CN101685306A - 将现场设备通信连到过程控制系统的控制器的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开将现场设备通信连到过程控制系统的控制器的设备及方法。一种改变过程控制系统中的第一现场设备的通信协议的范例方法包括将配置成使用第一通信协议来进行通信的第一可移动通信模块从所述第一现场设备分离。所述范例方法也包括将配置成使用第二通信协议来进行通信的第二可移动通信模块连接到所述第一现场设备。在连接所述第二可移动通信模块之后，所述第一现场设备配置成使用所述第二通信协议来进行通信。此外，在使用所述第一通信协议来进行通信时，所述第一现场设备连接到一输入/输出卡上的一第一通信频道，以及在使用所述第二通信协议来进行通信时，所述第一现场设备连接到所述输入/输出卡上的所述第一通信频道。

Description

将现场设备通信连到过程控制系统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。所述现场设备可能是设备控制器、阀、阀启动器、阀定位器、开关及传送器(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，它们在过程控制系统中发挥功能，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/或关于所述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所述现场设备，以控制所述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)的方式或通过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的命令及/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，有些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上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、无线链路或光纤等等)，连接到过程控制器。在实践中，经常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。在现场设备改变或使用不同的通信协议的情况下，将所述现场设备连接到所述输入/输出卡的配线典型地必须重新靠岸(即必须将电线的端接末端提起并移到)到一配置成使用所述不同通信协议来进行通信的不同的通信端口。例如，在大型的过程控制系统中，将现场设备的电线重新靠岸可能极为繁琐、费时及昂贵，特别是在数以十万计的现场设备转换成使用不同的通信协议来进行通信时更是这样。

发明内容

本专利公开用于将现场设备通信连接到一过程控制系统中的控制器的范例设备及方法。一种改变一过程控制系统中的一第一现场设备的一通信协议的范例方法包括将配置成使用一第一通信协议来进行通信的一第一可移动通信模块从所述第一现场设备分离。所述范例方法也包括将配置成使用一第二通信协议来进行通信的一第二可移动通信模块连接到所述第一现场设备。在连接所述第二可移动通信模块之后，所述第一现场设备配置成使用所述第二通信协议来进行通信。此外，在使用所述第一通信协议来进行通信时，所述第一现场设备连接到一输入/输出卡上的一第一通信频道，以及在使用所述第二通信协议来进行通信时，所述第一现场设备连接到所述输入/输出卡上的所述第一通信频道。

根据另一范例，一范例分布式过程控制系统包括一输入/输出卡，所述输入/输出卡具有多个通信频道。所述范例系统也包括一第一现场设备，所述第一现场设备具有一第一通信模块，所述第一通信模可移动地连接到所述第一现场设备，以使用一第一通信协议来进行通信。所述第一现场设备连接到所述多个通信频道中的一第一通信频道。此外，一第二通信模块可以可移动地连接到所述第一现场设备，以取代所述第一通信模块，从而使用一第二通信协议来进行通信，而所述第一现场设备连接到所述多个通信频道中的所述第一通信频道。

附图说明

图1为一框图，其显示一范例过程控制系统，该范例过程控制系统实施在此描述的范例方法及设备。

图2为一详细框图，其显示图1的一范例通信模块。

图3为一框图，其显示图1的两个范例通信模块、一范例现场设备及一范例输入/输出卡之间的一个范例电气连接。

图4为一框图，其显示图1的一范例通信模块与一范例现场设备之间的一范例机械连接。

图5描绘一隔离电路配置，该隔离电路配置可以实施于图1的范例通信模块，以便将所述通信模块从现场设备及从通信总线电气隔离。

图6A及6B描绘一范例方法的流程图，该范例方法可以用于实施图1及2的通信模块，以便在现场设备与输入/输出卡之间传送信息。

图7为一框图，其显示一范例处理器系统，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，其中除了其他构件以外，还包括在硬件上实施的软件及/或固件，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实施在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。

一范例过程控制系统包括一控制室(例如图1所示的控制室108)、一过程控制器区域(例如图1所示的过程控制器区域110)、一终端区域(例如图1所示的终端区域140)及一个或多个过程区域(例如图1所示的过程区域114及118)。一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)相关的操作(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或通信模块，这些终端或通信模块用于在连接到所述现场设备与通信连接到所述控制器的一个或多个输入/输出卡之间调度、整理或传送信号。所述通信模块将接收自所述现场设备的信息转化为可以与所述输入/输出卡及所述控制器兼容的格式，并将来自所述输入/输出卡及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与通信连接到一控制器(例如过程控制器、可编程逻辑控制器等等)的一相应的输入/输出卡之间使用一个分别的总线(例如一电线或多条电线、一电缆或一电路)。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，使一控制器通信连接到与不同数据类别及/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/或不同的现场设备通信协议相关的多个现场设备。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现场设备相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(例如电压水平、数字值等等)转换为所述控制器能够使用来执行与控制所述现场设备相关的操作的信息(例如压力测量值)。

上述已知技术典型地需要线缆束或总线(例如多芯电缆)来将多个现场设备通信连接到输入/输出卡。明确地说，每个现场设备典型地通过一条或多条电线连接到一输入/输出卡上的一个或多个电气终端(例如螺丝终端)。与每个现场设备连接的所述输入/输出卡电气终端被选择，以使所述输入/输出卡能够使用由所述现场设备使用的所述通信信号及通信协议，与所述现场设备进行通信。换句话说，将所述现场设备连接到所述输入/输出卡的电线必须靠岸到或连接到与使用所述现场设备使用的相同类别的通信信号及协议的输入/输出卡频道相关的输入/输出卡终端。因此，以这些已知系统，如果需要或期望以使用一不同类别的通信信号及/或协议的一个现场设备取代一现场设备，在所述现场设备终端的电线必须移动及连接到所述新设备，而所述输入/输出卡终端必须移动及重新靠岸到使用所述不同通信信号及/或协议的输入/输出卡频道(及其终端)上。同样地，如果需要或期望改变在将一现场设备连接到一输入/输出卡的电线上使用的通信信号及/或协议的类别(例如为了增加抗噪声性能、为了增加传送数据的速率、为了遵守新标准或工厂要求等等)，所述现场设备的电线终端典型地必须不端接或重新靠岸在使用所期望的不同的通信信号及/或协议的替换现场设备上。同样地，所述输入/输出卡的电线末端典型地必须不端接或重新靠岸在连接到使用所期望的不同通信信号及/或协议来进行通信的一频道的输入/输出卡终端上。在输入/输出开与现场设备之间的这样的现场配线的重新端接或重新靠岸费时、昂贵而且易倾向于错误。

与上述已知的、依靠输入/输出卡的所述频道的固定配置的系统来确定使用所述输入/输出卡上的哪些配线连接或终端位置来使得能够使用与其连接的现场设备的通信信号类别及协议来进行通信不同，在此描述的范例设备及方法可以用来更灵活地将现场设备通信连接到一输入/输出卡。明确地说，在此描述的范例设备及方法使用一对通信模块，其中一个通信模块可以可移动地连接到一现场设备，而其中另一个通信模块可以可移动地连接到一输入/输出卡。该对通信模块实质上提供使所述现场设备能够与所述输入/输出卡及控制器进行通信所需要的所有通信软件及通信电子器件。照这样，在此描述的范例通信模块使一现场设备能够使用一输入/输出卡的任何频道连接到所述输入/输出卡，不论所述频道使用的通信信号类别及/或协议。因此，如以下更详细描述的那样，可以在不需要将连接所述现场设备与一控制器输入/输出卡的任何电线重新端接或重新靠岸的情况下，通过移除该对通信模块及以使用所期望的不同通信信号及/或协议的一对通信模块来替换该对通信模块来改变一现场设备使用的通信信号及/或协议。此外，如以下更详细描述的那样，如果修改的(例如升级的)通信软件及/或电子器件(包括诊断器件)可用于由一现场设备使用的相同类别的通信信号及/或协议，则所述现场设备及所述输入/输出卡的所述通信模块可以在不需要将连接所述现场设备与一控制器输入/输出卡的任何电线移除或重新靠岸的情况下移除，以及以具有所述修改的通信软件及/或电子器件的通信模块来替换。此外，如以下详细描述的那样，在一现场设备的通信信号及/或协议需要改变(包括更新或升级)时，所述现场设备不需替换。只是所述现场设备及所述输入/输出卡处的通信模块与使用所述不同通信信号及/或协议进行通信的不同通信模块交换。因此，有利的是，目前存储在所述现场设备中的所有所述现场设备配置信息(例如标签号、校准设置、校准历史、跨度等等)被保留。

