CN103294020A - 无线控制设备中的调度功能 - Google Patents

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Abstract

本发明讨论了无线控制设备中的调度功能。具体而言，本发明公开了一种在过程控制系统中使用的现场设备，包括调度模块，其被配置为接收时间输入并且接收动作输入，其中该时间输入指定用于执行所调度的动作或所调度的动作序列的所调度的时间，该动作输入指定所调度的动作或所调度的动作序列。在所调度的时间，该调度模块自动地开始所调度的动作或所调度的动作序列。在开始该动作或动作序列之后，该调度模块使得向主机发送用于指示已经开始了该动作或动作序列的开始状态和/或使得该开始状态被存储在该现场设备的本地存储器中。

Description

无线控制设备中的调度功能
技术领域
本发明概括而言涉及过程工厂安全系统并且更具体而言涉及现场设备中的调度动作。
背景技术
在诸如化工、石油和其他过程中使用的过程控制系统一般包括经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线可通信地耦接到至少一个主机工作站以及到一个或多个过程控制和仪器设备的一个或多个集中式或分散式过程控制器。现场设备如阀、阀定位器、开关、发射器和传感器(例如温度传感器、压强传感器或流速传感器)执行该过程中的各种功能，如开启或关闭阀或者测量过程参数。过程控制器(经由通信总线)接收用于指示由现场设备进行的或者与现场设备相关联的过程测量或过程变量的信号，基于接收到的信息实现控制例程并且生成控制信号，该控制信号通过一个或多个总线发送给该现场设备以控制该过程的操作。典型地使得来自现场设备和控制器的信息对于由主机工作站执行的一个或多个应用可用，以使得操作员能够执行关于该过程的希望的功能，如查看该过程的当前状态、修改该过程的操作等等。
用于执行一个或多个过程控制功能的“智能”现场设备在过程控制工业中已经变得盛行。除了执行该过程之中的主要功能(例如监控温度或者控制阀位置)之外，每个智能现场设备包括存储器和微处理器。该存储器存储涉及该设备的数据，并且该微处理器与控制器和/或其他设备进行通信并且/或者执行次要任务，如自校准、识别、诊断等等。已经开发了大量标准的、开放的、数字的或者组合的数字和模拟通信协议(如寻址远程传感器数据公路
Figure BSA00000860134100011
FOUNDATIONTMFieldbus、
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Device-
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和控制器区域网络(CAN)协议)，以使得由不同制造商制造的智能现场设备能够在执行一个或多个过程控制功能时彼此通信。具体而言，无线格型网络，如和国际自动化协会(ISA)100.11a标准网络在过程控制中已经变得日益盛行。
在操作期间，主机通常向现场设备发送命令以便开始该现场设备中的动作(如开启或关闭阀)。为了执行该动作，现场设备因此需要首先接收并且处理来自该主机的信号。在无线通信系统中，在接收并且正确地解码信号之后，现场设备通常将“确认”发送回主机，通知主机该信号已被正确地接收。通常每当现场设备需要执行动作时，发生该现场设备与主机之间的这种通信交换。例如，如果希望开启阀并且随后在特定时间段之后关闭该阀，则主机将需要向阀定位器发送信号以开始开启动作，接收来自阀定位器的用于确认已经正确地接收到用于开始开启动作的信号的确认，向阀定位器发送信号以开始关闭动作，并且接收来自阀定位器的用于确认已经正确地接收了用于开始关闭动作的信号的确认。
由于与典型的通信系统相关联的固有的延时(例如设备接收并且处理来自主机的信号所花费的时间量)，为了控制设备执行动作而需要发生的通信交换限制了可以由该设备执行该动作的速度(例如当需要快速连续地执行大量动作时)。在无线通信系统中通信延时问题特别重要，因为当与经由有线连接接收类似命令相比时，通常现场设备花费更长时间来经由无线通信链路接收并且处理所接收的信号。此外，典型地由基于电池的功率模块对无线过程控制系统中的现场设备进行供电，以免限制设备在工厂环境中的放置。因此限制现场设备与无线控制网络中的主机之间的通信交换以便节省现场设备处的功率并且从而允许由电池模块有效地对该设备供电更长时间(例如数年)是非常有益的。
发明内容
根据一个实施方式，一种在过程控制系统中使用的现场设备包括处理器和计算机可读存储器，该计算机可读存储器具有可在该处理器上执行的计算机可读指令。该现场设备还包括调度模块，该调度模块存储在该存储器中并且当该调度模块在该处理器上执行时被配置为：接收时间输入，其中该时间输入指定用于执行所调度的动作或所调度的动作序列的所调度的时间，并且接收动作输入，其中该动作输入指定所调度的动作或所调度的动作序列。该调度模块还被配置为：在所调度的时间，自动地开始所调度的动作或所调度的动作序列。该调度模块还被配置为使得向可通信地耦接到该现场设备的第一主机发送开始状态并且/或者使得该开始状态被存储在该现场设备的本地存储器中。该开始状态指示已经开始了该动作或动作序列。
根据一个或多个方面，该调度模块还被配置为：使得向该第一主机发送完成状态并且/或者使得该完成状态被存储在该本地存储器中。在一个方面，该完成状态指示已经完成了该动作或动作序列。在另一个方面，该完成状态指示已经成功地完成了该动作或动作序列或者未成功完成该动作或动作序列。该调度模块可以被配置为基于从该现场设备接收的反馈信息来确定该完成状态。
