CN101950168A - 用于记录数字现场设备的过程变量的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于记录数字现场设备的过程变量的方法和装置。本发明提供一种用于对由总线控制的自动化系统的过程变量进行记录的方法以及电子装置，其中与分析有关的过程变量临时存储在至少一个数字现场设备(1)中，该过程变量随后被通过数据总线(2)与该现场设备(1)连接的中央计算单元(3)读取以进行分析。建议与分析有关的过程变量以报文的形式临时存储在现场设备(1)中，其中为每个报文接收多个等间距连续的过程变量值，为每个报文的第一个过程变量值分配时间戳，其中其它过程变量值存储在其它同类型的报文中。

Description

用于记录数字现场设备的过程变量的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于对由总线控制的自动化系统的过程变量进行记录(Protokollieren)的方法以及电子装置，其中与分析有关的过程变量被临时存储在至少一个数字的现场设备中，该过程变量随后被通过数据总线与该现场设备连接的中央计算单元读取以进行分析。
背景技术
本发明的应用领域包括工业中的自动化系统，如过程技术的设备、包装设备、机械制造带等等，其中诸如用于阀门的电动调节传动装置或位置调节器这样的数字的现场设备通过数字总线联网地由中央控制单元驱动、配置和监视。在监视该自动化系统的情况下，数字的现场设备确定特征性的过程变量，根据这些过程变量例如能推导诊断信息。为此需要时间同步地采集所有的过程变量。
DE4315336B4公开了一种用于对由总线控制的自动化系统的过程变量进行记录的这种类型的方法和电子装置。由现场设备-在此示例性的是温度传感器-测得的过程变量值-在此是以温度变化曲线的形式-被馈送到AD转换器，以便随后通过传输段、优选是通过数字总线将这些过程变量值数字化地馈送到中央计算单元。然后，该中央计算单元分析所接收的过程变量，在此尤其是通过逼近(Approximation)电子装置的与温度有关的控制特征曲线来执行对所测得的过程变量的校正。
过程变量的变化特性的特征在于，每个过程变量都与其它的过程变量无关地偶尔改变其值。大多时候很高的改变速度需要相应很高的采样速率，优选为10Hz。典型地，过程变量的改变导致其余过程变量的随后改变。改变的频次通常与改变速度相比很小，典型地是小于0.2Hz。这意味着，一般所有过程变量总是在较长的时间段内保持稳定。为了分析目的而需要过程变量的中央计算单元通常通过现有的总线连接以1Hz或更缓慢的采样速率工作。在此，数据交换的频率是可变化+/-30％的。此外，每次数据交换可以传输的数据量也可能因为系统技术的限制而限于例如每个HART报文(Telegramm)最多25字节。
在涉及HART总线协议以及与此相关的现场设备的一般现有技术中，为了记录过程变量，首先将该过程变量临时存储在现场设备中，如例如在现场总线基础、基础规范FF890，4.9趋势对象(Foundation Specification FF890，4.9Trend Objects)中所规定的。在记录结束之后，随后在稍后时刻通过数据总线由中央计算单元读取所有过程变量。该方法大多用于具有更清晰的时间限制的专用测试。其缺点是，现场设备中的存储空间是有限的，并且因此能记录的过程变量值的数量是有限的。
在中央计算单元读取数据期间，现场设备本身无法存储新的过程变量值。因此，该方法不允许所谓的在线纪录。
作为对此的替代，普遍公知的现有技术中公开了用于记录过程变量值的方法，其中现场设备以固定的时间间隔存储所有的过程变量值，并且利用每次通信对每个过程变量传输多于一个值。该方法的缺点是，数据量取决于所使用的总线协议的传输速度，并且因此，能传输的值的数量及其分辨率取决于所使用的总线协议的传输速度。例如，1Hz的通信频率和每秒25字节的最大数据量以及10Hz的采样速率意味着，最大能传输两个过程变量，其中每个过程变量具有1字节的分辨率(0...255或-127...+127)。此外，通信连接的干扰不能得到补偿。
根据上面所解释的现有技术，得出一般性的问题，即为了记录过程变量，在诸如位置调节器、电传动装置、压力测量变换器和流量测量变换器这样的很多数字的现场设备中能达到的采样速率是不够的。
发明内容
因此，本发明的任务是提供一种用于对总线控制的自动化系统的过程变量进行记录的方法和电子装置，其使得能够按照需要以很小的技术成本快速地将在现场设备中采集的多个过程变量值传输到中央计算单元。
该任务从根据权利要求1前序部分的方法出发以其特征部分的特征来解决。至于电子装置，通过权利要求4的技术教导来解决该任务。各个从属权利要求给出了本发明的优选扩展方案。
