工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的消息隧穿的制作方法
【專利說(shuō)明】工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的消息隧穿
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)的主題涉及以下應(yīng)用:PCT申請(qǐng)?zhí)朹(也由代理案號(hào)500402.00594
確定)；PCT申請(qǐng)?zhí)朹(也由代理案號(hào)500402.00595確定)；以及PCT申請(qǐng)?zhí)朹
(也由代理案號(hào)500402.00596確定)。所有上述專利申請(qǐng)通過(guò)引用并入本文，并與本申請(qǐng)同時(shí)提交。
【背景技術(shù)】
[0003]連接到工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，諸如包含在自動(dòng)化控制或一些其它類型的過(guò)程控制中使用的設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，可使用各種協(xié)議來(lái)與彼此通信。使用特定的通信協(xié)議可允許訪問在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的特定數(shù)據(jù)，但也可導(dǎo)致其它數(shù)據(jù)對(duì)于某些設(shè)備是不可訪問的。例如，某些廣泛使用的通信協(xié)議，諸如以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議(以太網(wǎng)/IP)，不能提供帶完全訪問現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的某些類型的數(shù)據(jù)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的控制器。提供完全訪問現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)的控制器可允許在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中增加的控制器的功能，其可提高自動(dòng)化和過(guò)程控制。因此，有必要改進(jìn)控制器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的已有數(shù)據(jù)訪問。
[0004]概述
[0005]本公開的某些方面涉及使用通用工業(yè)協(xié)議(CIP)隧穿或封裝各種消息的方法，通用工業(yè)協(xié)議以前被稱為控制和信息協(xié)議。
[0006]在一些變型中，本文描述的系統(tǒng)和方法可包括涉及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的控制器、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的方面。
[0007]在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)關(guān)設(shè)備可配置成接收來(lái)自控制器的消息，該消息封裝了符合用于與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行通信的協(xié)議的命令，諸如，高速可尋址遠(yuǎn)程傳感器(HART)命令等。網(wǎng)關(guān)設(shè)備還可從消息中提取命令，且發(fā)送命令到一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。網(wǎng)關(guān)設(shè)備還可從一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接收響應(yīng)于命令的數(shù)據(jù)，在消息中封裝數(shù)據(jù)(例如，HART響應(yīng))，且發(fā)送封裝了數(shù)據(jù)的消息到控制器。
[0008]另外，在一些布置中，控制器可配置成創(chuàng)建命令，諸如創(chuàng)建請(qǐng)求來(lái)自一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的ID號(hào)或產(chǎn)品代碼的HART命令?？刂破骺稍谙⒅蟹庋b命令，且發(fā)送消息到網(wǎng)關(guān)設(shè)備?？刂破鬟€可從網(wǎng)關(guān)設(shè)備接收封裝響應(yīng)于命令的數(shù)據(jù)的響應(yīng)消息，從所接收到的響應(yīng)消息中提取數(shù)據(jù)，且使數(shù)據(jù)被進(jìn)一步處理。例如，在其中的數(shù)據(jù)包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的ID號(hào)或產(chǎn)品代碼實(shí)例中，控制器可確認(rèn)ID號(hào)或產(chǎn)品代碼匹配預(yù)期值。
[0009]前述內(nèi)容呈現(xiàn)了簡(jiǎn)要概述以便提供對(duì)本公開的某些方面的基本理解。該概述不是本公開的廣泛概述。其旨在既不標(biāo)識(shí)本公開的關(guān)鍵或決定性的元素，也不限定本公開的范圍。概述僅僅以簡(jiǎn)化的形式呈現(xiàn)本公開的某些概念，作為以下描述的序言。
【附圖說(shuō)明】
[0010]本公開通過(guò)示例的方式示出，且不限于附圖。
[0011]圖1示出了根據(jù)本公開的各個(gè)方面的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的示例。
[0012]圖2示出了根據(jù)本公開的各個(gè)方面的、在其上可實(shí)施本公開的各種方法的示例計(jì)算設(shè)備。
[0013]圖3示出了根據(jù)本公開的各個(gè)方面的、用于網(wǎng)絡(luò)通信的示例數(shù)據(jù)模型。
[0014]圖4A提供了根據(jù)本公開的各個(gè)方面的、用于發(fā)送用CIP封裝的HART命令的示例方法。
[0015]圖4B提供了根據(jù)本公開的各個(gè)方面的、用于處理CIP消息和發(fā)送用CIP封裝的HART響應(yīng)的示例方法。
[0016]圖4C提供了根據(jù)本公開的各個(gè)方面的、用于接收用CIP封裝的HART響應(yīng)的示例方法。
[0017]圖5示出了根據(jù)本公開的各個(gè)方面的、可用于使用CIP封裝HART命令和HART響應(yīng)的示例數(shù)據(jù)格式。
【具體實(shí)施方式】
