CN106154985A - 工业过程网络上的数据传送 - Google Patents

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Abstract

增强型通信协议可以改进工业过程网络上主机设备和一个或更多个现场设备之间的数据传送的可靠性和效率。现场设备可以存储设备描述，该设备描述包括描述该现场设备的功能属性的多个参数。主机设备可以上传用在与该现场设备通信中的该设备描述。该现场设备还可以存储多个可存储配置，每个可存储配置表示该现场设备的整体配置。该主机设备可以从该主机设备上传该多个可存储配置，例如以向该相同网络或不同网络上的第二现场设备传送可存储配置。该主机设备可以发送配置激活请求，该配置激活请求可以使现场设备根据多个可存储配置中所选择的一个中包括的配置数据进行操作。

Description

工业过程网络上的数据传送
技术领域
本公开大体上涉及工业过程网络上的数据传递。更具体地，本公开涉及工业过程网络上现场设备和主机设备之间的数据传送。
背景技术
在典型的工业厂房中，分布式控制系统(DCS)用于控制在厂房处执行的许多工业过程。一般地，厂房具有集中式控制室，该集中式控制室有具有用户输入/输出(I/O)、磁盘I/O和其他外围设备的计算机系统。与计算机系统耦合的是控制器和过程I/O子系统。过程I/O子系统包括I/O端口，I/O端口连接到整个厂房中的各种现场设备。现场设备包括各种类型的分析仪器，例如压力传感器、温度传感器、开关、换能器、阀定位器和致动器以及在分布是控制系统中执行功能的任意其他设备。
传统地，模拟现场设备已经通过双绞线对电流环与控制室相连，每个设备通过单个双绞线对与控制室相连。模拟现场设备能够对指定范围内的电信号进行响应或在指定范围内发送电信号。在典型的配置中，通常在两个线对之间有大约20-25伏特的电压差，并且有在环中流动的4-20毫安的电流。向控制室发送信号的模拟现场设备对在电流环中流动的电流进行调制，该电流与所感测的过程变量成正比。另一方面，由通过环的电流的幅度控制在控制室的控制下执行动作的模拟现场设备，该电流的幅度由过程I/O系统的I/O端口进行调制，其进而由控制器控制。
历史上，大多数传统的现场设备具有单个输入或单个输出，其与该现场设备执行的主功能直接相关。例如，通常由传统模拟电阻温度传感器实现的唯一功能是：通过对流经双绞线对的电流进行调制来发送温度；而由传统模拟阀定位器实现的唯一功能是：基于流经双绞线对中的电流的幅度，在打开位置和闭合位置之间定位阀。
最近，在当前环路上叠加数字数据的混合系统已经用在过程控制系统中。在控制领域中，一个混合系统被称为高速可寻址远程换能器(HART)，并与Bell 202调制解调器规范相类似。HART系统使用当前环路中的电流的幅度来感测过程变量(和传统系统中一样)，但还在当前环路信号上叠加数字载波信号。载波信号相对较低，并可以以每秒大约2-3个更新的速率提供次级过程变量的更新。一般地，数字载波信号用于发送次级信息和诊断信息，而并不用于实现现场设备的主控制功能。通过载波信号提供的信息的示例包括辅过程变量、诊断信息(包括传感器诊断、设备诊断、接线诊断和过程诊断)、操作温度、传感器的温度、校准信息、设备标识信息、建造材料、配置或编程信息或其他类型的信息。因此，单个混合现场设备可以具有各种输入变量和输出变量，并可以实现各种功能。
基础现场总线是美国仪器学会(ISA)规定的多支路串行数据双向通信协议，并旨在连接分布是控制系统中的现场仪器和其他过程设备(例如监视和仿真单元)。基础现场总线允许与先前过程控制环路方法相比增强型的数字通信，同时保持与现场总线环路耦合的功率过程设备的能力并同时满足固有安全性要求。例如，基础现场总线规范(即包括物理层规范和数据链路层规范)定义以与传统混合系统相比更高的数据速率(例如对于H1现场总线网络以高达31.25千比特每秒(Kbps)的数据速率，而对于H2现场总线网络以以高达2.5兆比特每秒(Mbps)的数据速率)发送数据的网络。
为了改进现场总线网络上现场设备的互操作性，一般使用设备描述(DD)来实现现场设备的操作性接口(例如数据翻译)和配置。DD通常采用根据设备描述语言(DDL)进行格式化的一个或更多个文件的形式，以定义现场设备的功能性属性，例如数据输出类型、有效数据范围和/或单元、校准和/或诊断参数或其他功能性属性。根据与现场设备相关联的DD，主机或其他配置设备可以经由一系列的有序消息向现场设备发送配置数据来定义现场设备的操作状态。例如，主机设备可以对经由DDL与现场设备相关联的DD进行翻译，以确定与现场设备相对应的功能性属性。在下文中，主机设备可以发送配置数据来定义现场设备的特定操作状态，例如指定输出数据类型的配置数据、与输出数据相对应的校准信息、数据的单元或其他配置数据。
以这种方式，主机或其他配置设备可以通过经由DDL翻译与各个现场设备相关联的DD，与多个现场设备中的任意一个(例如每一个)接口和/或配置多个现场设备中的任意一个(例如每一个)。然而，使用DD来与现场设备交互需要主机设备能够访问与各个现场设备中的每一个相对应的DD。因为每个DD描述其对应的特定现场设备的功能性属性，在网络上的现场设备之间，DD通常不同。因为安全原因，主机设备通常与广域网(例如因特网)断连的事实使对特定DD的访问复杂化。因此，在主机设备不能访问特定DD的情况下，DD的获取可以是麻烦的、耗时的和容易产生错误的。
此外，通过现场总线网络的涉及大量数据的交互(例如配置数据和/或软件图像的上传和下载)可能相对较慢，有时花费一个小时或更多时间来完成交互。即，现场总线消息规范(FMS)规定了经由虚拟通信关系(VCR)完成的通过现场总线网络进行通信的消息传送协议。VCR提供用于在应用和/或设备之间传送数据的基于连接的信道。现场总线网络上的设备经由由链路主机(LM)设备(被称为链路活动调度器(LAS))管理的调度通信和非调度通信进行通信。在调度通信期间，LAS设备向现场设备发布催促数据消息。作为响应，现场设备通过网络向一个或更多个订户设备公布数据。非调度通信是经由LAS设备管理的令牌传递算法完成的。LAS设备进而向网络上有效设备的列表(通常被称为活动列表)中包括的每个设备传递令牌消息。在接收到传递令牌消息时，现场设备发送任意未调度数据，直到其所有数据已经公布或可配置的“最大令牌持有时间”已经期满为止。
由于VCR的基于连接的属性，经由一系列消息完成数据发送，每个消息需要对应的确认。重传未确认消息，从而增加通信的鲁棒性，此外向通信方案引入开销，其受分配给每个设备用于未调度通信的最大令牌持有时间的时间限制。因此，涉及大量数据(例如配置文件和/或DD)的数据交互可以是耗时的，从而增加与设备的试运行和现场总线网络的配置相关联的时间和花费。
发明内容
在一个示例中，一种工业过程网络上从现场设备向主机设备上传现场设备的设备描述的方法，包括：由所述主机设备向所述现场设备发送用于请求所述现场设备从所述现场设备向所述主机设备上传所述设备描述的设备描述上传请求。所述设备描述包括描述所述现场设备的功能属性的多个参数。所述设备描述存储在所述现场设备的非易失性存储器中。所述方法还包括：由所述主机设备经由一个或更多个通信消息从所述现场设备接收所述设备描述。
在另一示例中，一种工业过程网络上从现场设备向主机设备上传所述现场设备的设备描述的方法，包括：由所述主机设备从所述主机设备接收用于请求所述现场设备从所述现场设备向所述主机设备上传所述设备描述的设备描述上传请求。所述设备描述包括描述所述现场设备的功能属性的多个参数。所述设备描述存储在所述现场设备的非易失性存储器中。所述方法还包括：响应于接收到所述设备描述上传请求，由所述现场设备经由一个或更多个通信消息向所述主机设备发送所述设备描述。
在另一示例中，现场设备包括：至少一个处理器、一个或更多个存储设备和收发机，所述收发机被配置为通过工业过程网络发送和接收数据。所述一个或更多个存储设备存储所述现场设备的设备描述，所述设备描述包括描述所述现场设备的功能属性的多个参数。所述一个或更多个存储设备编码有指令，当该指令由至少一个处理器执行时，使所述现场设备：经由所述收发机接收用于请求所述现场设备向主机设备上传所述设备描述的设备描述上传请求；以及响应于接收到所述设备描述上传请求，经由一个或更多个通信消息经由所述收发机向所述主机设备发送所述设备描述。
在另一示例中，主机设备包括：至少一个处理器、一个或更多个存储设备和收发机，所述收发机被配置为通过工业过程网络发送和接收数据。所述一个或更多个存储设备编码有指令，当该指令由至少一个处理器执行时，使所述现场设备：向现场设备发送用于请求所述现场设备从所述现场设备向所述主机设备上传所述设备描述的设备描述上传请求。所述设备描述包括描述所述现场设备的功能属性的多个参数。所述设备描述存储在所述现场设备的非易失性存储器中。所述一个或更多个存储设备还编码有指令，当该指令被至少一个处理器执行时，使所述主机设备：经由一个或更多个通信消息从所述现场设备接收所述设备描述，并将所述设备描述存储到所述一个或更多个存储设备中。
