CN110968052A

CN110968052A - 离散现场设备的智能功能和信号

Info

Publication number: CN110968052A
Application number: CN201910929472.8A
Authority: CN
Inventors: G·K·劳; K·A·布尔
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2020-04-07
Also published as: GB2608712A; GB2578821B; GB202210534D0; JP2020057388A; GB2608020B; GB2608020A; GB2608712B; GB202210535D0; JP7412116B2; GB2608516B; JP2023169432A; GB202210533D0; JP2023169429A; US20230111740A1; GB2608019A; US11531381B2; US20200103946A1; GB2608516A; JP2023169430A; GB202210532D0

Abstract

用于一个或多个现场设备的一组离散输入/输出(I/O)通道可以被分组、组织、并连接到现场模块设备，该现场模块设备可以经由I/O通道连接到编组柜中的电子编组装置。现场模块充当中介，对经由I/O通道接收的消息进行解码以识别用于离散输出(DO)通道的命令，然后该命令被适当地转发。现场模块还可以接收由离散输入(DI)通道上的信号携带的变量值，并将该值编码为可以被发送到编组装置和控制器的消息，从而使DI通道上的变量值可用于控制器。现场模块可以存储配置文件，该配置文件包括有助于各种智能调试技术的信息，这些智能调试技术包括标签的自动感测、自动标签绑定、以及对应于现场模块的控制元件的自动配置。

Description

离散现场设备的智能功能和信号

技术领域

本公开内容总体上涉及过程工厂和过程控制系统，更具体地，涉及对过程工厂中的离散元件赋予智能功能。

背景技术

分布式过程控制系统(诸如分布式或可扩展的过程控制系统，如在发电、化学、石油或其它过程中使用的那些过程控制系统)，通常包括彼此通信地耦合、经由过程控制网络通信耦合到至少一个主机或操作员工作站以及经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线通信耦合到一个或多个现场设备的一个或多个过程控制器。

可以是例如阀、阀定位器、开关和变送器(例如，温度、压力和流量传感器)的现场设备在过程或工厂内执行功能，诸如打开或关闭阀、开启和关闭设备、以及测量过程参数。

通常位于工厂环境内的过程控制器接收指示由现场设备获得的过程测量结果和/或与现场设备有关的其它信息的信号，并执行运行例如不同控制模块的控制器应用，不同控制模块做出过程控制决策、基于所接收的信息生成控制信号，并与现场设备(诸如

无线

和

现场总线现场设备)中执行的控制模块或块协调。

控制模块的执行使得过程控制器通过通信链路或信号路径将控制信号发送到现场设备，从而控制过程工厂或系统的至少一部分的操作，例如，以控制在工厂或系统内运行或执行的一个或多个工业过程的至少一部分。例如，控制器和现场设备控制由过程工厂或系统控制的过程的至少一部分。

输入/输出(I/O)卡(有时称为“I/O设备”或“I/O模块”)，其通常也位于工厂环境内，通常通信地设置在控制器与一个或多个现场设备之间，并在它们之间实现通信，例如通过将电信号转换为数字值，反之亦然。通常，现场设备的输入或输出经由一个或多个I/O卡通信地耦合到过程控制器，该一个或多个I/O卡被配置用于与现场设备输入和输出所使用的通信协议或协议相同的通信协议或协议。具体地，现场设备输入和输出通常被配置用于模拟或离散通信。为了与现场设备通信，控制器通常需要被配置用于现场设备所使用的相同类型的输入或输出的I/O卡。换言之，对于被配置为接收模拟控制信号(例如，4-20mA信号)的现场设备，控制器需要模拟输出(AO)I/O卡来发送适当的控制信号；并且对于被配置为经由模拟信号发送测量值或其它信息的现场设备，控制器通常需要模拟输入(AI)卡来接收所发送的信息。类似地，对于被配置为接收离散控制信号的现场设备，控制器需要离散输出(DO)I/O卡来发送适当的控制信号；并且对于被配置为经由离散信号发送信息的现场设备，控制器需要离散输入(DI)I/O卡。通常，每个I/O卡可以连接到多个现场设备输入或输出，其中到特定输入或输出的每个通信链路被称为“通道”。例如，120通道DO I/O卡可以通信地连接到120个不同的离散现场设备输入，使控制器能够(经由DO I/O卡)将离散控制输出信号发送到120个不同的离散现场设备输入。

如本文所使用的，现场设备、控制器和I/O设备通常被称为“过程控制设备”，并且通常位于、设置在或安装在过程控制系统或工厂的现场环境中。由一个或多个控制器形成的网络、通信地连接到一个或多个控制器的现场设备、以及促进控制器与现场设备之间的通信的中间节点可以被称为“I/O网络”或“I/O”子系统。

来自现场设备和控制器的信息通常通过数据高速通道或通信网络(“过程控制网络”)可用于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、手持设备、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)，其通常被放置在远离工厂的较苛刻的现场环境的控制室或其它位置，例如，在过程工厂的后端环境中。

通过过程控制网络发送的信息使操作员或维护人员能够经由连接到网络的一个或多个硬件设备执行关于过程的期望功能。这些硬件设备可以运行应用，其使操作员能够例如改变一个或多个过程控制例程的设置，修改过程控制器或智能现场设备内的控制模块的操作，查看过程的当前状态或过程工厂内的特定设备的状态，查看现场设备和过程控制器生成的报警，为了培训人员或测试过程控制软件的目的模拟过程操作，诊断过程工厂内的问题或硬件故障等。由硬件设备、控制器和现场设备使用的过程控制网络或数据高速通道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(Emerson Process Management)销售的DeltaV^TM控制系统包括存储在过程工厂内的不同位置处的不同设备内并由其执行的多个应用。驻留在过程控制系统或工厂的后端环境中的一个或多个工作站或计算设备中的配置应用使用户能够创建或改变过程控制模块，并经由数据高速通道将这些过程控制模块下载到专用分布式控制器。通常，这些控制模块由通信互连的功能块组成，这些功能块是面向对象的编程协议中的对象，这些功能块基于其输入在控制方案内执行功能并且向控制方案内的其它功能块提供输出。配置应用还可以允许配置设计者创建或改变操作员界面，该操作员界面由查看应用使用以向操作员显示数据并使操作员能够在过程控制例程内改变设置，诸如设定点。

每个专用控制器以及在一些情况下，一个或多个现场设备存储并执行相应的控制器应用，该控制器应用运行被分配和下载到其上的控制模块以实现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通道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通道从控制器应用接收数据并使用用户界面向过程控制系统设计者、操作员或用户显示该数据，并且可以提供多个不同视图(诸如操作员的视图、工程师的视图、技术人员的视图等)中的任何一个。数据历史库应用通常存储在数据历史库设备中并且由数据历史库设备执行，该数据历史库设备收集并存储跨数据高速通道提供的数据中的一些或全部数据，而配置数据库应用可以在附接到数据高速通道的另外的计算机中运行以存储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。

一般而言，在包括设计阶段、安装阶段和调试阶段的多步骤过程之后使过程工厂(或工厂的一部分)联机。在设计阶段期间，设计人员开发通用控制策略并识别过程元件(即，识别实施控制策略所需的装备和过程控制设备)。在安装阶段期间，安装过程元件。在调试阶段期间，对过程元件进行测试，并且通常使过程元件达到系统或工厂能够按预期运行的程度。不幸的是，在开始安装和调试之前很难完全设计工厂的某些方面。这些阶段本质上可以是稍许迭代的，并且可以至少部分地并行地执行。

例如，设计I/O网络或子系统是复杂的多步骤过程。几十年来，已经使用了专用I/O架构，其中每个控制器都具有一个或多个专用多通道I/O卡，它们经由背板物理连接到控制器。不幸的是，设计这种专用I/O架构是一项重大任务。首先，设计过程和仪表图(“P&ID”)，提供控制元件的早期视图以及它们如何用于控制策略。然后，从这些P&ID中导出仪器列表，这是设计中每个元件(例如，现场设备)的详细列表，包括设备类型、制造商、校准范围等，以及与过程装备内的每个元件的物理位置。然而，在定义I/O子系统之前通常不能完成现场布线设计，并且在控制策略中定义现场信号使用之前通常不能定义I/O子系统，以便信号和控制策略可以被分配给适当的控制器。一旦知道每个控制器的信号计数，就可以指定每个控制器的实际I/O子系统，从而实现现场布线设计的完成。

不幸的是，项目改变和重新设计经常破坏现场布线安装并使其复杂化。通常，在完成现场布线设计之后，可以安装物理通信链路以构建I/O网络。传统上，“有线编组”已经成为用于建立物理通信链路(例如，两个或三个接线链路)的可接受的行业惯例。这种有线编组是一项重大任务，现场技术人员将现场设备接线到现场接线盒(“FJB”)中的端子块，然后将这些FJB接线端子接线到I/O室(有时称为“控制室”)中的编组柜中的第一组端子块。现场技术人员然后将编组柜中的第一组端子块接线到编组柜中的第二组端子块，然后将第二组端子块接线到“系统机柜”中的适当的I/O卡。此I/O卡通常通信地耦合到控制器(例如，经由背板)，该控制器被分配以控制或监视有问题的现场设备。

编组柜代表通信互连点，其可以是在设计和调试阶段期间的问题源。由于电线通常从现场(通过多芯电缆)到编组柜，因此机柜中的布线通常必须进行交叉编组，以确保每个连接的现场设备都连接到其适当的I/O卡和通道。具体地，现场设备通常连接到编组柜中的第一组终端，并且I/O卡通常连接到编组柜中的第二组端子。为了确保正常操作，第一组端子中的每个端子必须接线到第二组端子中的恰当端子(即，交叉编组)，以确保例如当控制器尝试向现场设备发送命令时，预期的现场设备接收命令。

交叉编组可能引起问题。特别地，“映射误差”可能发生在多个点。作为第一示例，现场设备输出可以接线到编组柜中的错误端子，从而接线到错误的I/O卡通道，导致现场设备发送的信息被分配给错误的系统变量(例如，当现场设备错误地接线到与正确的I/O卡相同类型的I/O卡时)，或者导致控制器简单地无法接收由现场设备发送的信息(例如，当现场设备错误地接线到与正确的I/O卡不同类型的I/O卡)。作为第二示例，即使现场设备正确地连接到编组柜，编组柜和I/O卡之间的布线也可能不正确，导致同样的问题。作为第三示例，即使现场设备和I/O卡都正确地接线到编组柜，交叉编组中的误差也可能导致相同的问题。此外，即使所有接线都正确，工程师也可能错误地将错误的系统变量分配给I/O通道，从而导致错误。识别错误来源并确定这些错误是源于布线错误还是源于软件配置错误可能会耗费大量时间和人力。简单地说，就像世界各地数十亿台电视机的错综复杂的线路一样，跟踪电线的来路或走向变得越来越难-使人为错误的可能性更大。

恶化的问题是，现场布线活动通常需要在(多个)I/O子系统设计完成之前很久才开始。这在设计中产生了一段不确定的时期，其中假设是基于可用信息，该可用信息经受由于项目范围变化或由于导致硬件变化的控制逻辑变化而变化。这些后期变化可能成本很高，特别是如果必须将现场设备重新分配给新控制器。这些变化可能是昂贵的，不仅由于到新的I/O卡的通信链路的重新接线，而且还由于容纳附加装备所需要的额外的机柜空间。

简而言之，在I/O网络中添加任何过程控制设备或其它元件以适应后期设计变化将增加成本，因为这些变化影响工程图、现场布线并且有时还影响系统柜占地面积。不可避免的是，每个项目都会看到其后期变化的份额。这些变化可能来自：控制策略设计的变化；防滑装备要求的最新定义；所需的控制CPU容量的低估；添加现场设备；改变设备类型(例如，用模拟变送器代替限位开关)；等等。

这些围绕I/O要求的后期项目变化-常见问题-可能在整个实施中具有多米诺骨牌效应。它们可能导致绘图返工、控制系统分区、移动电线、和建设新机柜。甚至像更换已安装的现场设备这样简单的事情也很复杂。例如，如果连接到DO I/O卡的已安装现场设备被替换为新设备，该新设备被配置为经由模拟信号接收控制命令，则现场技术人员需要找到具有空通道的AO I/O卡或安装新的AO I/O卡。然后，现场技术人员可能需要移除现场设备与编组柜之间的布线，编组柜中的端子之间的布线以及编组柜与I/O卡之间的布线。最后，现场技术人员需要将新的现场设备接线到编组柜，必要时将新的I/O卡接线到编组柜，并确保编组柜中的交叉编组正确耦合到编组柜内的适当端子。

总之，所有后期变化都会增加项目的时间、成本和风险，只能通过传统的专用I/O架构的不灵活性和确保现场设备通信耦合到适当的I/O卡和I/O卡通道所必需的交叉编组来扩大的问题。

至于调试，通常过程工厂或系统的调试涉及将工厂或系统的各部件带到系统或工厂可按预期操作的程度。已经安装过程元件后，至少会调试过程元件中的一些过程元件。例如，现场设备、采样点、和/或其它元件可以经受调试。调试是一个参与式的(involved)而复杂的过程，通常包括多个动作或活动。例如，调试可以包括这样的动作或活动，诸如，除了其它以外，验证或确认所安装的过程控制设备(诸如现场设备)的身份及其预期的连接；确定并提供唯一识别过程控制系统或工厂内的过程控制设备的标签；设置或配置设备的参数的初始值、限制等；在各种条件下验证设备的安装、操作和行为的正确性(例如，通过操纵提供给设备的信号并执行其它测试)，以及其它调试活动和动作。调试期间的设备验证对于安全原因很重要，并且符合法规和质量要求。

在包括设备的过程控制回路上执行其它调试动作或活动。一般而言，“过程控制回路”包括一个或多个现场设备和控制器，该控制器被配置为彼此通信以实现控制方案。例如，控制回路可以包括可以致动以改变操纵变量(例如，当阀打开时通过管道的冷水的流动)的现场设备(例如，用于到罐的入口管线的控制阀)；测量受操纵变量的变化影响的一个或多个受控变量的一个或多个现场设备(例如，罐中的水温)；控制致动现场设备以实现操纵变量的期望值的控制器。

在任何情况下，控制回路上的调试动作或活动包括例如，验证跨互连(例如，在编组柜中发现的互连)发送的各种信号导致互连两端处的预期行为，执行对过程控制回路的完整性检查，生成竣工I/O列表以指示在工厂内实现的设备的实际物理连接以及记录其它“已安装”数据，仅举几例。

通常，过程工厂的调试需要将在过程工厂的现场环境中安装、设置和互连的物理设备、连接、布线等。在工厂的后端环境中，集成、验证或调试并存储专门识别和/或寻址各设备、其配置及其互连的数据。这样，在已经安装和配置物理硬件之后，将标识信息、逻辑指令和其它指令和/或数据下载或以其它方式提供给设置在现场环境中的各设备，使得各设备能够与其它设备通信。

当然，除了在后端环境中执行的调试动作之外，还执行调试动作或活动以单独或整体地验证物理和逻辑设备的现场环境中的连接和操作的正确性。例如，现场设备可以物理安装并单独验证，例如，通电、断电等。然后，现场设备的端口可以物理连接到调试工具，通过该调试工具可以将模拟信号发送到现场设备，以及可以测试现场设备响应各种模拟信号的行为。类似地，其通信端口被调试的现场设备最终可以物理连接到编组柜上的端子块，并且可以测试端子块与现场设备之间的实际通信。值得注意的是，调试可能会揭示系统设计或现场布线中的错误。这些错误可能导致之前讨论过的一些代价高昂的后期项目变化。

通常，现场环境中的现场设备和/或其它部件的调试需要部件标识的知识，并且在一些情况下，需要部件互连的知识，使得测试信号和响应可以在现场设备和其它环路部件之中进行通信，并且结果行为得到验证。在当前已知的调试技术中，这种标识和互连知识或数据通常由后端环境提供给现场环境中的部件。例如，后端环境将用于控制模块的现场设备标签下载到智能现场设备中，该智能现场设备将在实时工厂操作期间由控制模块控制。

发明内容

本文公开了用于将智能功能添加到“哑”离散现场设备和离散信号的技术、系统、装置、部件、设备和方法。所述技术、系统、装置、部件、设备、和方法可以应用于工业过程控制系统、环境和/或工厂，其在本文中可互换地称为“工业控制”、“过程控制”或“过程”系统、环境和/或工厂。通常，这种系统和工厂以分布的方式提供对一个或多个过程(在本文中也称为“工业过程”)的控制，该一个或多个过程用于制造、精炼或转化原始物理材料以生成或生产产品。

所描述的技术、系统、装置、部件、设备和方法使得一个或多个现场设备的一组离散I/O通道能够被分组、组织、并连接到现场模块设备(有时更一般地称为“现场模块”、“过程控制设备”或“过程控制实体”)，该现场模块设备可以经由单个I/O通道连接到编组柜中的电子编组装置。现场模块充当中介、解码通过单个I/O通道接收的消息，以识别DO通道的命令，然后将该命令转发到适当的DO通道。有利地，控制器可以经由连接到电子编组装置的单个I/O通道参考多个DO信号。现场模块还可以接收由DI通道上的信号携带的变量值，并将值编码为可以被发送到编组装置和控制器的消息，从而使DI通道上的变量值可用于控制器。

现场模块可以存储包括与调试和配置现场模块以及任何连接的现场设备有关的信息的配置文件，诸如现场模块本身特有的标签和/或连接到现场模块的DI和DO通道所特有的信号标签。配置文件中的信息可以由电子编组装置(尤其是由连接到编组装置的信号表征部件或模块)自动感测，使配置文件中的任何标签能够被分配或绑定到I/O通道，该I/O通道上存在相应DI或DO信号。这些用于自动感测现场模块的标签并自动更新标签的绑定的自动感测和绑定技术使得能够轻松快速地重新配置和重新接线I/O网络。

一个或多个控制器可以被配置为自动配置对应于现场模块的DIO控制元件或功能块，该DIO控制元件或功能块可以被控制例程用于写入连接到现场模块的DO信号和/或读取由连接到现场模块的DI信号携带的值。在该自动配置过程期间，DIO控制元件的输入被绑定到表示连接到现场模块的DO信号的信号标签，使得其它例程或块能够通过写入DIO控制元件输入来写入DO信号。类似地，DIO控制元件的输出被绑定到表示DI信号的信号标签，使得其它例程或块能够通过接收和读取DIO控制元件的输出来读取DI信号所携带的值。

还描述了可用于更新现场模块的配置文件的便携式设备。一般而言，便携式设备可以与现场模块建立一个或多个短程通信通道，并使用该通信通道将新信息下载到现场模块的配置文件。示例性短程通信通道包括RFID通道、NFC通道、蓝牙通道和Wi-Fi直接通道。有利的是，便携式设备使得现场环境中的人员能够快速且容易地更新现场模块，同时非常接近(例如，在更新现场布线以添加、替换或移除到现场设备的通道之后)而不是要求该人员返回工厂后端环境中的工作站。因此，便携式设备使人员能够在视觉上检查现场模块并确认或再确认更新的配置文件中的信息准确地反映了现场布线、现场设备连接或控制方案的变化。

注意，已经提供了该发明内容以介绍以下在具体实施例中进一步描述的一些概念。如具体实施例中所解释的，某些实施例可以包括本发明内容中未描述的特征和优点，并且某些实施例可以省略本发明内容中描述的一个或多个特征和/或优点。

附图说明

图1A是包括I/O网络的示例性过程工厂的框图，该I/O网络根据本文描述的一个或多个离散I/O管理技术配置，并且包括可以使用本文描述的一个或多个智能调试技术来调试的离散元件。

