CN107643735A - 过程控制通信架构 - Google Patents

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Abstract

一种用于过程控制系统或其它工业设置中的过程控制消息传送服务的平台到平台的通信架构，允许固定和便携式工业计算单元以一对一和一对多通信方式并且跨网络相互通信，包括过程控制系统或工业设置内的隔离网络和外部网络。请求的工业计算设备平台在目的平台的通信协议中为目的或响应的工业计算设备生成消息，并且将消息以过程控制消息传送服务的通信协议进行包装。通信架构以目的工业计算设备的通信协议对所包装的消息进行解码，并将解码的包装消息转发到目的地。通信架构允许各种通信服务，包括但不限于即时/实时对等消息传送、时间同步、与资产管理系统的自动数据传输、经由资产管理系统与现场设备的通信以及大数据传输。

Description

过程控制通信架构
技术领域
本公开内容总的涉及过程控制系统，并且更具体地涉及用于过程控制 系统中的工业计算设备之间的通信的过程控制通信架构。
背景技术
分布式过程控制系统(如在化学、石油或其它过程中所使用的系统) 通常包括一个或多个过程控制器和输入/输出(I/O)设备，其经由模拟、数 字或组合的模拟/数字总线、或经由无线通信链路或网络通信地耦合到至少 一个主机或操作员工作站以及耦合到一个或多个现场设备。
通常位于工厂或其它工业环境内的过程控制器(有时称为“控制器”) 接收指示过程测量结果的信号(有时称为“控制输入”)，并且使用由这些 信号携带的信息来实施控制例程，该控制例程使得控制器基于控制输入以 及该控制例程的内部逻辑来生成控制信号(有时称为“控制输出”)。控制 器通过总线或其它通信链路来发送所生成的控制信号，以控制现场设备的 操作。在某些情况下，控制器可以与由智能现场设备(诸如高速公路可寻 址远程变送器和现场总线(有 时仅称为“现场总线”)现场设备)实现的控制例程进行配合。此外，在许 多情况下，可能有在工厂中或在其它工业设置中操作以执行不受过程控制 器直接控制的某些功能的工厂或其它工业设备(诸如振动检测设备、旋转 设备、发电设备等)。
通常与控制器(例如，阀、阀定位器、开关和变送器(例如，温度， 压力，液位和流动速率传感器))相关联的现场设备位于过程环境内，并且 通常执行物理或过程控制功能。例如，阀可以响应于从控制器接收到的控 制输出而打开或关闭，或者可以向控制器传送对过程参数的测量结果，从 而使得该控制器能够将该测量结果用作控制输入。智能现场设备(譬如， 符合众所周知的现场总线协议的现场设备)也可以执行通常在控制器内实 现的控制计算、报警功能和其它控制功能。现场设备可以被配置为根据各 种通信协议与控制器和/或其它现场设备进行通信。例如，工厂可以包括传 统的模拟的4-20mA现场设备、现场设备、现场总线现场设备和/或 其它类型的现场设备。
过程控制器接收指示由传感器或现场设备进行的过程测量的信号和/或 与现场设备有关的其它信息，并且执行控制器应用，该控制器应用运行例 如不同的控制模组，该些控制模组进行过程控制决策、控制模组、基于接 收到的信息生成控制信号并且与在现场设备中运行的控制模组或模块进行 配合。控制器中的控制模组通过通信线路或链路向现场设备发送控制信号， 从而控制过程工厂或系统的至少一部分的操作。
来自现场设备和控制器的信息通常可以通过数据高速公路提供给一个 或多个其它硬件设备(诸如操作员工作站、个人计算机或计算设备、数据 历史库、报告生成器、集中式数据库或其它集中式管理计算设备)，其通常 但不总是设置在控制室或远离较苛刻的工厂环境的其它位置中。这些硬件 设备中的每一个硬件设备通常(尽管并非总是)是集中在整个过程工厂或 在过程工厂的一部分。这些硬件设备运行例如可以使得操作员能够运行关 于控制过程和/或操作过程工厂的功能(诸如改变过程控制例程的设置，修 改控制器内或现场设备内的控制模组的操作，查看由现场设备和控制器生 成的报警，查看过程的当前状态，查看由现场设备和控制器生成的报警， 模拟过程的操作以培训人员或测试过程控制软件，保持和更新配置数据库 等)的应用。由硬件设备、控制器和现场设备使用的数据高速公路可以包 括有线通信路径、无线通信路径或有线和无线通信路径的组合。
作为示例，由艾默生过程管理公司出售的DeltaVTM控制系统包括储存 在位于过程工厂内的不同位置的不同设备内并由该不同设备执行的多个应 用。驻留在一个或多个操作员工作站或计算设备中的配置应用使得用户能 够创建或更改过程控制模组，并且经由数据高速公路将这些过程控制模组 下载到专用分布式控制器。通常，这些控制模组由通信地互连的功能模块 构成，这些功能模块基于对其的输入来执行控制方案内的功能，并且向控 制方案内的其它功能模块提供输出。配置应用还可以允许配置设计者创建 或改变由查看应用所使用的操作员界面以向操作员显示数据，并且使得操 作员能够改变过程控制例程内的诸如设定点的设置。每个专用控制器(在 某些情况下，和一个或多个现场设备)储存和执行相应的控制器应用，该 控制器应用运行分配和下载到其的控制器应用以实施实际的过程控制功 能。可以在一个或多个操作员工作站上(或在与操作员工作站和数据高速公路通信连接的一个或多个远程计算设备上)执行的查看应用经由数据高 速公路从控制器应用接收数据，并使用操作员界面向操作员接口过程控制 系统设计者、操作员、用户显示该数据，并且还可以提供诸如操作员视图、 工程师视图、技术人员视图等的许多不同视图中的任何一个。数据历史库 应用通常储存在数据历史库设备中并且由数据历史库设备执行，该数据历 史库储存设备收集并储存由数据高速公路提供的部分或全部数据，而配置数据库应用可以在附接到数据高速公路的另外的计算机中运行，以储存当 前过程控制例程配置和与之相关联的数据。替代地，配置数据库可以位于 与配置应用相同的工作站中。
如上所述，操作员显示应用通常在一个或多个工作站内被实施在全系 统的基础上，并且向操作员或维护人员提供关于工厂内的控制系统或设备 的操作状态的显示。通常，这些显示采用报警显示、控制显示、维护显示 等的形式，其中，报警显示接收由过程工厂内的控制器或设备生成的报警， 控制显示指示过程工厂内的控制器和其它设备的操作状态，维护显示指示 过程工厂内的设备的操作状态。这些显示通常被配置为以已知的方式显示 从过程控制模组或过程工厂内的设备接收到的信息或数据。在一些已知的 系统中，显示具有与物理或逻辑元件相关联的图形，该图形通信地连接到 该物理或逻辑元件以接收关于物理或逻辑元件的数据。可以基于接收到的 数据在显示屏幕上改变该图形，以例如说明罐半满，说明由流动传感器测 量的流动等。
传统的模拟4-20mA现场设备经由被配置为携带指示测量结果或控制 命令的4-20mA DC信号的双线通信链路(有时称为“回路”或“电流回路”) 与控制器进行通信。例如，液位变送器可以感测储罐液位并经由该回路传 送对应于该测量结果的电流信号(例如，4mA信号对应于全罐容积的0％， 12mA信号对应于全罐容积的50％，以及20mA信号对应于全罐容积的 100％)。控制器接收该电流信号，根据该电流信号来确定储罐液位的测量 结果结果，并根据储罐液位测量结果采用一些行动(例如打开或关闭入口 阀)。模拟4-20mA现场设备通常有两种类型，包括四线制现场设备和两线 制现场设备。四线制现场设备通常依赖于用于通信的第一组导线(即，回 路)和用于供电的第二组导线。两线制现场设备依赖于用于通信和供电两 者的回路。这些两线制现场设备可以被称为“回路供电”现场设备。
由于设计的简单性和有效性，过程工厂经常实施传统的4-20mA系统。 然而，传统的4-20mA电流回路每次只传送一个过程信号。因此，包括控制 阀和承载材料的管道上的流量变送器的装置可能需要三个单独的电流回 路：一个电流回路用于承载指示阀的控制命令的4-20mA信号(例如，移动 阀至60％打开)；第二个电流回路用于承载指示阀的实际位置的4-20mA信 号(例如，使得控制器知道阀对控制命令响应的程度)；以及第三个电流回 路用于承载指示测量流量的4-20mA信号。因此，具有大量现场设备的工厂 中的传统4-20mA装置可能需要大量布线，这可能是昂贵的，并且在建立和 维护通信系统时可能导致复杂性。
近来，过程控制行业已经转移到在过程控制环境中实现数字通信。例 如，协议不仅使用回路直流(DC)幅度来发送和接收模拟信号，还 将交流(AC)数字载波信号叠加在直流信号上，以实现与智能现场仪器的 双向现场通信。作为另一示例，现场总线协议在两线制总线(有时称为“段” 或“现场总线段”)上提供全数字通信。这个两线制现场总线段可以耦合到 多个现场设备，以向多个现场设备(经由段上可用的DC电压)提供电力， 并且实现现场设备的通信(经由叠加在DC电源电压上的AC数字通信信 号)。一般而言，由于所连接的现场设备使用相同的段进行通信并且并行连 接，所以只有一个现场设备可以在任何给定的时间通过段传送消息。因此， 通过指定为链路活动调度器(LAS)的设备来协调段上的通信。LAS负责 在连接到该段的现场设备之间传递令牌。只有具有令牌的设备可以在特定 时间通过段进行通信。
这些数字通信协议通常使得更多的现场设备能够连接到特定通信链 路，能够支持现场设备与控制器之间的更多和更快的通信，和/或能够允许 现场设备将更多和不同类型的信息(譬如，与现场设备本身的状态和配置 有关的信息)发送到过程控制器和控制网络中的或连接到该控制网络的其 它设备。此外，这些标准数字协议使得由不同制造商制造的现场设备能够 在相同过程控制网络中一起使用。
不管使用的通信协议如何，现场设备可能需要现场设置、配置、测试 和维护。例如，在现场设备可以安装在过程控制工厂的特定位置之前，现 场设备可能需要被编程，然后需要在现场设备安装之前和之后进行测试。 已经安装的现场设备还可能因为维护或者例如当检测到故障并且需要诊断 现场设备以进行服务或修理时而需要定期检查。
一般而言，使用诸如便携式测试设备(“PTD”)的手持式维护工具来 在位置上执行现场设备的配置和测试。由于许多现场设备安装在远程、难 以到达的位置，相较于使用通常需要将已安装的现场设备运送到诊断设备 的现场的全配置和测试设备(其可能很重、体积大的并且非便携式的)，用 户使用PTD来测试这些远程位置中安装的设备将更为方便。
不管使用的通信协议如何，现场设备可能需要设置、配置、测试和维 护。例如，在现场设备可以安装在过程控制工厂的特定位置之前，现场设 备可能需要被编程，然后需要在现场设备安装之前和之后进行测试。已经 安装的现场设备因为维护或者例如当检测到故障并且需要诊断现场设备以 进行维修或修理时，还可能需要定期检查。操作员使用工业计算设备来配 置、排除故障、校准、分析并且执行过程控制设备(例如，控制器、现场 设备等)上的其它操作。在一些已知的系统中，操作员可以使用固定的工 业计算设备(例如，个人计算机、工作站等)来进行现场设备的许多分析 和/或管理，以执行资产管理、振动管理、工业计算设备机群管理等。
另一方面，可以使用便携式工业计算设备(例如手持式现场通信器、 校准器、便携式测试设备(“PTD”)等)在位置上执行现场设备的配置和测 试。操作员可以将便携式工业计算设备物理上附接到现场设备，然后可以 经由便携式工业计算设备与用于诊断的现场设备通信，以改变配置，校准 现场设备等。例如，由于许多现场设备被安装在远程、难以到达的位置， 相较于使用通常需要将已安装的现场设备运送到诊断设备的现场的全配置 和测试设备(其可能很重、体积大的并且非便携式)，用户使用PTD来测试 这些远程位置中安装的设备将更为方便。
当诸如维修技术人员的用户执行维护测试和/或与现场设备的通信时，PTD通常通信地连接到通信链路(例如，电流回路或现场总线段(Fieldbus segment))或直接连接到现场设备(例如，经由现场设备的通信终端)。PTD 最初尝试与现场设备进行通信，例如通过使用现场设备支持的通信协议沿 着回路或段发送和/或接收数字通信信号。如果当前回路或段处于适当的操 作状态，则可以毫无问题地发送和/或接收通信信号。然而，如果回路、段或现场设备包含诸如短路或断路之类的电气故障，则通信可能被阻碍，并 且可能需要诊断回路、段和/或现场设备以识别故障。
