CN101149619A - 用于将现场设备通信连接到过程控制系统中的控制器的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开用于将现场设备通信连接到过程控制系统中的控制器的设备及方法。一种公开的范例设备包括第一界面，该第一界面配置成从使用第一通信协议的现场设备接收第一信息。所述范例设备也包括通信处理器，该通信处理器通信连接到所述第一界面，而且配置成将所述第一信息编码，以通过使用第二通信协议的总线来进行通信。此外，所述设备包括第二界面，该第二界面通信连接到所述通信处理器及所述总线，而且配置成通过使用所述第二通信协议的总线来传送所述第一信息。所述总线配置成使用所述第二通信协议来传送与另一现场设备有关的第二信息。

Description

用于将现场设备通信连接到过程控制系统中的控制器的设备及方法
技术领域
本公开总体上涉及过程控制系统，尤其涉及用于将现场设备通信连接到过程控制系统中的控制器的设备及方法。
背景技术
过程控制系统——如那些用于化学、石油、制浆及造纸或其他制造过程的过程控制系统——典型地包括一个或多个过程控制器，过程控制器通过模拟通信协议、数字通信协议或模拟/数字混合通信协议，与至少一个主机(包括至少一个操作员工作站)或与一个或多个现场设备通信连接。现场设备可能是设备控制器、阀、阀启动器、阀定位器、开关及传感器(例如温度传感器、压力传感器、流率传感器及化学成分传感器)或这些设备的组合，它们在过程中发挥功能，如开启或关闭阀及测量或推断过程参数。过程控制器接收所述现场设备所进行的过程测量的信号及/或关于现场设备的其他信息，并使用这些信息来实施控制例程，然后产生控制信号并通过总线或其他通信线传送至现场设备，以控制过程控制系统的操作。
过程控制系统可以包括多种现场设备，这些现场设备提供不同的功能能力，而且经常是通过使用双线接口，以点到点电线连接布置(例如一个现场设备通信连接到一个现场设备总线)及多点电线连接布置(例如多个现场设备通信连接到一个现场设备总线)的方式或以无线通信方式，通信连接到过程控制器。有些现场设备配置成使用相对简单命令及/或通信(例如ON命令及OFF命令)来操作。其他现场设备更为复杂，它们需要更多命令及/或更多通信信息，可能包括或不包括简单命令。例如，更为复杂的现场设备可以使用(例如)HART(可寻址远程传感器高速通道)通信协议，以数字通信叠加在模拟值的方式来传送模拟值。其他现场设备可以使用完全数字的通信(例如FOUNDATION Fieldbus通信协议)。
在过程控制系统中，每个现场设备典型地通过一个或多个输入/输出卡和相应的通信媒介(例如双芯电缆、无线链路或光纤)，连接到过程控制器。因此，需要使用多个通信媒介来将多个现场设备通信连接到过程控制器。所述多个通信媒介经常是通过一个或多个现场接线盒连接到所述现场设备，而在这些连接点，所述多个通信媒介连接到一条多导线电缆的相应通信媒介(例如相应的双芯导线)，而所述多导线电缆用于通过一个或多个输入/输出卡将所述现场设备通信连接到过程控制器。
发明内容
在此描述用于将现场设备通信连接到过程控制系统中的控制器的设备及方法。根据一个范例，一种范例设备包括第一界面，该第一界面配置成从使用第一通信协议的现场设备接收第一信息。所述范例设备也包括通信处理器，该通信处理器通信连接到所述第一界面，而且为所述第一信息编码，以通过使用第二通信协议的总线进行通信。此外，所述范例设备包括第二界面，该第二界面通信连接到所述通信处理器及所述总线，而且配置成通过使用所述第二通信协议的所述总线来传送所述第一信息。所述总线配置成使用所述第二通信协议来传送与另一现场设备有关的第二信息。
根据另一个范例，一种范例方法涉及从使用第一通信协议的现场设备接收第一信息。所述第一信息接着被编码，以用于使用第二通信协议的通信，以便传送与另一个现场设备有关的第二信息。所述第一信息接着通过使用所述第二通信协议的总线，被传送到一个控制器。
根据再另一个范例，一种范例设备包括多个插座，这些插座配置成能够接纳多个终端模块。所述终端模块中的每个终端模块配置成通信连接到一个过程控制系统中的至少一个现场设备。所述范例设备也包括通信总线界面，该通信总线界面通信连接到所述多个插座中的每个插座，而且配置成传送与所述终端模块的其中一个终端模块有关的第一现场设备信息及与所述终端模块的其中第二个终端模块有关的第二现场设备信息。
根据另一个范例，一种范例设备包括连接检测器，该连接检测器配置成检测与现场设备之间的连接。所述范例设备也包括现场设备识别器，该现场设备识别器配置成确定指示所述现场设备的特性的现场设备识别信息。此外，所述范例设备也包括显示器界面，该显示器界面配置成显示所述现场设备识别信息。
根据又一个范例，一种范例设备包括第一隔离线路，该第一隔离线路通信连接到终端模块线路，而且配置成通信连接到总线。所述终端模块线路配置成与现场设备进行通信，而所述总线使所述终端模块能够与控制器进行通信。所述范例设备也包括第二隔离线路，该第二隔离线路通信连接到所述终端模块线路，而且配置成通信连接到向所述终端模块线路提供电力的电源。
附图说明
图1A为一框图，图示一个范例过程控制系统。
图1B-1D描绘可以用于通信连接工作站、控制器及输入/输出卡的选择性实施例。
图2为图1A所示的范例调度柜的详图。
图3为另一个范例调度柜，其可以用于实施图1A所示的范例调度柜。
图4描绘图1A及2所示的一个范例终端模块的俯视图，而图5描绘图1A及2所示的一个范例终端模块的侧视图。
图6为图1A、2、4及5所示的范例终端模块的详细框图。
图7为图1A所示的一个范例输入/输出卡的详细框图。
图8为一详细框图，图示一个范例贴标器，该范例贴标器可以用于显示现场设备识别信息及/或任何其他与图1A及2-6所示的终端模块有关的现场设备信息。
图9描绘一个隔离线路配置，该隔离线路配置可以实施于图1A所示的范例终端模块，以电气地使所述终端模块相互隔离、与现场设备隔离及与通信总线隔离。
图10A及10B描绘一种范例方法的流程图，该范例方法可以用于实施图1A及2-6所示的终端模块，以在现场设备及输入/输出卡之间传送信息。
图11A及11B描绘一种范例方法的流程图，该范例方法可以用于实施图1A所示的输入/输出卡，以在所述终端模块及工作站之间传送信息。
图12为一种范例方法的流程图，该范例方法可以用于实施图2、3、6及8中所示的贴标器，以检索及显示与通信连接到终端模块的现场设备有关的信息。
图13为一框图，图示一个范例处理器系统，该范例处理器系统可以用于实施在此描述的范例系统及方法。
具体实施方式
虽然以下描述范例设备及系统，其中除了构件以外，还包括软件及/或在硬件上实施的固件，但应该注意的是，这些系统只是在于阐明而不应被当成是限制本发明包括的范围。例如，预期任何或所有这些硬件、软件及固件构件可以单独地实施在硬件、单独地实施在软件或任何硬件及软件组合。因此，虽然以下描述一些范例设备及系统，但本领域的普通工程技术人员将可以理解，在此提供的范例并不是实施这些设备及系统的仅有途径。
一个范例过程控制系统包括一个控制室(例如图1A所示的控制室108)、一个过程控制器区域(例如图1A所示的过程控制器区域110)、一个终端区域(例如图1A所示的终端区域140)及一个或多个过程区域(例如图1A所示的过程区域114及118)。一个过程区域包括多个现场设备，这些现场设备执行与特定过程(例如化学过程、石油过程、药物过程、制浆及造纸过程等等)有关的操作(例如控制阀、控制马达、控制锅炉、监测、测量参数等等)。有些过程区域由于苛刻的环境条件(例如温度相对较高、气载毒素、不安全辐射水平等等)，造成人类不可到达。所述控制室典型地包括人类可以安全到达的环境内的一个或多个工作站。所述工作站包括用户应用程序，用户(例如工程师、操作员等等)可以存取这些用户应用程序，以通过(例如)更改变数值、过程控制功能等等来控制所述过程控制系统的操作。所述过程控制器区域包括一个或多个控制器，这些控制器通信连接到所述控制室中的所述工作站。所述控制器通过执行经由所述工作站实施的过程控制策略，使所述过程区域的所述现场设备的控制自动化。一个范例过程策略涉及使用压力传感器现场设备来测量压力及自动地发送命令到阀定位器，以根据所述压力测量来开启或关闭流量阀。所述终端区域包括一个调度柜，该调度柜使所述控制器能够与所述过程区域中的所述现场设备通信。明确地说，所述调度柜包括多个终端模块，这些终端模块调度、整理或传送来自所述现场设备、传送到与所述控制器通信连接的一个或多个输入/输出卡的信号。所述输入/输出卡将接收自所述现场设备的信息转化为可以与所述控制器兼容的格式，并将来自所述控制器的信息转化为可以与所述现场设备兼容的格式。
已知的用于将过程控制系统内的现场设备通信连接到控制器的技术涉及在每个现场设备和一个相应的、通信连接到一个控制器(例如过程控制器、可编程逻辑控制器等等)的输入/输出卡之间使用一个单独的总线(例如电线、电缆或电路)。输入/输出卡使得能够通过转化或转换在所述控制器与所述现场设备之间传送的信息，使控制器通信连接到与不同数据类别或信号类别(例如模拟输入(AI)数据类别、模拟输出(AO)数据类别、离散输入(DI)数据类别、离散输出(DO)数据类别、数字输入数据类别及数字输出数据类别)及不同的现场设备通信协议有关的多个现场设备。例如，输入/输出卡可以带有一个或多个现场设备界面，所述现场设备界面配置成与使用与一个现场设备有关的现场设备通信协议的现场设备交换信息。不同的现场设备界面通过不同的频道类别(例如模拟输入(AI)频道类别、模拟输出(AO)频道类别、离散输入(DI)频道类别、离散输出(DO)频道类别、数字输入频道类别及数字输出频道类别)进行通信。此外，所述输入/输出卡能够将接收自所述现场设备的信息(例如电压电平)转换为所述控制器能够使用来执行与控制所述现场设备有关的操作的信息(例如压力测量值)。所述已知技术需要线缆束或总线(例如多芯电缆)来将多个现场设备通信连接到输入/输出卡。与使用一条单独的总线来将每个现场设备通信连接到输入/输出卡的已知技术不同，在此描述的设备及方法可以通过在一个终接板(例如调度柜)终接多个现场设备，将现场设备通信连接到一个输入/输出卡；以及通过使用在所述终接板和所述输入/输出卡之间通信连接的一个总线(例如导电通信媒介、光纤通信媒介、无线通信媒介)，将所述现场设备通信连接到所述输入/输出卡。
在此描述的范例设备及方法涉及使用一条范例通用输入/输出总线(例如公用或共网通信总线)，该范例通用输入/输出总线将一个或多个终端模块通信连接到与一个控制器通信连接的一个或多个输入/输出卡。每个终端模块通过使用一条相应的现场设备总线(例如模拟总线或数字总线)，通信连接到一个或多个相应的现场设备。所述终端模块配置成通过所述现场设备总线接收来自所述现场设备的现场设备信息，以及通过(例如)包封化所述现场设备信息和通过所述通用输入/输出总线，将所述包封化信息传送到所述输入/输出卡，从而通过所述通用输入/输出总线将所述现场设备信息传送到所述输入/输出卡。所述现场设备信息可以包括(例如)现场设备识别信息(例如设备标记符、电子序号等等)、现场设备状况信息(例如通信状况、诊断健康信息(开环、短路等等))、现场设备活动信息(例如过程变量(PV)值)、现场设备描述信息(例如现场设备类别或功能，如阀启动器、温度传感器、压力传感器、流率传感器等等)、现场设备连接配置信息(例如多点总线连接、点到点连接等等)、现场设备总线或段识别信息(例如将现场设备通信连接到终端模块的现场设备总线或现场设备段)及/或现场设备数据类别信息(例如指示由特定现场设备使用的数据类别的数据类别描述符)。所述输入/输出卡可以提取通过所述通用输入/输出总线接收的现场设备信息，并将所述现场设备信息传送到所述控制器，所述控制器可以接着将所述信息的一些或所有信息传送到一个或多个工作站终端，以用于随后的分析。