[0018]在以下各種說(shuō)明性實(shí)施方案的描述中，參考標(biāo)記被用于附圖，這些附圖形成本文的一部分，且通過(guò)圖示的方式，在其中示出了可在其中實(shí)踐本公開的各方面的各種實(shí)施方案。應(yīng)該理解的是，不脫離本公開的范圍，其它實(shí)施方案可被利用，且可做出結(jié)構(gòu)和功能的修改。
[0019]圖1示出工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)示例。例如，這樣的網(wǎng)絡(luò)也可用于控制、監(jiān)控或調(diào)節(jié)各種工業(yè)過(guò)程，諸如，使用各種傳感器和制動(dòng)器的組合來(lái)允許一定量的流體進(jìn)入混合設(shè)備等。應(yīng)該理解的是，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可由一些其它設(shè)備組成，即工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可具有不同的網(wǎng)絡(luò)配置，且工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可用于不同用途。在圖1中所示的網(wǎng)絡(luò)只是一個(gè)示例。
[0020]在這個(gè)示例中，控制器100，諸如，可編程邏輯控制器(PLC)、個(gè)人計(jì)算機(jī)、分布式控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程終端單元、或人機(jī)界面(HMI)設(shè)備等，可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)102連接到網(wǎng)關(guān)設(shè)備105，諸如，經(jīng)由多工器或交換機(jī)等。
[0021]網(wǎng)關(guān)設(shè)備105也可連接到一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，諸如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119。網(wǎng)關(guān)設(shè)備105可包括個(gè)或多個(gè)調(diào)制解調(diào)器，諸如調(diào)制解調(diào)器103和調(diào)制解調(diào)器104(例如，頻移鍵控調(diào)制解調(diào)器)，以促進(jìn)到達(dá)和來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119的通信。網(wǎng)關(guān)設(shè)備105還可包括一個(gè)或多個(gè)通用異步接收器/發(fā)射器(UART)，諸如，每個(gè)調(diào)制解調(diào)器一個(gè)UART等。網(wǎng)關(guān)設(shè)備105還可包括一個(gè)或多個(gè)處理器和存儲(chǔ)器。在一些實(shí)施方案中，到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接(描繪為圖1中的連接144和141)可以是有線的(例如，經(jīng)由兩線連接、四線連接、雙絞線、適于4-20毫安儀器的傳輸線、以太網(wǎng)電纜、或其它電纜類型)、無(wú)線(例如，IEEE 802.1lb等)、或它們的組合。網(wǎng)絡(luò)102還可包括有線連接、無(wú)線連接或其組合。在一些布置中，連接144可以是第一電流環(huán)路，且連接141可以是第二電流環(huán)路。在一些變型中，連接144和/或連接141可以是導(dǎo)線的集合，使得每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有它自己的導(dǎo)線，直接將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到網(wǎng)關(guān)設(shè)備的調(diào)制解調(diào)器。在類似于圖1中所示的實(shí)施方案中，控制器100可傳送數(shù)據(jù)到網(wǎng)關(guān)設(shè)備105和接收來(lái)自網(wǎng)關(guān)設(shè)備105的數(shù)據(jù)(例如，消息或請(qǐng)求)。網(wǎng)關(guān)設(shè)備105可傳送數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119和從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119接收數(shù)據(jù)(例如，消息或請(qǐng)求)。
[0022]資產(chǎn)管理軟件(AMS) 101可被連接到網(wǎng)關(guān)設(shè)備105。資產(chǎn)管理軟件可運(yùn)行在任何計(jì)算設(shè)備上。資產(chǎn)管理軟件通常用于監(jiān)控工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。這常常涉及反復(fù)檢查各種傳感器、閥或其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)。網(wǎng)關(guān)設(shè)備105可通過(guò)實(shí)時(shí)地從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自動(dòng)檢索數(shù)據(jù)，來(lái)幫助促進(jìn)這些檢查。通過(guò)實(shí)時(shí)地從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自動(dòng)檢索數(shù)據(jù)(其有時(shí)被稱為“掃描”)，網(wǎng)關(guān)設(shè)備可提高可提供數(shù)據(jù)給資產(chǎn)管理軟件的速度。
[0023]許多工業(yè)過(guò)程依賴于被處理的輸入，并以確定方式轉(zhuǎn)換為輸出。例如，控制圖1中的設(shè)備的過(guò)程可依賴于由傳感器(例如，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115)檢測(cè)出的讀數(shù)和使閥(例如，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備116)在閾值時(shí)間(例如，250毫秒)內(nèi)將讀數(shù)調(diào)整為處于正常工作條件下。這個(gè)閾值時(shí)間限制是應(yīng)用程序的響應(yīng)時(shí)間(ART)的示例。實(shí)現(xiàn)ART限制的一個(gè)方面是使用控制器，諸如使用處理輸入、基于在預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)的這些輸入產(chǎn)生輸出、且發(fā)送輸出到網(wǎng)關(guān)設(shè)備105用于分發(fā)到適當(dāng)?shù)墓I(yè)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制器100。
