CN104508581A

CN104508581A - 优化的与hart仪器的通信

Info

Publication number: CN104508581A
Application number: CN201280074843.5A
Authority: CN
Inventors: 理查德·布莱尔; 罗伯特·高扎克
Original assignee: Schneider Electric SE
Current assignee: Schneider Electric SE; Schneider Electric Industries SAS
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: CN104508581B; EP2859417B1; RU2014151364A; US10281887B2; WO2013184113A1; US20150148918A1; EP2859417A1

Abstract

一种装置，如HART多路复用器，可允许从单接口访问一个或多个HART仪器。该装置还可支持从第二接口访问HART仪器。从HART仪器读取数据和写入数据到HART仪器的请求可在装置处组合为一组HART命令，相比较单独处理每个所发送的HART命令而言，该组HART命令可更有效率。

Description

优化的与HART仪器的通信

相关申请的交叉引用

本申请与下列申请的主题相关：PCT申请号____(也由代理案号500402.00595标识)；PCT申请号____(也由代理案号500402.00596标识)；以及PCT申请号____(也由代理案号500402.00597标识)。上述所有专利申请通过引用并入本文，且正与本申请同时在提交。

背景技术

与工业网络(诸如带有用于自动化控制或某些其它过程控制类型的装置的网络)连接的装置，可使用各种协议来彼此通信。任何一种通信协议可允许访问整个网络的特定数据，但是可能不允许访问其它数据或装置。另外，转换从一个协议到另一个协议的数据请求，可能引起低效和潜在重复的网络流量。提高包含不止一个通信协议的工业网络的通信效率是有必要的。

发明内容

根据本公开的一个方面，一个装置可接收两个或多于两个请求，其中每个请求要求访问单HART仪器的数据。这些请求中的一个或多个可持续地请求访问单HART仪器的数据。可建立响应于这些请求的扫描循环。

根据本公开的另一个方面，访问单HART仪器的数据的两个或多于两个请求可被分析来识别完成请求所需要访问的单HART仪器的数据组。可以识别用来访问所有这些数据的HART命令的组合。

根据本公开的更进一个方面，所识别的HART命令的组合可由可访问所有该组数据的最低数目的命令构成。所识别的命令的组合可能只限于由单HART仪器支持的命令。

根据本公开的又一方面，所识别的命令集合可被发送到单HART装置。从单HART装置接收的响应可被用来产生两个或多于两个请求中的每个请求的回复。

上述内容提供了简要概述，以提供对本发明的某些方面的基本理解。该概述并不是本公开的全面概括。它的目的既不是标识本公开的关键或重要元素，也不是划定本公开的范围。该概述仅仅以简化的形式提出一些本公开的概念来作为下面描述的序言。

附图说明

本公开通过示例的方式示出，并且不限于附图。

图1示出根据本公开的各个方面的工业网络的示例。

图2示出了可用来从根据本公开的各个方面的HART仪器检索数据的HART命令的几个示例。

图3示出了根据本公开的各个方面的HART多路复用器的输出的两个示例。

图4示出了根据本公开的各个方面的、装置可用来确定将哪个HART命令发送到HART仪器的方法的示例。

具体实施方式

在以下描述中参考了附图，这些附图形成本文的一部分，并且在其中以说明的方式示出的各种实施例中可以实践本公开的方面。需要了解的是，可以使用其他实施例，并且可以做出结构上和功能上的修改，而不背离本公开的范围。

工业网络可广泛用于多种用途。工业网络通常用来控制或监控工业过程。例如，通过驱动响应于来自一个或多个传感器的读数的阀门，可控制允许进入混合器的流体的数量。工业网络可由许多装置组成。这些装置可被配置为使用各种协议来通信，并且协议间可能不相互兼容。

