BR9711588B1

BR9711588B1 - sistema de controle de processo, e, processo de configuração do mesmo.

Info

Publication number: BR9711588B1
Application number: BRPI9711588-6A
Authority: BR
Inventors: Harry A Burns; Brent H Larson; Larry K Brown
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 2011-01-11
Also published as: CA2267526C; BR9711588A; CA2267526A1; EP0931284A1; CN1232556A; AU4669397A; WO1998014853A1; DE69732488D1; CN1244033C; EP0931284B1; JP2001501761A; DE69732488T2

Description

"SISTEMA DE CONTROLE DE PROCESSO, E, PROCESSO DECONFIGURAÇÃO DO MESMO".

PEDIDO RELACIONADO

Essa é uma continuação em parte do pedido de Patente U.S.08/726.266 depositado em 4 de outubro de 1996.

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a redes de controle de processoe, mais especificamente, a uma rede de controle de processo que implementaas funções de controle de processo de uma forma distribuída utilizando oselementos funcionais redundantes tais como os dispositivos de campo e osbarramentos de comunicação.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

Os grandes processos tais como fabricação química,petrolífera e outras fabricações e processos de refinamento incluem inúmerosdispositivos de campo dispostos em vários locais para medir e controlar osparâmetros de um processo para dessa forma efetuar o controle do processo.Esses dispositivos de campo podem ser, por exemplo, sensores tais comosensores de temperatura, pressão e taxa de fluxo além dos elementos decontrole tais como válvulas e comutadores. Historicamente, a indústria decontrole de processo utilizava operações manuais como a leitura manual dascalibragens de nível e pressão, rotação das rodas de válvula, etc., para operaros dispositivos de campo de medição e controle dentro de um processo.Começando com o século 20, a indústria de controle de processo começouutilizando o controle pneumático local, no qual os controladores pneumáticoslocais, os transmissores e os posicionadores de válvula foram colocados emvários locais dentro de uma fábrica de processo para efetuar o controle dedeterminados locais de fábrica. Com a emergência do sistema de controledistribuído com base no microprocessador (DCS) nos anos 70, o controle deprocesso eletrônico distribuído prevaleceu na indústria de controle deprocesso.

Como é sabido, um DCS inclui um computador analógico ouum computador digital, tal como um controlador lógico programável,conectado a inúmeros dispositivos de monitoramento e controle eletrônicos,tais como sensores eletrônicos, transmissores, transdutores corrente parapressão, posicionadores de válvula, etc. localizados por todo o processo. Ocomputador DCS armazena e implementa um esquema de controlecentralizado e, freqüentemente, complexo para efetuar a medição e o controledos dispositivos dentro do processo para dessa forma controlar os parâmetrosde processo de acordo com algum esquema de controle geral. Normalmente,entretanto, o esquema de controle implementado por um DCS é proprietáriodo fabricante do controlador DCS que, por sua vez, torna o DCS difícil e carode se expandir, atualizar, reprogramar, e servir visto que o provedor de DCSdeve se envolver de uma forma integral para realizar quaisquer dessasatividades. Adicionalmente, o equipamento que pode ser utilizado por ouconectado dentro de qualquer DCS pode ser limitado devido à natureza depropriedade do controlador DCS e do fato de um provedor do controladorDCS não poder suportar determinados dispositivos ou funções dosdispositivos fabricados por outros vendedores.

Para se superar alguns problemas inerentes ao uso dos DCSs,a indústria de controle de processo desenvolveu um número de protocolos decomunicação aberta padrão incluindo, por exemplo, os protocolos HART®,PROFIBUS®, WORLDFIP®, Device-Net®. e CAN, que ativam osdispositivos de campo feitos por fabricantes diferentes a serem utilizadosjuntos dentro da mesma rede de controle de processo. De fato, qualquerdispositivo de campo que conforma com um desses protocolos pode serutilizada dentro de um processo para comunicar com e ser controlado por umcontrolador DCS ou outro controlador que suporta o protocolo, mesmo seesse dispositivo de campo for feito por um fabricante diferente do fabricantedo controlador DCS.

Ademais, existe agora um movimento dentro da industria decontrole de processo para decentralizar o controle do processo e, dessa forma,simplificar os controladores DCS ou eliminar a necessidade para oscontroladores DCS até um determinado ponto. O controle decentralizado éobtido fazendo com que os dispositivos de controle de processo montado nocampo, tal como posicionadores de válvula, transmissores, etc. realizem umaou mais funções de controle de processo e então com que se comuniquem osdados através de uma estrutura de barramento para uso por outrosdispositivos de controle de processo na realização de outras funções decontrole. Para se implementar essas funções de controle, cada dispositivo decontrole de processo inclui um microprocessador possuindo a capacidade derealização de uma função de controle além da capacidade de se comunicarcom outros dispositivos de controle de processo utilizando um protocolo decomunicação aberto e padrão. Dessa forma, os dispositivos de campo feitosde forma diferente pelos fabricantes podem ser interconectados dentro deuma rede de controle de processo para comunicar um com o outro e pararealizar uma ou mais funções de controle de processo formando um circuitode controle sem a intervenção de um controlador DCS. O protocolo debarramento de dois fios todo digital agora sendo promulgado pela FieldbusFoundation, conhecida como o protocolo FOUNDATIONMR Fieldbus(doravante "Fieldbus") é um protocolo de comunicação aberto que permiteque os dispositivos feitos de forma diferente pelos fabricantes operem e secomuniquem um com o outro através de um barramento padrão para efetuar ocontrole decentralizado dentro de um processo.

Não importa quais o protocolo de comunicação, os elementosde controle de processo, tais como as válvulas de controle de fluido, sãoatualmente utilizados nos ambientes de controle de processo hostis nos quaisas variações de temperatura e pressão são muito variáveis. As aplicações dasválvulas de controle de fluido para as quais os ambientes hostis são comunsincluem aplicações de tubulação de óleo e gás, estações de geração deenergia nuclear, e várias aplicações de controle de processo. Em taisambientes, a manutenção substancial é comum incluindo a manutençãopreventiva periódica, a manutenção decorrente da quebra da válvula, e o testepara verificar que as válvulas estão funcionando adequadamente.

Os elementos de controle fatigam ou falham nesses ambienteshostis e devem ser ocasionalmente substituídos. Ambas a falha de umelemento de controle e a substituição de um elemento de controle necessitamtipicamente do desligamento do sistema de controle de processo o que éaltamente dispendioso e demorado devido aos longos intervalos de temponecessários para se trazer o sistema de controle de processo para umacondição estável seguindo o desligamento.

É desejável, portanto, se fornecer um aparelho e processo deoperação que permita uma rede de controle de processo que utiliza, porexemplo, um protocolo de comunicação digital de duas vias, energizado porcircuito, de dois fios ou qualquer outro protocolo de função de processodistribuído para permanecer operacional independentemente da falha ousubstituição dos elementos funcionais na rede.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com a presente invenção, os elementos funcionaisdentro de um sistema de controle de processo, tais como o ambiente decomunicações digitais de duas vias, energizado por circuito, de dois fios sãointerconectados utilizando-se conexões redundantes seletivas e elementosfuncionais redundantes seletivos. Os elementos funcionais redundantes e asconexões redundantes fornecem uma transição suave da operação de umprimeiro elemento de circuito de processo para um segundo elemento decircuito de processo no caso de uma falha do elemento de circuito deprocesso primário.De acordo com um aspecto da presente invenção, aredundância é seletivamente implementada utilizando-se dois conjuntos demeio de comunicação incluindo um par de barramento redundante possuindoum barramento primário e um barramento redundante. De acordo com outroaspecto da presente invenção, a redundância é seletivamente implementadautilizando-se um único conjunto de meio de comunicação, tal como umbarramento de comunicação único, mas implementando os dispositivosredundantes, tais como os dispositivos de campo, de forma que a recuperaçãoé alcançada mediante a falha de um dispositivo ou outro elemento funcional,tal como um bloco de função, mas não para a falha do meio de comunicação.Em uma modalidade, um controlador de circuito, tal como um controlador desistema de controle digital (DCS) ou um dispositivo de campo, controla aoperação de redundância de um único circuito de comunicação possuindo oselementos funcionais redundantes no mesmo. Nessa modalidade, ocontrolador de circuito é conectado a um único barramento de comunicação eo barramento de comunicação único é conectado a um par redundante deelementos funcionais tais como dispositivos. Os elementos funcionaisselecionados, tal como a lógica de controle, detectam uma condição de falhae comunica com a condição para um controlador, ou o controlador detectauma cessação das comunicações de um elemento falhado entre os elementosfuncionais redundantes e então reconfigura automaticamente o circuito decomunicação, para dessa forma restaurar a condição de comunicação.

De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, aredundância é seletivamente implementada utilizando-se um conjuntoredundante de meio de comunicação em adição ao uso de outros elementosfuncionais redundantes tais como os dispositivos de forma que a recuperaçãoseja obtida para um dispositivo de falha e um meio de comunicação de falha.De acordo com a presente invenção, um controlador de circuito, tal como umcontrolador de sistema de controle digital (DCS) ou um dispositivo decampo, controla a operação de redundância de um par redundante de circuitosde comunicação possuindo barramentos redundantes conectados aosdispositivos redundantes. O controlador de circuito é conectado a ambos umbarramento primário e a um barramento redundante do par redundante decircuitos de comunicação e os dispositivos redundantes são conectados aosbarramentos redundantes de forma que um dispositivo primário sejaconectado ao circuito primário e a um dispositivo redundante ser conectadoao circuito redundante. Os elementos funcionais selecionados detectam ecomunicam uma condição de falha para o controlador de circuito ou ocontrolador de circuito detecta uma cessação de comunicações de umelemento funcional com falha. No caso de uma falha, por exemplo, quando ocontrolador ou a lógica de controle detecta um elemento funcional com falha(um barramento ou um dispositivo) ou o controlador de circuito detectar umacessação das comunicações de um elemento, o controlador de circuitoreconfigura automaticamente o par redundante de circuitos de comunicaçãopara restaurar as condições de comunicação.

De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, aredundância é seletivamente implementada utilizando um conjuntoredundante de meio de comunicação conectado a um dispositivo único deforma que a recuperação seja obtida para um meio de comunicação com falhamas não para um dispositivo com falha. De acordo com a presente invenção,um controlador de circuito, tal como um controlador de sistema de controledigital (DCS) ou um dispositivo de campo, controla a operação deredundância do meio de comunicação redundante. O controlador de circuito éconectado a ambos o barramento primário e a um barramento redundante dopar redundante do meio de comunicação enquanto uma pluralidade de outroselementos funcionais tais como os dispositivos são conectados ao parredundante do meio de comunicação. Os elementos funcionais selecionadosdetectam uma condição de comunicação ruim e o controlador de circuitodetecta uma cessação de comunicações. Nessa configuração, o controlador decircuito reconfigura automaticamente o par redundante do meio decomunicação quando um elemento funcional detecta uma condição decomunicação ruim ou o controlador de circuito detectar uma cessação dascomunicações de um elemento para dessa forma restaurar a condição decomunicação.