根据一个示例性方面，用户可以经由在该现场设备处提供的本地用户接口来提供该时间输入和该动作输入。在另一个示例性方面，用户可以经由可通信地耦接到该现场设备的主机来提供该时间输入和该动作输入。在一个方面，可通信地耦接到该现场设备的该主机是便携式通信器。
在一个方面，该现场设备是耦接到阀的阀定位器，并且所调度的动作对应于将该阀致动到设置点。在另一个方面，该现场设备是耦接到阀的阀定位器，并且所调度的动作序列对应于将该阀致动到第一设置点，并且在指定的时间段之后将该阀致动到第二设置点。
根据另一个实施方式，一种在过程控制系统中使用的现场设备包括处理器和计算机可读存储器，该计算机可读存储器具有可在该处理器上执行的计算机可读指令。该现场设备还包括调度模块，该调度模块被存储在该存储器中并且当该调度模块在该处理器上执行时被配置为：接收动作输入，其中该动作输入指定要由该现场设备执行的所调度的动作或要由该现场设备执行的所调度的动作序列，并且接收开始指令，其中该开始指令指示应该开始所调度的动作或所调度的动作序列。该调度模块还被配置为在接收到该开始指令之后，开始所调度的动作或所调度的动作序列。
根据一个方面，该调度模块还被配置为使得向可通信地耦接到该现场设备的主机发送开始状态并且/或者使得该开始状态被存储在该现场设备的本地存储器中。该开始状态指示已经开始了该动作或动作序列。
根据一个或多个方面，该调度模块还被配置为使得向可通信地耦接到该现场设备的主机发送完成状态以及使得该完成状态被存储在该现场设备的本地存储器中。在一个方面，该完成状态指示已经完成了该动作或动作序列。在另一个方面，该完成状态指示已经成功地完成了该动作或动作序列或者未成功完成该动作或动作序列。
根据另一个实施方式，一种用于调度在过程控制系统中操作的现场设备中的动作的方法，包括在该现场设备处电子地接收时间输入，其中该时间输入指定用于执行所调度的动作或所调度的动作序列的所调度的时间。该方法还包括在该现场设备处电子地接收动作输入，其中该动作输入指定所调度的动作或所调度的动作序列。该方法还包括在所调度的时间，自动地开始所调度的动作或所调度的动作序列；并且执行以下各项之中的至少一项：i)向可通信地耦接到该现场设备的主机发送开始状态以及ii)将该开始状态存储在该现场设备的本地存储器中。该开始状态指示已经开始了该动作或动作序列。
根据另一个实施方式，一种过程控制系统包括现场设备和可通信地耦接到该现场设备的主机。该现场设备包括处理器和计算机可读存储器，该计算机可读存储器具有可在该处理器上执行的计算机可读指令。该现场设备还包括调度模块，该调度模块存储在该存储器中并且当在该处理器上执行时，被配置为：接收时间输入，其中该时间输入指定用于执行所调度的动作或所调度的动作序列的所调度的时间，并且接收动作输入，其中该动作输入指定i)所调度的动作或ii)所调度的动作序列。该调度模块还被配置为：在所调度的时间，自动地开始所调度的动作或所调度的动作序列。该调度模块还被配置为使得向可通信地耦接到该现场设备的第一主机发送开始状态并且/或者使得该开始状态被存储在该现场设备的本地存储器中。该开始状态指示已经开始了该动作或该动作序列。
附图说明
图1示出了根据本发明公开的实例包括具有调度能力的现场设备的过程控制系统；
图2是根据所公开的实例装配的示例性现场设备的方框图，其中该示例性现场设备包括本地调度模块，主机控制系统可以利用该本地调度模块来自动地控制和/或监控该现场设备；
图3是用于调度在所调度的时间和/或以所调度的时间间隔由现场设备自动地执行的动作的示例性方法的示例性流程图；
图4是用于调度在接收到用于开始动作的指令之后由现场设备执行的动作的示例性方法的示例性流程图。
具体实施方式
图1示出了根据一个实施方式的、包括根据本公开的具有调度能力的现场设备的过程控制系统100。示例性过程控制系统100包括根据工业自动化协议(例如HART、PROFIBUS DP(分散式外设)等等)或其他合适的通信协议来进行操作的有线工厂自动化网络110以及根据合适的无线通信协议(例如WirelessHART、ISA100.11a、Wi-Fi协议、无线个域网(WPAN)协议、私有无线协议等等)或其他合适的无线通信协议来进行操作的无线工厂自动化网络150。有线工厂自动化网络110包括连接到一个或多个主机工作站或计算机111(其可以是任意类型的个人计算机或工作站)并且连接到一组输入/输出(I/O)设备116的一个或多个控制器114，其中每个输入/输出(I/O)设备116又连接到一个或多个现场设备122。控制器114可以是仅作为示例而言由Fisher-Rosemount Systems，Inc.销售的DeltaVTM控制器，其经由例如以太网连接120或其他通信链路，可通信地耦接到主机计算机111。类似地，可以使用与例如标准4-20ma设备相关联的任意合适的硬件和软件和/或任意智能通信协议(如Fieldbus或HART协议)，将控制器114可通信地耦接到现场设备122。如通常所知的，控制器114实现或者监管存储在其中的或者以其他方式与之相关联的控制例程，并且与设备122通信以按照任意希望的方式控制过程。
现场设备122可以是任意类型的设备，如阀、阀定位器、开关、传感器(例如温度传感器、压强传感器、振动传感器、流速传感器或pH传感器)、泵、风扇等等或者两个或更多个这些类型的组合，而卡组116中的I/O卡可以是符合任意合适的通信或控制器协议(如HART、Fieldbus、Profibus等等)的任意类型的I/O设备。现场设备122执行过程或过程控制环路之中的控制、监控和/或物理功能，如开启或关闭阀或者进行过程参数的测量。在图1中所示的实施方式中，现场设备122a-122c是通过模拟线路向I/O卡116a通信的标准4-20ma设备。在另一个实施方式中，现场设备122a-122c是Hart设备并且I/O卡116a是兼容Hart的I/O卡。在一个实施方式中，控制系统100包括4-20ma设备以及Hart设备。因此，在该实施方式中，控制系统100包括一个或多个兼容4-20ma的I/O卡以及一个或多个兼容Hart的I/O卡。