图1示出了工业网络的一个示例。在这个示例中，HART多路复用器110与HART仪器130-134进行通信。每一个HART仪器使用可寻址远程传感器高速通道(HART)协议来与HART多路复用器110进行通信。该协议允许单模拟信号通过双线回路承载。每个链路140-144都可以是双线回路。模拟信号值由通过双线回路的电流来表示，其范围从4mA到20mA。数字通信可叠加到模拟信号上，允许附加数据在每个HART仪器130-134和HART多路复用器110之间交换。每个双线回路可添加不止一个仪器。在这种被称为“多点模式”的配置中，附加仪器的所有通信数字式地产生，且在双线回路上的每个仪器通常分配唯一的地址。HART仪器的示例可包括感知器、传感器或使用HART协议通信的其它任何装置。

资产管理软件(AMS)101与多路复用器110通信。资产管理软件可在任何计算装置上运行。AMS 101与HART多路复用器110之间的通信通过链路102示出。例如，链路102上的通信可使用Arcom协议，该协议是为与HART多路复用器通信而设计的协议。HART多路复用器110将来自每个HART仪器(130-134)的信号复用到通信链路102上，从而允许资产管理软件101通过单通信链路与每个HART仪器130-134进行通信。

资产管理软件通常被用来监控工业网络的状态。这常常包括重复检查各种感知器、阀门或其它HART仪器的状态。HART多路复用器110通过持续地自动检索来自HART仪器的数据以帮助促进这些检查。通过持续地自动检索来自HART仪器的数据(这有时被称为“扫描”)，可提高HART多路复用器可提供数据到资产管理软件的速度。

控制器103也与HART多路复用器110通信。控制器103可以是任何类型的控制器(例如，可编程逻辑控制器)。控制器103与HART多路复用器110间的通信经由链路104示出。例如，链路104可以是以太网链路。例如，链路104上的通信可使用MODBUS协议产生。可用于在HART多路复用器110和控制器103之间进行通信的其他协议的示例包括以太网/IP、设备网(DeviceNet)、控制网(ControlNet)、过程现场网(ProfiNet)和过程现场总线(ProfiBus)通信协议。任何其他工业网络系统通信协议也可使用。上述列举的协议都不与HART协议兼容。HART多路复用器110可以响应于链路104上接收到的通信，该通信与接收到的请求格式相同。例如，若MODBUS的数据请求通过链路104被接收，那么HART多路复用器110可在MODBUS答复消息中包含所请求的数据。例如，所请求的数据可来自HART仪器131。因此，HART多路复用器可将来自控制器103的请求转换成HART消息，发送该消息到HART仪器，并且将来自HART仪器的回复转换成控制器103能够理解的消息。为了预取可能由控制器103请求的数据，HART多路复用器也可扫描HART仪器。所预取的数据可用来提高HART多路复用器响应来自控制器103请求的速度。通过分析由控制器103频繁请求的数据，要扫描的数据可由HART多路复用器自动地确定。要扫描的数据也可由用户来配置。

通过创建协议各个方面和HART装置数据的映射，来提供并没有被设计为与HART装置互操作的协议中所接收的数据请求。例如，HART变量可被映射到MODBUS寄存器。以太网工业协议(“以太网/IP”)对象可为HART装置创建，且以太网/IP对象的数据域可对应于HART变量，正如在代理案号SAA-191(402.00595)且题目为“使用对象访问信息的系统和方法”的专利申请中所描述的。该申请与本专利申请在同一天被提交，且在此通过引用将其全部内容并入。

在图1中示出了许多附加装置可被添加到工业网络中。例如，人机界面也可与HART多路复用器110进行通信来监控和报告关于HART仪器的信息。不同于HART仪器的仪器也可存在于网络中。例如，这些其他仪器可以与控制器103直接通信。此外，可能存在图1中示出的每个元件的多个实例。例如，HART仪器可能比仪器130-134更多。另外，可能不止一个HART多路复用器存在。每个HART多路复用器可连接相同的AMS和相同的控制器。可选择地或此外，附加控制器实例或附加AMS实例可被使用。也可对图1示出的工业网络做附加的修改。例如，控制器103可被修改为包含HART复用器110作为它的组件。若HART多路复用器110并入控制器103中，控制器103还可包括与其他外部装置通信的以太网端口，诸如使用不同于HART的协议通信的仪器、其他控制器和其它计算装置。