Muitas vantagens são atingidas pelo sistema de controle deprocesso descrito e pelo processo de operação. Por exemplo, é vantajoso queo desligamento de uma linha de controle de processo seja evitado quando umdispositivo de processo ou um barramento de comunicação sofre problemas.É vantajoso também que a funcionalidade de auto-diagnóstico dos elementosfuncionais dentro do sistema de controle do processo seja explorada paradesativar os elementos com falhas e para permitir a substituição doselementos funcionais automaticamente. Da mesma forma, é vantajoso que oprotocolo de comunicação de duas vias do sistema de controle de processoseja explorado de forma que os elementos funcionais redundantes sejamativados automaticamente mediante a falha de um elemento funcionalprimário.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é um diagrama em bloco esquemático de uma redede controle de processo ilustrativa utilizando o protocolo Fieldbus;

A figura 2 é um diagrama em bloco esquemático de trêsdispositivos Fieldbus possuindo blocos de função nos mesmos;

A figura 3 é um diagrama em bloco esquemático ilustrando osblocos de função dentro de alguns dispositivos da rede de controle deprocesso da figura 1;

A figura 4 é um circuito de controle esquemático para umcircuito de controle de processo dentro da rede de controle de processo dafigura 1;A figura 5 é um esquema de tempo para um macrociclo de umsegmento de barramento da rede de controle de processo da figura 1;

A figura 6 é um diagrama em bloco esquemático ilustrandouma rede de sistema de controle na qual a redundância é seletivamenteimplementada utilizando um conjunto único do meio de comunicação emcombinação com os dispositivos redundantes;

A figura 7 é um diagrama em bloco esquemático ilustrandouma rede de sistema de controle na qual a redundância é seletivamenteimplementada utilizando um meio de comunicação redundante emcombinação com os dispositivos redundantes;

A figura 8 é um diagrama em bloco esquemático ilustrandouma rede de sistema de controle na qual a redundância é seletivamenteimplementada utilizando um meio de comunicação redundante emcombinação com um dispositivo único;

A figura 9 é um diagrama em bloco esquemático ilustrandouma rede de sistema de controle possuindo dois elementos funcionaisconectados em um único circuito de dois fios;

A figura 10 é um diagrama em bloco esquemático ilustrandouma rede de sistema de controle possuindo dois transmissores conectados emum único circuito de dois fios;

A figura 11 é um diagrama em bloco esquemático ilustrandouma rede de sistema de controle possuindo uma configuração em bloco defunção redundante;

A figura 12 é um diagrama em bloco esquemático ilustrandouma rede de sistema de controle que implementa a redundância dodispositivo de campo de acordo com a presente invenção;

A figura 13 é um diagrama em bloco esquemático ilustrandoum dispositivo de campo digital possuindo um posicionador de comunicaçãodigital de duas vias, energizado pelo circuito, de dois fios para uso em umarede de controle de processo da presente invenção; e

A figura 14 é um diagrama em bloco ilustrando umcontrolador de dispositivo de campo adequado para uso no controle dodispositivo de campo digital da figura 13.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Enquanto a rede de controle de processo que possuidispositivos de campo redundantes e barramentos da presente invenção édescrita em detalhe como uma rede de controle de processo que implementaas funções de controle de processo de uma forma decentralizada oudistribuída utilizando um conjunto de dispositivos Fieldbus, deve-se notarque a rede de controle de processo que possui as características redundantesda presente invenção pode ser utilizado com redes de controle de processoque realiza as funções de controle distribuídas utilizando outros tipos dedispositivos de campo e protocolos de comunicação, incluindo protocolosque se baseiam em outros além dos barramentos de dois fios e protocolos quesuportam as comunicações analógicas e digitais. Dessa forma, por exemplo, arede de controle de processo que possui as características redundantes dapresente invenção pode ser utilizado em qualquer rede de controle deprocesso que realiza as funções de controle distribuídas mesmo se essa redede controle de processo utilize os protocolos de comunicação HART,PROFIBUS, etc ou quaisquer outros protocolos de comunicação que agoraexistem ou que possam ser desenvolvidos no futuro. Da mesma forma, sedesejado, o dispositivo NAFI da presente invenção pode ser utilizado nasredes de controle de processo que não possui as funções de controledistribuídas mas, ao invés disso, que utilizam um controlador centralizado ouesquema de controle para controlar os dispositivos no mesmo.

Antes de se discutir os detalhes da rede de controle deprocesso possuindo características redundantes da presente invenção, umadescrição geral do protocolo Fieldbus, do dispositivos de campoconfigurados de acordo com esse protocolo, e a forma na qual a comunicaçãoocorre em uma rede de controle de processo que utiliza o protocolo Fieldbusserão fornecidos. Entretanto, deve-se compreender que, enquanto o protocoloFieldbus é um protocolo de comunicação todo digital relativamente novodesenvolvido para uso nas redes de controle de processo, esse protocolo éconhecido na técnica e é descrito em detalhes em inúmeros artigos, brochurase especificações publicadas, distribuídas e disponíveis a partir de, entreoutros, a Fundação Fieldbus, uma organização sem fins lucrativos sediada emAustin, Texas. Em particular, o protocolo Fieldbus, e a forma decomunicação com e armazenamento de dados nos dispositivos utilizando oprotocolo Fieldbus, é descrito em detalhes nos manuais intituladosCommunications Technical Specification and User Layer TechnicalSpecification da Fieldbus Foundation, que são incorporados aqui porreferência em sua totalidade.

O protocolo de Fieldbus é um protocolo de comunicação deduas vias, serial, todo digital, que fornece uma interface física padronizadapara um circuito de dois fios ou barramento interconectando o equipamentode "campo" tais como sensores, atuadores, controladores, válvulas, etc.localizados em uma instrumentação ou ambiente de controle de processo de,por exemplo, uma fábrica. O protocolo Fieldbus fornece, efetivamente, umarede de área local para instrumentos de campo (dispositivos de campo) dentrode um processo, que permite que esses dispositivos de campo realizem asfunções de controle em locais distribuídos por toda uma instalação deprocesso e se comunica um com o outro antes e depois da realização dessasfunções de controle para implementar uma estratégia de controle geral. Vistoque o protocolo Fieldbus permite que as funções de controle sejamdistribuídas por toda a rede de controle de processo, o mesmo reduz a cargade trabalho de, ou elimina totalmente a necessidade do controlador deprocesso centralizado tipicamente associado com um DCS.Com referência à figura 1, uma rede de controle de processo10 utilizando o protocolo Fieldbus pode incluir um hospedeiro 12 conectadoa um número de outros dispositivos tais como um controlador lógico deprograma (PLC) 13, um número de controladores 14, outro dispositivohospedeiro 15 e um conjunto de dispositivos de campo 16, 18, 20, 22, 24, 26,28, 30 e 32 através de um circuito ou barramento Fieldbus de dois fios 34. Obarramento 34 inclui seções diferentes ou segmentos 34a, 34b e 34c que sãoseparados por dispositivos de ponte 30 e 32. Cada uma das seções 34a, 34b e34c interconecta um subconjunto dos dispositivos fixados ao barramento 34para permitir as comunicações entre os dispositivos de uma forma descritaabaixo. Obviamente, a rede da figura 1 é ilustrativa apenas, existindo muitasoutras formas nas quais uma rede de controle de processo pode serconfigurada utilizando o protocolo Fieldbus. Tipicamente, um configurador élocalizado em um dos dispositivos, tal como o hospedeiro 12, e é responsávelpara configurar cada um dos dispositivos (que são dispositivos "inteligentes"visto que incluem cada um microprocessador capaz de realizar acomunicação e, em alguns casos, as funções de controle) além de reconhecerquando novos dispositivos de campo são conectados ao barramento 34,quando os dispositivos de campo são removidos do barramento 34,reconhecendo os dados gerados pelos dispositivos de campo 16-32, einterfaceando com um ou mais terminais de usuário, que podem estarlocalizados no hospedeiro 12 ou em qualquer outro dispositivo conectado aohospedeiro 12 de qualquer forma.

O barramento 34 suporta ou permite a comunicaçãopuramente digital de duas vias e também pode fornecer um sinal de energiapara todos e quaisquer dispositivos conectados ao mesmo, tais comodispositivos de campo 16-32. Alternativamente, todos e quaisquerdispositivos 12-32 podem ter seus próprios suprimentos de energia ou podemser conectados a suprimentos de energia externos através de fios separados(não ilustrados). Enquanto os dispositivos 12-32 são ilustrados na figura 1como sendo conectados ao barramento 34 em uma conexão tipo barramentopadrão, na qual os múltiplos dispositivos são conectados ao mesmo par defios criando os segmentos de bus 34a, 34b e 34c, o protocolo Fieldbuspermite outras topologias de dispositivo/fio incluindo conexões ponto aponto, nas quais cada dispositivo é conectado a um controlador ou umhospedeiro através de um par de dois fios separados (similar aos sistemasDCS analógicos típicos de 4-20 mA), e conexões tipo árvore nas quais cadadispositivo é conectado a um ponto comum em um barramento de dois fiosque pode ser, por exemplo, uma caixa de junção ou uma área de terminaçãoem um dos dispositivos de campo dentro de uma rede de controle deprocesso.

Os dados podem ser enviados através de diferentes segmentosde barramento 34a, 34b e 34c nas mesmas ou diferentes taxas de transmissãode comunicação ou velocidades de acordo com o protocolo Fieldbus. Porexemplo, o protocolo Fieldbus fornece uma taxa de comunicação de 31,25Kbit/s (Hl), ilustrada como sendo utilizada pelos segmentos de barramento34b e 34c da figura 1, e uma taxa de comunicação de 1.0 Mbit/s e/ou 2.5Mbit/s (H2), que será tipicamente utilizada para o controle avançado doprocesso, entrada/saída remota, e aplicações de automação de fábrica de altavelocidade e é ilustrada como sendo utilizada pelo segmento de barramento34a da figura 1. Da mesma forma, os dados podem ser enviados através dossegmentos de barramento 34a, 34b e 34c de acordo com o protocolo Fieldbusutilizando a sinalização de modo de voltagem ou sinalização de modo decorrente. Obviamente, o comprimento máximo de cada segmento dobarramento 34 não é estritamente limitado mas é, ao invés disso, determinadopela taxa de comunicação, tipo de cabo, tamanho de fio, opção de energia debarramento, etc. dessa seção.

O protocolo Fieldbus classifica os dispositivos que podem serconectados ao barramento 34 em três categorias primárias, isso é,dispositivos básicos, dispositivos principais de conexão, e dispositivos deponte. Os dispositivos básicos (tais como dispositivos 18, 20, 24 e 28 dafigura 1) podem comunicar, isso é, enviar e receber sinais de comunicaçãoem ou do barramento 34, mas não são capazes de controlar a ordem ou otempo de comunicação que ocorre no barramento 34. Os dispositivosprincipais de conexão (tais como os dispositivos 16, 22 e 26 além dohospedeiro 12 da figura 1) são dispositivos que comunicam através dobarramento 34 e são capazes de controlar o fluxo de e o tempo decomunicação dos sinais no barramento 34. Os dispositivos de ponte (taiscomo os dispositivos 30 e 32 da figura 1) são dispositivos configurados parase comunicar em e para interconectar os segmentos individuais ouramificações de um barramento Fieldbus para criar redes de controle deprocesso maiores. Se desejado, os dispositivos de ponte podem converterentre velocidades de dados diferentes e/ou formatos de sinalização de dadosdiferentes utilizados nos segmentos diferentes do barramento 34, podemamplificar os sinais que percorrem entre os segmentos do barramento 34,podem filtrar os sinais que fluem entre os segmentos diferentes dobarramento 34 e passam apenas os sinais destinados a serem recebidos porum dispositivo em um dos segmentos de barramento aos quais a ponte éacoplada e/ou podem tomar outras decisões necessárias para conectardiferentes segmentos do barramento 34. Os dispositivos de ponte queconectam os segmentos de barramento que operam em diferentes velocidadesque podem conectar as capacidades principais no lado de segmento develocidade inferior da ponte. Os hospedeiros 12 e 15, o PLC 13, e oscontroladores 14 podem ser de qualquer tipo de dispositivo Fieldbus mas,tipicamente, serão dispositivos principais de conexão.

Cada um dos dispositivos 12-32 é capaz de comunicar atravésdo barramento 34 e, de forma importante, é capaz de realizar de formaindependente uma ou mais funções de controle de processo utilizando osdados adquiridos pelo dispositivo, do processo, ou de um dispositivodiferente através dos sinais de comunicação no barramento 34. Osdispositivos Fieldbus são, dessa forma, capazes de implementar diretamentepartes de uma estratégia de controle geral que, no passado, eram realizadaspor um controlador digital centralizado de um DC S. Para se realizar asfunções de controle, cada dispositivo Fieldbus inclui um ou mais "blocos"padronizados que são implementados em um microprocessador dentro dodispositivo. Em particular, cada dispositivo Fieldbus inclui um bloco derecurso, zero ou mais blocos de função, e zero ou mais blocos transdutores.Esses blocos são referidos como objetos de bloco.

Um bloco de recurso armazena e comunica os dadosespecíficos de dispositivo pertencentes a algumas características de umdispositivo Fieldbus incluindo, por exemplo, um tipo de dispositivo, umaindicação de revisão de dispositivo, e indicações de onde outra informaçãoespecífica de dispositivo pode ser obtida dentro de uma memória dodispositivo. Enquanto os diferentes fabricantes de dispositivo podemarmazenar diferentes tipos de dados no bloco de recurso de um dispositivo decampo, cada dispositivo de campo se conformando com o protocolo Fieldbusinclui um bloco de recurso que armazena alguns dados.