在此描述的范例通信模块可以是包括通信软件的完整、密封的电子模块。此外，这些范例通信模块可以移动地插入或以其他方式连接到不同类别、商标(例如由不同制造商提供者)及型号的现场设备或输入/输出卡(例如通过图1中描述的调度柜连接)。所述范例通信模块可以标准化并与不同类别的现场设备连同使用，以便为所述现场设备提供所述通信信号及/或协议。更明确地说，所述机械配置及接口(包括所述现场设备及所述输入/输出卡的包装、电气连接(例如插脚引线)等等)以及所述通信模块可以标准化，使得提供不同通信协议、信号等等的多个可利用的通信模块中的任何通信模块可以与可能由任何数目的制造商制造的多种现场设备中的任何现场设备一起使用。同样地，所述通信模块与所述现场设备中的其他电子器件通信的方式也可以标准化。换句话说，用于使所述现场设备与所述通信模块之间能够通信的通信方案也可以跨现场设备的类别、商标、型号等标准化，以便进一步促进通信模块与现场设备的可互换性。

在此描述的范例通信模块可以使得能够标准化现场设备通信，从而使所述通信模块能够在不需要任何一种特定通信信号或协议的情况下制造。相反地，可以在所述现场设备的制造之后通过在一现场设备中安装一适当通信模块来分配或配置这样的通信信号或协议(例如在所述现场设备安装于一过程控制系统时或在启用期间)。这减低所需要的零部件(例如备用现场设备)的数目，并使现场设备容易从一个通信协议或协议版本转换到另一个通信协议或协议版本。在此描述的范例方法及设备也简化现场设备及输入/输出卡的制造，这是由于所述现场设备及所述输入/输出卡可以不再需要包括充分数量的内部通信协议电子器件或软件。因此，在此描述的范例方法及设备消除制造商生产那么多使用不同通信信号或协议的相似现场设备的必要。此外，制造商不需生产包括使用不同通信信号或协议的某个数目或配置的频道的输入/输出卡。

此外，可以减少系统维护成本，这是由于通信软件修改或升级可以轻易地通过以具有所述修改的或升级的软件(包括合并新的或不同的特征的软件)的另一通信模块替换一通信模块来添加。此外，由于在此描述的范例通信模块可以在不需要存取一现场设备或输入/输出卡的内部电子器件的情况下轻易地交换或替换，一通信协议的升级及/或变更可以现场执行(即在不需要移除及重新端接或重新靠岸所述现场设备处的电线的情况下执行)。此外，一现场设备的诊断可以包括在一通信模块中，因此，期望较新或较好的诊断软件的客户可以在不需要改变所述现场设备的通信协议及/或内部电子器件的情况下，以一通信模块交换包含所期望的诊断的另一通信模块。此外，有些范例通信模块可以包括本地标签信息(比如现场设备序号)及/或其他现场设备信息。所述通信信号或协议、软件、诊断信息及/或本地标签信息中的任何或所有通信信号或协议、软件、诊断信息及/或本地标签信息包含于所述范例通信模块中促便于现场设备的配置及现场设备操作条件、历史、维护需要等等的评估。

此外，在有些范例中，所述通信模块可以根据通信信号及/或协议的类别编码(例如颜色编码)。所述编码方案便于识别适当的用于连接到所述现场设备及/或输入/输出卡的通信模块。

在此描述的范例设备及方法涉及使用一范例通用内部输入/输出总线(例如公用或共网模拟或数字通信总线)，该范例通用内部输入/输出总线将一个或多个第一通信模块通信连接到与一控制器通信连接的一个或多个第一输入/输出卡。每个第一通信模块通过使用一条相应的外部总线(例如模拟总线或数字总线)，连接到一相应的第二通信模块。所述第二通信模块通过使用一相应的内部现场设备总线(例如每个现场设备内部的一模拟总线或一数字总线)通信连接到一个或多个相应的现场设备，这些相应的现场设备可以跨现场设备的不同类别、商标、型号等标准化。本描述中“通信模块”一词始终可以指与一输入/输出卡相关的通信模块、可以指与一现场设备相关的通信模块及/或可以指任何类别的通信模块，不论其位置。“第一”、“第二”、“其他”、“配套”等标示的用意并非限制性地提及在此描述的范例中的特定位置的特定通信模块。恰恰相反，这些术语是用于区分在此描述的范例中的不同通信模块。

可移动地连接到现场设备的所述通信模块配置成通过所述北部现场设备总线接收来自所述现场设备的现场设备信息，以及通过所述外部总线传送所述现场设备信息到与一个或多个输入/输出卡相关的其他通信模块。这些其他通信模块通过它们的内部输入/输出总线将所述现场设备信息传送到所述控制器输入/输出卡，例如通过包化所述现场设备信息及将所述包化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(例如设备标签、电子器件序号等等)、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通信模块的现场设备总线或现场设备段)、现场设备数据类别信息(例如指示由一特定现场设备使用的数据类别的数据类别描述符)及/或其他诊断信息。所述输入/输出卡可以提取通过所述内部输入/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一控制器，所述控制器可以接着将所述信息中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。

为了从工作站终端传送现场设备信息(例如命令、指令、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/输出卡能够包化所述现场设备信息，并通过所述内部输入/输出总线，将所述包化现场设备信息传送到多个通信模块。所述通信模块中的每个通信模块可以接着从接收自一输入/输出卡的所述包化通信，提取或包化现场设备信息，并将所述现场设备信息传送到可移动地连接到一现场设备的一个相应的通信模块。

现在详细参看图1，一范例过程控制系统100包括一工作站102，该工作站102通过一般称为应用程序控制网络(ACN)的一总线或局域网(LAN)106通信连接到一控制器104。局域网(LAN)106可以使用任何期望的通信媒介及协议来实施。例如，局域网(LAN)106可以基于有线或无线以太网通信协议。然而，可以采用任何其他适合的有线或无线通信媒介及协议。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/或通信应用程序相关的操作。例如，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相关的操作，以使工作站102及控制器104能够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等等)，与其他的设备或系统进行通信。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，这些过程控制例程或功能已经由系统工程师或其他系统操作员使用(例如)工作站102或使用任何其他已经下载到控制器104或已经在控制器104中初始化的工作站产生。在所述图解范例中，工作站102位于控制室108中，而控制器104则位于与控制室108分开的过程控制器区域110。

在所述图解范例中，范例过程控制系统100包括所述第一过程区域114中的现场设备112a-c及所述第二过程区域118中的现场设备116a-c。为了在控制器104与现场设备112a-c及116a-c之间传送信息，范例过程控制系统100带有现场接线盒120a-b及一调度柜122。现场接线盒120a-b中的每个现场接线盒从现场设备112a-c及116a-c中的相应现场设备传送信号到调度柜122。调度柜122依次地调度(例如整理、聚合等等)接收自现场设备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)。在所述图解范例中，控制器104与现场设备112a-c及116a-c之间的通信为双向，所以调度柜122也用于通过现场接线盒120a-b、将接收自控制器104的输入/输出卡的信息传送到现场设备112a-c及116a-c中的相应现场设备。在所述图解范例中，第一通信模块124a-c及126a-c包括在调度柜122中，而第二通信模块124d-f及126d-f则依次连接到现场设备112a-c及116a-c。