在图1的实施方式中，现场设备122d-122f是使用例如Fieldbus协议通信通过数字总线118与I/O卡118通信的智能设备，如Fieldbus现场设备。当然，现场设备122和I/O卡116的组可以符合除了4-20ma、HART或Fieldbus协议之外的任意其他合适的标准或协议，包括在未来开发的任意标准或协议。
每个控制器114被配置为使用通常被称为功能决的东西来实现控制策略，其中，每个功能块是总的控制例程的一部分(例如子例程)并且结合其他功能块(经由被称为链路的通信)来进行操作以实现过程控制系统100之中的过程控制环路。功能块通常执行以下功能之中的一个：输入功能，如与发射器、传感器或其他过程参数测量设备相关联的输入功能；控制功能，如与用于执行PID、模糊逻辑等控制的控制例程相关联的控制功能，或者用于控制一些设备(如阀)的操作以执行过程控制系统100中的一些物理功能的输出功能。当然，存在混合或其他类型的功能块。这些功能块的组被称为模块。功能块和模块可以被存储在控制器12中并且被控制器12执行，当这些功能块用于或者与标准4-20ma设备和一些类型的智能现场设备相关联时通常就是这种情况；或者可以被存储在现场设备自身中并且被现场设备自身执行，当利用Fieldbus设备时是这种情况。虽然在这里使用功能块控制策略来提供对控制系统的描述，但是也可以使用其他惯例，如梯形逻辑、顺序流程图等等并且使用任意合适的私有或非私有编程语言来实现或设计该控制策略。
如上所述，过程控制系统100还包括利用合适的无线通信协议或者根据合适的无线通信协议来操作的无线通信网络150。为了清楚起见，本文的讨论参考Wireless HART通信协议，但是本文所述的技术和原理除了WirelessHART之外还可以应用于或者替代WirelessHART改为应用于利用其他无线工业自动化协议的无线工厂自动化网络，或者应用于仅利用有线通信的网络。
无线通信网络150包括以有线的方式连接到通信骨干网120的网关151并且可以使用合适的协议与主机工作站111进行通信。可以将网关151实现成独立的设备，实现成可以插入到其中一个主机站111的扩展槽中的卡，实现成可编程逻辑控制器(PLC)系统或分布式控制系统(DCS)的输入/输出(I/O)子系统的一部分或者以任意其他方式实现。网关151可以向主机站111以及在其上执行的应用提供到无线工厂自动化网络150的各种设备的通路。除了协议和命令转换之外，网关151可以提供由无线工厂自动化网络150的调度方案的时隙和超帧(即在时间上相等间隔的通信时隙的集合)使用的同步化的时钟。
在一些实施方式中，网关151在功能上被分割成虚拟网关152和一个或多个网络接入点155。在图1中所示的过程控制系统100中，网络接入点155是与网关151有线通信的独立的物理设备。可替换地，元件151、152、155和158可以改为是集成设备的一部分并且/或者连接158可以是无线连接。可以战略性地将物理上独立的网络接入点155放置在多个不同的位置中，从而通过补偿一个或多个网络接入点155的位置处的差的信号质量来提高通信网络100的总体可靠性。具有多个网络接入点155还在一个或多个网络接入点155故障时提供冗余。
网关设备151可以另外包括网络管理器软件模块153和安全管理器软件模块154。在另一个实施方式中，网络管理器软件模块153和/或安全管理器软件模块154可以运行在主机工作站111上。例如，网络管理器软件模块153可以运行在固定的主机工作站111a上并且安全管理器软件模块154可以运行在便携式主机工作站111b上。网络管理器软件模块153可以负责诸如通信网络100的配置、多个WirelessHART设备之间的通信的调度(例如配置超帧)、路由表的管理以及监控和报告无线工厂自动化网络150的健康之类的任务。当可以支持冗余的网络管理器软件模块153时，一个示例性实施方式对于每个无线工厂自动化网络150仅包括一个活动的网络管理器软件模块153。安全管理器软件模块154例如可以负责管理和分发安全加密密钥，并且可以维护被授权加入无线工厂自动化网络150和/或有线工厂自动化网络110的设备的列表。
无线工厂自动化网络150还包括一个或多个现场设备156、157，每个现场设备以一些方式装配以用于与其他设备156、157、主机站、便携式设备等等进行无线通信。每个现场设备156、157可以是例如阀、阀定位器、开关、传感器(例如温度传感器、压强传感器、振动传感器、流速传感器或pH传感器)、泵、风扇等等或者两个或更多个这种设备的组合。现场设备156、157执行过程或过程控制环路之中的控制、监控和/或物理功能，如开启或关闭阀或者进行过程参数的测量。在该示例性无线工厂自动化网络150中，现场设备156、157也是无线通信分组(如WirelessHART分组)的生产者和消费者。现场设备156、157中的一些或全部可以另外作为用于来自和去向其他设备的消息的路由器。
