CN205142267U - 识别过程控制系统中正在使用的通信协议的装置 - Google Patents

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CN205142267U CN201320381984.3U CN201320381984U CN205142267U CN 205142267 U CN205142267 U CN 205142267U CN 201320381984 U CN201320381984 U CN 201320381984U CN 205142267 U CN205142267 U CN 205142267U
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Abstract

公开了用于识别过程控制系统中正在使用的通信协议的装置。一种示例装置包括：用于接收过程控制消息的端口；用于确定该过程控制系统消息具有对应于多个过程控制消息协议中的第一过程控制消息协议的消息结构的协议检测器；以及用于根据该第一过程控制消息协议处理该过程控制消息的处理器。

Description

识别过程控制系统中正在使用的通信协议的装置
技术领域
本公开概括而言涉及过程控制，更具体而言涉及识别过程控制系统中正在使用的通信协议的装置。
背景技术
过程控制设备采集过程控制环境中的数据和/或控制特征。过程控制设备具有通信能力以使得过程控制设备能够进行远程配置、控制和/或数据报告。
实用新型内容
当过程控制设备与多个过程控制主机通信，和/或同时进行多个协议通信时，需要用户配置协议并且用户必须记住需要在过程控制设备的哪个端口配置哪个协议。
针对以上问题，本实用新型公开了识别过程控制系统中正在使用的协议的装置。一种示例装置包括：用于接收过程控制消息的端口；用于确定该过程控制系统消息具有对应于多个过程控制消息协议中的第一过程控制消息协议的消息结构的协议检测器；以及用于根据该第一过程控制消息协议处理该过程控制消息的处理器。
根据一种实施方式，该多个过程控制消息协议中的该第一过程控制消息协议对应于可寻址远程传感器高速通道协议、MODBUS协议或Bristol标准异步协议中的一个。
根据一种实施方式，如果该过程控制消息的消息域的内容包含以下各项中的至少一项：
在已知域对应于前缀域时，Oxff字节的5-20字节前缀，
在已知域对应于分隔符域时，分隔符字节，
在已知域对应于地址时，5字节的地址，
在已知域对应于命令域时，命令字节，或者
在已知域对应于校验和域时，单个校验和字节，
则该协议检测器确定该过程控制消息的消息结构对应于可寻址远程传感器高速通道协议。
根据一种实施方式，如果该过程控制消息的消息域的内容包含以下各项中的至少一项：
在已知域对应于开始间隔时，与开始间隔关联的数据，
在已知域对应于结束间隔时，与结束间隔关联的数据，
在已知域对应于功能域时，功能字节，或者
在已知域对应于循环冗余校验域时，两个循环冗余校验字节，
则该协议检测器确定该过程控制消息的消息结构对应于MODBUS协议。
根据一种实施方式，如果该过程控制消息的消息域的内容包含以下各项中的至少一项：
在已知域对应于数据链路换码域时，数据链路换码字节，
在已知域对应于开始文本域时，开始文本字节，
在已知域对应于7字节的头域时，7个头字节，
在已知域对应于12字节的头域时，12个头字节，
在已知域对应于第二数据链路换码域时，第二数据链路换码字节，
在已知域对应于结束文本域时，结束文本字节，或者
在已知域对应于两字节的循环时，两个循环冗余校验字节，
则该协议检测器确定该过程控制消息的消息结构对应于Bristol标准异步协议。
利用本实用新型提供的装置，使得过程控制设备能够与多个过程控制主机通信，和/或同时进行多个协议通信，而不需要用户配置协议。
附图说明
图1是包括协议检测器的示例过程控制设备的方框图。
图2示出了可被图1的协议检测器使用以检测MODBUS协议通信的示例MODBUS协议消息结构。
图3示出了可被图1的协议检测器识别为MODBUS消息的、符合MODBUS协议的示例消息。
图4示出了可被图1的协议检测器用来检测HART协议通信的示例HART协议消息结构。
图5示出了可被图1的协议检测器识别为HART消息的、符合HART协议的示例消息。
图6A示出了可被图1的协议检测器用来检测BSAP协议通信的第一示例BSAP协议消息结构600。
图6B示出了可被图1的协议检测器用来检测BSAP协议通信的第二示例BSAP协议消息结构600。
图7示出了可被图1的协议检测器识别为BSAP消息的、符合BSAP协议的示例消息。
图8是表示检测消息协议的示例方法的流程图。
图9是可用于实现图1的示例协议检测器的示例处理器系统的方框图。
具体实施方式
