146、只讀存儲(chǔ)器(ROM)148和非易失性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(NVRAM)150、和多個(gè)信號(hào)處理裝置，如A/D轉(zhuǎn)換器152、D/A轉(zhuǎn)換器154和多路傳輸器156。接口142(這是一個(gè)總線連接器)是一個(gè)執(zhí)行串行至并行協(xié)議協(xié)定和并行至串行協(xié)議協(xié)定的電路，用于根據(jù)任何所需協(xié)議定義，如Fieldbus協(xié)議將幀同步信息加在數(shù)據(jù)包上?？偩€隔離電路144是一個(gè)用于將總線34上的雙線媒體通信信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄐ判盘?hào)的數(shù)字表示的電路，將從總線34上接收的功率提供給裝置控制器102中其它電路以及I/P轉(zhuǎn)換器104?？偩€隔離電路144也可以在總線上進(jìn)行波形變化和發(fā)信號(hào)。
A/D轉(zhuǎn)換器152被接至諸如圖6中位置敏感器116和壓力敏感器120、124和128的位置和壓力轉(zhuǎn)換器以及其它任何所需模擬輸入裝置。盡管A/D轉(zhuǎn)換器152可以具有有限個(gè)數(shù)的輸入通道，但是可以采用多路傳輸器156來對(duì)多個(gè)信號(hào)進(jìn)行采樣。如果需要的話，多路傳輸器156可以包括連接在信號(hào)線路117與130(圖6)之間的一排放大器，對(duì)其送出的位置、壓力和其它反饋信號(hào)進(jìn)行放大。D/A轉(zhuǎn)換器154對(duì)由微處理器140產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換，將其送至模擬部件，如I/P轉(zhuǎn)換器104。
在典型的診斷測(cè)試應(yīng)用中，控制器102產(chǎn)生0-30mA輸出測(cè)試信號(hào)給I/P轉(zhuǎn)換器104，以例如程序化斜坡、階躍變化和開/關(guān)形式(或者以任何其它所需方式)使閥門109在預(yù)定范圍的氣動(dòng)壓力下操作，接收由壓力輸入敏感器120、I/P敏感器124、中繼敏感器128和位置敏感器116產(chǎn)生的診斷測(cè)試輸出信號(hào)。盡管利用諸如鍵盤的輸入裝置也可以把過程(和與其有關(guān)的必要信息)直接輸入到控制器102，但是，利用諸如工作站的輸入/輸出裝置可以指定具體的測(cè)試過程并且通常從外部加入現(xiàn)場(chǎng)裝置16。然而，如果需要的話，可以把測(cè)試過程存儲(chǔ)在控制器102中。同樣，由控制器102收集的或者在現(xiàn)場(chǎng)裝置中產(chǎn)生的診斷測(cè)試結(jié)果信息通常被傳送到外部輸入/輸出裝置，當(dāng)然利用例如CRT顯示器或打印機(jī)也可以直接從現(xiàn)場(chǎng)控制器102顯示這些信息。
現(xiàn)場(chǎng)裝置16利用嵌入控制器102中的程序語言解譯器進(jìn)行診斷測(cè)試操作，如裝置和過程診斷，語言解譯器對(duì)諸如請(qǐng)求診斷過程步驟的性能的命令進(jìn)行解譯。語言解譯器最好以存儲(chǔ)在PROM148中的程序代碼實(shí)施和在微處理器140中執(zhí)行。在有些實(shí)施例中，將測(cè)試(診斷)定義或過程編碼到PROM 148中，因此預(yù)先載入到現(xiàn)場(chǎng)裝置16中。在另一些實(shí)施例中，在測(cè)試(診斷)定義或過程在運(yùn)行時(shí)或運(yùn)行之前對(duì)其卸載，將其存儲(chǔ)在例如RAM146中，供微處理器140執(zhí)行。在一個(gè)典型實(shí)施例中，有些診斷功能被硬編碼到PROM148中而其它功能被卸載，不用修改裝置16中的永久或硬編碼軟件，能夠設(shè)計(jì)和實(shí)施新的診斷測(cè)試。盡管在Fieldbus型裝置(如Fieldbus閥)中在過程診斷或裝置診斷性能的上下文中描述了語言解譯器，但是，在任何類型的嵌入控制器中都控制實(shí)施語言解譯器，由此能夠使公共診斷測(cè)試操作用在任何類型的嵌入控制器中。
在操作期間，現(xiàn)場(chǎng)裝置16經(jīng)總線34接收來自操作者控制臺(tái)或過程控制網(wǎng)絡(luò)10中主工作站12的指令。在裝置控制器102中執(zhí)行的語言解譯器對(duì)指令進(jìn)行解譯并執(zhí)行由這些指令所限定的操作。在例舉的實(shí)施例中，在以下的表1所示出的用戶接口命令表中給出了語言定義。
表1

在這一診斷語言規(guī)范中，用戶能夠使用命令名來指定執(zhí)行的命令。根據(jù)C/C++協(xié)定，命令行是以兩個(gè)斜線(//)開始的任何行。標(biāo)記是后面跟著冒號(hào)的任何字。
在操作者控制臺(tái)中，如主機(jī)12中可以限定診斷測(cè)試過程，按照為實(shí)施診斷測(cè)試過程而設(shè)計(jì)的語言定義產(chǎn)生一系列指令。然后，操作者控制臺(tái)利用例如Fieldbus協(xié)議中異步通信經(jīng)總線34將以解譯語言編碼的指令序列發(fā)送到數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)裝置16。在裝置控制器102中執(zhí)行的語言解譯器把收到的指令存儲(chǔ)起來并依次地對(duì)指令進(jìn)行解譯，按照指令的指揮對(duì)閥門109進(jìn)行控制，由此進(jìn)行診斷測(cè)試。診斷測(cè)試過程可以控制現(xiàn)場(chǎng)裝置16，例如使閥門109反復(fù)步進(jìn)、使閥門109上下移動(dòng)、使閥門109在所選方向上移動(dòng)所選量值等等。診斷測(cè)試過程還控制從現(xiàn)場(chǎng)裝置16(以及其它裝置)中各敏感器的數(shù)據(jù)收集和控制經(jīng)總線34把數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器臺(tái)和主機(jī)工作站12。當(dāng)然，如果需要的話，由提供給控制器102的指令所實(shí)施的診斷測(cè)試過程還可以對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以確定診斷結(jié)果并將這些結(jié)果傳送到主機(jī)12或其它顯示裝置。
因此，裝置控制器102中的診斷語言解譯器根據(jù)程序化的指令控制現(xiàn)場(chǎng)裝置16的操作，能夠從數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)裝置16外部對(duì)診斷測(cè)試過程進(jìn)行限定，從而能夠不修改現(xiàn)場(chǎng)裝置16而自由地限定和改動(dòng)診斷測(cè)試。同樣，可以產(chǎn)生新的診斷測(cè)試過程并在現(xiàn)場(chǎng)裝置已經(jīng)安裝在過程控制網(wǎng)絡(luò)10中之后將其傳送到現(xiàn)場(chǎng)裝置16。然而，如果需要的話，裝置16也可以或以另一種方式實(shí)施在制造時(shí)或者在其它時(shí)間存儲(chǔ)在裝置中的裝置或/或過程診斷測(cè)試指令。
控制臺(tái)(如主機(jī)12)通常包括診斷開發(fā)工具，如語言編輯器和模擬器，以診斷語言開發(fā)由現(xiàn)場(chǎng)裝置16執(zhí)行的控制程序?？刂婆_(tái)通常還包括分析工具，對(duì)經(jīng)總線34從現(xiàn)場(chǎng)裝置16接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
為了完整起見，下面以解譯語言示出了控制閥門109的診斷程序代碼
程序代碼(1)SAMA Static Test Definition<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[∥CYCLE0 TO 100％3 TIMESDataRate 1CYCLE:Loop 3MoveAbsolute 0.0Pause 10000Move Absolute 100.0Pause 10000LoopEnd∥MOVE TO 50％STEP UP 4 TIMESMove Absolute 50.0Pause 10000SetIncrement10.0UP:LOOP 4Increment UpPause 10000LoopEnd∥STEP DOWN 8 TIMESDOWN:Loop 8IncrementDownPause 10000LoopEnd∥STEp UP 4 TIMESUP2:Loop 4IncrementUpPause 10000LoopEndStop]]></pre>(2)Steo Chanoe Test Definition<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[DataRate 1MoveAbsolute 50.0Pause 10000MoveAbsolute 60.0Pause 10000Stop]]></pre>(3)Stepped Ramp Test Definition<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[DataRate 1MoveAbsolute 50.0SetIncrement 0.5∥STEP UP BY 0.5 FOR 10 TIMESUP1:Loop 10IncrementUPPause 1000LoopEnd∥STEP DOWN BY 0.5 FOR 10 TIMESDOWN1:Loop 10IncrementDownPause 1000LoopEndSetIncrement 1.0∥STEP UP BY 0.5 FOR 10 TIMESUP2:Loop 10IncrementUpPause 1000LoopEnd∥STEP DOWN BY 0.5 FOR 10 TIMESDOWN2:Loop 10IncrementDownPause 1000LoopEndSetIncrement 2.0∥STEP UP BY 0.5 FOR 10 TIMESUP3:Loop 10IncrementUpPause 1000LoopEnd∥STEP DOWN BY 0.5 FOR 10 TIMESDOWN3:Loop 10IncrementDownPause 1000LoopEndStop]]></pre>(4)Step Study Test Definition<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[DataRate 1∥STEPUP,DOWN,DOWN,UP,THEN INCREMENT STEP SIZE AND∥REPEAT UNTIL CHANGES DETECTED。SetIncrement 0.5IncrementUpPause 100IncrementDownPause 100IncrementDownPause 100Increment UpPause 100SetIncrement 1.0IncrementUpPause 100IncrementDownPause 100IncrementDownPause 100IncrementUpPause 100SetIncrement 2.0IncrementUpPause 100IncrementDownPause 100IncrementDownPause 100IncrementUpPause 100SetIncrement 5.0IncrementUpPause 100IncrementDownPause 100IncrementDownPause 100IncrementUpPause 100Stop]]></pre>上述的第一步測(cè)試(1)循環(huán)三次，從半開位置起進(jìn)行四次步驟，下降八次和升高四次。第二步測(cè)試(2)從閥門絕對(duì)位置50％階躍變化到60％。第三步測(cè)試(3)從閥門絕對(duì)位置50％開始進(jìn)行階躍斜坡波形的三次循環(huán)。第四步測(cè)試(4)隨幅度增大重復(fù)一系列步驟直至檢測(cè)到閥門中變化為止。
