用于現(xiàn)場總線系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及過程控制系統(tǒng)，特別是安裝有現(xiàn)場總線類型的通信系統(tǒng)的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的過程控制系統(tǒng)通常包括三個分級層次?，F(xiàn)場設(shè)備的第一(最低)層次通常是例如傳感器和執(zhí)行器，它們表示與被控制過程的初級接口。第二層次由控制設(shè)備(控制器，PLC等)構(gòu)成，它們基于從現(xiàn)場設(shè)備接收到的信息來實(shí)時地決定要在執(zhí)行器上執(zhí)行的動作，由此完成給定的控制目標(biāo)，例如將給定的過程變量維持在預(yù)設(shè)值內(nèi)?？刂圃O(shè)備然后可以和更高的監(jiān)控層次通信，在該層次一個或者多個控制臺使操作者能夠顯示過程的狀態(tài)，并且可以發(fā)布用于執(zhí)行操縱的命令，例如啟用或者停用部分的設(shè)備或者系統(tǒng)，或者設(shè)定存在于系統(tǒng)中的一個或者多個變量必須達(dá)到并且維持的值。
[0003]這些現(xiàn)場設(shè)備通常在物理上分布在工廠內(nèi)。典型地，在現(xiàn)場設(shè)備中通常包括數(shù)值傳感器，即能夠測量一個或者多個過程變量(壓力，溫度，流速等等)的設(shè)備，以及執(zhí)行器，即在過程中執(zhí)行以便改變其行為的設(shè)備(馬達(dá)，閥門定位器，開關(guān)等)。注意在過程控制設(shè)備中還存在其它類型的傳感器和執(zhí)行器，例如用于在現(xiàn)場設(shè)備中測量內(nèi)部溫度的傳感器，但是以下提到的傳感器或者執(zhí)行器其意思特別地是指和過程直接交互的僅僅一個傳感器或者執(zhí)行器，即測量過程變量之一的一個傳感器或者直接作用于該過程的一個執(zhí)行器。
[0004]在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場設(shè)備和控制設(shè)備之間的通信借助于每個現(xiàn)場設(shè)備和一個控制設(shè)備之間的直接連接實(shí)現(xiàn)。
[0005]近來，已引入了這樣的通信系統(tǒng)，它們允許使用控制系統(tǒng)的不同體系結(jié)構(gòu)。特別地，在此涉及由現(xiàn)場總線基礎(chǔ)協(xié)議(以下將簡稱為現(xiàn)場總線)規(guī)定的通信系統(tǒng)。使用該協(xié)議，可以在現(xiàn)場設(shè)備之間獲得通信網(wǎng)絡(luò)(現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò))，在該網(wǎng)絡(luò)中所述設(shè)備直接交換信息而無需通過第二分級層次(控制層次)。而且，兩個最高分級層次(控制層次和監(jiān)控層次)也可以有益地連接到現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，依照原則與連接到所述網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備交換信息。
[0006]現(xiàn)場設(shè)備已經(jīng)引入了一系列的技術(shù)創(chuàng)新，它們使單元(變送器、執(zhí)行器)的功能能力得以提高。對于本說明書，只考慮兩個特性/概念:功能塊和備份LAS (鏈路激活調(diào)度程序(link active scheduler))。
[0007]功能塊可以被認(rèn)為是執(zhí)行不同類別的功能的軟件部分，例如，測量算法、計(jì)算或者控制算法、輸入選擇器等等。一般而言，它們是用于信息的邏輯數(shù)學(xué)處理的手段。
[0008]功能塊的概念使能了單元的可用性，這些單元的功能除了測量它們被設(shè)計(jì)用于測量的量的典型功能之外，還可以包括更多一般的控制操作的功能，后者不一定要依賴于設(shè)備自身的基本功能或者與之相聯(lián)系。
[0009]例如，溫度變送器可以包括具有PID、數(shù)學(xué)、信號表征器類型等等功能的功能塊，它們不一定和溫度測量有聯(lián)系。
[0010]裝載了這些不同功能的變送器這一事實(shí)，使得可以在現(xiàn)場自身的設(shè)備之間直接執(zhí)行過程控制(現(xiàn)場中的分布控制)，而不需要如傳統(tǒng)設(shè)備那樣在中央系統(tǒng)控制器(HOST)的環(huán)境中執(zhí)行。
[0011]此外，現(xiàn)場總線單元的以上能力在控制策略上提供了很大的靈活性，這是因?yàn)榘谧兯推髦械墓δ軌K可以在過程控制中使用，在該過程中變送器自身并不提供其自身的測量，而只是提供其作為容器的功能。
[0012]當(dāng)功能塊在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中使用時，必須在控制系統(tǒng)的配置階段規(guī)定功能塊的每個輸入變量來自于其它哪個功能塊。舉例來說，實(shí)際上如果包含在設(shè)備A中的功能塊FBl需要使用由包含在設(shè)備B中的功能塊FB2所產(chǎn)生的變量7，則在配置階段，必須規(guī)定功能塊FBl的“輸入”之一被“邏輯地連接到”功能塊FB2的輸出7上。