图1B描绘了可以由图1A中所示的控制器实现的控制例程之一的示例。

图2是描绘具有专用I/O架构的现有技术I/O网络的框图，该I/O架构包括固定的专用I/O卡和直接编组。

图3是描绘图1A中所示的I/O网络之一的框图，其可利用本文描述的技术容易地设计、布线、重新设计和调试。

图4A示出了从模板创建的未配置的DIO控制元件，该模板可用于创建DIO控制元件的实例，例如图3中所示的DIO元件。

图4B示出了包括离散控制(DC)功能块的控制例程，该离散控制(DC)功能块可以链接到一个或多个其它块(诸如图4A中所示的DIO元件)，并且可以从(多个)链接块接收(多个)离散的输入信号以及可以基于由DC功能块执行的逻辑向(多个)链接块提供离散输出信号。

图5例示了支持图3中所示的电子编组部件的示例性电子编组块或装置的剖面图。

图6是智能调试诸如图3中所示的现场模块的现场模块的示例性方法的流程图。

图7是自动配置与现场模块相关联的控制元件(例如图3中所示的控制元件)和用于现场设备的一个或多个离散输入或输出的示例性方法的流程图。

图8A是可用于更新诸如图3中所示的现场模块的现场模块的配置文件的示例性便携式设备的框图。

图8B是利用诸如图8A中所描绘的便携式设备更新配置文件的示例性方法的流程图。

图9A描绘了可以由连接图3中所示的现场模块和DIO CHARM的通道携带，并且可以根据第一协议对其进行编码、解码、发送或接收的示例性数据或通信信号。

图9B描绘了可以由连接图3中所示的现场模块和DIO CHARM的通道携带，并且可以根据第二协议对其进行编码、解码、发送或接收的示例性数据或通信信号，该第二协议与图9A中所示的第一协议相比具有许多优点。

图10A是根据图9B中所示的协议对消息进行编码的示例性方法的流程图，其可以由图3中所示的DIO CHARM和/或现场模块实现。

图10B是根据图10A中所示的协议解码消息的示例性方法的流程图，其可以由图3中所示的DIO CHARM和/或现场模块实现。

具体实施方式

如上所述，过程工厂、过程控制系统、或过程控制环境，当在线操作以实时控制一个或多个工业过程时，可以利用本文描述的新颖的智能调试技术、系统、装置、部件、设备和/或方法中的一个或多个来调试。当在线调试和操作时，过程工厂包括与过程控制系统一起执行物理功能以控制在过程工厂内执行的一个或多个过程的一个或多个有线或无线过程控制设备、部件或元件。过程工厂和/或过程控制系统可以包括例如一个或多个有线通信网络和/或一个或多个无线通信网络。另外，过程工厂或控制系统可以包括集中式数据库，诸如连续、批量、资产管理、历史库和其它类型的数据库。

下面，描述被组织成描述以下内容的部分：(I)示例性工厂环境，其中可以找到用于离散过程元件的改进的I/O网络；(II)具有专用I/O架构的现有技术I/O网络，包括固定的专用I/O卡和直接编组；(III)用于离散过程元件的改进的I/O网络；(四)用于离散过程元件的智能调试技术；(五)改进的离散I/O通信协议；(六)其它考虑因素。

I、示例性工厂环境5

为了说明，图1A是示例性过程工厂、过程控制系统或过程控制环境5的框图，包括根据本文描述的离散I/O信号管理技术中的一个或多个进行配置的输入/输出(I/O)网络7。注意，在过程控制行业中，术语“I/O”有时用于许多相关但不同的上下文中。该术语通常是指将现场设备通信地耦合到I/O卡或控制器(例如，“I/O通道”)的逻辑链路或通信通道，但是当涉及许多其它概念(例如，经由I/O通道(例如，“I/O设备”或“I/O卡”)向现场设备发送信号或从现场设备接收信号的设备、与I/O设备相关联的连接器或端子(例如，“I/O连接器“)、在I/O通道上发送的信号(例如，“I/O信号”)、由信号表示的变量或命令(例如，“I/O参数”)、或信号携带的变量或命令的值(例如，“I/O参数值”))时可以使用该术语。在本文中在没有修饰语的情况下引用术语“I/O”的范围内，句子的上下文应该解释清楚正在讨论这些概念中的哪个概念。此外，应该理解，“I/O通道”表示特定类型的“通信通道”或“通道”。即，除非句子的上下文另有建议，否则在没有修饰语“I/O”的情况下，在本说明书中对术语“通道”或者术语“通信通道”的引用在一些实施方式中可以指代可以是I/O通道的通信链路，但是在一些实施方式中也可以指代除I/O通道之外的通信链路。

过程工厂5控制过程，该过程可以说具有表征过程状态的一个或多个“过程输出”(例如，罐水平、流速、材料温度等)和一个或多个“过程输入”(例如，各种环境条件和致动器的状态，对其的操纵可能导致过程输出改变)。图1A的过程工厂或控制系统5包括现场环境122(例如，“过程工厂车间122”)和后端环境125，其中每一个通过过程控制主干或数据高速通道10可通信地连接，该过程控制主干或数据高速通道10可以包括一个或多个有线和/或无线通信链路，并且可以使用任何期望的或合适的通信协议(诸如，举例来说，以太网协议)来实现。

在高级别(并且如图1A所示)，现场环境122包括物理部件(例如，过程控制设备、网络、网络元件等)，其被布置、安装和互连以操作来控制运行时期间的过程。例如，现场环境包括I/O网络6和I/O网络7。总的来说，这些I/O网络中的每一个的部件被定位、布置或以其它方式包括在过程工厂5的现场环境122中。一般而言，在过程工厂5的现场环境122中，使用设置在其中的物理部件接收和处理原材料以生成一种或多种产品。

相比之下，过程工厂5的后端环境125包括各部件(诸如计算设备、操作员工作站、数据库或数据银行等)，其被屏蔽和/或保护免受现场环境122的恶劣条件和材料的影响。在一些配置中，包括在过程工厂5的后端环境125中的各计算设备、数据库和其它部件和装备可以在物理上位于不同的物理位置，其中一些可以是过程工厂5的本地位置，其中一些可以是远程的。

A、工厂5的现场环境122

如上所述，现场环境122包括I/O网络6和7，每个I/O网络可以耦合到工厂网络10。每个I/O网络6和7包括一个或多个控制器、通信连接到一个或多个控制器的现场设备\和促进控制器与现场设备(例如，I/O卡)之间的通信的中间节点。

过程工厂5中的每个过程控制器实现由一个或多个控制例程定义的控制策略，该一个或多个控制例程可以存储到控制器的存储器中。当控制器的处理器执行一个或多个控制例程时，控制器通过到其它现场设备的有线或无线过程控制通信链路或网络向现场设备发送控制信号(即“控制输出”),以控制过程工厂5中的操作。控制器可以基于以下各项生成控制信号：(i)一个或多个接收的信号，其可以被称为“控制输入”(例如，一个或多个接收的表示现场设备获得的测量结果的信号)，和(ii)一个或多个控制例程的逻辑，其可以由一个或多个软件元件(例如，功能块)定义。通常，控制器基于反馈(即，受控变量的测量值)和过程输出的期望值(即，设定点)来操纵过程输入(其可以被称为“操纵变量”)以改变特定过程输出(其可以被称为“受控变量”或简称为“过程变量”)。

通常，至少一个现场设备执行物理功能(例如，打开或关闭阀、增加或降低温度、进行测量、感测条件等)以控制在过程工厂5中实现的过程的操作。某些类型的现场设备通过使用I/O设备(例如，“I/O卡”)与控制器通信。过程控制器、现场设备和I/O卡可以是有线的或无线的，并且任何数量和组合的有线和无线过程控制器、现场设备和I/O设备可以包括在过程工厂环境或系统5中。

例如，图1A例示了过程控制器11，其经由输入/输出(I/O)卡26和28通信地连接到有线现场设备15-22，并且经由无线网关35和数据告诉通道10通信地连接到无线现场设备40-46。在一些配置(未示出)中，控制器11可以使用除主干10之外的一个或多个通信网络通信地连接到无线网关35，诸如通过使用任意数量的支持一个或多个通信协议的其它有线或无线通信链路，一个或多个通信协议例如为Wi-Fi或其它符合IEEE 802.11的无线局域网协议、移动通信协议(例如，WiMAX、LTE或其它ITU-R兼容协议)、

Profibus、

现场总线等。

作为示例，可以是由艾默生过程管理公司出售的DeltaV^TM控制器的控制器11可以操作以使用现场设备15-22和40-46中的至少一些现场设备来实现批量过程或连续过程。在实施例中，除了通信地连接到过程控制数据高速通道10之外，控制器11还使用例如与标准4-20mA设备、I/O卡26、28和/或任何智能通信协议(诸如

现场总线协议、

协议、无线

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40-46中的至少一些现场设备。在图1A中，控制器11、现场设备15-22和I/O卡26、28是有线设备，现场设备40-46是无线现场设备。当然，有线现场设备15-22和无线现场设备40-46可以符合(多个)任何其它期望的标准或协议，诸如任何有线或无线协议，包括将来开发的任何标准或协议。

图1A的过程控制器11包括处理器30，其实现或监督一个或多个过程控制例程38(例如，存储在存储器32中的过程控制例程)。处理器30被配置为与现场设备15-22和40-46通信以及与通信地连接到控制器11的其它节点通信。应当注意，如果期望的话，本文描述的任何控制例程或模块可以具有由不同的控制器或其它设备实现或执行的部分。同样地，本文描述的将在过程控制系统5内实现的控制例程或模块38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实现，诸如使用面向对象编程、梯形逻辑、顺序功能图、功能框图、或使用任何其它软件编程语言或设计范例。控制例程38可以存储在任何期望类型的存储器32中，诸如随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)。同样，控制例程38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可以被配置为以任何期望的方式实现控制策略或控制例程。

控制器11使用使用通常所说的功能块来实现控制策略，其中每个功能块是整个控制例程的对象或其它部分(例如，子例程)并且与其它功能块一起操作(经由称为链路的通信)来实现过程控制系统5内的过程控制回路。基于控制的功能块通常执行以下之一：(i)输入功能，诸如与变送器、传感器或其它过程参数测量设备相关联的输入功能(有时被称为“输入块”)；(ii)控制功能，诸如与执行PID、模糊逻辑等的控制例程相关联的控制功能(有时称为“控制块”)；或者(iii)输出功能，其控制某个设备(例如阀)的操作，以在过程控制系统5内执行某个物理功能(有时称为“输出块”)。当然，存在混合和其它类型的功能块。

功能块可以存储在控制器11中并由控制器11执行，这通常是这些功能块用于标准4-20mA设备和某些类型的智能现场设备(诸如

)或与之相关联的情况，或者可以存储在现场设备本身中并由其实现，这可以是

现场总线设备的情况。一个或多个控制例程38可以实现一个或多个控制回路，其通过执行一个或多个功能块来执行。

有线现场设备15-22可以是任何类型的设备，诸如传感器、阀、变送器、定位器等，而I/O卡26和28可以是任何类型的过程控制I/O设备，其符合任何期望的通信或控制器协议。在图1A中，现场设备15-18是标准的4-20mA设备或

设备，它们通过模拟线路或组合的模拟和数字线路与I/O卡26通信，而现场设备19-22是智能设备(诸如

现场总线现场设备)，其使用

现场总线通信协议通过数字总线与I/O卡28通信。然而，在一些实施例中，有线现场设备15、16和18-21中的至少一些有线现场设备和/或I/O卡26、28中的至少一些I/O卡附加地或替代地使用过程控制数据高速通道10和/或通过使用其它合适的控制系统协议(例如，Profibus、DeviceNet、Foundation Fieldbus、ControlNet、Modbus、HART等)与控制器11通信。

在图1A中，无线现场设备40-46使用无线协议(诸如

协议)经由无线过程控制通信网络70进行通信。这样的无线现场设备40-46可以直接与无线网络70的一个或多个其它设备或节点通信，这些设备或节点也被配置为进行无线通信(例如，使用无线协议或另一无线协议)。为了与未被配置为无线通信的一个或多个其它节点通信，无线现场设备40-46可以利用连接到过程控制数据高速通道10或另一个过程控制通信网络的无线网关35。无线网关35提供对无线通信网络70的各种无线设备40-58的访问。具体地，无线网关35提供无线设备40-58、有线设备11-28和/或过程控制工厂5的其它节点之间的通信耦合。例如，无线网关35可以通过使用过程控制数据高速通道10和/或通过使用过程工厂5的一个或多个其它通信网络提供通信耦合。

类似于有线现场设备15-22，无线网络70的无线现场设备40-46在过程工厂5内执行物理控制功能，例如打开或关闭阀、或者测量过程参数。然而，无线现场设备40-46被配置为使用网络70的无线协议进行通信。这样，无线现场设备40-46、无线网关35和无线网络70的其它无线节点52-58是无线通信分组的生产者和消费者。

在过程工厂5的一些配置中，无线网络70包括非无线设备。例如，在图1A中，图1A的现场设备48是传统的4-20mA设备，而现场设备50是有线

设备。为了在网络70内通信，现场设备48和50经由无线适配器52a、52b连接到无线通信网络70。无线适配器52a、52b支持无线协议，诸如WirelessHART，并且还可以支持一个或多个其它通信协议，诸如

现场总线、PROFIBUS、DeviceNet等。另外，在一些配置中，无线网络70包括一个或多个网络接入点55a、55b，其可以是与无线网关35进行有线通信的单独物理设备，或者可以提供无线网关35作为集成设备。无线网络70还可以包括一个或多个路由器58，用于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。在图1A中，无线设备40-46和52-58通过无线通信网络70的无线链路60和/或经由过程控制数据高速通道10彼此通信并且与无线网关35进行通信。

B、工厂5的后端环境125

如所指出的，后端环境125包括各部件，诸如计算设备、操作员工作站、数据库或数据银行等，其通常被屏蔽和/或保护免受现场环境122的恶劣条件和材料的影响。后端环境125可以包括以下中的任何一个或多个，其中的每个可以通信地连接到数据高速通道10：(i)一个或多个操作员工作站71；(ii)配置应用72a和配置数据库72b；(iii)数据历史库应用73a和数据历史库数据库73b；(iv)使用其它无线协议与其它设备通信的一个或多个其它无线接入点74；(v)到直接过程控制系统5外部的系统的一个或多个网关76、78。

1、操作员工作站71

操作员可以使用操作员工作站71来查看和监控过程工厂5的运行时操作，以及采取可能需要的任何诊断、纠正、维护和/或其它动作。至少一些操作员工作站71可以位于工厂5中或附近的各种受保护区域，并且在一些情况下，至少一些操作员工作站71可以远程定位，但是仍然与工厂5通信连接。操作员工作站71可以是有线或无线的计算设备。

2、数据历史库73a和数据库73b

数据历史库应用73a操作以收集跨数据高速通道10提供的一些或全部数据，并将数据历史化或存储在历史库数据库73b中以进行长期存储。类似于配置应用72a和配置数据库72b，数据历史库应用73a和历史数据库73b是集中的并且对于过程控制系统5具有统一逻辑外观，尽管数据历史库应用73a的多个实例可以在过程控制系统5内同时执行，但是数据历史库73b可以跨多个物理数据存储设备实施。

3、无线接入点74

一个或多个其它无线接入点74使得后端环境125中(并且有时在现场环境122中)的设备能够使用诸如Wi-Fi或其它IEEE 802.11兼容的无线局域网协议的无线协议、诸如WiMAX(全球微波接入互操作性)轭移动通信协议、LTE(长期演进)或其它ITU-R(国际电信联盟无线电通信部门)兼容的协议、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来与其它设备通信。通常，这样的无线接入点74允许手持或其它便携式计算设备(例如，用户接口设备75)通过与无线网络70不同并且支持与无线网络70不同的无线协议的相应无线过程控制通信网络进行通信。例如，无线或便携式用户接口设备75可以是由过程工厂5内的操作员使用的移动工作站或诊断测试装备(例如，操作员工作站71之一的实例)。在一些场景中，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、现场设备15-22、或无线设备35、40-58)也使用由接入点74支持的无线协议进行通信。

4、网关76和78

网关76和78可以与直接过程控制系统5外部的系统接口连接。通常，这样的系统是由过程控制系统5生成或操作的信息的客户或供应商。例如，过程控制工厂5可以包括网关节点76，以将直接过程工厂5与另一个过程工厂通信连接。附加地或替代地，过程控制工厂5可以包括网关节点78，以将直接过程工厂5与外部公共或私有系统(诸如实验室系统(例如，实验室信息管理系统或LIMS)、操作员轮班数据库、物料处理系统、维护管理系统、产品库存控制系统、生产调度系统、气象数据系统、运输和处理系统、包装系统、互联网、其它提供商的过程控制系统或其它外部系统)通信连接。

应注意，尽管图1A仅利用示例性过程工厂5中包括的有限数量的现场设备15-22和40-46、无线网关35、无线适配器52、接入点55、路由器58、和无线过程控制通信网络70例示了单个控制器11，但这仅是说明性和非限制性实施例。任何数量的控制器11可以包括在过程控制工厂或系统5中，并且任何控制器11可以与任何数量的有线或无线设备和网络15-22、40-46、35、52、55、58和70通信以控制工厂5中的过程。

5、配置应用72a和数据库72b

仍然参照图1A，配置应用72a和配置数据库72b可用于配置工厂5的某些方面。配置应用72a的各种实例可在一个或多个计算设备(未示出)上执行，以使用户能够创建或更改过程控制模块并经由数据高速通道10将这些模块下载到控制器11，以及使用户能够创建或更改操作员接口，操作员可经由该操作员接口查看数据并更改过程控制例程中的数据设置。配置数据库72b存储所创建的(例如，配置的)模块和/或操作员接口。通常，配置应用72a和配置数据库72b是集中的并且对于过程控制系统5具有统一逻辑外观，尽管配置应用72a的多个实例可以在过程控制系统5内同时执行，并且配置数据库72b可以是跨多个物理数据存储设备实施。因此，配置应用72a、配置数据库72b及至其的用户接口(未示出)包括用于控制和/或显示模块的配置或开发系统72。通常但非必要地，配置系统72的用户接口与操作员工作站71不同，因为配置系统72的用户接口由配置和开发工程师使用，而不管工厂5是否在实时操作，而操作员工作站71由操作员在过程工厂5的实时操作期间使用(这里也可互换地称为过程工厂5的“运行时”操作)。

关于调试，配置数据库72b可以存储数据和其它信息，其专门识别和/或寻址针对过程工厂车间或现场环境122计划或期望在过程工厂车间或现场环境122上实施的各设备或部件及它们的互连。这些调试数据中的一些可以被提供给现场环境122中的部件，以用于其中的设备和回路的调试，并且这些数据中的一些可以在后端环境125中使用，例如，用于设计、开发和准备在过程工厂5的实时操作期间将与现场环境122一起操作的控制模块和/或操作员接口模块。在示例中，将批准的控制模块下载到过程控制器中，使得当在实时操作期间执行时，过程控制器根据其驻留控制模块操作，以向其回路中的其它部件发送各种信号以及从其回路中的其它部件接收各种信号(在某些情况下，向其它过程控制器发送各种信号并且从其它过程控制器接收各种信号)，从而控制过程工厂5中的过程的至少一部分。

配置数据库72b可以在现场环境122中存储多个部件的逻辑标识符，使得控制器11和其它设备能够通过逻辑标识符来引用该部件和与该部件相关联的信号。例如，对于给定的现场设备，配置数据库72b可以存储将逻辑标识符映射或绑定到特定硬件地址或I/O通道的信息。硬件地址可以识别特定控制器、连接到特定控制器的特定I/O卡、和/或用于将特定I/O卡连接到现场设备的I/O通道的特定地址。在一些情况下，该映射或绑定可以存储在控制器11、用户接口设备75、操作员工作站71或任何其它期望的设备(例如，需要解析逻辑标识符的任何设备)中。在已经将逻辑标识符绑定到硬件地址或I/O通道之后，标识符被认为是“已分配”。在一些情况下，系统5包括“未分配的”逻辑标识符，其为软件元件(例如，控制例程和/或功能块)引用但没有绑定的标识符。换言之，当系统5和配置数据库72b没有已绑定到标签的硬件地址或I/O通道时，逻辑标识符被认为是“未分配的”。因此，当控制例程引用未分配的逻辑标识符时，将不读取工厂5中的信号所携带的值，并且不会通过信号将命令发送到工厂5中的现场设备。