当识别出这样的故障时，技术人员可能需要使用各种其它工具来测试 现场设备和/或通信链路。例如，技术人员可能需要使用便携式电源为隔离 的现场设备供电。技术人员可能需要为隔离的现场设备供电，例如，当现 场设备由于全厂停电或由于本地电源的问题而断电时。作为另一示例，技 术人员可以仅仅需要使现场设备脱机以进行故障排除，以避免对其它现场 设备和过程控制系统的其余部分产生负面影响。技术人员还可能需要携带 万用表来测量段或回路等上可用的电流、电压、电阻、阻抗等。这些工具 中的每一个都可能占用相当多的空间，并且可能不方便技术人员在现场携 带。为了解决携带多种工具的这个问题，制造商开发了一种PTD，该PTD 包括为HART回路提供电力的电源。然而，这些供电的PTD通常不能为现 场总线现场设备提供电力。此外，典型的便携式电源和供电的PTD通常不 遵守本质安全(IS)标准，因此不能安全地用于危险区域(例如，由于存在 爆炸性气体或灰尘而可能具有爆炸性的环境或氛围)。
此外，如果现场设备位于危险区域中，则技术人员可能需要验证他或 她的每个工具以本质安全的方式操作。因此，当在危险区域时，技术人员 的工具可能需要遵守IS标准，以确保安全操作。一般而言，IS标准在危险 环境中对电气设备和接线实行限制，以确保电气设备和接线不会点燃爆炸。 为了遵守IS标准，电气设备通常需要考虑两个核心概念来设计：能量限制 和容错。无论如何，在某些用途中对于IS合规性的要求已经导致开发可以 与上述现场设备协议中的一个协议或者其它现场设备协议(但也是IS兼容 的)协同工作的另外一套现场维护工具。
同样，如上所述，大多数过程设备和其它工业设置(诸如油井钻井平 台、泵站等)包括其它工业设备(诸如旋转设备、发电或转换设备、振动 分析仪设备等等)，其需要在工厂或工业设置中进行设置、配置和维护。可 能还需要一组现场维护工具来支持该设备，包括对该设备进行配置、对该 设备进行测试等。
这些类型的工业计算设备通常需要以具有适当授权的安全和可靠的方 式进行通信和交换数据，并且这种需求正在迅速增加，以支持不断增加的 能力和应用，这突出了与控制室和过程控制设备之间的通信的数据高速公 路分开的过程控制系统(即工厂内的)内的通信和数据交换相关的一些具 体的需求。尽管在这些工业设置中存在诸如传输控制协议/互联网协议 (TCP/IP)、认证、活动目录等的信息技术(IT)基础设施，但是需要额外 的机制和服务来提供额外的安全性和访问控制授权。此外，需要添加机制 和服务来支持其它过程控制系统应用的通信、消息传送、数据传输和其它 功能。
发明内容
本公开内容描述了一种通信架构，其提供了用于在过程控制系统、过 程工厂或其它工业设置中在外部云、个人计算机、工业计算设备等与其它 工业计算设备(例如，现场通信器、PTD、校准器等)之间进行通信的安全、 可靠的方式。这些通信包括大型数据文件传输、实时消息传送、数据同步、 认证和授权、自动资产管理数据传输、经由资产管理系统与过程仪器的通 信以及便携式工业计算设备机群管理。
通信架构还提供安全机制，包括超出标准信息技术安全性的额外级别 的授权，以满足过程控制系统、过程工厂或其它工业设置中的当前和将来 的安全需求。此外，该架构在工业计算设备之间提供了多对多通信、文件 传输和操作。通信架构以协议独立性运行，使得它可以与许多不同的协议 和物理层技术(包括WiFi、USB等)一起工作。通信架构还以设备类型独 立性运行，使得其与多种固定和便携式工业计算设备配合使用，并具有应 用独立性，使得其可与各种软件应用的服务配合使用。
附图说明
图1是位于过程工厂或其它工业设置内的分布式过程控制网络的框图， 其包括各自具有使用平台到平台通信的通信架构的平台的工业计算设备；
图2是在过程控制系统、过程工厂或其它工业设置中操作的示例性过 程控制消息传送网络的框图；
图3是使用过程控制消息传送系统架构的工业计算设备之间的示例性 交互的框图；
图4是过程控制消息传送架构、接入点、加入设备和过程控制消息服 务之间的示意性关系；
图5A和5B是对过程控制消息系统架构中定义的主公共接口和基类的 描绘；
图6是对由过程控制消息传送系统架构实现的示例性通用接口的描绘；
图7是工业计算设备与登记服务器之间的登记过程的序列图；
图8是工业计算设备与时间同步服务器之间的请求/响应操作的序列 图；
图9是源和目的地之间的大型数据传输操作的序列图；
图10是图1中示意性例示的示例性工业计算设备的框图。
具体实施方式
图1是在过程控制系统、过程工厂或其它工业设置10中操作的示例性 过程控制网络100的框图和示意图。过程控制网络100可以包括网络主干 105，其直接地或间接提供地在各种其它设备之间的连接。网络主干105可 以包括无线和/或有线通信信道或链路。耦合到网络主干105的设备在各种 实施例中包括接入点72、便携式工业计算设备112的组合，便携式工业计 算设备112可以是手持式或其它便携式计算设备(诸如膝上型计算机、平 板电脑、手持式智能设备、便携式测试设备(PTD)等)各自具有显示屏 114以及各种其它输入/输出设备(未示出)的固定工业计算设备113(诸如 个人计算机、工作站等)、、服务器150等等。
如图1所例示，控制器11经由可以实施任何期望的过程控制通信协议 (诸如HART、现场总线、CAN、Profibus等协议中的一个或多个)的输入 /输出(I/O)卡26和28来连接到现场设备15-22。在图1中，控制器11通 信地连接到现场设备15-22，以执行对现场设备15-22的控制，从而控制该 工厂。通常，现场设备15-22可以是任何类型的设备(譬如，传感器、阀、变送器、定位器等)，并且I/O卡26和28可以是符合任何期望的通信或控 制器协议的任何类型的I/O设备。例如，现场设备15-22和/或I/O卡26和 28可以根据HART协议或现场总线协议进行配置。控制器11包括处理器 30，其执行或监督储存在存储器32中的一个或多个过程控制例程38(或其 任何模块、块或子程序)。一般而言，控制器11与设备15-22以及主计算机113通信，从而以任何期望的方式来控制过程。此外，控制器11使用通常 被称为功能模块(未示出)的模块来实现控制策略或方案，其中每个功能 模块是整体控制例程的对象或其它部分(例如，子例程)，其与其它功能模 块一起操作(通过称为链路的通信)以实现过程控制系统10内的过程控制 循环。功能模块通常执行输入功能、控制功能或输出功能中的一个功能， 以在过程控制系统10内执行一些物理功能，其中，输入功能诸如是与变送 器、传感器或其它过程参数测量设备相关联的功能，控制功能诸如是与执 行PID、模糊逻辑等控制的控制例程相关联的功能，输出功能诸如是控制某 些设备(诸如，阀)的操作的中的一个。当然，混合和其它类型的功能模 块存在并且可以被利用。功能模块可以储存在控制器11或其它设备中并由 控制器11或其它设备执行。
如图1所示，无线网关35和无线通信网络70同样通信地耦合到网络 主干105。通信网络70可以包括无线设备40-58，其包括无线现场设备40-46、 无线适配器52a和52b、接入点55a和55b以及路由器58。无线适配器52a 和52b可以分别连接到非无线现场设备48和50。尽管图1仅描绘了连接到 网络主干105的一些设备中的单个设备，但是应当理解，每个设备可以在 网络主干105上具有多个实例，实际上，过程工厂10可以包括多个网络主 干105。
工业计算设备112、113可以经由网络主干105通信地连接到控制器11 和无线网关35。控制器11可以经由网络主干105和无线网关35通信地连 接到无线现场设备40-46。控制器11可以操作为使用现场设备15-22和40-50 中的至少一些来实现批量过程或连续过程。控制器11(可以是例如由艾默 生过程管理公司出售的DeltaVTM的控制器)通信地连接到过程控制网络主 干105。控制器11还可以使用与例如标准4-20mA设备、I/O卡26、28和/ 或任何智能通信协议(例如现场总线协议、协议、 无线HART协议等)相关联的任何期望的硬件和软件来通信地连接到现场 设备15-22和40-50。在图1所例示的实施例中，控制器11、现场设备15-22 和I/O卡26、28是有线设备，并且现场设备40-46是无线现场设备。
此外，一个或多个便携式工业设备112(其可以是现场设备维护工具、 万用表、便携式回路电源、现场设备配置工具等)可以间歇地通信连接到 现场设备15-22、40-50中的一个或多个，和/或连接到现场设备15-22、40-50 所连接到的总线或通信线路(例如，HART回路、现场总线段等)中一个 或多个，在图1中以虚线例示了这样的连接。这样的网络连接可以包括例 如经由主干105将现场设备15-22、40-50中的一个或多个连接到I/O卡26 和28的硬连线。替代地，便携式工业设备112可以直接通信地连接到现场 设备15-22、40-50中的现场设备(例如，经由现场设备15-22、40-50上存 在的通信终端)。在一些情况下，便携式工业设备112可以向现场设备15-22、 40-50或与其连接的线路回路提供电力。此外，当这些现场设备安装在工厂 中时，便携式工业设备112可以使得用户能够与现场设备15-22、40-50中 的一个或多个通信，配置现场设备15-22、40-50中的一个或多个，在现场 设备15-22、40-50中的一个或多个上执行维护活动和/或诊断现场设备 15-22、40-50中的一个或多个。在其它情况下，便携式工业设备112可以包 括可以被用于无线地连接到现场设备15-22、40-50中的一个或多个的无线 接口(诸如蓝牙接口、Wi-Fi接口或无线过程控制协议接口或连接，诸如使 用WirelessHART协议的接口)。本文描述的便携式工业设备112通常被描 述为用于配置、支持和维护现场设备，并且因此被示为现场设备通信器， 其可以用于例如支持过程测量设备(例如压力、温度、液位、流量分析传 感器、流量计、阀定位器等)。然而，便携式工业设备112可以用于支持、 连接到、维护、通信或以其它方式与其它类型的设备一起使用，该其它类 型的设备包括例如旋转设备、振动检测和分析设备、发电设备、开关、电机、泵、压缩机、驱动器、机械容器(如罐、管道等)、配电设备、开关装 置、电机控制中心、任何其它独立设备(例如，举例来说，不通信地连接 到过程控制器的设备)或任何其它类型的工业设备。在这些情况下，便携 式工业设备112可以具有各种不同类型的通信和发电和检测硬件(例如， 电压、电流、阻抗等生成和检测设备)，以对这些其它类型的工业设备进行维护、配置和/或与该些其它类型的工业设备通信。
在一些实施例中，便携式工业计算设备112可以被带到过程工厂中的 现场设备15-22、40-50中的一个的位置。便携式工业计算设备112可以经 由有线和/或无线连接临时连接到现场设备15-22、40-50，用于校准、配置、 故障排除、监测、控制或执行现场设备15-22、40-50上的任何其它适当的 操作。此外，便携式工业计算设备112可以经由有线和/或无线连接临时连 接到控制器11，以用于校准、配置、故障排除、监测、控制或执行控制器 11上的任何其它合适的操作。
在工业计算设备112、113的操作中，在一些实施例中，工业计算设备 112、113可以各自执行用户界面(UI)，允许工业计算设备112、113经由 输入界面接受输入并在显示器上提供输出。工业计算设备112、113可以从 服务器150接收数据(例如，诸如过程参数、权限、日志数据、传感器数 据和/或可以被捕获和储存的任何其它数据的过程相关数据)。在其它实施例 中，UI可以全部或部分地在服务器150处执行，其中服务器150可以向工 业计算设备112、113传送显示数据。工业计算设备112、113可以经由主干 105从过程控制网络100中的其它节点或端点(譬如，控制器11、无线网 关35、其它工业计算设备或服务器150)接收用户界面数据(其可以包括 显示数据和权限数据)。
在一些实施例中，系统管理员可以在服务器150处生成权限，例如作 为每个工业计算设备112的注册过程的一部分。每个权限可以指定对特定 过程控制设备的访问级别(例如只读访问、读/写访问、校准功能访问、配 置功能访问等)。系统管理员还可以向过程工厂中的用户和工业计算设备 112、113分配权限。在一些实施例中，服务器150可以通信地耦合到一个 或多个数据库，该一个或多个数据库储存对权限、过程工厂内的授权用户、 过程工厂内的工业计算设备以及权限、用户和工业计算设备之间的关联的 指示。权限以及对分配给每个权限的相应用户和工业计算设备的指示可以 被传送到工业计算设备112、113。