现场设备156可以是WirelessHART设备，这意味着每个现场设备156被提供作为支持WirelessHART协议栈的所有层的集成单元。例如，现场设备156a可以是WirelessHART流量计，现场设备156b可以是WirelessHART压强传感器，现场设备156c可以是WirelessHART阀定位器并且现场设备156d可以是WirelessHART振动传感器。现场设备157a可以是传统4-20mA设备，现场设备157b可以是有线HART设备。在图1中所示的该示例性过程控制系统100中，每个现场设备157经由WirelessHART适配器(WHA)158连接到无线工厂自动化网络150。每个WHA158还可以支持其他通信协议，如FOUNDATION Fieldbus、PROFIBUS、DeviceNet等等，在该情况中WHA158支持协议栈的较低层上的协议转换。单个WHA158可以另外作为复用器并且支持多个HART或非HART设备。
除了主机站之外，工厂人员可以改为使用或另外使用手持或便携式通信设备用于物理设备和其他工厂设备的建立、安装、控制、监控和/或维护。概括而言，便携式通信设备(“便携式通信器”)是可以经由无线或有线连接直接连接到现场设备122、156、158，或者可以直接连接到无线工厂自动化网络150，或者通过网关151连接到无线工厂自动化网络150的一件便携式设备。在图1中所示的示例性过程控制系统100中，便携式通信器125经由有线连接直接与现场设备122f进行通信，便携式通信器165直接与无线工厂自动化网络150进行通信。当与所形成的无线工厂自动化网络150一起操作时，便携式通信器165可以加入无线工厂自动化网络150作为例如另一个WirelessHART现场设备。当与未连接到WirelessHART网络的目标网络设备一起操作时，便携式通信器165可以通过与该目标网络设备形成它自己的WirelessHART网络，来作为网关设备151与网络管理器软件模块153的组合来进行操作。此外，在一些实施方式中，通常作为有线自动化网络110的一部分的现场设备122可以被适配用于经由无线适配器与便携式通信器(例如便携式通信器165)进行无线通信。通常，本文所使用的术语“主机”是指任意固定的或便携式设备，如使用无线或有线连接以任意方式与现场设备进行通信的用于监控和控制现场设备的工作站、监控站、便携式通信器，或者用于与现场设备进行通信的通信网络中组合的这种设备的组。
再次参考图1，示例性过程控制系统100的无线工厂自动化网络150还包括路由器设备162。路由器设备162是用于从一个网络设备向另一个网络设备转发分组的网络设备。作为路由器的网络设备使用内部路由表来确定该路由网络设备应该将特定分组转发到哪个另一个网络设备。在无线工厂自动化网络150上的其他设备支持路由的情况下，可能不需要独立的路由器，如路由器162。然而，向无线工厂自动化网络150增加专用路由器162以便例如扩展网络或者以便节省网络中的现场设备的功率将是有益的。
直接连接到无线工厂自动化网络150的所有设备可以被称为无线工厂自动化网络150的网络设备。具体而言，WirelessHART现场设备156、157、WHA158、路由器162、网关151、网络接入点155以及手持设备165可以出于路由和调度的目的而被称为无线工厂自动化网络150的网络设备。为了提供非常健壮并且容易扩展的网络，所有网络设备可以支持路由并且可以由每个网络设备的HART地址来全局地标识该网络设备。此外，网络管理器软件模块153可以包括网络设备的完整列表并且向每个设备分配一个网路唯一名称(例如16比特名称)。此外，每个网络设备可以存储与更新速率、连接会话和设备资源相关的信息。简而言之，每个网络设备可以维持与路由和调度相关的最新信息。在一些实施方式中，每当新设备(例如新现场设备)加入网络时或者每当网络管理器检测到或者发起对无线工厂自动化网络150的拓扑或调度的改变时，网络管理器软件模块153向网络设备通信该信息。
除了生成、接收和/或转发与过程控制系统100的主要操作相关的数据(例如温度传感器数据、用于控制阀定位器的数据等等)之外，过程控制系统100的设备可以传送与过程控制系统150中的设备的维护相关的数据。例如，现场设备可以在该现场设备不正确地操作时(例如当阀定位器的滑阀操作不当时)或者在存在不当操作的风险时(例如当设备的功率模块的电压下降到特定水平之下时)，向主机发送数据。作为另一个实例，现场设备可以持续或周期性地向主机发送与正确操作相关的一些数据(例如用于指示已经由现场设备成功地执行了特定动作的数据)。接收该数据的主机(例如主机工作站111)可以通过图形用户接口(GUI)基于该数据来显示指示符，从而允许操作人员采取合适的修正或预防措施或者可以利用该数据来保持过程控制系统100中的设备和/或过程操作的历史记录。
虽然图1将通信网络100描绘为既包括有线工厂自动化网络110又包括无线工厂自动化网络150，但是通信网络100可以仅包括有线工厂自动化网络110或仅包括无线工厂自动化网络150。在一个实施方式中，无线工厂自动化网络150是无线格型通信网络。
另外，过程控制系统100可以包括被实现为独立设备的一个或多个现场设备170。这样，现场设备170可以本质上与主机站111独立，因为现场设备170仅可以由现场设备170的站点处的控制系统人员控制或监控。为此目的，现场设备170可以(在现场设备处)提供用于允许设备操作人员本地地控制该设备的用户接口。可替换的或另外地，现场设备170可以被装配为经由便携式通信器(例如便携式通信器165或便携式通信器125)被本地地控制，其中该便携式通信器可以经由有线连接或者经由无线通信链路物理地连接到现场设备170。在一些实施方式中，独立的现场设备，如现场设备170，操作在不利用过程控制系统的工厂环境中或者在主机控制系统不可用或者未被配置为与现场设备170进行通信的情况中(例如如果现场设备170处于主机系统不可达的远程位置中时)。