在這些程序中，現(xiàn)場(chǎng)裝置控制器102執(zhí)行停止記錄的條件的暫停到停止記錄和在存儲(chǔ)位置中設(shè)定一個(gè)表示在哪里停止測(cè)試的位?，F(xiàn)場(chǎng)裝置控制器102還執(zhí)行Branch/GOTOLOOP語句、Loop永久語句和在設(shè)置超出服務(wù)的標(biāo)記時(shí)強(qiáng)制停止。暫停與伺服運(yùn)行時(shí)間相同步，測(cè)試不會(huì)脫離與閥門的同步。
示出的程序代碼僅表示可以由現(xiàn)場(chǎng)裝置16執(zhí)行的診斷測(cè)試的類型的一些例子，可以由提供給現(xiàn)場(chǎng)裝置16的程序指令進(jìn)行的其它診斷測(cè)試有許多，包括例如靜態(tài)循環(huán)測(cè)試，其中閥門109向上移動(dòng)10％、向下移動(dòng)10％、向上移動(dòng)10％、向下移動(dòng)10％，以次往復(fù)循環(huán)多次。同樣，可以作出任何裝置診斷測(cè)量，例如包括按照敏感器116、120、124和128的發(fā)展簡(jiǎn)單測(cè)量裝置內(nèi)的閥門行程或壓力，和/或從這些或其它測(cè)量結(jié)果中導(dǎo)出的任何所需參數(shù)，例如包括(1)動(dòng)態(tài)誤差帶，這是行程(例如位置敏感器116的輸出)與輸入(例如傳送給控制器102的控制信號(hào))之間的關(guān)系曲線；(2)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(這是控制器102的輸出，如傳送給I/P轉(zhuǎn)換器104)與壓力測(cè)量結(jié)果的關(guān)系曲線；(3)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系曲線；(4)輸出信號(hào)，這是行程與驅(qū)動(dòng)信號(hào)的關(guān)系曲線；(5)閥門信標(biāo)，這是壓力與行程的關(guān)系曲線，等等。當(dāng)然，在這些測(cè)試中所指定的壓力信號(hào)可以是任何所需壓力信號(hào)，例如由敏感器120、124和/或128中任何一個(gè)測(cè)得的這些信號(hào)。
盡管診斷語言和診斷語言解譯器在利用Fieldbus通信協(xié)議以雙線、回路供電、雙向數(shù)字通信定位器的形式對(duì)數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)裝置16的通信的過程控制網(wǎng)絡(luò)10中執(zhí)行是有利的，但是，語言解譯器可以在其它實(shí)施例中執(zhí)行。例如，診斷語言解譯器可以在任何利用任何所需通信技術(shù)，如數(shù)字、模擬、光學(xué)等技術(shù)進(jìn)行通信的嵌入控制器中執(zhí)行。此外，盡管例舉的診斷語言解譯器根據(jù)Fieldbus標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行通信，但是診斷語言解譯器也可用在其它通信協(xié)議，包括例如HART、Profibus等協(xié)議進(jìn)行通信的嵌入控制器和不采用雙線總線的系統(tǒng)，如采用四線總線的系統(tǒng)中執(zhí)行。同樣，診斷語言解譯器也可用在其它類型的閥門，包括例如電子閥門和液壓閥門以及除了閥門裝置以外的其它類型裝置中執(zhí)行。
另外，盡管診斷語言和診斷語言解譯器被描述為限定一特定指令集，但是，根據(jù)將語言解譯器限定其中的嵌入控制器的技術(shù)規(guī)范，控制執(zhí)行其它指令集。
當(dāng)然，通過在諸如主機(jī)工作站12的操作者控制臺(tái)上發(fā)布請(qǐng)求一個(gè)或多個(gè)特定診斷測(cè)試過程的命令可以同時(shí)進(jìn)行裝置和過程診斷測(cè)試。在例舉的實(shí)施例中，診斷測(cè)試過程是以兩種軟件程序代碼執(zhí)行的。第一種代碼在現(xiàn)場(chǎng)裝置16以外的處理器中，例如在主機(jī)工作站12中執(zhí)行，創(chuàng)建或啟動(dòng)診斷測(cè)試和接收收集的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析，而第二代碼在裝置控制器102中執(zhí)行，以程序指令的形式執(zhí)行存儲(chǔ)在其中或由主機(jī)12提供的診斷測(cè)試。相反，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的診斷只能由在控制臺(tái)處理器中執(zhí)行的軟件來進(jìn)行。在現(xiàn)場(chǎng)裝置層而不是在控制臺(tái)層執(zhí)行診斷測(cè)試可獲得許多好處。例如，通過在裝置層執(zhí)行這些測(cè)試，診斷測(cè)試可以并行地進(jìn)行并可以分布在許多現(xiàn)場(chǎng)裝置當(dāng)中。同樣，在具有分布控制功能(如Fieldbus協(xié)議)的過程控制網(wǎng)絡(luò)中可以進(jìn)行更精確的測(cè)試，這里，為了進(jìn)行診斷測(cè)試，主機(jī)必須以異步方式與現(xiàn)場(chǎng)裝置進(jìn)行通信，由于這一事實(shí)，主機(jī)可能不能夠決定性地控制現(xiàn)場(chǎng)裝置的操作。
執(zhí)行由Fieldbus協(xié)議限定的雙向數(shù)字通信，通過既增大數(shù)據(jù)吞吐量又實(shí)現(xiàn)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置的并行性能，對(duì)提高診斷速度是很有利的。利用Fieldbus協(xié)議，在預(yù)定的時(shí)間上傳送預(yù)定好的消息，當(dāng)消息或數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好和現(xiàn)場(chǎng)裝置總線34不忙時(shí)傳送非預(yù)定的消息，包括診斷消息和數(shù)據(jù)、校正信息和諸如狀態(tài)指示的其它信息。診斷請(qǐng)求消息被目標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)裝置接收，診斷測(cè)試由相對(duì)其它現(xiàn)場(chǎng)裝置操作異步的現(xiàn)場(chǎng)裝置來進(jìn)行。當(dāng)診斷測(cè)試操作完成，在現(xiàn)場(chǎng)裝置總線34可以提供時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)裝置返回一個(gè)應(yīng)答，如結(jié)果數(shù)據(jù)。于是，如上所述，多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置可以并行地進(jìn)行診斷測(cè)試。
現(xiàn)在參考圖8，流程圖200示出在現(xiàn)場(chǎng)裝置16進(jìn)行診斷測(cè)試的技術(shù)。在步驟202中，現(xiàn)場(chǎng)裝置16接收請(qǐng)求，執(zhí)行一系列指令，執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)診斷測(cè)試。當(dāng)然，主機(jī)工作站12可以給任何一個(gè)或同時(shí)給多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置發(fā)布這樣的請(qǐng)求，允許每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置并行地收集診斷數(shù)據(jù)。如果多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置同時(shí)在進(jìn)行測(cè)試，那么，工作站12可以象進(jìn)行診斷測(cè)試一樣快速地在擴(kuò)展的時(shí)間間隔上收集數(shù)據(jù)，由各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置在總線34上作出結(jié)果。利用單獨(dú)一組線路與各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置進(jìn)行通信的傳統(tǒng)裝置一次只能存取一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置和一次只能進(jìn)行一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置的一次測(cè)試。
在步驟204，現(xiàn)場(chǎng)裝置16執(zhí)行一系列指令，按照請(qǐng)求的指揮進(jìn)行一次或多次診斷測(cè)試。當(dāng)然，如上所述，可以將指令存儲(chǔ)在現(xiàn)場(chǎng)裝置16的存儲(chǔ)器中或者可以由主機(jī)12經(jīng)例如異步通信提供給現(xiàn)場(chǎng)裝置。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可以并行地測(cè)量諸如閥門行程、壓力等的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。因此，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)裝置通常接收單個(gè)診斷測(cè)試測(cè)量的命令，順次地進(jìn)行測(cè)量，由于通信帶寬有限和在這些現(xiàn)場(chǎng)裝置中缺少存儲(chǔ)能力，根據(jù)單個(gè)測(cè)量值的請(qǐng)求，而現(xiàn)場(chǎng)裝置16可以利用靈活的測(cè)試協(xié)議接收多個(gè)測(cè)試的請(qǐng)求，可以進(jìn)行多個(gè)測(cè)試，然后對(duì)測(cè)試期間收集的結(jié)果作出響應(yīng)。