因此，工业计算设备112、113可以使用分配给用户和/或工业计算设备 112、113的权限来确定用户具有的对连接到工业计算设备112、113的过程 控制设备的授权级别，作为将设备112、113注册到过程控制网络100的一 部分。如本文所使用的，用户的授权级别可以指用户具有的、对过程工厂 内的过程控制设备的联合访问级别。联合访问级别可以基于分配给用户和/ 或工业计算设备112的一组权限，其中每个权限指定对特定过程控制设备 的访问级别。在一些实施例中，用户的授权级别还可以指用户具有的、对 特定过程控制设备的联合访问级别。联合访问级别可以基于分配给用户和/ 或工业计算设备112、113的每个权限，其指定对特定过程控制设备的访问 级别。
基于在工业计算设备112、113处所接收的用户数据，工业计算设备112、 113提供指示用户是否被认证以及用户是否被授权访问特定的过程控制设 备或在过程控制设备上执行的功能的输出(即视觉表示或图形)。例如，工 业计算设备112、113可以提供请求用户扫描电子ID卡的ID扫描显示。工 业计算设备112、113还可以提供请求用户输入用户名和密码的用户登录显 示。用户还可以通过在工业计算设备112、113处提供输入来影响对过程的控制。例如，便携式工业计算设备112可以提供对由连接到便携式工业计 算设备112的过程控制设备所测量的过程参数的指示。用户可以与便携式 工业计算设备112交互以校准过程控制设备所采用的测量。
在某些实施例中，工业计算设备112、113可以实现任何类型的客户端 (诸如瘦客户端(thin client)、web客户端或厚客户端(thick client))。例 如，工业计算设备112、113可以依赖于用于工业计算设备112、113的操作 所需的大部分处理的其它节点、计算机、工业计算设备或服务器，如果工 业计算设备在存储器、电池电力等方面受到限制(例如，在可穿戴设备中)， 则可能是这种情况。在这样的示例中，工业计算设备112、113可以与服务器150或其它工业计算设备进行通信，其中服务器150或其它工业计算设 备可以与过程控制网络100上的一个或多个其它节点(例如，服务器)进 行通信，并且可以确定显示数据、权限数据和/或过程数据以传送到工业计 算设备112、113。此外，工业计算设备112、113可以将与接收到的用户输 入相关的任何数据传递到服务器150，从而使得服务器150可以处理与用户 输入相关的数据并且相应地进行操作。换而言之，工业计算设备112、113 可以做的不仅仅是渲染图形，并且作为储存数据并执行工业计算设备112、113的操作所需的例程的一个或多个节点或服务器的入口(portal)。瘦客户 端工业计算设备为工业计算设备112、113提供了最低硬件要求的优点。
在其它实施例中，工业计算设备112、113可以是web客户端。在这样 的实施例中，工业计算设备112、113的用户可以经由工业计算设备112、 113处的浏览器与过程控制系统交互。浏览器使得用户能够经由主干105访 问另一个节点或服务器(例如，服务器150)。例如，浏览器可以从服务器 150接收诸如显示数据、权限数据或过程参数数据的数据，允许浏览器描绘 图形以控制和/或监测过程中一些或全部。浏览器也可以接收用户输入(例 如鼠标点击图形)。用户输入可以使得浏览器获取或访问储存在服务器150 上的信息资源。例如，鼠标点击可能使得浏览器(从服务器150)获取并显 示与点击的图形有关的信息。
在其它实施例中，用于工业计算设备112、113的大部分处理可以在工 业计算设备112、113处进行。例如，工业计算设备112、113可以确定对用 户的授权级别。工业计算设备112、113也可以在本地储存、访问和分析数 据。
在操作中，用户可以与工业计算设备112、113进行交互，以对过程控 制网络100中的一个或多个设备(譬如，任何现场设备15-22、40-50或控 制器11)进行分析、监测、配置、排除故障、校准或控制。例如，用户还 可以与便携式工业计算设备112进行交互，以修改或改变与储存在控制器 11中的控制例程相关联的参数。控制器11的处理器30实现或监视一个或 多个(储存在存储器32中的)过程控制例程，其可以包括控制回路。处理 器30可以与现场设备15-22和40-50通信，并且与通信地连接到主干105 的其它节点通信。应当注意，本文描述的任何控制例程或模块(包括质量 预测和故障检测模组或功能模块)可能具有由不同的控制器或其它设备(如 果需要的话)实现或执行的部件。同样地，将在过程控制系统内实现的本 文描述的控制例程或模块可以采用任何形式(包括软件、固件、硬件等)。 控制例程可以以任何期望的软件格式(例如使用面向对象的编程、梯形逻 辑、顺序功能图、功能模块图、或使用任何其它软件编程语言或设计范例) 来实现。具体地，控制例程可以由用户通过工业计算设备112、113来实现。 控制例程可以储存在任何期望类型的存储器(诸如随机存取存储器(RAM) 或只读存储器(ROM))中。类似地，控制例程可以被硬编码到例如一个或多个EPROM、EEPROM、专用集成电路(ASIC)或任何其它硬件或固件 元件中。因此，控制器11可以被配置为(在某些实施例中，由用户使用工 业计算设备112、113)以任何期望的方式实现控制策略或控制例程。
仍然参考图1，无线现场设备40-46使用无线协议(诸如，无线HART 协议)在无线网络70中进行通信。在某些实施例中，工业计算设备112、 113能够使用无线网络70与无线现场设备40-46进行通信。这样的无线现 场设备40-46可以直接与也被配置为进行无线通信(例如使用无线协议)的 过程控制网络100的一个或多个其它节点通信。为了与未被配置为进行无 线通信的一个或多个其它节点进行通信，无线现场设备40-46可以利用连接 到主干105的无线网关35。当然，现场设备15-22和40-46可以符合任何 其它所需的标准或协议，例如任何有线或无线协议，包括将来开发的任何 标准或协议。
无线网关35是可以提供对无线通信网络70的各种无线设备40-58的访 问的提供商设备的示例。具体地，无线网关35提供无线设备40-58与过程 控制网络100的其它节点(包括图1中的控制器11)之间的通信耦合。无 线网关35在一些情况下通过路由、缓冲和定时服务提供与有线和无线协议 栈的较低层的通信耦合(例如，地址转换、路由、分组分段、优先化等)， 同时隧道化(tunneling)有线和无线协议栈的一个或多个共享层。在其它情况下，无线网关35可以在不共享任何协议层的有线和无线协议之间转换命 令。
与有线现场设备15-22类似，无线网络70的无线现场设备40-46可以 执行过程工厂10内的物理控制功能(例如，打开或关闭阀或对过程参数进 行测量)。然而，无线现场设备40-46被配置为使用网络70的无线通信协议 进行通信，而有线现场设备15-22被配置为使用有线通信协议(例如， 现场总线等)进行通信。因此，无线网络70的无 线现场设备40-46、无线网关和其它无线节点52-58是无线通信分组的生产者和消费者，而有线现场设备15-22是有线的通信包的生产者和消费者。
在一些情况下，无线网络70可以包括非无线设备。例如，图1的现场 设备48可以是传统的4-20mA设备，并且现场设备50可以是传统的有线HART设备。为了在网络70内通信，现场设备48和50可以经由无线适配 器52a或52b连接到无线通信网络70。此外，无线适配器52a、52b可以支 持诸如现场总线、PROFIBUS、DeviceNet等的其它通信协 议。此外，无线网络70可以包括一个或多个网络接入点55a、55b，其可以 是与无线网关35进行有线通信的独立的物理设备，或者可以装备有无线网 关35而作为整体设备。无线网络70还可以包括一个或多个路由器58以将 分组从一个无线设备转发到无线通信网络70内的另一个无线设备。无线设 备32-46和52-58可以彼此通信，并通过无线通信网络70的无线链路60与 无线网关35通信。
在某些实施例中，过程控制网络100可以包括连接到使用其它无线协 议进行通信的网络主干105的其它节点。例如，过程控制网络100可以包 括使用其他无线协议的一个或多个无线接入点72，该其他无线些譬如是 WiFi或其它符合IEEE 802.11的无线局域网协议、移动通信协议(譬如， WiMAX(全球互通微波接入)、LTE(长期演进)或其它ITU-R(国际电信 联盟无线电通信部门)兼容协议、，诸如近场通信(NFC)和蓝牙的短波无 线电通信或其它无线通信协议)。通常，这样的无线接入点72允许手持式 或其它便携式计算设备(例如，便携式工业计算设备112)通过与无线网络 70不同的并且支持与无线网络70不同的无线协议的相应无线网络进行通 信。例如，便携式工业计算设备112可以是由过程工厂内的用户使用的移 动工作站或诊断测试设备。在一些实施例中，工业计算设备112、113使用 无线接入点72通过过程控制网络100进行通信。在一些情况下，除了便携 式计算设备之外，一个或多个过程控制设备(例如，控制器11、有线现场 设备15-22或无线设备35、40-58)还可以使用由接入点72支持的无线网 络进行通信。
虽然图1例示了具有有限数量的现场设备15-22、40-50的单个控制器 11，但这只是说明性和非限制性的实施例。任意数量的控制器11可以被包 括在过程控制网络100的提供商设备中，并且任意的控制器11可以与任何 数量的有线或无线现场设备15-22、40-50进行通信，以控制工厂10中的过 程。此外，过程工厂10还可以包括任意数量的无线网关35、路由器58、 接入点55、72、便携式工业计算设备112、固定工业计算设备113和/或无 线过程控制通信网络70。
在一些实施例中，服务器150可以充当登记服务器，用于在过程控制 消息传送服务中注册和登记工业计算设备112、113。换言之，过程控制网 络100可以允许各种工业计算设备112、113、服务器150等之间的通信， 过程控制消息传送网络可以在逻辑上与过程控制网络100分离，以允许使 用过程控制消息传送服务在工业计算设备112、113之中且在工业计算设备 112、113之间进行互通。过程控制消息传送服务是以分布式方式部署在物 理过程控制网络100上的基础设施服务和能力的分组，但是与用于控制器 11与现场设备15-52之间的通信的数字过程控制通信信道或链路在逻辑上 分离。过程控制消息传送服务在IT系统之间、在个人计算机与工业设备112、 113之间提供安全、可靠、快速/响应的通信、消息传递、数据传输和其它 操作。这样做，过程控制消息传送服务实现多个其它联网能力，其包括但 不限于：经由资产管理系统的在工业计算设备112、113与现场设备15-50 之间的通信、工业计算设备112、113与资产管理系统之间的数据同步、来 自工业计算设备112、113的现场设备访问控制以及工业计算设备112、113 (特别是便携式工业计算设备112)的机群管理。过程控制消息传送服务不 取代其它IT网络和安全系统以及服务，而是扩展这些IT能力并提供可适用 于过程控制系统中所需的应用能力的类型的另一层安全/授权、服务和能力。
图2是在过程控制系统或过程工厂10(或其它工业设置或环境)中操 作的示例性过程控制消息传送网络200的框图。具体地，过程控制消息传 送网络200可以包括各种便携式工业计算设备112a-112e，譬如，膝上型计 算机、平板电脑和手持式现场通信器，以及各种固定工业设备113a-113c(诸 如个人计算机和工作站)。各种工业计算设备112a-112e、113a-113c可以经 由一个或多个网络主干202、204、206直接或间接连接。每个主干202-206可以对应于过程控制系统内的不同网络级别。例如，工厂网络和通信系统 10还包括在工厂现场(或多个工厂现场或位置)处的一组互连的通信网络。 具体地，图2所例示的工厂网络包括顶级或商业网络202、工厂管理网络 203和工厂设备网络204，工厂设备网络204连接到一个或多个控制网络206 (在图2中仅例示出其中一个)。如将理解的，工厂网络204和控制网络206 可以是网络105及与其连接的子网络，用于支持图1所例示的现场设备15-50。过程控制消息传送网络200包括或连接到外部服务器网络210，该 外部服务器网络210可以位于(工厂或其它工业设置的)外部场所，例如 云端。