图2是根据本发明的一个示例性实施方式的包括调度模块122的示例性现场设备200的方框图，其中主机控制系统可以利用该调度模块122来自动地控制和/或监控现场设备200。现场设备200可以被包括在过程控制系统(如图1的示例性过程控制系统100)中。参考图1，根据一个实施方式，现场设备200是使用无线通信链路与主机站111进行通信的现场设备156、157中的一个。继续参考图1，在一些实施方式中，与现场设备200类似的现场设备可以是使用有线通信链路与主机站111进行通信的一个现场设备122。此外，在一些实施方式中，现场设备200是可以例如使用现场设备处的本地用户接口或者经由便携式通信器(如图1的便携式通信器165或者便携式通信器125)来本地地控制并且/或者监控的独立现场设备。在一些这种实施方式中，可以省略现场设备200的天线和/或网络接口。
现场设备200包括网络接口204，网络接口204被配置为根据将该现场设备作为它的一部分的过程控制系统的特定通信协议来发射和/或接收信号。在一些实施方式中，通信协议是无线格型网络协议，如WirelessHART或ISA100.11a协议，或者是适用于有线操作的通信协议，如HART或PROFIBUS。在一些实施方式中，网络接口204包括收发器(未显示)。收发器典型地包括用于根据由过程控制系统利用的无线通信协议来执行与物理(PHY)层或其他层(例如媒体访问控制(MAC)层)任务相关的指令的一个或多个处理器(也未显示)。可以将该网络接口耦接到天线201或者还可以耦接到多个天线。网络接口204经由天线201，根据无线通信协议，发射和/或接收数据分组。在网络接口204被配置为用于有线通信的实施方式中，可以省略天线201。网络接口204优选地被配置为既发射又接收数据分组。
示例性现场设备200的网络接口204可通信地耦接到处理器206，处理器206又可通信地耦接到计算机可读存储器202和过程功能块208。过程功能块208执行过程控制系统中的现场设备200的主要功能(例如流体水平、流速、pH水平、振动等等的测量和/或控制)。例如，在现场设备200是阀定位设备的情况中，过程功能块208可以包括用于根据来自处理器106的控制信号来控制向阀输出的空气压强的滑阀。作为另一个实例，在现场设备200是温度传感设备的情况中，过程功能块208可以包括一个或多个温度传感器以及用于将传感器信号转换为数字信号的一个或多个变换器，该数字信号被发送到处理器206。
存储器202可以存储与过程相关的变量(例如处理器206从过程功能块208接收的过去传感器测量值、处理器206经由网络接口204从网络接收的未来控制值等等)并且/或者可以例如存储涉及网络(例如图1的无线工厂自动化网络150)的路由和/或调度数据。虽然图2的示例性现场设备200包括一个处理器206，但是其他实施方式可以包括两个或更多个用于执行处理器206的功能的处理器。可替换地，现场设备200可以包括不仅执行处理器206的功能而且还执行网络接口204所需要的任意处理的单个处理器。此外，可以由处理器206或者由一个或多个独立的处理器来执行过程功能块208所需要的任意附加处理。
现场设备200可以配置为例如在预定时间和/或以预定时间间隔自动地执行一些动作，或者在从可通信地耦接到现场设备200的用户或者主机接收一个之后执行一些预先配置(调度)的动作。为此目的，现场设备200包括可通信地耦接到处理器206的调度模块212。调度模块212例如可以被存储在存储器202中或者可以被存储在现场设备200中的另一个存储器中。在一些实施方式中，调度模块212可以作为单独的芯片来提供。在该情况中，可以将调度模块212直接连接到功能块208。如将参考图3和4更详细地解释的，调度模块212可以当在处理器206上(或在现场设备200上的另一个处理器上)被执行时被用户配置并且用于控制该现场设备无需任意附加输入就在所调度的时间自动地或者在接收到用于开始所调度的动作或所调度的动作序列的指令(“开始命令”)之后执行该动作或该动作序列。
作为一个实例，在现场设备200是阀定位设备的实施方式中，调度模块212可以被配置为在所调度的时间和/或以所调度的时间间隔(例如在晚上10点或在每天晚上10点)，或者在从用户或主机接收到用于指示调度模块212开始将阀从开启位置致动到闭合位置的动作的开始命令时，将阀从开启位置制动到闭合位置，或者更一般性而言从一个设置点致动到另一个设置点(例如25％、50％、75％、100％或任意其他合适的值)。作为另一个实例，调度模块212可以被配置为开始动作序列，该动作序列可以包括例如用于将阀开启到特定位置(例如25％、50％、75％、100％或任意其他合适的设置点)的动作，以及用于在特定时间段之后(例如在1、2、3、4、5秒钟或者在任意其他合适的时间段之后)闭合该阀的动作。在一个这种实施方式中，用户可以输入所调度的时间，其中在该所调度的时间开始动作序列。在该情况中，调度模块212将控制现场设备在该所调度的时间开始动作序列。可替换地，调度模块212可以被配置为在例如从用户(例如设备操作员)或从主机站接收到用于开始该序列的指令之后开始所调度的动作序列。在该情况中，主机仅需要发送一个命令以使得现场设备200执行所调度的动作而不是发送单独的命令来开始该序列中的每个动作。因此，调度模块212的使用可以节省被该设备使用的能量并且可以允许该设备在期望的时间一致性地并且快速连续地执行所调度的动作，由于通信链路的延时限制(即接收和处理通信信号所需要的时间)，所以如果需要由主机系统为每个动作发送单独的命令，则这可能是不可能的。