HART多路复用器110包括处理器111，该处理器可被配置为接收来自AMS 101、控制器103、HART调制解调器113-114、或任何其他装置的消息。配置处理器111的软件可被存储到存储器112中。该软件可以包括操作系统，且应用程序在该操作系统上运行。存储器112也可存储其数据，例如，从HART仪器130-134读取的数据。存储器112可包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。刚刚描述的软件、存储器和微处理器中的一些或全部也可在专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它相似形式体现出来。

图1中所示的每个装置可能包括一个或多个组件，诸如处理器、存储器和通信接口，其类似于那些示出的用于HART多路复用器110的组件。

图2示出可用于检索来自HART仪器的数据的HART命令的几个示例。这些命令仅仅是示例。HART协议包含除了在图2中示出那些命令的许多命令。列201列出HART命令的数目。列202列出了每个命令指示仪器接收命令读取的值。值得注意的是，随着时间的推移，一些命令在HART协议规范中已经被重新定义。如图2所示，对于HART协议版本6的命令9，可用来读取任意4个变量。但是对于HART协议版本7，命令9可用来读取任意8个变量。

图2的列203列出必须由多路复用器110发送以指定要读取的值的字节数。命令1、2和3需要零字节，因为要读取的值对于命令1、2和3是预先定义的。在另一方面，对于命令9，需要一个字节来指定每个要读取的变量。

图2中的列204列出HART仪器将发送到多路复用器110以响应命令的字节数。例如，仪器将通过发送5个字节来响应命令1。这些字节中的一个字节表示变量在其中被发送的单元(unit)。其他的四个字节表示变量本身的值。

图3示出了HART多路复用器110输出的两个示例。这些输出中的每个输出的结果可发生在HART多路复用器被指示为持续地、自动地接收来自HART仪器的数据之后。如图3所示，要被自动检索的数据从使用“扫描命令”的每个仪器被检索。每个HART仪器的特定的命令或组成“扫描命令”的命令可能有所不同。例如，若AMS软件从仪器130请求“主要变量”(但没有任何其他信息)，那么仪器130的扫描命令可以是HART命令1。若AMS软件从仪器131请求主要变量、次要变量、第三变量，那么仪器131的扫描命令可以是HART命令3，该命令检索这三个变量，以及一些其他的变量。

列301示出不中断的扫描命令顺序。当多路复用器不接收来自AMS101或控制器103的其他输入时，这些命令可被HART多路复用器110输出。扫描命令被重复地发送，该扫描命令能够使HART多路复用器始终拥有来自每个仪器的最新信息。

列302展示了当多路复用器接收来自AMS 101或控制器103的输入时，由HART多路复用器110输出的HART命令序列。由命令310可知，为了包含由AMS所支配的消息，扫描命令的正常序列可以被中断。例如，AMS可请求来自仪器130的正常扫描所不包含的附加变量。如列302所示，为了插入请求AMS附加信息的命令，扫描命令的正常序列在时隙310被中断。扫描命令的正常序列在来自AMS的输入被处理之后可继续进行。扫描命令的正常序列可被中断，以便发送任何类型的HART命令，这些命令包括：读取命令、写入命令和其他命令(如装置配置命令)。AMS 101或另外所连接的装置，可直接指定这些命令。此外，所连接的装置可产生HART多路复用器110必须处理的命令以便完成。例如，控制器103可使用以太网/IP协议发送命令，且HART多路复用器将该命令转换成一系列HART命令。多路复用器110可中断正常扫描命令系列来插入一系列HART命令。