为了将来自工作站终端的现场设备信息(例如命令、指示、查询、临界活动阀(例如临界过程变量(PV)值)等等)传送到现场设备，输入/输出卡能够包封化所述现场设备信息，并将所述包封化现场设备信息传送到多个终端模块。所述终端模块中的每个终端模块接着可以从接收自一个相应的输入/输出卡的所述包封化通信，提取或包封化相应的现场设备信息，并将所述现场设备信息传送到一个相应的现场设备。
在此描述的图解范例中，一个终接板(例如调度柜)配置成接纳(例如连接到)多个终端模块，而其中每个终端模块通信连接到一个不同的现场设备。为了在所述终接板指示哪个终端模块连接到哪个现场设备，每个终端模块带有一个终端贴标器(或标记系统)。终端贴标器包括一个电子显示器(例如液晶显示器(LCD))及元件，以确定哪个或哪些现场设备连接到相应于所述终端贴标器的终端模块。在有些实施例中，显示器是安装在所述终接板上，而不是安装在所述终端模块上。所述显示器中的每一个显示器与一个相应的终端模块插座相伴安装。照这样，在从所述终接板拆除终端模块时，相应的显示器保留在所述终接板上，以供随后连接的终端模块使用。
现在参看图1A，一个范例过程控制系统100包括一个工作站102，该工作站102通过一般称为应用程序控制网络(ACN)的一个总线或局域网(LAN)106通信连接到一个控制器104。所述局域网(LAN)106可以使用任何期望的通信媒介或协议来实施。例如，所述局域网(LAN)106可以基于固定或无线以太网通信协议。然而，任何其他适合的固定或无线通信媒介及协议可以被采用。所述工作站102可以配置成执行与一个或多个信息技术应用程序、用户互动应用程序及/或通信应用程序有关的操作。例如，所述工作站102可以配置成执行与过程控制相关应用程序及通信应用程序有关的操作，以使所述工作站102及所述控制器104能够与其他使用任何期望的通信媒介(例如无线通信媒介、固定通信媒介等等)及协议(例如HTTP，SOAP)的设备或系统进行通信。所述控制器104可以配置成执行一个或多个过程控制例程或功能，所述过程控制例程或功能由系统工程师或其他系统操作员使用(例如)所述工作站102或任何其他已经下载到所述控制器104或已经在所述控制器104中初始化的工作站产生。在所图解的范例中，所述工作站102位于一个控制室108，而所述控制器104位于与所述控制室108分开的一个过程控制器区域110。
在所图解的范例中，所述范例过程控制系统100包括一个第一过程区域114中的现场设备112a-c及一个第二过程区域118中的现场设备116a-c。为了在所述控制器104与所述现场设备112a-c及116a-c之间传送信息，所述范例过程控制系统100带有现场接线盒120a-b及一个调度柜122。所述现场接线盒120a-b中的每个现场接线盒从所述现场设备112a-c及116a-c中的相应现场设备传送信号到所述调度柜122。所述调度柜122依次地调度(例如整理、聚合等等)接收自所述现场设备112a-c及116a-c的信息，并将所述现场设备信息传送到所述控制器104的相应输入/输出卡(例如输入/输出卡132a-b及134a-b)。在所图解的范例中，所述控制器104与所述现场设备112a-c及116a-c之间的通信为双向，所以所述调度柜122也用于通过所述现场接线盒120a-b，将接收自所述控制器104的输入/输出卡的信息传送到所述现场设备112a-c及116a-c中的相应现场设备。
在所图解的范例中，通过电导、无线及/或光纤通信媒介，所述现场设备112a-c通信连接到所述现场接线盒120a，而所述现场设备116a-c通信连接到所述现场接线盒120b。例如，所述现场接线盒120a-b可以带有一个或多个电气收发器、无线收发器及/或光纤数据收发器，以便与所述现场设备112a-c及116a-c的电气数据收发器、无线数据收发器及/或光纤数据收发器进行通信。在所图解的范例中，所述现场接线盒120b无线地通信连接到所述现场设备116c。在一个选择性的实施例中，可以省略所述调度柜122，而来自所述现场设备112a-c及116a-c的信号可以从所述现场接线盒120a-b直接地传送到所述控制器104的输入/输出卡。在另一个实施例中，可以省略所述现场接线盒120a-b，而所述现场设备112a-c及116a-c可以直接地连接到所述调度柜122。
所述现场设备112a-c及116a-c可以是符合Fieldbus协议的阀、启动器、传感器等等，在这种情况下，所述现场设备112a-c及116a-c通过使用所述广为人知的Fieldbus通信协议的数字数据总线进行通信。当然，其他类别的现场设备及通信协议也可以被使用。例如，所述现场设备112a-c及116a-c也可以是符合Profibus、HART或AS-i协议并通过使用所述广为人知的Fieldbus及HART通信协议进行通信的设备。在有些实施例中，所述现场设备112a-c及116a-c可以使用模拟通信或离散通信来传送信息，而不是使用数字通信来传送信息。此外，所述通信协议可以用于传送与不同数据类别有关的信息。
所述现场设备112a-c及116a-c中的每个现场设备配置成存储现场设备识别信息。所述现场设备识别信息可以是唯一地识别所述现场设备112a-c及116a-c中的每个现场设备的一个物理设备标记(PDT)值、设备标记名称、电子序号等等。在图1A所图解的范例中，所述现场设备112a-c以物理设备标记(PDT)值PDT0-PDT2的形式存储现场设备识别信息，而所述现场设备116a-c则以物理设备标记(PDT)值PDT3-PDT5的形式存储现场设备识别信息。所述现场设备识别信息可以由现场设备制造商及/或由涉及所述现场设备112a-c及116a-c的安装的操作员或工程师存储或编程在所述现场设备112a-c及116a-c中。
为了在所述调度柜122中传送与所述现场设备112a-c及116a-c有关的信息，所述调度柜122带有多个终端模块124a-c及126a-c。所述终端模块124a-c配置成调度与所述第一过程区域114中的所述现场设备112a-c有关的信息，而且所述终端模块126a-c配置成调度与所述第二过程区域118中的所述现场设备116a-c有关的信息。如图所示，所述终端模块124a-c及126a-c通过相应的多芯电缆128a及128b(例如多总线电缆)，通信连接到所述现场接线盒120a-b。在所述调度柜122被省略的一个选择性的实施例中，所述终端模块124a-c及126a-c可以安装在相应的所述现场接线盒120a-b中。
图1A的图解范例描绘一个点到点配置，其中所述多芯电缆128a-b中的每个导线或导线对(例如总线、双绞通信媒介、双线通信媒介等等)传送唯一地与所述现场设备112a-c及116a-c中的相应现场设备有关的信息。例如，所述多芯电缆128a包括一个第一导线130a、一个第二导线130b及一个第三导线130c。明确地说，所述第一导线130a用于构成一个第一数据总线，该第一数据总线配置成在所述终端模块124a及所述现场设备112a之间传送信息，所述第二导线130b用于构成一个第二数据总线，该第二数据总线配置成在所述终端模块124b及所述现场设备112b之间传送信息，而所述第三导线130c用于构成一个第三数据总线，该第三数据总线配置成在所述终端模块124c及所述现场设备112c之间传送信息。在一个选择性的使用多点配线配置的实施例中，所述终端模块124a-c及126a-c中的每个终端模块可以通信连接到一个或多个现场设备。例如，在多点配置中，所述终端模块124a可以通过所述第一导线130a通信连接到所述现场设备112a及另一个现场设备(图中未显示)。在有些实施例中，终端模块可以配置成使用无线网状网络，无线地与多个现场设备进行通信。
所述终端模块124a-c及126a-c中的每个终端模块可以配置成使用不同的数据类别与所述现场设备112a-c及116a-c中的相应现场设备通信。例如，所述终端模块124a可以包括一个数字现场设备界面，以使用数字数据与所述现场设备112a通信，而所述终端模块124b可以包括一个模拟现场设备界面，以使用模拟数据与所述现场设备112b通信。
为了控制所述控制器104(及/或所述工作站102)与所述现场设备112a-c及116a-c之间的通信，所述控制器104带有所述多个输入/输出卡132a-b及134a-b。在所图解的范例中，所述输入/输出卡132a-b配置成控制所述控制器104(及/或所述工作站102)与所述第一过程区域114中的所述现场设备112a-c之间的输入/输出通信，而所述输入/输出卡134a-b配置成控制所述控制器104(及/或所述工作站102)与所述第二过程区域118中的所述现场设备116a-c之间的输入/输出通信。
在图1A图解的范例中，所述输入/输出卡132a-b及134a-b装置在所述控制器104中。为了从所述现场设备112a-c及116a-c传送信息到所述工作站102，所述输入/输出卡132a-b及134a-b传送所述信息到所述控制器104，接着由所述控制器104传送所述信息到所述工作站102。同样地，为了从所述工作站102传送信息到所述现场设备112a-c及116a-c，所述工作站102传送所述信息到所述控制器104，接着由所述控制器104传送所述信息到所述现场设备112a-c及116a-c，而所述输入/输出卡132a-b及134a-b通过所述终端模块124a-c及126a-c传送所述信息到所述现场设备112a-c及116a-c。在一个选择性的实施例中，所述输入/输出卡132a-b及134a-b可以通信连接到所述控制器104内的所述局域网(LAN)106，所以所述输入/输出卡132a-b及134a-b可以与所述工作站102及/或所述控制器104直接地通信。
为了在所述输入/输出卡132a及134a的其中任何一个输入/输出卡发生故障的情况下提供容错操作，所述输入/输出卡132b及134b配置成冗余输入/输出卡。也就是说，如果所述输入/输出卡132a发生故障，所述冗余输入/输出卡132b承担控制并执行所述输入/输出卡132a原应执行的相同的操作。同样地，所述冗余输入/输出卡134b在所述输入/输出卡134a发生故障时承担控制。
为了使得所述终端模块124a-c与所述输入/输出卡132a-b之间及所述终端模块126a-c与所述输入/输出卡134a-b之间能够进行通信，所述终端模块124a-c通过一个第一通用输入/输出总线136a通信连接到所述输入/输出卡132a-b；而所述终端模块126a-c则通过一个第二通用输入/输出总线136b通信连接到所述输入/输出卡134a-b。与所述多芯电缆128a及128b为其所述现场设备112a-c及116a-c中的每一个现场设备使用分别的导线或通信媒介的配置不同，所述通用输入/输出总线136a-b中的每个通用输入/输出总线配置成使用相同的通信媒介来传送相应于多个现场设备(例如所述现场设备112a-c及116a-c)的信息。例如，所述通信媒介可以是串行总线、双线通信媒介(例如双绞线)、光纤、并联总线等等；通过这些通信媒介，与两个或多个现场设备有关的信息可以以(例如)基于分组通信技术、多路复用通信技术等等来传送。