在所述图解范例中，现场设备112a-c通过电导、无线及/或光纤通信媒介，通信连接到第二通信模块124d-f及现场接线盒120a，而现场设备116a-c则通过电导(例如有线)通信媒介、无线通信媒介及/或光纤通信媒介，通信连接到现场接线盒120b。例如，现场接线盒120a-b可以带有一个或多个有线收发器、无线收发器及/或光纤数据收发器，以便与第二通信模块124d-f及126d-f的有线收发器、无线收发器及/或光纤收发器进行通信。在所述图解范例中，现场接线盒120b无线地通信连接到所述第二通信模块126f及现场设备116c。在一选择性的实施例中，可以省略调度柜122，而来自第二通信模块124d-f及126d-f及现场设备112a-c及116a-c的信号可以从现场接线盒120a-b直接地传送到第一通信模块124a-c及126a-c，而第一通信模块124a-c及126a-c可以在不需要中间结构(即不需要调度柜122)的情况下，可移动地连接到控制器104的输入/输出卡132a-b及134a-b。在再另一个实施例中，可以省略现场接线盒120a-b，而第二通信模块124d-f及126d-f及现场设备112a-c及116a-c的可以直接地连接到第一通信模块124a-c及126a-c及调度柜122。

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，现场设备112a-c及116a-c通过使用所述广为人知的FOUNDATION 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，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Profibus及HART通信协议进行通信的设备。在有些实施例中，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相关的信息。

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现场设备112a-c及116a-c中的每个现场设备的物理设备标记(PDT)值、设备标记名称、电子序号等等。在图1的图解范例中，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/或由涉及现场设备112a-c及116a-c的安装及/或启用的操作员或工程师存储或编程在现场设备112a-c及116a-c中。

为了将与现场设备112a-c及116a-c相关的(例如由现场设备112a-c及116a-c采集的)信息传送到过程控制器区域110，过程控制系统100包括如以上所述的多个通信模块124a-f及126a-f。通信模块124a-f配置成调度与第一过程区域114中的现场设备112a-c相关的信息，而通信模块126a-f则配置成调度与第二过程区域118中的现场设备116a-c相关的信息。

如图中所示，通信模块124a-c及126a-c通过相应的多芯电缆128a及128b(例如一多总线电缆)，通信连接到现场接线盒120a-b。在调度柜122被省略的一个选择性的实施例中，通信模块124a-c及126a-c可以安装在相应的现场接线盒120a-b中。

图1的图解范例描绘一点到点配置，其中多芯电缆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)通过相关的通信模块124d-f及126d-f，传送唯一地与现场设备112a-c及116a-c中的相应现场设备相关的信息。例如，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，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第一通信模块124a及与现场设备112a相关的第二通信模块124d之间传送信息；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第一通信模块124b及与现场设备112b相关的第二通信模块124e之间传送信息；而第三导线130c用于构成一个第三数据总线，该第三数据总线配置成在第一通信模块124c及与现场设备112c相关的第二通信模块124f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，第一通信模块124a-c及126a-c中的每个通信模块可以通信连接到与其他现场设备相关的一个或多个第二通信模块。例如，在一个多点配置中，通信模块124a可以通过第一导线130a通信连接到与现场设备112a相关的第二通信模块124d及通信连接到与另一现场设备相关的另一通信模块(图中未显示)。在有些实施例中，一通信模块可以配置成使用一无线网状网络、无线地与多个现场设备进行通信。

如以下更详细描述的那样，第二通信模块124d-f及126d-f直接地通信连接到现场设备112a-c及116a-c，像(例如)具有迷人外形的可移动地塞紧或插入的设备(例如具有一保护盖或盒子及一可塞紧电气连接器的电路卡)一样。在一选择性的实施例中，第二通信模块124d-f及126d-f可以通过中间结构或设备通信连接到现场设备112a-c及116a-c。同样地，第一通信模块124a-c及126a-c直接地通信连接到调度柜122(可选择地，直接地通信连接到输入/输出卡132a-b及134a-b)，像(例如)具有迷人外形的可移动地塞紧或插入的设备(例如具有一保护盖或盒子及一可塞紧电气连接器的电路卡)一样。然而，在一选择性的实施例中，第一通信模块124a-c及126a-c可以通过中间结构或设备通信连接到调度柜122及/或输入/输出卡132a-b、134a-b。

所述通信模块对中的每个通信模块对可以配置成使用一不同的通信协议及/或数据类别进行通信。例如，第一通信模块124a可以包括一外部总线界面，以便使用数字数据与现场设备112a的第二通信模块124d进行通信，而第一通信模块124b可以包括一模拟外部总线界面，以便使用模拟数据与现场设备112b的第二通信模块124e进行通信。

为了控制控制器104(及/或工作站102)与现场设备112a-c及116a-c之间的通信，控制器104带有所述多个输入/输出卡132a-b及134a-b。在所述图解范例中，输入/输出卡132a-b配置成控制控制器104(及/或工作站102)与第一过程区域114中的现场设备112a-c之间的输入/输出通信，而输入/输出卡134a-b配置成控制控制器104(及/或所述工作站102)与第二过程区域118中的现场设备116a-c之间的输入/输出通信。

在图1的图解范例中，输入/输出卡132a-b及134a-b装置在控制器104中。为了从现场设备112a-c及116a-c传送信息到工作站102，输入/输出卡132a-b及134a-b传送所述信息到控制器104，接着由控制器104传送所述信息到工作站102。同样地，为了从工作站102传送信息到现场设备112a-c及116a-c，工作站102传送所述信息到控制器104，接着由控制器104传送所述信息到输入/输出卡132a-b及134a-b，而输入/输出卡132a-b及134a-b通过第一通信模块124a-c及126a-c以及第二通信模块124d-f及126d-f传送所述信息到现场设备112a-c及116a-c。在一选择性的实施例中，输入/输出卡132a-b及134a-b可以通信连接到控制器104内部的局域网(LAN)106，所以输入/输出卡132a-b及134a-b可以与工作站102及/或控制器104直接地通信。

为了在输入/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，输入/输出卡132b及134b配置成冗余输入/输出卡。也就是说，如果输入/输出卡132a发生故障，冗余输入/输出卡132b承担控制功能并执行输入/输出卡132a原应执行的相同的操作。同样地，冗余输入/输出卡134b在输入/输出卡134a发生故障时承担控制功能。

通过提供可以配置成使用不同数据类别界面在现场设备112a-c、116a-c与输入/输出卡132a-b、134a-b之间进行通信的所述第二或现场设备通信模块124a-f、126a-f，图1的图解范例使得可以在不需要在输入/输出卡132a-b及134a-b上为不同通信信号及/或协议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(例如由现场设备112a-c及116a-c使用的数据类别或频道类别)相关的数据传送到输入/输出卡132a-b及134a-b。因此，一具有一个界面类别(例如通过一内部输入/输出总线136a及/或一内部输入/输出总线136b传送的内部输入/输出总线界面类别)的输入/输出卡可以使用由第一或输入/输出通信模块124a-b及126a-b定义的不同现场设备通信信号及/或协议，与多个现场设备通信。