如图2所例示，商业网络202包括可以实现商业、会计、规划等应用 的一组商业计算机、工作站或其它商业固定工业计算设备113a-113c，并且 该网络202经由防火墙设备230被连接到外部服务器系统或网络210。同样 地，商业网络202经由DMZ设备或系统240连接到管理网络203和工厂网 络204，DMZ设备或系统240充当网络到网络中介。一般而言，例如，商 业网络202包括连接到与诸如IEEE 802.3以太网标准的任何适当的通信标 准一致的通信链路242的多个工作站113a-113c。通常，工作站113a-113c 共享具有联网能力的操作系统(诸如，举例开说，由微软公司制造的 WindowsTM)。各种组织角色的用户操作工作站113a-113c来执行工厂内的 日常活动(例如工厂操作员、管理工厂的商业系统等的日常活动)。例如， 工厂操作员可以使用工程师、会计师、营销人员等人员。操作工作站 113a-113c的用户可以具有通常不允许这些用户访问过程工厂网络204或过 程控制网络206的某一组权限。另一方面，这些用户对互联网上的主机的 访问大部分是无限制的，因此，暴露于病毒、恶意软件、劫持企图和其它 网络威胁的风险相对较高。
类似地，管理网络203包括例如经由与诸如IEEE 802.3以太网标准的 任何适当的通信标准一致的通信链路244连接的各种计算机或工作站。图2 中例示为工作站246的个人计算机、工作站或其它固定式工业计算设备中 的一个或多个可以作为机群管理站操作，该机群管理站包括或连接到本地 内容存储库247，本地内容存储库247储存用于工厂中的各种便携式工业计 算设备。类似地，管理网络203可以包括一个或多个过程控制消息传送网络接入点208a，其可以是使得一个或多个便携式工业计算设备112a-112c(每 个具有无线接口)能够以无线方式连接到网络203的无线接入点，从而连 接到工作站246以进行大文件传输、消息传送等，这将在本文中更详细地 进行描述。
以类似的方式，工厂网络204(其可以是图1的网络100)包括例如作 为经由符合诸如IEEE 802.3以太网协议的任何适当的通信标准的通信链路264连接的固定资产或设备的示例的各种计算机或工作站260、数据历史库 262等。网络204经由接入点266(可以是防火墙或控制设备)连接到例如 过程控制网络206。一般而言，工作站260可以是操作员工作站，其使得过 程或控制操作员能够查看和控制过程控制网络206(例如控制器、现场设备 等)中的设备的持续操作，以执行工厂或在线控制操作。这些工作站260 可以包括并且执行各种不同的应用，其使诸如操作员和维护人员之类的人 员可以对控制资产(例如现场设备以及其它类型的资产，例如旋转设备、 振动设备、发电设备等等)进行各种分析。如图2所例示，被例示为工作 站268的一个或多个固定工业计算设备可以作为机群管理站操作，该机群 管理站包括或连接到本地内容存储库270，其储存工厂中的便携式工业计算 设备112d-112f中的各种便携式工业计算设备的本地内容。如果需要，工作 站268可以操作为管理，并且本地内容存储库270可同样地或替代地储存 固定工业计算设备中的各种固定工业计算设备的本地内容。类似地，工厂 网络204可以包括可以是无线接入点的一个或多个过程控制消息传送网络 接入点208b，该无线接入点使得便携式工业计算设备112d-112f中的一个或 多个(每个具有无线通信接口)能够连接到网络204并因此连接到工作站 268以进行大文件传输、消息传送等，这将在本文中更详细地进行描述。便 携式工业计算设备112a-112f可以包括相同类型的多个设备(例如，现场通 信器、示波器、电流表等)，并且可以包括不同类型的设备以及由不同制造 商制造的设备或具有不同能力的设备。
如将理解的，控制网络206可以包括各种控制设备和子网络，例如控 制器、输入/输出(I/O)设备和经由专有或过程控制网络(诸如HART、基 金会现场总线、Profibus、CAN等网络)连接的现场设备，这些子网络可以 使用任何所需的过程控制协议。一般而言，便携式工业计算设备112a-112f 可用于在这些设备和子网络上执行维护、检验、修复、测试、校准和配置 活动。同样，工厂或其它工业设置可以包括诸如设置在其中的振动分析和 监测设备、旋转设备、发电设备等的其它类型的设备，其在图2中未例示， 但可以使用便携式工业计算设备112a-112f中的一个或多个来被维修、维护、 安装、修复、测试、校准等。
此外，过程控制消息传送接入点208a-208c的组合可以分布在每个网络202-206上，用于在工业计算设备112a-112e、113a-113c、246、268之间直 接或间接地连接以接入(即，注册和/或登记)过程控制消息传送网络200， 以及进而接入过程控制消息传送服务。一般而言，这些接入点208a-208c至 少在逻辑上与接入点55a、55b和无线网关35分离，并且在一些实施例中， 与接入点55a，55b和无线网关35在逻辑上分离并且物理上分离。换而言之，在一些实施例中，接入点208a-208c可以使用与接入点55a、55b和无 线网关35相同的硬件，尽管在其它实施例中，接入点208a-208c具有它们 自己的、与接入点55a、55b和/或无线网关35分离的硬件。和图1一样， 虽然图2仅描绘了连接到网络主干202-206的一些设备中的单个设备，但是 应当理解，每个设备可以具有网络主干202-206上的多个实例，实际上，过 程工厂10可以包括用于每个网络级别的多个网络主干202-206。
DMZ层或设备240操作为将过程控制层或网络204和206以及工厂或 工业设置设备网络以及管理网络203与互联网或其它外部网络或公共网络 (诸如商业LAN网络202和外部网络210)分离。在图2的示例性通信系 统10中，工厂LAN层或商业网络202经由路由器/防火墙230连接到互联 网或其它公共网络，并且工厂DMZ层240经由作为DMZ 240的一部分的 路由器/防火墙连接到工厂LAN层或商业网络200。
工厂DMZ 240可以包括若干服务器，例如防病毒服务器、数据服务器 和历史库服务器。众所周知，DMZ层240通常通过将直接暴露于诸如互联 网的较大网络限制到仅几个主机(即，防病毒服务器、数据服务器和历史 库服务器、DNS服务器、Web服务器等)来向本地或工厂网络(例如网络 203、204和206)提供额外的安全性。应当注意，DMZ层或设备240通常可以是任意的中间网络层，其通过将经由实现安全功能以使通信安全的一 个或多个主机引导所有传入和传出的互联网流量来改善系统203、204和206 的安全性。除了过程控制系统或过程工厂10内的过程控制消息传送网络200 之外，过程控制消息传送网络200可以通信地耦合到过程控制系统10的计 算云或其它外部系统210，其中外部系统210包括其自己的IT系统、基础 设施等(包括其自己的服务器212)。在一些实施例中，外部系统210可以 向过程控制系统10提供作为第三方的储存、分析和/或更新服务。例如，外 部系统210可以维护关于过程控制系统10的配置的信息，包括：从工业计 算设备112a-112e、113a-113c、246、268中的各个工业计算设备上传的关于 特定现场设备15-52的配置、诊断等的信息、下载到工业计算设备112a-112e， 113a-113c 246，268整体或大量的工业计算设备中的各个的内容、许可证管 理等。
此外，图2的外部系统210包括各种系统和组件(诸如，举例来说， 终端用户存储库(repository)290、通知器292、内容决定器294和内容下 载器296)，其通常可以一起操作以确定需要下载到工业计算设备 112a-112e、113a-113c、246、268中的各种工业计算设备的内容。系统210 还可以包括一个或多个商业系统或计算机299。商业系统299可以用于购买或获取便携式设备112a-112e、113a-113c、246、248中的一个或多个的新内 容，并且可以以许可密钥、代码等形式提供对这种购买或许可的指示。同 样地，各种防火墙和DMZ设备230和240包括实现工业计算设备与外部网 络210中的组件之间的安全通信的编程或配置。例如，工作站246和268 包括通信软件，其使得这些设备能够操纵DMZ和防火墙设备230和240，以便以安全的方式通过这些设备与外部网络210进行通信。
更具体地，便携式工业计算设备112a-112e可以包括用在工业设置(例 如工业工厂、过程工厂、油井、泵站等)中的现场通信器、校准器和其它 类型的便携式设备，以对现场设备(譬如，过程测量设备、阀、定位器等) 以及工业设置中使用的其它类型的设备或资产(例如旋转设备(举例来说， 涡轮机)、发电设备、振动分析和检测设备等)进行配置、排除故障、校准 和执行其它操作。当然，不同类型和品牌的工业便携式设备可以由相同或 不同的制造商制造，并且便携式工业计算设备112a-112e中的各种便携式工 业计算设备可以具有不同的功能和能力。例如，便携式工业计算设备 112a-112e中的一些可以是现场通信器，其在工厂中的各种子网络206中的 一个或多个上进行通信，以与现场设备(诸如HART或现场总线现场设备) 进行通信。便携式工业计算设备112a-112e中的一些可以是对工厂中的设备 (包括现场设备和其它类型的设备，诸如旋转设备、振动分析器等)进行 校准或配置的校准器或配置器。此外，便携式工业计算设备112a-112e中的 一些设备可以是或可以包括电气测试功能，例如用于测试工厂中的布线和 其它设备(诸如电源)的电流表、电压表、电阻表、阻抗计或万用表。同 样地，便携式工业计算设备112a-112e中的一些可以是本质上安全的，因此 能够在危险环境中使用。便携式工业计算设备112a-112e中的一些可以是由 各种制造商制造的特别配置的便携式设备，或者可以被实现为在通用计算 机上实现的或连接到通用计算机的软件特征或硬件(诸如膝上型计算机、 电话、个人数字助理(PDA)、平板电脑等)。可以基于例如功能、用途、 类型、制造商、用户等或这些和其它特性的任何组合来使用例如作为机群 管理站的工作站246、268中的一个，来将便携式工业计算设备112a-112e 以任何方式分组成一个或多个便携式设备机群。为了提供超出标准IT安全 机制(例如，用户认证、活动目录等)的额外安全性，过程控制消息传送 网络200在终端用户的场所(例如，工厂)处维持外部网络(例如外部云 210)与内部通信网络(通常包括多个隔离网络(包括商业网络202、工厂 网络204、控制网络206等))之间的网络隔离，并且网络到网络中介或DMZ 设备240执行在工厂中的现有路由器之上的运行的软件以互连这些网络。 在一个示例中，DMZ软件实现端口重定向，其保持网络隔离，但允许工厂 网络上的计算机或工业设备获得对包括外部云网络210的其它网络的安全 访问。因此，虽然过程控制消息传送网络200可以包括与过程控制网络100 大致相同或相似的硬件，但是过程控制消息传送网络200与过程控制网络 100在逻辑上保持分离。同时，过程控制消息传送接入点208a-208c分布在多个隔离网络之中，并且过程控制消息传送服务允许跨多个隔离网络的通 信。如本文所使用的，网络202、203、204、206以及与其连接的设备可以 被认为是全部处于被称第一或第二位置的相同的总体位置，或者这些网络 和设备可以被认为处于不同位置。
另外，机群管理站246和268是具有执行相关联的机群管理软件的处 理器的计算机或工作站，在本示例中，该机群管理软件位于终端用户的场 所或在工厂中。这些设备被工厂或机群管理员用作用户接口，例如，用来 管理工厂中所识别的便携式工业计算设备的机群中的每一个。更具体而言， 这些计算机被便携式(或固定)设备机群管理员用来执行与自动和半自动 管理工业便携式设备112a-112f的机群以及固定机群内的内容结合的一些或 所有活动，如果需要的话。同样地，本地内容存储库247和270是数据库， 其在便携式工业计算设备112a-112f(以及固定设备，如果需要的话)的内 容已经下载到各种便携式工业计算设备112a-112f或固定设备113a-113c之 前或之后，在终端用户的场所本地储存该内容。
