CN101784965B - 用于控制自动化技术的现场设备的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用控制程序控制自动化技术的现场设备F1的方法，该控制程序由配属于现场设备并且封装有现场设备控制功能的框架应用程序和可执行软件成分构成，配属于现场设备F1的软件成分被分为两部分并且由基本软件成分和扩展软件成分构成，其中基本软件成分DTM-F1用于读出及写入现场设备F1的设备参数并且提供图形化的基本用户界面，以及其中扩展软件成分DLL-F1是从现场设备F1的设备软件GS的程序代码产生的并且提供现场设备F1的控制功能。

Description

用于控制自动化技术的现场设备的方法

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所定义的用于控制自动化技术现场设备的方法。

背景技术

在自动化技术(过程自动化/制造自动化)中，常常使用现场设备，它们用于检测和/或影响过程变量。这种过程自动化技术现场设备的例子有物位测量仪表、质量流量测量仪表、压力及温度测量仪表、pH及氧化还原电位测量仪表、电导率测量仪表等等，它们作为传感器检测相应的过程变量，即，物位、流量、压力、温度、pH值或电导率值。

用于影响过程变量的执行机构例如是控制液体在管段中的流量的阀门或者改变容器中的物位的泵。

公司制造并销售大量这种现场设备。

通常，现场设备经由现场总线系统(

现场总线、

等等)与上位单元相连。这些上位单元用于基于相应的程序进行过程控制、过程可视化，用于控制现场设备以及工厂管理(资产管理)。

通过设备描述将现场设备集成在这种应用软件中。这些设备描述由设备制造者提供，以使得应用软件能够解释例如从现场设备发送的输出信号的意义。

存在对于不同现场设备系统的不同设备描述(HART设备描述、现场总线基金会设备描述、Profibus设备描述)。

基于现场总线基金会(FF)、HART通讯基金会(HCF)和Profibus用户组织(PNO)的合作，创建了以IEC 61804-2标准定义的电子设备描述(Electronic Device Description EDD)。

为了控制现场设备，相应的操作程序(操作工具)是必需的，其或者在上位单元中自己运行(Endress+Hauser的FieldCare、Fisher-Rosemount的AMS、Siemens的PDM)，或者集成在控制系统应用软件中(Siemens的PCS7、ABB的Symphony、Emerson的Delta V)。

为了舒适地控制现场设备，最近已经可以获得特殊的设备描述，即，所谓的设备DTM(设备类型管理器)，其对应于FDT(现场设备工具)规范。FDT规范由PNO(Profibus用户组织)与ZVEI(德国电气与电子工业联合会)合作发展得到，作为工业标准。可以从AVEI或PNO或FDT组获得当前的PDT规范1.2.1，其包括对于“FoundationFieldbus”通讯的附录。

许多现场设备制造者已经提供了对于它们的现场设备的设备DTM。设备DTM包含给定现场设备的功能及变量并且往往提供了图形用户界面。

设备DTM是软件成分，然而该软件成分不能独立执行。作为运行时间环境，设备DTM需要框架应用程序(也称为FDT框架)，例如Endress+Hauser公司的FieldCare。框架应用程序和相应的设备DTM代表用于现场设备的操作程序，其使得能够非常舒适地访问现场设备(例如，设备参数、测量值、状态信息等等)以及调用特殊功能(例如，诊断)。

然而，设备DTM的提供会引起对于现场设备制造者的可观投入。对于必须对于现场设备DTM重新编写程序代码的情况，依赖于现场设备的复杂度而可能需要数周的开发时间。

一旦完成了现场设备DTM，必须对它们进行大量测试，以保证它们可以毫无问题地在相关现场设备或设备类型中工作并且正确反应其功能。

这些测试也具有涉及安全性的方面，因为通过设备DTM也可以在现场设备中调节安全临界参数。在开发设备DTM中，安全可靠的控制是关键的需求。

如果现场设备的设备软件改变，那么往往必须重写现场设备的设备DTM，这导致在现场设备制造者方面的附加开销。

在设备DTM的开发中，现场设备制造者往往由已经存在的设备规范(例如，HART DD)出发。Code Wrights公司制造大量基于HART DD的设备DTM。然而，不能够借助于HART DD重新创建复杂的功能(例如，用于设备诊断的复杂计算)。于是，在相应的设备DTM中没有这些功能。如果这些复杂的功能也应当集成在设备DTM中，那么必须复杂地重写相应的程序代码。