Um bloco de função define e implementa uma função deentrada, uma função de saída ou uma função de controle associadas com odispositivo de campo e, dessa forma, blocos de função são geralmentereferidos como blocos de função de entrada, saída e controle. Entretanto,outras categorias dos blocos de função tais como os blocos de funçãohíbridos podem existir ou podem ser desenvolvidos no futuro. Cada bloco defunção de entrada ou saída produz pelo menos uma entrada de controle deprocesso (tal como uma variável de processo de um dispositivo de mediçãode processo) ou saída de controle de processo (tal como uma posição deválvula enviada para um dispositivo de atuação) enquanto cada bloco defunção de controle utiliza um algoritmo (que pode ser proprietário emnatureza) para produzir uma ou mais saídas de processo a partir de uma oumais entradas de processo e entradas de controle. Exemplos dos blocos defunção padrão incluem blocos de função de entrada analógica (AI), saídaanalógica (AO), orientação (B), seletor de controle (CS), entrada discreta(Dl), saída discreta (DO), carregador manual (ML), proporcional/derivativo(PD), proporcional/integral/derivativo (PID), razão (RA), e seletor de sinal(SS). Entretanto, outros tipos de blocos de função existem e novos tipos deblocos de função podem ser definidos ou criados para operar no ambienteFieldbus.

Um bloco de transdutor acopla as entradas e as saídas de umbloco de função aos dispositivos de hardware locais, tais como sensores eatuadores de dispositivo, para permitir que os blocos de função leiam assaídas dos sensores locais e comandem os dispositivos locais para realizaruma ou mais funções tais como mover um elemento de válvula. Os blocos detransdutor contêm tipicamente informação que é necessária para interpretaros sinais distribuídos por um dispositivo local e para controlar de formaadequada os dispositivos de hardware local incluindo, por exemplo, ainformação que identifica o tipo de dispositivo local, a informação decalibração associada com um dispositivo local, etc. Um bloco de transdutorúnico é tipicamente associado com cada bloco de função de entrada ou saída.

A maior parte dos blocos de função são capazes de gerarindicações de alarme ou evento com base nos critérios predeterminados e sãocapazes de operar de forma diferente em modos diferentes. Falando emtermos gerais, os blocos de função podem operar em um modo automático,no qual, por exemplo, o algoritmo de um bloco de função operaautomaticamente; um modo de operador no qual a entrada ou saída de umbloco de função, é controlado manualmente; e um modo fora de serviço noqual o bloco não opera; um modo de cascata no qual a operação do bloco éafetada a partir (determinado por) da saída de um bloco diferente, e um oumais modos remotos nos quais um computador remoto determina o modo dobloco. Entretanto, outros modos de operação existem no protocolo Fieldbus.

Importante, cada bloco é capaz de comunicar com outrosblocos nos mesmos ou em dispositivos de campo diferentes através dobarramento Fieldbus 34 utilizando formatos de mensagem padrão definidospelo protocolo Fieldbus. Como resultado, as combinações dos blocos defunção (nos mesmos ou em dispositivos diferentes) podem comunicar umcom o outro para produzir um ou mais circuitos de controle decentralizados.Dessa forma, por exemplo, um bloco de função PID em um dispositivo decampo pode ser conectado através do barramento 34 para receber uma saídade um bloco de função AI em um segundo dispositivo de campo, paradistribuir dados a um bloco de função AO no terceiro dispositivo de campo, epara receber uma saída do bloco de função AO como retorno para criar umcircuito de controle de processo separado e distante de qualquer controladorDCS. Dessa forma, as combinações dos blocos de função movem as funçõesde controle para fora de um ambiente DCS centralizado, que permite que oscontroladores multi-funcionais DCS realizem funções de supervisão oucoordenação ou sejam eliminados como um todo. Ademais, os blocos defunção fornecem uma estrutura orientada por bloco gráfica para aconfiguração fácil de um processo e permite as funções de distribuição entreos dispositivos de campo dos diferentes fornecedores visto que esses blocosutilizam um protocolo de comunicação consistente.

Em adição aos objetos de bloco de contenção eimplementação, cada dispositivo de campo inclui um ou mais outros objetosincluindo objetos de conexão, objetos de tendência, objetos de alerta eobjetos de visualização. Os objetos de conexão definem as conexões entre asentradas e as saídas dos blocos (tais como os blocos de função) dentro dodispositivo de campo e através do barramento Fieldbus 34.

Os objetos de tendência permitem a tendência local dosparâmetros do bloco de função para o acesso por outros dispositivos taiscomo o hospedeiro 12 ou os controladores 14 da figura 1. Os objetos detendência retêm os dados históricos de curto prazo que pertencem a alguns,por exemplo, parâmetros de bloco de função e reportam esses dados paraoutros dispositivos ou blocos de função através do barramento 34 de umaforma não sincronizada. Os objetos de alerta reportam os alarmes e eventosatravés do barramento 34. Esses alarmes ou eventos podem relacionar aqualquer evento que ocorra dentro de um dispositivo ou um dos blocos de umdispositivo. Os objetos de visualização são agrupamentos pré definidos dosparâmetros de bloco utilizados na interface homem/máquina padrão e podemser enviados para outros dispositivos para a visualização de tempo em tempo.

Com referência agora à figura 2, três dispositivos Fieldbus,que podem ser, por exemplo, quaisquer dispositivos de campo 16-28 dafigura 1, são ilustrados como que incluindo blocos de recurso 48, blocos defunção 50, 51 ou 52 e blocos transdutores 53 e 54. No primeiro dispositivo, obloco de função 50 (que pode ser um bloco de função de entrada) é acopladoatravés do bloco transdutor 53 para um sensor 55, que pode ser, por exemplo,um sensor de temperatura, um sensor de indicação de ponto de configuração,etc. No segundo dispositivo, o bloco de função 51 (que pode ser um bloco defunção de saída) é acoplado através do bloco transdutor 54 para umdispositivo de saída tal como uma válvula 56. No terceiro dispositivo, obloco de função 52 (que pode ser um bloco de função de controle) possui umobjeto de tendência 57 associado com o mesmo para criar uma tendência doparâmetro de entrada do bloco de função 52.

Os objetos de conexão 58 definem os parâmetros de bloco decada um dos blocos associados e objetos de alerta 59 fornecem alarmes ounotificações de evento para cada um dos blocos associados. Os objetos devisualização 60 são associados com cada um dos blocos de função 50, 51, 52e incluem ou agrupam as listas de dados para os blocos de função com osquais são associados. Essas listas contêm a informação necessária para cadaum de um conjunto de vistas definidas diferentes. Obviamente, osdispositivos da figura 2 são meramente ilustrativos e outros números de etipos de objetos de bloco, objetos de conexão, objetos de alerta, objetos detendência, e objetos de visualização podem ser fornecidos em qualquerdispositivo de campo.

Com referência agora à figura 3, um diagrama em bloco darede de controle de processo 10 apresentando os dispositivos 16, 18 e 24como dispositivos de posicionamento/válvula e os dispositivos 20, 22, 26 e28 como transmissores também ilustra os blocos de função associados com oposicionador/válvula 16, o transmissor 20, e a ponte 30. Como ilustrado nafigura 3, o posicionador/válvula 16 inclui um bloco de recurso (RSC) 61, umbloco de transdutor (XDCR) 62, e um número de blocos de função incluindoum bloco de função de saída analógica (AO) 63, dois blocos de função PID64 e 65, e um bloco de função de seleção de sinal (SS) 69. O transmissor 20inclui um bloco de recurso 61, dois blocos de transdutor 62, e dois blocos defunção de entrada analógica (AI) 66 e 67. Além disso, a ponte 30 inclui umbloco de recurso 61 e um bloco de função PID 68.

Como será compreendido, os diferentes blocos de função dafigura 3 podem operar juntos (pela comunicação através do barramento 34)em inúmeros circuitos de controle e os circuitos de controle nos quais osblocos de função do posicionador/válvula 16, o transmissor 20, e a ponte 30são localizados são identificados na figura 3 por um bloco de identificação decircuito conectado a cada um desses blocos de função. Dessa forma, comoilustrado na figura 3, o bloco de função AO 63 e o bloco de função PID 64 doposicionador/válvula 16 e o bloco de função AI 66 do transmissor 20 sãoconectados dentro de um circuito de controle indicado como LOOP1,enquanto o bloco de função SS 69 do posicionador/válvula 16, o bloco defunção AI 67 do transmissor 20, e o bloco de função PID 68 da ponte 30 sãoconectados em um circuito de controle indicado como LOOP2. O outro blocode função PID 65 do posicionador/válvula 16 é conectado dentro de umcircuito de controle indicado como LOOP3.

Os blocos de função interconectados que criam o circuito decontrole indicado como LOOPl na figura 3 são ilustrados com maioresdetalhes de forma esquemática desse circuito de controle apresentado nafigura 4. Como pode ser visto a partir da figura 4, o circuito de controleLOOPl é completamente formado pelas conexões de comunicação entre obloco de função AO 63 e o bloco de função PID 64 do posicionador/válvula16 e o bloco de função AI 66 do transmissor 20 (figura 3). O diagrama decircuito de controle da figura 4 ilustra as interconexões de comunicação entreesses blocos de função utilizando as linhas que fixam o processo e controla asentradas e saídas desses blocos de funções. Dessa forma, a saída do bloco defunção AI 66, que pode compreender uma medição de processo ou um sinalde parâmetro de processo, é acoplado de forma comunicativa através dosegmento de barramento 34b à entrada do bloco de função PID 64 que possuiuma saída que compreende um sinal de controle que é acoplado de formacomunicativa a uma entrada do bloco de função AO 63. Uma saída do blocode função AO 63, que compreende um sinal de retorno que indica, porexemplo, a posição da válvula 16, é conectada a uma entrada de controle dobloco de função PID 64. O bloco de função PID 64 utiliza esse sinal deretorno juntamente com o sinal de medição de processo a partir do bloco defunção AI 66 para implementar o controle adequado do bloco de função AO63. Obviamente as conexões indicadas pelas linhas no diagrama de circuitode controle da figura 4 podem ser realizadas internamente dentro de umdispositivo de campo quando, como é o caso dos blocos de função AO e PID63 e 64, os blocos de função estão contidos dentro do mesmo dispositivo decampo (por exemplo, o posicionador/válvula 16), ou essas conexões podemser implementadas através do barramento de comunicações de dois fios 34utilizando comunicações sincronizadas Fieldbus padrão. Obviamente, outroscircuitos de controle são implementados pelos outros blocos de função quesão interconectados de forma comunicativa em outras configurações.

Para se implementar e realizar as atividades de comunicação econtrole, o protocolo Fieldbus utiliza três categorias gerais de tecnologiaidentificadas como uma camada física, uma "pilha" de comunicação e umacamada de usuário. A camada de usuário inclui as funções de controle econfiguração fornecidas na forma dos blocos (tais como os blocos de função)e objetos dentro de qualquer dispositivo de controle de processo particular oudispositivo de campo. A camada de usuário é tipicamente desenhada de umaforma pelo fabricante do dispositivo mas deve ser capaz de receber e enviarmensagens de acordo com o formato de mensagem padrão definido peloprotocolo Fieldbus e sendo configurado por um usuário de formas padrões. Acamada física e a pilha de comunicação são necessárias para efetuar acomunicação entre os blocos diferentes de diferentes dispositivos de campode uma forma padronizada utilizando o barramento de dois fios 34 e pode sermodelado pelo bem conhecido modelo de comunicação em camadas OpenSystems Interconnect (OSI).

A camada física, que corresponde à camada OSI 1, é embutidaem cada dispositivo de campo e o barramento 34 e opera para converter ossinais eletromagnéticos recebidos do meio de transmissão Fieldbus (obarramento de dois fios 34) em mensagens capazes de serem utilizadas pelapilha de comunicação do dispositivo de campo. A camada física pode serensinada como o barramento 34 e os sinais eletromagnéticos presentes nobarramento 34 nas entradas e saídas dos dispositivos de campo.

A pilha de comunicação, que está presente em cadadispositivo Fieldbus, inclui uma camada de conexão de dados, quecorresponde à camada OSI 2, uma sub-camada de acesso Fieldbus, e umacamada de especificação de mensagem Fieldbus, que corresponde a camadaOSI 6. Não existe estrutura correspondente para as camadas OSI 3-5 noprotocolo Fieldbus. Entretanto, as aplicações de um dispositivo Fieldbuscompreende uma camada 7 enquanto uma camada de usuário é uma camada8, não definida no protocolo OSI. Cada camada na pilha de comunicação éresponsável pela codificação ou decodificação de uma parte da mensagem ousinal que é transmitida no barramento Fieldbus 34. Como resultado disso,cada camada da pilha de comunicação soma ou remove determinadas partesdo sinal Fieldbus tais como preâmbulos, delimitadores de início, edelimitadores de fim e, em alguns casos, decodifica as partes retiradas dosinal Fieldbus para identificar onde o resto do sinal ou mensagem deve serenviado ou se o sinal deve ser descartado visto que, por exemplo, contémuma mensagem ou dados para os blocos de função que não se encontram nodispositivo de campo de recepção.