在步驟206，現(xiàn)場(chǎng)裝置16將每個(gè)診斷測(cè)試所測(cè)得的多個(gè)測(cè)試結(jié)果存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，在步驟208，將數(shù)據(jù)發(fā)送到外部的請(qǐng)求裝置。按照Fieldbus標(biāo)準(zhǔn)的雙線、雙向數(shù)字通信大大提高了數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)裝置16的測(cè)試結(jié)果吞吐量。事實(shí)上，利用Fieldbus協(xié)議的數(shù)字通信使數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間比HART系統(tǒng)改善了約30倍，所以，當(dāng)采用Fieldbus協(xié)議在多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置并行地進(jìn)行診斷測(cè)試時(shí)，大大縮短了過程控制網(wǎng)絡(luò)，包括許多現(xiàn)場(chǎng)裝置的診斷測(cè)試時(shí)間量。
傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)裝置通常有單獨(dú)一對(duì)引線將每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置連接到網(wǎng)絡(luò)上，使得每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置獨(dú)占接入引線。在示出的實(shí)施例中，利用Fieldbus標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議在總線34上將診斷測(cè)試的結(jié)果發(fā)送到操作控制臺(tái)或主機(jī)工作站12，這減少了與主機(jī)12通信所需的引線的長(zhǎng)度。
正如將會(huì)明白的，在診斷測(cè)試過程中，微處理器140控制D/A轉(zhuǎn)換器154，將變化的控制信號(hào)提供給I/P轉(zhuǎn)換器104。對(duì)于每個(gè)特定控制信號(hào)值和采樣時(shí)間，微處理器140指揮A/D轉(zhuǎn)換器152測(cè)量敏感器116、120、124和128產(chǎn)生的與壓力和/或位置有關(guān)的電信號(hào)(以及由其它敏感器產(chǎn)生的其它任何信號(hào))。當(dāng)微處理器140通過操作測(cè)量循環(huán)指揮現(xiàn)場(chǎng)裝置控制器102時(shí)，壓力和閥門行程信息被裝置控制器102存取并對(duì)其進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。收集的數(shù)據(jù)通常暫時(shí)存儲(chǔ)在RAM146中并被傳送給外部裝置，如主機(jī)工作站12，以供作下一步處理、分析和顯示。當(dāng)然，如果需要的話，微處理器140也可以進(jìn)行分析。
例如，可以對(duì)中繼敏感器128測(cè)得的壓力信息和由位置敏感器116測(cè)得的位置信息進(jìn)行組合分析，以確定閥門隔膜壓力作為閥門位置函數(shù)的變化。同樣，可以對(duì)輸入敏感器120、I/P敏感器124和中繼敏感器128測(cè)得的壓力各自進(jìn)行分析，與位置敏感器116測(cè)得的位置相組合，產(chǎn)生偏差循環(huán)，表明對(duì)閥門109操作的完整分析，包括線性度、滯后和范圍的特性。
參考圖9，流程圖300表示現(xiàn)場(chǎng)裝置16中進(jìn)行診斷測(cè)試而執(zhí)行的診斷測(cè)試協(xié)議。操作者在諸如工作站12的操作者控制臺(tái)上產(chǎn)生一系列診斷指令，并將這些診斷指令發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)裝置16，該裝置將這些指令存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。另一方面，或者另外，可以在制造現(xiàn)場(chǎng)裝置16期間將診斷指令存儲(chǔ)在裝置的存儲(chǔ)器中。
在步驟302，現(xiàn)場(chǎng)裝置16經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)裝置總線34接收診斷命令。如果需要的話，診斷命令可以取指令形式，采用為在現(xiàn)場(chǎng)裝置控制器102中執(zhí)行所編碼的可解譯的診斷語言，或者可以是啟動(dòng)已經(jīng)存儲(chǔ)在裝置16中指令的指令。裝置控制器102執(zhí)行各種指令，引起數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)裝置16中的控制部件，如I/P轉(zhuǎn)換器104和傳動(dòng)器108對(duì)閥門109進(jìn)行控制和引起敏感器，如輸入敏感器120、I/P敏感器124、中繼敏感器128和位置敏感器116進(jìn)行測(cè)量?？刂浦噶钸€可以包括對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理和對(duì)提供給用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化的指令。另外的指令可以引起現(xiàn)場(chǎng)裝置控制器102將經(jīng)過處理或格式化的數(shù)據(jù)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)裝置總線34傳送給請(qǐng)求者。
在步驟304，數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)裝置16根據(jù)請(qǐng)求進(jìn)行測(cè)試過程，其中，例如使閥門109經(jīng)歷從完全關(guān)閉狀態(tài)到完全打開、然后返回到完全關(guān)閉狀態(tài)。同樣，數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)裝置16可以根據(jù)請(qǐng)求進(jìn)行多步測(cè)試，包括例如單階移動(dòng)和分析和十階移動(dòng)和響應(yīng)測(cè)量。也可以采用階躍斜坡測(cè)試，這涉及到從閥門略微打開至較大打開的一系列階躍，例如從10％至90％的斜坡，以例如10％增量為階梯。階躍研究涉及到以預(yù)定階梯，如1％、2％、5％和10％打開閥門，在第一方向上以預(yù)定階梯尺寸移動(dòng)閥門，穩(wěn)定，然后，在第二方向上以預(yù)定階梯尺寸移動(dòng)閥門。
在步驟306，由傳送給數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)裝置16的命令設(shè)定診斷測(cè)試的物理配置。物理配置變量包括施加到傳動(dòng)器108的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、施加到I/P轉(zhuǎn)換器104的壓力設(shè)定以及傳動(dòng)器壓力和閥門行程讀數(shù)。在有些診斷測(cè)試中，物理配置變量可以設(shè)定為獨(dú)立測(cè)試變量，而在其它測(cè)試中可以作為從屬參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
在步驟308中，現(xiàn)場(chǎng)裝置16測(cè)量特定物理測(cè)試配置的預(yù)定參數(shù)。對(duì)于許多診斷測(cè)試，測(cè)量單個(gè)測(cè)試配置的多個(gè)參數(shù)。利用單個(gè)測(cè)試配置測(cè)量的典型參數(shù)包括閥門位置、過程變量、傳動(dòng)器空氣壓力、供給壓力、驅(qū)動(dòng)信號(hào)、傳感器設(shè)定點(diǎn)和I/P空氣壓力，允許確定例如閥門信標(biāo)、輸出信號(hào)、動(dòng)態(tài)誤差帶、驅(qū)動(dòng)與壓力、以及行程與輸入信號(hào)幅度。
在步驟310中，通過裝置控制器102的操作，現(xiàn)場(chǎng)裝置16把單個(gè)測(cè)試配置的多個(gè)參數(shù)存儲(chǔ)在例如RAM46中。在步驟312，將數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)12或其它裝置。如果測(cè)試將利用不同的診斷測(cè)試配置進(jìn)行，那么，通過在調(diào)節(jié)步驟314中裝置控制器102的操作，現(xiàn)場(chǎng)裝置16回路返回到步驟306，修改測(cè)試配置。
部分通過改善診斷協(xié)議結(jié)構(gòu)，部分改善通信，部分通過在現(xiàn)場(chǎng)裝置16中附加敏感器的執(zhí)行，在所示現(xiàn)場(chǎng)裝置16中的診斷測(cè)試與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)裝置相比取得了極大的改善。診斷協(xié)議結(jié)構(gòu)的改進(jìn)使得現(xiàn)場(chǎng)裝置16能夠測(cè)量單個(gè)測(cè)試配置的多個(gè)參數(shù)。將診斷控制操作分布到現(xiàn)場(chǎng)裝置中使得診斷測(cè)試能夠在現(xiàn)場(chǎng)裝置中根據(jù)請(qǐng)求受到完全控制，可以對(duì)多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置作出多個(gè)請(qǐng)求，各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)裝置獨(dú)立地且相互并行地控制著診斷測(cè)試。診斷協(xié)議結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)還有利于通過程序變化使測(cè)試過程能夠在現(xiàn)場(chǎng)裝置以外進(jìn)行改動(dòng)。于是，可以增加新的診斷能力，無需改動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)裝置便可以作出診斷操作的大規(guī)模變化。由于切斷過程線路會(huì)造成巨大代價(jià)，現(xiàn)場(chǎng)裝置的改動(dòng)是極為不利的。通信上的改善使得現(xiàn)場(chǎng)裝置16能夠測(cè)量單個(gè)測(cè)試配置的多個(gè)參數(shù)。傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)裝置在專屬于特定現(xiàn)場(chǎng)裝置的通信線路上接收請(qǐng)求，根據(jù)請(qǐng)求的技術(shù)規(guī)范設(shè)定測(cè)試配置，以及返回根據(jù)該請(qǐng)求的單個(gè)測(cè)試測(cè)量結(jié)果。通過步驟(包括設(shè)定測(cè)試配置的冗余步驟)的重復(fù)，可作出在相同測(cè)試配置下的下一測(cè)量結(jié)果。所示現(xiàn)場(chǎng)裝置16的改進(jìn)后的通信有利于并行地進(jìn)行多個(gè)裝置的診斷測(cè)試、提高診斷測(cè)試的吞吐量。此外，改進(jìn)后的數(shù)字通信提供了(傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)裝置的)模擬通信不能提供的多種類型。