这种逻辑标识符的示例包括设备标签(DT)，每个设备标签都代表特定的仪器、控制器、阀或其它物理现场设备、以及设备信号标签(DST)，每个设备信号标签都代表特定的信号，该特定的信号由特定设备接收或生成，并且通常对应于现场设备所使用的特定参数。对于一些设备，设备信号标签包括设备的设备标签和由该设备接收或生成的特定信号的标识符(例如，由控制模块引用的特定参数的标识符)的组合。对于某些设备，通常是传统设备或哑设备，设备标签表示物理设备和设备生成的信号两者。一般而言，设备的逻辑标识符在现场环境122和后端环境125两者中由过程工厂5使用以唯一地识别设备。DT和DST可以称为“系统标签”或“系统标识符”。

在一些情况下，智能现场设备19-22还可以存储对于智能现场设备22唯一的逻辑标识符。这些逻辑标识符可以与工厂5用于识别现场设备19-22的系统标签不同，并且可以被称为“源标识符”或“源标签”。取决于实施方式，源标签可以或可以不存储在配置数据库72b中。

C、示例性控制例程101

图1B描绘了控制例程101，其为可以由图1A中所示的控制器11实现的控制例程38之一的示例。控制例程101包括四个块：模拟输入(AI)块102、AI块104、控制块106和AO块108。

使用任何合适的配置和设计系统来设计和生成例程101，诸如在任何合适的计算设备(例如，固定工作站或台式机、膝上型计算机、平板电脑等)上执行的配置应用72a(图1A中所示)。设计者通过将每个块从库拖放到由应用72a显示的画布区域(未示出)上来创建例程101。然后，设计者可以实例化和配置每个块，以及在块之间创建链接以定义控制例程101。

虽然控制例程101基于一组模拟输入提供模拟输出，但是应当理解，由控制器11或工厂5中的其它控制器实现的控制例程可以基于任何合适数量的模拟或数字输入提供任何合适数量的模拟或数字输出。对在控制工厂5中使用的功能块和控制例程的输入可以是从现场设备接收的参数值(例如，经由模拟输入块或离散输入块)或从其它控制功能块或其它控制例程接收的参数值。同样，由工厂5中的控制器实现的控制功能块和控制例程提供的输出可以是作为其它控制例程或块(例如，向现场设备、诸如PID块的控制功能块或离散控制块等提供参数或命令的离散或模拟输出块)的输入而提供的参数值或命令。虽然控制例程101包括PID功能块106，但是应当理解，在工厂5处实现的控制例程可以使用其它类型的控制功能块。例如，图4B示出了可以在由控制器实现的控制例程中使用的示例性离散控制(“DC”)功能块。

在任何情况下，设计者可以使用图1A中所示的配置应用72a来设计由本文描述的控制器实现的例程101和其它控制例程。具体地，设计者可以通过向“画布区域”添加他或她想要的包括在例程中的块的视觉表示，与视觉表示交互以配置与块相关联的参数和逻辑(例如，通过点击视觉表示以激活启用这种配置的下拉菜单)，并在块的输入与输出之间建立连接从而定义块之间的信息流并因此促进设计更广泛的控制例程的逻辑来设计例程。例如，具体地参考控制例程101，设计者可以将通用PID块模板(未示出)拖到画布区域上以实例化图1B中所示的PID功能块106。在高级别，PID块包括用于通过操纵操纵变量(MV)(诸如入口热水管线上的控制阀的阀位置)来驱动过程变量(PV)或受控变量(CV)(例如，罐中的流体的温度等级)到期望等级或设定点(SP)的逻辑。通用PID块模板被配置为：(i)计算设定点112与测量的过程变量114之间的误差114；(ii)将比例项118、积分项120、和/或微分项122应用于误差116以产生输出值126。一般而言，输出值126表示移动PV 114更接近设定点所需的MV的附加变化。作为示例，PID块可以随着时间逐渐打开阀以避免超越SP 112，并且因此可以依赖于测量的PV 114的反馈来递增地命令阀打开越来越多(或者随着PV 114接近SP112打开越来越少)。当误差114为零时，输出126将为零，表示不需要进一步改变以实现期望的SP 112。

当设计者实例化功能块106时，她可以配置参数118-122以影响功能块106的行为。例如，设计者可以改变项118-122中的一个或多个，以使得块106以超越SP 112并且变得振荡的较高风险更积极地到达SP 112，或者可以改变这些项中的一个或多个项以使得受控变量以不太可能导致超越和/或振荡的较慢且较为保守的速率到达SP 112。

可以通过将模板AI块拖放到画布区域上并将它们中的每一个绑定到标签来实例化输入块102和104。例如，设计者可以将AI块104绑定到对于测量PV(例如，温度)的现场设备唯一的系统标签(例如，TI-093)，设计者想要将该PV用作PID块106的所测量的PV 114。然后，用户可以在AI块104和功能块106的PV 114之间绘制链接，以使得AI块104馈送PV 114。系统标签可以类似地绑定到AI块102。在某些情况下，设计者可以使用表示可由用户改变(例如，调整设定点)的变量的标签。在某些情况下，设计者可以利用第二功能块的输出而不是使用AI块102作为SP 112的输入，从而实现级联控制。

最后，可以通过将模板AO块拖放到画布区域上并将其绑定到标签(例如，对于先前描述的控制阀唯一的标签)来实例化输出块108。然后，设计者可以将输出126链接到块108，以便PID块106馈送到AO块108。

控制系统5可以包括多个其它块模板，其被配置为使用被配置为导出输出的特定例程或逻辑，以及通过链接一个或多个输入块、控制块和/或从模板创建的输出块而开发的其它控制例程。

II、示例性现有技术I/O网络200和直接编组

图2是描绘具有专用I/O架构的现有技术I/O网络200的框图，该I/O架构包括固定的专用I/O卡和直接编组。在高级别，直接编组涉及将每个现场设备I/O接线到编组柜中的特定端子块；在专用于该I/O卡的编组柜中，将每个I/O卡通道接线到现场终端阵列(FTA)中的端子块；并通过交叉编组端子块和编组柜中的FTA将现场设备I/O耦合到I/O卡。

I/O网络200包括过程控制器158A、冗余备份控制器158B(统称为“控制器158”)和I/O卡156A-F，它们经由编组柜150、一组现场接线盒(FJB)154A-D、以及多个有线链路181A、181B和183通信地连接到一组现场设备152A-K。

I/O网络200使得过程控制器158能够经由一个或多个现场设备152来控制过程或过程的一部分。不幸的是，I/O网络200的设计是不灵活的并且在现场布线已经完成后难以改变，使得项目改变在劳动力、时间和材料方面变得昂贵。

在I/O网络200的设计阶段期间，设计提供控制元件(例如，现场设备152)的早期视图以及它们如何旨在在涉及网络200的控制策略中使用的P&ID。然后，从这些P&ID中导出仪器列表，这是设计中每个元件(例如，现场设备)的详细列表，包括设备类型、制造商、校准范围等，以及过程装备中的每个元件的物理位置。作为设计阶段的一部分，设计者定义与每个现场设备152相关联的现场信号，并将每个分配的信号分配给控制器。

如图2所示，每个现场设备152都具有一个或多个用于发送或接收信号的I/O端子161-176，并且端子161-176中的每个端子具有指定的信号类型(例如，AO、AI、DI或DO)。为清楚起见，从控制系统的角度来看，端子被标记为“输入”或“输出”。例如，包括端子161、164、166、167和172的现场设备均被配置为经由端子发送模拟输入或“AI”信号(例如，进行过程测量)。包括端子162、163和168的现场设备均被配置为经由端子接收模拟输入或“AO”信号(例如，携带控制命令，诸如打开阀的命令)。包括端子169和176的现场设备均被配置为经由这些端子发送数字输入或“DI”信号。包括端子165、170、171、173、174和175的现场设备均被配置为经由这些端子发送离散输出或“DO”信号。

如图2所示，与端子161-176相关联的每个信号被分配给控制器158。为端子161-176指定的每种类型的信号的信号计数使设计者能够确定使控制器158能够与现场设备152的输入和输出中的每一个通信所必需的每个I/O卡156的数量和类型。

选择I/O卡是重要的，因为每个I/O卡156(i)具有有限数量的I/O通道，并且(ii)被配置用于特定类型的信号并且仅可用于该类型的信号。注意，术语“I/O通道”是指将I/O卡或控制器连接到现场设备的逻辑链路。每个I/O通道都可以包括多个物理链路和连接这些物理链路的终端点。I/O卡156限于四个I/O通道，但应注意，一些专用I/O卡具有对I/O通道(例如，八个通道)的不同限制。如上所述，每个I/O卡156被配置用于特定类型的信号，并且仅可用于该类型的信号。例如，AI I/O卡156A只能发送AI信号；它不能发送DI信号或接收DO或AO信号。该要求以及每个I/O卡156仅支持多达四个通道的要求导致未使用和浪费的端子块。例如，现场设备端子161-176中的五个端子被配置为发送AI信号。

在设计阶段完成之后，技术人员可以开始开发的现场布线阶段。I/O端子161-176被接线到对应的现场接线盒FJB 154A-154D，然后这些现场接线盒FJB 154A-154D被接线到编组柜150中的一组端子192。注意，端子161-176中的每个端子都连接到FJB中的对应端子和编组柜150中的对应端子192。换言之，对于存在的每个I/O端子161-176，必须使用对应端子192。该组端子192被接线到现场端子组件(FTA)194A-194F，每个现场端子组件都接线到对应的I/O卡156A-F。

将端子192接线到FTA 194的过程被称为“交叉编组”。交叉编组通常是必要的，因为连接到端子192的电线的组织由工厂的物理布局来确定，而FTA 194的组织由连接到FTA的I/O卡156的信号类型来确定。具体地，共享紧密接近度的现场设备通常共享FJB并且接线到第一可用端子192，导致大致对应于FJB但没有其它可辨别的组织方法的端子192的分组。相比之下，FTA 194按信号类型进行组织，因为每个都馈送特定的I/O卡156。例如，FTA 194A对应于AI卡156A。因此，每个端子194A都需要连接到与AI通道(即，接线到AI现场设备端子)连接的端子192。类似地，FTA194C对应于AO卡156C，因此，FTA 194C中的每个端子应接线到接线到AO通道的端子192(即，接线到AO现场设备端子)。类似地，FTA 194D的端子应当用作DI卡156D与接线到DI现场设备端子的端子192之间的互连。

值得注意的是，与专用I/O卡156相关联的通道限制导致I/O卡和未使用的I/O通道、端子块、以及编组柜150中的相关联的柜空间的低效部署。由于I/O卡156中的每个仅支持四个通道，因此必须安装两个AI卡156A和156B并将它们连接到控制器158，并且，必须使用两个对应的FTA 194A和194B。例如，由于信号计数要求和专用I/O卡156的限制，FTA 194B包括三个未使用的端子，并且I/O卡156B具有三个未使用的I/O通道。这种现场设备152的信号要求与I/O卡156的限制之间的不完美匹配导致I/O卡156的低效部署。尽管事实上控制器158被分配了16个信号，但控制器158需要6个专用I/O卡。如果信号计数按类型完美分布，则控制器158仅需要四个I/O卡。

进一步注意，即使当单个现场设备可以发送或接收多个输入和/或输出时，I/O网络200也需要用于每个DI和DO端子161-176的I/O通道。例如，现场设备152I具有两个DI端子和一个DO I/O端子，并且现场设备152K具有一个DI端子和三个DO端子。因此，当控制器158需要由现场设备152I获得或与现场设备152I相关联的多个参数时(例如，以实现相关联的控制策略)，必须为由DI信号表示的每个参数接线I/O通道，从而导致多个有线I/O通道和附加的现场布线复杂性。这是有问题的，因为在大多数工厂中，大部分现场设备输入和输出被配置用于离散信号传输。

一般而言，具有I/O通道与现场设备变量的高比率的这个问题对于被配置为由于

协议而发送或接收模拟信号的智能现场设备的问题较小。

协议使现场设备或控制器能够使用I/O通道上的回路电流幅度来发送或接收模拟信号(携带“主变量”值)，并在电流回路信号上叠加数字载波信号(携带一个或多个“次变量”值)，以实现智能现场设备与控制器之间的双向现场通信。因此，除了与AI或AO信号相关联的主变量值之外，智能现场设备和/或控制器可以利用所叠加的数字载波信号来发送和接收次变量值。作为示例，被配置用于模拟信号传输的智能现场设备可以利用所叠加的载波信号来发送现场设备的标签、与每个主变量和次变量相关联的DST、关于现场设备的状态信息、设备报警等。智能现场设备将标签作为次变量发送的能力在调试现场设备和配置I/O网络时尤其有用。

相比之下，DI和DO卡156D-F以及现场设备152I和152K没有类似的发送或接收次变量值的能力。与大多数被配置用于离散信号传输的设备一样，这些设备是“哑设备”，只能发送或接收由DI或DO通道上的信号电平表示的单个变量值。

通常，如本文所使用的，“智能”或“智慧”现场设备是整体包括一个或多个处理器和一个或多个存储器的现场设备。如上所述，智能现场设备通常是模拟设备，其被配置为经由AI或AO通道接收或发送主变量值。另一方面，“哑”或“传统”现场设备通常不包括(多个)机载处理器和/或机载存储器，并且通常不具有发送次变量值的能力。

III、工厂5和电子编组的I/O网络7

图3是描绘I/O网络7(也在图1A中示出)的框图，该I/O网络7对离散元件赋予智能功能并且可以利用本文描述的技术容易地设计、接线、重新设计、和调试。I/O网络7包括一组信号表征模块(CHARacterization Modules)(即“CHARM”)293，它们简化了现场布线，整合和组织信号，减少了机柜占地面积，并最大限度地减少了低效的I/O卡部署。一般而言，在高级别，CHARM是被配置为以下之一的部件：(i)识别和表征来自现场设备的模拟或离散输入信号，以识别由信号携带的信息并以可接受的格式将所识别的信息转发到I/O卡或控制器(例如，经由数字通信总线)，或(ii)识别和表征来自I/O卡或控制器的信号(例如，通过识别数字通信总线上的电压或电流水平)，以识别信号携带的信息并将所识别的信息转发到适当的现场设备(例如，经由发送到现场设备的模拟或离散输出信号)。在某些情况下，本公开内容中所描述的CHARM可互换地被称为“电子编组部件”或“信号表征部件”。

此外，网络7包括离散输入和输出(DIO)子网络299，其包括CHARM293M、经由双向通信通道282耦合到CHARM 293M的现场模块291、以及经由携带DI或DO信号的I/O子通道耦合到现场模块291的一个或多个现场设备。DIO子网络299使工厂5能够“标记”依赖于离散I/O信号进行通信的哑现场设备，并实现通常对于哑现场设备不可用的“智能”功能。与典型的DI或DO CHARM不同，CHARM 293M能够进行双向通信，并且能够耦合到一个或多个现场设备的多个离散输入或离散输出通道。

I/O网络7包括现场设备252A-K；FJB 254-D，其包括端子255A-D；现场模块291；编组柜250，其包括CHARM I/O或C-I/O卡256A和备用CHARM I/O卡256B；一组CHARM 293；以及过程控制器258A-B。

现场设备252A-K类似于图2中所示的现场设备152A-K以及图1A中所示的现场设备15-22。在开发I/O网络7的设计阶段期间，设计者开发仪器列表并定义与现场设备252A-K中的每个现场设备相关联的现场信号。与现场设备152A-K一样，现场设备252A-K中的每个现场设备都具有用于发送或接收信号的一个或多个I/O端子或连接器261-276，并且连接器261-276中的每个连接器都具有指定的信号类型(例如，AO、AI、DI或DO)。在设计阶段即将结束时，设计人员开发出针对端子261-276指定的每种类型的信号的信号计数。信号计数使设计者能够确定使控制器258能够与现场设备252的输入和输出中的每一个进行通信所必需的每个CHARM 293的数量和类型。

在设计阶段完成之后，技术人员可以开始开发的现场布线阶段。I/O端子261-272接线到对应的FJB 254A-254C，然后FJB 254A-254C通信地连接到CHARM 293A-L。

A、I/O网络7的CHARM 293和C-I/O卡256

每个CHARM 293是可插拔/可移除的电子部件，其可以经由连接到编组柜250处的端子块的插座插入到编组装置中。每个CHARM 293都可以包括(i)第一通信接口，其通信地连接到至I/O卡256的第一链路(例如，支持数字通信的背板总线)，从而建立与I/O卡256的通信，以及(ii)第二通信接口，其通信地连接到至现场设备的第二链路(例如，经由端子块以及端子块与现场设备端子之间的两线、三线或四线连接)。可以经由背板和/或第一通信接口为一个或多个CHARM 293供电。

CHARM被配置为经由第一通信接口接收特定类型的信号并且经由第二接口发送由信号携带的信息，反之亦然。被配置为经由模拟信号与现场设备通信的CHARM可以包括模数(A/D)转换器，使得能够在第一链路上的数字信号与第二链路上的模拟信号之间进行信号转换。例如，被配置为接收模拟输入信号的CHARM可以接收模拟4-20mA信号，基于信号的当前幅度确定参数值，并且经由数字通信总线将参数值发送到控制器或I/O卡。作为第二示例，被配置为发送模拟或离散输出信号的CHARM可以经由通信总线接收目标现场设备的命令或参数值，并且可以经由适当的I/O通道将模拟或离散信号发送到目标现场设备。

插入CHARM的插座包括可以接线到适当的现场设备输入/输出以将现场设备通信地连接到I/O卡256的端子块。CHARM 293有效地替代图2中所示的端子192、FTA 194、和I/O卡156A-F。不同于图2中的I/O卡156，I/O卡256可以连接到主干10和连接到主干10的任何过程控制器。换言之，I/O卡526不必被分配给单个控制器。可以认为编组柜250是能够连接到工厂中的任何期望的过程控制器(例如，经由链路284和/或连接到到图1中所示的主干10)的单个I/O卡，从而将控制器连接到与机柜250连接的每个现场设备输入和输出。在某些情况下，I/O卡256支持96个现场设备信号连接或I/O通道。

有利地，CHARM 293使技术人员能够将现场设备252接线到任何端子块，而不用担心交叉布线。技术人员可以简单地将现场设备接线到端子块并插入被配置用于适当的信号类型的CHARM，从而在现场设备与I/O卡之间建立通信。例如，现场设备252A被配置为发送AI信号。因此，技术人员可以将AI CHARM 293A插入到接线至现场设备252A的端子块中，以使I/O卡256(以及最终控制器258)能够接收由现场设备252A发送的AI信号。

如上所述，I/O卡256可以经由背板总线通信地连接到每个CHARM293。此外，I/O卡256可以经由通信链路284通信地连接到控制器258，通信链路284可以本质上是有线的(例如，以太网链路)或无线的。在某些情况下，链接284是直接的；在其它情况下，链路284可以包括一个或多个其它链路、节点和/或网络。例如，I/O卡256可以经由图1A中所示的主干10连接到控制器258。这样的实施方式使诸如I/O卡256之类的任何C-I/O卡能够与任何适当配置的控制器通信，从而使这些控制器中的每一个控制器能够与连接到那些C-I/O卡的任何现场设备通信。C-I/O卡与控制器之间的这种多对多映射相对于传统控制器和I/O卡实施方式提供了许多改进(例如，重新设计和重新布线的灵活性)，在传统控制器和I/O卡实施方式中，每个I/O卡被分配给特定控制器，并且其中连接I/O卡的现场设备只能经由该指定的控制器进行控制。