A camada de conexão de dados controla a transmissão demensagens no barramento 34 e gerencia o acesso ao barramento 34 de acordocom um programador de barramento centralizado determinístico chamado deprogramador ativo de conexão, a ser descrito em maiores detalhes abaixo. Acamada de conexão de dados remove um preâmbulo dos sinais no meio detransmissão e pode utilizar o preâmbulo recebido para sincronizar o relógiointerno do dispositivo de campo com o sinal Fieldbus de entrada. Da mesmaforma, a camada de conexão de dados converte as mensagens na pilha decomunicação em sinais Fieldbus físicos e codifica esses sinais com ainformação de clock para produzir um sinal "serial sincronizado" que possuium preâmbulo adequado para a transmissão no barramento de dois fios 34.Durante o processo de codificação, a camada de conexão de dados reconheceos códigos especiais dentro do preâmbulo, tais como os delimitadores deinício e os delimitadores de fim, para identificar o início e o fim de umamensagem Fieldbus em particular e pode realizar uma soma para verificar aintegridade do sinal ou mensagem recebido no barramento 34. Da mesmaforma, a camada de conexão de dados transmite os sinais Fieldbus nobarramento 34 pela adição dos delimitadores de início e fim às mensagens napilha de comunicação e pela colocação desses sinais no meio de transmissãono momento adequado.

A camada de especificação Fieldbus permite que a camada deusuário (isso é, os blocos de função, objetos, etc. de um dispositivo decampo) se comunique através do barramento 34 utilizando um conjuntopadrão de formatos de mensagem e descreve os serviços de comunicação,formatos de mensagem e comportamentos de protocolo necessários para criarmensagens a serem colocadas na pilha de comunicação e a serem fornecidaspara a camada de usuário. Visto que a camada de especificação de mensagemFieldbus supre as comunicações padronizadas para a camada de usuário, osserviços de comunicação de especificação de mensagem Fieldbus específicossão definidos para cada tipo de objeto descrito acima. Por exemplo, a camadade especificação de mensagem Fieldbus inclui serviços de dicionário deobjeto que permitem que um usuário leia um dicionário de um dispositivo. Odicionário armazena as descrições do objeto que descreve ou identificamcada um dos objetos (tais como os objetos de bloco) de um dispositivo. Acamada de especificação de mensagem Fieldbus também fornece os serviçosde gerenciamento de contexto que permite que um usuário leia e muda asrelações de comunicação, conhecidas como relações de comunicação virtual(VCR) descritas doravante, associadas com um ou mais objetos de umdispositivo. Adicionalmente, a camada de especificação de mensagemFieldbus fornece serviços de acesso variável, serviços de evento, serviços deupload e download, e serviços de invocação de programa, todos os quais sãobem conhecidos no protocolo Fieldbus e, portanto, não serão descritos emmaiores detalhes aqui. As sub-camadas de acesso Fieldbus mapeiam acamada de especificação de mensagem Fieldbus para dentro da camada deconexão de dados.

Para permitir ou ativar a operação dessas camadas, cadadispositivo Fieldbus inclui uma base de informação de gerenciamento (MIB),que é uma base de dados que armazena VCR5 variáveis dinâmicas,estatísticas, programas de tempo de programador ativo de conexão,programas de tempo de execução de bloco de função e rotulação dedispositivo e informação de endereço. Obviamente, a informação dentro daMIB pode ser acessada ou mudada a qualquer momento utilizando asmensagens ou comandos Fieldbus padrão. Adicionalmente, uma descrição dedispositivo é normalmente fornecido com cada dispositivo para dar a umusuário ou a um hospedeiro uma vista estendida da informação no VFD. Umadescrição de dispositivo, que deve ser tipicamente "tokenizada" para serutilizada por um hospedeiro, armazena a informação necessária para que ohospedeiro compreenda o significado dos dados nos VFD de um dispositivo.

Como será compreendido, para implementar qualquerestratégia de controle utilizando os blocos de função distribuídos por toda arede de controle de processo, a execução dos blocos de função deve serprecisamente programada com relação à execução de outros blocos de funçãoem um circuito de controle em particular. Da mesma forma, a comunicaçãoentre os blocos de função diferentes deve ser precisamente programada nobarramento 34 de forma que os dados adequados sejam fornecidos para cadabloco de função antes de que o bloco execute.

A forma na qual os diferentes dispositivos de campo (e blocosdiferentes dentro dos dispositivos de campo) se comunicam através do meiode transmissão Fieldbus será agora descrita com relação à figura 1. Para que acomunicação ocorra, um dos dispositivos principais de conexão em cadasegmento do barramento 34 (por exemplo, os dispositivos 12, 16 e 26)operam como um programador ativo de conexão (LAS) que programaativamente e controla a comunicação no segmento associado do barramento34. O LAS para cada segmento do barramento 34 armazena e atnaliza umprograma de comunicação (um programa ativo de conexão) contendo asvezes nas quais cada bloco de função de cada dispositivo é programado parainiciar a atividade de comunicação periódica no barramento 34 e ocomprimento do tempo para o qual essa atividade de comunicação deveocorrer. Enquanto pode existir um e apenas um dispositivo LAS ativo emcada segmento do barramento 34, outros dispositivos principais de conexão(tais como o dispositivo 22 do segmento 34b) podem servir como LAS desuporte e se tornam ativos quando, por exemplo, o LAS corrente falha. Osdispositivos básicos não possuem a capacidade de se tornarem um LAS aqualquer momento.

Em termos gerais, as atividades de comunicação através dobarramento 34 são divididos em macrociclos de repetição, cada um dos quaisinclui uma comunicação sincronizada para cada bloco de função ativo emqualquer segmento particular do barramento 34 e em uma ou maiscomunicações sincronizadas para um ou mais blocos de funções oudispositivos ativos em um segmento do barramento 34. Um dispositivo podeser ativo, isso é, enviar dados para e receber dados de qualquer segmento dobarramento 34, mesmo se estiver fisicamente conectado a um segmentodiferente do barramento 34, através da operação coordenada das pontes e dosLAS no barramento 34.

Durante cada macrociclo, cada um dos blocos de funçãoativos em um segmento particular do barramento 34 executa, normalmenteem um momento diferente, mas precisamente programado (sincronizado) e,em outro momento precisamente programado, publica seus dados de saídanesse segmento do barramento 34 em resposta a um comando de dadoscompelidos gerados pelo LAS apropriado. Preferivelmente, cada bloco defunção é programado para publicar seus dados de saída logo após o fim doperíodo de execução do bloco de função. Adicionalmente, os momentos depublicação de dados dos diferentes blocos de função são programados deforma serial de forma que nenhum dos dois blocos de função em umsegmento em particular do barramento 34 publique os dados ao mesmotempo. Durante o tempo em que essa comunicação sincronizada não estáocorrendo, cada dispositivo de campo é permitido, por sua vez, paratransmitir os dados de alarme, os dados de visualização, etc. de uma formanão sincronizada utilizando as comunicações de acionamento de token. Osmomentos de execução e a quantidade de vezes necessárias para completar aexecução de cada bloco de função são armazenados na base de informação degerenciamento (MIB) do dispositivo no qual o bloco de função resideenquanto, como notado acima, os momentos para o envio dos comandos dedados para cada um dos dispositivos em um segmento do barramento 34 sãoarmazenados no MIB do dispositivo LAS para esse segmento. Essesmomentos são tipicamente armazenados como momentos desviados visto queidentificam os momentos nos quais um bloco de função é executar ou enviaros dados como um desvio do início de um "momento de início de programade conexão absoluto" que é conhecido por todos os dispositivos conectadosao barramento 34.

Para efetuar as transmissões durante cada macrociclo, o LAS,por exemplo, o LAS 16 do segmento de barramento 34b, envia um comandode dados para cada um dos dispositivos no segmento de barramento 34b deacordo com a lista de tempos de transmissão armazenada no programa ativode conexão. Mediante a recepção de um comando de dados compelido, umbloco de função de um dispositivo publica seus dados de saída no barramento34 por uma quantidade específica de tempo. Visto que cada um dos blocos defunção é tipicamente programado para executar de forma que a execuçãodesse bloco seja completada pouco antes do bloco ser programado parareceber um comando de dados compelido, os dados publicados em resposta aum comando de dados compelido deve ser o dado de saída mais recente dobloco de função. Entretanto, se um bloco de função estiver executandolentamente e não tiver travado as novas saídas quando recebe o comando dedados compelido, o bloco de função publica os dados de saída geradosdurante a última corrida do bloco de função e indica que os dados publicadossão dados antigos utilizando carimbo de tempo.

Depois que o LAS enviou um comando de dados compelidopara cada um dos blocos de função no segmento em particular do barramento34 e durante os momentos nos quais os blocos de função estão executando, oLAS pode causar a ocorrência de atividades de comunicação nãosincronizadas. Para efetuar a comunicação não sincronizada, o LAS enviauma mensagem de token de passagem para um dispositivo de campo emparticular. Quando um dispositivo de campo recebe a mensagem de token depassagem, esse dispositivo de campo obtém total acesso ao barramento 34(ou a um segmento do mesmo) e pode enviar mensagens não sincronizadas,tais como mensagens de alarme, dados de tendência, mudanças do ponto doconjunto de operador, etc. até que as mensagens estejam completas ou atéque um "tempo de manutenção de token" máximo tenha expirado. Depoisdisso o dispositivo de campo libera o barramento 34 (ou qualquer segmentoparticular do mesmo) e o LAS envia uma mensagem de token de passagempara outro dispositivo. Esse processo repete até o fim do macrociclo ou atéque o LAS seja programado para enviar um comando de dados compelidopara efetuar a comunicação sincronizada. Obviamente, dependendo daquantidade de tráfego de mensagem e do número de dispositivos e blocosacoplados a qualquer segmento em particular do barramento 34, nem tododispositivo pode receber uma mensagem de token de passagem durante cadamacrociclo.

A figura 5 ilustra um esquema de tempo que apresenta osmomentos nos quais os blocos de função no segmento de barramento 34b dafigura 1 executam durante cada macrociclo do segmento de barramento 34b eos momentos nos quais as comunicações sincronizadas ocorrem durante cadamacrociclo associado com o segmento de barramento 34b. No programa detempo da figura 5, o tempo é indicado no eixo horizontal e as atividadesassociadas com os diferentes blocos de função do posicionador/válvula 16 ecom o transmissor 20 (da figura 3) são ilustrados no eixo vertical. O circuitode controle no qual cada um dos blocos de função opera é identificado nafigura 5 como uma designação de assinatura. Dessa forma AIloopi se refereao bloco de função AI 66 do transmissor 20, PIDloopi se refere ao bloco defunção PID 64 do posicionador/válvula 16, etc. O período de execução debloco de cada um dos blocos de função ilustrados é apresentado por umacaixa de tracejado cruzado enquanto a comunicação sincronizada programadaé identificada por uma barra vertical na figura 5.

Dessa forma, de acordo com o programa de tempo da figura 5,durante qualquer macrociclo em particular do segmento 34b (figura 1), obloco de função AIloopi executa primeiro durante o período de tempoespecificado pela caixa 70. Então, durante o período de tempo indicado pelabarra vertical 72, a saída do bloco de função AIloopi é publicada no segmentode barra 34b em resposta a um comando de dados compelido proveniente doLAS para o segmento de barramento 34b. Da mesma forma, as caixas 74, 76,78, 80 e 81 indicam os momentos de execução dos blocos de funçãoPIDloopi, AIloop2, AOloopi, SSloop2, e PIDloop3, respectivamente, publicam osdados no segmento de barramento 34b.

Como será aparente, o esquema de tempo da figura 5 tambémilustra os momentos disponíveis para as atividades de comunicação nãosincronizadas, que podem ocorrer durante os momentos de execução dequalquer um dos blocos de função e durante o momento no fim domacrociclo durante o qual nenhum dos blocos de função executam e quandonenhuma comunicação sincronizada ocorre no segmento de barramento 34b.Obviamente, se desejado, os diferentes blocos de função podem serintencionalmente programados para executar ao mesmo tempo e nem todosos blocos de função devem publicar os dados no barramento se, por exemplo,nenhum outro dispositivo assinante os dados produzidos por um bloco defunção.