在另一示例中，一种配置工业过程网络上的现场设备的方法，包括：由主机设备选择在所述现场设备的非易失性存储器中存储的多个可存储配置之一。所述多个可存储配置中的每个可存储配置包括用于配置所述现场设备的一个或更多个功能属性的配置数据并表示所述现场设备的整体配置。所述方法还包括：由所述主机设备向所述现场设备发送配置激活请求，所述配置激活请求包括所述多个可存储配置中的所选择的一个的标识，所述配置激活请求被配置为：请求所述现场设备根据在所述多个可存储配置中的所选择的一个中包括的配置数据来进行操作。
在另一示例中，一种配置工业过程网络上的现场设备的方法，包括：由所述现场设备从主机设备接收配置激活请求，所述配置激活请求包括所述现场设备的非易失性存储器中存储的多个可存储配置中的所选择的一个的标识。所述多个可存储配置中的每个可存储配置包括用于配置所述现场设备的一个或更多个功能属性的配置数据并表示所述现场设备的整体配置。所述方法还包括：由所述现场设备响应于接收到所述配置激活请求，激活所述现场设备的非易失性存储器中存储的所述多个可存储配置中的所标识的一个。所述方法还包括：由所述现场设备根据使用所述可存储配置中所选择的一个中包括的所述配置数据进行配置的所述功能属性进行操作。
在另一示例中，主机设备包括：至少一个处理器、一个或更多个存储设备和收发机，所述收发机被配置为通过工业过程网络发送和接收数据。所述一个或更多个存储设备编码有指令，当该指令由至少一个处理器执行时，使所述主机设备：在现场设备的非易失性存储器中存储的多个可存储配置中选择一个。所述多个可存储配置中的每个可存储配置包括用于配置所述现场设备的一个或更多个功能属性的配置数据并表示所述现场设备的整体配置。所述一个或更多个存储设备编码有指令，当所述指令被至少一个处理器执行时，使所述主机设备：经由所述收发机向所述现场设备发送配置激活请求，所述配置激活请求包括所述多个可存储配置中的所选择的一个的标识，所述配置激活请求被配置为：请求所述现场设备根据在所述多个可存储配置中的所选择的一个中包括的配置数据来进行操作。
在另一示例中，现场设备包括：至少一个处理器、一个或更多个存储设备和收发机，所述收发机被配置为通过工业过程网络发送和接收数据。所述一个或更多个存储设备存储多个可存储配置，所述多个可存储配置中的每个可存储配置包括用于配置所述现场设备的一个或更多个功能属性的配置数据并表示所述现场设备的整体配置。所述一个或更多个存储设备编码有指令，当所述指令被至少一个处理器执行时，使所述现场设备：经由所述收发机接收配置激活请求，所述配置激活请求包括所述多个可存储配置中的所选择的一个的标识；响应于接收到所述配置激活请求，激活所述一个或更多个存储设备中存储的所述多个可存储配置中的所选择的一个；以及根据使用在所述可存储配置中所选择的一个中包括的配置数据来配置的功能属性进行操作。
在另一示例中，一种在工业过程网络上传送配置数据的方法，包括：由所述主机设备向现场设备发送配置数据上传请求，所述配置数据上传请求用于请求所述现场设备从所述现场设备向所述主机设备上传所述现场设备的非易失性存储器中存储的多个可存储配置。所述多个可存储配置中的每个可存储配置包括用于配置所述现场设备的一个或更多个功能属性的配置数据并表示所述现场设备的整体配置。所述方法还包括：由所述主机设备经由一个或更多个通信消息从所述现场设备接收所述多个可存储配置；以及由所述主机设备将所述多个可存储配置存储到所述主机设备的非易失性存储器中。
在另一示例中，一种在工业过程网络上传送配置数据的方法，包括：由所述现场设备从主机设备接收配置数据上传请求，所述配置数据上传请求用于请求所述现场设备从所述现场设备向所述主机设备上传所述现场设备的非易失性存储器中存储的多个可存储配置。所述多个可存储配置中的每个可存储配置包括用于配置所述现场设备的一个或更多个功能属性的配置数据并表示所述现场设备的整体配置。所述方法还包括：由所述现场设备响应于接收到所述配置数据上传请求，经由一个或更多个通信消息发送所述多个可存储配置。
在另一示例中，主机设备包括：至少一个处理器、一个或更多个存储设备和收发机，所述收发机被配置为通过工业过程网络发送和接收数据。所述一个或更多个存储设备编码有指令，当该指令由至少一个处理器执行时，使所述现场设备：经由所述收发机向现场设备发送配置数据上传请求，所述配置数据上传请求用于请求所述现场设备从所述现场设备向所述主机设备上传所述现场设备的非易失性存储器中存储的多个可存储配置。所述多个可存储配置中的每个可存储配置包括用于配置所述现场设备的一个或更多个功能属性的配置数据并表示所述现场设备的整体配置。所述一个或更多个存储设备还编码有指令，当所述指令被至少一个处理器执行时，使所述主机设备：经由所述收发机并响应于发送所述配置数据上传请求，经由一个或更多个通信消息从所述现场设备接收所述多个可存储配置，并将所述可存储配置存储到所述一个或更多个存储设备中。
在另一示例中，现场设备包括：至少一个处理器、一个或更多个存储设备和收发机，所述收发机被配置为通过工业过程网络发送和接收数据。所述一个或更多个存储设备存储多个可存储配置，所述多个可存储配置中的每个可存储配置包括用于配置所述现场设备的一个或更多个功能属性的配置数据并表示所述现场设备的整体配置。所述一个或更多个存储设备编码有指令，当所述指令被至少一个处理器执行时，使所述现场设备：经由所述收发机从所述主机设备接收数据上传请求，所述数据上传请求用于请求所述现场设备向所述主机设备上传所述多个可存储配置，并响应于接收到所述配置数据上传请求，经由所述收发机发送所述多个可存储配置。
附图说明
图1是示出了根据本文所描述的技术的包括可以传送数据(例如设备描述和配置数据)的主机设备和现场设备的工业过程网络的框图。
图2是现场设备的框图。
图3是主机设备的框图。
图4是示出了用于从现场设备上传设备描述的示例操作的流程图。
图5是示出了用于在工业过程网络上传送可存储配置的示例操作的流程图。
图6是示出了用于在工业过程网络之间传送网络配置的示例操作的流程图。
图7是示出了用于激活在现场设备处存储的多个可存储配置之一的示例操作的时序图。
图8是示出了从主机设备到现场设备的快速数据下载的时序图。
图9是示出了从主机设备到多个现场设备的快速数据下载的时序图。
图10是示出了从现场设备到主机设备的快速数据上传的时序图。
具体实施方式
如本文所描述的主机设备可以使用描述现场设备的功能属性的设备描述(DD)(例如数据类型属性、校准属性或其他这些功能属性)来与现场设备接口。根据本公开的技术，与现场设备相对应的DD可以存储在现场设备的非易失性存储器中并上传到主机设备。以这种方式，主机设备可以从主机设备自身获得与特定现场设备相对应的DD，从而促进设备之间的通信例如用于现场设备的初始化和试运行。因此，技术可以能够实现现场设备和主机设备之间的即用通信，同时帮助最小化由于现场设备和主机系统用于通信的DD的不兼容版本导致的这些通信失败的可能性。在一些示例中，现场设备可以将多个可存储配置存储到现场设备的非易失性存储器中。每个可存储的配置可以表示现场设备的整体配置(例如可操作状态)。借此，不是使用一系列有序消息以发送配置数据来配置现场设备，主机设备而是可以经由单个消息激活多个可存储配置之一，从而增加现场设备的配置的效率。在某些示例中，响应于单个上传请求，主机设备可以请求现场设备上传多个可存储配置中的每一个。以这种方式，实现本公开的技术的系统可以更高效地例如通过在相同或分离的网络上的现场设备之间传送可存储的配置，复制(或“克隆”)现场设备或现场设备的整体网络的有效配置。此外，数据传送中的任意一个或更多个可以利用高速数据传送通信协议(例如不需要针对数据传送的每个单独消息的确认的无连接(例如广播)通信协议)。因此，本文所描述的技术可以能够实现高效的数据传送例如用于设备配置和/或克隆，从而减少与网络维护、配置和试运行活动相关联的时间(和开销)。
图1是示出了根据本文所公开的技术的工业过程网络10的一个实施例的框图，该工业过程网络10包括可以传送数据(例如DD和配置数据)的主机设备12、现场设备14A-14N(在本文中统称为“现场设备14”)。尽管将使用基础现场总线通信协议的通过总线16传送消息的过程控制/监视系统的上下文中描述网络10，本公开的技术可以具有对参与消息交互的主机设备和/或现场设备的数字网络的普遍可应用性。
主机设备12一般可以位于工业过程厂房中的集中控制室内。在其他示例中，主机设备12可以是可以在各种位置附接到总线16并从总线16分离的手持设备。总线16可以是例如双绞线对或四芯电缆，其提供可以在其上发送消息的通信路径。总线16可以在单个电缆上支持多个设备，尽管总线16上的设备的数量可以至少部分基于目标环路执行速度和/或固有安全性要求。因此，关于图1的示例将现场设备14示出并描述为包括“N”个现场设备，其中“N”表示任意数。
主机设备12一般可以用作网络10的链路有效调度器(LAS)。在其作为LAS设备的功能中，主机设备12对设备之间在总线16上的所有通信保持集中调度。网络10中的至少一个其他设备(例如一个或更多个现场设备14)可以被配置为用作链路主机(LM)设备。LM设备可以被配置为在LAS设备出现故障或变得不可操作时接管LAS设备的调度责任。在一些示例中，多于一个LM设备可以存在于总线16上，从而提供针对调度责任的另一备份。