此外，与图2中所示的I/O卡156不同，I/O卡256不是具有控制器的单个组件的一部分。虽然I/O卡156通常需要位于对应的控制器158所在的位置，但I/O卡256可以相对于控制器258远程定位(例如，在现场环境中的编组柜250内)。当然，在某些情况下，I/O卡256可以与控制器258共享位置，可以与控制器258共享组件，并且可以附接到与控制器258相同的背板和通信总线。I/O卡256经由背板总线接收来自一个或多个CHARM293的信号，并将信号携带的信息转发给控制器258。此外，I/O卡256可以从控制器258接收携带包括命令的消息的信号，并且可以经由背板总线将命令转发到适当的CHARM(例如，基于特定的现场设备或在消息中识别为与命令相关联的CHARM)。

B、I/O网络7的CHARM 293M

在I/O网络7中特别注意的是CHARM 293M。与CHARM 293A-L不同，CHARM 293M被配置用于经由将一个或多个现场设备耦合到CHARM293M的I/O通道进行双向通信。特别地，CHARM 293M经由通信通道282进行双向通信，通信通道282被示为包括两个物理链路28A(将现场模块191连接到FJB 254D的一个端子255D)和282B(将端子255D连接到CHARM 293M)。

CHARM 293M经由现场模块291耦合到现场设备I/O连接器，并且可以支持像由现场模块291支持的那么多的现场设备信号。在典型示例中，现场模块291支持多达八个现场设备信号，它们可以是离散输入和离散输出的任何所需组合。在某些情况下，现场模块291和CHARM 293M可以支持四个信号、16个信号、或任何其它期望数量的现场设备信号。

在操作期间，CHARM 293M经由至I/O卡256和/或控制器258的链路接收用于离散输出或DO的一个或多个命令，并将命令编码到消息(有时称为“DO消息”)上，该消息经由发送到现场模块291的信号发送。例如，参考图3，CHARM 293M可以在消息上编码用于DO 273的第一命令、用于DO 274的第二命令、以及用于DO 275的第三命令。每个命令本质上可以是二进制的，因此由单个比特表示。编码的DO消息经由通道282上的信号发送，然后由现场模块291接收和解码。现场模块291然后将命令路由到适当的DO。

此外，CHARM 293M可以从现场模块291接收消息(有时称为“DI消息”)，该消息包括由一个或多个现场设备的离散输入或连接到现场模块291发送的DI(例如，DI 276)的信息。CHARM 293M可以解码DI消息以从连接到现场模块291的一个或多个现场设备DI中的每一个DI识别变量值或其它信息，然后可以将接收到的变量值转发到I/O卡256和/或控制器258。除了转发变量值之外，CHARM 293M还可以发送与每个变量值相关联的标签，以便控制器258知道哪个过程变量具有哪个值。

如上所述，CHARM 293M能够与现场模块291M进行双向通信。设备可以依赖于时钟同步来交替发送DI消息和DO消息。此外，通道282上的通信信号可以叠加在CHARM 293M提供给现场模块291的DC电源上。CHARM 293M可以从将CHARM 293M连接到I/O卡256的电源总线获取该电力。293M可以包括耦合电路，用于将通信信号注入到通道282上的电源上和/或解耦电路，以将通信信号与通道282上的电源分开。参考图9A、9B、10A和10B更详细地描述现场模块291与CHARM 293M之间的通信。

C、I/O网络7的现场模块291

现场模块291是电子过程控制设备、装置或部件，其被配置为用作(i)连接到现场设备输入和/或输出的多个离散通信通道与(ii)将现场模块291连接到CHARM、I/O卡和/或控制器的单个离散通信通道之间的通信接口。现场模块291可以包括壳体(未示出)，并且可以设置在过程工厂5内的任何合适的位置(例如，靠近一组用于一个或多个现场设备的离散输入和/或输出连接器)。此外，现场模块291可以存储包括对于现场模块291唯一的标签的配置文件，并且可以将标签和其它配置文件信息上载到CHARM、I/O卡、和/或控制器，以便于调试、配置、和操作所连接的现场设备、信号和现场模块291。在某些情况下，现场模块291向接收DO信号的现场设备或元件提供电力。

有利地，现场模块291实现工厂5中的离散输入和输出信号和现场设备的“智能调试”。在智能调试期间，用于离散信号的标签经由现场模块291“自动感测”并且被绑定到携带信号的物理通道(例如，经由配置数据库92b)，从而使控制器和其它设备能够通过参考标签来经由DO信号参考DI值和/或向现场设备发送命令。以前，在离散设备和信号的情况下，智能调试和自动感应是不可行的。典型的离散设备是“哑”的，因为它们不能存储信息或经由除单个二进制变量值之外的离散信号发送任何信息。因此，与被配置用于经由模拟信号传输进行消息传递的智能现场设备(例如，HART设备)不同，这些哑的离散设备无法将标签存储或发送到其它设备，因此无法进行智能调试。不幸的是，诸如限位开关和螺线管之类的离散设备构成了许多工厂中的大量元件。

此外，现场模块291使离散设备能够经由简单的DI和DO信号进行通信。现场设备不需要修改，并且从现场设备的角度来看，在现场设备处连接现场布线与传统系统没有区别。换而言之，现场模块291实现智能调试，同时避免离散设备的昂贵且复杂的改装。值得注意的是，由于某些离散设备(特别是螺线管)具有(i)显著的电感并因此淹没通信信号的趋势、以及(ii)传统通信协议(诸如HART和其它模拟信号传输协议)的显著功率要求，这种改装工作可能会遇到挑战。

现场模块291可以包括处理器291A；I/O接口291B；电源291C；存储一个或多个例程291E和配置文件291F的存储器291D；和/或一个或多个通信接口291G-I。处理器291A执行一个或多个例程以使得现场模块291在本说明书中提供归因于现场模块291的功能。在某些情况下，现场模块291附加地或替代地包括ASIC(未示出)，其提供现场模块291的一些所描述的功能。

电源291C向连接到现场模块291的一个或多个DO(例如，DO 273)提供电力。在某些情况下，现场模块291C不包括电源，或者不使用电源。例如，现场模块291可以经由通道282接收电力，通道282可以用于电力和数据传输(例如，数据信号可以叠加在24V DC电源上)。现场模块291可以包括耦合电路以将通信信号注入到通道282上的电力，和/或解耦电路以将通信信号与通道282上的电力分离。现场模块192可以将所接收的电力分配给需要电力的连接的DO。然而，在某些实施方式中，从通道282接收的电力可能不足以为每个连接的DO供电，特别是那些具有高功率要求的DO(例如，螺线管)。在这些情况下，电源291C向这些DO提供电力。在某些情况下，电源291C与现场模块291的其它部件共享壳体。在其它情况下，电源291C在壳体外部。

现场模块291的通信接口291G包括用于连接到现场设备252k的I/O连接器273-276的连接器(例如，端子)。现场设备252k以与可能接线到FJB或传统编组柜相同的方式接线到现场模块291(例如，每个现场设备I/O端子或端子块可以经由两线、三线或四线连接接线到现场模块291)，但在某些情况下经由其它方式连接。在某些情况下，现场模块291连接到用于多个现场设备(例如，现场设备252I和252K两者)的I/O连接器。

通信接口291H包括诸如用于将通信通道282连接到FJB、CHARM、I/O卡、和/或控制器的端子块或端口的连接器。单个通信通道282通常是经由传统现场布线(例如，两线、三线或四线连接；双绞线电缆布线；光纤电缆布线等)建立的串行数据传输通道，并且可以包括一个或多个物理链路(例如，将现场模块291连接到FJB 254D并将FJB 254D连接到编组柜250)。链路282可以使用符合任何合适标准(诸如RS-485、RS-422、RS-232、CAT5、CAT6等)的布线和连接器来建立。在某些情况下，通道282包括一个或多个无线链路。

通信接口I包括用于与其它设备无线通信的无线接口。具体而言，接口I支持用于短距离通信的任何合适的标准和协议，诸如NFC、RFID、蓝牙等。

配置文件291F包括对于现场模块291和连接到通信接口291G的一组现场设备通道唯一的一个或多个系统标签(例如，在这种情况下，现场设备252k和到连接器273-276的通道)。特别地，配置文件291F可以包括用于连接到现场模块291的每个现场设备通道的单个系统标签或设备标签和DST。例如，到连接器273-276的每个通道可以具有列在配置文件291F中的唯一DST。此外，配置文件291F可以包括每个DST到对应于DST的接口291G的特定连接器的映射(例如，指示端子块1对应于第一DST；端子块2对应于第二DST；等等)，并且可以识别每个DST的信号类型。例如，如图3所示，配置文件291F表示对应于连接器273-275的DST的信号类型是“DO”，并且对应于连接器276的DST的信号类型是“DI”。

可以经由通信接口291I更新或替换现场模块291的配置文件291F。具体地，便携式设备可以经由便携式设备与现场模块291之间的直接、短距离无线链路无线地更新配置文件。当添加、断开、或替换至现场模块291的现场设备通道时，或者当现场模块291被分配新标签时(例如，在项目重新设计期间)，更新配置文件291F可以是有用的。特别地，不需要技术人员或工程师前往后端环境125中的工作站来更新配置文件291F，无线更新功能使技术人员能够在接近现场环境122中的现场模块291时(例如，在更新现场布线以添加、替换或移除至现场设备的通道之后)快速且容易地更新现场模块291，其中他能够可视地检查现场模块291并确认或再确认更新的配置文件中的信息准确地反映了对现场模块291的物理变更。随后，将参考图8A更详细地描述示例性便携式设备和用于更新现场模块配置文件的示例性技术。

如已经指出的，现场模块291用作(i)连接到现场设备输入和/或输出的多个离散通信通道与(ii)将现场模块291连接到CHARM、I/O卡和/或控制器的单个离散通信通道之间的通信接口。虽然图3示出了多个DO通道和连接到接口291G的单个DI通道，但是应当理解，现场模块291可以连接到多个输入和/或多个输出。

在操作中，现场模块291经由接口291H和I/O通道282从CHARM293M、I/O卡256、和控制器258接收携带DO消息的离散信号(也称为“信号H1”)。现场模块291分析和解码消息以识别消息中包括的一个或多个命令，并分析将系统标签(例如，DST)映射到DO消息的标签到消息映射(例如，指示DO消息内对应于特定DST的比特位置)，使得可以针对每个命令确定用于目标DO的DST。标签到消息映射通常存储在配置文件291F处并且被上载到在路由或接收DO消息时所涉及的其它设备，诸如控制器258。然而，在某些情况下，标签到消息映射可以被包括在用于DO消息的元数据中。在任何情况下，作为示例，现场模块291可以根据配置文件291F确定DO消息中的第一比特集映射到DST“CV-123”并且因此可以将由第一比特集表示的命令或值(例如，“1”)分配给DST“CV-123”。然后，现场模块291基于将每个DST映射到现场模块291的特定通道或连接器的标签到DO映射(例如，存储到配置文件291F)，将命令转发到适当的现场设备通道。例如，现场模块291可以分析配置文件291F，以确定标签到DO映射指示DST“CV-123”被映射到现场模块291的第三端子块。因此，现场模块291可以经由第三端子块发送适当的命令或值(例如，在这种情况下为1n)。

在进一步的操作中，现场模块291经由I/O通道282转发携带经由一个或多个现场设备通道接收的一个或多个变量值或其它组信息的DI消息。例如，当接口291G接收携带多组信息的多个DI信号时，现场模块291生成DI消息，包括携带多组信息中的每组信息的有效载荷。如果需要，现场模块291还可以生成元数据部分，该元数据部分包括例如分隔符和/或将系统标签(例如，DST)映射到DI消息的标签到消息映射，使得可以将每组信息映射到特定的DST。在某些情况下，由现场模块291接收的一个或多个DI信号表示二进制值，并因此可以由DI消息中的单个比特表示；在某些情况下，由现场模块291接收的一个或多个DI信号是非二进制的，并因此由现场模块291发送的DI消息中的多于一个比特表示。此外，如参考图9B所讨论的那样，对于每个变量值或每组信息，现场模块291可以用表示该值的第一比特集和表示该值的按位取反的第二比特集对DI消息进行编码。在任何情况下，现场模块291经由接口291H和通道282发送经编码的消息，使得CHARM、I/O卡、和/或控制器可以接收由现场设备发送的消息和信息。

由现场设备经由DI信号发送的信息可以表示许多内容。例如，开关阀可以包括第一二进制DI，其被配置为当阀打开时具有1的值(例如，对于1-5V电压信号为5V的值)以及第二二进制DI，其被配置为具有1的值以指示何时关闭阀(一般而言，这两个DI之间的匹配可能指示阀处于定位过程中或存在错误)。这样的阀还可以包括致动器，以及当1的值存在时使得致动器驱动阀打开的第一二进制DO以及当1的值存在时使得致动器驱动阀关闭的第二二进制DO。

D、控制器258和DIO元件259F

类似于图1A中所示的控制器11的控制器258实现由存储到存储器259A的一个或多个控制例程259D定义的控制策略。控制器258经由链路284通信地连接到I/O网络7中的其它设备，以及经由主干10(图1A中示出)连接到工厂5中的其它各设备。链路284可以包括任何合适的有线(例如，以太网)或无线通道。链路284将控制器258耦合到I/O卡256、以及现场设备252和现场模块291。

在操作期间，控制器258的处理器259B执行控制例程259D，其使得控制器258通过链路284向现场设备252之一发送控制信号，以通过控制现场设备252来控制工厂5中的过程的操作。控制器258可以基于经由链路284接收的一个或多个信号(例如，携带由现场设备252K、现场模块291、CHARM 293M和/或I/O卡256发送的信息)以及由控制例程259D定义的逻辑来生成控制信号。

可以通过链接和配置各个控制元件或功能块(FB)259E来开发每个控制例程259D。一般而言，每个FB 259E都表示输入功能、控制功能、和/或输出功能。参考图1B描述这些类型的块和功能的示例。

控制器258包括DIO元件(有时称为“DIO控制元件”，“DIO功能块”或“DIO块”)259F，其可以与FB 259E一起用于定义一个或多个控制例程259D。元件259F是可以被认为是现场模块291和/或CHARM 293M的软件表示的对象或例程。换言之，DIO元件259F可以包括在控制例程中并且被引用以引用由现场模块291和CHARM 293M管理的通道273-276上的现场设备信号。注意，稍后参考图4B描述类似于DIO元件259F的示例性元件。

在现场设备252K、现场模块291、CHARM 293M、以及与这些设备中的每一个设备相关联的信号和通道的调试期间，控制器258可以“自动感测”这些设备和信号的一个或多个标签，并且可以存储这些标签和这些标签中的每个标签的绑定(例如，在存储器259A处和/或图1A中所示的配置数据库72b处)。这些绑定将每个标签映射到特定的I/O通道或子通道，或映射到链接到I/O通道或子通道的硬件地址。绑定允许工厂中的设备通过读取和写入对携带变量值和命令的信号唯一的标签来读取和发送信息(例如，测量值、索引、命令)。工厂5中的任何期望设备可以利用标签进行读取和写入功能，诸如控制器258、控制器11、工作站71、历史库73、现场设备252中的一个或多个等。

绑定中的硬件地址可以识别特定端子块地址和/或通道和设备所连接的CHARM293的特定地址。例如，硬件地址可以采用“控制器.卡.CHARM(controller.card.CHARM)”的形式。例如，现场模块291可以具有类似于“控制器258->I/O卡256->CHARM 293M”那样的地址。在这样的示例中，每个CHARM可以具有相关联的端子块地址或I/O通道地址。一般而言，从编组柜延伸到现场设备或现场模块的每个I/O通道对应于端子块(即，通道1＝端子块1；通道2＝端子块2；等)。如果需要，硬件地址可以采用“控制器.卡.通道(controller.card.channel)”的形式和/或“控制器.卡.通道.子通道(controller.card.channel.subchannel)”的形式。如这里所使用的，I/O通道的“子通道”指的是现场模块与所连接的现场设备I/O连接器之间的通道，有时简称为“通道”或“I/O通道”。用于I/O连接器273-276的每个通道是I/O通道282的子通道。

在任何情况下，控制器258结合I/O卡256和CHARM 293M，可以自动感测存储到现场模块291的配置文件291F中的标签，使得自动感测的标签能够绑定到适当的硬件地址并使得现场设备252K、现场模块291、CHARM 293M、以及这些设备中的每一个设备之间的通道/信号能够在设备之间的通信链路一被安装和运行就被调试。这种自动感应功能使技术人员不必手动识别硬件地址并手动创建与适当标签的绑定，这一过程容易出现人为错误，并且如果需要改变现场布线，则会产生挑战。

值得注意的是，现场模块291可以从连接到CHARM 293M的端子块断开，并且耦合到编组柜250中的新端子块或者耦合到具有不同I/O卡和不同的控制器的不同编组柜中的新端子块。例如，当将CHARM 293M插入到将CHARM 293M耦合到新的端子块的插座中时，CHARM293M自动感测现场设备291的标签，并更新标签的绑定。例如，I/O卡256或新I/O卡可以与CHARM 293M通信，以识别用于CHARM 293M的新端子块或I/O通道，并且可以使得利用新硬件地址更新绑定。作为另一示例，可以将第二DIO CHARM插入到新插座中，自动感测现场模块291的标签，并更新绑定以反映新的硬件地址。

DIO CHARM(例如，CHARM 293M)和CHARM I/O卡自动检测现场模块的标签并自动更新用于标签的绑定的能力使得能够容易并快速地重新配置和重新布线I/O网络。相比之下，手动调试容易出错，并且需要技术人员花费大量时间和精力，他们不仅要花时间重新布线，而且还要依赖手动保存的可能无法更新的记录。例如，在手动调试中，设备可以接线到连接到错误的I/O卡和/或错误控制器的端子块，从而阻止适当的控制器与设备通信以及实施涉及该设备的控制例程。作为另一示例，技术人员可以简单地用不正确的硬件地址更新设备的绑定，使得其它设备不可能经由唯一标签来引用该设备。这里描述的DIO CHARM和现场模块通过实现现场模块标签的自动感测和自动绑定更新来消除该过程。稍后参考图6更详细地描述自动感测技术。

控制器258还包括自动配置例程259G，其使控制器258能够为每个连接的现场模块自动实例化和配置DIO控制元件或功能块。这些DIO元件是可以被认为是现场模块或DIOCHARM的软件表示的对象或例程。换言之，可以经由诸如DIO元件259F之类的对应DIO元件来访问(例如，通过控制例程)一个或多个现场设备与现场模块之间的每个离散输入和输出通道。无论如何，自动配置例程259G自动配置DIO元件。例如，例程259G的执行可以使得控制器258从现场模块291下载配置文件291F，并将适当的标签(例如，系统标签和/或信号标签)绑定到DIO元件259F的输入和输出。因此，自动配置的DIO元件259F可以被绑定到用于现场模块291的系统标签，并且可以具有绑定到DO 273-275的信号标签的三个控制元件或功能块输入(例如，表示其它块可以写入从而控制对应的DO信号的字段)和绑定到DI 276的信号标签的一个控制元件或功能块输出(例如，表示其它块可以读取从而访问对应的DI信号的值的字段)。将参考图7在随后的部分中描述根据例程259G自动配置DIO元件的示例性术。

E、DIO控制元件模板450

图4A示出了从模板(未示出)创建的未配置的DIO控制元件450，该模板可用于创建DIO控制元件(诸如图3中所示的DIO元件259F)的一个或多个实例。用户可以利用任何合适的配置和设计系统(诸如在任何合适的计算设备上执行的配置应用72a)来实例化和配置DIO控制元件450。DIO控制元件450可以被配置并链接到其它输入块、功能块、和/或输出块，以便以类似于参考图1B中所示的例程101描述的方式创建例程。

一般而言，元件450是诸如现场模块291之类的现场模块的软件表示。可以通过在字段452中输入现场模块的系统标签来将元件450绑定到特定的现场模块。例如，DIO元件259F被绑定到对于现场模块291唯一的标签(例如，FM-9872)。