在所述图解范例中，调度柜122、通信模块124a-f及126a-f、输入/输出卡132a-b及134a-b以及控制器104便于将现有过程控制系统安装移往与图1的范例过程控制系统100的配置充分相似的配置。例如，由于通信模块124a-f及126a-f可以配置成包括任何适合的界面类别，所以通信模块124a-f及126a-f可以配置成通信连接到任何类别的现场设备。同样地，控制器104可以配置成包括一已知局域网(LAN)界面，以便通过一局域网(LAN)传送信息到一已经安装的工作站。在有些实施例中，输入/输出卡132a-b及134a-b可以安装在已知控制器中或通信连接到已知控制器，这样便不需替换已经安装在一过程控制系统中的控制器。

在一选择性范例中，一单一通信模块可以以一输入/输出卡，与有标准化协议的一现场设备通信连接。所述通信模块可以使用与其连接的输入/输出频道的通信信号及协议。在这样的范例中，一现场设备的通信协议可以通过以使用一不同的通信协议的一通信模块替换所述通信模块及将连接到所述通信模块的一总线重新靠岸到所述输入/输出卡上的使用所期望的通信协议的一不同频道。这个范例使现场设备能够在不需要替换所述现场设备本身的情况下，使用不同协议来进行通信。因此，所述通信模块可以配置成可移动地通信连接到已经安装在一过程控制系统中的现有现场设备。

在又另一选择性范例中，一单一通信模块可以在一输入/输出卡及一具有多个通信端口的现场设备之间通信连接。所述多个端口可以包括(例如)一标准化端口、一HART端口、一FOUNDATION Fieldbus端口等等。在这个范例中，一现场设备的通信协议可以通过以使用一不同的通信协议的一通信模块替换所述通信模块以及将所述替换通信模块连接到所述现场设备的所述相应端口而改变。这个范例使现场设备能够在不需要替换所述现场设备本身的情况下，使用不同协议来进行通信。因此，在这个范例中，所述通信模块可以配置成通信连接到已经安装在一过程控制系统中的现有现场设备。

返回到图1的图解范例，输入/输出卡132a包括一数据结构133，而输入/输出卡134a包括一数据结构135。数据结构133存储所述现场设备识别号(例如现场设备识别信息)或相应于通过内部输入/输出总线136a连接到输入/输出卡132a的现场设备(例如现场设备112a-c)的其他信息，而数据结构135存储相应于现场设备116a-c的信息。所述现场设备识别号或存储在数据结构133的其他信息可以用于识别传输到所述工作站(例如工作站102)、相应于现场设备的信息的其他目的或其他类别。数据结构133及135可以在范例过程控制系统100的配置、启用或操作期间由工程师、操作员及/或用户通过工作站102填入。数据结构133及135也可以在一现场设备连接到内部输入/输出总线136a-b之后自动地填入。虽然图中未显示，但冗余输入/输出卡132b存储一与数据结构133同样的数据结构，而冗余输入/输出卡134b存储一与数据结构135同样的数据结构。附加地或可选择地，数据结构133及135可以存储在工作站102中。

图2显示一通信模块200的一个实施例，该实施例可以代表在此描述的任何范例通信模块。图2的范例通信模块200包括一外部总线界面202，以使通信模块200能够与(例如)一配套或相应通信模块进行通信。例如，通信模块124a及124d使用相应的外部总线界面202相互通信。

为了识别所述通信模块的地址、一输入/输出卡的地址及/或一现场设备的地址，通信模块200带有一地址标识符204。地址标识符204可以配置成在通信模块200插入一输入/输出卡或一现场设备时，向一输入/输出卡或一现场设备询问一通信模块地址(例如一网络地址)。照这样，通信模块200可以在在所述输入/输出卡及所述现场设备之间传送信息时使用所述通信模块地址为一源地址及/或目的地址。

为了控制通信模块200的多种操作，通信模块200带有一操作控制器206。在一实施例中，操作控制器206可以使用一微处理器或一微控制器来实施。操作控制器206传送指令或命令到通信模块200的其他部分，以控制这些部分的操作。

范例通信模块200也带有一外部总线通信处理器208，以便通过一外部总线(例如图1的外部总线130a-c)与其他通信模块交换信息。在所述图解范例中，外部总线通信处理器208包化信息以供传输到另一通信模块，并逆包化接收自所述其他通信模块的信息。所述包化信息传送到外部总线界面202，以供通过一外部总线传送。在所述图解范例中，外部总线通信处理器208产生需传送的每个包的标题信息，并从接收的包读取标题信。范例标题信息包括一目的地址(例如一输入/输出卡的一网络地址)、一源地址(例如通信模块200的网络地址)、一包类别或数据类别(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)及检错信息(例如循环冗余校验(CRC)信息)。在有些实施例中，外部总线通信处理器208及操作控制器206可以使用相同的微处理器或微控制器来实施。

为了控制提供到与通信模块200连接的一现场设备的功率数量，通信模块200带有一现场电力控制器210。在所述图解范例中，可能(例如)在调度柜122中或与一现场设备相关的所述电源(例如图5的电源514)提供电力，提供电力到通信模块200以便为一通信频道与所述现场设备通信供以动力。例如，有些现场设备使用12V进行通信，而其他现场设备使用24V进行通信。在所述图解范例中，现场电力控制器210配置成调节、控制及提高及/或降低由一外部电源提供予通信模块200的电力。在有些实施例中，现场电力控制器210配置成限制用于与现场设备通信及/或传输到所述现场设备的电力数量，以便充分地减低或消除易燃或可燃环境中发火花的风险。

为了将接收自一电源的电力变换为用于通信模块200的电力，通信模块200带有一电力变换器212。在所述图解范例中，用于实施通信模块200的电路使用一个或多个电压水平(例如3.3V)，这些电压水平不同于与通信模块200连接的所述现场设备需要的电压水平。电力变换器212配置成提供所述不同的电压水平，以供通信模块200与使用接收自所述电源的电力的所述现场设备进行通信。在所述图解范例中，由电力变换器212产生的电力输出用于驱动通信模块200及连接到通信模块200的所述现场设备，以及通过另一通信模块，在通信模块200及所述现场设备之间传送信息。有些现场设备通信协议比其他通信协议需要相对较高或较低的电压水平及/或电流水平。在所述图解范例中，现场电力控制器210控制电力变换器212，以提供所述电压水平来驱动所述现场设备以及与所述现场设备通信。

为了将通信模块200的电路从与通信模块连接的所述现场设备及/或所述输入/输出卡电气隔离，通信模块200带有一个或多个隔离器214。隔离器214可以使用电化隔离器及/或光学隔离器。以下详细描述与图5有关的一范例隔离配置。

为了在模拟信号及数字信号之间转换，通信模块200带有一数字-模拟转换器216及一模拟-数字转换器218。数字-模拟转换器216配置成将接收自一现场设备、一输入/输出卡及/或另一通信模块的数字表示值(例如测量值)或数字信息转换为模拟值或模拟信息，以供在一系统(例如图1的过程控制系统100)中用于通信。同样地，模拟-数字转换器218配置成将接收自一现场设备、一输入/输出卡及/或另一通信模块的模拟值(例如测量值)或模拟信息转换为数字表示值或数字信息，以供在一系统(例如图1的过程控制系统100)中用于通信。在所述系统中的通信为完全数字及/或完全模拟的一选择性的实施例中，可以从通信模块200省略数字-模拟转换器216及模拟-数字转换器218。

为了控制与同通信模块200连接的一输入/输出卡及/或一现场设备的通信，通信模块200带有一内部总线通信处理器220。内部总线通信处理器220确保接收自另一通信模块的信息(因此确保接收自一现场设备及/或一输入/输出卡的信息)的格式及电压类别(例如模拟或数字)是符合需传送到与通信模块200连接的所述输入/输出卡及/或所述现场设备的格式及电压类别(例如模拟或数字)。内部总线通信处理器220也配置成包化或逆包化信息，如果与通信模块200连接的所述输入/输出卡及/或所述现场设备配置成使用数字信息进行通信。此外，内部总线通信处理器220配置成提取接收自一输入/输出卡及/或一现场设备的信息，并将该信息传送到模拟-数字转换器218及/或传送到外部总线通信处理器208，以供传送到另一通信模块，从而传送到一现场设备及/或一输入/输出卡。