修改正常扫描命令系列而不是中断正常扫描命令系列是可能的。例如，正常扫描命令系列可使用命令1，从仪器134中读取主要变量。多路复用器110可接收仪器134的次要变量、第三变量、第四变量的请求。代替中断正常扫描命令系列，当多路复用器110下一次输出扫描命令到仪器134时，多路复用器110可用命令3替换命令1。另一个选择是，立即发送命令3，由此获得最近所请求的信息，和由正常扫描命令将检索到的信息。仪器134的下一条扫描命令可以被跳过。可选择地，仪器134的下一条扫描命令不可被跳过。如果仪器134的下一条扫描命令不被跳过，则多路复用器110可能不能确保由扫描命令正常获得的信息，在中断正常扫描序列的请求期间也能被获得。

例如，可基于对附加信息请求的优先级，确定是否中断或改变扫描命令的正常序列。高优先级请求可中断正常的扫描命令序列，而低优先级请求则不可以。多路复用器在其扫描命令序列中的位置也可影响多路复用器110是否中断其正常的扫描命令序列。例如，来自仪器131的数据请求需要在500ms内完成。通过依次扫描仪器131，可能在500ms内完成该请求，但是得使用仪器131的修改的扫描命令而不是使用正常扫描命令。然而，如果仪器131的扫描不是按预定时间很快发生，那么中断扫描命令的正常序列可能是必要的，以便确保所请求的数据在500ms内获得。

除了组合正常调度的扫描命令与从其它装置接收到的命令之外，从其它装置所接收到的命令还可与另一个组合。例如，AMS 101可请求HART命令3被发送到仪器134。该命令读取电流和主要变量到第四变量。控制器103可发布要求从仪器134中读取三个附加变量的命令。例如，通过发送命令3响应于来自AMS 101的请求，并发送命令9响应来自控制器103的请求,多路复用器110可分别处理这些命令。但是,例如，通过发送单个命令9到仪器134，多路复用器110也可将这些命令的处理进行组合，该单个命令不仅请求控制器103所请求的数据，而且还请求命令3指定的数据。于是，可以发送一条HART命令而不是两条独立的命令到仪器134。

多路复用器110可对从仪器134接收的数据重定格式。因为，在这个示例中，AMS请求命令3被发送，多路复用器110可将它接收到的响应于发送命令9的数据的相关部分重定格式为响应命令3所用的格式。所重定格式的数据随后可发送到AMS。相似地，多路复用器110可仅发送控制器103所请求的数据到控制器103。

组合命令的过程也可被用来识别正常扫描命令本身。例如，HART多路复用器可识别第一组需要扫描的AMS 101的数据，以及第二组需要扫描的控制器103的数据。HART多路复用器使用联合操作，可将所述第一组数据和第二组数据组合成第三组数据。HART多路复用器可使用所述第三组数据来识别对于每个仪器哪些命令将是正常扫描命令。该程序可帮助优化正常扫描命令组的大小。

图4示出了如HART多路复用器110的装置可用来确定哪个HART命令发送到HART仪器的方法的示例。该装置可与一个或多个HART仪器通信。在步骤401，该装置接收要求访问HART仪器的请求。一个示例请求是持续地提供数据的请求。(例如，这样的请求可通过使用多路复用器的正常扫描循环来完成)。其他的示例请求包括来自AMS 101或控制器103的其它通信。所接收的请求可进行组合，这是因为，例如，这些请求被同时接收到或在时间上紧密联系。接收到的请求可以被组合时的另一个示例是，所接收到的请求与作为该设备的正常扫描循环的一部分的请求组合时。与分别处理每个扫描请求相比，将多个扫描数据的请求彼此组合可使装置的正常扫描循环更有效率。

在步骤402，检查所接收到的请求，并且识别需要从HART仪器访问以完成所接收的所有请求的一组数据。这组数据是完成每个请求的单个请求的数据联合。例如，如果一个请求需要访问主要变量和次要变量，且另一条需要访问次要变量和第三变量，那么需要被访问的这组数据包括主变要变量、次要变量和第三变量。