Os dispositivos de campo são capazes de publicar outransmitir os dados e mensagens através do barramento 34 utilizando uma dastrês relações de comunicação virtual (VCR) definidas na sub-camada deacesso Fieldbus da pilha de cada dispositivo de campo. Um VCRcliente/servidor é utilizado para comunicações enfíleiradas, não programadas,iniciadas por usuário, uma por uma, entre os dispositivos no barramento 34.Tais mensagens enfíleiradas são enviadas e recebidas na ordem submetidapara transmissão, de acordo com sua prioridade, sem superpor as mensagensanteriores. Dessa forma, um dispositivo de campo pode utilizar um VCRcliente/servidor quando recebe uma mensagem de token de passagem de umLAS para enviar uma mensagem de solicitação para outro dispositivo nobarramento 34. O solicitante é chamado de "cliente" e o dispositivo querecebe a solicitação é chamado de "servidor". O servidor envia uma respostaquando recebe uma mensagem de token de passagem do LAS. O VCRcliente/servidor é utilizado, por exemplo, para efetuar as solicitaçõesiniciadas pelo operador tais como as mudanças de ponto de configuração,sintonizando o acesso e as mudanças de parâmetro, os avisos de recebimentode alarme, e os uploads e downloads de dispositivo.

Um VCR de distribuição de reporte é utilizado paracomunicações enfíleiradas, não programadas, iniciadas por usuário. Porexemplo, quando um dispositivo de campo com um reporte de evento outendência recebe um token de passagem de um LAS, esse dispositivo decampo envia sua mensagem para um "endereço de grupo" definido na sub-camada de acesso Fieldbus da pilha de comunicação desse dispositivo. Osdispositivos que são configurados para ouvir nesse VCR receberão o reporte.O tipo de VCR de distribuição de reporte é tipicamente utilizado pelosdispositivos Fieldbus para enviar as notificações de alarme para os consolesdo operador.

Um tipo de VCR editor/assinante é utilizado paracomunicações de armazenamento. As comunicações de armazenamento sãoas que armazenam e enviam apenas a última versão dos dados e, dessa forma,os novos dados de superpõem completamente aos dados anteriores. As saídasdo bloco de função, por exemplo, compreendem os dados de armazenamento.

Um dispositivo de campo de "editor" publica ou transmite uma mensagemutilizando o tipo de VCR editor/assinante para todos os dispositivos decampo "assinantes" no barramento 34 quando o dispositivo editor recebeuma mensagem de dados compelida do LAS ou de um dispositivo assinante.

As relações editor/assinante são predeterminadas e são definidas earmazenadas dentro da sub-camada de acesso Fieldbus da pilha decomunicação de cada dispositivo de campo.

Para garantir as atividades de comunicação adequadas atravésdo barramento 34, cada LAS envia periodicamente uma mensagem dedistribuição de tempo para todos os dispositivos de campo conectados a umsegmento do barramento 34, o que permite que os dispositivos de recepçãoajustem seu tempo de aplicação local a fim de que esteja em sincronia umcom o outro. Entre essas mensagens de sincronização, o tempo de clock éindependentemente mantido em cada dispositivo com base em seu própriorelógio interno. A sincronização de clock permite que os dispositivos decampo carimbem os dados em toda a rede Fieldbus para indicar, porexemplo, quando os dados foram gerados.

Ademais, cada LAS (e outro dispositivo principal de conexão)em cada segmento de barramento armazena uma "lista viva" que é uma listade todos os dispositivos que são conectados aquele segmento do barramento34, isso é, todos os dispositivos que estão respondendo adequadamente a umamensagem de token de passagem. O LAS reconhece continuamente os novosdispositivos somados a um segmento de barramento enviandoperiodicamente mensagens de nó de sonda para os endereços que não estãona lista viva. De fato, cada LAS é solicitado a sondar pelo menos umendereço depois de ter completado um ciclo de envio de mensagens de tokende passagem para todos os dispositivos de campo na lista viva. Se umdispositivo de campo estiver presente no endereço sondado e receber amensagem de nó de sonda, o dispositivo retorna imediatamente umamensagem de resposta de sonda. Mediante a recepção de uma mensagem deresposta de sonda, o LAS soma o dispositivo à lista viva e confirma enviandouma mensagem de ativação de nó para o dispositivo de campo sondado. Umdispositivo de campo permanece na lista viva desde que o dispositivo decampo responda adequadamente às mensagens de token de passagem.Entretanto, um LAS remove um dispositivo de campo da lista viva se odispositivo de campo, após três tentativas sucessivas, não utilizar o token ouimediatamente retornar o token para o LAS. Quando um dispositivo decampo é somado a ou removido da lista viva, o LAS transmite as mudançasna lista viva para todos os outros dispositivos principais de conexão nosegmento adequado do barramento 34 para permitir que cada dispositivoprincipal de conexão mantenha uma cópia atual da lista viva.

Como notado acima, as interconexões de comunicação entreos dispositivos de campo e os blocos de função dos mesmos sãodeterminadas por um usuário e são implementadas dentro da rede de controlede processo 10 utilizando uma aplicação de configuração localizada, porexemplo, no hospedeiro 12. Entretanto, depois de ser configurada, a rede decontrole de processo 10 opera sem qualquer consideração pelo dispositivo oudiagnósticos de processo e, portanto, interfaceia com o hospedeiro 12 pararealizar as funções I/O padrão, mas não as funções de diagnóstico.Com referência agora à figura 6, um diagrama em blocoesquemático ilustra uma rede de sistema de controle 200 na qual aredundância de acordo com a presente invenção é seletivamenteimplementada utilizando um único conjunto de meio de comunicação em umúnico circuito de comunicação 202 com os elementos funcionais redundantesincluindo um dispositivo de campo primário 204 e um dispositivo de camporedundante 206. Um controlador de circuito 208, tal como um controlador desistema de controle digital (DCS) ou um dispositivo de campo, é conectadoao único circuito de comunicação 202 e o único circuito de comunicação 202é conectado ao par redundante dos dispositivos de campo 204 e 206. Osdispositivos de campo 204 e 206 detectam opcionalmente e comunicam umacondição de falha. O controlador de circuito 208 monitora continuamente aoperação dos dispositivos na rede de sistema de controle 200 utilizando ascomunicações digitais de duas vias e detecta uma cessação das comunicaçõesa partir de um dispositivo de campo com falha. A rede de sistema de controle200 recupera a partir de uma falha do dispositivo de campo primário 204 masnão da falha do único conjunto do meio de comunicação 202. O controladorde circuito 208 controla a redundância da operação do circuito decomunicação único 202 em combinação com os dispositivos de camporedundantes 204 e 206 e detecta a falha de um elemento funcional, pelorecebimento de uma condição de falha de um ou mais elementos funcionaistal como a lógica de controle dentro dos dispositivos ou pela detecção de umadescontinuidade das mensagens de um ou mais elementos funcionais. Porexemplo, um dispositivo de campo tal como uma válvula de controle deprocesso inclui um sensor e um sinal de retorno indicativo da condição dosensor que, por sua vez, é indicativo da condição da operação da válvula decontrole de processo. A condição da operação de válvula pode incluir umadesignação de uma condição de falha, uma condição operacional, ou umacondição indicativa de vários graus de funcionalidade. A válvula de controlede processo, e outros elementos funcionais selecionados, utilizampreferivelmente as comunicações de duas vias do circuito de comunicação202 para transmitir uma mensagem de condição para o controlador decircuito 208.

O controlador de circuito 208 reconfigura automaticamente ocircuito de comunicação de par redundante pela desativação de umdispositivo com falhas, tal como o dispositivo de campo primário 204, e pelaativação do dispositivo alternativo correspondente, ilustrado como odispositivo de campo redundante 206. Os elementos funcionais podem incluirelementos de sensor tais como transmissores e elementos de controle taiscomo válvulas ou motores além de outros dispositivos de campo edispositivos de controle dentro de um processo. Para os elementos de sensor,as transmissões de um transmissor com falha são ignoradas. Para umelemento de controle com falha, o controlador de circuito expede umcomando para desativar o elemento de controle com falha para um modo deoperação a prova de falhas.

Com referência agora à figura 7, um diagrama em blocoesquemático ilustra uma rede de sistema de controle 300 na qual aredundância é seletivamente implementada utilizando um conjuntoredundante de meio de comunicação incluindo um barramento decomunicação primária 302 e um barramento de comunicação redundante 303com os dispositivos redundantes incluindo um dispositivo de campo primário304 e um dispositivo de campo redundante 306 conectado ao mesmo. Umcontrolador de circuito 308, tal como um controlador de sistema de controledigital (DCS) ou um dispositivo de campo, é conectado ao barramento decomunicação primária 302 e ao barramento de comunicação redundante 303para formar um par redundante de circuitos de comunicação. O dispositivo decampo primário 304 e o dispositivo de campo redundante 306 detecta ecomunicam opcionalmente uma condição de falha. O controlador de circuito308 controla a operação de redundância dos circuitos de comunicaçãoredundantes pelo monitoramento contínuo da operação dos dispositivos narede de sistema de controle 300 utilizando comunicações digitais de duas viase detecta a falha de um elemento funcional (que pode ser um barramento ouum dispositivo) pela recepção de uma condição de falha do elementofuncional ou pela detecção de uma descontinuidade de mensagens doelemento funcional. O controlador de circuito 308 reconfiguraautomaticamente o par redundante dos circuitos de comunicação peladesativação de um circuito, tal como o associado com o barramento decomunicação primário 302, ou um ou mais elementos dentro do circuitoprimário mediante a falha do barramento 302 ou do dispositivo de campoprimário 304 e pela ativação do circuito alternativo correspondente (porexemplo, o associado com o barramento de comunicação redundante 303)e/ou um ou mais dispositivos funcionais no barramento 303, tal como odispositivo de campo redundante 306. De acordo, a recuperação é obtida paraum elemento funcional com falha e para um meio de comunicação com falha.

Com referência à figura 8, um diagrama em blocoesquemático ilustra uma rede de sistema de controle 400 na qual aredundância é seletivamente implementada utilizando um conjuntoredundante de meio de comunicação incluindo um barramento decomunicação primária 402 e um barramento de comunicação redundante 403com um único elemento funcional adicional tal como um dispositivo decampo 404 conectado ao mesmo. O dispositivo de campo 404 inclui doisconjuntos de partes eletrônicas de interface (não ilustradas) para explicar omeio redundante. Um controlador de circuito 408 é conectado a umbarramento de comunicação primária 402 e ao barramento de comunicaçãoredundante 403 para formar um par redundante de circuitos de comunicação.O dispositivo 404 possui uma primeira conexão de entrada e uma primeiraconexão de saída para o barramento de comunicação primária 402 e possuiuma segunda conexão de entrada e uma segunda conexão de saída para obarramento de comunicação redundante 403. De acordo, o dispositivo 404 éconectado dentro do par redundante de circuitos de comunicação. O únicodispositivo de campo 404 detecta opcionalmente e comunica uma condiçãode falha. O controlador de circuito 408 controla a operação de redundânciados circuitos de comunicação redundantes pelo monitoramento contínuo daoperação dos dispositivos na rede de sistema de controle 400 utilizando ascomunicações digitais de duas vias e detecta a falha de um elementofuncional, pelo recebimento de uma condição de falha do elemento funcionalou pela detecção de uma descontinuidade das mensagens do elementofuncional. O controlador de circuito 408 reconfigura automaticamente o parredundante de circuitos de comunicação pela desativação de um barramento,tal como o barramento de comunicação primária 402, mediante a falha dobarramento de comunicação primária 402 e pela ativação do barramento decomunicação redundante alternativa correspondente 403. Entretanto, nessaconfiguração, o controlador de circuito 408 é incapaz de recuperar de umafalha do dispositivo de campo 404. De acordo, a rede de sistema de controle400 possuindo um meio redundante mas um único dispositivo ou outroelemento funcional atinge a recuperação para um meio de comunicação comfalha mas não recupera a funcionalidade no caso do dispositivo com falha ououtro elemento funcional.

Com referência à figura 9, um diagrama em blocoesquemático ilustra uma rede de sistema de controle 500 possuindo doiselementos funcionais, uma válvula de controle de processo primária 502 euma válvula de controle de processo redundante 504 conectada em umacorrente de fluxo de processo 512. Na rede de sistema de controle 500, aválvula de controle de processo primária 502 e a válvula de controle deprocesso redundante 504 são conectadas a um único circuito de comunicaçãode dois fios 506 que é controlado por um controlador de circuito 508. Ocircuito 506 inclui um transmissor 510 localizado de forma distai dasválvulas de controle 504 e 506 do controlador de circuito 508.

Tipicamente, a válvula de controle de processo primária 502 éativada e a válvula de controle de processo redundante 504 está em standbyou bypass. O circuito 506 utiliza a comunicação digital de duas vias de formaque as válvulas de controle 504 e 506 e o transmissor 510 recebam todasmensagens e transmitam as mensagens para o controlador de circuito 508. Deacordo, o controlador do circuito 508 recebe a informação indicativa dacondição precisa dos elementos funcionais dentro da rede de sistema decontrole 500.