然而，在诸如图2所例示的至少一个实施例中，在工厂网络外部的外 部云或服务器系统(IT系统、基础设施等)包括作为软件机制的内容决定 器294，其通常在外部云中的IT基础设施(服务器，处理器等)上运行， 以评估多个不同的输入标准，并确定特定客户场所处的特定工业便携式设 备有权拥有或使用哪些过滤的/目标的内容(或特定固定设备的内容)。一般 而言，内容决定器294储存或接收详细描述特征、编程、操作系统、升级 等(所有这些被称为内容)的输入以及指示工业便携式设备112a-112f或固 定设备的配置参数的配置信息，并且确定工业便携式设备或固定设备的机 群中的每个工业设备被允许具有哪些内容。此外，内容下载器296耦合到 内容决定器294，并且经由工厂的外部和内部网络(工业便携式设备或固定 设备在其中使用或定位的)来提供用于将内容下载到由内容决定器294指 定的工业设备的有效的安全连接。
此外，源内容存储库298储存可下载到工业便携式设备112a-112f(或 固定设备，如果需要的话)的所有内容，并且在需要下载到工厂中的便携 式设备112a-112f(或固定设备)时将该内容提供给内容下载器296。通知 器292一模组(例如，在处理器上执行的软件)，该模组在内容变得可用或 被确定可以下载到特定工业设备时(例如在内容决定器294确定使用商业 系统计算机299中的一个计算机而已经获得(例如，许可或购买)新内容 时)向用户发送通知。一般而言，商业系统计算机299包括用户帐号和认 证、采购、订单管理系统、应用或特征储存等，其可以用于获取新内容。 最后，终端用户信息存储库290是数据库和通信模组，其收集并储存关于 或详细描述工业便携式设备112a-112f的机群中的每个工业便携式设备上和 /或在工厂或其它工业设置中的固定设备的机群中的每一组固定设备上的当前内容列表和这些内容的版本的终端用户信息。
图3例示了请求端点(ResquestEndpoint)和响应端点 (ResponseEndpoint)之间的示例性交互的框图，譬如，使用过程控制消息 传送系统架构300的工业计算设备112、113之间的交互。在一个示例中， 防火墙230和/或DMZ 240充当端点，并且更具体地，作为将消息从请求端 点重定向到跨网络的响应端点的中介端点。如上所述，DMZ软件实现端口 重定向，其保持网络隔离，但允许工业计算设备获得对其它网络的安全访 问，并与其它工业计算设备或外部网络进行通信。因此，请求端点可以将 防火墙或DMZ指定为端点，该请求中的信息指定另一网络中的响应端点。 防火墙或DMZ可以接收消息，并使用安全软件来对该消息进行分析和/或 擦除，以便重定向到使用端口重定向的响应端点。
每个端点包括平台和应用。交互可以分为过程控制消息传送服务中的 注册、登记和加入。从下面应当理解的是，过程控制消息传送系统架构300 是独立于平台的，使得其能够实现各种平台之间的通信，这些平台包括但 不限于其它工业设备计算平台(例如，诸如Windows XP、Windows Embedded Compact 2013、Windows 10等的操作系统和介面)和现场设备通信平台(例 如，现场总线、HART等)。
此外，过程控制消息传送系统架构300使得能够基于最佳协议拟合来 为特定应用在物理层(例如，WiFi、通用串行总线(USB)等)指定传输 类型/协议独立性。例如，使用过程控制消息传送系统架构300的便携式工 业计算设备112a可以在经由无线接入点208a连接到过程控制消息传送服务 时指定WiFi传输类型，而便携式工业计算设备112a可以在经由与个人计 算机112b的USB连接连接到过程控制消息传送服务时指定USB传输类型。
特别地，过程控制消息传送系统架构300包括部署在各个工业计算设 备112、113以及集中式计算机(例如服务器150)上的组件和服务。过程 控制消息传送系统架构300的组件和服务被表示为具有在标准IT基础设施 和服务之上(并且更具体地在过程控制网络的传输层之上)的专用通信协 议(例如，TCP/IP、认证、活动目录)的抽象层。因此，在传输层具有对 应于过程控制网络(例如，TCP/IP)的网络通信协议的情况下，过程控制 消息传送服务的通信协议被分层在网络通信协议之上。
过程控制消息传送系统架构300还包括在过程控制消息传送服务的通 信协议之上分层的过程控制通信协议(例如，现场总线、HART等)。因此， 请求的工业计算设备可以指定目的设备(如另一个工业计算设备、现场设 备等)的通信协议。
一般而言，过程控制消息传送系统架构300促进在工厂基础设施内经 由无线或有线连接进行连接的机器平台之间的请求-响应和大数据传输操 作。过程控制消息传送系统架构300被设计为支持工厂或其它工业设置内 的服务的各种活动，譬如，在外部网络或云210内的服务(例如，针对工 业计算设备的许可和更新服务、web服务(例如，web扩展器客户端)等) 与连接到过程控制消息传送网络200的平台(例如，内部工厂服务，其基 本上包括在多平台环境中提供服务的登记平台)之间交换信息。每个平台 可以包括在平台的系统(例如，工业计算设备)上安装和运行的过程控制 消息传送架构的多个实例。另一方面，简单的实现将具有安装有过程控制 消息传送架构的单个实例的一个计算设备(例如，固定的工业计算设备)， 从而使得该计算设备有助于作为与工厂10中的服务或外部网络210中的连 接点。
在请求-响应类型的操作中，过程控制消息传送系统架构支持向平台端 点发送请求，以及通过将响应发送到请求中的指定端点来应答应用主题。 请求和响应活动涉及向端点(被称为“请求端点(RequestEndPoint)”和“响 应端点(ResponseEndPoint)”)发送和接收数据。请求端点是请求传递的目 的地和响应的来源/起源，并且响应端点是响应传递的目的地和请求的来源/ 起源。请求端点和响应端点包括平台和应用。请求响应端点由主题、应用 和平台组成。简而言之，请求/响应操作涉及客户端向在平台上运行的应用 发送请求(主题)，并且具有返回响应。主题托管在运行在平台上的应用中。 主题标识该应用应该执行的主题，主题名称在应用名称空间中的所有主题 中是唯一的。应用是容器，该容器接收主题并且路由用于处理的主题。该 平台具有托管应用的过程。因此，为了达到特定的主题，该请求-响应消息 指定应用、平台和主题标识符。
在大数据传输(LDT)操作中，过程控制消息传送架构支持将文件从 源位置传送到目的地(分别称为“LDT源”和“LDT目的地”)。LTD端点 包括平台ID，它指定源平台和目的平台。LDT源和目的地包括统一资源定 位符(URL)。LDT源指定特定资源，而LDT目的地只需指定位置。
在请求/响应类型的操作(例如，即时/实时消息传送、时间同步)或 LDT操作中，请求可以指定端点之间的通信中的服务质量。例如，请求可 以指定保证传递，由此消息的副本临时保留在数据库或其它始发客户端储 存器中，同时通过确认收到来确定端点客户端能够接收消息，在确收时， 消息的副本将从数据库中删除。另一方面，请求可能不指定保证传递(或 指定非保证传递)，并且发送请求而不保留该消息，并且也不确定端点能够 接收消息。虽然任何操作都可以利用保证或非保证传递，但一般而言，由 于数据传输的规模，大数据传输利用保证传递，而诸如实时或即时消息传 送的请求/响应服务可能更关心交付的及时性并且放弃使用保证传递。
图4描绘了过程控制消息传送架构300、接入点302、306、加入设备 或端点304、308和过程控制消息传送服务310-316之间的示意性关系。使 用遍布过程控制消息传送网络中的设备分布的过程控制消息传送系统架构 300，可以在现场设备304、工业计算设备、外部云、个人计算机308等之 中和之间提供各种过程控制消息传送服务310-316(包括但不限于安全通 信、即时/实时消息传送、文件传输、数据同步、时间同步、工业计算设备 平台更新)。然而，为了使任何设备，特别是便携式工业计算设备112加入 过程控制消息传送服务并利用实现与过程控制消息传送网络中的其它工业 计算设备的通信、消息传送、数据传输和其它交互的服务，工业计算设备 必须注册并登记过程控制消息传送服务。
用于过程控制消息传送系统架构300的公共接口定义被应用或服务用 于执行各种活动。图5A和5B描绘了在过程控制消息传送系统架构300中 定义的主要公共接口和基类的示例。如图5A所示，示例性接口 (IRequestSender)使用多个或一类定义的方法(RequestSenderBase)来基 于应用主题帮助从一个平台到另一个平台的请求。RequestSenderBase是实 现在过程控制消息传送系统架构300级别中定义的IRequestSender接口的抽 象类，并且知晓过程控制消息传送系统架构300的基础设施(例如，消息 传送)。每个请求发送者继承基类。
在本示例中，所定义的方法包括但不限于开始请求(BeginRequest)， 结束请求(EndRequest)，暂停请求(PauseRequest)，恢复请求 (ResumeRequest)和取消请求(CancelRequest)。开始请求是由请求客户 端(响应端点)调用的异步方法，用于根据将被传递到请求端点的应用主 题来启动请求。开始请求方法使用操作请求说明符，该操作请求说明符包 含请求的详细信息，操作完成时调用的异步回调，以及将每个特定异步操 作请求与其它请求区分开来的用户提供的对象。开始请求方法返回表示异 步操作的IAsynOperation，该异步操作在此时仍然是待定。
结束请求方法是在完成请求以读取完成结果时请求客户端调用的方 法。然后，结束请求方法等待待定的异步操作完成，并且利用对待定的异 步请求的引用来结束在异步操作(IAsynOperation)启动时由开始请求方法 返回的异步请求。结束请求方法还返回异步操作的结果。暂停请求方法是 一种请求客户端调用暂停指定的异步操作的方法。当异步操作 (IAsynOperation)启动时，暂停请求方法利用对待定异步请求的引用按开 始请求方法的返回来暂停。恢复请求方法是客户端端点调用以恢复暂停的 指定异步操作的方法。当异步操作(IAsynOperation)启动时，恢复请求方 法同样利用对待定异步请求的引用按照开始请求方法返回来恢复。取消请 求方法是请求客户端调用取消指定的异步操作的方法，并且在异步操作 (IAsynOperation)启动时，使用对待定异步请求的引用以取消由开始请求 方法返回的异步请求。
如图5B所示，示例性接口(RequestReceiver)使用多个或一类定义的 方法(RequestReceiverBase)，基于从一个平台到另一个平台的应用主题来 处理响应。RequestReceiverBase是定义或实现RequestReceiver接口方法的 抽象类，并且在过程控制消息传送系统架构300级别中定义，并且知晓过 程控制消息传送系统架构300的基础设施(例如，消息传送)。每个请求接 收方继承该基类(base class)，并实施抽象方法。
在本示例中，所定义的方法包括但不限于过程请求(ProcessRequest)， 过程暂停(ProcessPausing)，过程恢复(ProcessResuming)，过程取消 (ProcessCancellation)，发送响应(SendResponse)和通知状况改变 (NotifyStateChanged)。过程请求是抽象方法(即，声明但不包含实现的方 法-可能不被实例化，并且需要一个子类来提供实现)，该方法由接收客户端 (请求端点(RequestEndpoint))调用，以根据应用主题来处理进入请求。 过程请求方法利用来自IRequestSender.BeginRequest方法(IAsyncOperation) 的操作请求说明符，并在操作完成后调用发送响应方法。过程暂停方法是 由接收客户端调用的抽象方法，用于处理对来自 IRequestSender.PauseRequest方法的操作的传入的暂停请求。过程暂停方法 利用来自IRequestSender.BeginRequest方法(IAsyncOperation)的操作请求说明符来指定要暂停的操作。过程恢复方法是由接收客户端调用的抽象方 法，用于处理对来自IRequestSender.ResumeRequest方法的操作的恢复请求。 过程恢复方法利用来自IRequestSender.BeginRequest方法 (IAsyncOperation)的操作请求说明符来指定要恢复的操作。过程取消方法 是由接收端点调用的抽象方法，用于处理对IRequestSender.CancelRequest 方法(IAsyncOperation)的操作的传入取消请求。过程取消方法利用来自 IRequestSender.BeginRequest方法(IAsyncOperation)的操作请求说明符来 指定要取消的操作。当取消操作时，过程取消方法可以调用发送响应方法。 发送响应方法是由接收客户端调用的抽象方法，用于将响应发送到由来自IRequestSender.BeginelRequest方法(IAsyncOperation)的请求指示符中所 指示的相应端点。发送响应方法将请求说明符识别、操作状态和操作结果 用作响应的一部分。通知状况改变方法是由接收客户端调用的抽象方法， 用于向由来自IRequestSender.BeginRequest方法(IAsyncOperation)的请求 说明符中所指定的响应端点来发送状态通知更改。