雖然參照各個(gè)實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明作了描述，但是，應(yīng)當(dāng)明白，這些實(shí)施例是示范性的，本發(fā)明的范圍不限于此。對(duì)所述的實(shí)施例可以作出許多變化、修改、增加和改善。例如，現(xiàn)場(chǎng)裝置16不僅是所示的合適控制閥門和傳動(dòng)器組合，其它的合適閥門類型包括滑桿、旋轉(zhuǎn)插塞、旋轉(zhuǎn)球、蝶形、偏心盤等閥門以及其它的已知類型。其它的合適傳動(dòng)器包括彈簧和隔膜、彈簧和活塞、雙動(dòng)活塞、液壓、電動(dòng)液壓、電動(dòng)、或是利用旋轉(zhuǎn)或是利用滑動(dòng)桿閥的其它已知類型。因此，現(xiàn)場(chǎng)裝置16僅僅示出各種定位器或控制傳動(dòng)器和閥門調(diào)整功率的其它裝置。此外，采用本發(fā)明診斷法或位于其中的現(xiàn)場(chǎng)裝置可以是閥門以外的裝置，包括例如泵控制器、可變速的驅(qū)動(dòng)器等。再有，現(xiàn)場(chǎng)裝置不限于服從Fieldbus標(biāo)準(zhǔn)的操作，而是進(jìn)一步應(yīng)用其它數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)，包括HART、WORLDFIP、LONWORKS、Profibus等。
當(dāng)然，可以用功能塊或其它軟件形式把裝置或過程診斷測(cè)試存儲(chǔ)在控制器102中，可以這么做，利用諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)的任何主機(jī)裝置由公眾存取這些診斷測(cè)試，對(duì)用戶方不需要具有很高的知識(shí)便可以進(jìn)行這些測(cè)試。在一個(gè)實(shí)施例中，把一個(gè)或多個(gè)易于存取的診斷程序存儲(chǔ)在裝置(例如裝置16)中，通過從主機(jī)發(fā)布單個(gè)命令，指定進(jìn)行哪個(gè)測(cè)試，可以運(yùn)行其程序。把測(cè)試所需的所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在裝置，在測(cè)試完成后，把從測(cè)試中收集的所有輸出數(shù)據(jù)送到主機(jī)。
一般說，能夠命令這種“公共”裝置和過程診斷寫入轉(zhuǎn)換器塊，影響例如閥門部件的移動(dòng)，以及利用Fieldbus協(xié)議中的轉(zhuǎn)向塊來讀出和存儲(chǔ)由敏感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。由于主機(jī)所需的所有信息都位于現(xiàn)場(chǎng)裝置的裝置說明中，執(zhí)行這些公共診斷不需要專門知識(shí)。采用這些公共診斷，現(xiàn)場(chǎng)裝置的操作可以與由其它制造商制造的其中采用相同診斷法的其它任何現(xiàn)場(chǎng)裝置的操作相同。
圖10A-10C示出在這種公共診斷中采用的波形例子。如圖10A所示，公共診斷可以引起閥門109在打開方向上以階梯形斜坡方式，例如對(duì)于特定個(gè)數(shù)的臺(tái)階(如五階)以1％的幅度一步步地移動(dòng)，然后在關(guān)閉方向上以階梯形斜坡方式以1％的幅度一步步地移動(dòng)，直至閥門已經(jīng)達(dá)到原始值或位置。至新的設(shè)定點(diǎn)的階躍最好是瞬時(shí)的，即實(shí)際上沒有速率極限，在每個(gè)新設(shè)定點(diǎn)上的延遲時(shí)間是固定的并由閥門/傳動(dòng)器裝置的尺寸和響應(yīng)特性確定的。另一方面，如圖10B所示，公共診斷可以在打開方向上通過5％的斜坡打開閥門，然后立即在關(guān)閉方向上通過5％的斜坡關(guān)閉該閥門。斜坡的斜率最好是固定的，將其設(shè)定為由閥門/傳動(dòng)器的尺寸所確定的斜率上。斜坡斜率約為裝置最大速率的一半是最佳的。此外，如圖10C所示，公共診斷可以在打開(或關(guān)閉)方向上從當(dāng)前閥門位置以例如5％的單個(gè)階梯移動(dòng)閥門，瞬時(shí)階躍時(shí)間設(shè)定為實(shí)際上沒有速率極限。這一測(cè)試得出的結(jié)論是在新的閥門基準(zhǔn)位置中閥門高于(或低于)原始點(diǎn)5％。
為了利用Fieldbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)如10A-10C所示的公共診斷，主機(jī)12將執(zhí)行命令送至存儲(chǔ)公共診斷的裝置，它設(shè)定裝置(例如裝置16)中的轉(zhuǎn)向清單，然后為轉(zhuǎn)向設(shè)定裝置16中的合適VCR。接著，為轉(zhuǎn)向和診斷測(cè)試進(jìn)程設(shè)定裝置16的連接對(duì)象。這時(shí)，主機(jī)可以向用戶顯示消息，表示診斷在進(jìn)行之中，主機(jī)可以讀出診斷的狀態(tài)或進(jìn)程，以確定是否出現(xiàn)差錯(cuò)情況。在裝置16完成診斷后，主機(jī)讀出并存儲(chǔ)這些轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)和切斷轉(zhuǎn)向。然后主機(jī)對(duì)檢索數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如果從裝置16接收例如200％或更高的狀態(tài)，在診斷中已經(jīng)出現(xiàn)差錯(cuò)，主機(jī)可以向用戶指出這一差錯(cuò)。在對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，主機(jī)可以向用戶顯示由存儲(chǔ)的轉(zhuǎn)向發(fā)展的診斷數(shù)據(jù)或由其確定的任何結(jié)果。例如，主機(jī)12可以用圖形表示閥門相對(duì)上述公共診斷波形中一種或全部以及輸入波形的實(shí)際移動(dòng)，表示裝置16對(duì)波形的響應(yīng)。
在進(jìn)行公共或其它診斷時(shí)，裝置16首先確定是否已經(jīng)收到診斷命令和驗(yàn)證裝置的傳感器塊是否正在令人滿意地工作。如果是，那么裝置16設(shè)定轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)的更新指針，表示哪些數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)存儲(chǔ)在轉(zhuǎn)向塊中和驗(yàn)證可以提供足夠的設(shè)定點(diǎn)范圍進(jìn)行診斷。例如，為了進(jìn)行在打開方向上需要閥門以5％幅度移動(dòng)的測(cè)試，閥門必須處于其最大移動(dòng)的95％或以下。如果不能提供這一范圍，那么裝置16可以把差錯(cuò)消息返回給主機(jī)12。
如果沒有出現(xiàn)差錯(cuò)，裝置16利用由存儲(chǔ)在裝置16中的查看表(根據(jù)閥門/傳動(dòng)器尺寸)確定的測(cè)試時(shí)間和斜率進(jìn)行所選的測(cè)試，獲取所需的測(cè)量結(jié)果，如閥門位置。在測(cè)試期間，在整個(gè)0-100％的百分比內(nèi)，閥門對(duì)測(cè)試狀態(tài)進(jìn)行更新，如果檢測(cè)到差錯(cuò)，把大于200％的差錯(cuò)代碼寫成由主機(jī)12讀出的診斷狀態(tài)變量。在測(cè)試結(jié)束時(shí)，假設(shè)沒有出現(xiàn)差錯(cuò)，診斷測(cè)試把100％狀態(tài)寫在診斷測(cè)試狀態(tài)變量中，而后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Fieldbus協(xié)議利用按照轉(zhuǎn)向而設(shè)立的正常多層操作把收集到的轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)報(bào)告給主機(jī)。診斷測(cè)試的回路速度最好設(shè)定得比輸入波形中的變化相對(duì)高一些，從而能收集足夠的轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)，恰當(dāng)?shù)啬M裝置16對(duì)診斷波形的響應(yīng)。因此，以Fieldbus協(xié)議，在轉(zhuǎn)向目標(biāo)中采用的數(shù)據(jù)頻率與功能塊的執(zhí)行速率相聯(lián)系，回路執(zhí)行速率應(yīng)當(dāng)大大高于輸入波形中的變化速率，使得轉(zhuǎn)向目標(biāo)在每一重大變化之后能夠收集足夠的數(shù)據(jù)觀測(cè)裝置16相對(duì)輸入波形的響應(yīng)。
當(dāng)然，在例如圖10中所示的公共診斷最適合于進(jìn)行裝置診斷，其中，利用它們有利于在測(cè)量特定裝置中傳感器輸出以確定該裝置特性的時(shí)間期間引起該裝置通過一個(gè)或多個(gè)診斷步驟或操作。在采用Fieldbus協(xié)議進(jìn)行裝置診斷時(shí)，這些測(cè)試不需要采用任何附加功能塊，而是通過各裝置控制器(如圖6中的控制器102)就能夠進(jìn)行測(cè)試，離開與裝置中功能塊操作有關(guān)的正常操作，控制轉(zhuǎn)換器塊。當(dāng)然，如果需要，可以采用功能塊以某種方式分析所收集的數(shù)據(jù)和將分析數(shù)據(jù)提供給主機(jī)。
現(xiàn)在參考圖11A，圖中詳細(xì)示出過程控制回路400，它能夠在Fieldbus過程控制網(wǎng)絡(luò)的裝置中進(jìn)行本地裝置或過程診斷?；芈?00包括控制回路，即圖4中的LOOP1，裝置20中的AI功能塊66經(jīng)總線34與裝置16中的PID功能塊64和A/O功能塊63二者通信連接?；芈?00還包括數(shù)據(jù)采集功能塊401，將其配置為從AO功能塊63、AI功能塊66以及(如果需要的話)諸如AI功能塊402和404(它們可以位于過程控制網(wǎng)絡(luò)10中連接的其它現(xiàn)場(chǎng)裝置中)的其它功能塊接收數(shù)據(jù)。當(dāng)然，利用標(biāo)準(zhǔn)同步通信，如Fieldbus協(xié)議中限定的出版者/訂購(gòu)者通信，將功能塊66、402和404配置為與數(shù)據(jù)采集功能塊401相通信。