在一些实施方式中，调度模块212被配置为在开始所调度的动作(或所调度的动作序列)之后，向主机发送开始状态，以向主机通知已经开始该动作(或动作序列)。另外或可替换地，在已经完成所调度的动作(或所调度的动作序列)之后，调度模块212可以向该主机发送用于指示已经完成该动作(或动作序列)的完成状态。调度模块212还可以向该主机发送用于指示已经成功地完成该动作(或动作序列)的完成状态。此外如果未成功地完成该动作(或多个动作)，则调度模块212可以通知主机该现场设备200不能够正确地执行该动作(或多个动作)。主机可以将从现场设备200接收的该信息存储在例如与该现场设备的操作相关联的日志历史数据中。
在一些实施方式中，调度模块212可以被配置为向主机提供附加诊断信息或与所调度的动作相关的其他数据。例如，如果未如期望地完成所调度的动作，则调度模块212可以使得向该主机发送警告信号。例如，可以向调度模块212提供关于所调度的动作的期望持续时间的信息，当所调度的动作完成得过快或过慢时调度模块212可以警告主机系统。
在一些实施方式中，除了发送与调度动作的开始、完成和/或期望性能相关的数据之外，调度模块212可以另外或改为使得该数据被本地存储在例如存储器202中或现场设备200的另一个本地存储器中。然后所存储的数据可用于例如由主机系统(例如由主机站、由便携式或手持设备等等)稍后获取。
在各种实施方式和/或情况中，可以由用户(例如设备操作员)以各种方式配置调度模块212。例如，示例性现场设备200可以包括本地控制块210，设备操作员可以使用本地控制来配置调度模块212。为此目的，在一些实施方式中，本地控制210包括触摸屏、按钮集合等等。可替换地，设备操作员可以使用固定或便携式主机(如图1的便携式通信器122或者便携式通信器165)来配置调度模块212。无线便携式通信器可以例如经由天线201和网络接口204无线地连接到现场设备200。在该情况中，便携式通信器可以使用任意合适的通信协议与现场设备200进行通信。例如，在一个实施方式中，网络接口204可以被配置为根据蓝牙通信协议来进行操作，便携式通信器可以用于使用蓝牙协议来配置调度模块212。可替换地，便携式通信器可以经由有线连接物理地连接到现场设备200。作为另一个实例，可以使用主机站(如图1的主机站111)或可通信地耦接到现场设备200的任意其他合适的主机来配置调度模块212。
在一个实施方式中，现场设备200还包括用于显示与现场设备200的操作相关联的特定参数的本地显示器214。本地显示器214可以例如在现场设备200是阀定位器的情况下显示阀的当前位置或者在现场设备200是温度传感器的情况下显示测量温度。另外，本地显示器214可以显示与现场设备200相关联的特定校准信息。在一些实施方式中，本地显示器214还可用于显示与调度模块212相关的信息。例如，本地显示器214可以显示已经开始所调度的动作(或动作序列)和/或是否成功地完成了(或未成功地完成)所调度的动作(或动作序列)。
在一些实施方式中，例如如果现场设备200使用有线通信链路连接到主机系统或者如果现场设备200是未连接到主机系统的独立现场设备，则可以从现场设备200中省略天线201和/或网络接口204。
图3是在所调度的时间和/或以所调度的时间间隔来调度要由现场设备自动地执行的动作的示例性方法300的示例性流程图。在一个实施方式中，由调度模块212实现并且在图2的现场设备200中的处理器206上执行方法300。在另一个实施方式中，在另一个合适的调度模块中实现和/或在另一个合适的现场设备中使用方法300。为了清楚起见，下文将方法300描述为由图2的现场设备200中的调度模块212执行。
在方框302处，调度模块212接收用于指定将要由现场设备200执行的所调度的动作或所调度的动作序列的输入(“动作输入”)。在现场设备200是阀的一个示例性实施方式中，所调度的动作可以例如对应于致动该阀以开启到预定设置点。类似地，在另一个实施方式或情况中，所调度的动作序列可以对应于致动阀以开启到预定设置点并且致动该阀在指定的时间段(例如5秒钟)之后闭合或移动到不同的设置点。
在方框304处，调度模块200接收用于指定将要开始该动作(或动作序列)的所调度的时间的输入(“时间输入”)。在一些实施方式中，用于指定所调度的时间的输入还指定要周期性地执行该动作(或动作序列)的时间间隔。在该情况中，调度模块212可以以该指定时间间隔周期性地开始所调度的动作(或动作序列)。
在方框306处，在方框304处所接收的所调度的时间，调度模块212开始在方框302处接收的动作(或动作序列)。在方框304处所接收的输入包括用于周期性地执行该动作(或动作序列)的时间间隔的实施方式和/或情况中，调度模块还以在方框304处指定的时间间隔开始该动作(或动作序列)。在方框308处，调度模块212使得向可通信地耦接到该现场设备200的主机发送用于指示已经开始了该动作或该序列的“开始状态”。另外或可替换地，调度模块212在方框308处使得该开始状态被本地存储在现场设备200的存储器中。
在方框310处，调度模块212检测是否成功地完成了该动作(或动作序列)。例如，调度模块212可以接收关于所开始的动作或多个动作的反馈信息(例如来自耦接到阀的阀位置发射器的阀位置反馈)。调度模块212然后可以将接收到的反馈数据与在方框304处接收的指定动作参数(或多个参数)进行比较，并且如果接收到的反馈对应于指定参数(或多个参数)，则确定成功地完成了该动作(或多个动作)。另一方面，如果接收到的反馈不对应于在方框304处所指定的参数(或多个参数)，则调度模块212可以在方框310处确定未成功地完成该动作(或多个动作)。
