CN103314554A - 用于选项模块的动态主机配置文件 - Google Patents

Abstract

本发明的各方面支持具有主机设备和通信设备的不同的产品。所述主机设备可以与所述通信设备进行交互，以通过现场总线网络交换包含数据对象的消息，现场总线网络用于传输包含数据对象的消息。当需要主机访问时，对现场总线数据对象的读/写请求可以在通信设备中被本地应答，或者所述现场总线数据对象可以被映射到主机数据。通信设备存储与指定的主机类型相关的配置文件映像，因此通信设备可以将数据对象映射到用于主机设备的主机数据，并且然后与主机设备交换主机数据。如果相应的配置文件映像被下载到存储设备，通信设备随后可以与不同的主机类型交互。

Description

用于选项模块的动态主机配置文件

背景

随着工业过程和系统的自动化，例如，工厂流水线上机器的控制，化学过程的控制，采暖通风与空调系统（HVAC）的控制，以及照明装置的控制，不同的过程经常使用不同的产品来监视和控制所述不同的过程和系统。例如，不同的固件映像和/或不同的产品参考可以用来提供用于具有不同操作环境的不同产品的通信。一种产品通常包括具有通信接口的控制设备，所述通信接口与特定的通信环境交互。所述通信环境可以包括支持指定协议的现场总线，如，Modbus/TCP或EtherNet/IP，以便该产品能够与远程设备交互。关于传统系统，不同的通信接口经常需要用于不同的通信环境。因此，每个通信环境经常需要不同的固件和/或硬编码的支持，这样导致用于每个新支持的产品的附加的开发工作，尽管在产品中可能存在实质性的共性。

发明内容

本发明的一个方面提供仪器、计算机可读媒体、和方法，用于在自动化和控制系统中支持包括主机设备和通信设备的不同产品。所述主机设备可以与所述通信设备交互，来通过现场总线网络交换包含数据对象的消息，现场总线网络用于传输包含数据对象的消息。当需要主机访问时，对于现场总线数据对象的读/写请求可以在通信设备中被本地应答，或者所述现场总线数据对象可以被映射到主机数据。

关于本发明的另一个方面，通信设备可以配置为选项模块，插入用于不同产品的主机设备而没有固件变化。可下载的主机配置文件映像可以由主机设备或单独的开发系统提供，通过将在主机中可用的数据表示为用于特定的现场总线网络的现场总线数据对象，使通信设备能够通过多个不同现场总线网络中的一个进行通信。

关于本发明的另一个方面，通信设备包括与现场总线网络连接的网络接口、存储设备、和处理设备。网络接口可以交换包含来自联网设备的网络数据对象的消息。存储设备储存与指定的主机类型相关的配置文件映像，以便处理设备可以根据第一配置文件映像将网络数据对象映射到用于主机设备的主机数据。处理设备然后可以与主机设备交换主机数据。如果相应的配置文件映像被下载到存储设备，通信设备随后可以与不同的主机类型交互。

关于本发明的另一个方面，配置文件映像可以从主机设备或从单独的开发系统被下载到通信设备。

关于本发明的另一个方面，配置文件映像包括映射到主机数据的一个或多个配置数据对象，配置文件映像可以从主机设备或从开发系统获得。通信设备然后根据配置数据对象对其自身进行配置。

附图说明

本发明内容的更全面的理解以及其优点可以通过参照考虑到附图的如下描述来获得，在附图中，同样的参考数字表明同样的构件，并且其中：

图1根据本发明的实施方案说明了通信设备与冷却部件控制器和网络交互的例子。

图2根据本发明的实施方案说明了图1中所示的通信部件与电动机控制器和网络交互的例子。

图3根据本发明的实施方案说明了一种产品，该产品中的主机配置文件从主机电路被下载到通信设备。

图4根据本发明的实施方案说明了一种产品，该产品中的主机配置文件从开发系统被下载到通信设备。

图5根据本发明的实施方案说明了数据对象的分层表示，该数据对象与产品相关。

图6根据本发明的实施方案说明了通信设备的框图。

具体实施方式

在各种实施方案的如下描述中，参照形成本文一部分的附图，其中通过图示，示出了本发明可在其中被实践的各种实施方案。应该理解的是，其它的实施方案可以被利用，并且在不偏离本发明的范围下可以进行结构的和功能的修改。

如在此使用的，术语“数据对象”可以被定义为可以通过编程语言的命令被操纵的任意数据实体，如值、变量、函数或数据结构。例如，在面向对象编程的领域内，数据对象通常表示编译属性（如，对象元素）和封装一个实体的行为（方法或子程序）。