在一些示例中，现场设备14可以是感测一个或更多个过程参数并基于所感测的参数来提供数据的过程仪器。在特定示例中，现场设备14可以基于例如通过总线16接收的命令消息来提供物理输出的过程致动器。在一些示例中，现场设备14中的一个或更多个可以是过程仪器，并且现场设备14中的一个或更多个可以是过程致动器。在特定示例中，现场设备14中的一个或更多个可以包括感测能力和致动能力。现场设备14的示例包括(但不限于)硅压力传感器、电容压力传感器、电阻温度检测器、热电偶、应变仪、限制开关、接通/断开开关、流变送器、压力变送器、电容电平开关、磅秤、换能器、阀定位器、阀控制器、致动器、螺线管和指示灯。
可以使用设备描述(DD)完成任意现场设备14中的一个或更多个的操作接口和配置。操作接口可以尤其包括数据翻译，例如由现场设备14中的一个或更多个输出的数据(例如过程数据、校准数据或其他类型的数据)的类型和/或单元的翻译。DD可以是包括描述现场设备(例如现场设备14中的任意一个)的功能属性的参数的一个或更多个文件或其他数据结构。例如，功能属性可以包括(但不限于)数据输出类型、有效数据范围(例如针对每个数据输出类型)、有效数据单元和校准数据范围。此外，DD可以包括描述通过校准和/或配置工具(例如包括由主机设备12执行的图形用户接口的校准和/或配置工具)应当如何组织和/或显示数据(例如过程数据、校准数据、配置数据或其他类型的数据)的信息。例如，DD可以包括诸如参数标记、要显示的多个重要数字、校准和/或诊断菜单、可用的错误代码和/或告警的列表或其他这种信息等的信息。通常，DD可以描述：特定现场设备的功能能力，以及在一些示例中对如何组织和/或显示配置信息、校准信息和用于促进现场设备的配置和试运行的菜单进行描述的信息。
现场设备14中的每一个可以与DD相关联。在一些示例中，在现场设备14之间，与现场设备14相关联的DD可以不同。例如，现场设备14A可以与第一DD相关联，而现场设备14B可以与不同的第二DD相关联。在某些示例中，例如当现场设备14中的两个或更多个是被配置为执行实质上类似的功能的实质上类似的现场设备时，现场设备14中的两个或更多个可以与相同的DD相关联。可以根据设备描述语言(DDL)对DD进行格式化。DDL可以是用于描述现场设备的功能属性的标准化计算机可读格式(例如语言)，从而使主机设备能够使用实现DDL的DD与任意现场设备进行接口。在一些示例中，现场设备14中的任意一个或更多个可以将与各个现场设备14相对应的DD存储到现场设备的非易失性存储器中(如以下进一步描述)。在这些示例中，现场设备14可以向主机设备12发送存储在非易失性存储器中的DD，从而促进通信并减少由于DD的不兼容版本导致通信和配置故障的可能性。
在操作中，主机设备12(或其他配置设备)可以对于现场设备14中的任意一个相对应的DD进行翻译，以确定与各个现场设备14相对应的功能属性。主机设备12可以根据由相对应的DD定义的功能属性，向各个现场设备14发送配置数据，以建立各个现场设备14的操作状态。例如，主机设备12可以翻译与现场设备14A相关联的第一DD，以确定与现场设备14A相对应的功能属性(例如由现场设备14A支持的数据输出类型、与数据输出类型相对应的有效数据范围或其他功能属性)。主机设备12可以向现场设备14A发送配置数据以指定与功能属性相对应的现场设备14A的操作状态(例如所指定的数据输出类型、所指定的数据输出单元、范围等)。主机设备12可以翻译与现场设备14B相关联的第二DD，以确定与现场设备14B相对应的功能属性，并可以向现场设备14B发送配置数据(根据DD)以指定现场设备14B的操作状态。
在一些示例中，现场设备14中的任意一个或更多个可以将多个可存储配置存储到各个现场设备14的非易失性存储器中(如以下进一步描述)。可存储配置(或配置模板)可以包括与表示现场设备的完整配置的现场设备的功能属性相对应的配置数据集合。在这些示例中，不向现场设备14发送配置数据以指定现场设备14的操作状态，主机设备12而是可以发送被配置为使现场设备14激活现场设备14的非易失性存储器中存储的多个可存储配置中所选择的一个的一个或更多个消息。以这种方式，本公开的技术可以减少通过总线16发送的用于配置现场设备14中的任意一个或更多个的数据量，从而减少与配置相关联的时间和开销。
在某些示例中，主机设备12可以获取在现场设备14的非易失性存储器中存储的DD和/或可存储配置，并可以存储该DD和/或可存储配置用于后续向不同现场设备发送。例如，主机设备12可以获取在现场设备14A的非易失性存储器中存储的DD和/或一个或更多个可存储配置。主机设备12可以将该可存储配置发送到不同现场设备(例如现场设备14B)，从而有效地复制(或“克隆”)现场设备14A的配置参数。在某些示例中，主机设备12可以存储与现场设备14中的每一个相关联的DD和可存储配置作为可存储网络配置(或网络配置模板)(例如与工业过程网络10相对应的可存储网络配置)。使用可存储网络配置，主机设备12(或另一配置设备)可以向包括与现场设备14相类似的现场设备的不同工业过程网络发送可存储配置，从而有效地复制(即克隆)工业过程网络10。
根据由各个配置数据定义的操作状态进行操作的现场设备14可以经由总线16发送数据(例如过程数据)以能够实现工业过程的监视和控制。作为一个示例性操作，主机设备12可以用作针对网络10的LAS设备，从而对于主机设备12和现场设备14中的任意一个或更多个之间通过总线16的通信保持集中调度。主机设备12可以例如通过根据集中调度通过总线16进而向现场设备14发送催促数据消息来发起与现场设备14的已调度通信。响应于接收到催促数据消息，各个现场设备14可以通过总线16发送其已调度的通信数据。已调度的通信数据可以包括例如由各个现场设备感测的并用于工业过程的控制的过程变量数据。作为另一示例，已调度的通信数据可以包括各个现场设备14的致动器状态信息(例如位置信息)。通常，已调度的通信数据一般可以包括被识别为对工业过程网络的实时操作和严格很关键的数据，例如由在现场设备14上执行的功能块使用的用于监视和/或控制工业过程的操作的数据。
例如，主机设备12可以在集中调度识别的用于与现场设备14A进行已调度通信的时间，向现场设备14A发送催促数据消息。响应于接收到催促数据消息，现场设备14A可以通过总线16发送其已调度的通信数据，例如由现场设备14A感测的过程参数数据(例如温度数据、压力数据或其他类型的过程参数数据)。所发送的数据可以由主机设备12和现场设备14B-14N(即其他现场设备14)中的一个或更多个接收，其被配置为接收来自现场设备14A(通常被称为“订户”设备)的数据传输。主机设备12可以根据调度向设备的活动列表(即被配置为通过总线16来发送数据的现场设备14的列表)中包括的现场设备14中的每一个发送催促数据消息，从而以确定方式管理通过总线16的已调度通信。
主机设备12还可以经由令牌传递算法发起与现场设备14的未调度通信。根据令牌传递算法，主机设备12可以向现场设备14中的每一个发送“传递令牌”消息，进而发起来自各个现场设备的未调度数据传输。未调度数据传输可以包括例如配置数据、告警数据、事件数据、趋势数据、诊断数据、状态数据、针对操作者显示的数据或其他类型的数据。通常，未调度数据可以包括被识别为对工业过程网络的实时操作很关键的任意数据，例如未由在现场设备14上执行的功能块使用的用于监视和/或控制工业过程的操作的数据。
例如，主机设备12可以通过总线16向现场设备14A发送传递令牌消息。响应于接收到传递令牌消息，现场设备14A可以发送由现场设备14A识别(例如排队)的用于通过总线16发送的任意未调度数据。现场设备14A可以发送未调度数据直到已经通过总线16发送被识别为用于传输的所有未调度数据为止，或直到可配置的“最大令牌持有时间”已经经过为止。最大令牌持有时间参数可以有效地定义在其中现场设备14可以发送未调度数据的未调度数据传输时间窗口。在一些示例中，现场设备14中的每一个可以被配置有相同的最大令牌持有时间，从而为现场设备14中的每一个定义用于未调度数据传输的相同时间长度。在其他示例中，现场设备14中的一个或更多个可以被配置有不同的最大令牌持有时间。
在未调度数据的完全传输之前最大令牌持有时间已经经过的示例中，现场设备14A可以未发送的数据进行存储(例如排队)用于稍后传输(例如在下一个未调度数据发送窗口期间)。在最大令牌持有时间期满之前现场设备14A发送其所有未调度数据的示例中，现场设备14A可以向主机设备12发送令牌返回消息，以指示其已经完成其未调度数据发送。主机设备12可以向现场设备14中的每一个分别发送传递令牌消息，现场设备14中的每一个可以通过总线16发送未调度数据(如关于现场设备14A所描述)。以这种方式，主机设备12可以管理现场设备14的未调度数据通信设备。
通过总线16的调度通信和/或未调度通信可以经由主机设备12和现场设备14中的任意一个或更多个之间的VCR来完成。VCR提供基于连接的信道，基于连接的信道用于在总线16上设备之间的传送数据。主机设备12和现场设备14中的任意一个或更多个可以使用VCR经由具有由现场总线消息规范(FMS)定义的格式的消息来交换数据。经由基于连接的VCR发送的FMS消息包括消息有效载荷和开销(以消息前同步码、起始分隔符、停止分隔符和与消息相关联的其他元数据的形式)。用来自接收设备的对应确认消息确认经由基于连接的VCR发送的FMS消息，从而指示接收到消息。可以重新发送未确认的消息，从而增加系统通信的鲁棒性。