再次参考图5A，示例性接口(ILargeDataTransfer)使用多个或一类定 义的方法(传输请求发送方)来促进从一个平台到另一个平台的大数据传 输。传输请求发送方实现接口ILargeDataTransfer，并在过程控制消息传送 系统架构300级别中定义。接口ILargeDataTransfer允许大数据传输操作的 实例化。
在本示例中，所定义的方法包括但不限于开始传输(BeginTransfer)、 结束传输(EndTransfer)、暂停(Pause)、恢复(Resume)和取消(Cancel)。 开始传输是由请求客户端(响应端点)调用的异步方法，用于启动大数据 传输操作。开始传输方法使用操作传输说明符，该操作传输说明符包含大 数据传输操作的详细信息、大数据传输操作完成时要调用的异步回调、以 及区分每个特定异步大数据传输操作请求与其它大数据传输请求的用户提供的对象。开始传输方法返回表示大数据传输异步操作的异步结果 (IAsyncResult)，其在此时仍然可以是待定。
结束传输方法是在完成大数据传输时由请求客户端调用以读取完成结 果的方法。该结束传输方法等待待定的异步大数据传输操作完成，并且使 用对待定的异步大数据传输请求的引用来结束当异步操作启动时由开始传 输方法返回的异步结果(IAsyncResult)。结束传输方法进一步返回大数据 传输操作结果。暂停方法是请求客户端调用暂停指定的异步大数据传输操 作的方法。当异步大数据传输操作启动时，暂停方法利用对待定异步请求 暂停的引用来暂停由开始传输方法返回的IAsyncResult。恢复方法是请求客 户端端点调用恢复暂停的指定异步大数据传输操作的方法。当异步大数据 传输操作启动时，恢复方法同样利用对待定异步大数据传输请求的引用来 恢复由开始传输方法返回的IAsyncResult。取消方法是请求客户端调用取消 指定的异步大数据传输操作的方法，并且在异步大数据传输操作启动时利 用对待定异步大数据传输请求的引用来取消通过开始传输方法而返回的 IAsyncResult。
以下是过程控制消息传送系统架构300创建、实例化和启动大数据传 输的示例：
使用LargeDataTransferSpecifierBuilder来创建大数据传输说明符：
var specifier＝LargeDataTransferSpecifierBuilder.Build(filePath,destinationPlatform)；
实例化TransferRequestSender：
var ldtSender＝new TransferRequestSender(localEndpoint，newServerFactory())；
初始化该传输：
var operation＝ldtSender.、BeginTransfer(specifier,ar＝>{},null,true))；
operation.StateChanged+＝(s，e)＝>Console.WriteLine(e.State)；
var result＝ldtSender.EndTransfer(operation)；
Console.WriteLine((“LDT operation result:{0}”,result.Status.IsSuccessful)；
图6描绘了由过程控制消息传送系统架构300实现的公共接口的示例。 如图6所示，公共接口包括但不限于主题(Topic)、主题数据(TopicData)、 状态(Status)、用户上下文(UserContext)、异步操作(IAsyncOperation)、 异步操作状况改变事件参数(AsyncOperationStateChangedEventArgs)和异 步操作状况(AsyncOperationState)。Topic接口是表示主题标识符和用作Topic<字符串>的类。TopicData接口是表示主题数据的类。Status接口是响 应于譬如消息的保证(或不保证)传递而使用的状态对象。UserContext用 户上下文接口是包含用户内容信息的类。UserContext用户上下文接口还实 施定义的方法IsEqual(UserContext)，其将一个用户上下文与另一个用户 上下文进行比较，如果上下文相同，则返回true。IAsyncOperation接口表 示异步操作，并为异步操作状态更改通知状况改变提供事件< AsyncOperationStateChangedEventArgs>，该事件在异步操作状态更改时发 生。AsyncOperationStateChangedEventArgs反过来又是一类异步操作状况改 变的参数(arguments)。AsyncOperationState向异步操作状态信息提供异步 操作标识的属性(OperationID)、异步操作类型(Type)以及异步操作的进 度值(Progress)。
如关于图1所述，在一些实施例中，服务器150可以充当登记服务器， 用于在过程控制消息传送服务中注册和登记工业计算设备112、113。过程 控制消息传送服务的管理员可以注册每个工业计算设备。例如，新许可的 工业计算设备112、113可以被添加到过程控制消息传送网络，并且在此时 使用与工业计算设备相关联的唯一标识符来注册。此时，注册可以在工业 计算设备上定义任何限制或授权，包括但不限于订阅其可以在过程控制消息传送网络上通信的其它设备，对特定过程控制消息传送服务的限制等。 此外，在客户工业计算设备(例如，可以由工作在过程控制系统中的外部 承包商使用的)的情况下，工业计算设备可以被限制为对过程控制消息传 送服务的临时访问，而不是永久访问。注册过程还可以向工业计算设备通 知登记服务器的网络地址，使得登记服务器对于工业计算设备是已知的。
在一个实施例中，使用在与单个、众所周知的端点(诸如服务器150) 通信的过程控制消息传送网络上的每个设备的无线接口中的通信模组来提 供登记服务。每次工业计算设备连接到过程控制消息传送网络(例如，经 由无线接入点或经由USB)，登记服务将验证注册，基于订阅状态(如果有 的话)来向登记在过程控制消息传送上的其它端点执行通知，并周期性地 ping工业计算设备来维持连接和登记状态。
图7描绘了工业计算设备与登记服务器150之间的登记过程400的示 例。在一个实施例中，登记过程400是在诸如工业计算设备的平台开始/连 接到过程控制消息传送系统架构300之后的第一活动。没有成功登记，平 台不能另外执行由过程控制消息传送系统架构300提供的任何服务，。如上 所述，登记服务器是不同平台的知名端点。因此，在多平台环境中，存在 一个能够在所有平台连接和启动时验证所有平台的登记请求的指定的登记 服务器。该登记服务器能够查询服务(例如许可服务)，以验证连接平台。
一旦需要注册的工业计算设备来加入过程控制消息传送网络(即，作 为客户端/端点)，则注册的工业计算设备在平台连接到过程控制消息传送网 络时，通过向登记服务器自动发起请求以注册该平台而开始本地操作402 的登记过程。本地操作尝试到达登记服务器404。如果登记服务器不可用或 不可达到，则不执行登记，并且在那时没有过程控制消息传送服务是可能 的。从对等(peer to peer)关系直接连接到个人计算机平台(例如USB电 缆连接)的平台的登记使得个人计算机平台尝试将登记请求路由(转发) 到登记服务器150，只要该个人计算机平台本身不是登记服务器150。
登记服务器验证工业计算设备向过程控制消息传送服务的注册，并且 基于所登记的工业计算设备406的订阅状态来在过程控制消息传送网络上 发布其它设备的地址。工业计算设备的登记被记录，登记服务器周期性地 ping工业计算设备，以维持登记连接和状态408。此时，登记服务器可以向 过程控制消息传送服务通知登记工业计算设备。例如，登记服务可以通知 升级服务特定的工业计算设备已经连接/注册，并且升级服务能够依次向工 业计算设备通知其平台的任何待定的升级。
若已经在过程控制消息传送服务中登记了注册的工业计算设备112，则 端点(即，目的地)对于已登记的(加入的)设备而言是已知的，至少在 所登记的设备的订阅状态允许的情况下，而不管端点位于相同的物理设备 (例如，工业计算设备到工业计算设备)或不同的物理设备(例如，工业 计算设备到现场设备)或不同的平台上。了解端点允许加入的工业计算设 备根据目标平台来构建消息。例如，如果加入的工业计算设备将与现场总 线现场设备通信，则工业计算设备使用过程控制消息传送系统架构300的 过程控制通信协议层来在现场总线协议中生成消息。类似的，如果加入的 工业计算设备将与HART现场设备通信，则工业计算设备使用过程控制消 息传送系统架构300的过程控制通信协议层来生成HART协议中的消息。
一旦生成了消息，工业计算设备112使用过程控制消息传送系统架构 300的过程控制消息传送协议层来将所生成的消息包装在过程控制消息传 送服务的协议中。在一个实施例中，消息可以被包装，使得消息在过程控 制消息传送服务的协议中形成分组的有效负载，过程控制消息传送服务协 议具有附有关于过程控制通信协议(例如，现场总线、HART)的信息和目 的设备的网络地址或标识的报头。
一旦使用过程控制消息传送协议将包装的消息传送到过程控制消息传 送网络，过程控制消息传送网络就可以使用报头中的信息将消息解包或解 码为目的设备的通信协议，并将解包的消息路由/转发到目的设备。一旦将 消息传递到目的设备(平台)，消息就可以基于消息主题和/或应用进一步路 由到特定过程(下面讨论)。例如，基于指定的主题应用，该消息被发送到 该应用以进行进一步处理。应用可以可选地复制消息(或在大数据传输的 情况下的文件)，然后基于消息中指定的主题将消息移动到特定过程。
在加入过程控制消息传送服务的注册的工业计算设备的示例性一般场 景中，便携式工业计算设备需要加入过程控制消息传送网络以便执行工作 活动。工业计算设备使用上述注册和登记服务注册到过程控制消息传送网 络并且登记在其中。在登记时，工业计算设备上的软件应用向过程控制消 息传送服务的消息传送服务提出请求以建立与另一工业计算设备的通信。 请求的工业计算设备发送查询到已知的过程控制消息服务，并且连接的设 备的列表由登记服务查询(queries)并提供。如上所述，使用过程控制消息 传送系统架构300，请求的工业计算设备生成并包装其用于目的设备的消 息。反过来，目的设备可以使用其过程控制消息传送系统架构300来生成 和包装响应消息。