尽管下面公开了包括在硬件上执行的软件和/或固件以及其他部件的示例系统，应当指出这些系统仅仅是说明性的，不应被认为是限制性的。例如，设想任意或所有这些硬件、软件和固件部件可完全实现在硬件中、完全实现在软件中或实现在硬件和软件的任意组合中。因此，尽管以下描述了示例系统，所属领域技术人员可容易地理解所给出的示例并不是实现这样的系统的唯一方式。
在过程控制系统中，诸如可变发射器之类的设备与中央控制系统同步并通信来提供生产线上的各个区段上的数据。主机被提供有不同通信协议，举几个来说，如HART、MODBUS和/或BSAP。
在此描述的示例方法和装置使得过程控制设备能够与多个过程控制主机通信，和/或同时进行多个协议通信，而不需要用户配置协议。示例方法和装置提高了产品灵活性，并将用户(如安装者、技术人员)从必须记住需要在过程控制设备的哪个端口配置哪个协议中解放出来。进一步地，示例方法和装置容许与过程控制设备的通信在不同协议之间变化，而不需要对过程控制设备进行额外的用户配置来保证互操作性。由此，在此公开的示例方法和装置减少了过程控制设备的安装、配置和/或培训费用。
图1是包括协议检测器102的示例过程控制设备100的方框图。如在此使用的，术语过程控制设备100包括可被用于控制、感测、测量、通信和/或以其它方式与过程控制系统交互的任意设备，过程控制系统比如是制造、工业和/或商业过程控制系统。示例过程控制设备100可以是任意类型的过程控制设备，如多元压力发射器，该多元压力发射器测量液体或气体压力、将测量值转换为电子表征并将测量值传送到另一控制器或设备而处理和/或存储。
示例过程控制设备100包括两个端口104、106。示例端口104被配置成经由RS485总线105通信。相比之下，示例端口106被配置成经由频移键控(FSK)总线107通信。示例过程控制设备100包括处理器108(或其他类型的逻辑电路)来经由端口104、106接收和/或发射命令和/或数据。示例端口104可通信地耦合到RS485主机110，示例端口106可通信地耦合到FSK主机112。图1的过程控制设备100可经由对应总线105、107与示例主机设备110或112进行通信。
示例RS485主机110可以例如是运行来自Emerson过程控制的RocLink800软件的个人电脑、运行来自Emerson过程控制的TechView软件的个人电脑、来自Emerson过程控制的现场通信器和/或能够经由RS485总线105通信的任意其他设备。示例FSK主机112例如可以是运行TechView软件的个人电脑、现场通信器、运行来自Emerson过程控制的DD浏览器软件的个人电脑和/或能够经由FSK总线107通信的任意其他设备。
在不同过程控制系统和/或环境中使用不同类型的通信协议。每种类型的通信协议提供了优点和缺点，和/或其更适合于特定的设备配置。RS485总线通常用于经由MODBUS协议或Bristol标准异步协议(BSAP)通信。图1的示例端口104被配置成使用MODBUS和/或BSAP协议通信。FSK总线通常用于通过BSAP协议、MODBUS协议和/或可寻址远程传感器高速通道(HART)协议通信。图1的示例端口106被配置成通过BSAP、MODBUS和HART协议通信。
示例处理器108也能够通过BSAP、MODBUS和HART协议发送和/或接收。在多个通信协议中的一个通信协议内，示例RS485主机110可将分组经由端口104发送到示例设备100。类似地，示例FSK主机112可使用多个通信协议中的一个通信协议而将分组经由端口106发送到示例设备100。与由用户(如技术人员、安装者)在特定端口上针对特定协议而配置的已知过程控制设备不同，示例设备100自动检测正在经由端口104、106向设备100发送哪一可用的通信协议。这种配置通常基于该设备所连接到的主机和/或总线的通信能力，在该设备第一次初始化时执行。
为方便经由一个或更多协议通信，图1的示例协议检测器102检测对进来的消息使用哪种通信协议。例如，在设备100第一次初始化时和/或在所接收的分组与期望的通信协议不匹配时，图1的协议检测器102可基于经由端口104、106中的一个所接收的分组来识别通信协议。
为识别出一个协议，示例协议检测器102将经由端口104、106接收的分组的结构、长度和/或内容与一个或更多协议消息结构相比较。示例协议检测器102可以肯定地识别出(如通过与协议匹配)或否定地识别出(如通过去除其他协议)正在使用哪种协议。按惯例，一个或更多通信协议可具有使协议检测器102确定出正在使用该通信协议(或未在使用该通信协议)的决定性的因素。附加的或替代的，一个或更多通信协议可具有一个或更多因素集，在结合考察时，使协议检测器102能够确定出该通信协议正在使用(或未在使用)。示例协议消息结构和示例消息在以下参考图2-7进行说明。
一旦识别哪一个通信协议与接收到的消息匹配时，示例协议检测器102向处理器108通知该通信协议以及在端口104、106的哪个接收到该消息。示例处理器108之后根据所确定的该协议来处理接收到的消息以及未来接收的消息。进一步地，示例处理器108遵循所确定的协议的惯例并根据所确定的协议产生发出的消息。