在操作期間，現(xiàn)場(chǎng)裝置16中的控制器102中斷由功能塊66、64和63形成的回路的正常操作并將診斷波形傳送給AO功能塊63的輸入。此刻，AO功能塊63已經(jīng)使其狀態(tài)模式改變?yōu)槔绫镜乜刂颇Ｊ?，這反向級(jí)聯(lián)到PID功能塊64，引起PID功能塊64擺脫其模式狀態(tài)，變?yōu)槔缡挚?，這又阻止PID功能塊64根據(jù)由此接收的輸入產(chǎn)生輸出輸出信號(hào)。如上所述，診斷波形控制存儲(chǔ)在裝置16的控制器102中或者可以在進(jìn)行診斷測(cè)試前由主機(jī)12提供。當(dāng)然，波形或其它指令會(huì)引起與裝置16有關(guān)的閥門經(jīng)歷與裝置或過程診斷測(cè)試有關(guān)的一系列移動(dòng)。
在裝置診斷期間，數(shù)據(jù)采集功能塊401接收AO功能塊63的數(shù)據(jù)以及裝置16中其它轉(zhuǎn)換器，如與位置敏感器和/或象圖6中所示這些的壓力敏感器的數(shù)據(jù)。在過程診斷期間，數(shù)據(jù)采集功能塊401還或者另外接收與由AI功能塊66、402、404以及過程控制網(wǎng)絡(luò)10中其它任何功能塊形成的過程變量有關(guān)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集功能塊401可以收集這一數(shù)據(jù)以及傳送給AO功能塊63的診斷波形的時(shí)序和幅度的數(shù)據(jù)，可以將這一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，以供將來傳送給主機(jī)12，在這里可以進(jìn)行處理和顯示給用戶。
在完成裝置或過程診斷測(cè)試后，將功能塊401收集的數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)12，控制器102釋放對(duì)AO功能塊63的控制，返回到PID功能塊64，使包括功能塊66、64和63的回路返回到正常操作。當(dāng)然，這時(shí)功能塊64和63的狀態(tài)模式返回到正常操作。
應(yīng)當(dāng)注意雖然數(shù)據(jù)采集功能塊401不一定需要任何預(yù)定的同步執(zhí)行時(shí)間，但是，在配置過程控制回路400時(shí)必須建立功能塊401的通信互連，因此，即使在不進(jìn)行診斷時(shí)這些通信互連也存在者。換句話說，當(dāng)數(shù)據(jù)采用功能塊401需要在總線34上公布數(shù)據(jù)時(shí)，在過程控制網(wǎng)絡(luò)10初始化時(shí)必須將其配置為接收這些數(shù)據(jù)(即由其它裝置公布的數(shù)據(jù))，以避免為簡(jiǎn)單地進(jìn)行診斷的需要用戶重新配置網(wǎng)絡(luò)10。然而，如上所述，由于數(shù)據(jù)采集功能塊401通常僅收集已經(jīng)在總線34上公布的過程變量數(shù)據(jù)或者收集在有數(shù)據(jù)采用功能塊401的裝置內(nèi)部產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，因此，數(shù)據(jù)采集功能塊401的操作通常不增加總線34上的同步通信量，或者不需要為過程控制網(wǎng)絡(luò)10另外安排執(zhí)行時(shí)間。然而，如果需要，數(shù)據(jù)采集功能塊401可以配置為接收通常不在總線上公布的數(shù)據(jù)，這需要將公布功能塊配置為在過程控制網(wǎng)絡(luò)10開始時(shí)公布數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在參考圖11B，圖中詳細(xì)示出過程控制回路406，它能夠在Fieldbus過程控制網(wǎng)絡(luò)中的裝置中進(jìn)行本地診斷。與圖11A的回路400一樣，回路406包括控制回路，即圖4中的LOOP1，裝置20中的AI功能塊66經(jīng)總線34與裝置16中的PID功能塊64和A/O功能塊63二者通信連接?；芈?06還包括數(shù)據(jù)采集功能塊408(位于裝置16中)，它的操作基本上與數(shù)據(jù)采集功能塊401相同，不同之處在于，將其構(gòu)造為僅本地接收AO功能塊63、PID功能塊64或裝置中其它任何轉(zhuǎn)換器或敏感器，如壓力敏感器、位置敏感器等的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集功能塊408在進(jìn)行裝置診斷中是尤其有用的，這里所需數(shù)據(jù)是在裝置中本地產(chǎn)生的。由于功能塊408不需要接收總線34上的數(shù)據(jù)，所以在過程控制網(wǎng)絡(luò)的建立時(shí)開始不必配置它。
當(dāng)然，數(shù)據(jù)采集功能塊401和408僅僅是過程控制裝置內(nèi)收集診斷數(shù)據(jù)的兩種方法，可以采用許多其它的收集不同類型過程控制網(wǎng)絡(luò)和裝置中這種數(shù)據(jù)的方法。例如，可以由位于裝置中的與Fieldbus功能塊的定義不一致的其它寄生軟件來收集裝置或過程的數(shù)據(jù)。
現(xiàn)在參考圖12，流程圖500示出利用例如圖11的回路400由典型過程診斷所進(jìn)行的步驟。在步驟502，將數(shù)據(jù)采集建立提供給數(shù)據(jù)采集功能塊401，診斷測(cè)試所需的其它數(shù)據(jù)從主機(jī)(例如主機(jī)12)傳送到執(zhí)行診斷的裝置16中。之后，由用戶對(duì)診斷進(jìn)行初始化，引起待測(cè)回路與過程控制網(wǎng)絡(luò)中的其余部分隔離。在初始化時(shí)，裝置16將AO功能塊63的狀態(tài)變?yōu)槔绫镜乜刂颇Ｊ?，這引起PID功能塊64(或者上游的其它功能塊)根據(jù)Fieldbus控制標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)地改變模式。在此之后，塊506執(zhí)行存儲(chǔ)在裝置16存儲(chǔ)器中的診斷指令，在塊508，數(shù)據(jù)采集功能塊401收集診斷和過程數(shù)據(jù)。塊510確定測(cè)試是否完成，如果不是，將控制返回到塊506，執(zhí)行下一個(gè)診斷指令。當(dāng)然，下一個(gè)指令可以是前一個(gè)指令的重復(fù)引起，例如，裝置在一個(gè)方向上移動(dòng)直至到達(dá)極限為止。
重復(fù)由塊506、508和510執(zhí)行的回路，直至完成測(cè)試或者已經(jīng)出現(xiàn)一些差錯(cuò)或者在塊510檢測(cè)差錯(cuò)為止，這時(shí)塊512結(jié)束診斷測(cè)試，塊514恢復(fù)例如AO功能塊63的正常操作狀態(tài)，這引起PID功能塊64再次改變其狀態(tài)和按照正?？刂撇僮鱽砜刂艫O功能塊63。
把數(shù)據(jù)采集功能塊401收集的數(shù)據(jù)提供給主機(jī)12，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和/或顯示。如果需要，可以在裝置16中進(jìn)行分析，分析的結(jié)果可以由主機(jī)提供給顯示裝置以供顯示。
利用本發(fā)明的裝置診斷方法，裝置16同時(shí)收集裝置和過程的數(shù)據(jù)，無需主機(jī)對(duì)執(zhí)行或接收數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)控制。由于診斷是在裝置中進(jìn)行的并由裝置中的控制器而不是單獨(dú)主機(jī)裝置控制的，因此，能夠精確控制測(cè)試時(shí)間，在診斷期間收集的數(shù)據(jù)能夠便于與裝置所進(jìn)行的操作進(jìn)行時(shí)間對(duì)準(zhǔn)，在測(cè)試波形與測(cè)試結(jié)果之間提供了準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在實(shí)施過程診斷時(shí)，可以將回路400(或者具有為收集一個(gè)或多個(gè)過程控制回路的數(shù)據(jù)而構(gòu)造的數(shù)據(jù)采集功能塊的任何類似回路)的數(shù)據(jù)采集功能塊401用于目標(biāo)回路性能而不僅僅是裝置性能以及用于表示閥門是否適合于回路或者是否存在其它與回路有關(guān)的會(huì)限制其總體性能的問題。過程和/或的測(cè)試可以周期性地進(jìn)行，無需中斷過程或者處于非工作狀態(tài)。當(dāng)然，當(dāng)把數(shù)據(jù)采集功能塊401構(gòu)造成僅收集已經(jīng)在回路上公布的數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)于能夠收集和用于診斷的數(shù)據(jù)受到控制日程的限制。
盡管這里對(duì)診斷功能作了描述，如在下游AO功能塊63(這是輸出功能塊)上或利用它進(jìn)行診斷，以及如接收來自連接在簡(jiǎn)單控制回路構(gòu)造中的上游PID功能塊64(這是控制功能塊)的輸入并反饋給該功能塊，但是，本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集功能塊401或其它診斷功能程序能夠按照所需與其它輸出功能或功能塊以及其它控制功能或功能塊一起使用，以及能夠在具有圖11中所示構(gòu)造以外構(gòu)造的控制回路中實(shí)現(xiàn)。
此外，盡管以Fieldbus“功能塊”的形式已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這里所述的有些診斷，但是，應(yīng)當(dāng)注意，利用與其它類型控制系統(tǒng)和/或通信協(xié)議有關(guān)的其它類型的塊、程序、硬件、固件等能夠執(zhí)行本發(fā)明的診斷。事實(shí)上，雖然Fieldbus協(xié)議采用術(shù)語“功能塊”來描述能夠進(jìn)行過程控制功能的特定類型的實(shí)體，但是應(yīng)當(dāng)注意，正如這里采用的，術(shù)語功能塊不限于此，包括能夠以任何方式在過程控制網(wǎng)絡(luò)的分布位置上進(jìn)行過程控制功能的任何類型的裝置、程序、例行程序或其它實(shí)體。因此，在其它過程控制網(wǎng)絡(luò)中或者利用其它過程控制通信協(xié)議或方案(可以是目前存在或者將來會(huì)產(chǎn)生的)，能夠執(zhí)行這里所描述和主張的診斷功能塊，這些協(xié)議或方案不采用Fieldbus協(xié)議嚴(yán)格稱為“功能塊”。