关于传统的系统，不同的固件映像和/或不同的产品参考经常被用来提供用于不同主机的网络通信，其中主机可以呈现不同的形式，包括可编程逻辑控制器、保护继电器、电动机驱动、HVAC控制器和类似物。

关于本发明的一个方面，术语“产品”包括主机设备（例如，电路）和通信设备。通信设备与主机设备交互以提供与现场总线网络的通信。在现场总线网络上发送的消息可以包括数据对象。当需要主机访问时，对现场总线数据对象的读/写请求可以在通信设备中被本地应答，或现场总线数据对象可以被映射到主机数据。

关于本发明的另一个方面，通信设备可以插入用于不同产品的主机设备而没有固件变化。可下载的主机配置文件映像可以由主机设备或单独的开发系统提供，通过将主机中可用的数据表示为用于特定现场总线网络的现场总线数据对象，使通信设备能够在现场总线网络上通信。不同的现场总线网络可以被支持，包括ModbusTCP、EtherNet/IP、DeviceNet、Profibus、Profinet、BACnetMS/TP，等等。

图1根据本发明的实施方案说明了冷却部件控制器101和建筑物管理系统（BMS）103通过通信设备102在现场总线网络104上通信的例子。例如，冬季和夏季温度设定值可以通过通信设备102由BMS103设定。冷却部件（未示出）可以通过耦合到网络104的通信接口将警报，例如高温或低温的警报，发送到BMS103。

在下面的描述中，冷却部件控制器101可以被称为主机设备，并且通信设备102和主机设备101的组合可以被称为产品105。

为了控制和监控冷却部件，通信设备102交换消息到BMS103并且从BMS103交换消息，其中，消息包含通常被组织为数据对象的数据。为了区别数据对象是通过现场总线网络104交换的，该数据对象被表示为网络数据对象。如同随后将被讨论的，一些数据对象可以和通信设备102的配置相关，并且被表示为配置数据对象。

为了映射网络数据对象到主机数据151，通信设备102访问配置文件映像152，配置文件映像152是基于冷却部件控制器101的特征的。为了将主机数据151提供到建筑物管理系统103，通信设备102可能需要知道主机数据151的格式和存储位置以及如何访问主机数据151。如同将被讨论的，配置文件映像152可以提供此映射信息。

图2根据本发明的实施方案说明了电动机部件控制器201和可编程逻辑控制器（PLC）203通过相同的通信设备102在现场总线网络204上通信的例子。（如在图1和图2中说明的，通信设备102可以支持这两种产品。）电动机部件控制器201与冷却部件101通常有不同的操作特性，并且现场总线网络204可以采用和现场总线网络104相同的或不同的通信协议。因此，通过现场总线网络204交换的网络数据对象与通过现场总线网络104交换的网络数据对象可以是不同的。

用于图1和图2的通信设备（例如，设备102）可以是相同的设备。为了匹配电动机部件控制器201，配置文件映像252被下载到通信设备102。因此，通信设备102能够将网络数据对象映射到主机数据251。如同将被进一步讨论的，配置文件映像152或配置文件映像252可以从各种来源被下载，各种来源包括主机设备（例如，图1的冷却部件控制器101或图2的电动机部件控制器201）或如在图4中示出的单独的开发系统401。

图3根据本发明的实施方案说明了产品301，在产品301中配置文件映像353从储存在主机电路（主机设备）302的主机配置文件351中被下载到通信设备303。

关于传统的系统，通信设备可以被要求用于不同的产品，具有不同固件，或具有硬编码支持，以用于支持每个主机类型。关于一些传统的系统，每个主机设备可以具有被支持的每一个现场总线网络的服务器，以便通信设备可以在现场总线网络上直接发送现场总线请求到主机设备，并且通信网络设备可以在现场总线网络上直接发送来自主机设备的响应，不需要转换成另一种格式和主机设备通信。这种方法从在主机上需要的资源和堆栈许可证这两方面来看可以是非常昂贵的。

参照图3，通信设备303可以用于很多不同类型的主机（对应不同的产品），以实现网络联接，不需要为每个主机生成不同的固件映像或可执行映像，或不需要在开发时已知主机的硬编码支持。因此，在发行通信设备303后可以支持新的主机类型，不需要更新通信设备303上的固件。

主机电路302可以是计算设备，包括可编程逻辑控制器（PLC）、输入/输出（I/O）块、保护继电器和类似物。关于一些实施方案，主机电路302可以具有槽来容纳通信设备302（例如，选项模块），通信设备302提供用于现场总线网络304的通信接口。实施方案可以支持特定类型的现场总线网络，其来自具有不同物理层和不同协议的不同类型的现场总线网络。现场总线网络的一些例子包括（但是不限于）Modbus/TCP、EtherNet/IP、DeviceNet、Profibus、Profinet和BACnetMS/TP。