在一个实施例中，所述通用输入/输出总线136a-b使用RS-485串行通信标准来实施。所述RS-485串行通信标准可以配置成使用比其他已知通信标准(例如以太网)较少的通信控制负荷(例如较少标题信息)。然而，在其他实施例中，所述通用输入/输出总线136a-b可以使用任何其他合适的通信标准来实施，包括使用以太网、通用串行总线(USB)、IEEE 1394等等标准来实施。此外，虽然以上将所述通用输入/输出总线136a-b描述为有线通信媒介，但在另一个实施例中，所述通用输入/输出总线136a-b中的一个或两个通用输入/输出总线可以使用无线通信媒介(例如无线以太网、IEEE-802.11、Wi-Fi、Bluetooth)来实施。
所述通用输入/输出总线136a及136b以充分相同的方式用于传送信息。在所图解的范例中，所述通用输入/输出总线136a配置成传送所述通用输入/输出总线136a-b与所述终端模块124a-c之间的信息。所述输入/输出卡132a-b及所述终端模块124a-c使用地址分配方案来使所述输入/输出卡132a-b能够识别哪些信息相应于所述终端模块124a-c中的哪一个终端模块，以及使得所述终端模块124a-c中的每一个终端模块能够确定其哪些信息相应于所述现场设备112a-c中的哪一个现场设备。在一个终端模块(例如所述终端模块124a-c及126a-c的其中之一)连接到所述输入/输出卡132a-b及134a-b的其中之一时，该输入/输出卡自动地(例如从所述终端模块)获得所述终端模块的地址，以便与所述终端模块交换信息。照这样，所述终端模块124a-c及126a-c可以在不需要人工地向所述输入/输出卡132a-b及134a-b提供终端模块地址、也不需要将所述终端模块124a-c及126a-c中的每个终端模块单独地接线到所述输入/输出卡132a-b及134a-b的情况下，在所述相应总线136a-b上的任何位置通信连接。
与已知的、其每个终端模块需要一个分别的通信媒介来与一个控制器进行通信的配置相比，通过使用所述通用输入/输出总线136a-b，在所述调度柜122及所述控制器104之间传送信息所需要的通信媒介(例如电线)的数目充分地缩减。缩减所需要的将所述调度柜122通信连接到所述控制器104的通信媒介的数目(例如缩减通信总线或通信线的数目)，使得所述控制器与所述现场设备112a-c及116a-c之间的连接安装的设计及图纸绘制所需要的工程成本缩减。此外，缩减通信媒介的数目导致缩减安装成本及维修成本。例如，所述输入/输出总线136a-b的其中一个输入/输出总线取代在已知系统中将现场设备通信连接到一个控制器的多个通信媒介。因此，图1A所图解的范例不是维护多个通信媒介来将所述现场设备112a-c及116a-c通信连接到所述输入/输出卡132a-b及134a-b，而是通过使用所述输入/输出总线136a-b，所以需要的维护显著较少。
此外，缩减将所述调度柜122通信连接到所述输入/输出卡132a-b及134a-b所需要的通信媒介的数目，导致有更多可用空间供更多终端模块(例如终端模块124a-b及124a-c)使用，从而增加所述调度柜122相对于已知系统的输入/输出密度。在图1A的图解范例中，所述调度柜122能够容纳许多终端模块，在已知的系统实施中，这些终端模块需要更多调度柜(例如三个调度柜)来容纳。
通过提供可以配置成使用不同数据类别界面(例如不同频道类别)来同所述现场设备112a-c及116a-c进行通信，而且配置成使用相应的通用输入/输出总线136a及136b来同所述输入/输出卡132a-b及134a-b进行通信的所述终端模块124a-c及所述终端模块126a-c，图1A的图解范例使得能够在不需要为所述输入/输出卡132a-b及134a-b实施多个不同现场设备界面类别的情况下，将与不同现场设备数据类别(例如所述现场设备112a-c及116a-c使用的数据类别或频道类别)有关的数据传送到所述输入/输出卡132a-b及134a-b。因此，带有一个界面类别(例如通过所述输入/输出总线136a及/或所述输入/输出总线136b进行通信的输入/输出总线界面类别)的一个输入/输出卡可以与多个带有不同现场设备界面类别的现场设备进行通信。
使用所述输入/输出总线136a及/或所述输入/输出总线136b来在所述控制器104与所述终端模块124a-c及126a-c之间交换信息，使得能够在设计或安装过程的较迟阶段定义现场设备到输入/输出卡连接路由。例如，所述终端模块124a-c及126a-c可以置于所述调度柜122内的多个位置，同时保持到所述输入/输出总线136a及136b的一个相应输入/输出总线的通路。
在所图解的范例中，所述调度柜122、所述终端模块124a-c及126a-c、所述输入/输出卡132a-b及134a-b以及所述控制器104使得容易将现有的过程控制系统装置移到与图1A所示的范例过程控制系统100的配置充分相似的配置。例如，由于所述终端模块124a-c及126a-c可以配置成包括任何合适的现场设备界面类别，所述终端模块124a-c及126a-c可以配置成通信连接到已经安装在一个过程控制系统的现有现场设备。同样地，所述控制器104可以配置成包括一个已知局域网(LAN)界面，以通过一个局域网(LAN)与一个已经安装的工作站进行通信。在有些实施例中，所述输入/输出卡132a-b及134a-b可以安装在或通信连接到已知控制器，所以不需要更换已经安装在过程控制系统的控制器。
在所图解的范例中，所述输入/输出卡132a包括一个数据结构133，而所述输入/输出卡134a包括一个数据结构135。所述数据结构133存储相应于被指定通过所述通用输入/输出总线136a与所述输入/输出卡132a进行通信的现场设备(例如现场设备112a-c)的现场设备识别号码(例如现场设备识别信息)。所述终端模块124a-c可以使用存储在所述数据结构133的所述现场设备识别号码，以确定现场设备是否不正确地连接到所述终端模块124a-c的其中一个。所述数据结构135存储相应于被指定通过所述通用输入/输出总线136b与所述输入/输出卡134a进行通信的现场设备(例如现场设备116a-c)的现场设备识别号码(例如现场设备识别信息)。所述数据结构133及135可以由工程师、操作员及/或用户在配置时间或在所述范例过程控制系统100的操作进行时通过所述工作站102填写。虽然图中未显示，所述冗余输入/输出卡132b存储一个与所述数据结构133相同的数据结构，而所述冗余输入/输出卡134b存储一个与所述数据结构135相同的数据结构。附加地或可选择地，所述数据结构133及135可以存储在所述工作站102中。
在所图解的范例中，所述调度柜122被显示位于与所述过程控制器区域110分开的一个终端区域140。通过使用所述输入/输出总线136a-b——而不是使用数目显著更多的通信媒介(例如多个通信总线，其中每个总线唯一地与所述现场设备112a-c及116a-c的其中之一有关)——来将所述终端模块124a-c及126a-c通信连接到所述控制器104，使得容易在没有显著减低通信可靠性的情况下将所述控制器104定位于距离所述调度柜122比已知配置距离所述调度柜122相对较远的位置。在有些实施例中，所述过程控制器区域110及所述终端区域140可以结合，所以所述调度柜122及所述控制器104位于相同区域。无论如何，将所述调度柜122及所述控制器104放置在与所述过程区域114及118分开的区域使得能够使所述输入/输出卡132a-b及134a-b、所述终端模块124a-c及126a-c及所述通用输入/输出总线136a-b与所述过程区域114及118可能涉及的苛刻环境条件(例如热量、湿度、电磁噪声等等)隔离。照这样，所述终端模块124a-c及126a-c和所述输入/输出卡132a-b及134a-b的设计及制造的成本及复杂性相对于为所述现场设备112a-c及116a-c制造通信及控制线路而言，可以充分地缩减，这是由于所述终端模块124a-c及126a-c和所述输入/输出卡132a-b及134a-b不需要操作规格特征(例如屏蔽、更鲁棒的线路、更复杂的检错等等)来提供在所述过程区域114及118的环境条件下操作将需要提供的确保可靠操作(例如可靠数据通信)的保证。
图1B-1D描绘可以用于通信连接工作站、控制器及输入/输出卡的选择性实施例。例如，在图1B描绘的图解范例中，一个控制器152(其执行与图1A所示的控制器104的功能充分地相同的功能)通过一个背板通信总线158通信连接到所述输入/输出卡154a-b及156a-b。所述输入/输出卡154a-b及156a-b执行与图1A所示的输入/输出卡132a-b及134a-b的功能充分地相同的功能，而且配置成通信连接到所述通用输入/输出总线136a-b，以便同所述终端模块124a-c及126a-c交换信息。为了与所述工作站102进行通信，所述控制器152通过所述局域网(LAN)106通信连接到所述工作站102。
在图1C描绘的另一个图解范例中，一个控制器162(其执行与图1A所示的控制器104的功能充分地相同的功能)通过所述局域网(LAN)106通信连接到所述工作站102及所述输入/输出卡164a-b及166a-b中的多个输入/输出卡。所述输入/输出卡164a-b及166a-b执行与图1A所示的输入/输出卡132a-b及134a-b的功能充分地相同的功能，而且配置成通信连接到所述通用输入/输出总线136a-b，以便同所述终端模块124a-c及126a-c交换信息。然而，与图1A所示的输入/输出卡132a-b及134a-b和图1B所示的输入/输出卡154a-b及156a-b不同，所述输入/输出卡164a-b及166a-b配置成通过所述局域网(LAN)106与所述控制器162及所述工作站102进行通信。照这样，所述输入/输出卡164a-b及166a-b可以与所述工作站102直接地交换信息。
在图1D描绘的再另一个图解范例中，输入/输出卡174a-b及176a-b(其执行与图1A所示的输入/输出卡132a-b及134a-b的功能充分地相同的功能)实施在一个工作站172(其执行与图1A所示的工作站102的功能充分地相同的功能)中。在有些实施例中，虽然所述物理的输入/输出卡174a-b及176a-b并未包括在所述工作站172中，但所述输入/输出卡174a-b及176a-b的功能却在所述工作站172中实施。在图1D的图解范例中，所述输入/输出卡174a-b及176a-b配置成通信连接到所述通用输入/输出总线136a-b，以便同所述终端模块124a-c及126a-c交换信息。此外，在图1D的图解范例中，所述工作站172可以配置成执行与所述控制器104的功能充分地相同的功能，所以不需要提供控制器来执行过程控制策略。然而，可以提供控制器。
图2为图1A所示的范例调度柜122的详图。在所图解的范例中，所述调度柜122带有插轨202a及202b，以接纳所述终端模块124a-c。此外，所述调度柜122带有一个输入/输出总线收发器206，该输入/输出总线收发器206将所述终端模块124a-c通信连接到以上描述有关图1A所示的通用输入/输出总线136a。所述输入/输出总线收发器206可以使用变送器放大器和接收器放大器来实施，其调整在所述终端模块124a-c与所述输入/输出卡132a-b之间交换的信息。所述调度柜122带有另一个通用输入/输出总线208，该通用输入/输出总线208将所述终端模块124a-c通信连接到所述输入/输出总线收发器206。在所图解的范例中，所述输入/输出总线收发器206配置成使用固定通信媒介来传送信息。虽然图中未显示，但所述调度柜122可以带有另一个与所述输入/输出总线收发器206充分相似或相同的输入/输出总线收发器，以使所述终端模块126a-c与所述输入/输出卡134a-b通信连接。