在一些示例中，未调度数据发送可以包括超过对应FMS消息的最大定义大小的数据量。在这些示例中，可以经由多个FMS消息发送数据，每个FMS消息包括相关联的消息前同步码和其他消息开销，并需要来自接收设备的对应确认。例如，设备配置数据和/或软件图像数据(即设备可执行用于该设备的操作的计算机可读指令集合)通常可以扩展到多个FMS消息。在一些情况下，用于发送数据的时间总量可以超过分配给设备的最大令牌持有时间，从而使要发送的数据跨越多个未调度数据发送窗口。
因此，如本文所述，主机设备12和现场设备14中的一个或更多个可以经由快速数据传送通信协议通过总线16来交换数据。例如，如以下进一步描述，不是经由基于连接的VCR传送包括针对每个已发送的消息的对应确认的数据，主机设备12和现场设备14中的一个或更多个可以使用无连接通信协议来广播数据。根据无连接协议，主机设备12和现场设备14可以经由总线16广播数据而不需要确认单个消息。以这种方式，主机设备12和现场设备14可以比以其他方式经由基于连接的VCR和对应的FMS消息更快地传送大量数据(例如配置数据、DD和/或软件图像数据)。因此，本公开的技术可以减少这些大量数据传送(例如设备试运行、设备维护、调试或其他活动期间DD、可存储配置(例如配置模板)或其他信息的传送)相关联的时间(和相关联的开销)的量。
图2是图1的现场设备14A的一个实施例的框图。然而，尽管关于现场设备14A进行阐述和描述，应当理解的是，图1的现场设备14可以实质上是类似的，使得图2的现场设备14A可以是现场设备14中的任意一个。
如图2中所示，现场设备14A可以包括：通信控制器18、媒体附着单元(MAU)20、处理器20、存储设备24、传感器26和信号处理电路28。存储设备24可以包括：操作系统30、设备描述32和配置域34。配置域34可以包括可存储配置36A-36N(在本文中统称为“可存储配置36”)。
传感器30可以感测一个或更多个过程参数或变量，并向信号处理电路28提供对应的传感器信号。传感器信号可以包括主变量(例如压力)和辅变量(例如温度)。在某些示例中，处理器22可以使用辅变量来校正或补偿代表主变量的传感器信号。在某些示例中，现场设备14A可以包括两个或更多个传感器26。在一些示例中，传感器26中的两个或更多个可以感测不同主变量和/或辅变量。在一些示例中，现场设备14A可以输出与主变量相对应的数据作为现场设备14A的主数据输出。主数据输出的数据类型可以被认为是现场设备14A的主输出数据类型。
信号处理电路28一般包括模数转换电路以及滤波和其他信号处理，用于将传感器信号转换为处理器22可以使用的格式。例如，信号处理电路28可以包括任意一个或更多个sigma delta模数转换器和数字滤波器，用于向处理器22提供数字化和滤波传感器信号。
在一个示例中，处理器22被配置为实现功能和/或用于在现场设备14A中执行的处理指令，例如用于协调现场设备14A的操作。例如，处理器22可以对存储设备24中存储的指令进行处理以对通过总线16接收的数据进行处理、接收并(例如在存储设备24中)存储由传感器26生成的传感器信号并创建并选择要在通过总线16从现场设备14A发送的消息中包含的数据。处理器22的示例可以包括以下一项或更多项：微处理器、控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他等同的离散或集成的逻辑电路。
存储设备24可以被配置为：在操作期间在现场设备14中存储信息。在某些示例中，存储设备24可以被描述为计算机可读存储介质。在某些示例中，计算机可读存储介质可以包括非瞬时性介质。术语“非瞬时性”可以指示存储介质不实现为载波或传播信号。在某些示例中，非瞬时性存储介质可以(例如在RAM或缓存中)存储可以随时间改变的数据。在某些示例中，存储设备24不是长期存储设备。在某些示例中，存储设备24被描述为易失性存储器，这意味着当现场设备14A掉电时存储设备24不保存所存储的内容。易失性存储器的示例可以包括：随机存取存储器(RAM)、动态存取存储器(DRAM)、静态存取存储器(SRAM)和其他形式的易失性存储器。在某些示例中，存储设备24用于存储用于由处理器22执行的程序指令。例如，存储设备24可以存储用于操作系统30的执行的指令，当该指令被处理器22执行时，可以协调和/或控制现场设备14A的组件的操作。在一个示例中，存储设备24由软件、固件或在处理器22上执行的其他应用逻辑使用，以临时地存储在程序执行期间的信息。
在某些示例中，存储设备24可以包括一个或更多个计算机可读存储介质。存储设备24可以被配置为：存储比易失性存储器更大量的信息。存储设备24还可以被配置用于信息的长期存储。在一些示例中，存储设备24包括非易失性存储元件。这种非易失性存储元件的示例可以包括：磁硬盘、光盘、软盘、闪存或电可编程存储器(EPROM)或电可擦写可编程存储器(EEPROM)的形式。
通信控制器18可以用作处理器22和MAU 20之间的接口。例如，通信控制器18(可以是ASIC)可以从MAU 20接收数据、对数据进行解码、将数据转换为以字节的形式并提供消息数据以由处理器22读取。作为另一示例，通信控制器18可以从处理器22接收字节数据、将数据格式化为消息并将消息提供给MAU 20用于在总线16上发送。MAU 20可以向总线16提供现场设备14A的网络连接。MAU 20可以是集成电路或离散组件。
如图2的实施例所示，存储设备24还可以包括：设备描述32和配置域34。配置域34可以包括可存储配置36。设备描述32可以包括描述现场设备14A的功能属性的数据参数。在一些示例中，设备描述32可以包括以根据文件集合中每一个文件的主功能的分层布置来组织的文件集合。例如，文件的层级可以以分层顺序包括：通用参数等级、功能块参数等级、换能器块参数等级和制造商特定参数等级。以通用参数等级组织的文件可以包括公共属性的参数，例如标签、版次、模式或其他公共属性。以功能块参数等级组织的文件可以包括针对标准基础现场总线功能块定义的参数。以换能器块参数等级组织的文件可以包括针对标准基础现场总线换能器块定义的参数。以制造商特定参数等级组织的文件可以包括与未由基础现场总线标准定义的功能块和换能器块相关联的参数。
配置域34可以是被配置为存储可存储配置36的一部分或其他隔离部分。可存储配置36可以包括任意数量的可存储配置(由可存储配置36N表示，其中“N”表示任意数)。例如，在某些示例中，可存储配置36包括三个或更多个可存储配置。可存储配置36中的每一个可以包括表示现场设备14A的整体配置以定义现场设备14A的操作状态的配置数据集合。配置数据的示例包括数据输出类型、数据范围、数据单元、告警类型、告警触发或现场设备14A可用于定义现场设备14A的可操作状态的其他数据。在某些示例中，可存储配置36中的每一个可被认为是配置模板。在一些示例中，现场设备14A可以响应于从例如主机设备12接收到可存储配置激活请求，激活可存储配置36之一。借此，现场设备14A可以响应于接收到可存储配置激活请求，重配置现场设备14A的操作状态。
图3是图1的主机设备12的一个实施例的框图。如所示，主机设备12的整体架构可以与现场设备14的整体架构类似，并包括通信控制器38、MAU 40、处理器42、输入设备44、输出设备46和存储设备48。存储设备48可以包括设备描述库50和配置域52。配置域52可以包括设备配置域54和网络配置域56。设备配置域54可以包括设备配置58A-58N(在本文中统称为“设备配置58”)。网络配置域56可以包括网络配置60A-60N(在本文中统称为“网络配置60”)。配置域52、设备配置域54和网络配置域56中的每一个可以是存储设备48的分割的部分或以其他方式分隔的部分。例如，配置域52可以是被配置为存储设备配置和网络配置信息的存储设备48的分隔的部分。设备配置域54可以是从网络配置域56分隔并被配置为存储设备配置58的配置域52的一部分。网络配置域54可以是从设备配置域54分隔并被配置为存储网络配置60的配置域52的一部分。然而，尽管关于图3的实施例将存储设备48示出且描述为组织配置域52内的设备配置58和网络配置60(设备配置域54和网络配置域56)，在其他示例中，存储设备48可以不组织分隔域内的设备配置58和网络配置60。
设备配置58可以包括与现场设备14的配置(例如完整配置)相对应的多个配置数据集合。例如，设备配置58可以包括一个或更多个文件或其他数据结构，其包括与现场设备14A相对应的配置数据。设备配置58可以包括一个或更多个文件或其他数据结构，其包括与现场设备14B相对应的配置数据。通常，设备配置58可以包括与现场设备14中的每一个相对应的配置数据集合。在某些示例中，设备配置58可以是与现场设备14中的一个或更多个的完整配置相对应的可存储配置(例如配置模板)。