O controlador de circuito 508, mediante a recepção dainformação indicativa de uma falha ou outra condição inadequada de umelemento funcional, inicia uma resposta para desativar o elemento funcionalcom falha e ativar um elemento redundante, se disponível. O controlador decircuito 508 desativa tipicamente os elementos funcionais selecionados pelacolocação dos elementos funcionais em um modo a prova de falha deoperação.

Em algumas modalidades, as válvulas de controle 504 e 506são configuradas para operar com meia capacidade no modo de bypass e aresposta a uma falha de uma única válvula é a desativação da válvula de falhae a ativação da capacidade total da válvula funcional. Ademais, as válvulas504 e 506 podem ser conectadas em série de forma que uma permaneçaaberta enquanto a outra controla o fluxo.

Com referência à figura 10, um diagrama em blocoesquemático ilustra uma rede de sistema de controle 600 incluindo doiselementos funcionais, um transmissor primário 602 e um transmissorredundante 604 conectados a uma corrente de fluxo de processo 612. Na redede sistema de controle 600, o transmissor primário 602 e o transmissorredundante 604 são conectados a um único circuito de dois fios 606 que écontrolado por um controlador de circuito 608. O transmissor primário 602 éativo e o transmissor redundante 604 está na condição de standby ou bypass.

O circuito 606 utiliza a comunicação digital de duas vias de forma que ostransmissores 604 e 606 recebam ambos as mensagens e transmitam asmensagens para o controlador de circuito 608. De acordo, o controlador decircuito 608 recebe a informação indicativa da condição precisa doselementos funcionais dentro da rede de sistema de controle 600.

O controlador de circuito 608, mediante a recepção dainformação indicativa de uma falha ou outra condição inadequada de umtransmissor simplesmente ignora as transmissões de um transmissor nãofuncional.

Com referência agora à figura 11, um diagrama em bloco deum circuito de controle de processo 700 tendo funções de controledistribuídas implementadas utilizando-se os blocos de função redundantes,tais como as em uma rede de comunicação Fieldbus, é ilustrado. O circuito700, que pode implementar um único circuito de controle de válvula deretorno tal como o associado com a figura 4, é ilustrado como incluindo umbloco de função única AI 702 conectado a um par de blocos de função PIDredundantes 704 e 706 que, por sua vez, são conectados através de um blocode função de detecção de erro 708 a um par de blocos de função AOredundantes 710 e 712. Durante a operação, o bloco de função AI 702, umdos blocos de função PID 704 ou 706 e um dos blocos de função AO 710 e712 operam em conjunto com o bloco de função de detecção 708 paraimplementar o circuito de controle de retorno simples. Como será evidente apartir da figura 11, o bloco de função AI 702 direciona sua saída para osblocos de função PID 704 e 706, um dos quais opera para produzir um sinalde controle que é distribuído através do bloco de função de detector de erro708 para um dos blocos de função AO 710 ou 712. O mesmo bloco de funçãoPID 704 ou 706 também recebe um sinal de retorno a partir de um dos blocosde função AO 710 e 712 através do bloco de função de detector de erro 708através de uma das linhas de retorno 714 ou 716. Dessa forma, por exemplo,durante a operação normal, o circuito 700 pode operar com o bloco de funçãoPID 704 e o bloco de função AO 710 conectado através do bloco de funçãode detecção de erro 708. O bloco de função de detecção de erro 708 analisa omodo dos blocos 704 e 710 (além dos blocos 706 e 712) ou analisa os sinaisrecebidos a partir dos blocos 704 e 710 para detectar se um desses blocos defunção está com mau funcionamento. Se o bloco de função de detecção deerro 708 detectar uma condição de erro em qualquer um dos blocos 704 ou710, o bloco de detecção de erro 708 causa imediatamente um bloco defunção redundante, no bloco de função PID redundante 706 (se o bloco defunção PID 704 estiver funcionando mal) ou no bloco de função AOredundante 712 (se o bloco de função AO 710 estiver funcionando mal) paraoperar dentro do circuito 700 para dessa forma mudar o bloco de função commau funcionamento para fora do circuito 700 que, por sua vez, permite que ocircuito 700 continue sem ter que desligar o circuito 700 ou desligar oprocesso no qual o circuito 700 está conectado.

Obviamente, o bloco de função de detecção de erro 708 podemudar a operação do circuito 700 de qualquer forma desejada, incluindomudar ambos os blocos de função redundante 706 e 712 para operarem juntosquando qualquer um dos blocos de função 704 e 710 apresentar maufuncionamento, mudando o circuito 700 de forma que o bloco de função PID704 e o bloco de função AO 712 operem juntos quando, por exemplo, o blocode função AO 710 funciona mal ou mudar o circuito 700 de forma que obloco de função PID redundante 706 e o bloco de função AO 710 operemjuntos quando, por exemplo, o bloco de função PID 704 falhar. Da mesmaforma, o bloco de função de detecção de erro 708 pode ser acoplado entrequalquer conjunto de blocos de função redundante e um bloco de funçãoúnica ou entre qualquer dois conjuntos de blocos de função redundantedentro de um circuito de controle de processo a fim de fornecer redundância.

A redundância adicional pode ser alcançada pelo fornecido de pelo menosum bloco de função redundante para cada um dos blocos de função dentro deum circuito, tal como pela soma de um bloco de função AI redundante aocircuito 700 da figura 11. Entretanto, menos redundância pode ser alcançadapelo fornecimento de um bloco de função redundante para apenas um ou paraapenas um número limitado de blocos de função dentro de um circuito. Serácompreendido também que o bloco de função de detecção de erro 708 podeser conectado de qualquer forma desejada e pode ser localizado em qualquerdispositivo dentro de um sistema de controle de processo enquanto o blocode função de detecção de erro 708 estiver comunicativamente conectado aosoutros blocos de função dentro de um circuito redundante através de umbarramento, tal como um barramento de comunicação Fieldbus. Além disso,os blocos de função redundantes, por exemplo, os blocos 704 e 706 ou osblocos 710 e 712 podem ser localizados nos mesmos dispositivos ou emdispositivos diferentes.

Adicionalmente ainda, se desejado, as saídas dos blocos defunção PID 704 e 706 podem ser acoplados diretamente aos blocos de funçãoAO 710 e 712 (além de ao bloco de função de detecção de erro 708) na figura11 enquanto o retorno dos blocos de função AO 710 e 712 podem seracoplados diretamente aos blocos de função PID 704 e 706 (além de ao blocode função de detecção de erro 708). Nessa configuração, o bloco de função dedetecção de erro 708 detecta os erros dentro dos blocos de função 704 e 706ou 710 e 712 e faz com que o bloco de função com mau funcionamento mudepara o circuito enquanto faz com que simultaneamente o bloco de funçãoredundante associado mude para o circuito, sem na verdade passar os sinaisentre, por exemplo, os blocos de função PID e AO dentro do circuito 700.

Com referência agora à figura 12, um diagrama em blocoesquemático ilustra uma rede de sistema de controle 100 que implementa aredundância do dispositivo de campo utilizando, por exemplo, todas equaisquer conexões redundantes ilustradas nas figuras 6-11 além de qualqueroutra conexão redundante. A rede de sistema de controle ilustrada 100 incluium computador 102, tal como um computador pessoal ou uma estação detrabalho, que é conectada a um barramento de rede 104 por um controlador106, tal como um sistema de controle digital e um par de linhas decomunicação redundantes 107. O barramento de rede 104 inclui um circuitoprimário 112 e um circuito redundante 113, cada um dos quais implementa ascomunicações digitais de duas vias, energizado por circuito, de dois fios deacordo com, por exemplo, o protocolo Fieldbus ou qualquer outro protocolode comunicação associado com um sistema de controle de processo tendofunções de controle distribuídas, a rede do sistema de controle 100 comunicacom uma rede externa 114 por uma conexão do barramento de rede 104 emum nó 115. A rede de sistema de controle 100 inclui uma pluralidade dedispositivos de campo 116 que são conectados ao barramento de rede 104diretamente ou que são conectados ao barramento da rede 104 através daspontes 118 e barramentos locais 120. Na rede de sistema de controle ilustrada100, um barramento local 120 (rotulado 122) é conectado ao nó 115 por umbarramento redundante de rede externa 124 possuindo um circuito primário126 e um circuito redundante 128.

A redundância pode ser seletivamente implementada no níveldo dispositivo de campo ou um dispositivo de campo primário (rotuladocomo 130) e um dispositivo de campo redundante (rotulado como 132) quesão conectados a uma primeira ponte (rotulada como 134) por uma conexãoredundante 136 a um barramento local 138 e que são conectados a umasegunda ponte (rotulada como 140) por uma conexão redundante 142 aobarramento local 122. Um elemento funcional totalmente redundante tem amesma configuração de função ou capacidade de bloco de função como umelemento funcional primário correspondente. Um elemento funcional deredundância limitada possui um conjunto de função que omite pelo menosuma função ou característica de um elemento funcional primáriocorrespondente.

A rede de sistema de controle ilustrada 100 implementa aredundância em muitos níveis em um ambiente de comunicação digital deduas vias, energizado por circuito, de dois fios, em um ambiente decomunicação de quatro fios ou em qualquer outro ambiente de controle deprocesso que utilize as funções de controle distribuídas. Em primeiro lugar, ocomputador 102 é conectado ao controlador 106 utilizando as linhasredundantes 107. Em segundo lugar, o barramento de rede 104 inclui umcircuito primário ou barramento 112 e um circuito ou barramento redundante113. Em terceiro lugar, as pontes 118 e os dispositivos de campo conectadosdiretamente 116 são conectados ao barramento de rede 104 com conexõesredundantes. Em quarto lugar, o dispositivo de campo primário 130 e odispositivo de campo redundante 132 são conectados à primeira ponte 134pela conexão redundante 136 ao barramento local 138. Em quinto lugar, odispositivo de campo primário 130 e o dispositivo de campo redundante 132são conectados à primeira ponte 134 por uma conexão redundante 136 a umbarramento local 138 e são conectados a uma segunda ponte 140 por umaconexão redundante 142 ao barramento local 122. Em sexto lugar, obarramento local 122 é redundantemente conectado à rede externa 114 no nó115 pelo barramento de rede 104 e ao barramento redundante de rede externa124. Em sétimo lugar, o barramento redundante de rede externa 124 é umbarramento redundante. Em oitavo lugar, os blocos de função redundantessão colocados dentro dos dispositivos (por exemplo, os dispositivos 116)conectados àrede 100.

Em outras modalidades de uma rede de sistema de controle, aredundância é seletivamente implementada para o barramento de rede 104sozinho ou implementado para dispositivos de campo selecionados 116,todos os dispositivos de campo 116 ou nenhum dispositivo de campo 116. Deforma similar, a redundância das conexões do barrarnsnto local 120 para o nó115 e dos blocos de função é opcional.

A rede de sistema de controle 100 implementando aredundância de dispositivo de campo é operacional para circuitosimplementando comunicações digitais de duas vias, energizado por circuito,de dois fios além de circuitos de quatro fios ou outros circuitos queimplementam as funções de controle de processo de uma forma distribuída,incluindo circuitos implementando um padrão Fieldbus (FieldbusFoundation, Austin, Texas), um padrão WORLDFIP, um padrãoLONWORKS, um padrão PROFIBUS, e qualquer outro padrão decomunicação SP-50 e similares. A rede de sistema de controle 100 queimplementa a redundância do dispositivo de campo também é operacionalpara os circuitos que implementam protocolos misturados analógicos/digitaisincluindo, por exemplo, um padrão HART.

Com referência agora à figura 13, um diagrama em blocoesquemático ilustra um dos dispositivos de campo digital 116 (da figura 12)que é uma combinação de posicionado/válvula que se comunica digitalmentede duas vias, energizado por circuito, de dois fios. O dispositivo de campodigital 116 inclui um controlador de dispositivo de campo 1102, umtransdutor I/P 1104, um relê pneumático 1106, um atuador 1108, e umaválvula 1109, que são interconectados por várias linhas pneumáticas eelétricas.

O dispositivo de campo 116 recebe sinais de operação etransmite a informação de condição e os dados na forma digital através dobarramento de dois fios 122, preferivelmente, de acordo com o padrãoFieldbus, e é, portanto, um posicionador de dois fios. De forma similar, odispositivo de campo 116 recebe energia, primeiramente para acionar ocontrolador de dispositivo 1102 e o transdutor I/P 1104, através do segmentode barramento de circuito contínuo de dois fios 120 e é, portanto, umdispositivo energizado por circuito.