使用一个通用通信界面(例如所述输入/输出总线208及所述输入/输出总线136a)来在所述输入/输出卡132a-b及所述终端模块124a-c之间交换信息，使得能够在设计或安装过程的较迟阶段定义现场设备到输入/输出卡连接路由。例如，所述终端模块124a-c可以在所述调度柜122内的多个位置(例如所述插轨202a-b的多个终端模块插座)通信连接到所述输入/输出总线208。此外，所述输入/输出卡132a-b及所述终端模块124a-c之间的通用通信界面(例如所述输入/输出总线208及所述输入/输出总线136a)缩减所述输入/输出卡132a-b及所述终端模块124a-c之间的通信媒介的数目(例如通信总线及/或线缆的数目)，因此使得能够在所述调度柜122内安装比在已知的调度柜配置中可以安装的已知终端模块的数目相对较多的终端模块124a-c(及/或所述终端模块126a-c)。
为了显示现场设备识别信息及/或其他与所述终端模块124a-c有关的现场设备信息，所述终端模块124a-c中的每个终端模块带有一个显示器212(例如电子终端标志)。所述终端模块124a-c的所述显示器212显示所述现场设备112a(图1A)的现场设备识别(例如现场设备标记符)。此外，所述终端模块124a-c的所述显示器212可以用于显示现场设备活动信息(例如测量信息、线路电压等等)、数据类别信息(例如模拟信号、数字信号等等)、现场设备状况信息(例如设备运行、设备停止、设备错误等等)及/或任何其他现场设备信息。如果所述终端模块124a配置成通信连接到多个现场设备(例如图1A所示的现场设备112a及其他现场设备(图中未显示))，所述显示器212可以用于显示与通信连接到所述终端模块124a的所有所述现场设备有关的现场设备信息。在所图解的范例中，所述显示器212使用液晶显示器(LCD)来实施。然而，在另一个实施例中，所述显示器212可以使用任何其他合适的显示技术来实施。
为了检索所述现场设备识别信息及/或其他现场设备信息，所述终端模块124a-c中的每个终端模块带有一个贴标器214(例如终端贴标器)。例如，在所述现场设备112a通信连接到所述终端模块124a时，所述终端模块124a的所述贴标器214从所述现场设备112a(及/或通信连接到所述终端模块124a的其他现场设备)检索所述现场设备识别信息及/或任何其他现场设备信息，并通过所述端模块124a的所述显示器212显示所述信息。所述贴标器214在以下有关图8的讨论中详细描述。提供所述显示器212及所述贴标器214可以缩减人工地将标签贴到与终端模块及现场设备有关的电线及/或总线上所需的成本及安装时间。然而，在有些实施例中，人工的线缆标记的使用也可以涉及所述显示器212及所述贴标器214。例如，通过使用所述显示器212及所述贴标器214来确定所述现场设备112a-c及116a-c中的哪个现场设备连接到所述终端模块124a-c及126a-c中的每个终端模块，所述现场设备112a-c及116a-c可以相对迅速地通信连接到所述输入/输出卡132a-b及134a-b。随后，在安装完成之后，标记可以选择地添加到在所述终端模块124a-c及126a-c和所述现场设备112a-c及116a-c之间伸展的所述总线或电线上。通过将所述显示器212及所述贴标器214显示状况信息(例如设备错误、设备告警、设备运行、设备停止、设备失效等等)来方便故障诊断过程，所述显示器212及所述贴标器214也可以缩减维修操作的成本及时间。
为了向所述终端模块124a-c、所述输入/输出总线收发器206及所述显示器212提供电力，所述调度柜122带有一个电源216。在所图解的范例中，所述终端模块124a-c使用来自所述电源216的电力，向用于与现场设备(例如图1A所示的现场设备112a-c及116a-c)通信的通信信道或通信界面提供动力，及/或向所述现场设备提供其操作所需的电力。
图3为另一个范例调度柜300，其可以用于实施图1A所示的范例调度柜122。在所图解的范例中，所述调度柜300带有一个无线输入/输出总线通信控制器302，以通过一个无线通用输入/输出连接304与图1A所示的控制器104进行通信。如图3所示，与图1A所示的终端模块124a-c及126a-c充分相似或相同的多个终端模块306插入所述轨道插座308a及308b，而且通过所述调度柜300内的一个通用输入/输出总线309通信连接到所述无线输入/输出总线通信控制器302。在所图解的范例中，所述无线输入/输出总线通信控制器302仿真图1A所示的控制器104的一个输入/输出卡(例如图1A所示的输入/输出卡134a)，以使所述终端模块306能够与所述控制器104进行通信。
与图2的图解范例(其中所述显示器212安装在所述终端模块124a-c上)不同，在图3的图解范例中，多个显示器310安装在所述调度柜300中用来接纳终端模块的插座上。照这样，在所述终端模块306插入及通信连接到一个现场设备(例如图1A所示的现场设备112a-c的其中一个)时，所述终端模块306的一个贴标器214及所述显示器310中的一个相应显示器可以用于显示指示连接到所述终端模块306的现场设备的现场设备识别信息。所述显示器310也可以用于显示任何其他现场设备信息。所述调度柜300带有一个电源312，该电源312与图2所示的电源216充分相似或相同。
图4描绘图1A及2所示的一个范例终端模块124a的俯视图，而图5描绘图1A及2所示的一个范例终端模块124a的侧视图。在图4的图解范例中，所述显示器212是在所述范例终端模块124a的顶面上，所以操作员或用户在所述范例终端模块124a插入所述轨道插座202a(图3)时能够看得见所述显示器212。如图5的图解范例所示，所述范例终端模块124a可移动地连接到一个底座402。所述范例终端模块124a包括多个接触点404(其中两个在图中显示)，这些接触点404将所述终端模块124a通信连接及/或电气地连接到所述底座402。照这样，所述底座402可以连接到所述调度柜122(图1A及2)，而所述终端模块124a可以通过所述底座402连接到所述调度柜122或从所述调度柜122拆除。所述底座402带有终端螺丝406(例如现场设备界面)，以系住所述现场设备112a或从所述现场设备112a获得导电通信媒介(例如总线)。在所述终端模块124a移动地连接到所述底座402时，所述终端螺丝406通信连接到一个或多个所述接触点404，以使得能够在所述终端模块124a与所述现场设备112a之间传送信息。在另一个实施例中，所述底座402可以带有任何其他合适类别的现场设备界面(例如插座)，而不是终端螺丝406。此外，虽然图中显示一个现场设备界面(例如所述终端螺丝406)，但所述底座402可以带有更多的现场设备界面，这些现场设备界面配置成使得能够将多个现场设备通信连接到所述终端模块124a。
为了将所述终端模块124a通信连接到图2所示的通用输入/输出总线208，所述底座402带有一个通用输入/输出总线连接器408(图5)。在用户将所述底座402插入所述插轨202a或所述插轨202b(图2)时，所述通用输入/输出总线连接器408与所述通用输入/输出总线208接合。所述通用输入/输出总线连接器408可以使用任何合适的界面来实施，包括以相对简单的界面(比如绝缘穿孔连接器)来实施。为了使得能够在所述终端模块124a与所述输入/输出总线208之间传送信息，所述输入/输出总线连接器408连接到所述终端模块124a的一个或多个接触点404。
如图5所示，所述底座402也可以带有一个选择性显示器界面连接器410，以将所述终端模块124a通信连接到一个外部显示器(例如图3所示的其中一个显示器310)。例如，如果所述终端模块124a实施成不带有所述显示器212，所述终端模块124a可以使用所述显示器界面连接器410来向一个外部显示器(例如图3所示的其中一个显示器310)输出现场设备识别信息或任何其他现场设备信息。
图6为图1A及2所示的范例终端模块124a的详细框图，图7为图1A所示的范例输入/输出卡132a的详细框图，而图8为图2、3及6所示的范例贴标器214的详细框图。所述范例终端模块124a、所述范例输入/输出卡132a及所述范例贴标器214可以使用任何期望的硬件、固件及/或软件的结合来实施。例如，可以使用一个或多个集成电路、离散半导体元件或无源电子元件。附加地或可选择地，所述范例终端模块124a、所述范例输入/输出卡132a及所述范例贴标器214的一些或所有的块或其部分，可以使用存储在机器可存取媒介的指令、编码及/或其他软件及/或固件等等来实施；这些存储在机器可存取媒介的指令、编码及/或其他软件及/或固件等等在由(例如)处理器系统(例如图13所示的范例处理器系统1310)执行时，执行在图10A、10B、11A、11B及12的流程图中所表达的操作。虽然所述范例终端模块124a、所述范例输入/输出卡132a及所述范例贴标器214被描述为带有一个以下所述的每种块，但所述范例终端模块124a、所述范例输入/输出卡132a及所述范例贴标器214的之中每个可以带有以下所述的两个或多个任何相应的块。
参看图6，所述范例终端模块124a包括一个通用输入/输出总线界面602，以使所述范例终端模块124a能够与图1A所示的输入/输出卡132a-b(或与任何其他输入/输出卡)进行通信。所述输入/输出总线界面602可以使用(例如)所述RS-485串行通信标准、以太网等等来实施。为了识别所述终端模块124a的一个地址及/或所述输入/输出卡132a的一个地址，所述终端模块124a带有一个地址识别器604。所述地址识别器604可以配置成在所述终端模块124a插入所述调度柜122时，向所述输入/输出卡132a(图1A)查询终端模块地址(例如网络地址)。照这样，所述终端模块124a可以在传送信息到所述输入/输出卡132a时使用所述终端模块地址为源地址，而所述输入/输出卡132a在传送信息到所述终端模块124a时使用所述终端模块地址为目的地址。
为了控制所述终端模块124a的多种操作，所述终端模块124a带有一个操作控制器606。在一个实施例中，所述操作控制器606可以使用微处理器或微控制器来实施。所述操作控制器606向所述终端模块124a的其他部分传送指令或命令，以控制这些部分的操作。
所述范例终端模块124a带有一个输入/输出总线通信处理器608，以通过所述通用输入/输出总线136a与所述输入/输出卡132a交换信息。在所图解的范例中，所述输入/输出总线通信处理器608包封化向所述输入/输出卡132a传送的信息，并且逆包封化接收自所述输入/输出卡132a的信息。在所图解的范例中，所述输入/输出总线通信处理器608为每一个需传送的包产生标题信息，并且读取来自接收的包的标题信息。范例标题信息包括一个目的地址(例如所述输入/输出卡132a的网络地址)、一个源地址(例如所述终端模块124a的网络地址)、一个包类别或数据类别(例如模拟现场设备信息、现场设备信息、命令信息、温度信息、实时数据值等等)以及检错信息(例如循环冗余码校验(CRC))。在有些实施例中，所述输入/输出总线通信处理器608及所述操作控制器606可以使用相同的微处理器或微控制器来实施。