如示出的，元件450具有八个离散输入或输出454和混合离散输入/输出(DIO)456。I/O 454中的每个对应于现场模块291的特定端子或端子块。通过在字段461之一中输入信号标签，用户可以将对应的离散输入或输出454绑定到与信号标签相关联的信号。例如，DIO元件259F包括绑定到信号标签(例如，FM-9872-CMD-OPEN)的输入，该信号标签对于从现场模块291发送到DO 273的信号是唯一的。每个现场模块都可以包括指示现场模块的哪个端子或端子块被映射到特定的信号标签的配置文件。

最后，混合DIO 456对应于位于绑定的现场模块与CHARM、I/O卡和/或控制器之间的特定通道(诸如图3中所示的通道282)。通过在字段463中输入信号标签，DIO 456可以绑定到CHARM、I/O卡、和与现场模块相关联的控制器。例如，DIO元件259F包括被绑定到表示通道282的信号标签的混合DIO 456。在一些情况下，因为每个现场模块都具有单个混合DIO456，所以当系统标签绑定到元件450时，元件450可以自动填充字段463和/或自动绑定适当的通道。此外，在某些情况下，用于混合DIO 456的信号标签可以与用于元件450的系统标签相同。将可以理解，取决于情况，元件450可包括任何合适数量的离散输入、任何合适数量的离散输出、以及任何合适数量的离散混合。此外，如果需要，元件450可以不包括离散输入，不包括离散输出，或者不包括离散混合输入/输出。

图4B示出了包括离散控制(DC)功能块406的控制例程401，离散控制(DC)功能块406可以链接到一个或多个其它块，诸如图4A中所示的DIO元件450，以接收离散输入信号并提供离散输出信号。

具体地，控制例程401包括：(i)包括DI 402、DI 403、和DIO元件404的一组输入块402-404，其向DC块406的一组离散输入412-416提供离散输入信号；以及(ii)包括DO 432、DO 434和DIO元件436的一组输出块432-436，接收来自DC块406的离散输出422-426的离散输出信号。尽管图4B示出了包括三个离散输入412-416和三个离散输出422-426的DC块406，但是DC块406可以包括任何期望数量的离散输入，每个离散输入可链接到能够提供离散信号的任何期望块(例如，标准DI块或DIO元件，诸如图4A中所示的DIO元件450)；并且可以包括任何期望数量的离散输出，每个离散输出可链接到能够接收离散信号的任何期望的块(例如，标准DO块或诸如DIO元件450的DIO元件)。

输入块402-404和输出块432-436中的每一个可以绑定到与过程控制实体(例如，现场设备或现场模块)相关联的任何合适的设备标签或信号标签或与之相关联，过程控制实体被配置为发送或接收适当类型的信号。例如，输入块402-404中的每一个输入块可以被绑定到以下中的一个或多个或与以下中的一个或多个相关联：(i)用于能够发送离散输入信号的过程控制实体的设备标签，或者(ii)用于由现场设备发送的特定离散输入信号的信号标签。为了说明，框402或框403可以绑定到图2中所示的用于现场设备152K的设备标签，或者用于现场设备152K的DI 176的信号标签。此外，类似于图4A中所示的DIO元件450的DIO元件404可以绑定到与现场模块相关联的任何合适的设备标签或信号标签，或者关联于与现场模块相关联的任何合适的设备标签或信号标签(例如，与图3中所示的现场模块291或现场模块291的DI 276相关联的标签)。

在将输入块402-404绑定到与过程控制实体和特定信号相关联的标签之后，每个相关过程控制实体向I/O卡或控制器发送携带离散参数值的信号。控制器将离散参数值与已经被“绑定”到发送的过程控制实体和信号的信号标签或设备标签相关联。然后，当执行控制例程401时，信号标签或设备标签已被“绑定”到的输入块402-404将离散参数值提供给(多个)相关块。

作为另一示例，输出块432-436中的每一个输出块都可以绑定到以下中的一个或多个或者与以下中的一个或多个相关联：(i)用于能够接收离散输出信号的过程控制实体的设备标签，或者(ii)用于发送到现场设备的特定离散输出信号的信号标签。为了说明，块432或块434可以绑定到用于图2中所示的现场设备252E的设备标签，或者可以绑定到用于现场设备252E的DO 265的信号标签。此外，类似于图4A中所示的DIO元件450的DIO元件436可以被绑定到与现场模块相关联的任何合适的设备标签或信号标签，或者关联于与现场模块相关联的任何合适的设备标签或信号标签(例如，用于图3中所示的现场模块291的标签，或者用于现场模块291的DO273的标签)。

在将输出块432-436绑定到与过程控制实体相关联的标签之后，输出块432-436在例程401的执行期间从DC块406的输出422-426接收离散参数值。执行例程401的控制器然后使得携带离散参数值的信号被发送(例如，经由诸如图3中所示的I/O卡256A和256B之类的I/O卡，或图1A中所示的I/O卡26和28)到对应的过程控制实体(例如，现场设备或现场模块)，该过程控制实体被绑定到输出块432-436。

控制例程401(包括与块402-406和432-436相关联的任何逻辑或信息的传递)可由任何合适的处理器或控制器执行，诸如图1A中所示的控制器11或图3所示的控制器258。控制例程401可以以与参考图1B所示的例程101描述的方式(例如，经由图1A中所示的应用72a)类似的方式进行创建，并且在性质上可以与例程101类似。

关于功能性，DC块406利用经由该组离散输入412-416接收的参数值来执行逻辑运算，以生成或计算DC块406经由该组离散输出422-426发送给其它块(例如，所示示例中的块432-436)的参数值或命令。由DC块406执行的逻辑运算可以表示设计者希望由DC块406执行的任何期望的逻辑或例程。

F、CHARM 293M和编组块140

特别关于CHARM 293M，图5例示了支持图3中所示的电子编组部件293M的示例性电子编组块或装置140的剖面图。在图5中，电子编组块或装置140包括CHARM载体142，其支持过程控制器258可以(例如，经由图3中所示的有线或无线连接284)所连接的CHARM I/O卡(CIOC)256(也在图3中示出)中的一个或多个。另外，电子编组块或装置140包括一个或多个CHARM基板148，其通信地连接到CHARM载体142(并因此连接到CHARM I/O卡256)，并且支持多个可单独配置的通道。

每个通道都对应于CHARM 293M(或任何其它CHARM)可以安全地接收到并电子连接到其中的专用的CHARM端子块410，从而电子编组现场模块291(图3中所示)，现场设备I/O连接到现场模块291(例如，图3中所示的现场设备252k的连接器273-276)，并且I/O卡256连接到控制器258。

IV、智能调试技术

参考图6-8，描述了可用于促进诸如工厂5的过程工厂中的离散元件的智能调试和配置的示例性技术和系统。具体地，参考图3，所描述的技术和系统可用于以下设备的智能调试：离散的现场设备，诸如现场设备252K；离散的I/O子通道，诸如连接到现场设备252K的I/O连接器273-276的子通道；现场模块设备，诸如现场模块291；以及DIO CHARM，诸如DIOCHARM 293M。

以下描述参考：(A)图6，描绘了智能调试现场模块的方法；(B)图7，描绘了自动配置与现场模块相关联的控制元件或功能块的方法；(C)图8A，描绘了被配置为更新现场模块的配置文件的示例性便携式设备。

A、一种智能调试现场模块的方法

图6是智能调试现场模块的示例性方法601的流程图。一般而言，工厂5的I/O网络7中的设备实施方法601以调试诸如现场模块291之类的现场模块，以及离散的现场设备和与现场模块相关联的信号。方法601允许软件配置任务在调试期间与硬件安装任务分离，从而解决项目执行和后期项目改变的问题。虽然参考图3中所示的现场模块291、DIO CHARM293M、和控制器258描述了方法601，但是应当理解，类似的现场模块、DIO CHARM、和控制器可以实施所描述的功能。

当CHARM 293M被激活时，方法601在步骤605开始。可以通过将CHARM 293M通信地连接到现场模块291和控制器258两者来激活CHARM 293M。通常，通过将CHARM 293M插入图5中所示的装置140的基板148的插座中来实现这种连接。通过插入CHARM，CHARM 293M的第一通信接口(例如，经由电触点)耦合到装置140的I/O连接器(例如，端子板)，通道282和现场模块291链接到该I/O连接器。

此外，插入使得CHARM 293M的第二通信接口(例如，经由电触点)连接到至I/O卡256的通信链路。该链路可以是向CHARM 293M以及CHARM 293M可以通过其与I/O卡256和控制器258通信的通信通道提供电力的电源总线。在某些情况下，CHARM 293M的第一或第二通信接口可以无线连接到通信链路，现场模块291、I/O卡256或控制器258耦合到该通信链路。在这种情况下，将CHARM 293M插入装置140的基板148的插座中可以触发CHARM 293M或装置140建立一个或多个无线连接。

在任何情况下，在步骤610，CHARM 293M自动感测用于现场模块291的标签。通常，标签是逻辑标识符，其参考系统5使用的一组系统标签，唯一地识别现场模块291。为了便于说明，存储到配置文件291F中并由CHARM 293M自动感测的标签将被描述为字符集“FM-291”，但标签可以具有产生唯一标签的任何其它合适的字符组合。注意，自动感测的标签有时可以被称为“设备标签”，或者更一般地，称为“系统标签”(可以包含设备标签以及信号标签的术语)。

无论如何，自动感测通常在已经安装并激活CHARM 293M和现场模块291之后发生。为了便于自动感测，CHARM 293M和现场模块291中的一个或两者可以被配置为经由通道282周期性地发送信标。当CHARM 293M从现场模块291接收到信标时(例如，在现场模块291被安装、耦合到CHARM 293M，并且被激活之后不久)，CHARM 293M通过请求标签(例如，对于现场模块291唯一的系统标签或设备标签)或用于现场模块291的配置文件来进行响应。现场模块291通过向CHARM 293M发送以下内容来响应该请求：(i)存储在配置文件291F处的标签，(ii)配置文件291F的一部分，或(iii)整个配置文件291F。类似地，现场模块291可以响应于从CHARM 293M接收到信标而发送该信息中的任何部分(例如，在插入并激活CHARM 293M之后不久)。

在步骤615，在CHARM 293M接收到标签“FM-291”和/或配置文件291F之后，标签被绑定到特定于CHARM 293M和/或通道282的硬件地址，从而使得控制器258和其它设备能够通过参考标签“FM-291”与I/O子网络299中的设备(例如，现场模块291)通信。该绑定可以存储到图1A所示的配置数据库72b中。参考图3更详细地描述绑定和硬件地址。

注意，在某些情况下，CHARM 293M自动感测附加标签。特别地，除了感测特定于现场模块291的设备标签或DT(例如，“FM-291”)之外，CHARM 293M还可以自动感测信号标签或表示连接到该现场模块291的I/O子通道上的信号(例如，I/O连接器273-276与现场模块291之间的子通道上的三个DO信号和DI信号)的DST。每个自动感测的DST通常对应于：(i)由现场设备测量、检测、或其它报告的特定参数(由DI信号表示)，或(ii)可以通过将DO信号驱动到逻辑“1”而被发布给现场设备的特定命令。

如已经参考图1A中所示的配置数据库72b所述的，DST可以包括现场模块291的DT。例如，CHARM 293M可以自动感应对应于DI 276并且表示控制阀的状态指示符(例如，指示阀打开或关闭)的DST“FM-291-CV-101”和/或对应于DO 273并且表示可以被驱动到逻辑“1”以驱动控制阀打开的DST“FM-291-CO-374”。

B、一种自动配置与现场模块相关联的控制元件或功能块的方法

图7是自动配置与现场模块相关联的控制元件和用于现场设备的一个或多个离散输入或输出的示例性方法701的流程图。一般而言，工厂5的I/O网络7中的设备实施方法701以生成特定现场模块的软件表示，其具有与现场模块的输入和输出相对应的离散的输入和输出。方法701使工程师或设计者不必为在过程工厂中找到的每个现场模块手动配置控制元件，这些现场模块可能是数百或数千个。虽然参考图3中所示的现场模块291、DIO CHARM293M和控制器258来描述方法701，但应当理解，类似的现场模块、DIO CHARM和控制器可以实施所描述的功能。

当控制器258首次检测到DIO网络299时，或者当控制器258检测到对DIO网络299的改变时，方法701在步骤705开始。当CHARM 293M被插入到装置140中时和/或当现场模块291连接到CHARM 293M时，控制器258可以检测DIO网络299。

在步骤710，控制器258请求与DIO网络相关联的配置文件。特别地，控制器258可以使得I/O卡256和CHARM 293M获取配置文件291F并将配置文件291F发送到控制器258。

如块705和710的虚线轮廓所表示的，在某些情况下，控制器258不实施步骤705和710。相反，CHARM 293M和/或I/O卡256可以检测对子网299的改变，并且在没有接收到来自控制器258的请求的情况下，可以将配置文件291F发送给控制器258。CHARM 293M可以通过周期性地验证现场模块291处的配置文件291F与最近上载的配置文件匹配和/或通过在已经更新配置文件291F之后接收由现场模块291推送的通知来检测对子网络299的改变。CHARM 293M可以根据参考图6描述的方法601来自动检测配置文件291F处的标签变化。

在任何情况下，在步骤711，控制器258从I/O卡256和CHARM 293接收用于现场模块291的配置文件291F。

在步骤715，控制器258分析配置文件291F以识别表示现场模块291以及(i)现场模块291与ii)连接到现场模块291的现场设备I/O连接器273-276之间的I/O子通道上的信号的标签(例如，“FM-291”)。

在步骤720，控制器258实例化DIO控制元件259F并将元件259F绑定到设备标签“FM-291”。此外，控制器258将用于DI 276的信号标签(从配置文件291F中识别)绑定到DIO控制元件的输出，并将用于DO 273-275的信号标签绑定到DIO控制元件的三个输入。如果需要，控制器258还可以将用于通道282的信号标签绑定到元件259F的混合输入/输出。在将标签绑定到元件259F之后，可以将元件259F插入到控制例程中并链接到其它块(例如，输入、输出或控制块)，以写入DO 273-275中的任何DO和/或读取DI 276。

注意，现场模块291可以生成与离散信号273-276所携带的信息不同的信息。例如，现场模块291可以生成表示现场模块291的健康状况的健康指数值，表示任何I/O子通道或通道282的状态的一个或多个通信状态指示符，用于指示现场模块291处发生故障的一个或多个错误参数，等等。如果需要，这些其它参数或指数中的每一个可以绑定到元件259F的输出。

在已经配置了DIO元件259F之后，控制器258可以周期性地向现场模块291发送请求以确认自从上次对元件259F进行配置以来配置文件291F尚未改变。如果控制器258接收到配置文件291F已经改变的通知(步骤705)，则控制器258可以再次实施步骤710-720。

C、一种被配置为更新现场模块的配置文件的示例性便携式设备

图8A是可用于更新诸如现场模块291之类的现场模块的配置文件的示例性便携式设备801的框图。虽然参考图3中所示的现场模块291描述了设备801，但是设备801可以类似地根据所描述的操作与任何合适的现场模块交互。

设备801使得现场环境122中的人员能够在现场模块附近时快速且容易地更新现场模块291(例如，在更新现场布线以添加、替换或移除至现场设备的通道之后)，而不要求该人员返回工厂的后端环境125中的工作站。因此，设备801使人员能够视觉检查现场模块291并确认或再确认所更新的配置文件中的信息准确地反映了对现场模块291的物理改变。便携式设备801可以具体地被配置用于过程控制环境中的操作。例如，便携式设备801可以是本质安全的。换言之，设备801可以被配置为通过仅具有不拥有或发出足以在该区域中点燃的能量的部件来在危险区域(例如，具有危险浓度的可燃气体或灰尘的区域)中安全地操作(例如，所有部件可以被配置为保持电压低于24VDC和电流低于100mA)。作为另一示例，便携式设备801可以被配置为向操作员提供维护人员提供显示，该显示使设备801的用户能够监控工厂5中的装备和变量，或者操纵工厂5中的变量或装备以实施对工厂5的控制。

便携式设备801是便携式电子设备，诸如膝上型计算机、平板电脑、移动电话、PDA、或工业通信器，其被配置为更新现场模块291的配置文件291F。设备801包括处理器802(其可以是任何合适的微处理器或通用处理器)，该处理器802通信地连接到存储器804、通信接口806和用户接口(UI)808。设备801还可以包括壳体和电源(诸如电池(未示出))。

存储器804可以是包括非暂时性计算机可读介质(“CRM”)的任何合适的存储器和/或存储部件，并且可以包括易失性和/或非易失性介质以及可移动和/或不可移动介质。存储器804存储一个或多个例程812，其可由处理器802执行以使得设备801执行所描述并归因于设备801的功能。存储器804还存储用于现场模块291的配置文件814。

通信接口806可以是使设备801能够向其它系统发送信息或数据和/或从其它系统接收信息或数据的任何合适的接口。特别地，接口806包括用于与现场模块291建立直接无线连接(例如，经由NFC)的电路。例如，接口806可以包括NFC标签、NFC读取器/写入器、非NFCRFID标签、和/或RFID读/写器。如果需要，接口806包括用于无线连接到接入点55a或55b之一的电路和/或用于建立到现场模块291的有线连接的电路(例如，经由USB、以太网等)。

UI 808可以包括任何合适的用户输入部件或用户输出部件。如图所示，UI 808包括显示器816，其可以是LCD显示器、智能手表显示器、耳机显示器(例如，VR护目镜)、任何其它合适的显示器、或它们的某种组合。UI 808还包括触摸传感器818，其可以是与显示器816集成或者与“软键”的一个或多个表面集成的电阻或电容式触摸传感器。如果需要，UI 808可以包括按钮和可以用于输入的其它机械致动器、以及任何合适的音频或视觉输出部件。

在操作期间，设备801的用户配置配置文件814(例如，经由UI 808)以包括她想要包括在现场模块291的配置文件291F中的信息。该配置可以涉及提供用于模块291的设备标签和/或用于从现场模块291到现场设备连接器的一个或多个I/O子通道的信号标签。在某些情况下，设备801可以简单地从后端125中的服务器(例如，耦合到数据库72b的服务器，其可以存储预先配置的配置文件814)下载处于预配置状态的配置文件814。

在任何情况下，在配置文件814被配置并准备下载到现场模块291之后，设备801检测到现场模块291或者现场模块291检测到设备801，通信通道被建立，并且配置文件814的全部或一些被下载到现场模块291以替换配置文件291F。

作为第一示例性配置，设备801包括RFID或NFC读取器/写入器，其检测现场模块291的无源RFID标签或NFC标签(有时简称为“RF标签”)。例如，设备801在技术人员将设备801靠近现场模块291的标签(例如，在四英寸内)放置时，可生成为现场模块291的NFC标签或RFID标签供电的磁场。然后，NFC或RFID标签可以发送携带信息的信号，该信息使设备801能够经由第二组协议或标准(诸如蓝牙或Wi-Fi直连)来自举(bootstrap)至现场模块291的链路。在某些情况下，现场模块291可以替代地使用有源或带电的RFID标签，从而将潜在连接的范围扩展到高达15英尺。

在某些情况下，现场模块291的RFID或NFC标签存储并发送现场模块291的系统标签。在这种情况下，设备801可以利用读取器/写入器将新的系统标签写入NFC或RFID标签并因此更新现场模块291的系统标签。如果尚未将配置文件291F配置为具有系统标签或者如果项目改变要求为现场模块291分配不同的标签，则该操作是有用的。此外，现场模块291可以具有用于至现场设备的每个潜在I/O子通道的NFC或RFID标签；设备801可以写入这些标签中的每一个，并且从而针对每个I/O子通道更新存储在配置文件291F中的信号标签。

在第二示例配置中，现场模块291可以包括RFID或NFC读取器/写入器，并且设备801可以包括NFC标签和无源或有源RFID标签。在这种情况下，现场模块291的读取器/写入器可以检测由设备801的RFID或NFC标签发送的信号(例如，在由通过现场模块291的读取器/写入器提供的磁场供电之后)。现场模块291可以依赖于该信息以便以类似于第一示例中描述的方式来自举第二链路。