尽管图1的示例协议检测器102作为单独的方框进行了说明，但是协议检测器102也可实现为示例处理器108的一部分。
图2示出了能被图1的协议检测器102使用来检测MODBUS协议通信的示例MODBUS协议消息结构200。图3示出了可被图1的协议检测器102识别为MODBUS消息的、符合MODBUS协议的示例消息300。图1的示例协议检测器102可例如通过观察以下的一项或多项来检测出示例MODBUS消息300符合MODBUS协议(相对于HART或BSAP协议)：1)开始和/或结束间隔202、204；2)与功能域206对应的功能字节302；和/或3)与循环冗余校验(CRC)域208对应的两个CRC字节304。
图4示出了可被图1的协议检测器102使用来检测HART协议通信的示例HART协议消息结构400。图5示出了可被图1的协议检测器102识别为HART消息的、符合HART协议的示例消息500。图1的示例协议检测器102可例如通过观察以下一项或多项而检测出示例HART消息500符合HART协议(相对于MODBUS或BSAP协议)：1)与前缀域402对应的0xff字节的5-20字节的前缀502；2)与分隔符域404对应的分隔符字节504；3)与地址域406对应的5字节的地址506；4)与命令域408对应的命令字节508；和/或5)与校验和域410对应的校验和字节510。
图6A示出了可被图1的协议检测器102用来检测BSAP协议通信的第一示例BSAP协议消息结构600。图6B示出了可被图1的协议检测器102用来检测BSAP协议通信的第二示例BSAP协议消息结构602。图7示出了可被图1的协议检测器102识别为BSAP消息的、符合BSAP协议的示例消息700。图1的示例协议检测器102可例如通过观察以下的一项或多项而检测出示例BSAP消息700符合BSAP协议(相对于MODBUS或HART协议)：1)与数据链路换码(DEL，datalinkescape)域604对应的DEL字节702；2)与开始文本(STX)字节606对应的STX字节704；3)与12字节头域608或7字节头域610对应的7或12个头字节706；4)与第二DEL域612对应的第二DEL字节708；5)与结束文本(ETX)域614对应的ETX字节710；和/或6)与2字节CRC域616对应的两个CRC字节712。
尽管在图1说明了实现该协议检测器102的示例方式，但是图1中所示出的一个或更多的元件、过程和/或设备可以被结合、拆分、重组、去除、删除和/或以任意其他方式实现。进一步地，示例协议检测器102和/或，更一般地，图1的示例设备100可通过硬件、软件、固件、和/或硬件、软件和/或固件的任意组合实现。由此，例如，示例协议检测器102和/或，更一般地，图1的示例过程控制设备100可由一个或更多个电路、可编程处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)和/或现场可编程逻辑器件(FPLD)等等来实现。更进一步地，除了图1所示的那些之外或者替代图1所示的那些，图1的示例协议检测器102可包括一个或更多的元件、过程和/或设备，和/或可包括多个所示出的元件、过程和设备中的任一种或全部。
图8中示出了表示用于实现图1的示例协议检测器102和/或示例处理器108的示例方法800的流程图。在这一示例中，示例方法800可使用机器可读指令实现，其包括由比如在以下结合图9讨论的示例计算机900中所示出的处理器912所运行的程序。该程序可嵌入在有形计算机可读介质上存储的软件中，比如计算机可读存储介质(如与处理器912相关联的CD-ROM、软盘、硬盘驱动器、数字多用途盘(DVD)、蓝光光盘或存储器)，但是全部程序和/或部分程序可以替代地由除了处理器912之外的设备运行和/或嵌入在固件或专用硬件之中。进一步地，尽管示例程序是参考图8所示的流程图而描述的，但是也可以替代地使用许多其他实现示例协议检测器102的方法。例如，可以改变方框的执行次序，和/或所描述的方框中的一些可以变化、删除或组合。
如以上提到的，图8的示例方法800可使用有形计算机可读介质上存储的编码指令(如计算机可读指令)实现，比如硬盘驱动器、闪存、只读存储器(ROM)、压缩光盘(CD)、数字多用途盘(DVD)、高速缓存、随机存取存储器(RAM)和/或任何其他将信息存储任何持续时间(如延长的时间段、永久、简短时刻、临时缓存和/或用于高速缓存信息)的存储介质中。如在此使用的，术语有形计算机可读介质明确地定义为包括任意类型的计算机可读存储器并排除传播的信号。附加的或替代的，图8的示例方法800可使用在非易失性计算机可读介质上存储的编码指令(如计算机可读指令)实现，比如硬盘驱动器、闪存、只读存储器、压缩光盘、数字多用途盘、高速缓存、随机存取存储器和/或任何其他将信息存储任何持续时间(如延长的时间段、永久、简短时刻、临时缓存和/或用于高速缓存信息)的存储介质。