再有，雖然這里已經(jīng)對(duì)過程和裝置診斷作了描述，如用于在定位器/閥門裝置上或者利用它進(jìn)行診斷，但是，應(yīng)當(dāng)注意這些診斷能夠在其它類型的裝置上或者利用它們進(jìn)行，例如象減振器、風(fēng)扇等的可運(yùn)動(dòng)部件。同樣，盡管這里所述的診斷以存儲(chǔ)在過程控制裝置中的軟件來進(jìn)行是較佳的，但是，根據(jù)需要，它們可以另外或附加地在硬件、固件等中實(shí)現(xiàn)。如果是以軟件實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的診斷可以存儲(chǔ)在任何計(jì)算機(jī)可讀出的存儲(chǔ)器中，如磁盤、激光光盤或其它存儲(chǔ)媒體上，計(jì)算機(jī)的RAM、ROM、EPROM等上。同樣，可以通過任何已知的或所需的傳送方法，包括例如在諸如電話線、因特網(wǎng)的通信信道上將這種軟件傳送給用戶或裝置。
因此，雖然已經(jīng)參照特定例子描述了本發(fā)明，這些例子僅僅是為了對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明而非對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員而言顯然能夠?qū)λ_的實(shí)施例作出變化、增加或刪除，只要不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1．一種在用于包含多個(gè)由雙線數(shù)字功率總線互相耦合的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程控制網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于包含氣動(dòng)操縱的流體控制閥門，包含與氣動(dòng)壓力線路相連的傳動(dòng)器，使流體控制閥門在從開啟位置到關(guān)閉位置范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)；與流體控制閥門耦合的位置傳感器，用來檢測(cè)流體控制閥門的位置；與氣動(dòng)壓力線路耦合的壓力傳感器，用來檢測(cè)氣動(dòng)壓力線路內(nèi)的氣動(dòng)壓力；通過氣動(dòng)壓力線路與傳動(dòng)器耦合的電至氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器上的電學(xué)線路，用來控制作為電學(xué)信號(hào)函數(shù)的氣動(dòng)壓力線路中的氣動(dòng)壓力；與電至氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器、壓力傳感器和位置傳感器耦合的電子控制器，所述電子控制器包括控制邏輯，它根據(jù)指示由壓力傳感器檢測(cè)的壓力和位置傳感器檢測(cè)的位置的反饋信號(hào)并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制信號(hào)確定電學(xué)信號(hào)；以及與雙線數(shù)字功率總線和電子控制器耦合的數(shù)字接口，所屬數(shù)字接口包括向包括電子控制器和電至氣的轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供功率總線輸送的功率的電路；以及接收包括來自總線的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制信號(hào)的信號(hào)并向總線發(fā)送指示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的信號(hào)的兩路通信電路。
2．如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括與在電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器與閥門之間的氣動(dòng)壓力線路耦合的氣動(dòng)延遲，并且壓力傳感器耦合于電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器與氣動(dòng)延遲之間的氣動(dòng)壓力線路。
3．如權(quán)利要求2所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括耦合于氣動(dòng)延遲與閥門之間氣動(dòng)壓力線路的壓力傳感器。
4．如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括與在電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器與閥門之間的氣動(dòng)壓力線路耦合的氣動(dòng)延遲，并且壓力傳感器耦合于氣動(dòng)延遲與閥門之間的氣動(dòng)壓力線路。
5．如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于氣動(dòng)壓力線路包括與電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器輸入耦合的壓力供應(yīng)線路，并且壓力傳感器與氣動(dòng)壓力供應(yīng)線路耦合以測(cè)量供應(yīng)至電至氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器輸入處的壓力。
6．如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括第二控制邏輯，用于在執(zhí)行和控制診斷閥門測(cè)試協(xié)議以響應(yīng)從總線接收的診斷測(cè)試請(qǐng)求的電子控制器中的執(zhí)行并用于產(chǎn)生閥門診斷數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于壓力傳感器測(cè)得的壓力變化和位置傳感器測(cè)得的閥門位置變化；以及與電子控制器耦合的存儲(chǔ)器，用來存儲(chǔ)閥門診斷數(shù)據(jù)。
7．如權(quán)利要求6所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包含第三控制邏輯，用于在向總線以數(shù)字形式發(fā)送閥門診斷數(shù)據(jù)的電子控制器的執(zhí)行。
8．如權(quán)利要求7所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備執(zhí)行獨(dú)立于總線上其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作的診斷測(cè)試協(xié)議。
9．如權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于數(shù)字接口利用現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議借助雙線、數(shù)字、功率總線進(jìn)行通信。
10．一種過程控制系統(tǒng)，其特征在于包含產(chǎn)生命令并接收數(shù)據(jù)的控制臺(tái)；與控制臺(tái)耦合的雙線、數(shù)字、功率總線；以及多個(gè)通過雙線、數(shù)字、功率總線互相耦合的多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，總線提供命令裝置包含送至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制信號(hào)，其中一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括氣動(dòng)操縱的流體控制閥門，包含與氣動(dòng)壓力線路相連的傳動(dòng)器，使流體控制閥門在從開啟位置到關(guān)閉位置范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)；與流體控制閥門耦合的位置傳感器，用來檢測(cè)流體控制閥門的位置；與氣動(dòng)壓力線路耦合的壓力傳感器，用來檢測(cè)氣動(dòng)壓力線路內(nèi)的氣動(dòng)壓力；由氣動(dòng)壓力線路與閥門耦合的電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器，用來控制作為電學(xué)信號(hào)函數(shù)的氣動(dòng)壓力線路中的氣動(dòng)壓力；與電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器、壓力傳感器和位置傳感器耦合的電子控制器，所述電子控制器包括控制邏輯，它根據(jù)指示由壓力傳感器檢測(cè)的壓力和位置傳感器檢測(cè)的位置的反饋信號(hào)并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制信號(hào)確定電學(xué)信號(hào)；以及與雙線數(shù)字功率總線和電子控制器耦合的數(shù)字接口，所述數(shù)字接口包括向包括電子控制器和電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供功率總線輸送的功率的電路；以及接收包括來自總線的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制信號(hào)的信號(hào)并向總線發(fā)送指示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的信號(hào)的兩路通信電路。
11．如權(quán)利要求10所述的過程控制系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括在電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器與閥門之間的氣動(dòng)壓力線路上耦合的氣動(dòng)延遲，并且壓力傳感器耦合于電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器與氣動(dòng)延遲之間的氣動(dòng)壓力線路。
12．如權(quán)利要求10所述的過程控制系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括在電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器與閥門之間的氣動(dòng)壓力線路上耦合的氣動(dòng)延遲，并且壓力傳感器耦合于氣動(dòng)延遲與閥門之間的氣動(dòng)壓力線路。
13．如權(quán)利要求10所述的過程控制系統(tǒng)，其特征在于氣動(dòng)壓力線路包括與電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器輸入耦合的壓力供應(yīng)線路，并且壓力傳感器與氣動(dòng)壓力供應(yīng)線路耦合以測(cè)量供應(yīng)至電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器輸入處的壓力。