本发明包括以下过程技术教导，即与分析有关的过程变量以报文的形式临时存储在现场设备中，其中为每个报文接收多个等间距连续的过程变量值，其第一个过程变量值被分配以时间戳，并且其中其它过程变量值被存储在其它同类型的报文中。
这些报文按照时间顺序依次以准备好被调用的方式(abrufbereit)被保存在存储器中，直到这些报文按照在中央计算单元中实施的针对至少一个存储器的通信服务而被读出。
优选地，通过这种方式，对于快速运行的过程来说实现每个报文的高的数据吞吐量和高的数据密度。其中，每个报文的唯一的时间戳直接涉及第一过程变量值，并且间接地通过过程变量值的等间距的间隔而涉及同一报文的所有过程变量值。因此，传输信道的供使用的有限带宽被有效地用于传输过程变量值。
本发明的另一个优点在于，以很小的计算性能提供无冗余的数据报文(Datentelegramm)，该数据报文尤其适用于在功率有限的电路的现场设备中使用。
在本发明的一优选实施方式中，存储器被构造为环形存储器，该环形存储器提供离散个数的(discrete Anzahl)存储位置来存储具有过程变量值的报文。环形存储器具有所谓的写指针和读指针。写指针指向环形存储器的将在下次写入时被写入的存储位置。
相反，读指针指向将在下次读取过程中被读取的存储位置。写指针和读指针递增的算法被实施为使得从环形存储器的最后一个存储位置跳到第一个存储位置。读指针在时间顺序上总是在写指针之后。如果写指针指向读指针之后的存储位置，则两个指针同时递增，也就是说环形存储器的最早的数据在必要时被覆盖。
环形存储器的这种功能用于本发明的解决方案。由于环形存储器能按照软件来实现，因此环形存储器的转换可以以很小的花费进行。为了与现场设备中环形存储器被用于临时存储过程变量值相适配，需要在中央计算单元侧进行类似适配，由此该中央计算单元能够读取这样的环形存储器。
为了将来自环形存储器的临时存储的过程变量值传输到中央计算单元，根据另一改进本发明的措施建议，在现场设备从中央计算单元接收到请求报文之后，在该要求报文包含表明在前的响应报文被正确接收的标志时，由现场设备响应该要求报文而返回的响应报文被填充以环形存储器的所存储的过程变量值。
根据另一个改进本发明的措施，建议数字的现场设备中的环形存储器的存储位置被设计为使得能够存储现场设备的所有与分析有关的过程变量值，其中在该过程变量值中具有所分配的时间戳。所需要的存储位置的数量因此取决于借助于数据传输的需要。由此，可以示例性地实现根据本发明的动态存储。
附图说明
下面与对本发明一优选实施例的描述一起借助附图详细介绍本发明的其它改进本发明的措施。
图1示出用于记录过程变量的电子装置的示意框图，
图2示出过程变量值在时间上的表现的图形显示，
图3示出过程变量值存储在报文中的示意图，
图4示出用于图解在存储时根据本发明的方法步骤的流程图，
图5示出用于图解在数据交换时根据本发明的方法步骤的流程图。
具体实施方式
根据图1，用于记录过程变量的电子装置主要包括在此示例性示出的数字的现场设备1，该现场设备在该实施例中是用于过程技术设备的阀门的智能的位置调节器。该数字的现场设备1通过数据总线2与中央计算单元3连接。
通过中央计算单元3来运行以及监视由总线控制的自动化系统。为了连接到数据总线2，数字的现场设备1具有通信接口4。此外，数字的现场设备1包括专用的存储器5。数字的现场设备1在该存储器5中作为报文动态地存储位置调节器的实际位置、相邻工作压力等形式的过程变量值。
通过中央计算单元3，可以根据在此实施并且针对存储器5的通信服务来读出存储在存储器5中的这些过程变量值。这意味着，中央计算单元3配备有能够以高的采样速率读取自动化系统的数字现场设备1的存储器5的软件。
在现场设备1的一优选实施方式中，存储器5被构造为环形存储器。存储器5的每个存储单元被构造用于容纳按照时间顺序连续的过程变量值的序列的报文。
在图2中，在时间线上绘制按照时间顺序依次排列的过程变量值Pm至Pn+z的采样时刻。过程变量值Pm至Pm+z以及Pn至Pn+z在等间隔地间隔开的采样时刻被接收，并且以各z+1过程变量值Pm至Pm+z以及Pn至Pn+z的分组分别在一个报文中被组合。对每个分组各自的第一个一最早的-过程变量值Pm和Pn分配一个时间戳Zm和Zn。由此，每个报文各自的第一个过程变量值Pm和Pn的采样时刻通过相应的时间戳Zm和Zn来表示。由于采样时刻以及按照时间顺序依次的记录的按照协议的等间隔，每个报文的其它过程变量值Pm+1至Pm+z以及Pn+1至Pn+z的采样时刻强制地由相应的时间戳Zm和Zn以及相应的过程变量值Pm+1至Pm+z以及Pn+1至Pn+z在各自的报文中的位置来给出。