Como ilustrado na figura 13, o transdutor I/P 1104 éeletricamente conectado ao controlador de dispositivo 1102 por uma linha decontrole de transdutor I/P 1110 e, na modalidade ilustrada, comunica com ocontrolador de dispositivo 1102 utilizando sinais de controle analógicos.

O transdutor I/P 1104 gera um sinal pneumático que causa aatuação da válvula 1109 e é altamente útil nos dispositivos eletromecânicospara a conversão dos sinais elétricos para a pressão de ar para umposicionador pneumático. O atuador 1108 controla a posição de um elementode válvula 1114 (que pode ser uma haste de válvula) da válvula 1109enquanto um sensor de posição 1116 percebe a posição do elemento deválvula 1114 e gera um sinal de retorno que é comunicado com o controladordo dispositivo 1102 através de uma linha de sinal 1117. Esse sinal de posiçãopode ser utilizado pelo controlador de dispositivo 1102 para controlar aoperação do dispositivo de campo 116 de forma que o transdutor I/P 1104aciona a pressão pneumática de uma forma que faz com que o elemento deválvula 1114 esteja em uma posição desejada. A posição e outra informaçãode retorno pode ser armazenada em uma unidade de armazenamento ou umamemória do controlador de dispositivo 1102 e externamente acessada atravésdo barramento 120 para, por exemplo, detectar uma condição de erro dodispositivo 116.

Como é padrão, o dispositivo de campo 116 recebe umsuprimento de ar pressurizado de uma fonte externa (não ilustrada) através deuma linha pneumática 1118 conectada ao transdutor I/P 1104 e ao relêpneumático 1106. Um sensor de entrada 1120 posicionado tipicamente entrea fonte de ar externa e o transdutor I/P 1104 mede a pressão de suprimentopneumático de entrada na linha pneumática 1118 e distribui essa mediçãopara o controlador do dispositivo 1102. O transdutor I/P 1104 é conectado aorelê pneumático 1106 através de uma linha de controle pneumático 1122 eum sensor I/P 1124 é posicionado entre o transdutor I/P 1104 e o relêpneumático 1106 para medir a pressão de suprimento pneumático na linha1122. Da mesma forma, o relê pneumático 1106 é conectado ao atuador 1108através de uma linha de atuação pneumática 1126 e um sensor de relê 1128 éposicionado entre o relê pneumático 1106 e o atuador 1108 para medir apressão de suprimento pneumático na linha 1126. As linhas pneumáticas1118, 1122 e 1126 são consideradas partes de uma linha pneumática únicaque interconecta o transdutor 1104 e a válvula 1109.

Durante a operação, o controlador de dispositivo 1102controla a atuação da válvula 1109 pelo controle do transdutor I/P 1104 paraconfigurar uma pressão de operação de válvula controlada na linha decontrole pneumático 1126. O controlador de dispositivo 1102 envia um sinalde controle para o transdutor I/P 1104 através da linha de controle dotransdutor I/P 1110 para controlar uma combinação de pressão de saída dotransdutor I/P 1104 e relê 1106 de forma que esteja entre 3 e 100 psi (0,21 e7,06 kscm) que é aplicada a uma entrada de controle do atuador 1108. Oatuador 1108 gera uma pressão de saída que é aplicada para operar a válvula1109.

Dessa forma, como é sabido, o transdutor I/P 1104 converte ossinais elétricos em um sinal de pressão de ar pneumático. Um exemplo de umtransdutor I/P adequado 1104 é descrito na Patente U.S. 5.439.021, intitulado"Electro-Pneumatic Converter", expedida para B. J. Burlage et al, em 8 deagosto de 1995, que é incorporada aqui por referência aqui em sua totalidade.

Da mesma forma, o relê pneumático 1106, que serve como um amplificadorpneumático, é controlado pelo transdutor I/P 1104 como direcionado pelocontrolador de dispositivo 1102 para aumentar a pressão de ar da linha desinal de atuação pneumática 1126 por uma quantidade controlada. Dessaforma, em termos gerais, o relê pneumático 1106 supre uma pressão de saídacontrolada a um dispositivo de carga ou utilização, tal como um atuador ouum pistão, em resposta a um sinal de controle do controlador de dispositivo1102. Um relê adequado é descrito na Patente U.S. 4.974.625, intitulada"Four Mode Pneumatic Relay", expedida para S.B. Paullus et al, em 4 dedezembro de 1990, que é incorporada aqui por referência em sua totalidade.

Na modalidade ilustrada, o relê 1106 é um relê pneumático de quatro modosde multi-funcional que é configurável para qualquer combinação de operaçãodireta/encaixe, direta/proporcional, reversa/encaixe, ou reversa/proporcional.

No modo proporcional, o relê pneumático 1106 desenvolve uma saída depressão que é proporcional a uma entrada de pressão ou força. Em um modode encaixe por pressão ou liga/desliga, o relê pneumático 1106 gera umasaída de pressão constante, normalmente igual à pressão do suprimentoaplicado, em resposta à aplicação de uma faixa definida das entradas decontrole de força ou pressão. Em um modo direto de operação, a pressão desaída do relê pneumático 106 aumenta com um sinal de entrada de aumento.Em um modo reverso de operação, a pressão de saída de relê diminui com umsinal de entrada de aumento.

O sensor de entrada 1120, o sensor I/P 1124 e o sensor de relê1128 são transdutores de pressão que contêm um conversor de sinal depressão para elétrico para converter um sinal de pressão para um sinalelétrico e supre os sinais de retorno para o controlador de dispositivo 1102através da linha 1130. O sensor I/P 1124 é diagnosticadamente útil para adetecção de falha do transdutor I/P 1104 ou do relê pneumático 1106 e nadeterminação, por exemplo, de se uma falha é uma falha mecânica ou umafalha elétrica. O sensor I/P 1124 também é útil para a detecção de algunsproblemas do sistema incluindo uma determinação de se a entrada de pressãode ar para o dispositivo de campo digital 16 é suficiente. Como resultadodisso, o sensor I/P 1124 permite que a condição do transdutor I/P 1104 e orelê pneumático 1106 seja rapidamente diagnosticada de forma que essesdispositivos possam ser rapidamente substituídos, se necessário e de formaque um controlador de processo possa ser alertado para mudar para o uso deum dispositivo redundante diferente, se possível.

Em uma modalidade, uma válvula adequada 1109 para uso nodispositivo de campo digital 116 é um conjunto de válvula e atuadorutilizando uma mola e atuador de diafragma em uma válvula de hastedeslizante que é utilizada em um dispositivo analógico descrito na PatenteU.S. 4.975.144 intitulada "Diagnostic Apparatus and Method for FluidControl Valves", expedida para W.V. Fitzgerald, em 11 de dezembro de1990, que é incorporada aqui por referência em sua totalidade. Nessamodalidade ilustrativa, um sinal de pressão de cerca de 3 psi (0,21 kscm) éfornecido para o atuador 108 em resposta a um sinal de aproximadamente 4mA aplicado pelo controlador de dispositivo 1102 para o transdutor I/P 1104,resultando em uma pressão correspondente na linha de sinal de atuaçãopneumática 1126 que é insuficiente para mover a válvula 1109 a partir deuma posição totalmente aberta. Se o controlador de dispositivo de campo1102 mudar a corrente de controle aplicada ao transdutor I/P 104 paraaproximadamente 20 mA, o transdutor I/P 1104 gera uma pressão na linha deatuação pneumática 1126 de aproximadamente 15 psi (1,06 kscm), que forçaa válvula 1109 para uma posição totalmente fechada. Várias posições daválvula 1109 entre a posição totalmente aberta e a posição totalmente fechadasão obtidas através da operação do controlador de dispositivo 1102controlando a corrente de entrada aplicada ao transdutor I/P 1104 na faixa de4 mA a 20 mA.

O controlador de dispositivo 1102 realiza comunicaçõesdigitais relativamente de alta velocidade para receber os sinais de controle epara transmitir a informação de posição e pressão para um processadorexterno ou estação de trabalho na rede de controle de processo através dobarramento 120. O controlador de dispositivo 1102 inclui o armazenamentoou memória para armazenar os resultados de múltiplos testes de diagnósticode forma que os dados pertinentes estejam disponíveis para análise. Asoperações de diagnóstico, tais como os diagnósticos de dispositivo, sãogeralmente na forma de códigos de programa de software e são tipicamentecodificados, armazenados e executados no controlador de dispositivo 1102do dispositivo de campo 116.

Uma avaliação de diagnóstico de dispositivo da válvula 1109pode ser realizada através da operação do controlador de dispositivo 1102que controla a corrente de entrada aplicada ao transdutor I/P 1104 em umafaixa suficiente para testar a válvula 1109 entre as posições totalmente abertae totalmente fechada.

Durante a avaliação do diagnóstico de dispositivo, assaídas do sensor de entrada 1120, do sensor I/P 1124, e do sensor de relê1128 são monitoradas pelo controlador de dispositivo 1102 para sentir apressão pneumática nas linhas pneumáticas 1118, 1122 e 1126,respectivamente, que são utilizadas para a análise. A saída do sensor deposição 1116 é monitorada também para detectar a posição ou o movimentoda haste da válvula 1114 que corresponde a uma posição de ou movimentodo bujão de válvula (não ilustrado) dentro da válvula 1109.

Dessa forma, um ciclo de operação de teste da válvula 1109 érealizado sob o controle do controlador de dispositivo 1102 pela aplicação deuma corrente variável controlada ao transdutor I/P 1104, perceber a pressãodentro das linhas pneumáticas 1118, 1122 e 1126 e percebe a posição dahaste de válvula 1114 utilizando o sensor de posição 1116. Dessa forma, ocontrolador de dispositivo 1102 recebe simultaneamente os sinais elétricosvariável no tempo que indicam as pressões no locais ilustrativos e a posiçãoda válvula 1109 e pode utilizar esses sinais para determinar qualquer númerode parâmetros de diagnóstico de dispositivo de qualquer forma conhecida oudesejada.

Em uma modalidade, o transdutor I/P 1104 e o relêpneumático 1106 são testados utilizando um procedimento de teste dediagnóstico que aciona o transdutor I/P 1104 para a posição totalmente abertapara medir a pressão de ar total fornecida à válvula 1109. Enquanto otransdutor I/P 1104 é acionado para a posição aberta, o sensor I/P 1124 medeconstantemente a pressão na linha de controle pneumático 1122. Se a pressãocomeçar a diminuir, o teste indica que o suprimento de ar pode serinsuficiente. Um teste de diagnóstico adicional de suficiência de suprimentode ar é realizado pelo bombeamento da válvula 1109 pela aplicação de umsinal oscilante ao transdutor I/P 1104 de forma que a válvula 1109 comeceuma ação de sucção com relação ao suprimento de ar e então mede os valoresde fluxo máximo e de pressão máxima utilizando o sensor I/P 1124.

Como ilustrado na figura 4, o controlador de dispositivo 1102inclui um microprocessador 1140, uma interface 1142, um circuito deisolamento de barramento 1144, uma pluralidade de dispositivos dearmazenamento tal como uma memória de acesso randômico (RAM) 1146,uma memória de leitura apenas (ROM) 1148 e uma memória de acessorandômico não volátil (NVRAM) 1150, e uma pluralidade de dispositivos deprocessamento de sinal tais como um conversor A/D 1152, um conversorD/A 1154 e um multiplexador 1156. A interface 1142 (que é um conector debarramento) é um circuito que realiza a conversão de protocolo de serial paraparalelo e a conversão de protocolo de paralelo para serial e é utilizada parasomar informação de quadro aos pacotes de dados de acordo com qualquerdefinição de protocolo desejado, tal como o protocolo Fieldbus. O circuito deisolamento de barramento 1144 é um circuito que é utilizado para converterum sinal de comunicação de meio de dois fios no barramento 120 para umarepresentação digital do sinal de comunicação e supre energia recebida dobarramento 120 para outros circuitos no controlador de dispositivo 1102 alémde para o transdutor I/P 1104. O circuito de isolamento de barramento 1144também pode realizar a formatação de onda e a sinalização no barramento120.

O conversor A/D 1152 é conectado aos transdutores tais comoos transdutores de posição e pressão do sensor de posição 1116 e os sensoresde pressão 1120, 1124 e 1128 da figura 13 além de qualquer outro dispositivode entrada analógica desejado. Apesar do conversor A/D 1152 poder ter umnúmero limitado de canais de entrada, o multiplexador 1156 pode serutilizado para permitir que múltiplos sinais sejam amostrados. Se desejado, omultiplexador 1156 pode incluir um banco de amplificadores conectadosentre as linhas de sinal 1117 e 1130 (figura 13) para amplificar a posição,pressão e outros sinais de retorno distribuídos para os mesmos. O conversorD/A 1154 realiza a conversão de digital para analógico nos sinaisdesenvolvidos pelo microprocessador 1140 a serem distribuídos para oscomponentes analógicos, tais como o transdutor I/P 1104.