在设备控制中的一个重要需求是离线控制。在这种情况中，要控制的现场设备或者完全不与其中运行有控制程序的上位单元物理连接，或者不可以从控制程序访问，因为该现场设备还没有集成在现场总线系统中。尽管如此，用户将希望已经输入了这个现场设备的设备参数。

为了能够完全离线控制，在创建设备DTM时需要非常高的支出。通常，现有的设备DTM不能保证百分之百的离线控制。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于控制自动化技术的现场设备的方法，该方法不具有上述缺点并且特别是能够实现对于现场设备的简单安全的控制。

这个目的通过权利要求1中的方法步骤实现。

从属权利要求中给出了本发明的多种实施例。

本发明的一个关键思想是将迄今为止为控制现场设备而使用的软件成分(例如，设备DTM)实现为两部分，其中一方面提供了基本软件成分，而另一方面提供了扩展软件成分。基本软件成分仅仅提供几种功能并且与现今使用的软件成分类似地在框架应用程序中运行。它实现了设备参数的读写并提供了图形化的基本用户界面。另外，提供扩展软件成分，其由设备软件的程序代码产生并且提供现场设备的实际控制功能。

在本发明的第一实施例中，扩展软件成分提供在图形化基本用户界面上显示所需的设备参数特性。

在本发明的进一步发展中，扩展软件成分用于计算在图形化基本用户界面上显示的菜单结构。

本发明特别适用于基于FDT标准的控制程序。在这种情况中，基本软件成分是对应于FDT规范的设备DTM。扩展软件实施为WindowsDLL(动态链接库)文件。为了保证设备的功能以及扩展软件成分的一致性，在每一次读写设备参数时，相应的设备参数值被发送至扩展软件成分。

本发明的方法所提供的主要优点是，无需再产生复杂的软件成分以用于控制现场设备。扩展软件成分直接由设备软件的程序代码生成。以这种方式，无需为了产生软件成分而付出附加的开发工作。由于保证了相同的功能性而使得测试工作显著减少，这是因为扩展软件成分和设备软件都基于相同的程序代码。

附图说明

现在根据附图中描绘的实施例来详细解释本发明。

如图中：

图1是现有技术中，利用计算机单元控制过程自动化技术的现场设备；

图2是根据本发明，利用计算机单元控制过程自动化技术的现场设备；

图3是写入设备参数的示意图；

图4是读出设备参数的示意图；

图5是现场设备的设备软件和DLL文件的示意图；

图6示出了用于控制现场设备(Endress+Hauser的Promag 53)的用户界面。

具体实施方式

图1示意性显示了控制现场设备F1所需的成分。通常借助于计算机单元RE进行控制。计算机单元RE可以例如是具有Windows操作系统的个人电脑PC。计算机单元RE通过现场总线接口FB-S与现场总线FB相连，现场设备F1连接至该现场总线。在计算机单元RE上运行的是框架应用程序R(例如，Endress+Hauser公司的FieldCare)，其通过限定的接口(FDT接口)与配属于现场设备F1的设备DTM DTM-F1通信。还存在其他设备DTM，即，对于未详细显示的现场设备F2和F3的DTM-F2和DTM-F3。