为了提供(例如获得及/或产生)现场设备识别信息及/或任何其他现场设备信息(例如活动信息、数据类别信息、状况信息等等)，所述终端模块124a带有所述贴标器214(图2及3)。所述贴标器214在以下有关图8的讨论中详细描述。所述终端模块124a也包括所述显示器212(图2)，以显示所述现场设备识别信息及/或任何其他由所述贴标器214提供的现场设备信息。
为了控制提供给图1A所示的现场设备112a(或任何其他现场设备)的功率数量，所述终端模块124a带有一个现场功率控制器610。在所图解的范例中，在所述调度柜122(图2)中的所述电源216向所述终端模块124a提供电力，从而向一个通信信道界面提供动力以便同所述现场设备112a进行通信。例如，有些现场设备使用12伏特来进行通信，而其他现场设备使用24伏特来进行通信。在所图解的范例中，所述现场功率控制器610配置成调整、控制及提高/减低由所述电源216提供给所述终端模块124a的电力。在有些实施例中，所述现场功率控制器610配置成限制用于与所述现场设备进行通信及/或传送到所述现场设备的电力的数量，以便充分地缩减或消除在易燃或可燃环境中发生火花的风险。
为了将接收自所述电源216(图2)的电力转换为提供给所述终端模块124a及/或所述现场设备112a的电力，所述终端模块124a带有一个功率转换器612。在所图解的范例中，用于实施所述终端模块124a的线路使用一个或多个电压电平(例如3.3V)，这些电压电平与所述现场设备112a需要的电压电平不同。所述功率转换器612配置成使用接收自所述电源216的功率，为所述终端模块124a及所述现场设备112a提供不同的电压电平。在所图解的范例中，由所述功率转换器612产生的电功率输出用于向所述终端模块124a及所述现场设备112a提供动力，以及用于在所述终端模块124a及所述现场设备112a之间传送信息。有些现场设备通信协议要求比其他通信协议相对较高或较低的电压电平及/或电流电平。在所图解的范例中，所述现场功率控制器610控制所述功率转换器612，以便提供电压电平来为所述现场设备112a提供动力以及与所述现场设备112a进行通信。然而，在其他的实施例中，由所述功率转换器612产生的电功率输出可以用于为所述终端模块124a提供动力，而在所述调度柜122外的一个单独的电源则用于为所述现场设备112a提供动力。
为了使所述终端模块124a的线路与所述输入/输出卡132a电气地隔离，所述终端模块124a带有一个或多个隔离设备614。所述隔离设备614可以使用电化隔离器及/或光隔离器来实施。一个范例隔离配置在以下有关图9的讨论中详细描述。
为了进行模拟信号及数字信号之间的转换，所述终端模块124a带有一个数字到模拟转换器616及一个模拟到数字转换器618。所述数字到模拟转换器616配置成将接收自所述输入/输出卡132a的以数字方式表达的模拟值转换为可以传送到图1A所示的现场设备112a的模拟值。所述模拟到数字转换器618配置成将接收自所述现场设备112a的模拟值(例如测量值)转换为可以传送到所述输入/输出卡132a的以数字方式表达的值。在所述终端模块124a配置成与所述现场设备112a以数字方式进行通信的一个选择性的实施例中，所述数字到模拟转换器616及所述模拟到数字转换器618可以从所述终端模块124a中省略。
为了控制与所述现场设备112a之间的通信，所述终端模块124a带有一个现场设备通信处理器620。所述现场设备通信处理器620确保，接收自所述输入/输出卡132a的信息是需要传送到所述现场设备112a的正确格式及电压类别(例如模拟或数字)。所述现场设备通信处理器620也配置成包封化或逆包封化信息——如果所述现场设备112a配置成使用数字信息来通信。此外，所述现场设备通信处理器620也配置成从所述现场设备112a提取信息，并将所述信息传送到所述模拟到数字转换器618及/或传送到所述输入/输出总线通信处理器608，以便随后传送到所述输入/输出卡132a。在所图解的范例中，所述现场设备通信处理器620也配置成时戳接收自所述现场设备112a的信息。在所述终端模块124a产生时戳，使得便于在亚毫秒范围使用时戳准确性来实施事件顺序(SOE)操作。例如，所述时戳及相应信息可以传送到所述控制器104及/或所述工作站102。由(例如)所述工作站102(图1A)或任何其他处理器系统执行的事件顺序(SOE)操作接着可以用于分析在操作的特定状况(例如故障模式)之前、在特定状况期间及/或在特定状况后发生了什么，以确定什么导致操作的所述特定状况发生。在亚毫秒范围内的时戳使得能够使用相对较高的粒度来俘获事件。在有些实施例中，所述现场设备通信处理器620及所述操作控制器606可以使用相同的微处理器或微控制器来实施。
一般上，与所述现场设备通信处理器620相似的现场设备通信处理器带有通信协议功能，或带有相应于它们配置来与其进行通信的现场设备的类别的其他通信功能(例如Fieldbus通信协议功能、HART通信协议功能等等)。例如，如果所述现场设备112a使用HART设备来实施，所述终端模块124a的所述现场设备通信处理器620带有HART通信协议功能。在所述终端模块124a从所述输入/输出卡132a接收打算供所述现场设备112a使用的信息时，所述现场设备通信处理器620根据所述HART通信协议将所述信息格式化，并将所述信息传送到所述现场设备112a。
在所图解的范例中，所述现场设备通信处理器620配置成处理直通信息。直通信息发生在一个工作站(例如图1A所示的工作站102)，而且被当成有效载荷(例如通信包的数据部分)，通过一个控制器(例如图1A所示的控制器104)传送到一个终端模块(例如图1A所示的终端模块124a)，以传送到一个现场设备(例如图1A所示的现场设备112a)。例如，在所述工作站102发生、打算传送到所述现场设备112a的一个信息在所述工作站102以一个通信协议描述符(例如HART协议描述符)标记，及/或根据所述现场设备112a的通信协议格式化。所述工作站102接着将所述信息包成含一个或多个通信包的有效载荷，以便将所述信息作为一个直通信息从所述工作站102，通过所述输入/输出控制器104传送到所述终端模块124a。包装所述信息涉及(例如)根据一个用于与所述现场设备通信的通信协议(例如Fieldbus协议、HART协议等等)，在标题信息内包封化所述信息。在所述终端模块124a从所述输入/输出卡132a接收包含所述直通信息的通信包时，所述输入/输出总线通信处理器608(图6)从所接收的通信包中提取所述有效载荷。所述现场设备通信处理器620(图6)接着从所述有效载荷中解包所述直通信息，根据由所述工作站102产生的通信协议描述符来格式化所述信息(如果还没有在所述工作站102格式化)，并将所述信息传送到所述现场设备112a。
所述现场设备通信处理器620也配置成以相似的方式将直通信息传送到所述工作站102。例如，如果所述现场设备112a产生一个打算传送到所述工作站102的信息(例如对所述工作站信息或任何其他信息的响应)，所述现场设备通信处理器620将来自所述现场设备112a的所述信息包成所述有效载荷的一个或多个通信包，而所述输入/输出总线通信处理器608将包含所述已包信息的一个或多个包传送到所述输入/输出卡132a。在所述工作站102从所述控制器104接收包含所述已包信息的包时，所述工作站102可以解包及处理所述信息。
所述终端模块124a带有一个现场设备界面622，该现场设备界面622配置成将所述终端模块124a通信连接到一个现场设备(例如图1A所示的现场设备112a)。例如，所述现场设备界面622可以通过一个或多个所述接触点404(图4)通信连接到图4及5所示的终端螺丝406。
现在参看图7，图1A所示的范例输入/输出卡132a包括一个通信界面702，以便将所述输入/输出卡132a通信连接到所述控制器104(图4)。此外，所述范例输入/输出卡132a包括一个通信处理器704，以控制与所述控制器104之间的通信以及包封化及解包与所述控制器104交换的信息。在所图解的范例中，所述通信界面702及所述通信处理器704配置成向所述控制器104传送打算向所述控制器104传送的信息以及需向所述工作站102(图1A)传送的信息。为了传送打算向所述工作站102传送的信息，所述通信界面702可以配置成根据一个通信协议(例如传输控制协议(TCP)、用户协议(UDP)等等)，将含一个或多个通信包的所述有效载荷中的信息(来自所述现场设备112a-c、所述终端模块124a-c及/或所述输入/输出卡132a的信息)包封化，以及将包含所述信息的包传送到所述工作站102。所述工作站102接着可以从所接收的包解包所述有效载荷，并解开所述有效载荷中的信息。在所图解的范例中，由所述通信界面702传送到所述工作站102的包的所述有效载荷中的信息可以包含一个或多个包封器。例如，来自现场设备(例如所述现场设备112a)的信息可以包封在现场设备通信协议包封器(例如FOUNDATION Fieldbus通信协议包封器、HART通信协议包封器等等)中，而所述通信界面702根据基于传输控制协议(TCP)的协议、基于用户数据报协议(UDP)的协议或任何其他协议来进行包封，以使所述控制器104能够随后传送所述信息到所述工作站102。以相似的方式，所述通信界面702可以配置成解包封由所述工作站102传送到所述控制器104并打算传送到所述现场设备112a-c、所述终端模块124a-c及/或所述输入/输出卡132a的信息。
在一个选择性的实施例中，所述通信界面702及所述通信处理器704可以传送信息(带或不带现场设备通信协议包封器)到所述控制器104，而所述控制器104可以以上述的相同方式包封化打算传送到所述工作站102的信息。所述通信界面702及所述通信处理器704可以使用任何固定或无线通信标准来实施。
在一个选择性的实施例中，比如在图1C的图解范例中，所述通信界面702及所述通信处理器704可以配置成通过所述局域网(LAN)106与所述工作站102及/或所述控制器162进行通信。
为了使用户能够与所述输入/输出卡132a互动及/或存取所述输入/输出卡132a，所述输入/输出卡132a带有一个或多个用户界面端口706。在所图解的范例中，所述用户界面端口706包括一个键盘界面端口703及一个移动手携式计算机(例如个人数字助理(PDA)、手写式个人计算机等等)界面端口707。例如，图中显示一个个人数字助理(PDA)708使用无线通信，通信连接到所述用户界面端口706。
为了使所述输入/输出卡132a能够通信连接到所述通用输入/输出总线136a(图1A)，所述输入/输出卡132a带有一个输入/输出总线界面710。为了处理通过所述输入/输出总线136a交换的通信信息及为了控制通过所述输入/输出总线136a进行的通信，所述输入/输出卡132a带有一个输入/输出总线通信处理器712。所述输入/输出总线界面710可以是与图6所示的输入/输出总线界面602相似或相同，而所述输入/输出总线通信处理器712可以是与图6所示的输入/输出总线通信处理器608相似或相同。为了将图1A所示的控制器104提供的电功率转换为驱动及操作所述输入/输出卡132a及/或与所述终端模块124a-c进行通信所需要的电功率，所述输入/输出卡132a带有一个功率转换器714。