虽然目前为止所使用的示例涉及从HART仪器接收数据的请求，但是写入数据到HART仪器的请求可也被组合。如果所做出的请求同时读取和写入同一变量，那么装置必须确定是否读取请求需要首先执行。如果读取请求不需要首先发生(例如，因为读取请求仅仅是正常扫描循环的一部分)，那么读取请求在步骤402可被省略。写入变量，而不读取它，可相当于假设读取变量请求排在第二。写入变量的值可作为装置对读取请求的响应来使用。

在步骤403，装置识别最小的HART命令的组合，其中该HARTA命令的组合访问步骤402中所识别的数据组。最小的组合是包含最小数目的单独HART命令的组合。当确定该组后，装置可仅使用由该HART仪器支持的HART命令。例如，如果HART仪器只支持HART协议的版本6，则使用命令9读取多于4个变量的组合不能被识别出来。(使用命令9读取多于4个变量在HART协议的版本7中首次引入。)

若不止一个命令组合在步骤403中被识别出(如步骤404所确定的)，那么步骤403中所识别的组合中的一个组合可在步骤405中被选出。因为步骤403识别包括最小数目的单独HART命令的组合，所以步骤405中所考虑的每个组合都已经包括这个最小数目的命令。在步骤405，装置识别哪个命令组合要求在HART仪器和装置间转移最少数据量。步骤405中所考虑的数据转移可包括用来指定读取哪个值的数据(如图2中的列203所示)。步骤405中所考虑的数据转移也可包括响应命令所需要的数据(如图2中列204所示)。若两个或多于两个命令的组合包含相同命令数，且要求相同的数据传输量，则可使用附加的平分判决规则在它们中选择。该平分判决规则可包含任意地选择一个组合。

在步骤406中，所识别的命令组合被发送到HART仪器。如上所述，所识别的组合可以作为HART多路复用器的正常扫描循环的一部分发送。可选择地，所识别的组合可以中断正常扫描循环。此外，所识别的组合可以由不执行正常扫描循环的装置发送。

在步骤407中，从HART仪器到步骤406中发送的命令的响应由装置用来正确地回复步骤401中所接收的每个请求。

本公开的各个方面已经根据其中用于说明的实施例进行了描述。虽然示出了如本文所述的体现本公开各个方面的用作说明的系统和方法，但是本领域的技术人员将理解的是，本公开并不局限于这些实施例。本领域的技术人员可做出修改，特别是根据上述教导做出修改。例如，上述说明性示例的每个特征可单独使用或与其它示例的元件的组合或子组合一同使用。例如，任何上述系统和方法或其部分可与上述其它的方法和系统或其部分组合。例如，本领域普通技术人员明白上述步骤可按不同于列举的顺序执行(包括同时执行)，并且一个或多个根据本公开的各个方面的步骤是可选的。还需要了解和理解的是，在不脱离本公开的真正精神和范围的前提下可进行修改。该描述因此可被视为说明性的而不是对本公开的限定。

Claims

1.一种方法，包括：

在一装置处接收至少两个请求，所述至少两个请求中的每个请求都要求访问与所述装置连接的第一可寻址远程传感器高速通道HART仪器的数据；

在接收所述至少两个请求后，识别一条或多条HART命令的组合，其中，所识别的组合包括：访问响应于所述至少两个请求所要求的所述第一HART仪器的所有数据所需要的最小数量的HART命令；以及

发送所识别的一条或多条HART命令的组合到所述第一HART仪器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，识别一条或多条HART命令的组合包括：

识别HART命令的多个组合中的哪个组合在所述装置和所述第一HART仪器间要求最小数据传输量，其中所述HART命令的多个组合中的每一个组合都包含相同数量的HART命令。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

识别所述第一HART仪器支持哪个HART协议版本；以及

将包含在所识别的一条或多条HART命令的组合中的HART命令限定为由所识别的HART协议版本支持的命令。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述装置是HART多路复用器，且所述至少两个请求中的一个请求是从至少所述第一HART仪器自动地、持续地检索至少一个数据项的请求。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少两个请求中的另一个请求也是从至少所述第一HART仪器自动地、持续地检索至少一个数据项的请求。