As modalidades ilustradas de uma rede de sistema de controleque implementa a redundância fornece vantajosamente a segurança de umcircuito que implementa comunicações digitais de duas vias, energizado porcircuito, de dois fios ou outras comunicações pela retenção da operação darede de sistema de controle independente da falha de um elemento funcional.Essa vantagem é importante nos sistemas de controle de processo onde ogasto de um desligamento de linha de controle de processo é enorme.

Obviamente, a rede de controle de processo que possuielementos redundantes pode utilizar a redundância em outras configuraçõescomo desejado. Adicionalmente, enquanto a rede de controle de processo quepossui elementos redundantes foi descrita aqui como que incluindotransmissores e dispositivos de posicionadores/válvulas, nota-se que essarede pode incluir outros tipos de dispositivos, tais como os que possuemelementos móveis como os amortecedores, ventiladores, etc., além decontroladores, dispositivos de ponte, sensores, etc.

Ademais, apesar da lógica mutável da rede de controle deprocesso que possui elementos redundantes descrita aqui ser preferivelmenteimplementada no software armazenado, por exemplo, em um dispositivo decontrole de processo ou um controlador, pode ser alternativamente ouadicionalmente implementada no hardware, firmware, etc., como desejado.

Se implementada no software, essa lógica pode ser armazenada em qualquermemória passível de leitura pelo computador tal como em um discomagnético, disco a laser, ou outro meio de armazenamento, em uma RAM ouROM de um computador, etc. Da mesma forma, esse software pode serdistribuído para um usuário ou um dispositivo através de qualquer processode distribuição desejado ou conhecido incluindo, por exemplo, através de umcanal de comunicação tal como uma linha telefônica, a internet, etc.

Dessa forma, enquanto a presente invenção foi descrita comreferência aos exemplos específicos, que são destinados a serem ilustrativosapenas e não limitadores da invenção, será aparente aos versados na técnicaque mudanças, adições ou eliminações podem ser realizadas nas modalidadesdescritas sem que se distancie do espírito e escopo da invenção.

Claims

1. Sistema de controle de processo (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700), que realiza as funções de controle de processo dentro de um processo de umaforma distribuída, incluindo:um barramento de comunicação (202) que realiza uma função deprocesso de comunicação no processo;uma pluralidade de dispositivos de campo (204) conectados deforma comunicativa através do barramento de comunicação (202), na qual cadaum dos dispositivos de campo (204) realiza uma função de controle de processodentro do processo;um controlador (208) acoplado ao barramento de comunicação(202), onde o controlador (208) está acoplado de forma comunicativa à pluralidadede dispositivos de campo (204) via o barramento de comunicação (202) e onde ocontrolador (208) monitora a operação da pluralidade de dispositivos de campo(204) via o barramento de comunicação (202); eum par de elementos redundantes incluindo um elementoredundante primário (204) e um elemento redundante secundário (206) que sãoadaptados para realizar a mesma função de processo dentro do processo, o par deelementos redundantes compreendendo ao menos um de um par de dispositivos decampo redundantes, um par de circuitos de comunicação redundantes e um par deblocos de função de controle de processo,caracterizado pelo fato de que o controlador (208) está acopladode forma comunicativa ao par de elementos redundantes (204, 206) para detectaruma falha de um dos elementos redundantes e para conectar de forma operacionalo outro dos elementos redundantes no sistema de controle de processo mediante adetecção da falha do mencionado um dos elementos redundantes.

2. Sistema de controle de processo (200), de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o barramento de comunicação(202) implementa um protocolo de comunicação digital energizado por circuito, deduas vias, e de dois fios.

3. Sistema de controle de processo (200), de acordo com areivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o protocolo de comunicação é umprotocolo de comunicação Fieldbus.

4. Sistema de controle de processo (200), de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o barramento de comunicação(202) implementa um protocolo de comunicação de quatro fios.

5. Sistema de controle de processo (200), de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o barramento de comunicação(202) implementa um protocolo de comunicação analógico e digital misturados,energizado por circuito, de duas vias, e de dois fios.

6. Sistema de controle de processo (300, 400), de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento redundante primáriocompreende o barramento de comunicação e o elemento redundante secundáriocompreende um barramento de comunicação adicional.

7. Sistema de controle de processo (500, 600), de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento redundante primáriocompreende um entre uma pluralidade de dispositivos de campo (502, 602) e oelemento redundante secundário compreende um dispositivo de campo adicional(504, 604) que é acoplado ao barramento de comunicação (506, 606).

8. Sistema de controle de processo (500), de acordo com areivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o elemento redundante primário e oelemento redundante secundário são válvulas (502, 504) que são conectadas deforma operacional em paralelo uma com a outra no processo.

9. Sistema de controle de processo (600), de acordo com areivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o elemento redundante primário e oelemento redundante secundário são transmissores (602, 604) que são conectadosde forma operacional em série um com o outro no processo.

10. Sistema de controle de processo (700), de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento redundante primáriocompreende um primeiro bloco de função (704) que realiza uma função deprocesso em particular e o elemento redundante secundário compreende umsegundo bloco de função (706) que realiza a função de processo em particular.

11. Sistema de controle de processo (700), de acordo com areivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o primeiro (704) e o segundo(706) blocos de função estão localizados em diferentes dispositivos dentre apluralidade de dispositivos de campo.

12. Sistema de controle de processo (700), de acordo com areivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o controlador (702) inclui umbloco de função adicional (708), acoplado de forma comunicativa aos primeiro esegundo blocos de função (704, 706), que detecta um mau funcionamento de umdentre o primeiro e o segundo blocos de função (704, 706).

13. Sistema de controle de processo (300), de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento redundante primáriocompreende um circuito que inclui o barramento de comunicação (302) conectadoa um dos dispositivos de campo (304) e o elemento redundante secundáriocompreende um circuito redundante incluindo um barramento de comunicaçãoredundante (303) conectado a um dispositivo de campo redundante (306).

14. Sistema de controle de processo (200), de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir adicionalmente uma lógica decontrole que opera em um elemento funcional associado com o par de elementosredundantes (204, 206), a lógica de controle adaptada a fim de detectar umacondição operacional de um dos elementos redundantes (204, 206) e paracomunicar a condição operacional ao controlador (208).

15. Sistema de controle de processo (200), de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (208) inclui umdetector que detecta o encerramento das comunicações de um dos pares deelementos redundantes (204, 206) para detectar a falha de um dos pares deelementos redundantes (204,206).

16. Sistema de controle de processo (100), de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:o controlador compreende um controlador de circuito (106), com ocontrolador de circuito (106) incluindo uma lógica de controle que implementa umprotocolo de comunicação digital energizado por circuito, de duas vias, e de doisfios;onde o primeiro elemento redundante compreende o barramentode comunicação (112) e o segundo elemento redundante compreende umbarramento de comunicação adicional (113);cada um do barramento de comunicação (112) e do barramento decomunicação adicional (113) compreende um barramento de comunicação de duasvias;o barramento de comunicação (112) e o barramento decomunicação adicional (113) estão acoplados ao controlador de circuito (106);a pluralidade de dispositivos de campo (116) estão acoplados aobarramento de comunicação (112) e ao barramento de comunicação adicional(113); e,o controlador de circuito (106) é adaptado para detectar uma falhaassociada com um dentre o barramento de comunicação (112) e o barramento decomunicação adicional (113) e para conectar de maneira operacional o outro dobarramento de comunicação (112) e do barramento de comunicação adicional(113) no sistema de controle de processo mediante a detecção de uma falha de umdentre o barramento de comunicação (112) e o barramento de comunicaçãoadicional (113).

17. Sistema de controle de processo (300), de acordo com areivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de dispositivos decampo inclui um primeiro dispositivo de campo redundante (304) que estáconectado ao barramento de comunicação (302) e um segundo dispositivo decampo redundante (306) que está acoplado ao barramento de comunicaçãoadicional (303).

18. Sistema de controle de processo (400), de acordo com areivindicação 16, caracterizado pelo fato de um da pluralidade de dispositivos decampo (404) está acoplado ao barramento de comunicação (402) e ao barramentode comunicação adicional (403).

19. Sistema de controle de processo (100), de acordo com areivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o controlador de circuito (106)implementa um protocolo de comunicação Fieldbus.

20. Sistema de controle de processo (200), de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador compreende umcontrolador de circuito (208), com o controlador de circuito (208) incluindo umalógica de controle implementando um protocolo de comunicação digitalenergizado por circuito, de duas vias e dois fios, com o sistema de controle deprocesso compreendendo ainda:um circuito de comunicação de duas vias acoplado ao controladorde circuito (208);um par redundante de elementos funcionais incluindo umelemento funcional primário acoplado ao circuito de comunicação e um elementosecundário funcional redundante acoplado ao circuito de comunicação;onde o controlador de circuito (208) é adaptado para detectar umafalha associada com um dentre o elemento funcional primário (204) e o elementofuncional secundário (206) via o circuito de comunicação de duas vias e paraconectar de maneira operacional o outro dentre o elemento funcional primário(204) e o elemento funcional secundário (206) no sistema de controle de processo(200) mediante a detecção de uma falha de um dentre o elemento funcionalprimário (204) e o elemento funcional secundário (206).

21. Processo de configuração de um sistema de controle deprocesso (100, 200, 300,400, 500, 600, 700), que realiza as funções de controle deprocesso em um processo de uma forma distribuída, incluindo as etapas de:fornecer um barramento de comunicação (202) que realiza umafunção de processo de comunicação no sistema de controle de processo;conectar de forma comunicativa uma pluralidade de dispositivosde campo (204) através do barramento de comunicação (202) de forma que cadaum dos dispositivos de campo (204) realize uma função de controle de processodentro do processo; eutilizar um par de elementos redundante incluindo um elementoredundante primário (204) e um elemento redundante secundário (206)compreendendo ao menos um de um par de dispositivos de campo redundantes,um par de circuitos de comunicação redundantes e um par de blocos de função decontrole de processo dentro do processo que realiza a mesma função de processo;caracterizado pelo fato de incluir adicionalmente as etapas de:monitorar a operação dos elementos redundantes;detectar uma falha de um dos elementos redundantes; econectar de forma operacional o outro dos elementos redundantesno sistema de controle de processo em resposta à falha de um dos elementosredundantes.

22. Processo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelofato de que o elemento redundante primário compreende o barramento decomunicação e o elemento redundante secundário compreende um barramento decomunicação adicional, incluindo adicionalmente a etapa de conectar obarramento de comunicação e o barramento de comunicação adicional ao mesmodispositivo de campo.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelofato do elemento redundante primário compreender um dentre a pluralidade dedispositivos de campo e o elemento redundante secundário compreender umdispositivo de campo adicional (206) e inclui adicionalmente a etapa de conectarum dentre a pluralidade de dispositivos de campo (204) e o dispositivo de campoadicional (206) ao barramento de comunicação (202).

24. Processo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelofato de que o elemento redundante primário compreende um primeiro bloco defunção (704) que realiza uma função de processo particular e o elementoredundante secundário compreende um segundo bloco de função (706) que realizaa função de processo em particular, incluindo adicionalmente a etapa de acoplar deforma comunicativa alternativamente ou o primeiro (704) ou o segundo (706)blocos de função dentro de um circuito de controle de processo do processo.

25. Processo, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelofato de incluir adicionalmente a etapa de localizar o primeiro e o segundo blocosde função (704, 706) em diferentes dispositivos dentre a pluralidade dedispositivos de campo.

26. Processo, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelofato de incluir adicionalmente a etapa de conectar de forma comunicativa umbloco de função de controlador (708) ao primeiro (704) e ao segundo (706) blocosde função para detectar a falha de um dos primeiro e segundo blocos de função(704, 706).

27. Processo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelofato de que o elemento redundante primário compreende um circuito primárioincluindo o barramento de comunicação (302) conectado a um dos dispositivos decampo (304) e o elemento redundante secundário compreende um circuitoredundante incluindo um barramento de comunicação redundante (303) conectadoa um dispositivo de campo redundante (306) e incluindo adicionalmente a etapa deconectar de forma operacional apenas um entre o circuito primário ou o circuitoredundante dentro do sistema de controle de processo (300) em um momento emparticular.