14．如權(quán)利要求10所述的過程控制系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括第二控制邏輯，用于在執(zhí)行和控制診斷閥門測(cè)試協(xié)議以響應(yīng)從總線接收的診斷測(cè)試請(qǐng)求的電子控制器中的執(zhí)行并用于產(chǎn)生閥門診斷數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于壓力傳感器測(cè)得的壓力變化和位置傳感器測(cè)得的閥門位置變化；以及與電子控制器耦合的存儲(chǔ)器，用來存儲(chǔ)閥門診斷數(shù)據(jù)。
15．如權(quán)利要求14所述的過程控制系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包含第三控制邏輯，用于在向總線以數(shù)字形式發(fā)送閥門診斷數(shù)據(jù)的電子控制器的執(zhí)行。
16．如權(quán)利要求15所述的過程控制系統(tǒng)，其特征在于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備執(zhí)行獨(dú)立于總線上其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作的診斷測(cè)試協(xié)議。
17．如權(quán)利要求10所述的過程控制系統(tǒng)，其特征在于控制臺(tái)包含操作邏輯，用于產(chǎn)生和發(fā)送多個(gè)用于多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的診斷測(cè)試命令；以及多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的每一個(gè)進(jìn)一步包括操作邏輯，用于執(zhí)行獨(dú)立于總線上其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的診斷測(cè)試命令從而并行地執(zhí)行操作。
18．一種能夠用于包含多個(gè)由全數(shù)字通信總線耦合的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程控制網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于包含連接全數(shù)字總線從而在總線上進(jìn)行全數(shù)字通信的連接器；存儲(chǔ)包含一系列診斷測(cè)試指令的診斷測(cè)試程序的存儲(chǔ)器；利用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備完成存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的診斷測(cè)試指令以實(shí)現(xiàn)診斷測(cè)試的控制器；采集診斷測(cè)試期間生成的診斷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元；以及在總線上以全數(shù)字格式傳送采集的診斷數(shù)據(jù)的通信單元。
19．如權(quán)利要求18所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包含帶有與運(yùn)動(dòng)閥門部件的閥門耦合的定位器，并且診斷測(cè)試指令規(guī)定了閥門部件的運(yùn)動(dòng)。
20．如權(quán)利要求19所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包含位置傳感器，它檢測(cè)診斷測(cè)試期間可運(yùn)動(dòng)閥門部件的位置并且向數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送表示閥門部件位置的位置信號(hào)。
21．如權(quán)利要求20所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于定位器包含與電流-壓力轉(zhuǎn)換器耦合的氣動(dòng)壓力線路并且進(jìn)一步包含與氣動(dòng)壓力線路耦合的壓力傳感器，用來檢測(cè)氣動(dòng)壓力線路中的壓力并且向數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送表示氣動(dòng)壓力線路內(nèi)壓力的壓力信號(hào)。
22．如權(quán)利要求21所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括在電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器與閥門之間的氣動(dòng)壓力線路上耦合的氣動(dòng)延遲，并且壓力傳感器耦合于氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器與氣動(dòng)延遲之間的氣動(dòng)壓力線路上。
23．如權(quán)利要求21所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包括在電至氣動(dòng)的轉(zhuǎn)換器與閥門之間氣動(dòng)壓力線路耦合的氣動(dòng)延遲，并且壓力傳感器耦合于氣動(dòng)延遲與閥門之間的氣動(dòng)壓力線路。
24．如權(quán)利要求21所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于氣動(dòng)壓力線路包括與電至氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器輸入耦合的壓力供應(yīng)線路，并且壓力傳感器與氣動(dòng)壓力供應(yīng)線路耦合以測(cè)量供應(yīng)至電至氣動(dòng)轉(zhuǎn)換器輸入處的壓力。
25．如權(quán)利要求18所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于控制器包括適于解釋程序語言的程序語言解釋器并且診斷測(cè)試指令以程序語言形式存儲(chǔ)。
26．如權(quán)利要求25所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于通信單元適于從多個(gè)設(shè)備中的第二個(gè)經(jīng)總線接收程序語言形式的診斷測(cè)試指令并將接收的診斷測(cè)試指令存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)。
27．如權(quán)利要求18所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括可以沿開啟和關(guān)閉方向運(yùn)動(dòng)的部件并且診斷測(cè)試指令使得部件在開啟和關(guān)閉方向上以階梯狀斜坡運(yùn)動(dòng)。
28．如權(quán)利要求27所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于階梯狀斜坡包括大約等于部件運(yùn)動(dòng)范圍的百分之一的步。
29．如權(quán)利要求18所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括可以沿開啟和關(guān)閉方向運(yùn)動(dòng)的部件并且診斷測(cè)試指令使得部件在開啟和關(guān)閉方向上以線性斜坡運(yùn)動(dòng)。
30．如權(quán)利要求29所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于診斷測(cè)試指令使部件以等于大約部件最大速率的二分之一的斜坡率運(yùn)動(dòng)。
31．如權(quán)利要求18所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括可以沿開啟和關(guān)閉方向運(yùn)動(dòng)的部件并且診斷測(cè)試指令使得部件運(yùn)動(dòng)一步。
32．如權(quán)利要求31所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于步幅大約為部件運(yùn)動(dòng)范圍的百分之五。
33．一種能夠在用于包含多個(gè)由總線通信耦合的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程控制網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于包含存儲(chǔ)包含一系列診斷測(cè)試指令的診斷測(cè)試程序的存儲(chǔ)器；完成存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的診斷測(cè)試指令以實(shí)現(xiàn)診斷測(cè)試的設(shè)備控制器；采集診斷測(cè)試期間生成的診斷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元；以及經(jīng)總線從多個(gè)設(shè)備中的第二個(gè)接收診斷測(cè)試指令、將接收的診斷測(cè)試指令存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)并在總線上傳送采集的診斷數(shù)據(jù)的通信單元。
34．如權(quán)利要求33所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于診斷測(cè)試指令被寫入程序語言并且設(shè)備控制器包含解釋完成診斷測(cè)試的診斷測(cè)試指令的程序語言解釋器。
35．如權(quán)利要求34所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包含與包含可移動(dòng)閥門部件的閥門耦合的定位器并且診斷測(cè)試指令規(guī)定了閥門部件的運(yùn)動(dòng)。
36．如權(quán)利要求35所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于進(jìn)一步包含位置傳感器，它檢測(cè)診斷測(cè)試期間可運(yùn)動(dòng)閥門部件的位置并且向數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送表示閥門部件位置的位置信號(hào)。
37．如權(quán)利要求36所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于定位器包含與電流-壓力轉(zhuǎn)換器耦合的氣動(dòng)壓力線路并且進(jìn)一步包含與氣動(dòng)壓力線路耦合的壓力傳感器，用來檢測(cè)氣動(dòng)壓力線路中的壓力并且向數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送表示氣動(dòng)壓力線路內(nèi)壓力的壓力信號(hào)。