[0013]注意，在這種體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，為了識別出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的給定變量所涉及的內(nèi)容，必須指定所述變量是在哪個設(shè)備產(chǎn)生的，并且更具體地，在所討論的設(shè)備的哪個功能塊中。這可以使用標(biāo)記，即與每個設(shè)備以及每個功能塊相關(guān)的字母數(shù)字串，以統(tǒng)一的方式完成。必須有機(jī)地調(diào)整和調(diào)度這些功能塊的通信和執(zhí)行，以便獲得通信中“決定論”(determinism)。例如，對于壓力的同一個測量必須總是在控制環(huán)(宏觀循環(huán))中的同一瞬時獲得/抽樣，從而具有恒定的速率，并且因此，只有在該測量實(shí)際已被處理并且更新為一個新的值時，才傳送該測量。相同的處理適用于作為功能塊處理的結(jié)果或者輸出的所有變量。
[0014]以上調(diào)度功能是由LAS (鏈路激活調(diào)度程序)或者總線仲裁器執(zhí)行的。LAS為現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)功能。它是一種主活動，管理現(xiàn)場總線的活動并且在同一個通信網(wǎng)絡(luò)上可以有冗余。通常地，主LAS駐留在具有資源的設(shè)備上，就容量和計(jì)算速度而言優(yōu)于變送器。此類設(shè)備可以是例如鏈路設(shè)備或者中央控制系統(tǒng)本身，并且執(zhí)行用于過程控制的功能和通信的掃描/調(diào)度，而不管這些通信或者功能是在變送器中執(zhí)行還是在系統(tǒng)自身的控制器中執(zhí)行。
[0015]在這種類型的標(biāo)準(zhǔn)配置中，在控制系統(tǒng)中LAS激活的地方，就存在監(jiān)控在過程期間發(fā)生在操作者控制臺上的所有事件的可能性?？梢燥@示由各種變送器所測量到的各種過程變量，如同樣的閥門的位置，等等。
[0016]在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中另一個已知的概念是，LAS功能是一種也可以由現(xiàn)場總線變送器執(zhí)行的功能。為了安全、管理等目的，認(rèn)為最好具有LAS能力的設(shè)備和包含有用于測量(傳感器)或者用于執(zhí)行(執(zhí)行器)的特定功能塊的設(shè)備都只被用于兩種功能之一，即作為備份LAS或者將其功能塊提供給控制環(huán)。
[0017]作為LAS被激活的變送器的能力通常被用作上述主LAS的備份，因?yàn)樵诂F(xiàn)場單元或者設(shè)備中形成的LAS實(shí)際上是主機(jī)的主LAS功能的一個子集。通常，現(xiàn)場設(shè)備并不具備周期性同步所有網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線單元的時間分配能力。
[0018]現(xiàn)有技術(shù)的一個問題是實(shí)際上許多變送器被安裝在工廠或者系統(tǒng)中難以到達(dá)的地點(diǎn)上。因此，即便在這些設(shè)備上安裝有自己的顯示器，實(shí)際上也不可能讀出所述顯示。當(dāng)在控制系統(tǒng)中作為主LAS工作的設(shè)備失靈時，這一問題變的特別嚴(yán)重。在這種情況下，實(shí)際上只有當(dāng)在配置階段已經(jīng)提供了輔助LAS，在此情況下為備份LAS，才有可能讓控制環(huán)保持有效。在這種情況下，具備LAS能力、配置用于構(gòu)成系統(tǒng)備份的變送器意識到主LAS已失靈，并且接管以下工作，即為了將其功能塊提供給所述控制環(huán)的所有該網(wǎng)絡(luò)的其它變送器，維持功能塊調(diào)度和通信調(diào)度有效。然而，從監(jiān)控現(xiàn)場中所發(fā)生的事件的觀點(diǎn)來看，這是以一種盲目的方式發(fā)生的?？刂婆_不再有效，而只是假設(shè)由于控制環(huán)被在該網(wǎng)絡(luò)的變送器之一上激活的備份LAS管理，控制環(huán)繼續(xù)有效地工作。
[0019]當(dāng)主LAS失靈時，為了顯示網(wǎng)絡(luò)上的信息，現(xiàn)在使用連接到現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上并安裝有適當(dāng)軟件的PC使之成為可能。這一解決辦法的缺陷在于PC不適于固定的在現(xiàn)場安裝，因?yàn)槠駷橹顾€沒有配備防塵和防水的必要保護(hù)，而這些是在現(xiàn)場安裝的設(shè)備通常所需要的。特別地，通常要求IP65或者更高的保護(hù)等級，如由CENELEC(歐洲電工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會)所規(guī)定的?？商鎿Q地，如果使用NEMA(國家電氣制造商協(xié)會)的指示，該設(shè)備需要滿足NEMA 4或者更高的保護(hù)等級。當(dāng)前的PC沒有預(yù)先安排以滿足以上要求。如果是安裝在由于具有爆炸性的氣體和粉末而很危險(xiǎn)的環(huán)境中，則需要設(shè)想其它的認(rèn)證類型，例如EEx。在該分類中認(rèn)證EEx d被用于爆炸測試(設(shè)備的機(jī)殼或者機(jī)架或者容器)，而EEx i被用于電氣保護(hù)和原有安全度。在適當(dāng)?shù)那樾蜗?，對于現(xiàn)場總線基礎(chǔ)設(shè)施，通常參考ENTITY和FISCO兩種標(biāo)準(zhǔn)。