在图3中示出存储器5的存储区的片段。在此，两个连续的报文51和52被保存在相邻的存储单元中。在对相同的装置使用相同的附图标记的情况下，报文51包括初始时间戳Zm和z+1个等间距采样的过程变量值Pm至Pm+z，该报文的第一个元素Pm是在时间戳Zm的时刻被接收。按照相同的格式，下一个报文52包括初始时间戳Zn和z+1个等间距采样的过程变量值Pn至Pn+z，该报文的第一个元素Pn是在时间戳Zn的时刻被接收。
在本发明的一实施方式中，总是在待接收的过程变量值之一相对于在前的报文51的最后一个接收的过程变量值Pn+z已经改变了多于一个可设置的差时，才记录新的报文52。本发明的该实施方式特别有利地可在缓慢变化的过程中使用。优选地，在冗余很小的情况下实现对记录的很高的回溯性。
在本发明的一替换实施方式中，连续的报文51和52直接相继，其中过程变量值Pm+1和Pn在报文51和52的边界处具有与每个报文内的过程变量值Pm至Pm+z相同的时间间隔。本发明的该实施方式特别有利地用于快速改变的过程。优选地，在此实现连续的记录。
在本发明的一特别实施方式中，一个报文51和52中过程变量值的数量与数据总线2上相应传输协议的命令的最大容量协调一致，并且因此一个报文51和52中过程变量值的长度与数据总线2上相应传输协议的命令的最大容量协调一致。但是，为此可以考虑、但不限于HART、PROFIBUS或FOUNDATION现场总线协议。
在本发明的另一个优选实施方式中可以规定，每个过程变量值Pm+1至Pm+z以及Pn+1至Pn+z由多个同时接收的物理和/或电参数构成。
记录过程变量的过程在图4中借助流程图示出。首先，将报文的第一个过程变量值与时间戳一起存储。只要还没达到该报文中的最后一个可写入的存储位置，就控制下一个存储位置并且在接收下一个过程变量值之后存储该下一个过程变量值。在达到该报文中最后一个可写入的存储位置之后，结束报文的存储。
根据图5，读取在现场设备1中通过上述方式动态存储的过程变量报文51和52，其中由中央计算单元3将用于读取存储器5的要求报文通过在此根据HART总线类型构造的数据总线2发送给现场设备1。接着，在现场设备1中读取存储器5，并且结果打包在响应报文中地通过数据总线2又发送回中央计算单元3。
附图标记列表
1现场设备
2数据总线
3中央计算单元
4通信接口
5存储器
51，52报文
Px过程变量值
Zx时间戳

Claims (7)

1.一种用于对由总线控制的自动化系统的过程变量进行记录的方法，其中与分析有关的过程变量被临时存储在至少一个数字的现场设备(1)中，该过程变量随后被通过数据总线(2)与该现场设备(1)连接的中央计算单元(3)读取以进行分析，其特征在于，与分析有关的过程变量(Pm至Pm+z和Pn至Pn+z)以报文(51，52)的形式被临时存储在所述现场设备(1)中，其中对于每个报文(51，52)接收多个等间距连续的过程变量值(Pm至Pm+z和Pn至Pn+z)，为每个报文的第一个过程变量值(Pm和Pn)分配时间戳(Zm，Zn)，并且其中其它过程变量值(Pm+1至Pm+z和Pn+1至Pn+z)被存储在其它同类型的报文(51，52)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述报文(51，52)以准备好按照时间顺序依次调用的方式被保持，直到这些报文按照在中央计算单元(3)中实施的针对至少一个存储器(5)的通信服务被读出。
3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述存储器(5)被初始化为使得两个存储位置被存储以首先采样的过程变量值(Pm，Pn)以及分别为其分配的时间戳(Zm，Zn)。
4.一种用于对由总线控制的自动化系统的过程变量进行记录的电子装置，其中与分析有关的过程变量被临时存储在至少一个数字的现场设备(1)中，该过程变量能随后被通过数据总线(2)与该现场设备(1)连接的中央计算单元(3)读取以进行分析，其特征在于，所述现场设备(1)具有存储器(5)用于临时存储，该存储器(5)被构造用于接收报文(51，52)，该报文各自包括一个时间戳(Zm，Zn)和等间距采样的过程变量值(Pm至Pm+z和Pn至Pn+z)的序列。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述中央计算单元(3)按照在中央计算单元(3)中实施的针对至少一个存储器(5)的通信服务读取所存储的报文(51，52)。
6.根据权利要求4-5之一所述的装置，其特征在于，所述存储器(5)被构造为环形存储器。
7.根据权利要求4-6之一所述的装置，其特征在于，数字的现场设备(1)通过HART、PROFIBUS或FOUNDATION现场总线协议与根据个人计算机的类型构造的中央计算单元(3)连接。
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