38．如權(quán)利要求33所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于通信單元被配置為利用現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議在總線上通信。
39．如權(quán)利要求33所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于診斷測(cè)試指令實(shí)現(xiàn)過程診斷并且通信單元適于經(jīng)總線接收與其它多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備測(cè)量的過程變量有關(guān)的數(shù)據(jù)。
40．一種能夠用于包含多個(gè)由總線通信耦合的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程控制網(wǎng)絡(luò)中的過程診斷測(cè)試的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于包含存儲(chǔ)包含由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的一系列診斷測(cè)試指令的診斷測(cè)試程序的存儲(chǔ)器；完成存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的診斷測(cè)試指令以實(shí)現(xiàn)診斷測(cè)試的設(shè)備控制器；采集診斷測(cè)試期間生成的診斷數(shù)據(jù)并經(jīng)總線從多個(gè)設(shè)備其中第二個(gè)接收進(jìn)一步過程診斷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元；以及通信單元，它在過程診斷處理完成以后于總線上傳送采集的診斷數(shù)據(jù)和進(jìn)一步過程診斷數(shù)據(jù)。
41．如權(quán)利要求40所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于通信單元被配置為利用現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議在總線上通信并且數(shù)據(jù)采集單元是一個(gè)配置為在總線上從多個(gè)設(shè)備中第二個(gè)接收進(jìn)一步過程診斷數(shù)據(jù)的功能塊。
42．如權(quán)利要求41所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于所述功能塊在總線上利用同步通信接收進(jìn)一步過程診斷數(shù)據(jù)。
43．如權(quán)利要求40所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于設(shè)備控制器包含模式處理單元，它控制完成過程診斷測(cè)試的過程控制環(huán)路內(nèi)部件的模式。
44．一種過程控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于包括產(chǎn)生命令和接收數(shù)據(jù)的主設(shè)備；多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備；以及將主設(shè)備與多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備互相連接起來的總線；其中多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的一個(gè)包括存儲(chǔ)包含由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的一系列診斷測(cè)試指令的診斷測(cè)試程序的存儲(chǔ)器；完成存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的診斷測(cè)試指令以實(shí)現(xiàn)診斷測(cè)試的設(shè)備控制器；采集診斷測(cè)試期間由設(shè)備生成的診斷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集單元；以及通信單元，它在過程診斷處理完成以后于總線上向主設(shè)備傳送采集的診斷數(shù)據(jù)。
45．如權(quán)利要求44所述的過程控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于診斷測(cè)試程序是過程診斷測(cè)試程序并且數(shù)據(jù)采集單元經(jīng)總線從多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的第二個(gè)接收過程診斷數(shù)據(jù)。
46．如權(quán)利要求44所述的過程控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于控制器包括適于解釋程序語言的程序語言解釋器并且診斷測(cè)試指令以程序語言形式存儲(chǔ)。
47．如權(quán)利要求46所述的過程控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于通信單元適于經(jīng)總線從主設(shè)備接收程序語言形式的診斷測(cè)試指令并在實(shí)現(xiàn)診斷測(cè)試之前將接收的診斷測(cè)試指令存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)。
48．如權(quán)利要求44所述的過程控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的每一個(gè)都能夠完成過程控制功能并利用安排的周期通信和非周期通信在總線上通信。
49．如權(quán)利要求44所述的過程控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的一個(gè)包括可以沿開啟和關(guān)閉方向運(yùn)動(dòng)的部件并且診斷測(cè)試指令使得部件在開啟和關(guān)閉方向上以階梯狀斜坡運(yùn)動(dòng)。
50．如權(quán)利要求49所述的過程控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于階梯狀斜坡包括大約等于部件運(yùn)動(dòng)范圍的百分之一的步。
51．如權(quán)利要求44所述的過程控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的一個(gè)包括可以沿開啟和關(guān)閉方向運(yùn)動(dòng)的部件并且診斷測(cè)試指令使得部件在開啟和關(guān)閉方向上以線性斜坡運(yùn)動(dòng)。
52．如權(quán)利要求51所述的過程控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于診斷測(cè)試指令使部件以等于大約部件最大速率的二分之一的斜坡率運(yùn)動(dòng)。
53．如權(quán)利要求44所述的過程控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的一個(gè)包括可以沿開啟和關(guān)閉方向運(yùn)動(dòng)的部件并且診斷測(cè)試指令使得部件運(yùn)動(dòng)一步。
54．如權(quán)利要求53所述的過程控制網(wǎng)絡(luò)，其特征在于步幅大約為部件運(yùn)動(dòng)范圍的百分之五。
55．一種能夠用于包含多個(gè)由總線通信耦合并利用現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過程控制網(wǎng)絡(luò)中完成診斷測(cè)試的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于包含存儲(chǔ)包含由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的一系列診斷測(cè)試指令的診斷測(cè)試程序的存儲(chǔ)器；完成存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi)的診斷測(cè)試指令以實(shí)現(xiàn)診斷測(cè)試的設(shè)備控制器；采集診斷測(cè)試期間生成的診斷數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集功能塊；以及通信單元，它在過程診斷處理完成以后于總線上傳送采集的診斷數(shù)據(jù)。
56．如權(quán)利要求55所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于診斷測(cè)試是設(shè)備診斷測(cè)試并且數(shù)據(jù)采集功能塊從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集數(shù)據(jù)。
57．如權(quán)利要求55所述的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其特征在于診斷測(cè)試是過程診斷測(cè)試并且數(shù)據(jù)采集功能塊至少?gòu)倪M(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備經(jīng)總線通信采集部分診斷數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種完成在過程控制網(wǎng)絡(luò)中的特定過程控制設(shè)備的設(shè)備和過程診斷的裝置和方法,比較好的是在具有分布控制功能的過程控制上,或由該設(shè)備而來中。按照本發(fā)明,診斷測(cè)試程序(可以是設(shè)備或過程診斷測(cè)試程序)存儲(chǔ)在過程控制設(shè)備內(nèi)并由其執(zhí)行以完成對(duì)過程控制設(shè)備的診斷而無需重新配置與過程控制網(wǎng)絡(luò)相連的控制結(jié)構(gòu)。因此診斷測(cè)試子程序可以根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)而過程可以在基本上與過程正常操作器件相同的控制策略下進(jìn)行。
文檔編號(hào)G05B19/02GK1232553SQ97198541
公開日1999年10月20日 申請(qǐng)日期1997年10月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月4日
發(fā)明者B·H·拉森, H·A·伯恩斯, L·K·布朗 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制國(guó)際公司