传统的系统经常使用不同类型的通信设备303用于主机设备的每个类型。然而，关于本发明的一个方面，不同的配置文件映像可以被下载到通信设备303中，以支持不同产品（对应不同的主机设备和现场总线网络）。关于在图3中说明的实施方案，配置文件映像353包括现场总线数据对象354到主机设备302的映射，现场总线数据对象354代表包含在消息362中的通过现场总线网络304发送到联网设备305的或从联网设备305接收的数据。主机数据352通常以指定的数据格式在存储器的位置从主机设备302被访问。如同将结合图5被进一步讨论的，现场总线数据对象354基于对象模型355映射到主机数据352。例如，关于如在图2中示出的电动机部件控制器201，现场总线数据对象354可以包括当前的电动机速度和占空比值，其中每个参数可能以不同的数据格式存储在主机设备302内不同的存储器位置中。

关于本发明的实施方案，通过现场总线网络304可以发送现场总线数据对象354到联网设备305，或可以接收来自联网设备305的现场总线数据对象354。因此，主机数据352可以被映射到现场总线数据对象354（通过读取在主机设备302中的存储器）或从现场总线数据对象354被映射到主机数据352（通过读取和写入主机设备302中的存储器）。

关于本发明的实施方案，主机配置文件可以呈现在不同的格式中，包括但不限于可扩展的标记语言（XML）（其可以被指定为冗长格式）和二进制（其可以被指定为紧凑格式）。当主机配置文件作为主机配置文件351存储在主机电路302中或作为配置文件映像353存储在通信设备303中时，主机配置文件通常具有二进制格式，以便每当通信设备303重新初始化时减少存储器需求并且避免从冗长格式到二进制格式的转换。此外，当把数据对象映射到主机数据时，处理设备（例如，如图6中所示的处理设备601）通常使用二进制格式。然而，如关于图4将被讨论的，主机配置文件可以利用开发系统（例如，PC）被构造，其中主机文件以用于代表数据的语言（例如，XML）被呈现。在从开发系统输出主机配置文件之前，主机配置文件通常被转换成二进制格式。

图4根据本发明的实施方案说明了产品402，其中配置文件451从开发系统401下载到通信设备410上的配置文件映像453。对比在图3中所示的实施方案，通信设备410从开发系统401而不是从主机设备409获取配置文件映像453。关于在图4中说明的实施方案，开发系统401通过现场总线网络404下载主机配置文件451。然而，关于一些实施方案，该下载可以在开发系统401和通信设备410之间的直接通信连接上发生，或在生产期间通过将配置文件烧制到通信设备410的非易失性存储器上，配置文件映像453可以被事前放置在通信设备410中。

关于一些实施方案，开发系统401可以基于个人计算机（PC）；然而，其它的计算平台，例如嵌入式处理设备、大型计算机、移动终端设备或云计算平台，可以被使用。

关于一些实施方案，主机数据和现场总线数据对象之间的映射是基于XML架构403的，XML架构403可以由用户通过XML编辑器405被编辑，以修改XML文件406。例如，用户可以用不同的值覆写数据对象的数据分量之一的默认值。

如果通信设备410使用紧凑格式用于主机配置文件，现场总线配置文件发生器（FPG）407用于从XML文件406的冗长格式到主机配置文件451的紧凑格式的转换。

关于一些实施方案，配置文件映像453可以在初始化过程期间从主机设备409被下载，或使用由现场总线网络404支持的用于下载文件的协议（例如，IP网络上的FTP）从现场总线网络404被下载。

与在图3中描述的操作相类似，不同的配置文件映像可以被下载到通信设备410中，以支持不同的产品。配置文件映像453包括现场总线数据对象454（现场总线数据对象454代表在现场总线网络404上从联网设备411发送或接收的包含在消息462中的数据）到主机设备409的映射。现场总线数据对象454基于对象模型455映射到主机数据452。

图5根据本发明的实施方案说明了用于数据对象的数据模型的分层表示500，数据对象与产品相关。主机配置文件501可以表示现场总线数据对象502和/或配置数据对象503。例如，现场总线数据对象502可以包括数据对象504和505。数据对象505还包括数据分量506和507，其中每个数据分量代表一个主机数据实体。数据分量507通过格式属性508（例如，整型、浮点型或字符型）、主机存储器位置509和访问属性510（例如，只读或读/写）被描述。为了完成数据模型（例如，如在图3中所示的对应于数据对象模型355），分层表示500可以被扩展用于其它数据对象。