通过通信DTM COM-DTM，设备DTM DTM-F1与现场总线接口FB-S相连。为了控制现场设备F1，所涉及的现场设备的设备DTM(这里是设备DTM DTM-F1)必须被实例化。框架应用程序R负责实例化。框架应用程序R还负责启动及管理存储器的应用程序(客户端应用程序)以及存储并加载来自项目数据存储器PS的项目数据。在设备DTMDTM-F1被实例化之后，用户可以得到控制程序BE，其具有由设备DTMDTM-F1提供的用于控制现场设备F1的图形用户界面(graphical userinterface)。除了图形用户界面(GUI)之外，设备DTM DTM-F1还可以提供现场设备F1的商业逻辑(business logic)。

通过通信DTM COM-DTM，可以建立到现场设备F1的连接，其实现设备参数的读写。

现场设备F1仅仅发送参数值而不发送这些值的特性，诸如文本描述(例如“体积流量”)、格式、单位或选择菜单。这些特性必须由设备DTM DTM-F1提供并且可以随后显示在用户界面上。

借助于在计算机单元RE上运行的控制程序BE控制各个现场设备。控制程序BE由框架应用程序R和作为软件成分的不同设备DTM构成。现场设备的设备DTM包含它们的控制功能。

在离线控制的情况中，例如现场设备F1并不物理存在。离线控制仅仅借助于设备DTM DTM-F1进行。

除了设备DTM DTM-F1之外，图2与图1相同。

代替设备DTM DTM-F1，提供设备DTM DTM-F1′和附加的软件成分DLL-F1。代替整体的软件成分，这里使用被一分为二的软件成分，其由作为基本软件成分的设备DTM DTM-F1′以及作为扩展软件成分的附加软件成分DLL-F1构成。

借助于基本软件成分DTM-F1′，可以读出或写入现场设备F1的设备参数。同时，还可以识别现场设备F1，例如可以读出制造者ID、设备ID和软件版本数。在识别现场设备F1之后，可以在Windows操作系统的注册表中搜索现场设备F1的扩展软件成分DLL-F1，以加载该扩展软件成分。

另外，基本软件成分DTM-F1′提供基本用户界面。由于基本软件成分DTM-F1′仅仅提供最小的功能性，它也被称作一般设备DTM。

DLL-F1通过内部Windows接口与设备DTM DTM-F1′和通信DTMCOM-DTM通信。为了控制现场设备F1，既需要设备DTM DTM-F1’也需要DLL-F1。这里，由扩展软件成分DLL-F1提供现场设备F1的实际控制功能。于是，DLL-F1提供设备参数的文字描述、格式、单位以及选择菜单。可以将DLL-F1看作现场设备F1的商业逻辑(businesslogic)。通过Windows接口，可以从扩展软件成分DLL-F1查询所有与显示有关的信息。

如果现场设备在线，那么在开始控制时执行所有设备参数的上载。在这种情况中，正如下面要详细解释的，所有设备参数也被同时传递至扩展软件成分DLL-F1中。

如果现场设备离线，那么当前设备参数不可用。

原理上，还可以提供虚拟的COM端口作为接口以用于与DLL-F1通信。

然而，更有意义的是直接通过这个虚拟现场设备的应用层访问扩展软件成分DLL-F1。

图3示意性显示了设备参数的写入。如果设备DTM DTM-F1’产生对于设备参数的写指令，那么这个指令与设备参数的值一起被通过通信DTM COM-DTM转发至现场设备F1并被传送至设备软件GS-F1，该设备软件执行写指令。通信DTM COM-DTM还同时将这个写指令转发至DLL-F1，从而相同的设备参数还被以相应的值写入DLL-F1。如果设备参数是输出现场设备F1的测量值所使用的单位，那么在现场设备F1以及DLL-F1中都执行这个改变。依赖于单位的设备参数在现场设备F1以及DLL-F1中也都相应改变。相关的设备参数例如是极限值。

图4示意性显示了设备参数的读出。这里，读指令被传输至现场设备F1，并且相应的值被从现场设备F1经由通信DTM COM-DTM转发至一般设备DTM DTM-F1’。这里，设备参数的值也被转发至DLL-F1。于是，现场设备F1和DLL-F1的功能性之间的一致性得以保证。