现在参看图8，所述范例贴标器214包括一个通信界面802，该通信界面802配置成将所述贴标器214通信连接到一个终端模块(例如图1A、2、4、5及6所示的终端模块124a)及/或一个现场设备(例如图1A所示的现场设备112a)，以便检索现场设备识别信息(例如设备标识值、设备名称、电子序号等等)及/或其他现场设备信息(例如活动信息、数据类别信息、状况信息等等)。为了控制与所述终端模块124a及/或与所述现场设备112a进行的通信，所述贴标器214带有一个通信处理器804。
为了检测与现场设备(例如图1A所示的现场设备112a)之间的连接，所述范例贴标器214带有一个连接检测器806。所述连接检测器806可以使用(例如)电压传感器、电流传感器、逻辑电路等等来实施；在所述现场设备112a已经连接到所述终端模块124a时，这些设备可以检测到。在所图解的范例中，在所述连接检测器806确定所述现场设备112a已经连接到所述终端模块124a时，所述连接检测器806使一个通知(例如一个中断信号)传送到所述通信处理器804，以指示所检测的连接。所述通信处理器804接着对所述终端模块124a及/或所述现场设备112a查询所述现场设备112a的现场设备识别信息。在一个实施例中，所述连接检测器806也可以配置成确定将所述现场设备112a通信连接到所述终端模块124a的连接的类别，比如多点连接、点到点连接、无线网状网络连接、光连接等等。
为了显示所述现场设备识别信息及/或其他现场设备信息，所述终端模块124a带有一个显示器界面808。在所图解的范例中，所述显示器界面808配置成驱动及控制一个液晶显示器(LCD)。例如，所述显示器界面808可以配置成控制安装在所述终端模块124a的所述LCD显示器212(图2)或安装在所述调度柜300(图3)的所述LCD显示器310。然而，在其他的实施例中，所述显示器界面808也可以配置成驱动其他显示器类别。
为了检测所述现场设备112a的活动，所述贴标器214带有一个现场设备活动检测器810。在所图解的范例中，在所述通信处理器804从所述终端模块124a及/或所述现场设备112a接收数据时，所述通信处理器804将所接收的数据传送到所述现场设备活动检测器810。所述现场设备活动检测器810接着从所述数据提取过程变量(PV)值，包括(例如)由所述现场设备112a产生的测量信息(例如温度、压力、线路电压等等)或其他监测信息(例如阀关闭、阀开启等等)。所述显示器界面808接着可以显示所述现场设备活动信息(例如所述变量(PV)值、测量信息、监测信息等等)。
为了检测所述现场设备112a的状况，所述贴标器214带有一个现场设备状况检测器812。所述现场设备状况检测器812配置成根据由所述通信处理器804从所述终端模块124a及/或所述现场设备112a接收的信息，提取与所述现场设备112a有关的状况信息(例如设备运行、设备停止、设备错误、设备告警、设备健康(开环、短路等等)、设备通信状况等等)。所述显示器界面808接着可以显示所接收的状况信息。
为了识别所述现场设备112a，所述贴标器214带有一个现场设备识别器814。所述现场设备识别器814配置成根据由所述通信处理器804从所述终端模块124a及/或所述现场设备112a接收的信息，提取所述现场设备识别信息(例如设备标识值、设备名称、电子序号等等)。所述显示器界面808接着可以显示所述现场设备识别信息。在一个实施例中，所述现场设备识别器814也可以配置成检测现场设备类别(例如阀启动器、压力传感器、温度传感器、流率传感器等等)。
为了识别与所述现场设备112a有关的数据类别，所述贴标器214带有一个数据类别识别器816。所述数据类别识别器816配置成根据由所述通信处理器804从所述终端模块124a及/或所述现场设备112a接收的信息，提取所述数据类别识别信息。例如，所述终端模块124a可以存储一个数据类别描述符变量，所述数据类别描述符变量指示配置成与所述终端模块124a通信的现场设备的类别(例如模拟、数字等等)，而所述终端模块124a可以将所述数据类别描述符变量传送到所述贴标器214的通信处理器804。所述显示器界面808接着可以显示所述数据类别。
图9描绘一个隔离线路配置，该隔离线路配置可以实施于图1A所示的范例终端模块124a及124b，以电气地使所述终端模块124a-b相互隔离，以及电气地使现场设备112a-b与所述通用输入/输出总线136a隔离。在所图解的范例中，所述终端模块124a-b中的每个终端模块包括相应的终端模块线路902及904(例如以上描述的有关图6的一个或多个块)。此外，所述终端模块124a-b通过所述现场接线盒120a，连接到它们的相应现场设备112a-b。而且，所述终端模块124a-b连接到所述通用输入/输出总线136a及所述电源216。为了电气地使所述终端模块线路902与所述通用输入/输出总线136a隔离，所述终端模块124a带有一个隔离线路906。照这样，所述终端模块线路902可以配置成在所述现场设备112a中发生动力高峰或其他动力变化时遵循所述现场设备112a的电压电平而不影响所述通用输入/输出总线136a的电压，也不会导致损坏所述输入/输出卡132a(图1A)。所述终端模块124b也包括一个隔离线路908，所述隔离线路908配置成使所述终端模块线路904与所述通用输入/输出总线136a隔离。所述隔离线路906及908及任何其他实施在所述终端模块124a-b的隔离线路可以使用光隔离线路或电化隔离线路来实施。
为了使所述终端模块线路902与所述电源216隔离，所述终端模块124a带有一个隔离线路910。同样地，所述终端模块124b带有一个隔离线路912，以便使所述终端模块线路904与所述电源216隔离。通过使所述终端模块线路902及904与所述电源216隔离，任何与所述现场设备112a-b有关的电力变化(例如动力高峰、电流刺波等等)将不会损害所述电源216。此外，所述终端模块124a-b的其中一个终端模块中的任何电力变化将不会损害或影响所述终端模块124a-b的其中另一个终端模块的操作。
在已知的过程控制系统中，已知调度柜中带有隔离线路，因此缩减已知终端模块的可用空间。然而，在图9所示的终端模块124a及124b中提供所述隔离线路906、910、908及912缩减了所述调度柜122(图1A及2)中需要用于隔离线路的空间，因此增加了终端模块(例如所述终端模块124a-c及126a-c)的可用空间。此外，在终端模块(例如所述终端模块124a-b)中实施隔离线路(例如所述隔离线路906、910、908及912)使得能够选择地为需要隔离的终端模块使用隔离线路。例如，图1A所示的终端模块124a-c及126a-c中的有些终端模块可以在不带隔离线路的情况下实施。
图10A、10B、11A、11B及12是范例方法的流程图，这些范例方法可以用于实施终端模块(例如图1A、2及4-6所示的终端模块124a)、输入/输出卡(例如图1A及7所示的输入/输出卡132a)以及贴标器(例如图2、3及8所示的贴标器214)。在有些实施例中，图10A、10B、11A、11B及12所示的范例方法可以使用包括由处理器(例如图13所示的范例处理器系统1310中的处理器1312)执行的编程的机器可存取指令来实施。所述编程可以实施于存储在有形媒介(比如只读光盘存储器(CD-ROM)、软盘、硬盘、多功能数字光盘(DVD)或与所述处理器1312有关的存储器)及/或以广为人知的方式实施于固件及/或专用硬件。此外，虽然参考图10A、10B、11A、11B及12所示的流程图对所述范例编程进行描述，但本领域的普通工程技术人员将可以理解，可以选择许多其他方法来实施在此描述的范例终端模块124a、范例输入/输出卡132a及范例贴标器214。例如，所述流程块的执行顺序可以更改及/或所述流程块中的一些流程块可以更改、删除或结合。
详细参看图10A及10B，图10A及10B所示的范例方法以图1A、2及4-6所示的范例终端模块124a来描述。然而，图10A及10B所示的范例方法可以用于实施任何其他终端模块。图10A及10B所示的流程图用于描述所述终端模块124a怎样在所述现场设备112a及所述输入/输出卡132a之间传送信息。最初，所述终端模块124a确定其是否已经接收通信信息(流程块1002)。例如，如果所述输入/输出总线通信处理器608(图6)或所述现场设备通信处理器620通过(例如)中断信号或状况寄存器指示所述终端模块124a已经接收通信信息，所述终端模块124a确定其已经接收通信信息。如果所述终端模块124a确定其尚未接收通信信息(流程块1002)，控制保持在流程块1002直到所述终端模块124a接收通信信息。
如果所述终端模块124a接收通信信息(流程块1002)，所述终端模块124a根据(例如)所述现场设备通信处理器620(图6)的一个中断信号或状况寄存器，确定其是否已从一个现场设备(例如图1A所示的现场设备112a)接收所述通信信息(流程块1004)。如果所述终端模块124a确定其已经从所述现场设备112a接收通信信息(流程块1004)，则所述现场设备通信处理器620基于现场设备通信协议，从所接收的与所述现场设备112a有关的通信信息提取所述现场设备信息及所述现场设备识别信息(流程块1006)。所述现场设备信息可以包括(例如)现场设备识别信息(例如设备标记符、电子序号等等)、现场设备状况信息(例如通信状况、诊断健康信息(开环、短路等等))、现场设备活动信息(例如过程变量(PV)值)、现场设备描述信息(例如现场设备类别或功能，如阀启动器、温度传感器、压力传感器、流率传感器等等)、现场设备连接配置信息(例如多点总线连接、点到点连接等等)、现场设备总线或段识别信息(例如将现场设备通信连接到终端模块的现场设备总线或现场设备段)及/或现场设备数据类别信息(例如模拟输入(AI)数据类别、模拟输出(AO)数据类别、离散输入(DI)数据类别(例如数字输入数据类别)、离散输出(DO)数据类别(例如数字输出数据类别)等等)。所述现场设备通信协议可以是由所述现场设备112a使用的任何协议(例如Fieldbus协议、HART协议、AS-I协议、Profibus协议等等)。在一个选择性的实施例中，在流程块1006，所述现场设备通信处理器620只是从所接收的通信信息提取所述现场设备信息，而识别所述现场设备112a的现场设备识别信息存储在所述终端模块124a中。例如，在所述现场设备112a最初连接到所述终端模块124a时，所述现场设备112a可以将其识别信息传送到所述终端模块124a，而所述终端模块124a可以存储所述识别信息。
所述现场设备通信处理器620接着确定是否需要进行模拟到数字转换(流程块1008)。例如，如果所述现场设备112a传送模拟测量值，所述现场设备通信处理器620确定需要或必需进行模拟到数字转换(流程块1008)。如果需要进行模拟到数字转换，所述模拟到数字转换器618(图6)对所述已接收信息执行所述转换(流程块1010)。
在所述模拟到数字转换(流程块1010)之后，或如果不需任何模拟到数字转换(流程块1008)，所述现场设备通信处理器620识别与所述已接收现场设备信息有关的数据类别(例如模拟、数字、温度测量等等)(流程块1012)，并产生相应于所述已接收现场设备信息的数据类别描述符(流程块1014)。例如，所述终端模块124a可以存储数据类别描述符，该数据类别描述符指示其始终将从所述现场设备112a接收的数据类别，或所述现场设备112a可以向所述终端模块124a传送所述现场设备通信处理器620在流程块1010用来产生所述数据类别描述符的数据类别。