关于一些实施方案，为了进行通信，处理设备可以使用配置数据对象503以配置通信设备、网络接口、或通信设备和主机设备之间的连接。例如，配置数据对象503可以包括关于指定协议、端口地址和数据率的信息。

关于一些实施方案，分层表示500可以被表示为可扩展的标记语言（XML）架构（例如，如在图4中所示的XML架构403）。XML方案通常提供用于主机配置文件格式的模板或“规则”。当XML架构被开发时，冗长主机配置文件（例如，XML文件406）被产生。如果产品有静态的或固定的数据模型，那么冗长主机配置文件通常在主机配置文件的开发期间被开发一次。然而，如果主机设备是可编程的并且用于主机设备的数据模型可以变化，那么一种机制可以被添加到开发系统的编程环境，以输出冗长主机配置文件。如前面所讨论的，冗长主机配置文件然后被输入到现场总线配置文件发生器，以便当通信设备不支持运行时间XML解析器时，将主机配置文件转换成二进制格式。

如前面所讨论的，数据对象可以是描述的现场总线对象。此外，根据本发明的一个方面，数据对象可以是描述的配置设置，其中配置数据可以由通信设备本地使用以配置其本身。例如，通信设备可以配置IP地址、用于以太网通信的默认网关、网络上的波特率、和通信设备与主机设备之间的连接。

图6根据本发明的实施方案说明了仪器600，仪器600表示如分别在图3和图4中示出的通信设备303或410。为了在现场总线网络上提供通信并且为了将现场总线数据对象映射到主机数据，处理设备601可以执行来自计算机可读介质（例如，存储器603）的计算机可执行指令。关于一些实施方案，处理设备601可以包括处理器和内部随机访问存储器（RAM）602。存储器602通常用于临时存储，而存储器603可以包括用于存储计算机可执行指令和配置文件映像的闪速存储器。然而，计算机存储媒体可以包括易失性的和非易失性的、可移动的和不可移动的媒体，其以用于例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息的存储的任何方法或技术来实现。计算机存储媒体可以包括，但是可以不限于随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、电可擦可编程只读存储器（EEPROM）、闪速存储器或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能光盘（DVD）或其它的光学磁盘存储、盒式磁带、磁带、磁盘存储或其它磁存储设备、或能够用于存储所需信息且能够由处理器601访问的任何其它媒介。可执行指令可以执行任何或所有在此描述的方法步骤。

仪器600可以被实现为一个或多个ASIC或具有用于执行结合在此描述的实施方案的任何一个或多个的如所描述的操作的指令的其它集成电路。指令可以是存储在机器可读媒介中的软件和/或固件指令，和/或可以是作为一系列逻辑门的硬编码、和/或在一个或多个集成电路中的状态机电路、和/或结合其它电路元件的一个或多个集成电路。

仪器600可以支持双以太网链接661和662以提供冗余，通常由现场总线网络使用以监视和控制远程设备。处理设备601通过以太网交换机604获取活动的以太网链接。然而，关于一些实施方案，可以支持单端口以太网设备。

仪器600也可以支持其它接口663-668，其它接口663-668可以用于在开发系统和通信设备之间的直接通信或用于支持外围设备。接口663-668可以支持不同的接口类型，包括通用输入/输出（GPIO）、控制器局域网络（CAN）、系统包接口（SPI）、联合测试行动小组（JTAG）、内部整合电路（I2C）、和推荐标准232（RS-232）。

本领域技术人员能够认识到，具有包括用于控制计算机系统的指令的相关计算机可读媒介的计算机系统可以用来实现在此公开的示例性实施方案。计算机系统可以包括至少一个计算机，如微处理器、数字信号处理器、和相关外围电子电路。

虽然已经就包括目前优选的实施本发明的模式的特定的实施例描述了本发明，但本领域技术人员应认识到，存在对上面描述的系统和技术的多种变化和更换，其都落入所附权利要求中提出的本发明的精神和范围之内。

Claims (21)