在离线控制的情况中，图2～4的现场设备F1在物理上并不存在。设备参数的读写仅仅发生在设备DTM DTM-F1’与扩展软件成分DLL-F1之间。

图5示意性显示了DLL-F1和设备软件GS-F1是如何生成的。二者都源自相同的程序代码(C代码)。DLL-F1是通过标准Intel I386编译器获得的，设备软件GS-F1是通过IAR编译器获得的。在自动化技术中，许多现场设备的设备软件都是利用这种编译器生成的。

图6显示了现场设备的图形用户界面，其中现场设备是Endress+Hauser公司的Promag 53。基本用户界面由一般设备DTMDTM-F1’提供。

菜单结构源自DLL-F1。从菜单结构中选择点“Einstellungen(设置)”。在控制中，例如可以通过组合框选择所配属的电流。对于电流范围也是如此。

当前选择的是体积流量和4-20mA HART NAM。现场设备F1具有4-20mA电流输出，其中值20mA对应于10,000l/sec的流量。测量模式标准设置并且时间常数为3sec。设备的故障由最小电流值表示。

利用这个图形用户界面，能够简单控制现场设备F1。设备参数可以被读出并改变。

本发明的方法提供的主要优点是，不再为了控制现场设备而必须生成复杂的软件成分(设备DTM)。扩展软件成分DLL-F1’直接由设备软件GS的程序代码生成。以这种方式，对于产生这种软件成分完全无需编程工作。测试工作也显著减小，因为由于扩展软件成分DLL-F1和设备软件GS基于相同程序代码操作而自动保证了相同的功能性。同时，无需话费便可以实现100％的离线控制。

在设备软件改变的情况中，仅仅必须利用合适的编译器将程序代码(C或C++代码)编译两次。

由于这些优点，本发明的方法非常节省成本。

本发明当然不仅适用于FDT接口，而且还适用于其他接口，诸如特别是对于制造业提供的TCI接口(Tool Calling Interface，工具调用界面)。

本发明特别是还适用于以Windows CE作为操作系统的掌上电脑。

Claims (9)

1.用于控制自动化技术的现场设备的方法，该现场设备能够与计算机单元相连，用于现场设备的控制程序在该计算机单元上运行，其中该控制程序由配属于现场设备并且包含现场设备控制功能的框架应用程序和可执行软件成分构成，

其中在现场设备中运行有设备软件，

其特征在于，

配属于所述现场设备的所述可执行软件成分被分为两部分并且由基本软件成分和扩展软件成分构成，

其中所述基本软件成分用于读出及写入所述现场设备的设备参数并且提供图形化的基本用户界面，以及

其中所述扩展软件成分是从所述设备软件的程序代码产生的并且提供所述现场设备的控制功能，

其中，所述基本软件成分是指设备DTM，

其中，借助所述设备DTM所产生的对于设备参数的写指令与所述设备参数的值一起被通过通信DTM转发至现场设备，并被传送至设备软件，该设备软件执行写指令，其中，所述通信DTM同时将所述写指令转发至所述扩展软件成分，从而相同的设备参数也被以所述设备参数的相应的值写入所述扩展软件成分。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在读出设备参数时，读指令被传输至现场设备，并且相应的值被从所述现场设备经由通信DTM转发至一般设备DTM，并且所述设备参数的值被转发至所述扩展软件成分。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在离线控制的情况下，设备参数的读写仅仅发生在所述设备DTM与所述扩展软件成分之间。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述扩展软件成分和所述设备软件源自相同的程序代码。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，扩展软件成分提供在图形化的基本用户界面上显示所需的设备参数特性。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，扩展软件成分用于计算在图形化的基本用户界面上显示的菜单结构。

7.根据权利要求1以及5-6之一所述的方法，其中，基本软件成分是FDT规范的设备DTM，并且扩展软件成分为Windows DLL文件。

8.根据权利要求2所述的方法，其中，在通过基本软件成分读出及写入设备参数时，设备参数的值被传递至扩展软件成分。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，用于设备软件的程序代码是以C或C++程序语言编写的。

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