图8是描绘示例性请求/响应操作的序列图500。特定的请求/响应操作 是针对具有作为请求端点的客户端应用的工业计算设备和作为接收端点的 时间同步服务器的时间同步的，但是应当理解的是，示例性场景可以容易 地被修改，以使用其它客户端应用和服务来进行其它请求/响应操作，包括 但不限于涉及多个端点(例如，消息传送多个工业计算设备112、113)的 请求/响应。参考图8，时间同步服务器执行RequestReceiverBase类502的初始化和引导。此后，端点客户端发送异步获得日期时间请求504，并且时 间同步客户端应用提供必要的说明符506。时间同步客户端调用 RequestSenderBase 508的开始请求(BeginRequest)方法，以及 RequestSenderBase将请求发布到消息代理510的客户端实例。消息代理 (MessageBroker)的客户端实例使用过程控制消息传送系统512的消息传 送基础设施发送消息。在服务器端，消息代理的服务器实例从消息传送基 础设施514接收消息，并且消息代理的服务器实例响应于窥视(peek)方法 呼叫516而将消息返回给RequestReceiverBase。RequestReceiverBase接收 消息518，并且调用其自己的抽象方法过程请求520，其如上所述是由继承 自RequestReceiverBase的端点(时间同步服务器)实现的抽象方法。该服 务器生成日期时间响应522，并且时间同步服务器通过调用发送响应方法 524向RequestReceiverBase发送响应。RequestReceiverBase将响应发布到 消息代理526的服务器实例。RequestSenderBase接收响应消息并调用回调 方法528。时间同步客户端经由来自开始请求的回调530接收响应，其中该 回调方法由时间同步客户端实现。时间同步客户端调用RequestSenderBase 532的结束请求方法，并且客户端接收获得日期时间响应534。作为另一个 实施例，一旦建立了通信，请求的工业计算设备的软件应用向过程控制消 息传送服务发出请求以将多个大数据文件从请求的工业计算设备传输到目 的工业计算设备。请求的或目的工业计算设备请求数据文件的列表。然后 根据该请求激活文件传输服务。
图9是描绘示例性大数据传输(LDT)操作的序列图600。特定的大数 据传输操作，尽管应该理解，示例性场景可以容易地被修改，以用于使用 其它客户端应用和服务进行其它大数据传输操作，包括但不限于用于多个 目的地的大数据传输(例如，从外部云210到工业计算设备112、113的更 新)。参考图9，LDT客户端执行从LDT源到LDT目的地的大数据传输。 LDT请求接收方执行启动和初始化例程602，并且LDT数据服务器执行启 动和初始化例程604。LDT客户端启动传输操作606，并且LDT请求发送 方的开始传输方法向LDT源/目的地608提供LDT说明符。LDT请求发送 方调用提供请求说明符610的RequestSenderBase的开始请求方法。 RequestSenderBase使用消息传送基础设施612将请求消息发送到RequestSenderBase，并且RequestSenderBase接收请求消息，处理它，并调 用过程请求抽象方法614。LDT请求接收方过程请求方法的实现调用LDT 服务616的实例化传输消息，并且LDT服务创建传输会话，并使用消息传 送基础设施618来将数据请求消息发送到LDT数据服务器。
LDT数据服务器接收数据请求消息，处理它，并经由消息传送基础设 施620将数据发送到LDT服务。然后，LDT服务接收数据，处理数据，并 发送数据622的下一部分的数据请求消息。LDT服务生成状况改变事件 624，并且LDT请求接收方调用RequestReceiverBase626的通知状况改变 方法。RequestReceiverBase通知状况改变方法的实施使用消息传送基础设 施628将进度消息发送到RequestSenderBase。RequestSenderBase接收进度 消息并生成进度改变时间630。
LDT服务在处理数据的最后部分时关闭LDT会话并生成状况改变(完 成)事件632，并且LDT请求接收方调用RequestReceiverBase 634的发送 响应方法。RequestReceiverBase发送响应方法实现使用消息传送基础设施 636来向RequestSenderBase发送请求完成消息。RequestSenderBase接收请 求完成消息并调用LDT客户端的回调方法638，反过来，LDT客户端调用 LDT请求发送方640的结束传输方法。LDT请求发送方调用 RequestSenderBase 642的结束请求方法，并且RequestSenderBase返回结束 请求方法644上的请求结果。LDT请求发送方将在结束传输方法646上返 回传输结果。
从上述示例中可以理解的其它实施例可以在使用过程控制消息传送系 统登记之后同样地被实现。例如，请求的工业计算设备的软件应用向过程 控制消息传送服务发出请求以开始与目的工业计算设备的实时/即时消息传 送。过程控制消息传送服务的注册服务向所请求的工业计算设备提供连接/ 登记的设备的列表。然后，请求的工业计算设备能够与被注册的目的工业 计算设备进行对等(peer to peer)消息传送。
一旦利用过程控制消息传送服务来进行请求的工业计算设备的软件应 用，则软件应用发出结束与其它设备的通信的请求。在某些情况下，连接 的设备已经失去与网络的连接。在另外的情况下，注册服务更新其内部连 接/登记的设备列表。提供指示设备不再连接到过程控制消息传送网络的通 知。
图10例示了示例性工业计算设备112、113的框图。工业计算设备112、 113可以是手持式设备或便携式计算设备(例如膝上型计算机、平板计算机、 移动设备智能电话、个人数字助理(PDA)、可穿戴计算设备等)。工业计 算设备112、113可以包括显示器84、一个或多个处理器或CPU 88、存储 器52、随机存取存储器(RAM)90、输入/输出(I/O)电路92和通信单元 86，以经由局域网、广域网或任何其它适当的网络来传送和接收数据。通 信单元86可以包括用于接收和解码NFC或RFID信号的NFC或RFID读 取器98。工业计算设备112、113可以与控制器11、服务器150和/或任何 其它适当的计算设备进行通信。
存储器52可以包括操作系统78、用于控制显示器88并与过程控制设 备通信的控制单元94以及用于认证用户并确定用户的授权级别的认证/授 权模组96。在一些实施例中，认证/授权模组96可以确定用户是否可以访 问连接的过程控制设备以及用户被授权在所连接的过程控制设备上执行的 操作的类型。一旦确定用户被授权执行特定功能以对所连接的过程控制设 备执行操作(例如，配置功能)，则控制单元94可以通过接收来自用户的输入、显示来自所连接的过程控制设备的输出、以及与所连接的过程控制 设备进行通信来控制所连接的过程控制设备的配置，以调整所连接的过程 控制设备上的设置。
为了授权用户和工业计算设备访问过程控制设备，服务器150生成指 定对特定过程控制设备的访问级别的权限。例如，第一权限可以允许访问 现场设备A以从该设备读取数据并执行监测功能。第二权限可以允许访问 现场设备B以读取和写入数据到该设备并执行校准和配置功能。另外，第 二许可可以指定用户可以访问过程控制设备的时长(例如，1小时)和工厂 区域。在一些实施例中，系统管理员可以与服务器150进行交互以生成权 限。
除了生成权限之外，服务器150可以将每个权限分配到一个或多个用 户和一个或多个工业计算设备。例如，系统管理员可以向过程工厂中的用 户的第一子集和工业计算设备的第一子集授予第一权限。在某些场景下， 授予相同权限的每个用户可能与过程工厂具有相同或相似的作业功能。例 如，过程工厂中的每个维护技术人员可以被分配相同的权限。在一些实施 例中，权限的指示、过程工厂中的用户的指示、过程工厂内的工业计算设备的指示以及权限、用户和工业计算设备之间的关系可以储存在通信地耦 合到服务器150的一个或多个数据库中。
以下另外的考虑适用于上述讨论。在本说明书中，由任何设备或例程 执行所描述的动作通常指根据机器可读指令来操纵或转换数据的处理器的 动作或过程。机器可读指令可以储存在通信地耦合到处理器的存储器设备 上并从其中获取。换而言之，本文描述的方法可以通过储存在计算机可读 介质(即，存储器设备)上的一组机器可执行指令来体现。当由对应设备 (例如，服务器、用户接口设备等)的一个或多个处理器执行时，指令使 得处理器执行该方法。本文将指令、例程、模块、过程、服务、程序和/或 应用称为储存或保存在计算机可读存储器或计算机可读介质上的情况下， 词语“储存”和“保存”意在排除暂时信号。
此外，虽然术语“操作员”、“人员”、“人”、“用户”、“技术人员”等 与其它术语一起用于描述可以使用或与系统、装置和本文描述的方法交互 的过程工厂环境中的人，这些术语不意图限制。在描述中使用特定术语时， 该术语部分地由于工厂人员参与的传统活动而使用，但并不意图限制可能 参与该特定活动的人员。
另外，在整个说明书中，多个实例可以实现被描述为单个实例的组件、 操作或结构。虽然一个或多个方法的单个操作被例示和描述为单独的操作， 但可以并行执行一个或多个单个操作，并且不需要以所例示顺序执行操作。 作为示例性配置中的单独组件呈现的结构和功能可以被实现为组合结构或 组件。类似地，作为单个组件呈现的结构和功能可以被实现为单独的组件。 这些和其它变化、修改、添加和改进落入本文主题的范围内。
除非另有说明，本文使用诸如“处理”、“计算”、“核算”、“确定”、“识 别”、“呈现”、“导致呈现”、“导致显示”、“显示”等可以指在一个或多个 存储器(例如，易失性存储器、非易失性存储器或它们的组合)、寄存器或 接收、储存、传送或显示信息的其它机器组件内操纵或变换表示为物理(例 如电子、磁性、生物或光学)量的数据的机器(例如，计算机)的动作或 过程。
当以软件实现时，本文所描述的任何应用、服务和引擎可以储存在计 算机或处理器的RAM或ROM中的任何有形的、非暂时的计算机可读存储 器(例如在磁盘、激光盘、固态存储器件、分子存储器存储设备或其它存 储介质)，等等。虽然本文公开的示例性系统被公开为包括在硬件上执行的 软件和/或固件以及其它组件，但是应当注意，这样的系统仅仅是说明性的， 并且不应该被认为是限制性的。例如，可以想到，这些硬件、软件和固件 组件中的任何一个或全部可以专门以硬件、专门以软件或硬件和软件的任 何组合来实现。因此，本领域普通技术人员将容易地理解，所提供的示例 不是实现这种系统的唯一方式。
因此，虽然已经参考具体示例描述了本发明，这些具体示例仅仅是说 明性的而不是对本发明的限制，但是对于本领域普通技术人员显而易见的 是，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对所公开的实施例进行改 变、添加或者删除。
还应当理解，除非在本专利中使用术语“如本文所使用的，术语“……” 在此明确定义为意指……”，或类似的句子，没有意图限制该术语的含义， 明示或暗示超出其明确或普通含义，并且该术语不应被解释为基于在本专 利的任何部分(除了权利要求的语言之外)做出的任何声明在范围上限制。 在本专利末尾引用的权利要求中所述的任何术语以符合单一含义的方式在 本专利中提及的范围内，这是为了清楚起见而进行的，以便不会混淆读者， 并且它并不意味着这种权利要求术语通过暗示或其它方式受到该单一含义 的限制。最后，除非通过提及“手段”一词和没有列举任何结构的功能来 定义要求保护的元素，否则不意图基于35U.S.C.§112(f)和/或前AIA 35 U.S.C.§112的申请的第六段解释任何要求保护的元素的范围。
此外，虽然前面的文本阐述了许多不同实施例的详细描述，但是应当 理解，专利的范围由本专利末尾所阐述的权利要求的词语定义。详细描述 将被解释为仅是示例性的，并且不描述每个可能的实施例，因为描述每个 可能的实施例将是不切实际的，如果不是不可能的话。可以使用现有技术 或在本专利申请日之后开发的技术来实现许多替代实施例，这仍然落在权 利要求的范围内。

Claims (34)

1.一种在过程控制系统中的工业计算设备之间的平台到平台的通信方法，包括：
响应于来自请求的工业计算设备平台的登记请求，在过程控制消息传送服务中登记所述请求的工业计算设备，所述请求的工业计算设备平台和所述过程控制消息传送服务各自具有分层在所述过程控制消息传送服务的通信协议之上的目的工业计算设备平台的通信协议的框架，以及所述过程控制消息传送服务的所述协议分层在网络通信协议之上；
经由与所述网络通信协议相关联的通信传输类型从所述请求的工业计算设备平台接收包装的消息，其中，所述消息由所述请求的工业计算设备平台以所述目的工业计算设备平台的所述通信协议而生成并且被以所述过程控制消息传送服务的通信协议进行包装并具有包括目的工业计算设备平台的标识和所述目的工业计算设备平台的通信协议的报头；
将所述包装的消息解码为所述目的工业计算设备平台的通信协议；以及
将经解码的包装的消息转发到所述目的工业计算设备平台。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，登记所述工业计算设备平台包括：