所述输入/输出总线通信处理器608(图6)确定所述输入/输出卡132a的目的地址(流程块1016)，而所述终端模块124a需向该目的地址传送接收自所述现场设备112a的信息。例如，所述通信处理器608(图6)可以从所述地址识别器604(图6)获得所述输入/输出卡132a的目的地址。此外，所述输入/输出总线通信处理器608确定或产生检错信息(流程块1020)以传送到所述输入/输出卡132a，以确保所述现场设备信息已经在没有错误的情况下由所述输入/输出卡132a接收。例如，所述输入/输出总线通信处理器608可以产生循环冗余码校验(CRC)检错位。
所述输入/输出总线通信处理器608接着基于输入/输出总线通信协议，包封化所述现场设备信息、所述现场设备识别信息、所述数据类别描述符、所述输入/输出卡132a的目的地址、所述终端模块124a的源地址及所述检错数据(流程块1022)。所述输入/输出总线通信协议可以使用(例如)传输控制协议(TCP)的协议、基于用户数据报协议(UDP)的协议等等来实施。所述输入/输出总线通信处理器608可以从所述地址识别器604(图6)获得所述终端模块124a的源地址。所述输入/输出总线界面602接着通过所述通用输入/输出总线136a(图1A及2)将所包封化的信息及由其他终端模块(例如图1A所示的终端模块124及124c)产生及传送的包封化信息结合地传送(流程块1024)。例如，输入/输出总线界面602可以带有一个判优线路或设备，所述判优线路或设备监视或监测所述通用输入/输出总线136a，以确定所述通用输入/输出总线136a在什么时候可以用于(例如不是正在被所述终端模块124b-c使用)将所述信息从所述终端模块124a传送到所述输入/输出卡132a。
如果所述终端模块124b在流程块1004确定在流程块1002检测得的通信信息并不是来自所述现场设备112a(例如所述通信信息是来自所述输入/输出卡132a)，所述输入/输出总线通信处理器608(图6)从所述已接收的通信信息提取目的地址(流程块1026)。所述输入/输出总线通信处理器608接着确定所提取的目的地址是否匹配从所述地址界面604获得的所述终端模块124a的一个目的地址(流程块1028)。如果所述目的地址并不匹配所述终端模块124a的地址(例如所接收的信息并不打算传送到所述终端模块124a)(流程块1028)，控制返回到流程块1002(图10A)。另一方面，如果所述目的地址匹配所述终端模块124a的地址(例如所接收的信息原来打算传送到所述终端模块124a)(流程块1028)，所述输入/输出总线通信处理器608基于所述输入/输出总线通信协议，从所接收的通信信息提取所述现场设备信息(流程块1030)，并且基于所述已接收的通信信息中的错误检测信息，使用(例如)循环冗余码校验(CRC)来核实所述数据的完整性(流程块1032)。虽然图中未显示，但如果所述输入/输出总线通信处理器608在流程块1032确定在所述已接收的通信信息中存在错误，则所述输入/输出总线通信处理器608传送信息到所述输入/输出卡132a，要求重新传送。
在核实所述数据完整性(流程块1032)之后，所述输入/输出总线通信处理器608(或所述现场设备通信处理器620)确定是否需要数字到模拟转换(流程块1034)。例如，如果存储在所述终端模块124a的数字类别描述符指示所述现场设备112a需要模拟信息，则所述输入/输出总线通信处理器608确定需要数字到模拟转换(流程块1034)。如果需要数字到模拟转换(流程块1034)，所述数字到模拟转换器(图6)对所述现场设备信息执行所述数字到模拟转换(流程块1036)。在执行所述数字到模拟转换(流程块1036)之后或如果不需要任何数字到模拟转换(流程块1034)，所述现场设备通信处理器620使用所述现场设备112a的现场设备通信协议，通过所述现场设备界面622(图6)将所述现场设备信息传送到所述现场设备112a(流程块1038)。
在所述现场设备通信处理器620传送所述现场设备信息到所述现场设备112a之后，或在所述输入/输出总线通信处理器608传送所述现场设备信息到所述输入/输出卡132a，图10A及10B所示的过程结束及/或控制返回到(例如)调用过程或功能。
图11A及11B描绘一种范例方法的流程图，该范例方法可以用于实施图1A所示的输入/输出卡132a，以在图1A所示的终端模块124a及控制器104之间交换信息。最初，所述输入/输出卡132a确定其是否已经接收通信信息(流程块1102)。例如，如果所述通信处理器704(图7)通过(例如)中断信号或状况寄存器指示所述输入/输出卡132a已经接收通信信息，所述输入/输出卡132a确定其已经接收通信信息。如果所述输入/输出卡132a确定其尚未接收通信信息(流程块1102)，控制保持在流程块1102直到所述输入/输出卡132a接收通信信息。
如果所述输入/输出卡132a接收通信信息(流程块1102)，所述输入/输出卡132a基于(例如)所述通信处理器704的中断信号或状况寄存器，确定其是否已从所述控制器104(图1A)接收所述通信信息(流程块1104)。如果所述输入/输出卡132a确定其已经从所述控制器104接收通信信息(流程块1104)，则所述通信处理器704从所述已接收的与所述终端模块124a有关的通信信息提取所述终端模块信息(其可以包括现场设备信息)(流程块1106)。
所述通信处理器704识别与所述已接收的终端模块信息有关的数据类别(例如用于控制或配置所述终端模块的现场设备模拟信息、现场设备数字信息、终端模块控制信息等等)(流程块1108)，并产生相应于所述已接收的终端模块信息的数据类别描述符(流程块1110)。在一个选择性的实施例中，所述数据类别描述符在所述工作站102(图1A)产生，而所述通信处理器704不需产生所述数据类别描述符。
所述输入/输出总线通信处理器712(图7)接着确定所述终端模块124a的目的地址(流程块1112)。此外，所述输入/输出总线通信处理器712确定检错数据(流程块1114)以将所述终端模块信息传送到所述终端模块124a，以确保所述终端模块124a在没有错误的情况下接收所述信息。例如，所述输入/输出总线通信处理器712可以产生循环冗余码校验(CRC)检错位。
所述输入/输出总线通信处理器712接着基于所述输入/输出总线通信协议，包封化所述终端模块信息、所述数据类别描述符、所述终端模块124a的目的地址、所述终端模块124a的源地址及所述检错数据(流程块1116)。所述输入/输出总线界面710(图7)接着通过所述通用输入/输出总线136a(图1A及2)将所包封化的信息及预定送往其他终端模块(例如图1A及2所示的终端模块124b及124c)的已包封化信息结合地传送(流程块1118)。例如，所述输入/输出总线通信处理器704可以使用(例如)所述终端模块124b及124c的目的地址来包封化其他终端模块信息，并通过所述通用输入/输出总线136a使用所述RS-485标准为所述终端模块124a-c中所有的终端模块传送终端模块信息。所述终端模块124a-c中的每个终端模块可以根据由所述输入/输出卡132a提供的目的地址，从所述通用输入/输出总线136a提取与其相应的信息。
如果所述输入/输出卡132a在流程块1104确定在流程块1102检测的通信信息并不是来自所述控制器104(例如所述通信信息是来自所述终端模块124a-c的其中之一)，所述输入/输出总线通信处理器712(图7)从所述已接收的通信信息提取源地址(例如所述终端模块124a-c的其中之一的源地址)(流程块1122)。所述输入/输出总线通信处理器712接着提取数据类别描述符(例如数字编码模拟数据类别、数字数据类别、温度数据类别等等)(流程块1124)。所述输入/输出总线通信处理器712也基于所述输入/输出总线通信协议，从所述已接收的通信信息提取所述终端模块信息(其可以包括现场设备信息)(流程块1126)，并使用(例如)基于所述已接收的通信信息中的检错信息的循环冗余码校验(CRC)核实过程来核实所述数据的完整性(流程块1128)。虽然图中未显示，但如果所述输入/输出总线通信处理器712在流程块1128确定所述已接收的通信信息中存在错误，则所述输入/输出总线通信处理器712向与在流程块1122获得的源地址有关的终端模块发送重新传送要求的信息。
在核实所述数据完整性(流程块1128)之后，所述通信处理器704包封化所述终端模块信息(使用所述终端模块的源地址及所述数据类别描述符)，而所述通信界面702则传送已包封化信息到所述控制器104(流程块1130)。如果所述信息预定传送到所述工作站102，所述控制器104可以随后传送所述信息到所述工作站102。在所述通信界面702传送所述信息到所述控制器104之后，或在所述输入/输出总线界面710传送所述终端模块信息到所述终端模块124a之后，图11A及11B所示的过程结束及/或控制返回到(例如)调用过程或功能。
图12为一种范例方法的流程图，该范例方法可以用于实施图2、3、6及8中所示的贴标器214，以检索及显示与通信连接到终端模块(例如图1、2及4-6所示的终端模块124a)的现场设备(例如图1A所示的现场设备112a)有关的信息。最初，所述连接检测器806(图8)确定现场设备(例如所述现场设备112a)是否连接到所述终端模块124a(例如连接到图4及5所示的终端螺丝406及/或图6所示的现场设备界面622)(流程块1202)。如果所述连接检测器806确定所述现场设备112a(或任何其他现场设备)没有连接到所述终端模块124a(流程块1202)，控制保持在流程块1202直到所述连接检测器806确定所述现场设备112a(或任何其他现场设备)连接到所述终端模块124a。
如果所述连接检测器806确定所述现场设备112a连接到所述终端模块124a(流程块1202)，所述现场设备识别器814获得识别所述现场设备112a的现场设备识别信息(例如设备标识值、设备名称、电子序号等等)(流程块1204)。例如，所述现场设备识别器814可以向所述现场设备112a发送一个查询，要求所述现场设备112a传送其现场设备识别信息。在另一个实施例中，在最初连接到所述终端模块124a时，所述现场设备112a可以自动地传送其现场设备识别信息到所述现场设备识别器814。
所述现场设备识别器814接着确定所述现场设备112a是否被指定基于所述现场设备识别信息，通过所述通用输入/输出总线136a与所述输入/输出卡132a进行通信(流程块1206)。例如，所述现场设备识别器814可以通过所述终端模块124a传送所述现场设备识别信息到所述输入/输出卡132a，而所述输入/输出卡132a可以对所述现场设备识别信息与存储在所述数据结构133(图1A)中或存储在所述工作站102中的相似数据结构中的现场设备识别号码进行比较。所述数据结构133可以由工程师、操作员或用户以需要通过所述通用输入/输出总线136a与所述输入/输出卡132a进行通信的现场设备(例如所述现场设备112a)的现场设备识别号码来填写。如果所述输入/输出卡132a确定所述现场设备112a被指定到所述输入/输出总线136a及/或所述输入/输出卡132a，所述输入/输出卡132a传送确认信息到所述现场设备识别器814。