每个网络配置60可以包括多个配置数据集合，每个配置数据集合对应于与特定网络相关联的现场设备的配置(例如完整配置)。例如，网络配置60A可以包括配置数据集合组，配置数据集合中的每一个对应于现场设备14之一。以这种方式，网络配置60A可以表示单个过程网络10的完整配置(例如操作状态)。如所示，网络配置域56可以包括多个网络配置60。借此，主机设备12可以包括提供多个不同网络配置的网络配置60。多个不同网络配置可以对应于相同网络或不同网络。例如，网络配置60中每一个可以对应于工业过程网络10的不同配置。在其他示例中，网络配置60中的至少一个可以对应于不同工业过程网络的配置。借此，主机设备12可以在非易失性存储器(例如存储设备48)中存储表示相同网络或不同网络的不同操作状态的多个网络配置。
如图3所示，主机设备12还可以包括：输入设备44和输出设备46。在某些示例中，输入设备44被配置为从用户接收输入。输入设备44的示例可以包括以下任意一项或更多项：鼠标、键盘、麦克风、存在感测显示器和/或触摸感测显示器或被配置为从用户接收输入的其他类型的设备。输出设备46可以被配置为向用户提供输出。输出设备46的示例可以包括：声卡、视频图形卡、扬声器、发光二级管(LED)、诸如阴极射线管(CRT)监视器或液晶显示器(LCD)等的显示设备或以对用户或机器可以理解的形式的用于输出信息的其他类型的设备。
在一些示例中，存储设备48可以编码有指令，当该指令由处理器42执行时，使处理器42执行用户接口(UI)应用，该用户接口(UI)应用被配置为允许与连接到网络10的一个或更多个设备的用户交互。例如，主机设备12可以执行经由输入设备44接收输入(例如用于标识现场设备14中的一个或更多个的输入和要向所标识的现场设备14中的一个或更多个上传或要从所标识的现场设备14中的一个或更多个下载的数据)的UI应用。例如，主机设备12可以执行接受输入的UI应用，该输入用于使主机设备12与现场设备14中的一个或更多个的上传和/或下载DD、可存储配置、配置和/或校准数据或其他数据。借此，根据本文所描述的技术，主机设备12可以用作用于配置、校准和试运行现场设备14的配置设备。
图4是示出了用于从现场设备上传DD的示例操作的流程图。尽管关于与从现场设备14A向主机设备12上传设备描述来描述了示例操作，示例操作可应用于从现场设备14中的一个或更多个向主机设备12的DD上传。
主机设备12可以经由总线16向现场设备14A发送用于请求现场设备14A从现场设备14A向主机设备12上传设备描述(例如设备描述32)的设备描述上传请求(步骤62)。响应于接收到设备描述上传请求，现场设备14A可以经由一个或更多个通信消息向主机设备12发送设备描述32。主机设备可以经由一个或更多个通信消息接收设备描述(例如设备描述32)。
在一些示例中，主机设备12将主机设备12的通信端口配置用于与现场设备14A的专用设备描述上传通信。在这些示例中，主机设备12可以经由一个或更多个通信消息在专用通信端口处接收设备描述32。例如，主机设备12可以发送专用端口的指示(例如网络地址、端口标识符或专用端口的其他指示)作为设备描述上传请求的一部分。现场设备14A2可以经由一个或更多个通信消息向所标识的通信端口发送设备描述32。在某些示例中，可以例如经由无损数据压缩算法(例如Lempel-Ziv(LZ)、Lempel-Ziv-Welch(LZW)、Lempel-Ziv-Renau(LZR)或其他数据压缩算法)对设备描述32进行压缩。作为一个示例，现场设备14A可以以压缩状态存储设备描述32，并可以向主机设备12发送设备描述32的压缩版本。作为另一示例，现场设备14A可以以非压缩状态存储设备描述32，并可以在向主机设备12发送之前根据数据压缩算法来对设备描述32进行压缩。在一些示例中，现场设备14A可以例如与对设备描述上传请求的响应一起向主机设备12发送用于压缩设备描述32的数据压缩算法的指示。在其他示例中，现场设备14A可以不以压缩状态存储和/或发送设备描述32，而可以存储和/或向主机设备12发送未压缩的设备描述32。
主机设备12可以根据用于压缩设备描述的数据压缩算法，对所接收的设备描述(例如设备描述32)进行解压缩(步骤66)。主机设备12可以将所接收的设备描述存储到主机设备12的非易失性存储器中(步骤68)。例如，主机设备12可以将从现场设备14A接收的设备描述32存储到存储设备48的设备描述库50中。主机设备可以例如通过与所存储的设备描述32一起存储现场设备14A的设备标识符，来将所存储的设备描述32与现场设备14A进行关联。在一些示例中，主机设备12可以存储设备描述32的压缩版本，并可以在访问设备描述32之前对设备描述32进行解压缩。
因此，主机设备12可以从现场设备14A获取与现场设备14A相关联的设备描述32，用于与现场设备14A通信(例如现场设备14A的配置)。如上所述，主机设备12可以从现场设备14A中的任意一个或更多个获取设备描述。以这种方式，实现本公开的技术的系统可以帮助确保主机设备12可以有效地与现场设备进行接口，而不需要事先获取并访问与现场设备14A中的每一个相对应的设备描述。
图5是示出了用于在工业过程网络上传送可存储配置的示例操作的流程图。尽管关于在现场设备14A和主机设备12之间传送可存储配置来描述了示例操作，示例操作可应用于现场设备14中的任意一个或更多个和主机设备12之间的可存储配置的传送。
主机设备12可以向现场设备14A发送用于请求现场设备14A从现场设备14A向主机设备12上传在现场设备14A的非易失性存储器中存储的多个可存储配置的配置数据上传请求(步骤70)。例如，主机设备12可以向现场设备14A发送配置数据上传请求，该配置数据上传请求被配置为请求现场设备14A经由总线16向主机设备12上传在存储设备24处(例如配置域34中)存储的可存储配置36。如上所述，可存储配置36中的每一个可以包括用于配置现场设备14A中的一个或更多个功能属性并可以表示现场设备14A的整体配置(例如完整配置的操作状态)的配置数据。响应于接收到配置数据上传请求，现场设备14A可以经由一个或更多个通信消息向主机设备12发送可存储配置36。主机设备12可以经由一个或更多个通信消息接收可存储配置(步骤72)，并可以将可存储配置存储到主机设备12的非易失性存储器中(步骤74)。例如，主机设备12可以将所接收的可存储配置作为设备配置58中的一个或更多个存储到存储设备48的设备配置域54中。主机设备12可以将所接收的可存储配置与唯一标识现场设备14A的设备标识符进行关联和/或存储，从而将主机设备12的非易失性存储器中的可存储配置36与现场设备14A相关联。在一些示例中，主机设备12可以存储多个可存储配置36作为设备配置58之一(例如设备配置58A)，从而将与现场设备14A相对应的多个可存储配置36与主机设备12的设备配置58A相关联。
主机设备12可以将该多个可存储配置(例如可存储配置36)发送到一个或更多个不同现场设备(即除现场设备14A之外的一个或更多个现场设备)(步骤76)。例如，主机设备12可以经由工业过程网络10的总线16向现场设备14B发送从现场设备14A接收的可存储配置36。作为另一示例，主机设备12可以向连接到不同工业过程网络(例如远离工业过程网络10的不同现场总线网络)的不同现场设备发送可存储配置36。例如，主机设备12可以是可以与完全不同的网络连接和断连的便携式(例如手持)设备。存储可存储配置36的主机设备12可以与工业过程网络10断连，并连接到不同的第二工业过程网络(例如物理上远离工业过程网络10并且不与工业过程网络10通信连接的第二工业过程网络)。在下文中，主机设备12可以向耦合到第二工业过程网络的现场设备发送可存储配置36，从而可以在工业过程网络之间传送可存储配置36。如上所述，主机设备12可以从现场设备14中的任意一个或更多个获取可存储配置，并可以在现场设备14中的任意一个或连接到单独的工业过程网络的其他现场设备之间传送对应的可存储配置。因此，本公开的技术使主机设备能够高效地获取和/或传送在一个或更多个现场设备的非易失性存储器处存储的多个可存储配置，可存储配置中的每一个表示对应现场设备的整体配置。
图6是示出了用于在工业过程网络之间传送网络配置的示例操作的流程图。主机设备12可以向工业过程网络10中的现场设备14中的每一个发送配置数据上传请求(步骤78)。配置数据上传请求中的每一个可以被配置为：请求现场设备14中的对应一个向主机设备12上传各个现场设备的非易失性存储器中存储的多个可存储配置。例如，主机设备12可以向现场设备14A发送第一配置数据上传请求，该第一配置数据上传请求被配置为请求现场设备14A从现场设备14A经由总线16向主机设备12发送可存储配置36。例如，主机设备12可以向现场设备14B发送第二配置数据上传请求，该第二配置数据上传请求被配置为请求现场设备14B经由总线16向主机设备12发送在现场设备14B的非易失性存储器中存储的一个或更多个可存储配置。主机设备可以向现场设备14中的每一个发送附加的配置数据上传请求，从而请求现场设备14中的每一个经由总线16向主机设备12发送在各个现场设备14中的每一个的非易失性存储器中存储的可存储配置。