在过程控制消息传送网络上的登记服务器处接收来自所述请求的工业计算设备平台的登记请求，所述请求包括所述请求的工业计算设备平台的标识和所述登记服务器的标识，所述过程控制消息传送网络在逻辑上独立于用于控制所述过程控制系统内的现场设备的数字过程控制网络；
验证所述请求的工业计算设备平台是否注册到所述过程控制消息传送服务；
如果所述请求的工业计算设备平台先前已经注册到所述过程控制消息传送服务，则允许所述请求的工业计算设备平台参与所述过程控制消息传送服务；以及
基于所述请求的工业计算设备的订阅状态，通知登记在所述过程控制消息传送服务中的其它工业计算设备平台，所述请求的工业计算设备平台已登记，所述订阅状态标识允许与所述请求的工业计算设备通信的那些工业计算设备平台。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括在登记所述请求的工业计算设备之前，将所述请求的工业计算设备平台注册到所述过程控制消息传送服务，其中，注册的步骤包括：
向所述请求的工业计算设备分配唯一标识符，所述唯一标识符唯一地标识在注册到所述过程控制消息传送服务的其它工业计算设备之中的所述请求的工业计算设备；
定义对所述请求的工业计算设备的限制和/或授权；以及
将登记服务器的网络地址通知给所述请求的工业计算设备。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述请求的工业计算设备平台的注册包括对所述过程控制消息传送服务的临时访问。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述请求的工业计算设备平台的注册包括对所述过程控制消息传送服务的永久访问。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述请求的工业计算设备平台的注册包括对由所述过程控制消息传送服务提供的服务中的特定服务的访问。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，由所述过程控制消息传送服务提供的服务包括：用于允许多个工业计算设备平台彼此通信的消息传送服务，以及用于允许多个工业计算设备平台彼此传输数据文件的数据文件传输服务。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，登记所述工业计算设备平台包括：在所述工业计算设备平台连接到所述过程控制消息传送网络时自动登记所述工业计算设备平台。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述工业计算设备平台到所述过程控制消息传送网络的连接是经由无线通信信道到所述过程控制消息传送网络的网络接入点的无线连接。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述工业计算设备平台到所述过程控制消息传送网络的连接是经由有线通信信道到所述过程控制消息传送网络的网络接入点的有线连接。
11.根据权利要求2所述的方法，其中，登记所述工业计算设备平台包括：在接收到来自硬连线连接到所述请求的工业计算设备平台的个人计算平台的所述登记请求的路由时，登记所述工业计算设备平台，其中，所述个人计算平台在所述请求的工业计算设备平台硬线连接到所述个人计算平台时，转发来自所述请求的工业计算设备平台的所述登记请求。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述请求的工业计算设备平台经由通用串行总线(USB)硬连线连接到所述个人计算平台。
13.根据权利要求2所述的方法，还包括：
从所述请求的工业计算设备平台接收对将一个或多个数据文件从所述请求的工业计算设备平台传输到目的工业计算设备平台的请求；以及
激活所述一个或多个数据文件从所述请求的工业计算设备平台到所述目的工业计算设备平台的传输。
14.根据权利要求2所述的方法，还包括：
从所述目的工业计算设备平台接收对将一个或多个数据文件从所述目的工业计算设备平台传输到所述请求的工业计算设备平台的请求；以及
激活将所述一个或多个数据文件从所述目的工业计算设备平台到所述请求的工业计算设备平台的传输。
15.根据权利要求2所述的方法，还包括：
从所述请求的工业计算设备平台接收与另一工业计算设备平台的实时、点对点消息传送的请求；
向所述请求的工业计算设备平台提供登记在所述过程控制消息传送服务中的其它工业计算设备平台的列表；以及
激活将实时消息从所述请求的工业计算设备平台到一个或多个其它工业计算设备平台的的传输。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目的工业计算设备平台包括一个或多个工业计算设备平台，并且其中，将所述包装的消息解码为所述目的工业计算设备平台的通信协议包括：将所述包装的消息解码为所述一个或多个目的工业计算设备平台中的每一个的通信协议，并且其中，转发经解码的包装的消息包括：将经解码的包装的消息转发到所述一个或多个工业计算设备平台中的每一个工业计算设备平台。
17.一种用于在工业计算设备之间的平台到平台通信的系统，包括：
登记服务器，所述登记服务器适于响应于来自请求的工业计算设备平台的登记请求，而在过程控制消息传送服务中登记所述请求的工业计算设备平台，所述请求的工业计算设备平台和所述过程控制消息传送服务各自具有分层在所述过程控制消息传送服务的通信协议之上的目的工业计算设备的通信协议的框架，并且所述过程控制消息传送服务的协议分层在网络通信协议之上；以及
过程控制消息传送系统架构，所述过程控制消息传送系统架构适于：
经由与所述网络通信协议相关联的通信传输类型从所述请求的工业计算设备平台接收包装的消息，其中，所述消息由所述请求的工业计算设备平台以所述目的工业计算设备平台的所述通信协议而生成并被以所述过程控制消息传送服务的通信协议进行包装且具有包括目的工业计算设备平台的标识和所述目的工业计算设备平台的通信协议的报头；
将所述包装的消息解码为所述目的工业计算设备平台的通信协议；以及
将所述解码的包装的消息转发到所述目的工业计算设备平台。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述过程控制消息传送系统架构还适于：
在过程控制消息传送网络上的登记服务器处接收来自所述请求的工业计算设备平台的登记请求，所述请求包括所述请求的工业计算设备平台的标识和所述登记服务器的标识，所述过程控制消息传送网络在逻辑上独立于用于控制所述过程控制系统内的现场设备的数字过程控制网络；
验证所述请求的工业计算设备平台是否注册到所述过程控制消息传送服务；
如果所述请求的工业计算设备平台先前已经注册到所述过程控制消息传送服务，则允许所述请求的工业计算设备平台参与所述过程控制消息传送服务；以及
基于所述请求的工业计算设备的订阅状态，通知登记在所述过程控制消息传送服务中的其它工业计算设备平台，所述请求的工业计算设备平台来登记，所述订阅状态标识允许与所述请求的工业计算设备通信的那些工业计算设备平台。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述登记服务器还适于在登记所述请求的工业计算设备之前，将所述请求的工业计算设备平台注册到所述过程控制消息传送服务，其中，所述登记服务器的注册包括：
向所述请求的工业计算设备分配唯一标识符，所述唯一标识符唯一地标识在注册到所述过程控制消息传送服务的其它工业计算设备之中的所述请求的工业计算设备；
限定对所述请求的工业计算设备的限制和/或授权；以及
将登记服务器的网络地址通知给所述请求的工业计算设备。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述请求的工业计算设备平台的注册包括对所述过程控制消息传送服务的临时访问。
21.根据权利要求18所述的系统，其中，所述请求的工业计算设备平台的注册包括对所述过程控制消息传送服务的永久访问。
22.根据权利要求18所述的系统，其中，所述请求的工业计算设备平台的注册包括对由所述过程控制消息传送服务提供的服务中的特定服务的访问。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，由所述过程控制消息传送服务提供的服务包括：用于允许多个工业计算设备平台彼此通信的消息传送服务，以及用于允许多个工业计算设备平台彼此传输数据文件的数据文件传输服务。
24.根据权利要求18所述的系统，其中，所述登记服务器还适于在所述工业计算设备平台连接到所述过程控制消息传送网络时，自动登记所述工业计算设备平台。
25.根据权利要求8所述的系统，其中，所述工业计算设备平台到所述过程控制消息传送网络的连接是经由无线通信信道到所述过程控制消息传送网络的网络接入点的无线连接。
26.根据权利要求8所述的系统，其中，所述工业计算设备平台到所述过程控制消息传送网络的连接是经由有线通信信道到所述过程控制消息传送网络的网络接入点的有线连接。
27.根据权利要求18所述的系统，其中，所述登记服务器还适于在接收到来自硬连线连接到所述请求的工业计算设备平台的个人计算平台的所述登记请求的路由时，登记所述工业计算设备平台，其中，所述个人计算平台在所述请求的工业计算设备平台硬线连接到所述个人计算平台时，转发来自所述请求的工业计算设备平台的所述登记请求。
28.根据权利要求27所述的系统，其中，所述请求的工业计算设备平台经由通用串行总线(USB)硬连线连接到所述个人计算平台。
29.根据权利要求18所述的系统，其中，所述过程控制消息系统传送架构还适于：
从所述请求的工业计算设备平台接收将一个或多个数据文件从所述请求的工业计算设备平台传输到所述目的工业计算设备平台的请求；以及
激活将所述一个或多个数据文件从所述请求的工业计算设备平台到所述目的工业计算设备平台的传输。
30.根据权利要求18所述的系统，其中，所述过程控制消息传送系统架构还适于：
从所述目的工业计算设备平台接收将一个或多个数据文件从所述目的工业计算设备平台传输到所述请求的工业计算设备平台的请求；以及
激活将所述一个或多个数据文件从所述目的工业计算设备平台到所述请求的工业计算设备平台的传输。
31.根据权利要求18所述的系统，其中，所述过程控制消息传送系统架构还适于：
从所述请求的工业计算设备平台接收与另一工业计算设备平台的实时、点对点消息传送的请求；
向所述请求的工业计算设备平台提供登记在所述过程控制消息传送服务中的其它工业计算设备平台的列表；以及
激活将实时消息从所述请求的工业计算设备平台到一个或多个其它工业计算设备平台的传输。
32.根据权利要求17所述的系统，其中，所述目的工业计算设备平台包括一个或多个工业计算设备平台，并且其中，所述过程控制消息传送系统架构还适于：
将所述包装的消息解码为所述一个或多个目的工业计算设备平台中的每一个的通信协议；以及
将所述解码的包装的消息转发到所述一个或多个工业计算设备平台中的每一个工业计算设备平台。
33.根据权利要求17所述的系统，还包括一个或多个工业计算设备平台，每个工业计算设备平台通信地耦合到所述登记服务器和所述过程控制消息传送架构，每个工业计算设备平台适于：
接收所述解码的包装的消息，所述解码的包装的消息标识主题和应用；
将所述解码的包装的消息引导到所述解码的包装的消息中标识的应用以进行处理；以及
基于所述解码的包装的消息中标识的主题，将所述解码的包装的消息从所述应用引导到一过程。
34.根据权利要求17所述的系统，其中，所述请求的工业计算设备平台驻留在第一网络上，并且所述目的工业计算设备平台驻留在与所述第一网络相隔离的第二网络上，所述系统还包括通信地耦合到所述过程控制消息传送架构和所述请求的工业计算设备平台的中间工业计算设备平台，所述中间工业计算设备平台适于：
保持所述第一和第二网络之间的隔离；
接收所述解码的包装的消息，所述解码的包装的消息标识所述第二网络上的所述目的工业计算设备平台；以及
端口重定向所述消息到在所述解码的消息中所标识的所述目的工业计算设备平台。
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