范例通信模块200也带有一内部界面222(图2及3)，内部界面222配置成将通信模块200通信连接到输入/输出卡(例如图1的输入/输出卡132a-b或任何其他输入/输出卡)及/或通信连接到一现场设备(例如图1的现场设备112a或任何其他现场设备)。例如，由内部总线通信处理器220包化的信息传送到内部界面222，以供通过一内部总线(例如图1的内部总线136a-b)传送到一输入/输出卡及/或传送到与通信模块200连接的一现场设备。

在所述图解范例中，内部总线通信处理器220也配置成时间戳接收自一输入/输出卡、一现场设备或所述其他通信模块的信息。在通信模块200产生时间戳便于使用亚毫秒范围中的时间戳准确性来实施事件顺序(SOE)操作。例如，所述时间戳及相应信息可以传送到控制器104及/或工作站102。由(例如)工作站102(图1)(或任何其他处理器系统)执行的事件顺序操作可以接着用于分析一特定操作状态(例如一故障模式)之前、期间及/或之后发生了什么，以便确定什么导致所述特定操作状态发生。所述亚毫秒范围中的时间戳也使得能够使用相对较高的间隔尺寸来俘获事件。在有些实施例中，内部总线通信处理器220及操作控制器206可以使用相同的微处理器或微控制器来实施。

一般上，与内部总线通信处理器220相似的内部通信处理器带有通信协议功能或其他通信功能(例如Fieldbus通信协议功能、HART通信协议功能等等)，这些通信协议功能或其他通信功能(例如Fieldbus通信协议功能、HART通信协议功能等等)相应于与其通信的类别的现场设备及/或输入/输出频道。例如，如果与内部输入/输出总线136a相关的所述输入/输出频道配置成使用HART通信协议，通信模块124a的内部总线通信控制器220带有HART通信协议功能。在通信模块124a接收计划传送到第二通信模块124d(因此计划传送到现场设备112a)、来自输入/输出卡132a的信息时，内部总线通信控制器220根据HART通信协议格式化所述信息，并将所述信息传送到第二通信模块124d及现场设备112a。如果第二通信模块124d不使用HART通信协议进行通信，则第二通信模块124d可以移除并以配置成实施HART通信协议的另一通信模块替换。因此，现场设备112a可以更改为使用一不同协议以匹配输入/输出总线136a的协议来进行通信，从而消除在输入/输出卡132a重新靠岸或重新端接输入/输出总线136a的必要。

在所述图解范例中，内部总线通信处理器220配置成处理传递信息。传递信息起源于一工作站(例如图1的工作站102)，而且作为有效载荷(例如一通信包的数据部分)、通过一控制器(例如图1的控制器104)传送到一通信模块(例如图1的通信模块124a)，以供传送到有现场设备(例如通过第二通信模块124d传送到现场设备112a)。例如，起源于工作站102、计划传送到现场设备112a的一信息在工作站102以一通信协议描述符(例如一HART协议描述符)标记及/或根据现场设备112a的通信协议格式化。工作站102接着将所述信息包装成一个或多个通信包的一有效载荷，以便通过输入/输出控制器104，将所述信息作为一传递信息，传送到通信模块124a。包装所述信息的步骤涉及(例如)根据用于与所述现场设备进行通信的一通信协议(例如一Fieldbus协议、一HART协议等等)，以标题信息包化所述信息。

在通信模块124a从输入/输出卡132接收包含所述传递信息的通信包时，内部总线通信处理器220(图2)从所接收的通信包提取所述有效载荷。外部总线通信处理器208(图2)接着从所述有效载荷打开所述传递信息，然后根据由工作站102产生的通信协议描述符格式化所述信息(如果尚未在工作站102格式化)，并通过第二通信模块124d将所述信息传送到现场设备112a。

可选择地，所述信息可以在不需要从第一通信模块124a更改的情况下传递到第二通信模块124d。接着第二通信模块124d从所述有效载荷打开所属传递信息，然后根据由工作站102产生的通信协议描述符格式化所述信息(如果尚未在工作站102格式化)，并将所述信息传送到现场设备112a。

内部总线通信处理器220也配置成以相同方式将传递信息传送到工作站102。例如，如果现场设备112a产生计划传送到工作站102的一信息(例如对所述工作站信息或任何其他信息的一响应)，内部总线通信处理器220将来自现场设备112a的所述信息打包成为一个或多个通信包的所述载荷，而外部总线通信处理器208将包含所包装的信息的所述一个或多个包传送到第一通信模块124a及传送到输入/输出卡132a。在工作站102从包含所包装的信息的包时，工作站102可以打开及处理所述信息。

图3为一框图，其显示两个范例通信模块、一范例现场设备及一范例输入/输出卡之间的一个范例电气连接。通信模块124a、d在这个范例中说明。然而，任何其他通信模块可以以相同或相似的方式连接到任何其他通信模块、输入/输出卡及/或现场设备。此外，输入/输出卡132a及现场设备112a在这个范例中说明，但任何其他输入/输出卡及/或现场设备可以以相同或相似的方式连接到任何其他通信模块。如图3所示，输入/输出卡132a通过内部输入/输出总线136a通信连接到第一通信模块124a的一个第一内部界面222a。从一个第一外部界面202a，一导线或总线130a将第一通信模块124a连接到第二通信模块124d的一个第二内部界面202d。第二通信模块124d通过一个第二内部界面222d及一个内部现场设备总线136d，连接到现场设备112a。

图4显示范例通信模块200及一范例现场设备400之间的一范例机械连接，而范例通信模块200及范例现场设备400可以代表在此描述的任何范例通信模块及/或现场设备。在所述图解范例中，范例通信模块200包括一个或多个接触器404(例如销、标签、迹线等等)，接触器404将通信模块200通信连接及/或电气连接到现场设备400。在这个范例中，通信模块200通过一中间底座402连接到现场设备400。底座402带有扣件406(例如螺丝)，其可以是(例如)一现场设备界面，从一输入/输出总线系住、端接或稳固电导通信媒介(例如电线末端)。在通信模块200可移动地连接到底座402时，扣件406通信连接到一个或多个接触器404，以使得能够在通信模块200、现场设备400及输入/输出卡之间传送信号以及传送信息。在其他实施例中，底座402可以带有任何其他适合类别的现场设备界面(例如一插座)，而不是扣件406。

为了将通信模块200通信连接到现场设备400，底座402带有一现场设备接触器或连接器408。在用户将底座402插入现场设备400时，现场设备连接器408与现场设备400的一内部总线接合。现场设备连接器408可以使用任何合适的界面(包括一相对简单的界面，例如一凸凹模)来实施。为了使得能够在通信模块200与现场设备400之间传送信息，现场设备连接器408连接到通信模块200的一个或多个接触器404。

在所述图解范例中，通信模块200也包括一盖子410，该盖子410可以用于遮蔽通信模块200及/或通信模块200与现场设备400的连接免受周围环境影响。盖子410防止水分及/或其他不利的或潜在地有破坏性的环境条件对可能经历这些条件的过程区域中的通信模块200造成有害影响。盖子410可以以任何合适的塑料、金属或其他适合密封或以其他方式保护通信模块400的材料制造。