如果在方框310处确定成功地完成了该动作(或动作序列)，则方法300在方框312处继续，其中在方框312处调度模块212使得向主机发送用于指示成功完成的“完成状态”和/或可以使得用于指示成功完成的该完成状态被存储在现场设备200的本地存储器中。另一方面，如果在方框308处确定未成功地完成该动作或动作序列，则方法300在方框314处继续，其中在方框314处调度模块212使得向主机发送用于指示所调度的动作(或动作序列)未成功完成的完成状态信号和/或可以使得该完成状态信号被本地存储在现场设备200中。
此外在一些实施方式中，如果向调度模块212提供了关于该动作(或多个动作)的期望性能(例如期望的持续时间)的附加信息，则调度模块212可以在方框310处检查是否如期望那样完成了该动作(或多个动作)，并且如果确定未如期望那样完成该动作(或多个动作)(例如过快或过慢)，则可以警告主机，或者可以使得不期望性能的指示被本地存储在现场设备200的存储器中。
在一些实施方式中，可以省略方框308-312。
图4是根据一个实施方式，对所述动作进行调度的示例性方法400的示例性流程图，在接收到用于开始该动作的指示之后该现场设备执行该动作。在一个实施方式中，由调度模块212实现并且在图2的现场设备200中的处理器206上执行方法400。在另一个实施方式中，在另一个合适的调度模块中实现并且/或者在另一个合适的现场设备中使用方法400。为了清楚起见，下文将方法400描述为由图2的现场设备200中的调度模块212执行。
在方框402处，调度模块212接收用于指定要由现场设备200执行的所调度的动作或所调度的动作序列的输入(“动作输入”)。在现场设备200是阀的一个示例性实施方式中，所调度的动作可以例如对应于致动该阀开启到预定设置点。类似地，在另一个实施方式或情况中，所调度的动作序列可以对应于致动阀以开启到预定设置点并且致动该阀在指定时间段(例如5秒钟)之后闭合或移动到不同的设置点。
在方框404处，调度模块200接收用于指示调度模块212开始在方框402处接收的所调度的动作(或动作序列)的“开始指令”。在方框406处，调度模块212开始该动作或动作序列。在方框408处，调度模块212使得向可通信地耦接到现场设备200的主机发送用于指示已经开始该动作或该序列的开始状态。另外或可替换地，调度模块212在方框408处使得该开始状态被本地存储在现场设备200的存储器中。
在方框410处，调度模块212例如使用如上文参考图3的方框310所述的反馈信息，检测是否成功地完成该动作(或动作序列)。如果在方框408处确定已成功地完成该动作(或动作序列)，则方法400继续到方框410，其中在方框410处调度模块212使得向主机发送用于指示成功完成的完成状态和/或可以将用于指示成功完成的完成状态被存储在现场设备200的本地存储器中。另一方面，如果在方框408处确定未成功地完成该动作或动作序列，则方法400继续到方框412，其中在方框412处调度模块212使得向主机发送用于指示所调度的动作(或动作序列)未成功完成的动作状态信号和/或使得该动作状态信号被本地存储在现场设备200中。
此外，在向调度模块212提供了关于该动作(或多个动作)的期望性能的附加信息的实施方式中，方框410还可以检查是否如期望那样完成了该动作(或多个动作)，并且如果确定未如期望那样执行该动作(或多个动作)(例如过快或过慢)则警告系统，调度模块212可以向主机系统(例如主机站、便携式设备等等)警告不期望的性能，或者可以将不期望的性能的指示存储在现场设备200的本地存储器中。
在一些实施方式中，可以省略方框408-414。
虽然本文将现场设备的各种功能和/或系统描述为“模块”、“组件”或“功能块”，但是要注意，这些术语不限于单个集成的单元。此外，虽然参考具体实例来描述本发明，但是那些实例仅是说明性的而不意在限制本发明。对于本领域的普通技术人员将显而易见的是，可以在不脱离本发明的精神和范围的前提下做出所公开的实施方式的改变、增加或删除。例如，可以按照不同的次序(或者同时地)执行上文所述的方法的一个或多个部分并且仍然实现希望的结果。

Claims (30)

1.一种在过程控制系统中使用的现场设备，所述现场设备包括：
处理器；
计算机可读存储器，其具有可在所述处理器上执行的计算机可读指令；以及
调度模块，其存储在所述存储器中并且当在所述处理器上执行时被配置为：
接收时间输入，其中所述时间输入指定用于执行i)所调度的动作或ii)所调度的动作序列的所调度的时间；
接收动作输入，其中所述动作输入指定i)所调度的动作或ii)所调度的动作序列；
在所调度的时间，自动地开始i)所调度的动作或ii)所调度的动作序列；并且
执行以下各项之中的至少一项：i)使得向可通信地耦接到所述现场设备的第一主机发送开始状态以及ii)使得所述开始状态被存储在所述现场设备的本地存储器中；
其中所述开始状态指示已经开始所述动作或所述动作序列。
2.如权利要求1所述的现场设备，其中所述调度模块还被配置为执行以下各项之中的至少一项：i)使得向所述第一主机发送完成状态以及ii)使得所述完成状态被存储在所述本地存储器中。
3.如权利要求2所述的现场设备，其中所述完成状态指示已经完成了所述动作或所述动作序列。
4.如权利要求2所述的现场设备，其中所述完成状态指示以下之一：i)已经成功地完成了所述动作或所述动作序列或者ii)未成功完成所述动作或所述动作序列。
5.如权利要求2所述的现场设备，其中所述调度模块被配置为基于从所述现场设备接收的反馈信息来确定所述完成状态。
6.如权利要求1所述的现场设备，其中所述调度模块被配置为经由在所述现场设备处提供的本地用户接口来接收所述时间输入和所述动作输入。
7.如权利要求1所述的现场设备，其中所述调度模块被配置为经由所述第一主机或经由可通信地耦接到所述现场设备的第二主机来接收所述时间输入和所述动作输入，其中所述第一主机与所述第二主机不同。