在某些情况下，设备801可以将期望的系统标签或信号标签存储到RFID或NFC标签，然后可以在RFID或NFC标签被供电时发送该系统标签或信号标签。现场模块291可以接收系统标签并相应地更新配置文件291F。

在第三示例性配置中，现场模块291和设备801均可以包括能够彼此检测并建立NFC对等(p2p)连接的NFC读取器/写入器。设备801可以经由该NFC p2p连接将配置文件814的全部或部分发送到现场模块291以替换配置文件291F。

如果需要，设备801可以建立到现场模块291的间接连接(例如，经由接入点55a、55b或74、主干10、和I/O网络7)，并且可以经由该间接连接将配置文件814的全部或部分下载到现场模块291。在某些情况下，配置应用72a或服务器可以充当便携式设备801与现场模块291之间的中介。

图8B是利用图8A中所示的便携式设备801更新现场模块(诸如图3中所示的现场模块291)处的配置文件(例如，配置文件291F)的示例性方法851的流程图。

方法851开始于步骤852，其中便携式设备801检测现场模块291。便携式设备801可以在没有来自用户的输入的情况下自动且无线地检测现场模块291。可以使用任何合适的短程、中程或远程无线标准或协议进行检测。例如，如上所述，设备801和现场模块291可以利用NFC、RFID或蓝牙协议来促进检测。可以使用13.56MHz、900MHz、2.4GHz、3.6GHz、5GHz或60GHz无线电频带中的任何一个或多个中的无线信号来实现检测。在一些实施方式中，用户输入可以促进检测。例如，用户可以选择由设备801显示的与现场模块291唯一关联的标签、标识符或图形。该用户交互可以使设备801尝试无线地检测现场模块291。

在步骤854，设备801在设备801与现场模块291之间建立无线通道。任何合适的短程、中程或远程无线标准或协议可以用于通信通道。此外，无线通道可以符合13.56MHz、900MHz、2.4GHz、3.6GHz、5GHz或60GHz无线电频带中的任何一个或多个。在一些实施方式中，无线通道符合与用于检测现场模块291的(多个)协议不同的一个或多个协议。例如，可以经由RFID通信来检测现场模块291，RFID通信可以用于自举wi-fi、蓝牙或某些其它无线通信通道。换言之，在一些实施方式中，无线通道符合用于检测的相同的一个或多个协议(例如，NFC可以用于检测和后续通信两者)。在一些示例中，设备801处的用户输入可以促进建立通信通道。例如，设备801可以首先检测现场模块291，然后用户可以经由UI 808选择现场模块291以指示他或她想要与现场模块291建立通信。例如，设备801可以检测多个场模块，并且用户可以选择与其建立通信的特定场模块。

在步骤856，设备801经由所建立的无线通道更新现场模块291的配置文件。例如，设备801可以针对配置文件向模块291发送请求。然后，模块291可以通过将配置文件发送给设备801来响应该请求。

在设备801接收到配置文件之后，它可以更新存储在配置文件处的信息。例如，它可以改变用于模块291的设备标签，或者可以改变用于发送到模块291或者由模块291接收的信号的一个或多个信号标签。在更新配置文件之后，设备801可以将配置文件发送回模块291(例如，连同用于覆盖旧配置文件或以其它方式激活新的或更新的配置文件的命令)。UI808处的用户输入可以使得或以其它方式促进设备801将配置文件上载到模块291(例如，通过与启动上载的按钮或其它UI元件交互)。用于更新模块291的配置文件的能力使工厂人员能够快速且容易地重新配置模块291(例如，当需要将模块291连接到附加或不同的现场设备或现场设备信号时)。

V、用于过程工厂的改进的离散I/O通信协议

图9A和9B分别描绘了根据协议912和协议922可以由图3中所示的通道282携带的并可以由本文描述的系统(包括图3中所示的CHARM293M和现场模块291)对其进行编码、解码、发送或接收的示例性数据或通信信号910和920。图10A和10B分别描绘了用于根据协议922编码消息的示例性方法1001和用于根据协议922解码消息的方法1051。

A、协议912和922

参考图9B，信号920符合新颖的按位的离散I/O通信协议922(在此更一般地称为“DIO协议”)，其提供了超过信号910符合的协议912的许多优点。具体地，相对于协议912，协议922在通道282上提供改进的错误检测和较稳定的DC电平。

如示出的，信号910和920中的每一个都携带由CHARM 293M经由通道282发送给现场模块291的消息的有效载荷部分。在由信号910和920携带的有效载荷携带相同的信息内容(例如，相同的变量值)的情况下，根据协议912对信号910携带的有效载荷进行编码和解码，并且根据DIO协议922对信号920携带的有效载荷进行编码和解码。信号910和920可以由DIO CHARM 293M、I/O卡256、或它们的某种组合进行编码。

图9A示出了信号910中对应于由信号910携带的消息的有效载荷部分的一部分，并且示出了在时间t1至t8发生的信号910的八个样本。有效载荷携带表示对应于DO_1-DO_8的八个离散输出值914的8比特的信息：“0101 1111”。八个DO值914最初由控制器258生成并发送到I/O卡256，I/O卡256转发这些值到CHARM 293M(例如，经由背板)。然后，CHARM293M将DO值编码到消息上，并经由通道282发送消息。如示出的，协议912是依赖于幅度调制的非归零协议，其中比特值“1”由+5V的电压表示，其中比特值“0”由+1V的电压表示。在某些情况下，协议910可以依赖于不同的幅度来表示值(例如，0V和5V、-5V和5V等)。尽管图9A示出了叠加在24V DC电源(例如，源自装置140的背板，如图5所示，CHARM293M连接到该背板)上的通信信号910，在某些情况下，通道282可以携带信号910但是不提供电力。

参考图9B，协议922提供了超过协议912的许多优点。协议922要求通过发送以下内容来编码数据集：(i)表示第一离散输入或输出变量值的第一比特子集，以及(ii)表示第一变量值的按位取反的第二比特子集。根据协议922发送的每个变量值类似地由表示该值的第一子集的一个或多个比特和表示该值的按位取反的第二子集的一个或多个比特表示。

例如，在操作期间，CHARM 293M通过将第一比特设置为“0”(如t1所示)并将第二比特设置为DO_1的值“1”的相反数(如t2所示)来对具有DO_1的值的消息进行编码。该第一比特集表示DO_1的值。CHARM293M针对其它值924中的每一个执行类似的操作。现场模块293M接收信号920并通过识别用于值924中的每个值的每个比特集来解码消息(例如，前两比特对应于DO_1；第二个两比特对应于DO_2；等等)，并验证第二比特或该比特内的子集表示第一比特或第一子集的按位取反。

有利地，协议922给予信号920高完整性，因为可以在编码级别检测单比特和多比特错误。例如，当信号920携带的第二比特子集不表示第一比特子集的按位取反时，现场模块291或CHARM 293M将检测到错误。此外，协议922导致通道282上的DC电平的较小变化。参考图9A，协议912可以使DC电平在一段时间内人为地保持高或低。相比之下，通过协议922所需的反转过程导致随时间更稳定的DC电平。此外，在协议使用正电压和负电压进行幅度调制(例如，+5V和-5V)的情况下，DC电平将平均保持接近于所设计的电源电平(例如，24V)。

由信号910和920中的每一个信号携带的有效载荷可以在元数据部分(例如，报头和/或报尾)之前和/或之后，元数据部分携带：(i)有效载荷信息，例如有效载荷长度、变量标识符(例如，表示DO_1至DO_8中的每一个的DST)、变量映射(例如，指示每个变量的有效载荷内的比特位置)、可变长度(例如，在某些情况下，某些变量可以是非二进制的并且因此由多于一个比特表示)等；(ii)路由信息，例如一个或多个标签、硬件地址、或表示消息目的地的网络地址(例如，现场模块291)、有效载荷中携带的变量值的目的地(例如，现场设备252k的连接器I/O 273)、消息的源(例如，CHARM 293M和/或控制器258)、和/或用于将消息路由到目的地的任何中间节点(例如，I/O卡256和/或CHARM 293M)；(iii)错误检测和校正信息，例如校验和、奇偶校验位、和/或循环冗余校验(CRC)；(iv)识别用于消息传递的协议类型的协议信息；和/或(v)前导码、起始码、和/或结束码，它们使得发送和接收设备能够识别新消息的开始，将比特位置映射到适当的变量，和/或识别消息的结束。

虽然图9A和9B示出了仅携带二进制变量值的信号910和920，但在某些情况下，协议910和920能够对非二进制值进行编码和解码。例如，可以使用十六进制，其中第一16比特集表示第一值，第二16比特集表示第二值，等等。作为另一示例，可以使用二进制编码的十进制(BCD)，其中每个变量值的特征在于一个或多个字节或半字节，每个字节代表一个十进制数字。当使用BCD时，消息元数据或现场模块配置文件可以存储每个字节或半字节到特定变量和该变量的特定数字的映射。例如，用于储能电平的两位数BCD值可以由用于电平值的第一个数字的第一8比特集和用于电平值的第二个数字的第二8比特集来表示。

在一些实施例中，系统5，特别是CHARM 293M和现场模块291，可以依赖于用于经由通道282发送和接收的信号的不同编码和解码协议，例如曼彻斯特编码。但请注意，曼彻斯特编码有缺点。例如，对于曼彻斯特编码，数据速率相对于数据信号的带宽减半。曼彻斯特编码的信号需要每个比特的转换，这意味着两个曼彻斯特逻辑状态用于传达一个标准的逻辑状态。因此，以相同的速率传输数据需要两倍的带宽。此外，曼彻斯特编码是自计时的，因此当信号被解码时需要从信号中恢复时钟。协议922不要求将时钟嵌入信号920内，因此在解码期间不需要从信号中恢复时钟。

在某些情况下，工厂5可以实现另外的或替代的技术。例如，在某些情况下，工厂5实现使用协议912或922之一的相同的通用编码技术，但是依赖于其中信号在脉冲之间下降到零的归零(RTZ)编码和/或依赖于电压电平之间的转换来指示值而不是恒定电压电平的协议。此外，如果需要，工厂5可以实现使用协议912或922之一的相同通用编码技术，但是调制信号的频率或相位以指示值而不是信号的幅度的协议。

B、根据协议522对消息进行编码

图10A是根据协议922对消息进行编码的示例性方法1001的流程图，该方法可以由图3中所示的CHARM 293M和/或现场模块291实施。方法1001在提供电力和离散通信的通道上提供改进的错误检测以及稳定的DC电平。

在高级别，方法1001包括四个步骤：DI信号接收步骤1005/1007；消息编码步骤1009；消息映射步骤1011；和消息传输步骤1013。

在步骤1005和1007，分别接收携带变量值V1和V2的离散信号DI_1和DI_2。例如，参考图3，现场模块291可以经由到现场设备连接器276的子通道接收D1_1，并且可以经由到第二现场设备连接器(未示出)的子通道接收DI_2。

在接收到离散信号之后，现场模块291对信号进行解码(例如，基于子通道的电压)并在步骤1009对消息进行编码。因为经编码的消息通常携带与过程工厂中的DI信号(例如，来自图3中所示的现场设备252K的I/O连接器276)相对应的变量的值，因此经编码的消息有时被称为“DI消息”。然而，将注意到，可以利用与来自现场设备的DI信号不对应的信息(例如，由现场模块291生成的指数值或对应于DO信号的值)经由协议922对消息进行编码。在任何情况下，步骤1009包括子步骤1015和子步骤1017，在子步骤1015中生成用于DI消息的有效载荷，在子步骤1017中生成用于DI消息的元数据。

在子步骤1015，针对值V1(子步骤1021)和V2(子步骤1031)中的每一个值生成比特集。具体地，针对V1，生成表示V1的第一比特子集(子步骤1023)，并且生成表示V1的按位取反的第二比特子集(子步骤1025)。类似地，针对V2，生成表示V2的第一比特子集(子步骤1033)，并且生成表示V2的按位取反的第二比特子集(子步骤1035)。现场模块291可以验证每个第二子集都表示由第一比特子集表示的值的按位取反。如果不是这种情况，则现场模块291可以将错误信号发送到CHARM 293M以通知CHARM 293M已经发生编码错误。在任何情况下，假设没有检测到错误，则将比特集中的每个比特集编码到消息的有效载荷内的比特位置。

关于子步骤1017，先前参考图9A和9B描述了示例性元数据。元数据可以指示DI消息的开始和/或结束(例如，经由协议922特有的特定开始代码或结束代码)。在某些情况下，可能会针对DI消息生成很少的元数据或没有元数据。

在步骤1011，可以生成标签到消息映射。控制系统5可以具有用于DI_1和DI_2中的每一个的唯一标签，每个标签都代表变量(例如，控制阀状态)。标签到消息映射可以针对对应于DI的每个标签识别DI消息内的(多个)比特位置。注意，步骤1011可以在方法1001中的任何其它步骤之前发生，并且可以被存储到图3中所示的配置文件291F，该配置文件291F然后可以被上载到CHARM 293M、I/O卡256、控制器258、和/或工厂5中的其它设备。在某些情况下，映射包括在步骤1017处生成的元数据中。

在步骤1013，现场模块291经由I/O通道282发送携带DI消息的离散信号H1，其可以由CHARM 293M接收和解码。注意，除了清楚地表明信号H1与离散信号DI_1和DI_2不同之外，用于所发送的离散信号的“H1”标记没有意义。现场模块291经由接口291H和通道282将信号H1发送到CHARM 293M，并且经由单独接线到接口291G的两个通道接收信号DI_1和DI_2。

注意，虽然图10A中所示的步骤1009示出了用于编码携带变量值的DI消息的现场模块291的子步骤，但是步骤1009的子步骤可以类似地被任何合适的设备(例如，CHARM293M)用于编码携带任何期望信息的消息。一般而言，CHARM 293M编码为经由I/O卡256和控制器258接收的消息命令，而不是对经由现场设备子通道接收的变量值进行编码。CHARM293M经由通道282发送该“DO消息”，使得它可以由现场模块291接收和解码，现场模块291然后经由I/O子通道将命令发送到适当的现场设备。

C、根据协议922解码消息

图10B是根据协议922对消息进行解码的示例性方法1051的流程图，该方法可以由图3中所示的CHARM 293M和/或现场模块291实施。方法1051在提供电力和离散通信的通道上提供改进的错误检测和稳定的DC电平。

在高级别，方法1051包括四个步骤：消息接收步骤1055；消息解码步骤1057；离散输出(DO)信号编码步骤1059；和命令发送步骤1061。

在步骤1055，现场模块291接收由离散信号H1携带的消息。如已经指出的，除了将接收到的信号与其它离散信号(诸如步骤1059和1061中引用的DO信号)区分开来之外，“H1”标签没有意义。

在步骤1057，现场模块291根据协议922对所接收的消息进行解码。因为所接收的消息通常携带意图由现场设备经由DO信号(例如，经由图3中所示的现场设备252K的I/O连接器273-275中的一个连接器)接收的命令或控制输出的值，所接收的消息有时被称为“DO消息”。然而，将注意到，解码步骤1057可以用于解码携带任何合适信息的消息(例如，对应于DI信号的值；用于现场模块291的命令；等等)，只要该消息已经经由协议922进行编码。无论如何，步骤1057包括子步骤1061和1071，其中识别表示特定命令或其它信息的比特集。

具体地，在子步骤1065，现场模块291在第一集合内识别表示命令C1的第一比特子集。在子步骤1067，现场模块291在第一集合内识别表示命令C1的按位取反的第二比特子集。当第二子集不表示第一子集的按位取反时，命令C1被“丢弃”并且替代地使用默认命令(例如，先前存在的命令或预定义的“安全”命令)。在子步骤1075和1077处，现场模块291执行类似的操作以在第二比特集内识别表示命令C2的第一比特子集和表示命令C2的按位取反的第二比特子集。

在子步骤1063和1073，现场模块291分别针对命令C1和C2识别目标现场设备子通道或I/O连接器X1和X2。现场模块291基于对标签到消息映射(例如，指示哪些标签对应于消息中的哪些比特位置)和/或标签到硬件映射(例如，指示哪些标签对应于哪些硬件地址)的分析来识别这些目标子通道。这些映射可以存储到配置文件291F，或者可以包括在DO消息的元数据部分中。

在DO消息已经被解码之后，现场模块291通过相应地对每个信号DO_1(由通道X1携带)和DO_2(由通道X2携带)进行编码，将命令C1(子步骤1091)和C2(子步骤1093)分别发送到适当的现场设备I/O通道X1和X2。一般而言，对命令C1和C2进行编码涉及简单地将适当信号的电压驱动到两个电平(例如，5V或1V)之一。

注意，虽然图10B中所示的步骤1057示出了用于解码携带命令值的DO消息的现场模块291的子步骤，但是1057的子步骤可以类似地被任何合适的设备(例如，CHARM 293M)使用，以对已经根据协议922编码的消息进行解码。例如，CHARM 293M可以实施步骤1057，以对从现场模块291接收的DI消息进行解码来识别一组DI值。然后，CHARM 293M可以将这些DI值(以及相关联的标签，如果需要)转发到I/O卡256和/或控制器258，使控制器258能够执行考虑DI值(例如，表示所测量的过程变量，诸如流速、罐液位、阀位置、压力水平、温度等)的控制例程。

VI、其它考虑

下面描述用于管理离散过程控制元件(例如，离散设备、离散通信通道、离散信号等)以及用于智能调试过程工厂5中的离散元件的各个方面、装置、系统、部件、设备、方法和技术。

如上所述，本文所述的智能调试技术显著减少了调试过程工厂5的时间、人员和成本。因为过程工厂可包括数百、数千甚至数万个离散元件，每个元件必须在过程工厂开始运行之前进行调试，从智能调试技术中获得的人员-小时(因此，财务上)的资源节省是广泛的。此外，由于至少一些智能调试技术是自动执行的，因此它们不易受到用户错误的影响，因此比传统的调试技术更为准确。

应注意，虽然关于过程控制系统5描述了本文描述的智能调试技术，但是本文描述的任何一种或多种智能调试技术同样适用于过程控制工厂的过程控制安全信息系统，诸如艾默生过程管理公司提供的DeltaV SISTM产品。例如，可以使用本文描述的任何一种或多种智能调试技术来调试独立过程控制安全系统或集成控制和安全系统(“ICSS”)。

另外，当以软件实现时，本文描述的任何应用、服务和引擎可以存储在任何有形的、非暂时性计算机可读存储器(诸如磁盘、激光盘、固态存储器设备、分子存储器存储设备或其它存储介质上)中，在计算机或处理器的RAM或ROM中，等等。虽然本文公开的示例性系统被公开为除了其它部件之外，包括在硬件上执行的软件和/或固件，但是应该注意，这些系统仅仅是说明性的，不应被视为限制性的。例如，预期这些硬件、软件和固件部件中的任何一个或全部可以专门以硬件、仅以软件或以硬件和软件的任何组合来体现。因此，尽管本文描述的示例性系统被描述为在一个或多个计算机设备的处理器上执行的软件中实现，但是本领域普通技术人员将容易理解，所提供的示例不是实现这样的系统的唯一方式。

具体地，参考方法601、701、851、1001和1051，所描述的功能可以全部或部分地由图1中所示的系统5的设备、电路和/或例程来实施。所描述的方法中的每一个方法都可以由一组电路来实现，该组电路被永久或半永久地配置(例如，ASIC或FPGA)为执行相应方法的逻辑功能、或者至少被临时配置(例如，一个或多个处理器和表示保存到存储器中的逻辑功能的指令集或例程)为执行相应方法的逻辑功能。

尽管已经参考具体示例描述了本发明，但是这些示例仅旨在说明而不是限制本发明，本领域普通技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对所公开的实施例进行改变、添加或删除。此外，尽管前述文本阐述了许多不同实施例的详细描述，但应该理解，该专利的范围由在本专利开始处所陈述的权利要求的语言及其等同物来限定。具体实施方式应被解释为仅是示例性的，并未描述每个可能的实施例，因为如果不是不可能的话，描述每个可能的实施例将是不切实际的。使用当前技术或在本专利申请日之后开发的技术可以实施许多替代的实施例，这仍然落入权利要求书及其所有等同物的范围内。