图5描绘一隔离电路配置，该隔离电路配置可以实施于图1的范例通信模块124a-b，以便将通信模块124a-b相互电气隔离以及将现场设备112a-b从内部输入/输出总线136a电气隔离。在这个范例中说明通信模块124a-b，然而，任何其他通信模块可以以相同或相似的方式连接到任何其他通信模块、输入/输出卡及/或现场设备。在所述图解范例中，通信模块124a-b中的每个通信模块包括各自的通信模块电路502及504(例如以上连同图2进行描述的一个或多个模块)。此外，通信模块124a-b通过现场接线盒120a及配套通信模块124d-e，连接到它们各自的现场设备112a-b。此外，通信模块124a-b连接到内部输入/输出总线136a及一电源514。

为了将通信模块电路502从内部输入/输出总线136a电气隔离，通信模块124a带有一隔离电路506。照这样，通信模块电路502可以配置成遵循现场设备112a的电压水平(例如相对于现场设备112a的电压水平浮动)(如果现场设备112a中发生电涌或其他功率变化)而不影响内部输入/输出总线136a的电压及不导致损坏输入/输出卡132a(图1)。通信模块124b也包括一隔离电路508，隔离电路508配置成将通信模块电路504从内部输入/输出总线136a隔离。隔离电路506及508及实施于通信模块124a-b的任何其他隔离电路可以使用光学隔离电路或电化隔离器来实施。

为了将通信模块电路502从电源514隔离，通信模块124a带有一隔离电路510。同样地，通信模块124b带有一隔离电路512，以便将通信模块电路504从电源514隔离。通过将通信模块电路502及504从电源514隔离，与现场设备112a-b相关的任何功率变化(例如电涌、电流刺波等等)将不会损坏电源514。此外，通信模块124a-b的其中之一中的功率变化将不会损坏或负面地影响通信模块124a-b的另外其中之一的操作。

在已知的过程控制系统中，已知调度柜中提供隔离电路，从而减少已知通信模块的可用空间数量。然而，在通信模块124a-b中提供如图5的图解范例中所示的隔离电路506、510、508及512减少调度柜122(图1)中隔离电路需要的空间数量，从而增加可以通信模块(例如通信模块124a-c及126a-c)的可用空间数量。此外，在通信模块(例如通信模块124a-b)中实施隔离电路(例如隔离电路506、508、510及512)(例如将隔离电路集成在通信模块中)使得能够选择性地使用隔离电路于需要隔离的通信模块。例如，图1的通信模块124a-c及126a-c中的有些通信模块可以在不带隔离电路的情况下实施。

一附加隔离电路(图中未显示)可以连接在通信模块电路502与现场设备112a之间，以便将通信模块124a从另一个通信模块124d及现场设备112a隔离。同样地，一附加隔离电路可以连接在通信模块电路504与现场设备112b之间，以便将通信模块124b从另一个通信模块124e及现场设备112b隔离。照这样，通信模块电路502及504可以配置成依次遵循现场设备112a及112b的电压水平(例如相对于现场设备112a及112b的电压水平浮动)(如果输入/输出卡132a(图1)中发生电涌或其他功率变化)而依次不影响内部总线136a及136b的电压及不导致损坏现场设备112a及112b。

图6A及6B为范例方法的流程图，这些范例方法可以用于实施通信模块(例如图1及2的通信模块124a-f及200)。在有些实施例中，图6A及6B的范例方法可以使用包括由一处理器(例如图7的范例处理器系统710中显示的处理器712)执行的机器可读指令来实施。所述编程可以实施于存储在有形计算机或处理器可读媒介(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712(图7)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6A及6B所示的流程图对所述范例方法进行描述，但本领域的普通工程技术人员将可以理解，可以选择使用许多其他方法来实施在此描述的范例通信模块124a-f及200。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6A及6B，图6A及6B的范例方法以图1的范例通信模块124a、d及图2及3的详细范例通信模块实施例来描述。然而，图6A及6B的范例方法可以用于实施任何其他通信模块。图6A及6B的流程图用于描述范例通信模块124a、d怎样在输入/输出卡132a与现场设备112a之间传送信息。

最初，通信模块124a、d确定其是否已经接收通信信息(流程块602)。例如，如果外部总线通信处理器208(图2)或内部总线通信处理器220通过(例如)一中断信号或状况寄存器指示通信信息已经被接收，通信模块124a，d确定其已经接收通信信息。如果通信模块124a，d确定其尚未接收通信信息(流程块602)，控制保持在流程块602直到通信模块124a，d接收通信信息。

如果通信模块124a、d接收通信信息(流程块602)，在通信模块124d连接到一现场设备时，通信模块124a，d根据(例如)内部总线通信处理器220(图2)的一个中断信号或状况寄存器，确定其是否已从一现场设备(例如图1的现场设备112a)接收所述通信信息(流程块604)。如果通信模块124d确定其已经从现场设备112a接收通信信息(流程块604)，则内部总线通信处理器220根据现场设备通信协议，从所接收的与现场设备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606)。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通信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)或由通信模块126d分配予现场设备112a的通信协议。在一选择性的实施例中，在流程块606，现场设备通信处理器220只是从所接收的通信信息提取所述现场设备信息，而识别现场设备112a的现场设备识别信息存储在所述终端模块124d中。例如，在现场设备112a最初连接到通信模块124d时，现场设备112a可以将其识别信息传送到通信模块124d，而通信模块124d可以存储所述识别信息。如以上所述，这些信息也可以存储在数据库133或135、工作站102等等。这些信息也可以存储在另一个通信模块124a。

内部总线通信处理器220接着确定是否需要模拟-数字转换(流程块608)。例如，如果现场设备112a传送模拟测量值，所述内部总线通信处理器220确定需要或必需进行模拟-数字转换(流程块608)。如果需要进行模拟-数字转换，模拟-数字转换器218(图2)对所接收的信息执行所述转换(流程块610)。

在所述模拟-数字转换(流程块610)之后或如果不需要模拟-数字转换(流程块608)，内部总线通信处理器220识别与所接收的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612)，并产生相应于所接收的现场设备信息的数据类别描述符(流程块614)。例如，通信模块124d可以存储一数据类别描述符，该数据类别描述符指示其始终将从现场设备112a接收的数据类别，或现场设备112a可以向通信模块124d传送现场设备通信处理器220在流程块610用来产生所述数据类别描述符的数据类别。

在现场设备112a不包括任何内部通信电路及/或软件、而所有通信电路及/或软件由所述通信模块提供的一范例中，图6A及6B中所示的许多流程块可以跳过。例如，从所述现场设备的通信协议到所述外部总线(例如输入/输出频道)的通信协议的转换在所述通信协议最初由通信模块124d提供时可能不必要。

外部总线通信处理器208(图2)接着确定输入/输出卡132a的目的地址(流程块616)，而通信模块124d(如以下详述的那样，最终是通信模块124a)需向该目的地址传送接收自现场设备112a的信息。例如，外部总线通信处理器208(图2)可以从地址识别器204(图2)获得输入/输出卡132a的目的地址。此外，外部总线通信处理器208确定或产生检错数据(流程块620)，以传送到输入/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输入/输出卡132a接收。例如，外部总线通信处理器208可以产生循环冗余码校验(CRC)检错位。这也可以由通信模块124a完成。

外部总线通信处理器208接着根据一外部总线通信协议，包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、输入/输出卡132a的目的地址、通信模块124d的源地址以及所述检错数据(流程块622)。所述外部总线通信协议可以使用(例如)基于传输功率控制(TPC)的协议、基于用户数据报协议(UDP)的协议等等来实施。外部总线通信处理器208可以从地址识别器204(图2)获得通信模块124d的源地址。外部总线界面202(图2)接着通过一外部总线，将所包化的信息传送到另一个通信模块124a(流程块624)。