[0024]現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119可包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口 110-114，以便于連接到網(wǎng)關(guān)設(shè)備105?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口 110-114可各自包括通信模塊。該通信模塊可取決于網(wǎng)絡(luò)類型。例如，在一些網(wǎng)絡(luò)實(shí)施方案中，通信模塊可以是調(diào)制解調(diào)器，諸如集成頻移鍵控調(diào)制解調(diào)器?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口 110-114還可各自包括處理器、存儲(chǔ)器、發(fā)射器、接收器或其它合適的電子電路組件。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口(描繪為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接口 110-114)可與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備本身是一體的或分開的。例如，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的接口可以是一個(gè)獨(dú)立的模塊，例如，其使用一組導(dǎo)線連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
[0025]現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119可以是各種類型，諸如傳感器、發(fā)射器、制動(dòng)器或可在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中使用的任何其它設(shè)備(例如，用于控制或監(jiān)控工業(yè)過(guò)程的網(wǎng)絡(luò))。在一些布置中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119可以是單獨(dú)可尋址的，且網(wǎng)關(guān)設(shè)備105可存儲(chǔ)需要直接發(fā)送到任何現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119和從任何現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119接收的信息。在一些布置中，網(wǎng)關(guān)設(shè)備105和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119可使用高速可尋址遠(yuǎn)程傳感器(HART)協(xié)議(由HART通信基金會(huì)(HCF)提供)或HART協(xié)議的某些變體彼此通信。其它協(xié)議可由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119使用以進(jìn)行通信。因此，在一些變型中，包含在網(wǎng)關(guān)設(shè)備105和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119中的調(diào)制解調(diào)器可以是HART調(diào)制解調(diào)器。在一般情況下，HART協(xié)議可被認(rèn)為是一種主-從協(xié)議(可互換地稱為客戶端-服務(wù)器協(xié)議)，其中HART數(shù)據(jù)被疊加在模擬信號(hào)上(例如，4至20毫安的信號(hào))。在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)關(guān)設(shè)備105可認(rèn)為是“主”HART設(shè)備，且每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119可認(rèn)為是“從”HART設(shè)備。雖然在圖1中示出了 5個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可包含任何數(shù)量或類型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。HART協(xié)議也可被認(rèn)為是用于與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(例如，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備115-119)進(jìn)行通信的協(xié)議。
[0026]HART協(xié)議可包括不同的工作模式，諸如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式，其中數(shù)字信號(hào)被疊加在模擬信號(hào)上。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式中，數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)都攜帶發(fā)送到/來(lái)自HART現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息。操作模式的另一個(gè)示例是多點(diǎn)模式，其中數(shù)字信號(hào)被疊加到恒定模擬信號(hào)且僅數(shù)字信號(hào)攜帶發(fā)送到/來(lái)自HART現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息。在多點(diǎn)模式中，數(shù)字信號(hào)可包括數(shù)據(jù)包(例如，HART數(shù)據(jù)包)且該數(shù)據(jù)包可包括地址，其識(shí)別數(shù)據(jù)包被引導(dǎo)到其中(或發(fā)送數(shù)據(jù)包)的一個(gè)特定的HART現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。HART現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可監(jiān)控?cái)?shù)字信號(hào)，直到匹配其地址的數(shù)據(jù)包被識(shí)別。
[0027]H