在整个说明书中，多个实例可以实施被描述为单个实例的部件、操作或结构。尽管一个或多个方法的单独操作被例示并描述为单独的操作，但是在某些实施例中可以同时执行一个或多个单独的操作。

如本文所使用的，对“一个实施例”或“实施例”的任何引用意味着结合该实施例描述的特定元件、特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定都指的是同一实施例。

如本文所使用的，术语“包含(comprise)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(has)”、“具有(having)”或它们的任何其它变型旨在涵盖非排他性的包含。例如，包含元件列表的过程、方法、物品或装置不一定仅限于那些元件，而是可以包括未明确列出的或者这种过程、方法、物品或装置固有的其它元件。此外，除非有相反的明确说明，否则“或”是指包含性的“或”而不是排他性的“或”。例如，条件A或B满足以下任何一项：A是真(或存在)且B为假(或不存在)，A为假(或不存在)且B为真(或存在)，A和B均为真(或存在)。

另外，使用“一”或“一个”来描述本文实施例中的元件和部件。一般而言，当系统或技术被描述为包括“一”部分或“一个”步骤时，系统或技术应当被解读为包括一个或至少一个部分或步骤。换而言之，例如，在一些实施方式中，被描述为包括蓝色小部件的系统可以包括多个蓝色小部件(除非该描述清楚地表明该系统仅包括一个蓝色小部件)。

在整个说明书中，使用以下术语和短语中的一些。

调试。调试可分为至少两类：传统调试和智能调试。传统的调试技术要求在调试之前在图1中示出的现场环境122中设置的各部件的名称或标识以及它们与在后端环境125中定义的其它部件的关联和互连能够在现场环境122中以任何重要的方式开始。换言之，传统的调试技术要求各现场部件的名称、关联和互连首先在后端环境125中进行配置或定义，并且然后经由在过程控制系统5内的所建立的通信路径被下载到或以其它方式发送到现场环境122，以使这种调试数据在现场环境122中可用，用于调试现场环境122的部件。例如，使用传统的调试技术，调试数据(包括配置和定义)通常经由数据高速通道10从后端环境125被发送到控制器120和I/O设备108，并且在某些情况下，发送到现场环境122中的现场设备102，从而调试数据可用于在现场环境122中执行一个或多个调试动作或活动。

另一方面，智能调试不需要配置和定义在现场环境122中启动调试活动之前在后端环境125处完全完成。相反，本文描述的智能调试技术允许物理设计、安装、工程、和调试在过程工厂5的现场环境122中启动和执行，而独立于在过程工厂的后端环境125中执行的功能/逻辑设计和工程的进展。例如，可以在现场环境122可通信地连接到过程工厂5的后端环境125之前，例如，当现场环境122和后端环境125通信断开时，和/或当已经安装在现场环境122中的回路100(或其一部分)与后端环境125通信断开时，可以在过程工厂5的现场环境122中执行各种调试活动或动作。

例如，可以在过程控制系统或工厂5知道将现场设备分配给特定I/O卡或I/O通道之前，在现场环境122中执行至少一部分调试活动和动作。附加地或替代地，当各部件与过程控制回路的其它部件断开连接时和/或当各部件尚未被分配给回路的其它部件时，可以在过程控制回路的各部件上形成各种调试活动或动作。因此，智能调试允许调试过程的至少一些部分在本地地、自动地、分布地、和/或并行地执行，使得过程工厂5的设备、部件、和其它部分可以在被整体合并或集成到工厂或系统5中之前部分地或甚至完全地进行调试，从而与传统的调试技术相比，显著地减少了用于调试过程工厂所需的时间、人员和成本。

通信接口：所描述的设备和/或系统中的一些包括“通信接口”(有时称为“网络接口”)。例如，设备806包括通信接口806。诸如接口806之类的的通信接口使系统能够向其它系统发送信息并从其它系统接收信息，并且可以包括用于有线和/或无线通信的电路。

参考设备801和图8，通信接口806使设备801能够经由任何合适的网络(诸如个人区域网络(PAN)、局域网(LAN)、或广域网(WAN))连接到现场模块291和/或其它计算系统或服务器。具体地，通信接口806包括用于根据用于NFC(在13.56MHz频带中工作)、RFID(在125-134kHz、13.56MHz和/或856MHz至960MHz的频带中工作)、蓝牙(在2.4至2.485GHz的频段中工作)、Wi-Fi Direct(在2.4GHz或5GHz的频段中工作)的协议或标准和/或实现无线通信的任何其它合适的通信协议或标准将设备801无线连接到现场模块291的电路。

通信链路。“通信链路”或“链路”是连接两个或更多个节点的路径或介质。链路可以是物理链路和/或逻辑链路。物理链路是信息通过其传输的接口和/或(多个)介质，并且本质上可以是有线或无线的。物理链路的示例可以包括具有用于传输电能的导体的电缆、用于传输光的光纤连接、和/或经由对(多个)电磁波的一个或多个属性做出的改变来携带信息的无线电磁信号。

两个或更多个节点之间的逻辑链路表示连接两个或更多个节点的底层物理链路和/或中间节点的抽象概念。例如，两个或更多个节点可以经由逻辑链路逻辑耦合。可以经由物理链路和中间节点(例如，路由器、交换机或其它联网装备)的任何组合来建立逻辑链路。

链路有时被称为“通信通道”。在无线通信系统中，术语“通信通道”(或仅“通道”)通常是指特定频率或频带。可以在通道的特定频率或特定频带内发送载波信号(或载波)。在某些情况下，可以在单个频带/通道上发送多个信号。例如，信号有时可以经由不同的子带或子通道在单个频带/通道上同时发送。作为另一个示例，信号有时可以通过分配各个发射器和接收器使用所讨论的频带的时间段来经由相同频带发送。

存储器和计算机可读介质。一般而言，如本文所使用的，短语“存储器”或“存储器设备”是指包括计算机可读介质(“CRM”)的系统或设备。“CRM”指的是用于放置、保存和/或获取信息(例如，数据、计算机可读指令、程序模块、应用、例程等)的相关计算系统可访问的一个或多个介质。注意，“CRM”指的是本质上非暂时性的介质，并不是指无形的暂时性信号，诸如无线电波。

CRM可以在相关计算系统中包括的任何技术、设备或设备组中实现，或者与相关计算系统通信。CRM可以包括易失性和/或非易失性介质、以及可移动和/或不可移动介质。CRM可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光盘存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其它磁存储器设备、或可用于存储信息并且可由计算系统访问的任何其它介质。CRM可以通信地耦合到系统总线，从而实现CRM与耦合到系统总线的其它系统或部件之间的通信。在一些实施方式中，CRM可以经由存储器接口(例如，存储器控制器)耦合到系统总线。存储器接口是管理CRM与系统总线之间的数据流的电路。

网络。如本文所使用的并且除非另有说明，当在传输信息或数据的(多个)系统或(多个)设备的上下文中使用时，术语“网络”指的是一些节点(例如，能够发送、接收和/或转发信息的设备或系统)和连接以实现节点之间的通信的链路。

网络可以包括负责在节点之间引导流量的专用路由器，以及可选地，负责配置和管理网络的专用设备。节点中的一些或所有节点还可以适于用作路由器，以便引导其它网络设备之间发送的流量。网络设备可以以有线或无线方式互连，并且网络设备可以具有不同的路由和传输能力。例如，专用路由器能够进行高容量传输，而一些节点能够在相同的时间段内发送和接收相对较少的流量。另外，网络上的节点之间的连接可以具有不同的吞吐量能力和不同的衰减特性。例如，因为介质的固有物理极限的差异，光纤电缆能够提供比无线链路高几个数量级的带宽。网络可以包括网络或子网络，诸如局域网(LAN)或广域网(WAN)。

节点。一般而言，术语“节点”指的是连接点、再分配点、或通信端点。节点可以是能够发送、接收和/或转发信息的任何设备或系统(例如，计算机系统)。例如，发起和/或最终接收消息的终端设备或终端系统是节点。接收和转发消息的中间设备(例如，在两个终端设备之间)通常也被认为是“节点”。

处理器。本文描述的示例性方法的各操作可以至少部分地由一个或多个处理器执行。一般而言，术语“处理器”和“微处理器”可互换地使用，每个术语指的是被配置为获取并执行存储到存储器的指令的计算机处理器。通过执行这些指令，(多个)处理器可以执行由指令定义的各操作或功能。取决于特定实施例，(多个)处理器可以临时配置为(例如，通过指令或软件)或永久地配置为执行相关操作或功能(例如，用于专用集成电路或ASIC的处理器)。处理器可以是芯片组的部分，其还可以包括例如存储器控制器和/或I/O控制器。芯片组是集成电路中的一些电子部件，其通常被配置为提供I/O和存储器管理功能以及多个通用和/或专用寄存器、定时器等。一般而言，一个或多个所描述的处理器可以经由系统总线通信地耦合到其它部件(诸如存储器设备和I/O设备)。

某些操作的性能可以分布在一个或多个处理器之中，不仅驻留在单个机器内，而且跨多个机器部署。在一些示例性实施例中，一个或多个处理器可以位于单个位置(例如，在家庭环境、办公室环境内或作为服务器场)，而在其它实施例中，处理器可以分布在多个位置。

诸如“处理”、“计算”、“核算”、“确定”、“呈现”、“显示”等的词语可以指代机器(例如，计算机)的动作或过程，该机器操纵或转换被表示为一个或多个存储器(例如，易失性存储器、非易失性存储器、或他们的组合)、寄存器、或接收、存储、发送或显示信息的其它机器部件内的物理(例如，电子、磁性或光学)量的数据。

Claims

1.一种过程控制设备，其用于管理与过程工厂中的现场设备相关联的离散信号，所述过程控制设备包括：

第一通信接口，所述第一通信接口包括能够连接到多个离散I/O通道的多个输入/输出(I/O)连接器，所述多个离散I/O通道将所述第一通信接口耦合到一个或多个现场设备；

第二通信接口，所述第二通信接口被配置为耦合到与过程控制器相关联的通信通道；

一个或多个电路，所述一个或多个电路通信地耦合到所述第一通信接口和所述第二通信接口，所述一个或多个电路被配置为：

(i)经由所述第一通信接口接收从所述一个或多个现场设备发送的多个离散输入信号；

(ii)对所述多个离散输入信号中的每个离散输入信号进行解码，

以识别多组信息；

(iii)利用所述多组信息对消息进行编码；以及

(iv)经由所述第二通信接口发送携带所述消息的离散信号，使得所述过程控制器能够：(i)接收所述多组信息，以及(b)基于所述多组信息来执行控制。

2.根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述一个或多个现场设备是单个现场设备，并且其中，所述多个离散I/O通道中的每个离散I/O通道在所述单个现场设备与所述第一通信接口之间提供不同的通信通道。

3.根据权利要求2所述的过程控制设备，其中，所述单个现场设备是马达、阀、或螺线管。

4.根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述一个或多个现场设备包括多个现场设备。

5.根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，与所述过程控制器相关联的所述通信通道将所述过程控制设备耦合到I/O卡，所述I/O卡耦合到所述过程控制器。

6.根据权利要求5所述的过程控制设备，其中，所述第二通信接口将所述过程控制设备耦合到信号表征部件，所述信号表征部件耦合到所述I/O卡。

7.根据权利要求1所述的过程控制设备，还包括存储器，所述存储器储存包括所述过程控制设备独有的标签的配置文件。

8.根据权利要求7所述的过程控制设备，其中，所述配置文件还包括用于所述多个离散I/O通道中的每个离散I/O通道的信号标签，所述多个离散I/O通道将所述过程控制设备耦合到所述一个或多个现场设备。

9.根据权利要求7所述的过程控制设备，还包括第三通信接口，所述第三通信接口被配置用于无线通信并且耦合到所述一个或多个电路；

其中，所述一个或多个电路还被配置为：(i)经由所述第三通信接口无线地接收针对所述配置文件的信息；以及(ii)根据所述信息来更新所述配置文件。

10.根据权利要求7所述的过程控制设备，其中，所述过程控制器包括控制元件，所述控制元件可以在控制例程中使用，并包括被映射到所述多个离散I/O通道的输入和输出，所述多个离散I/O通道将所述第一通信接口耦合到所述一个或多个现场设备。

11.根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述一个或多个电路被配置为通过以下方式来利用所述多组信息对所述消息进行编码：针对每组信息生成表示所述信息的第一比特子集和表示所述信息的按位取反的第二比特子集。

12.根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述一个或多个电路还被配置为：对经由所述第二通信接口接收的第二消息进行解码，以识别多个命令；以及经由所述多个离散I/O通道将所述多个命令发送给所述一个或多个现场设备。

13.根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述一个或多个电路还被配置为：(i)从与所述过程控制器相关联的所述通信通道获取电力；以及(ii)向所述多个离散I/O通道中的一个离散I/O通道提供所述电力，以便为现场设备供电。

14.根据权利要求1所述的过程控制设备，其中，所述一个或多个电路还被配置为：(i)从电源获取电力；以及(ii)向所述多个离散I/O通道中的一个离散I/O通道提供所述电力，以便为现场设备供电。

15.一种用于管理过程工厂中的离散信号的方法，所述方法包括：

在过程控制设备处经由多个离散I/O通道接收多个离散输入信号，所述多个离散I/O通道将所述过程控制设备耦合到一个或多个现场设备；

对所述多个离散输入信号中的每个离散输入信号进行解码，以识别多组信息；

利用所述多组信息对消息进行编码；以及

经由将所述过程控制设备耦合到过程控制器的通信通道发送携带所述消息的离散信号，使得所述过程控制器能够：(i)接收所述多组信息，以及(b)基于所述多组信息来执行控制。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

在电子编组装置处接收携带所述消息的所述离散信号；

使所述电子编组装置对所述消息进行解码，以识别所述多组信息；以及

使所述电子编组装置向所述过程控制器发送：(i)所述多组信息，和(ii)被映射到所述多组信息的多个标签。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述电子编组装置包括信号表征部件，所述信号表征部件接收所述离散信号并对所述消息进行解码。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括：对所述过程控制设备的配置文件进行分析，以确定所述多个标签中的哪个标签映射到所述多组信息中的哪组信息。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述过程控制设备包括存储器，所述存储器储存包括一个或多个标签的配置文件，其中，所述一个或多个标签包括：(i)唯一地识别所述过程控制设备的设备标签，或(ii)多个信号标签，所述多个信号标签包括第一信号标签和第二信号标签，所述第一信号标签唯一地识别将所述过程控制设备通信地耦合到所述一个或多个现场设备的所述多个离散I/O通道中的第一离散I/O通道，所述第二信号标签唯一地识别将所述过程控制设备通信地耦合到所述一个或多个现场设备的所述多个离散I/O通道中的第二离散I/O通道。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括：

在所述过程控制设备处无线地接收关于所述配置文件的信息，其中，所述信息包括针对所述一个或多个标签中的一个标签的新的值，其中，所述新的值表示用于所述过程控制设备或用于所述多个离散I/O通道中的一个离散I/O通道的更新的唯一标识符；

根据所述信息更新所述配置文件。

21.根据权利要求15所述的方法，其中，利用所述多组信息对所述消息进行编码包括：针对每组信息生成表示所述信息的第一比特子集和表示所述信息的按位取反的第二比特子集。

22.根据权利要求15所述的方法，还包括：经由所述多个离散I/O通道中的一个离散I/O通道向所述一个或多个现场设备中的一个现场设备提供电力。

23.一种过程控制设备，其用于管理与过程工厂中的现场设备相关联的离散过程信号，所述过程控制设备包括：

第一通信接口，所述第一通信接口被配置为耦合到多个离散I/O通道，所述多个离散I/O通道连接到一个或多个现场设备；

(i)经由所述第二通信接口接收携带消息的离散信号；

(ii)对所述消息进行解码以识别所述消息携带的多个命令；

(iii)将所述多个命令编码到多个离散输出信号上，以使得每个离散输出信号携带所述多个命令中的一个不同的命令；以及

(iv)经由所述第一通信接口发送所述多个离散输出信号中的每个离散输出信号，使得至所述一个或多个现场设备的所述多个离散I/O通道中的每个离散I/O通道携带所述多个离散输出信号中的一个不同的离散输出信号。

24.根据权利要求23所述的过程控制设备，其中，与所述过程控制器相关联的所述通信通道将所述过程控制设备耦合到电子编组装置，所述电子编组装置耦合到所述过程控制器。

25.根据权利要求23所述的过程控制设备，其中，所述一个或多个电路还被配置为：(i)从与所述过程控制器相关联的通信通道获取电力；(ii)向所述多个通信通道中的一个通信通道提供所述电力，以便为现场设备供电。

26.根据权利要求23所述的过程控制设备，其中，所述一个或多个电路还被配置为：(i)从电源获取电力；(ii)向所述多个通信通道中的一个通信通道提供所述电力，以便为现场设备供电。

27.根据权利要求23所述的过程控制设备，其中，所述一个或多个电路被配置为通过以下方式对所述消息进行解码：对将标签映射到所述消息内的比特位置的记录进行分析，以确定针对每个标签的比特集；以及验证每个比特集包括表示命令的第一比特子集和表示所述命令的按位取反的第二比特子集。

28.根据权利要求23所述的过程控制设备，还包括存储器，所述存储器储存包括所述过程控制设备独有的标签的配置文件。

29.根据权利要求23所述的过程控制设备，还包括第三通信接口，所述第三通信接口被配置用于无线通信并且耦合到所述一个或多个电路；

其中，所述一个或多个电路还被配置为：(i)经由所述第三通信接口无线地接收针对所述配置文件的信息；以及(ii)利用所述信息来更新所述配置文件。

30.根据权利要求23所述的过程控制设备，其中，所述一个或多个电路还被配置为：经由所述第一通信接口接收携带变量值的一个或多个离散输入(DI)信号；利用所述变量值对第二消息进行编码；以及经由所述第二通信接口发送所述消息。

31.一种用于管理过程工厂中的离散过程信号的方法，所述方法包括：

在过程控制设备处并且经由将所述过程控制设备耦合到过程控制器的通道接收携带消息的离散信号；

对所述消息进行解码，以识别由所述消息携带的多个命令；

将所述多个命令编码到多个离散输出信号上，以使得每个离散输出信号携带所述多个命令中的一个不同的命令；以及

通过将所述过程控制设备耦合到一个或多个现场设备的多个离散I/O通道，发送所述多个离散输出信号中的每个离散输出信号，使得所述多个离散I/O通道中的每个离散I/O通道携带所述多个离散输出信号中的一个不同的离散输出信号。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述过程控制设备包括存储器，所述存储器储存包括一个或多个标签的配置文件，其中，所述一个或多个标签包括：(i)唯一地识别所述过程控制设备的设备标签，或(ii)多个信号标签，所述多个信号标签包括第一信号标签和第二信号标签，所述第一信号标签唯一地识别将所述过程控制设备通信地耦合到所述一个或多个现场设备的所述多个离散I/O通道中的第一离散I/O通道，所述第二信号标签唯一地识别将所述过程控制设备通信地耦合到所述一个或多个现场设备的所述多个离散I/O通道中的第二离散I/O通道。

33.根据权利要求32所述的方法，还包括：

无线地接收关于所述配置文件的信息，其中，所述信息包括针对所述一个或多个标签中的一个标签的新的值，其中，所述新的值表示用于所述过程控制设备或用于所述多个离散I/O通道中的一个离散I/O通道的更新的唯一标识符；

根据所述信息更新所述配置文件。

34.根据权利要求31所述的方法，还包括：(i)从将所述过程控制设备耦合到所述过程控制器的所述通道获取电力；(ii)向所述多个离散I/O通道中的一个离散I/O通道提供所述电力，以便为所述一个或多个现场设备中的一个现场设备供电。