8.如权利要求7所述的现场设备，其中所述第一主机和/或所述第二主机是便携式通信器。
9.如权利要求1所述的现场设备，其中所述现场设备是耦接到阀的阀定位器，并且其中所调度的动作对应于将所述阀致动到设置点。
10.如权利要求1所述的现场设备，其中所述现场设备是耦接到阀的阀定位器，并且所调度的动作序列对应于将所述阀致动到第一设置点，并且在指定的时间段之后将所述阀致动到第二设置点。
11.一种在过程控制系统中使用的现场设备，所述现场设备包括：
处理器；
计算机可读存储器，其具有可在所述处理器上执行的计算机可读指令；以及
调度模块，其存储在所述存储器中并且当在所述处理器上执行时被配置为：
接收动作输入，其中所述动作输入指定i)要由所述现场设备执行的所调度的动作或ii)要由所述现场设备执行的所调度的动作序列；并且
接收开始指令，其中所述开始指令指示应当开始所调度的动作或所调度的动作序列；并且
在接收到所述开始指令之后，开始所调度的动作或所调度的动作序列。
12.如权利要求11所述的现场设备，其中所述调度模块被配置为经由在所述现场设备处提供的本地用户接口来接收所述动作输入。
13.如权利要求11所述的现场设备，其中所述调度模块被配置为经由可通信地耦接到所述现场设备的主机来接收所述动作输入。
14.如权利要求13所述的现场设备，其中可通信地耦接到所述现场设备的所述主机是便携式通信器。
15.如权利要求11所述的现场设备，其中所述现场设备是耦接到阀的阀定位器，并且其中所调度的动作对应于将所述阀致动到设置点。
16.如权利要求11所述的现场设备，其中所述现场设备是耦接到阀的阀定位器，并且其中所调度的动作序列对应于将所述阀致动到第一设置点，并且在指定的时间段之后将所述阀致动到第二设置点。
17.如权利要求11所述的现场设备，其中所述调度模块还被配置为执行以下各项之中的至少一项：i)使得向可通信地耦接到所述现场设备的主机发送开始状态以及ii)使得所述开始状态被存储在所述现场设备的本地存储器中；并且
其中所述开始状态指示已经开始了所述动作或所述动作序列。
18.如权利要求17述的现场设备，其中所述调度模块还被配置为执行以下各项之中的至少一项：i)使得向可通信地耦接到所述现场设备的主机发送完成状态以及ii)使得所述完成状态被存储在所述现场设备的本地存储器中。
19.如权利要求18所述的现场设备，其中所述完成状态指示已经完成了所述动作或所述动作序列。
20.如权利要求18所述的现场设备，其中所述完成状态指示以下各项之一：i)已经成功地完成了所述动作或所述动作序列或者ii)未成功完成所述动作或所述动作序列。
21.如权利要求18所述的现场设备，其中所述调度模块被配置为基于从所述现场设备接收的反馈信息来确定所述完成状态。
22.一种用于调度在过程控制系统中操作的现场设备中的动作的方法，所述方法包括：
在所述现场设备处电子地接收时间输入，其中所述时间输入指定用于执行所调度的动作或所调度的动作序列的所调度的时间；
在所述现场设备处电子地接收动作输入，其中所述动作输入指定所调度的动作或所调度的动作序列；
在所调度的时间，自动地开始所调度的动作或所调度的动作序列；并且
执行以下各项之中的至少一项：i)向可通信地耦接到所述现场设备的主机发送开始状态以及ii)将所述开始状态存储在所述现场设备的本地存储器中；并且
其中所述开始状态指示已经开始了所述动作或所述动作序列。
23.如权利要求22所述的方法，还包括执行以下各项之中的至少一项：i)将完成状态存储到所述主机中以及ii)将所述完成状态存储在所述本地存储器中。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述完成状态指示已经完成了所述动作或所述动作序列。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述完成状态指示以下之一：i)已经成功地完成了所述动作或所述动作序列或者ii)未成功完成所述动作或所述动作序列。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述调度模块被配置为基于从所述现场设备接收的反馈信息来确定所述完成状态。
27.一种过程控制系统，包括：
现场设备；和
可通信地耦接到所述现场设备的主机；并且
其中所述现场设备包括：
处理器；
计算机可读存储器，其具有可在所述处理器上执行的计算机可读指令；以及
调度模块，其存储在所述存储器中，并且当所述调度模块在所述处理器上执行时被配置为：
接收时间输入，其中所述时间输入指定用于执行i)所调度的动作或ii)所调度的动作序列的所调度的时间；
接收动作输入，其中所述动作输入指定i)所调度的动作或ii)所调度的动作序列；
在所调度的时间，自动地开始i)所调度的动作或ii)所调度的动作序列；并且
执行以下各项之中的至少一项：i)使得向所述主机发送开始状态以及ii)使得所述开始状态被存储在所述现场设备的本地存储器中；
其中所述开始状态指示已经开始了所述动作或所述动作序列。
28.如权利要求27所述的过程控制系统，其中所述现场设备还被配置为执行以下各项之中的至少一项：i)使得向第一主机发送完成状态以及ii)使得所述完成状态被存储在所述本地存储器中。
29.如权利要求28所述的过程控制系统，其中所述完成状态指示已经完成了所述动作或所述动作序列。
30.如权利要求28所述的过程控制系统，其中所述完成状态指示以下之一：i)已经成功地完成了所述动作或所述动作序列或者ii)未成功完成所述动作或所述动作序列。
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