主机设备12可以经由一个或更多个通信消息从现场设备14中的每一个接收多个可存储配置(步骤80)。主机设备12可以将多个所接收的可存储配置作为可存储网络配置(或模板)存储到主机设备12的非易失性存储器中(步骤82)。例如，主机设备12可以将多个所接收的可存储配置作为网络配置60A存储到存储设备48的网络配置域56中。主机设备12可以向与工业过程网络10不同的第二工业过程网络上的现场设备发送网络配置60A(步骤84)。例如，主机设备12可以将与网络配置60A相对应的可存储配置发送到连接到第二工业过程网络的多个现场设备中的每一个，第二工业过程网络物理上远离工业过程网络10并且不与工业过程网络10通信耦合。以这种方式，现场设备12可以高效地传送现场设备的整体网络的操作状态和/或配置，从而提高网络配置的效率。
图7是示出了用于激活在现场设备处存储的多个可存储配置之一的示例操作的时序图。尽管关于激活现场设备14A的可存储配置36之一描述了示例操作，示例操作可应用于现场设备14中的任意一个或更多个处存储的可存储配置的激活。
主机设备12可以获取与现场设备14A的可存储配置36相对应的可存储配置标识符。例如，主机设备12可以存储包括可存储配置36中的每一个的多个标识符的可存储配置36(例如作为设备配置58A)，标识符中的每一个唯一地标识多个可存储配置36之一。主机设备12可以选择可存储配置之一(步骤88)。例如，主机设备12可以选择可存储配置36A作为可存储配置36中所选择的一个。在一些示例中，主机设备12可以经由用户接口接收用于选择多个可存储配置36中的一个的输入(例如用于选择可存储配置36A的输入)。例如，主机设备12的存储设备48可以包括计算机可读指令，当该计算机可读指令被处理器42执行时，使处理器42输出用户接口以能够实现与现场设备14的主机设备12的用户交互，该用户接口被配置为向显示设备(例如输出设备46或与主机设备12可操作耦合但远离主机设备12的显示设备)输出信息并接收输入(例如经由输入设备44)。在一些示例中，主机设备12可以经由用户接口接收用于选择多个可存储配置36之一的输入。
主机设备12可以向现场设备14A发送配置激活请求(步骤90)。配置激活请求可以包括多个可存储配置中所选择的一个(例如可存储配置36A)的标识。配置激活请求可以被配置为：请求现场设备14A根据多个可存储配置中所选择的一个中包括的配置数据进行操作。
现场设备14A可以接收配置激活请求(步骤92)，并可以激活多个可存储配置中所选择的一个(步骤94)。例如，现场设备14A可以从主机设备12接收配置激活请求，配置激活请求包括指示可存储配置36A作为可存储配置36中所选择的一个。响应于接收到配置激活请求，现场设备14A可以通过根据可存储配置36A中包括的配置数据来配置现场设备14A的操作参数，激活可存储配置36。在下文中，现场设备14A可以根据所激活的配置数据进行操作(步骤96)。
在一些示例中，所激活的多个可存储配置之一可以改变现场设备14A的有效数据输出的主数据类型。例如，如上所述，传感器26可以包括两个或更多个传感器。传感器26中的两个或更多个可以被配置为感测和/或输出具有不同主数据类型的数据，例如压力、温度、密度、流速或其他数据类型。可存储配置36中所选择的一个(例如可存储配置36A)的配置数据可以使现场设备14A输出具有与现场设备14A的有效数据输出的主数据类型不同的主数据类型的数据。例如，现场设备14A的有效数据输出可以是压力，并且可存储配置36A的配置数据可以使现场设备14A输出具有温度的主数据类型的数据。以这种方式，主机设备12可以经由可存储配置激活请求，有效的改变现场设备14A(或现场设备14中的任意一个)的主输出数据类型，从而通过减少经由总线16发送的用于重配置的配置数据量来提高现场设备14的配置的效率。
图8是示出了从主机设备12到现场设备14A的快速数据下载的示例操作的时序图。尽管关于从主机设备12到现场设备14A的快速数据下载示出和描述了示例操作，示例操作可应用于从主机设备12到现场设备14A中的任意一个或更多个的快速数据下载。此外，示例操作可应用于关于从主机设备12到现场设备14的任意传送(例如一个或更多个可存储配置、一个或更多个DD、软件图像数据或其他类型数据)的快速数据下载。
主机设备12可以向现场设备14A发送快速数据传送发起请求，以请求经由快速数据传送通信协议的在主机设备12和现场设备14A之间的后续数据传送(消息98)。例如，主机设备12可以响应于接收到用于将配置数据(例如一个或更多个可存储配置)、一个或更多个DD和/或软件图像数据下载到现场设备14A的输入(例如经由UI应用的用户输入)，发送快速数据传送发起请求。在一些示例中，主机设备12可以经由主机设备12和现场设备14A之间建立的基于连接的VCR，发送快速数据发起请求。在某些示例中，快速数据传送发起请求可以包括所请求的后续数据传送的数据速率的指示。
现场设备14A响应于接收到快速数据传送发起请求，可以向主机设备12发送快速数据传送确认，该确认指示：现场设备14A被配置用于经由快速数据传送通信协议的后续数据传送(消息100)。在一些示例中，现场设备14A可以经由主机设备12和现场设备14A之间建立的VCR，发送快速数据传送确认。在某些示例中，例如当从主机设备12接收的快速数据传送发起请求包括所请求的后续数据传送的数据速率的指示时，快速数据传送确认可以包括与从主机设备12接收的请求数据速率不同的请求数据速率的确认或第二请求数据速率的指示中的一个或更多个。以这种方式，现场设备14A和主机设备12可以经由最快下载发起请求和最快下载发起确认，协商针对后续数据传送的数据速率。
主机设备12响应于接收到快速数据传送确认，可以向现场设备14A发送用于请求与现场设备14A的后续数据传送的通用数据传送发起请求(消息102)。在某些示例中，主机设备12可能未从现场设备14A接收到快速数据传送确认。在这些示例中，主机设备12可以向现场设备14A重新发送快速数据传送发起请求阈值次数或直到主机设备12接收到快速数据传送确认消息为止。重新发送的阈值数可以从零(在这种情况下，主机设备12不重发该请求)到任意非零数(例如一、二或更多重发)。如果主机设备12未接收到快速数据传送确认消息，则主机设备12可以执行通过VCR经由多个FMS消息的后续数据传送，从而帮助确保在包括不能操作用于执行快速数据传送协议的现场设备和/或主机设备的网络中，可操作用于执行快速数据传送协议的现场设备和/或主机设备的互操作性。
通用数据传送发起请求可以是FMS定义的数据传送消息，并可以经由主机设备12和现场设备14A之间建立的VCR来发送。在某些示例中，通用下载发起请求可以包括要经由后续数据传送下载的数据(例如配置数据、软件图像数据或其他类型的数据)的分类的指示。例如，通用下载发起请求可以指示：将经由后续数据传送来下载设备描述。作为另一示例，通用下载发起请求可以指示：将经由后续数据传送来下载可存储配置中的一个或更多个(例如多个)。
如在图8的示例中，可以由主机设备12经由分离的消息发送快速下载发起请求和通用下载发起请求。在其他示例中，可以经由单个消息发送快速下载发起请求和通用下载发起请求。例如，快速下载发起请求可以附加到FMS定义的通用下载发起请求。快速数据传送发起请求和通用数据传送发起请求中的一个或更多个可以包括后续数据传送期间将向其广播多个消息的广播网络地址。
现场设备14A可以响应于接收到通用下载发起请求，例如经由主机设备12和现场设备14A之间的VCR来向主机设备12发送通用下载发起确认(消息104)。此外，现场设备14A可以配置通信接口(例如MAU 20的端口)用于在与后续数据传送相关联的广播网络地址处接收后续数据传送。
响应于接收到通用下载发起确认，主机设备12可以发起经由快速数据传送通信协议(例如无连接广播协议)的与现场设备14A的后续数据传送。例如，如图8所示，主机设备12可以通过经由多个广播消息(消息106A1-106N，在本文中统称为“广播消息106”)例如向快速数据传送发起请求或通用数据传送发起请求中的一个或更多个中包括的广播网络地址广播后续数据传送来执行后续数据传送。多个广播消息106中的每一个可以包括与后续数据传送相关联的数据的一部分。例如，当后续数据传送包括要由现场设备14A加载和/或执行的多个可存储配置时，广播消息106中的每一个可以包括在多个可存储配置中包括的数据的一部分。主机设备12可以发送广播消息106直到后续数据传送完成为止。因此，广播消息106被示出为包括“N”个广播消息，其中“N”是任意数。此外，在一些示例中，主机设备12可以配置现场设备14A的最大令牌持有时间参数，以扩展分配给现场设备14A的未调度通信的时间。例如，主机设备12可以在发送广播消息106之前发送消息(例如由FMS定义用于配置令牌持有时间的消息)。以这种方式，主机设备12可以通过帮助确保整体后续数据传送发生在单个未调度通信窗口内，帮助减少后续数据传送操作的总时间。