35.根据权利要求31所述的方法，还包括：在所述过程控制设备处接收所述离散信号之前，利用所述多个命令对所述消息进行编码；以及从信号表征部件发送携带所述消息的所述离散信号。

36.根据权利要求31所述的方法，其中，对所述消息进行解码包括：对将标签映射到所述消息内的比特位置的记录进行分析，以确定针对每个标签的比特集；以及验证每个比特集包括表示命令的第一比特子集和表示所述命令的按位取反的第二比特子集。

37.一种信号表征部件，包括：

第一通信接口，所述第一通信接口被配置用于连接到第一通道，所述第一通道将所述信号表征部件耦合到过程控制器；

第二通信接口，所述第二通信接口被配置用于连接到第二通道，所述第二通道将所述信号表征部件耦合到过程控制设备，其中，所述过程控制设备耦合到用于一个或多个现场设备的多个离散I/O通道；

一个或多个电路，所述一个或多个电路通信地耦合到所述第一通信接口和所述第二通信接口，所述一个或多个电路被配置为：(i)经由所述第二通道发送利用经由所述第一通道接收的一个或多个命令编码的离散输出(DO)消息；以及(ii)经由所述第一通道发送从经由所述第二通道接收的离散输入(DI)消息解码的一组或多组信息。

38.根据权利要求37所述的信号表征部件，其中，所述第二通道被配置为向所述过程控制设备供应电力，所述电力源自所述信号表征模块外部的电源。

39.根据权利要求37所述的信号表征部件，其中，所述一个或多个电路还被配置为向所述第二通道提供足以使所述第二通道能够向所述过程控制设备供应电力的电力。

40.根据权利要求39所述的信号表征部件，其中，所述第一通道是被供电的通信总线，并且其中，被提供给所述第二通道的所述电力源自所述第一通道。

41.根据权利要求40所述的信号表征部件，其中，所述被供电的通信总线连接到I/O卡，所述I/O卡通信地耦合到所述过程控制器。

42.根据权利要求37所述的信号表征部件，其中，所述一个或多个命令包括至少第一命令和第二命令，

其中，对于所述第一命令，所述DO消息利用第一比特集编码，所述第一比特集包括表示所述第一命令的第一比特子集和表示所述第一命令的按位取反的第二比特子集；并且

其中，对于所述第二命令，所述DO消息利用第二比特集编码，所述第二比特集包括表示所述第二命令的第三比特子集和表示所述第二命令的按位取反的第四比特子集。

43.根据权利要求37所述的信号表征部件，其中，所述一个或多个电路还被配置为：

自动感测所述过程控制设备的设备标签；以及

经由所述第一通道发送所述设备标签，使得标签能够被绑定到所述过程控制设备。

44.根据权利要求37所述的信号表征部件，其中，所述一个或多个电路还被配置为：

自动感测连接到所述过程控制设备的所述多个离散I/O通道中的每个离散I/O通道的信号标签；以及

经由所述第一通道发送所述信号标签，使得所述信号标签能够被绑定到所述离散I/O通道的硬件地址。

45.根据权利要求37所述的信号表征部件，还包括用于所述一个或多个电路的壳体，所述壳体：(i)被成形为用于插入电子编组装置的插座中，以及(ii)在插入时实现所述第一通信接口与所述第一通道的通信连接以及所述第二通信接口与所述第二通道的通信连接。

46.一种用于信号表征的方法，所述方法使得过程控制器能够控制现场设备，所述现场设备被配置为经由输入/输出(I/O)通道接收离散输出(DO)信号，所述方法包括：

(A)在信号表征部件处并且经由第一通道接收由过程控制器发送的一个或多个命令；

(B)利用所述一个或多个命令对DO消息进行编码；

(C)通过所述信号表征部件并经由第二通道将所述DO消息发送给过程控制设备，所述过程控制设备被配置用于：

(i)经由所述第二通道接收所述DO消息；

(ii)对所述DO消息进行解码，以识别所述一个或多个命令；以及

(iii)经由多个离散I/O通道将所述一个或多个命令发送给一个或多个现场设备。

47.根据权利要求46所述的方法，还包括：向所述第二通道提供足以经由所述第二通道向所述过程控制设备供电的电力。

48.根据权利要求47所述的方法，其中，所述第一通道是被供电的通信总线，

其中，被提供给所述第二通道的所述电力由所述信号表征部件从所述第一通道获取。

49.根据权利要求48所述的方法，其中，所述被供电的通信总线连接到I/O卡，所述I/O卡通信地耦合到所述过程控制器。

50.根据权利要求49所述的方法，其中，所述一个或多个命令包括至少第一命令和第二命令，并且其中，利用所述一个或多个命令对所述DO消息进行编码包括：

对于所述第一命令，利用第一比特集对所述DO消息进行编码，所述第一比特集包括表示所述第一命令的第一比特子集和表示所述第一命令的按位取反的第二比特子集；以及

对于所述第二命令，利用第二比特集对所述DO消息进行编码，所述第二比特集包括表示所述第二命令的第三比特子集和表示所述第二命令的按位取反的第四比特子集。

51.根据权利要求46所述的方法，还包括：

自动感测所述过程控制设备的设备标签；以及

52.根据权利要求46所述的方法，还包括：

53.根据权利要求46所述的方法，还包括：

在接收由所述过程控制器发送的所述一个或多个命令之前，将所述信号表征部件插入电子编组装置的插座中，以使得所述信号表征部件与所述第一通道和所述第二通道物理地接口连接，由此经由所述第一通道和所述第二通道实现由所述信号表征部件进行的通信。

54.根据权利要求46所述的方法，还包括：

在接收由所述过程控制器发送的一个或多个命令之前，将所述信号表征部件插入电子编组装置的插座中，以使得所述信号表征部件与所述第一通道和所述第二通道无线地接口连接，由此经由所述第一通道和所述第二通道实现由所述信号表征部件进行的通信。

55.一种用于信号表征的方法，所述方法使得过程控制器能够接收由离散输入(DI)信号所携带的信息，所述离散输入(DI)信号由现场设备经由输入/输出(I/O)通道发送，所述方法包括：

(A)经由第一通道接收由过程控制设备发送的DI消息，所述过程控制设备被配置用于：

(i)经由至一个或多个现场设备的多个离散I/O通道接收携带一组或多组信息的多个DI信号；

(ii)基于所述多个DI信号利用所述一组或多组信息对所述DI消息进行编码；以及

(iii)经由所述第一通道发送所述DI消息；

(B)对所述DI消息进行解码，以识别所述一组或多组信息；以及

(C)经由第二通道将所述一组或多组信息发送给过程控制器，使得所述过程控制器能够至少部分地基于一组或多组信息来执行对过程的控制。

56.根据权利要求55所述的方法，还包括：向所述第二通道提供足以经由所述第二通道为所述过程控制设备供电的电力。

57.根据权利要求56所述的方法，其中，所述第一通道是被供电的通信总线，

58.根据权利要求57所述的方法，其中，所述被供电的通信总线连接到I/O卡，所述I/O卡通信地耦合到所述过程控制器。

59.根据权利要求55所述的部件，其中，所述一组或多组信息包括至少第一组信息和第二组信息，并且其中，对所述DI消息进行解码包括：

对于所述第一组信息：(i)识别所述DI消息内的第一比特集，所述第一比特集包括第一比特子集和第二比特子集；(ii)识别所述第一比特子集所表示的值；以及(iii)验证所述第二比特子集表示所述第一比特子集的按位取反；

对于所述第二组信息：(i)识别所述DI消息内的第二比特集，所述第二比特集包括第三比特子集和第四比特子集；(ii)识别所述第三比特子集所表示的值；以及(iii)验证所述第四比特子集表示所述第三比特子集的按位取反。

60.根据权利要求55所述的方法，其中，对所述DI消息进行解码包括：

对于所述DI消息中的特定组的信息：(i)识别所述DI消息内的对应于所述特定组的信息的比特集，所述比特集包括第一比特子集和第二比特子集；(ii)确定所述第二比特子集不表示所述第一比特子集的按位取反；(iii)产生指示所述特定组的信息未被正确地编码到所述DI消息上的错误。

61.根据权利要求55所述的部件，还包括：

自动感测所述过程控制设备的设备标签；以及

经由所述第一通道发送所述设备标签，使得所述设备标签能够被绑定到所述过程控制设备。

62.根据权利要求61所述的部件，还包括：

63.一种用于更新过程控制设备的系统标签参数的便携式设备，所述便携式设备包括：

通信接口；

存储器；

一个或多个电路，所述一个或多个电路通信地耦合到所述通信接口和所述存储器，所述一个或多个电路被配置为：

(i)经由所述无线通信接口检测过程控制设备，所述过程控制设备：(a)耦合到将所述过程控制设备耦合到一个或多个现场设备的多个离散I/O通道，以及(ii)包括储存所述过程控制设备的系统标签参数的存储器；

(ii)从所述存储器获得所述系统标签参数的期望值；

(iii)在所述无线通信接口与所述过程控制设备之间建立无线通信通道；以及

(iii)通过使得所述无线通信接口将所述期望值发送给所述过程控制设备，来经由所述无线通信通道利用所述期望值更新所述过程控制设备的所述系统标签参数。

64.根据权利要求63所述的便携式设备，其中，所述系统标签参数是设备标签参数，并且其中，所述期望值表示所述过程控制设备独有的期望的逻辑标识符。

65.根据权利要求64所述的便携式设备，其中，所述期望值是第一期望值，并且其中：

所述过程控制设备的所述存储器还储存多个信号标签参数；并且

所述便携式设备的所述一个或多个电路还被配置为：

(i)从所述存储器获得所述多个信号标签参数的多个期望值；以及

(ii)通过使得所述无线通信接口将所述多个期望值发送给所述过程控制设备，来经由所述无线通信通道利用所述多个期望值更新所述多个信号标签参数。

66.根据权利要求63所述的便携式设备，其中，所述系统标签参数是信号标签参数，并且其中，所述期望值表示在(i)所述一个或多个现场设备中的一个现场设备与(ii)所述过程控制设备之间的I/O通道独有的期望的逻辑标识符。

67.根据权利要求63所述的便携式设备，还包括：

用户输入部件，所述用户输入部件通信地耦合到所述一个或多个电路；并且

其中，所述一个或多个电路还被配置为：

(i)检测经由所述用户输入部件提供的用户输入，所述用户输入表示所述系统标签参数的所述期望值；以及

(ii)在所述期望值从所述存储器获得之前，将所述期望值存储到所述存储器。

68.根据权利要求63所述的便携式设备，其中，所述一个或多个电路被配置为在所述期望值从所述存储器获得之前执行以下操作：

经由所述通信接口无线地接收所述期望值；以及

将所述期望值存储到所述存储器。

69.根据权利要求63所述的便携式设备，其中，所述通信接口包括根据第一协议进行操作的射频(RF)标签；

其中，所述一个或多个电路被配置为当由所述过程控制设备生成的磁场激活所述RF标签时检测所述过程控制设备；并且

其中，所述无线通信通道根据第二协议进行操作，并且其中，所述一个或多个电路被配置为基于所述过程控制设备写入所述RF标签的信息，通过自举所述无线通信通道来建立所述无线通信通道。

70.根据权利要求63所述的便携式设备，其中，所述通信接口包括根据第一协议进行操作的射频(RF)收发器；并且

其中，所述一个或多个电路通过检测由所述过程控制设备的RF标签发送的信号来检测所述过程控制设备。

71.根据权利要求70所述的便携式设备，其中，所述无线通信通道是所述便携式设备的所述RF收发器与所述过程控制设备的所述RF标签之间的通道，并且其中，所述一个或多个电路被配置为通过使得所述RF收发器将所述期望值写入所述过程控制设备的所述RF标签来利用所述期望值更新所述系统标签参数。

72.根据权利要求70所述的便携式设备，其中，所述无线通信通道根据第二协议进行操作，并且其中，所述一个或多个电路基于由所述RF标签发送的信号所携带的信息，通过自举所述无线通信通道来建立所述无线通信通道。

73.根据权利要求63所述的便携式设备，其中，所述通信接口包括第一NFC收发器，并且，所述过程控制设备包括第二NFC收发器；并且

其中，所述无线通信通道是所述第一NFC收发器与所述第二NFC收发器之间的对等通道。

74.一种用于更新过程控制设备的系统标签参数的方法，所述方法包括：

由便携式设备检测工厂环境中的过程控制设备，所述过程控制设备：(a)耦合到将所述过程控制设备耦合到一个或多个现场设备的多个离散I/O通道，以及(ii)包括储存所述过程控制设备的系统标签参数的存储器；

由所述便携式设备获得所述系统标签参数的期望值；

在所述便携式设备与所述过程控制设备之间建立无线通信通道；以及

通过使得所述便携式设备将所述期望值发送给所述过程控制设备，来经由所述无线通信通道利用所述期望值更新所述过程控制设备的所述系统标签参数。

75.根据权利要求74所述的方法，其中，所述系统标签参数是设备标签参数，并且其中，所述期望值表示所述过程控制设备独有的期望的逻辑标识符。

76.根据权利要求75所述的方法，其中，所述期望值是第一期望值；

其中，所述过程控制设备的所述存储器还储存多个信号标签参数，每个信号标签参数被配置为储存表示所述一个或多个现场设备与所述过程控制设备之间的不同I/O通道独有的逻辑标识符的值；并且

其中，所述方法还包括：

(i)由所述便携式设备获得所述多个信号标签参数的多个期望值；以及

(ii)通过使得所述便携式设备将所述多个期望值发送给所述过程控制设备，来利用所述多个期望值更新所述多个信号标签参数。

77.根据权利要求74所述的方法，其中，所述系统标签参数是信号标签参数，并且其中，所述期望值表示在(i)所述一个或多个现场设备中的一个现场设备与(ii)所述过程控制设备之间的I/O通道独有的期望的逻辑标识符。

78.根据权利要求74所述的方法，还包括：

检测被提供给所述便携式设备的用户输入，所述用户输入表示所述系统标签参数的所述期望值；以及

将所述期望值储存到存储器；

其中，由所述便携式设备获得所述系统标签参数的所述期望值包括：从所述存储器获得所述期望值。

79.根据权利要求74所述的方法，还包括：

由所述过程控制设备无线地接收所述系统标签参数的所述期望值；以及

将所述期望值存储到存储器；

80.根据权利要求74所述的方法，其中，所述便携式设备包括根据第一协议进行操作的射频(RF)标签，并且其中，所述无线通信通道根据第二协议进行操作，其中，所述方法还包括：

当由所述过程控制设备生成的磁场激活所述RF标签时，由所述便携式设备检测所述过程控制设备；并且

其中，建立所述无线通信通道包括：基于所述过程控制设备写入所述RF标签的信息来自举所述无线通信通道。

81.根据权利要求74所述的方法，其中，所述便携式设备包括根据第一协议进行操作的射频(RF)收发器：

其中，检测所述过程控制设备包括：由所述便携式设备的所述RF收发器检测由所述过程控制设备的RF标签发送的信号。

82.根据权利要求81所述的方法，其中，所述无线通信通道是所述便携式设备的所述RF收发器与所述过程控制设备的所述RF标签之间的通道；

其中，利用所述期望值更新所述系统标签参数包括：使得所述便携式设备的所述RF收发器将所述期望值写入所述过程控制设备的所述RF标签。

83.根据权利要求81所述的方法，其中，所述无线通信通道根据第二协议进行操作；

其中，建立所述无线通信通道包括：基于由所述过程控制设备的所述RF标签发送的所述信号所携带的信息来自举所述无线通信通道。

84.根据权利要求74所述的方法，其中，所述通信接口包括第一NFC收发器，并且，所述过程控制设备包括第二NFC收发器；并且

85.一种用于自动配置离散输入/输出(I/O)元件的系统，所述离散输入/输出(I/O)元件在用于在过程控制环境中执行控制的控制例程中使用，所述系统包括：

用于一个或多个现场设备的多个离散通道；

耦合到所述多个离散通道的过程控制设备；

耦合到所述过程控制设备的过程控制器，所述过程控制器包括：

(i)存储器，所述存储器储存用于在控制例程中使用的离散I/O控制元件；以及

(ii)一个或多个电路，所述一个或多个电路被配置为通过以下方式自动配置所述离散I/O控制元件：

(a)从所述过程控制设备接收配置文件；以及

(b)分析所述配置文件以识别多个信号标签，每个信号标签都表示与所述多个离散通道中的一个不同的离散通道相对应的信号；

(c)对于所述多个信号标签中与所述多个离散通道中的一个离散通道上的DI信号相对应的每个DI信号标签，将所述DI信号标签绑定到所述离散I/O控制元件的输入；以及

(d)对于所述多个信号标签中与所述多个离散通道中的一个离散通道上的DO信号相对应的每个DO信号标签，将所述DO信号标签绑定到所述离散I/O控制元件的输入；

其中，所述一个或多个电路还被配置为使用所述离散I/O控制元件来执行控制例程，其中：

(a)对于被绑定到所述离散I/O控制元件的输入的每个DI信号标签，所述过程控制器针对所述输入获得由通过被绑定到所述输入的所述DI信号标签所表示的离散通道上的信号携带的值；以及

(b)对于被绑定到所述离散I/O控制元件的输出的每个DO信号标签，所述过程控制器发送由被绑定到所述输出的所述DO信号标签所表示的离散通道上的信号，使得所述信号携带由所述离散I/O控制元件的所述输出提供的值。

86.根据权利要求85所述的系统，还包括电子编组装置，所述电子编组装置将所述过程控制设备耦合到所述过程控制器。

87.根据权利要求86所述的系统，其中，所述电子编组装置包括信号表征模块，所述信号表征模块检测对所述过程控制设备的配置文件的改变，并向所述过程控制器通知所述改变，使得所述离散I/O控制元件能够被相应地重新配置。

88.根据权利要求85所述的系统，其中，所述电子编组装置向所述过程控制设备提供电力。

89.根据权利要求88所述的系统，其中，所述过程控制设备向所述多个离散通道中的一个或多个离散通道提供电力。

90.根据权利要求85所述的系统，其中，将所述DI信号标签绑定到所述离散I/O控制元件的输入，并且其中，将所述DO信号标签绑定到所述离散I/O控制元件的输出，每个绑定均包括：更新数据库以对将所述离散I/O元件的输入和输出映射到信号标签的记录进行更新。

91.一种用于自动配置离散输入/输出(I/O)元件的方法，所述离散输入/输出(I/O)元件在用于在过程控制环境中执行控制的控制例程中使用，所述方法包括：

(i)通过以下方式配置离散I/O元件：

(a)从耦合到多个离散通道的过程控制设备接收配置文件；以及

(c)对于所述多个信号标签中与所述多个离散通道中的一个离散通道上的DI信号相对应的每个DI信号标签执行以下操作：将所述DI信号标签绑定到所述离散I/O控制元件的输入，使得当执行所述离散I/O控制元件时，由所述DI信号标签所表示的离散通道上的信号携带的值被提供给所述离散I/O控制元件的输入；以及

(d)对于所述多个信号标签中与所述多个离散通道中的一个离散通道上的DO信号相对应的每个DO信号标签执行以下操作：将所述DO信号标签绑定到所述离散I/O控制元件的输出，使得当执行所述离散I/O控制元件时，由绑定到输出的所述DO信号标签所表示的离散通道上的信号携带由所述离散I/O元件的输出提供的值；以及

(ii)由过程控制器执行包括所述离散I/O控制元件的控制例程。

92.根据权利要求91所述的方法，还包括：

检测对所述过程控制设备的所述配置文件的改变；以及

根据对所述配置文件的所述改变来重新配置所述离散I/O控制元件。

93.根据权利要求91所述的系统，其中，将所述DI信号标签绑定到所述离散I/O控制元件的输入，并且其中，将所述DO信号标签绑定到所述离散I/O控制元件的输出，每个绑定均包括：更新数据库以对将所述离散I/O元件的输入和输出映射到信号标签的记录进行更新。