[0020]現(xiàn)有技術(shù)的又一固有問題是，盡管從技術(shù)上講在傳感器或者執(zhí)行器中使用備份LAS功能是可能的，但要冒使這些設(shè)備過載的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榧夹g(shù)原因和成本原因這些設(shè)備通常并沒有配備很強(qiáng)的計(jì)算能力。
[0021]上述計(jì)算能力的限制還暗示，盡管在此情形下并不存在先驗(yàn)的理論限制，但是傳感器和執(zhí)行器實(shí)際上具有有限的功能塊執(zhí)行能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明的主要任務(wù)是提供一種現(xiàn)場設(shè)備，后者允許以一種和傳感器以及執(zhí)行器的物理位置無關(guān)的方式來顯示對應(yīng)于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的信息。
[0023]本發(fā)明的另一個目的是提供一種現(xiàn)場設(shè)備，它能夠接管備份LAS功能，同樣允許在現(xiàn)場顯示現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的信息。
[0024]本發(fā)明的又一個目的是提供一種設(shè)備，它允許執(zhí)行功能塊，而不涉及系統(tǒng)中存在的傳感器和執(zhí)行器任何額外的計(jì)算負(fù)擔(dān)。
[0025]以上任務(wù)以及以上目的和其它目的將在下面更加清楚地顯現(xiàn)出來，它們由一種適于安裝在工業(yè)環(huán)境中的現(xiàn)場設(shè)備完成，該設(shè)備包括用于連接到現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的裝置以及信息顯示裝置，所述設(shè)備的特征在于所述信息顯示裝置包括:物理顯示裝置，用于將該設(shè)備邏輯連接到現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上可用的信息項(xiàng)的裝置，以及用于在所述物理裝置上選擇和顯示一個或者多個所述信息項(xiàng)的邏輯裝置。所述設(shè)備可以有益地被事先安排用于執(zhí)行備份LAS功能。而且，所述設(shè)備可以包含功能塊。
[0026]實(shí)際上，以此方式，可以獲得充分執(zhí)行預(yù)設(shè)任務(wù)和目的的設(shè)備。
【附圖說明】
[0027]根據(jù)對本發(fā)明該設(shè)備的優(yōu)選(但不是排他)實(shí)施例的描述，將會更清楚地顯現(xiàn)出進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)，該設(shè)備由附圖中指示性和非限制性的實(shí)例示出，并在下文中進(jìn)行描述。
[0028]圖1示出了一典型的控制系統(tǒng)。參考數(shù)字1、2和3表示三個分級層次:層次I是監(jiān)控層次并且在其中包含有控制臺4 ;層次2是控制設(shè)備層，其中表示了控制器5 ;層次3是現(xiàn)場設(shè)備層，其中表示了直接連接到該控制器的傳統(tǒng)設(shè)備6。還表示了安裝有現(xiàn)場總線通信的設(shè)備8，它們相互通信并且借助于現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)7同第二分級層次進(jìn)行通信。
[0029]圖2表示了現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)7的一部分，與之連接的是變送器類型的現(xiàn)場設(shè)備40和閥門類型的現(xiàn)場設(shè)備50。
[0030]圖3是圖2中所表示的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)部分的邏輯表示。特別是，附圖編號41指示包含在變送器40中的功能塊，而51和52指示包含在閥門50中的兩個功能塊。連接30指示邏輯連接(通常在控制系統(tǒng)的配置階段定義)，它邏輯連接系統(tǒng)中存在的功能塊。
[0031]圖4是依照本發(fā)明的設(shè)備100的一個實(shí)施例的略圖。該設(shè)備包括用于連接到現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的裝置110和信息顯示裝置120。接下來，所述信息顯示裝置包括:物理顯示裝置400，用于將該設(shè)備邏輯連接到該現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)200上可用的信息項(xiàng)的裝置，以及用于在所述物理裝置300上選擇和顯示一個或者多個所述信息項(xiàng)的邏輯裝置。
[0032]圖5是依照本發(fā)明的該設(shè)備10