6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述HART多路复用器建立正常扫描循环，所述正常扫描循环包括使用第一组一条或多条HART命令从所述第一HART仪器检索所述至少一个数据项；以及

响应于识别一条或多条HART命令的所述组合，对一个扫描循环不发送所述第一组一条或多条HART命令。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述装置是HART多路复用器，且所述至少两个请求中的一个请求是使用MODBUS协议从所连接的装置接收到的请求。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述装置是HART多路复用器，且所述至少两个请求中的一个请求是使用以太网/IP协议从所连接的装置接收到的请求。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在发送所识别的一条或多条HART命令的组合到所述第一HART仪器之后，接收来自所述第一HART仪器的响应；

使用包含在所述响应中的第一组数据以发送对所述至少两个请求中的一个请求的第一回复；以及

使用包含在所述响应中的第二组数据以发送对所述至少两个请求中的第二个请求的第二回复。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一组和所述第二组是不同的。

11.一种设备，包括：

一个或多个可寻址远程传感器高速通道HART通信接口，其被配置为连接到至少第一HART仪器；

一个或多个其他通信接口，所述一个或多个其他通信接口中的至少一个被配置为使用不同于HART协议的协议连接到外部装置；

处理器；以及

存储器，其存储可执行指令，所述可执行指令将所述设备配置为：

从所述一个或多个其他通信接口接收至少两个请求，所述至少两个请求中的每个请求都要求访问所述第一HART仪器的数据；

在接收所述至少两个请求之后，识别一条或多条HART命令的组合，其中，所识别的组合包括：访问响应于所述至少两个请求所要求的所述第一仪器的所有数据所需要的最小数量的HART命令；以及

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述其他通信接口中的至少一个被配置为使用Arcom协议连接到另一个外部装置。

13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述指令将所述设备配置为通过以下操作来识别所述一条或多条HART命令的组合：识别HART命令的多个组合中的哪个组合在所述设备和所述第一HART仪器之间要求最小数据传输量，其中所述HART命令的多个组合中的每一个组合都包含相同数量的HART命令。

14.根据权利要求11所述的设备，其中，所述指令还将所述设备配置为：

识别哪个HART协议版本由所述第一HART仪器所支持；

15.根据权利要求11所述的设备，其中，所述至少两个请求中的一个请求是从所述第一HART仪器自动地、持续地检索至少一个数据项的请求。

16.根据权利要求11所述的设备，其中，所述至少两个请求中的一个请求是使用MODBUS协议接收到的请求。

17.根据权利要求11所述的设备，其中，所述至少两个请求中的一个请求是使用以太网/IP协议所接收的请求。

18.根据权利要求11所述的设备，其中，所述指令还将所述设备配置为：

使用包含在所述响应中的数据的第一部分以发送对所述至少两个请求中的一个请求的第一回复；以及

使用包含在所述响应中的数据的第二部分以发送对所述至少两个请求中的第二请求的第二回复；

其中，所述第一部分和所述第二部分是不同的。

19.一种可编程逻辑控制器，包括：

一个或多个通信接口，其被配置为连接到至少第一仪器；

一个或多个以太网端口；

处理器；以及

存储器，其存储可执行指令，所述可执行指令将所述可编程逻辑控制器配置为：

通过所述一个或多个以太网端口，接收要求自动地、持续地访问所述第一仪器的第一数据的至少一个请求；

生成正常扫描循环，所述正常扫描循环包括使用第一命令来请求所述第一仪器的所述第一数据；

生成对所述第一仪器的第二数据的请求；

识别一条或多条命令的组合，其中，所识别的组合包括访问所有所述第一数据和所述第二数据所需的最小数量的命令；以及

对一个扫描循环，向所述第一仪器发送所识别的一条或多条命令的组合而不是所述第一命令。

20.根据权利要求19所述的可编程逻辑控制器，其中，所述第一仪器包括可寻址远程传感器高速通道HART仪器。