主机设备12可以连续地向现场设备14A发送广播消息106，而不需要从现场设备14A接收现场设备14A接收到广播消息106中的任意一个或更多个的确认。以这种方式，主机设备12可以通过减少消息传送开销和与确认消息相关联的时间，帮助减少后续数据传送操作的时间总量。在某些示例中，广播消息106中的每一个可以包括数据定位消息，数据定位消息指示各个广播消息中包括的数据在与后续数据传送相关联的数据中的相对位置。数据定位信息可以包括各个广播消息中数据的开始存储器地址和/或末尾存储器地址。在某些示例中，数据定位信息可以包括广播消息的顺序的指示，例如表示特定广播消息在多个广播消息106中的相对顺序的整数值。借此，广播消息106中的每一个可以包括指示相关联的数据在后续数据传送中的相对位置的数据定位信息。因此，在某些示例中，现场设备14A可以比较广播消息106中接收的数据定位信息，以确定现场设备14A是否未接收到广播消息106中的任意一个或更多个。
作为一个示例，现场设备14A可以将广播消息106C中包括的数据定位信息与广播消息106A中包括的数据定位信息进行比较，以确定现场设备14A未接收到与广播消息106B相关联的数据。在这些示例中，现场设备14A可以向主机设备12发送重传请求，重传请求指示主机设备12重传与广播消息106B中包括的后续数据传送相关联的数据的部分的请求。主机设备12可以响应于接收到重传请求，重传所请求的广播消息(例如广播消息106B)。
主机设备12可以向现场设备14A发送通用下载终止消息，以指示后续数据传送完成(消息108)。在一些示例中，可以经由主机设备12和现场设备14A之间建立的VCR，发送通用下载终止消息。现场设备14A可以响应于接收到通用下载终止请求，发送(例如经由VCR)通用下载终止确认(消息110)。
因此，主机设备12和现场设备14A(或现场设备14中的任意一个或更多个)可以执行快速数据传送通信协议来从主机设备12向现场设备14A下载数据(例如配置数据DD、和/或软件图像数据)。所描述的快速数据下载可以增加从主机设备12到现场设备14的数据下载的速度和效率，从而增加用于监视和/或控制工业过程的工业过程网络10的可用性。
图9是示出了从主机设备12到现场设备14A和14B的快速数据下载的示例操作的时序图。如图9所示，主机设备12可以执行快速数据传送通信协议来向多个现场设备14广播后续数据传送。尽管关于主机设备12和两个现场设备14(即现场设备14A和现场设备14B)之间的后续数据传送进行阐述和描述，示例操作可以应用于主机设备12和任何数量的现场设备14(例如现场设备14中每一个)之间的后续数据传送。此外，操作可应用于向现场设备14的任意数据传送，例如包括多个存储配置、DD下载或其他这种数据传送的数据传送。
如所示，图9用于执行从主机设备12到多个现场设备14的快速数据下载的示例操作可以在性质上与图8用于执行从主机设备12到单个现场设备14的快速数据下载的示例操作相类似。通常，图9的示例操作将向多个现场设备14的快速数据下载经由分离的发起和终止请求扩展到多个现场设备中的每一个。
如图5所示，主机设备12可以发送快速数据传送发起请求，以请求经由快速数据传送通信协议在主机设备12和现场设备14A之间的后续数据传送(消息112)。响应于接收到快速数据传送发起请求，现场设备14A可以发送快速数据传送确认，该快速数据传送确认指示：现场设备14A被配置用于经由快速数据传送通信协议的后续数据传送(消息114)。主机设备12还可以向现场设备14B发送快速数据传送发起请求，用于请求主机设备12和现场设备14B之间的后续数据传送(消息116)。响应于接收到快速数据传送发起请求，现场设备14A可以发送快速数据传送确认，该快速数据传送确认指示：现场设备14A被配置用于经由快速数据传送通信协议的后续数据传送(消息118)。
主机设备12可以向现场设备14A发送通用数据传送发起请求(消息120)；作为响应，现场设备14A可以向主机设备12发送通用数据传送确认消息(消息122)。主机设备12可以向现场设备14B发送通用数据传送发起请求(消息124)。现场设备14B可以向主机设备12发送通用数据传送确认消息，用于指示现场设备14B被配置用于后续数据传送(消息126)。快速数据传送发起请求112和通用数据传送发起请求120中的一个或更多个可以包括在后续数据传送期间将向其广播多个消息的广播网络地址。此外，快速数据传送发起请求116和通用数据传送发起请求124中的一个或更多个可以包括将向其广播多个消息的相同广播网络地址。因此，主机设备12可以通过经由多个广播消息(消息128A-128N，在本文中统称为“广播消息128”)广播后续数据传送来执行后续数据传送。如所示，广播消息128可以由现场设备14A和现场设备14B两者接收。以这种方式，不是向现场设备14A和现场设备14B中的每一个发送单独的消息，主机设备12可以经由相同的广播消息集合128来执行与现场设备14A和现场设备14B两者的后续数据传送，从而减少网络业务量和与后续数据传送相关联的执行时间。
如图9进一步所示，主机设备12可以通过向现场设备14A发送通用下载终止请求(消息130)、从现场设备14A接收相对应的通用下载终止确认(消息132)、向现场设备14B发送通用下载终止请求(消息134)并从现场设备14B接收相对应的通用下载终止确认(消息136)来终止后续数据传送。
图10是示出了从现场设备14A到主机设备12的快速数据上传的示例操作的时序图。如图10所示，主机设备12可以发起经由快速数据传送通信协议的数据(例如配置数据(例如可存储配置36)、DD(例如设备描述32)、状态数据、软件图像数据或其他类型的数据)的上传。当关于现场设备14A进行描述时，示例操作可应用于现场设备14中的任意一个。
主机设备12可以向现场设备14A发送快速上传发起请求，以请求经由快速数据传送通信协议从现场设备14A到主机设备12的后续数据传送(消息138)。在一些示例中，可以经由在主机设备12和现场设备14A之间的基于连接的VCR来发送快速上传发起请求。响应于接收到快速上传发起请求，现场设备14A可以发送快速上传发起确认，该快速上传发起确认指示：现场设备14A被配置用于经由快速数据传送通信协议的后续数据上传(消息140)。响应于接收到快速上传发起确认，主机设备12可以发送上传发起请求(消息142)，在某些示例中，上传发起请求可以是经由VCR发送的FMS消息并被配置用于发起数据上传。在一些示例中，上传发起请求(消息142)可以被认为是通用上传发起请求。现场设备14A可以(例如经由VCR)发送上传发起确认，上传发起确认指示现场设备14A被配置用于后续数据上传(消息144)。在某些示例中，上传发起确认(消息144)可以被认为是通用上传发起确认。快速上传发起请求138和上传发起请求142中的一个或更多个可以包括主机设备12被配置用于接收后续数据上传的广播网络地址的指示。现场设备14A可以经由向快速上传发起请求138和上传发起请求142中标识的广播网络地址发送的多个广播消息(消息146A-146N，在本文中统称为“广播消息146”)，执行后续数据上传。
现场设备14A可以有序地发送广播消息146，而不需要接收主机设备12已经接收到广播消息146中的任意一个或更多个的确认。在某些示例中，广播消息146中的每一个可以包括数据定位信息，数据定位信息指示与广播消息相关联的数据在与后续数据上传相关联的数据中的相对位置。主机设备12可以比较所接收的数据定位信息，以确定主机设备12是否未接收到广播消息146中的任意一个或更多个。主机设备12可以响应于确定未接收到广播消息，向现场设备14A发送重传请求，该重传请求包括主机设备12未接收到的广播消息146中的确定一个的指示。
广播消息146中的每一个可以包括广播消息是否是广播消息146序列中的最后一个的指示。例如，如所示，广播消息146N可以包括广播消息146N是广播消息序列中的最后一个的指示(例如比特或字节)，而其他广播消息146可以包括它们不是序列中的最后一个的指示。
响应于接收到广播消息146序列中的最后一个，主机设备12可以通过向现场设备14A发送上传终止请求来终止后续数据上传(消息148)，作为响应，现场设备14A可以发送上传终止确认(消息150)。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明范围的前提下，可以对其元件作出各种改变或将元件素替换为等同物。另外，在不脱离其基本范围的前提下，可以作出很多修改，以使特定情况或材料适合本发明的教导。因此，本发明不旨在受限于所公开的特定实施例，而是将意在包括落入所附权利要求范围中的所有实施例。

Claims (24)

1.一种在工业过程网络上从现场设备向主机设备上传所述现场设备的设备描述的方法，所述方法包括：
由所述主机设备向所述现场设备发送用于请求所述现场设备从所述现场设备向所述主机设备上传所述设备描述的设备描述上传请求，其中所述设备描述包括描述所述现场设备的功能属性的多个参数，并且所述设备描述存储在所述现场设备的非易失性存储器中；
由所述主机设备经由一个或更多个通信消息从所述现场设备接收所述设备描述；以及
由所述主机设备将所述设备描述存储在所述主机设备的非易失性存储器中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述设备描述包括文件集合，所述文件集合包括描述所述现场设备的功能属性的多个参数。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中，所述文件集合包括分层布置；以及