1.一种用于自动化和控制系统的通信设备，所述自动化和控制系统包括第一主机设备和第一联网设备，所述通信设备包括：

网络接口，其配置成与现场总线网络连接，并配置成与所述第一联网设备交换包含第一网络数据对象的消息；

存储器设备，其配置成存储来自多个配置文件映像的第一配置文件映像，每个配置文件映像与不同的主机类型相关联；以及

处理设备，其配置成：

根据所述第一配置文件映像将所述第一网络数据对象映射到用于所述第一主机设备的第一主机数据，其中所述第一主机设备以第一主机类型为特性；以及

与所述第一主机设备交换所述第一主机数据。

2.如权利要求1所述的通信设备，其中：

所述存储器设备还配置成存储用于第二主机类型的第二配置文件映像；并且

所述处理设备还配置成从第二联网设备接收第二网络数据对象，并且根据所述第二配置文件映像将所述第二网络数据对象映射到第二主机数据，其中所述第二主机设备以第二主机类型为特性。

3.如权利要求1所述的通信设备，其中所述网络接口从所述联网设备接收所述消息。

4.如权利要求1所述的通信设备，其中所述网络接口发送所述消息到所述联网设备。

5.如权利要求1所述的通信设备，其中所述存储器设备配置成从所述第一主机设备获取所述第一配置文件映像。

6.如权利要求1所述的通信设备，其中所述存储器设备配置成从开发系统获取所述第一配置文件映像。

7.如权利要求1所述的通信设备，其中：

所述第一配置文件映像包括配置数据对象；并且

所述处理设备根据所述配置数据对象来配置所述通信设备。

8.如权利要求7所述的通信设备，其中所述处理设备根据所述配置数据对象来配置所述网络接口。

9.如权利要求7所述的通信设备，其中所述处理设备配置所述第一主机设备和所述通信设备之间的连接。

10.如权利要求7所述的通信设备，其中所述处理设备根据所述第二配置文件映像配置所述通信设备。

11.如权利要求7所述的通信设备，其中所述第一主机数据根据所述配置数据对象被格式化。

12.如权利要求7所述的通信设备，其中所述处理设备根据所述配置数据对象来指出所述第一主机设备的主机存储器中用于访问所述第一主机数据的位置。

13.一种用于将数据对象转换成主机数据的方法，所述方法包括：

由通信设备存储来自多个配置文件映像的用于第一主机类型的第一配置文件映像，每个配置文件映像与不同的主机类型相关联；

在所述通信设备和第一联网设备之间交换第一消息，所述第一消息包含第一网络数据对象；

由所述通信设备根据所述第一配置文件映像将所述第一网络数据对象映射到用于第一主机设备的第一主机数据，所述第一主机设备以所述第一主机类型为特性；以及

在所述第一主机设备和所述通信设备之间交换所述第一主机数据。

14.如权利要求13所述的方法，还包括：

由所述通信设备存储用于第二主机类型的第二配置文件映像；

在所述通信设备和第二联网设备之间交换第二消息，所述第二消息包含第二网络数据对象，

由所述通信设备根据所述第二配置文件映像将所述第二网络数据对象映射到用于第二主机设备的第二主机数据，所述第二主机设备以所述第二主机类型为特性；以及

与所述第二主机设备交换所述第二主机数据。

15.如权利要求13所述的方法，其中在所述现场总线网络上交换所述第一消息包括：

从所述第一联网设备接收所述第一消息。

16.如权利要求13所述的方法，其中在所述现场总线网络上交换所述第一消息包括：

发送所述第一消息到所述第一联网设备。

17.如权利要求13所述的方法，还包括：

从所述第一主机设备接收所述第一配置文件映像。

18.如权利要求13所述的方法，还包括：

从开发系统接收所述第一配置文件映像。

19.如权利要求13所述的方法，其中所述第一配置文件映像包括配置数据对象，所述方法还包括：

由所述通信设备根据所述配置数据对象对该通信设备自身进行配置。

20.一种计算机可读存储媒介，其存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令当被执行时引起处理器执行包括以下操作的方法：

由通信设备存储来自多个配置文件映像的用于第一主机类型的第一配置文件映像，每个配置文件映像与不同的主机类型相关联；

在所述通信设备和第一联网设备之间交换第一消息，所述第一消息包含第一网络数据对象；

由所述通信设备根据所述第一配置文件映像将所述第一网络数据对象映射到用于第一主机设备的第一主机数据，所述第一主机设备以所述第一主机类型为特性；以及

在所述第一主机设备和所述通信设备之间交换所述第一主机数据。

21.如权利要求20所述的计算机可读存储媒介，所述方法还包括：

由所述通信设备存储用于第二主机类型的第二配置文件映像；

在所述通信设备和第二联网设备之间交换第二消息，所述第二消息包含第二网络数据对象，

由所述通信设备根据所述第二配置文件映像将所述第二网络数据对象映射到用于第二主机设备的第二主机数据，所述第二主机设备以所述第二主机类型为特性；以及

与所述第二主机设备交换所述第二主机数据。

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