图6A中所示的一个或多个流程块可以由不同于以上详述的特定范例的一个或多个其他通信模块来完成。例如，在所述相应信息的数据类别描述符产生(流程块614)之后，通信模块124d可以将所述信息传送到另一个通信模块124a。另一个通信模块124a可以接着确定输入/输出卡132a的目的地址，并执行在此描述的任何随后的方法。

相反地，如果在流程块604，通信模块124a确定在流程块602探测到的通信信息来自输入/输出卡132a，内部总线通信处理器220(图2)从所接收的通信信息提取一目的地址(流程块626)。内部总线通信处理器220接着确定所提取的目的地址匹配从地址界面204获取的、第二通信模块124d的目的地址(流程块628)。如果所述目的地址不匹配第二通信模块124d的目的地址(例如所接收的信息并非计划传送到第二通信模块124d)(流程块628)，控制返回到流程块602(图6A)。另一方面，如果所述目的地址匹配第二通信模块124d的目的地址(例如所接收的信息计划传送到第二通信模块124d)(流程块628)，内部总线通信处理器220根据内部总线通信协议，从所接收的通信信息提取所述现场设备信息(流程块630)，并使用(例如)基于所接收的通信信息中的检错信息的循环冗余校验(CRC)检验过程，检验所述数据的完整性(流程块632)。虽然图中未显示，如果内部总线通信处理器220在流程块632确定所接收的通信信息中存在一错误，内部总线通信处理器220发送一信息到输入/输出卡132a，要求重新传送。

在检验数据完整性(流程块632)之后，内部总线通信处理器220(或外部总线通信处理器208)确定是否需要数字-模拟转换(流程块634)。例如，如果存储在通信模块124a的一数据类别描述符指示现场设备112a需要模拟信息，则内部总线通信处理器220确定需要数字-模拟转换(流程块634)。如果需要数字-模拟转换(流程块634)，数字到模拟转换器216(图2)对所述现场设备信息执行数字-模拟转换(流程块636)。在执行所述数字-模拟转换(流程块636)之后，或如果不需要任何数字到模拟转换(流程块634)，外部总线通信处理器208使用现场设备112a的现场设备通信协议或由通信模块126d分配予其的通信协议，通过现场设备界面222(图2)将所述现场设备信息传送到第二通信模块124d，并因此传送到现场设备112a(流程块638)。

在外部总线通信处理器208将所述现场设备信息传送到所述其他通信模块(即在所述信息从一现场设备传送到一输入/输出卡时传送到第一通信模块124a，以及在所述信息从一输入/输出卡传送到一现场设备时传送到第二通信模块124d)之后，图6A及6B的过程返回到流程块602。

如果第一或第二通信模块124a，d的其中之一执行上述过程，则第一或第二通信模块124a，d的另外其中之一将从执行所述过程的通信模块124a，d中的所述第一个通信模块检测一通信(流程块602)。接着，检测所述通信的第一或第二通信模块124a，d的另外其中之一将所接收的信息传送到与其内部界面连接的设备(流程块640)。换句话说，第一通信模块124a将接收自第二通信模块124d的信息传送到输入/输出卡132a，而第二通信模块124d将接收自第一通信模块124a的信息传送到现场设备112a。然而，在有些范例中，如以上所述的那样，在接收来自第一及/或第二通信模块124a，d的另外其中之一的信息时，第一及/或第二通信模块124a，d的另外其中之一可以执行在此描述的一个或多个步骤。在将所接收的信息传送到与所述内部界面连接的所述设备时，图FIGS.6A及B的过程结束及/或控制返回到(例如)调用过程或功能。

图7为一框图，其显示范例处理器系统710，范例处理器系统710可以用于实施在此描述的范例系统及方法。例如，相似或相同于范例处理器系统710的处理器系统可以用于实施图1的工作站102、控制器104、输入/输出卡132a-b及134a-b及/或通信模块124a-c及126a-c。虽然以下描述范例处理器系统710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用于实施工作站102、控制器104、输入/输出卡132a及/或通信模块124a-c及126a-c中的一个或多个省略。

如图7所示，处理器系统710包括一处理器712，该处理器712连接到一互连总线714。处理器712包括一寄存器设置或寄存器空间716，该寄存器设置或寄存器空间716在图7中被描绘成完全在线，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/或互连总线714直接地连接到处理器712。处理器712可以是任何合适的处理器、处理单元或微处理器。虽然图7中未显示，但所述系统710可以是多处理器系统，因此，其可以包括一个或多个附加的、与所述处理器712相同或相似并通信连接到互连总线714的处理器。

图7的处理器712连接到一芯片组718，该芯片组718包括一存储器控制器720及一外围输入/输出控制器722。广为人知的是，一芯片组典型地提供输入/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芯片组718的处理器存取或使用。存储器控制器720执行其功能，使得处理器712(或多个处理器，如果有多个处理器)能够存取一系统存储器724及一大容量存储器725。

系统存储器724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。大容量存储器725可以包括任何期望类别的大容量设备。例如，如果范例处理器系统710用于实施工作站102(图1)，则大容量存储器725可以包括一硬盘驱动器、一光驱动器、一带存储器设备等等。可选择地，如果范例处理器系统710用于实施控制器104，输入/输出卡132a-b及134a-b的其中之一或通信模块124a-f及126a-f的其中之一，则大容量存储器725可以包括一固态存储器(例如闪速存储器、随机存取存储器(RAM)等等)、一磁存储器(例如硬盘)或任何其他适合在控制器104、输入/输出卡132a-b以及134a-b或所述终端模块124a-f及126a-f中实施大量存储的存储器。

外围输入/输出控制器722执行其功能，使得处理器712能够通过一外围输入/输出总线732、与外围输入/输出设备726及728以及一网络界面730进行通信。输入/输出设备726及728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)等等。网络界面730可以是(例如)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，其使得处理器系统710能够与另一处理器系统进行通信。

虽然存储器控制器720及输入/输出控制器722在图7中被描绘为芯片组718内的分别的功能块，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。

在此描述的范例方法及系统方便地使一过程控制系统的操作员能够使用可以互换地连接到多个现场设备的、适用于多个通信协议的多个通信模块。这使所述过程控制系统的操作员能够迅速及轻易地改变一现场设备的通信协议。例如，操作员可以将一现场设备的通信协议从一个通信协议改变为另一通信协议，而所述另一通信协议具有某些性能特性或其他好处对所述过程控制系统中的特定现场设备更为有利。此外，操作员可以以一经修改或更新的通信协议来更新一现场设备，或在一现场设备上使用原先制造所述现场设备时尚未存在的通信协议。

此外，包括在正式采用工业标准之前已经结合到过程控制系统的最先进的未公开设备及通信协议的过程控制系统的操作员将能够将结合所述工业标准的、在此描述的范例通信模块的其中之一结合到所述未公开现场设备的其中之一，以便更新所述设备，从而符合适当的标准。

以在此描述的范例通信模块实现的另一好处是，一现场设备的通信协议可以改变，而所有所述设备配置信息(例如标签号、校准设置、校准历史、跨度等等)可以存储在所述现场设备电子器件的一单独存储器中，因此将不会在所述通信模块改变时失去。

此外，所述通信模块的一些范例可以包括诊断软件，这些诊断软件可以用于搜集来自所述现场设备的信息。操作员可以通过将所述通信模块改变为具有所期望的诊断软件的另一通信模块，存取更新、更好或更设备适当的诊断。例如，可以开发一新诊断测试，以便更好地评估现场设备的特定条件。有了在此描述的范例通信模块，所述新诊断测试可以在不需要改变所述现场设备或现有现场设备的电子线路板的情况下，实施在一固有现场设备上。此外，有了在此描述的范例通信模块，所述诊断软件可以在改变所述现场设备的通信协议或在不改变所述现场设备的通信协议的情况下改变。