其中，将所述设备描述存储在所述主机设备的所述非易失性存储器中包括：根据所述分层布置，将所述设备描述存储在所述主机设备的所述非易失性存储器中。
4.根据权利要求1所述的方法，
其中，根据数据压缩算法对所述设备描述进行压缩；以及
其中，经由所述一个或更多个通信消息接收所述设备描述包括：经由所述一个或更多个通信消息接收压缩的设备描述。
5.根据权利要求1所述的方法，
其中，经由所述一个或更多个通信消息从所述现场设备接收所述设备描述包括：根据无连接快速数据传送通信协议，经由一个或更多个广播通信消息接收所述设备描述。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，经由所述主机设备和所述现场设备之间的面向连接的通信会话，执行所述设备描述上传请求的发送。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
由所述主机设备配置所述主机设备的通信端口，用于与所述现场设备的专用设备描述上传通信；
其中，经由所述一个或更多个通信消息接收所述设备描述包括：经由所述一个或更多个通信消息，在被配置用于与所述现场设备的所述专用设备描述上传通信的所述主机设备的所述通信端口上接收所述设备描述。
8.一种现场设备，包括：
至少一个处理器；
一个或更多个存储设备；以及
收发机，所述收发机被配置为通过工业过程网络来发送和接收数据；
其中，所述一个或更多个存储设备存储所述现场设备的设备描述，所述设备描述包括描述所述现场设备的功能属性的多个参数；以及
其中，所述一个或更多个存储设备编码有指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使所述现场设备：
经由所述收发机接收用于请求所述现场设备向主机设备上传所述设备描述的设备描述上传请求；以及
响应于接收到所述设备描述上传请求，经由一个或更多个通信消息，通过所述收发机向所述主机设备发送所述设备描述。
9.一种配置工业过程网络上的现场设备的方法，所述方法包括：
由主机设备选择在所述现场设备的非易失性存储器中存储的多个可存储配置中的一个，其中所述多个可存储配置中的每个可存储配置包括用于配置所述现场设备的一个或更多个功能属性的配置数据并表示所述现场设备的整体配置；以及
由所述主机设备向所述现场设备发送配置激活请求，所述配置激活请求包括所述多个可存储配置中所选择的一个的标识，所述配置激活请求被配置为：请求所述现场设备根据在所述多个可存储配置中所选择的一个中包括的配置数据来进行操作。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多个可存储配置包括三个或更多个可存储配置。
11.根据权利要求9所述的方法，
其中，所述多个可存储配置中的每一个的所述配置数据被配置为：使所述现场设备输出具有主数据类型的数据；以及
其中，所述多个可存储配置中所选择的一个的所述配置数据被配置为：使所述现场设备输出具有与所述现场设备的有效数据输出的主数据类型不同的主数据类型的数据。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述主数据类型包括压力、温度、密度和流速中的至少一个。
13.根据权利要求11所述的方法，
其中，所述现场设备包括多个传感器；
其中，所述多个传感器中的每一个被配置为：测量具有与所述多个传感器中的其他传感器中的每一个不同的数据类型的数据；
其中，所述现场设备的所述有效数据输出包括：从所述多个传感器中的第一传感器测量的数据；以及
其中，所述多个可存储配置中所选择的一个的所述配置数据被配置为：通过使所述现场设备输出从所述多个传感器中的第二传感器测量的数据，使所述现场设备输出具有与所述有效数据输出的所述主数据类型不同的主数据类型的数据。
14.根据权利要求9所述的方法，还包括：
由所述主机设备从所述现场设备获取在所述现场设备的所述非易失性存储器中存储的所述多个可存储配置的多个标识符，其中所述多个可存储配置中所选择的一个的所述标识包括所述多个可存储配置的所述多个标识符中的一个标识符。
15.根据权利要求9所述的方法，还包括：
由所述主机设备经由用户接口接收用于选择所述现场设备的所述非易失性存储器中存储的所述多个可存储配置中的一个的输入。
16.一种现场设备，包括：
至少一个处理器；
一个或更多个存储设备；以及
收发机，所述收发机被配置为通过工业过程网络来发送和接收数据；
其中，所述一个或更多个存储设备存储多个可存储配置，所述多个可存储配置中的每一个可存储配置包括用于配置所述现场设备的一个或更多个功能属性的配置数据并表示所述现场设备的整体配置；以及
其中，所述一个或更多个存储设备编码有指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使所述现场设备：
经由所述收发机接收配置激活请求，所述配置激活请求包括所述多个可存储配置中的所选择的一个的标识；
响应于接收到所述配置激活请求，激活所述一个或更多个存储设备中存储的所述多个可存储配置中所标识的一个；以及
根据使用在所述可存储配置中所选择的一个中包括的所述配置数据来配置的所述功能属性进行操作。
17.一种在工业过程网络上传送配置数据的方法，所述方法包括：
由主机设备向现场设备发送配置数据上传请求，所述配置数据上传请求用于请求所述现场设备从所述现场设备向所述主机设备上传所述现场设备的非易失性存储器中存储的多个可存储配置，其中所述多个可存储配置中的每个可存储配置包括用于配置所述现场设备的一个或更多个功能属性的配置数据并表示所述现场设备的整体配置；
由所述主机设备经由一个或更多个通信消息从所述现场设备接收所述多个可存储配置；以及
由所述主机设备将所述多个可存储配置存储到所述主机设备的非易失性存储器中。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述现场设备包括第一现场设备，所述一个或更多个通信消息包括一个或更多个第一通信消息，所述方法还包括：
由所述现场设备经由一个或更多个第二通信消息向第二现场设备发送所述多个可存储配置。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，经由所述一个或更多个第一通信消息从所述第一现场设备接收所述多个可存储配置并向所述第二现场设备发送所述多个可存储配置是经由无连接快速数据传送通信协议执行的。
20.根据权利要求18所述的方法，
其中，所述工业过程网络包括第一工业过程网络；
其中，所述第一现场设备耦合到所述第一工业过程网络；以及
其中，所述第二现场设备耦合到不同的第二工业过程网络。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，所述现场设备包括第一现场设备，所述配置数据上传请求包括第一配置数据上传请求，所述多个可存储配置包括第一多个可存储配置，所述配置数据包括第一配置数据，所述一个或更多个通信消息包括一个或更多个第一通信消息，所述方法还包括：
由所述主机设备向第二现场设备发送第二配置数据上传请求，所述第二配置数据上传请求用于请求所述第二现场设备从所述第二现场设备向所述主机设备上传所述第二现场设备的非易失性存储器中存储的第二多个可存储配置，其中所述第二多个可存储配置中的每个可存储配置包括用于配置所述第二现场设备的一个或更多个功能属性的配置数据并表示所述第二现场设备的整体配置；
由所述主机设备经由一个或更多个第二通信消息从所述第二现场设备接收所述第二多个可存储配置；以及
由所述主机设备将所述第二多个可存储配置存储到所述主机设备的所述非易失性存储器中。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，将所述第一多个可存储配置和所述第二多个可存储配置存储到所述主机设备的所述非易失性存储器中包括：将所述第一多个可存储配置和所述第二多个可存储配置作为可存储网络配置存储到所述主机设备的所述非易失性存储器中。
23.根据权利要求17所述的方法，
其中，经由所述主机设备和所述现场设备之间的面向连接的通信会话，执行向所述现场设备发送所述配置数据上传请求；以及
其中，经由无连接通信协议，执行经由所述一个或更多个通信消息从所述现场设备接收所述多个可存储配置。
24.一种现场设备，包括：
至少一个处理器；
一个或更多个存储设备；以及
收发机，所述收发机被配置为通过工业过程网络来发送和接收数据；
其中，所述一个或更多个存储设备存储多个可存储配置，所述多个可存储配置中的每一个可存储配置包括用于配置所述现场设备的一个或更多个功能属性的配置数据并表示所述现场设备的整体配置；以及
其中，所述一个或更多个存储设备编码有指令，当所述指令被所述至少一个处理器执行时，使所述现场设备：
经由所述收发机从所述主机设备接收用于请求所述现场设备向所述主机设备上传所述多个可存储配置的数据上传请求；以及
响应于接收到所述配置数据上传请求，经由所述收发机发送所述多个可存储配置。
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