如果所述现场设备识别器814确定所述现场设备112a没有被指定通过所述输入/输出总线136a进行通信(流程块1206)，所述显示器界面808(图8)显示错误信息(流程块1208)。否则，所述显示器界面808显示所述现场设备识别信息(流程块1210)。在所图解的范例中，所述现场设备状况检测器812检测现场设备状况(例如设备运行、设备停闭、设备错误等等)，而所述显示器界面808显示所述状况信息(流程块1212)。此外，所述现场设备活动检测器810(图8)检测所述现场设备112a的活动(例如测量及/或检测信息)，而所述显示器界面808显示活动信息(流程块1214)。此外，所述数据类别检测器816(图8)检测所述现场设备112a的数据类别(例如模拟、数字等等)，而所述显示器界面808显示数据类别(流程块1216)。
在所述显示器界面808显示错误信息(流程块1208)之后或在所述显示器界面808显示数据类别(流程块1216)之后，所述贴标器214根据(例如)所述终端模块124a是否已经关掉或已经从所述调度柜122(图1A及2)拔出，确定其是否应该继续进行检测(流程块1218)。如果所述贴标器214确定其应该继续进行检测，控制回到流程块1202。否则，图12所示的范例过程结束及/或控制返回到调用功能或过程。
图13为一框图，图示一个范例处理器系统1310，该范例处理器系统可以用于实施在此描述的设备及方法。例如，与所述范例处理器系统1310相似或相同的处理器系统可以用于实施图1A所示的工作站102、控制器104、输入/输出卡132a及/或终端模块124a-c及126a-c。虽然所述范例处理器系统1310在此描述为包括多个外围设备、界面、芯片、存储器等等，但这些元件中的一个或多个元件可以从其他用于实施一个或多个所述工作站102、所述控制器104、所述输入/输出卡132a及/或所述终端模块124a-c及126a-c的范例处理器系统中省略。
如图13所示，所述范例处理器系统1310包括一个处理器1312，该处理器1312连接到一个互连总线1314。所述处理器1312包括一个寄存器设置或寄存器空间1316，该寄存器设置或寄存器空间1316在图13被描绘成完全在线，但其可以选择性地完全或部分离线并通过专用电气连接及/或所述互连总线1314直接地连接到所述处理器1312。所述处理器1312可以是任何合适的处理器、处理单元或微处理器。虽然图13中未显示，但所述系统1310可以是微处理器系统，因此，其可以包括一个或多个附加的与所述处理器1312相似或相同并通信连接到所述互连总线1314的处理器。
图13所示的处理器1312连接到一个芯片组1318，该芯片组1318包括一个存储器控制器1320及一个外围输入/输出控制器1322。广为人知的是，芯片组提供输入/输出及存储器管理功能以及多个通用及/或专用寄存器、定时器等等，这些设备可以由一个或多个连接到所述芯片组1318的处理器存取或使用。所述存储器控制器1320执行其功能，使得所述处理器1312(或多个处理器，如果有多个处理器)能够存取系统存储器1324及大容量存储器1325。
所述系统存储器1324可以包括任何期望类别的易失性及/或非易失性存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、闪速存储器、只读存储器(ROM)等等。所述大容量存储器1325可以包括任何期望类别的大容量设备。例如，如果所述范例处理器系统1310用于实施所述工作站102(图1A)，而所述大容量存储器1325可以包括一个硬盘驱动器、一个光驱动器、一个带存储器设备等等。可选择地，如果所述范例处理器系统1310用于实施所述控制器104，所述输入/输出卡132a-b及134a-b的其中之一或所述终端模块124a-c及126a-c的其中之一，则所述大容量存储器1325可以包括一个固态存储器(例如闪速存储器、随机存取存储器(RAM)等等)、一个磁存储器(例如硬盘)或任何其他适合在所述控制器104、所述输入/输出卡132a-b以及134a-b或所述终端模块124a-c及126a-c中实施大量存储的存储器。
所述外围输入/输出控制器1332执行其功能，使得所述处理器1312能够通过一个外围输入/输出总线1332，与外围输入/输出设备1326及1328以及一个网络界面1330进行通信。所述输入/输出设备1326及1328可以是任何期望类别的输入/输出设备，比如键盘、显示器(例如液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)显示器等等)、导航定位设备(例如鼠标、跟踪球、电容式触控板、操纵杆控制器等等)及其他定点设备等等。所述网络界面1330可以(例如)是以太网设备、异步传输模式(ATM)设备、802.11设备、数字用户线路(DSL)调制解调器、电缆调制解调器、蜂窝调制解调器等等，其使得所述处理器系统1310能够与另一处理器系统进行通信。
虽然所述存储器控制器1320及所述输入/输出控制器1322在图13中被描绘为所述芯片组1318内的分立的功能块，但由这些块执行的功能可以在一个单一的半导体线路内集成，或可以使用两个或多个分别的集成电路来实施。
虽然在此已经描述某些方法、设备及制造件，但本发明包括的范围并未受其限制。相反地，本发明包括所有根据字面意义或等效原则正当地属于附此的权利要求范围的方法、设备及制造件。

Claims (26)

1.一种用于将现场设备通信连接到过程控制系统中的控制器的设备，所述设备包括：
第一界面，该第一界面配置成从使用第一通信协议的现场设备接收第一信息；
通信处理器，该通信处理器通信连接到所述第一界面，而且配置成将所述第一信息编码，以通过使用第二通信协议的总线来进行通信；以及
第二界面，该第二界面通信连接到所述通信处理器及所述总线，而且配置成通过使用所述第二通信协议的总线来传送所述第一信息，其中所述总线配置成使用所述第二通信协议来传送与另一现场设备有关的第二信息。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述总线配置成通过相同的通信媒介传送所述第一及第二信息。
3.如权利要求1所述的设备，其中所述第二通信协议是基于包的通信协议。
4.如权利要求1所述的设备，进一步包括地址识别器，该地址识别器确定所述设备的源地址，其中所述通信处理器配置成传送与所述第一信息有关的所述设备的所述源地址。
5.如权利要求1所述的设备，进一步包括数据类别检测器，该数据类别检测器配置成识别与所述第一信息有关的数据类别。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述通信处理器配置成产生识别所述第一信息的标题信息及传送与所述第一信息有关的所述标题信息。
7.如权利要求6所述的设备，其中所述标题信息包括指示所述现场设备的识别信息。
8.一种在过程控制系统中的控制器及现场设备之间传送信息的方法，所述方法包括：
从使用第一通信协议的现场设备接收第一信息；
为所述第一信息编码，以用于使用第二通信协议的通信，以便传送与另一现场设备有关的第二信息；以及
通过使用所述第二通信协议的总线，传送所述第一信息到控制器。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述第二通信协议包括基于包的协议。
10.如权利要求8所述的方法，进一步包括自动地使至少一个现场设备识别信息或状况信息与所述现场设备发生联系，以响应从所述现场设备接收通信信息。
11.如权利要求8所述的方法，进一步包括：
识别与所述第一信息有关的第一数据类别；
产生指示所述数据类别的数据类别描述符；以及
通过与所述第一信息有关的所述总线，传送所述数据类别描述符。
12.如权利要求8所述的方法，进一步包括：
通过使用所述第二通信协议的总线接收第三信息；以及
传送所述第三信息到使用所述第一通信协议的所述现场设备。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括：
识别与所述第三信息有关的数据类别描述符；以及
根据所述数据类别描述符，传送所述第三信息到使用所述第一通信协议的所述现场设备。
14.一种用于将现场设备通信连接到过程控制系统中的控制器的设备，所述设备包括：
多个插座，这些插座配置成接纳多个终端模块，其中每个终端模块配置成通信连接到过程控制系统中的至少一个现场设备；以及
通信总线界面，该通信总线界面通信连接到所述多个插座中的每个插座，而且配置成传送与所述终端模块中的一个终端模块有关的第一现场设备信息及与所述终端模块中的第二个终端模块有关的第二现场设备信息。
15.如权利要求14所述的设备，其中所述第一现场设备信息与通信连接到所述终端模块的所述第一个终端模块的一个第一现场设备有关，并且，所述第二现场设备信息与通信连接到所述终端模块的所述第二个终端模块的一个第二现场设备有关。
16.如权利要求14所述的设备，进一步包括至少一个显示器，该显示器配置成显示与所述终端模块中的至少一个终端模块有关的现场设备识别信息。
17.一种用于显示与过程控制系统中的现场设备有关的信息的设备，所述设备包括：
连接检测器，该连接检测器配置成检测与现场设备之间的连接；
现场设备识别器，该现场设备识别器配置成确定指示所述现场设备的特性的现场设备识别信息；以及
显示器界面，该显示器界面配置成显示所述现场设备识别信息。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述现场设备识别器配置成自动地确定指示所述现场设备的特性的现场设备识别信息，以响应所述连接检测器检测与所述现场设备之间的所述连接。
19.如权利要求17所述的设备，其中所述连接检测器进一步配置成检测与所述现场设备之间的连接类别，其中所述连接类别至少是多点连接、点到点连接、无线连接或光连接的其中之一。
20.如权利要求17所述的设备，进一步包括信号活动检测器，该信号活动检测器配置成检测由所述现场设备通过通信媒介提供的电压电平。
21.如权利要求17所述的设备，进一步包括现场设备状况检测器，该现场设备状况检测器配置成检测所述现场设备的状况，其中所述显示器界面配置成显示所述状况。
22.如权利要求21所述的设备，其中所述状况包括所述现场设备的健康状况或与所述现场设备的操作有关的过程变量值的其中至少一个。
23.一种在过程控制系统中用于隔离与通信连接到现场设备的终端模块有关的电气线路的设备，所述设备包括：
第一隔离线路，该第一隔离线路通信连接到终端模块线路，而且配置成通信连接到总线，其中所述终端模块线路配置成与现场设备进行通信，并且所述总线使得所述终端模块能够与控制器进行通信；以及
第二隔离线路，该第二隔离线路通信连接到终端模块线路，而且配置成通信连接到电源，该电源提供电力到所述终端模块线路。
24.如权利要求23所述的设备，其中所述第一隔离线路使用电化隔离线路或光隔离线路中的一个来实施。
25.如权利要求23所述的设备，其中所述第一隔离线路使得所述终端模块线路能够遵循所述现场设备的电压电平而不影响所述总线的电压。
26.如权利要求23所述的设备，其中所述第二隔离线路使得所述终端模块线路能够遵循所述现场设备的电压电平而不影响所述电源的操作。
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