此外，在一现场设备的电子器件已经发生故障、而所述通信协议及/或诊断的改变将矫正所述问题的情况下，如在此描述的那样，在此描述的范例通信模块可以轻易地替换。改变所述通信模块比替换一发生故障、过时或有缺失的设备的整个电子线路板更快、更容易而且更划算。此外，改变所述通信模块也比替换整个发生故障、过时或有缺失的设备更快、更容易而且更划算。此外，整个设备的替换引起泄漏、侵入管道或容器遇到的个人危险、需要额外的行业人员、在管道被扰乱时的隔离及/或清洗需要更大等等的可能，所有这些可能在通过改变所述通信模块来矫正所述问题时得以避免。

在此描述的范例的另一好处是，现场设备的制造商可以将所述通信电子器件及软件及/或诊断电子器件及软件从所述现场设备的其余电子器件分离。因此，较少种类的用于所述现场设备的电路板需要开发、制造、库存等等。例如，如果一制造商在两个不同的通信协议中提供各五个现场设备，则将需要生产十个电路板(每个设备及协议组合用一个电路板)。使用在此描述的范例通信模块，将只需要生产五个电路板(每个设备用一个电路板)及两个类别的通信模块(每个协议用一个类别的通信模块)，因此大大减少制造商的开发及存储成本。此外，所述通信模块可以于其他现场设备一起使用。

此外，以上描述的关于图5的隔离电路保护连接到所述范例通信模块的电源及现场设备。如果发生电流刺波或电工配线疏忽而导致不可接受的高电压或电流负荷，所述隔离电路促使所述通信模块吸收所述额外负荷。因此，只是所述通信模块可能需要替换，而所述现场设备的电路板将保持其功能，这大大地减少维护及修理成本。

虽然在此已经描述某些方法、设备及制造件，但本专利包括的范围并未受其限制。相反地，本专利包括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所有方法、设备及制造件。

Claims (35)

1、一种改变一过程控制系统中的一第一现场设备的一通信协议的方法，所述方法包括：

将配置成使用一第一通信协议来进行通信的一第一可移动通信模块从所述第一现场设备分离；以及

将配置成使用一第二通信协议来进行通信的一第二可移动通信模块连接到所述第一现场设备，其中在连接所述第二可移动通信模块之后，所述第一现场设备配置成使用所述第二通信协议来进行通信，及其中在使用所述第一通信协议来进行通信时，所述第一现场设备连接到一输入/输出卡上的一第一通信频道，以及在使用所述第二通信协议来进行通信时，所述第一现场设备连接到所述输入/输出卡上的所述第一通信频道。

2、如权利要求1所述的方法，进一步包括：

将配置成使用所述第一通信协议来进行通信的一第三可移动通信模块从所述输入/输出卡的所述第一通信频道分离；以及

将配置成使用所述第二通信协议来进行通信的一第四可移动通信模块连接到所述输入/输出卡，其中所述第四可移动通信模块连接到所述第一通信频道。

3、如权利要求1所述的方法，其中所述第一可移动通信模块及所述第二可移动通信模块中的每个可移动通信模块提供实质上所有的通信软件及通信电子器件到所述第一现场设备。

4、如权利要求3所述的方法，其中所述通信软件包括修订软件。

5、如权利要求4所述的方法，其中所述修订软件包括新特征。

6、如权利要求3所述的方法，其中所述通信软件包括工业标准信息。

7、如权利要求1所述的方法，其中所述第一可移动通信模块在从所述第一现场设备移除时，连接到一第二现场设备。

8、如权利要求7所述的方法，其中所述第一现场设备不同于所述第二现场设备。

9、如权利要求8所述的方法，其中所述第一现场设备的商标或型号不同于所述第二现场设备。

10、如权利要求1所述的方法，其中所述第一可移动通信模块或所述第二可移动通信模块的至少其中之一包括隔离电路，以便电气隔离所述第一现场设备。

11、如权利要求1所述的方法，其中所述第二可移动通信模块包括诊断软件或电子器件的至少其中之一，以用于所述第一现场设备。

12、如权利要求1所述的方法，其中所述第一可移动通信模块或所述第二可移动通信模块的至少其中之一包括一个或多个接触器，以便将所述第一可移动通信模块或所述第二可移动通信模块机械地及通信连接到所述第一现场设备。

13、如权利要求12所述的方法，其中所述第一可移动通信模块或所述第二可移动通信模块的至少其中之一可插入所述第一现场设备。

14、如权利要求1所述的方法，其中所述第一可移动通信模块或所述第二可移动通信模块的至少其中之一通过一底座，连接到所述第一现场设备。

15、如权利要求1所述的方法，其中所述第一可移动通信模块或所述第二可移动通信模块的至少其中之一包括本地标记信息。

16、如权利要求15所述的方法，其中所述本地标记信息包括一序号。

17、如权利要求1所述的方法，其中所述第一可移动通信模块或所述第二可移动通信模块的至少其中之一包含用于配置或评估所述现场设备的信息。

18、一种分布式过程控制系统，包括：

一输入/输出卡，所述输入/输出卡具有多个通信频道；以及

一第一现场设备，所述第一现场设备具有与其可移动地连接的一第一通信模块，以使用一第一通信协议进行通信，其中所述第一现场设备连接到所述多个通信频道的一第一通信频道，其中一第二通信模块可移动地连接到所述第一现场设备以替换所述第一通信模块，以使用一第二通信协议进行通信，而所述第一现场设备连接到所述多个通信频道的所述第一通信频道。

19、如权利要求18所述的系统，进一步包括一第三可移动通信模块，所述第三可移动通信模块连接到所述第一可移动通信模块，以使用所述第一通信协议与所述第一可移动通信模块进行通信，其中一第四可移动通信模块可以可移动地连接到所述第二通信模块以替换所述第三通信模块，以使用所述第二通信协议进行通信。

20、如权利要求18所述的系统，其中所述第一及第二通信协议不同。

21、如权利要求18所述的系统，其中所述第一通信模块在从所述第一现场设备移除时，连接到一第二现场设备。

22、如权利要求21所述的系统，其中所述第一现场设备不同于所述第二现场设备。

23、如权利要求22所述的系统，其中所述第一现场设备的商标或型号不同于所述第二现场设备。

24、如权利要求18所述的系统，其中所述第一通信模块提供实质上所有的通信软件及通信电子器件到所述第一现场设备。

25、如权利要求24所述的系统，其中所述通信软件包括修订软件。

26、如权利要求25所述的系统，其中所述修订软件包括新特征。

27、如权利要求24所述的系统，其中所述通信软件包括工业标准信息。

28、如权利要求18所述的系统，其中所述第一通信模块或所述第二通信模块的至少其中之一包括隔离电路，以便电气隔离所述第一现场设备。

29、如权利要求18所述的系统，其中所述第二通信模块包括诊断软件或电子器件的至少其中之一，以用于所述第一现场设备。

30、如权利要求18所述的系统，其中所述第一通信模块或所述第二通信模块的至少其中之一包括一个或多个接触器，以便将所述第一通信模块或所述第二通信模块机械地及通信连接到所述第一现场设备。

31、如权利要求18所述的系统，其中所述第一通信模块或所述第二通信模块的至少其中之一可插入所述第一现场设备。

32、如权利要求18所述的系统，其中所述第一通信模块或所述第二通信模块的至少其中之一通过一底座，连接到所述第一现场设备。

33、如权利要求18所述的系统，其中所述第一可移动通信模块或所述第二可移动通信模块的至少其中之一包括本地标记信息。

34、如权利要求33所述的系统，其中所述本地标记信息包括一序号。

35、如权利要求18所述的系统，其中所述第一可移动通信模块或所述第二可移动通信模块的至少其中之一包含用于配置或评估所述现场设备的信息。

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