实例方法800可由示例协议检测器102、示例处理器108和/或更一般地由图1的过程控制设备100执行。图8的方法800可在例如过程控制设备100初始化和/或主机设备(如主机110、112)插入到示例过程控制设备100的端口(如端口104、106)中时执行。在某些其他例子中，方法800由协议检测器102响应于接收到一个或更多不符合期望协议的消息而执行。
示例方法800通过进入初始状态开始(方框802)。在示例初始状态中，协议检测器102和/或处理器108并不被配置为根据任意特定协议来处理消息。有时候，示例协议检测器102接收(如经由端口104、106)过程控制消息(方框804)。示例协议检测器102对过程控制消息进行解析以识别一个或更多个域(方框806)。
协议检测器102确定是否存在任意HART协议域(方框808)。例如，协议检测器102可确定该消息是否包括以下的一项或多项：1)与前缀域(如图4的前缀域402)对应的Oxff字节的5-20字节前缀(如图5的前缀域502)；2)与分隔符域(如分隔符域404)对应的分隔符字节(如分隔符字节504)；3)与一地址域(如地址域406)对应的5字节地址(如地址506)；4)与命令域(如命令域408)对应的命令字节(如命令字节508)；和/或5)与校验和域(如校验和域410)对应的校验和字节(如校验和字节510)。如果存在HART域(方框808)，则示例协议检测器102确定该消息是否符合HART语法(如消息协议)(方框810)。如果消息具有HART语法(方框810)，则示例协议检测器102指示处理器108使用HART协议处理消息(方框812)。
如果不存在HART域(方框808)或该消息不具有正确的HART语法(方框810)，则示例协议检测器102确定是否存在任意的MODBUS协议域(方框814)。例如，协议检测器102可确定该消息是否包括以下的一项或多项：1)开始和/或结束间隔(如图2的开始和/或结束间隔202、204；2)对应于功能域(如功能域206)的功能字节(如图3的功能字节302)；和/或3)对应于CRC域(如CRC域208)的两个CRC字节(如CRC字节304)。如果存在MODBUS域(方框814)，则示例协议检测器102确定该消息是否符合MODBUS语法(如消息协议)(方框816)。如果消息具有MODBUS语法(方框816)，则示例协议检测器102指示处理器108使用MODBUS协议处理消息(方框818)。
如果不存在MODBUS域(方框814)或该消息不具有正确的MODBUS语法(方框816)，则示例协议检测器102确定是否存在任意的BSAP协议域(方框820)。例如，协议检测器102可确定该消息是否包括以下的一项或多项：1)与数据链路换码(DEL)域(如图6A和6B的DEL域604)对应的DEL字节(如图7的DEL字节702)；2)与开始文本(STX)字节(如STX字节606)对应的STX字节(如STX字节704)；3)与12字节的头域(如图6A的头域608)或7字节的头域(如图6A的头域610)对应的7或12头字节(如头字节706)；4)与第二DEL域(如DEL域612)对应的第二DEL字节(如DEL字节708)；5)与结束文本(ETX)域(如ETX域614)对应的ETX字节(如ETX字节710)；和/或6)与2字节CRC域(如CRC域616)对应的两个CRC字节(如CRC字节712)。如果存在BSAP域(方框820)，则示例协议检测器102确定该消息是否符合BSAP语法(如消息协议)(方框822)。如果该消息具有BSAP语法(方框822)，则该示例协议检测器102指示处理器108使用BSAP协议处理消息(方框824)。
如果协议检测器102确定该消息不具有任何一个语法(方框810、816、822)，则示例方法800返回到方框802以保持在初始状态。然而，如果示例协议检测器102使得处理器108使用HART(方框812)、使用MODBUS(方框818)或使用BSAP(方框824)处理消息，则示例协议检测器102可终止示例方法800。
图9是示例处理器系统910的方框图，该系统可用于实现图1的示例协议检测器102、示例过程控制设备100、示例RS485主机110和/或示例FSK主机112。如图9所示，处理器系统910包括耦合到互连总线914的处理器912(如处理器108)。处理器912包括寄存器组或寄存器空间916，其在图9中描述为完全在片上，但是其也可以替代地全部或部分位于片外并经由专用电气连接和/或经由互连总线914直接耦合到处理器912。处理器912可以是任意适当的处理器、处理单元或微处理器。尽管在图9中没有示出，但是系统910可以是多处理器系统，因此，可包括一个或更多与处理器912相同或类似并可通信地耦合到互连总线914的另外的处理器。
图9的处理器912耦合到芯片组918，芯片组包括存储器控制器920和输入/输出(I/O)控制器922。众所周知的，芯片组通常提供I/O和存储器管理功能，以及可由被耦合到芯片组918的一个或更多处理器所访问或使用的许多通用和/或专用寄存器、定时器等等。存储器控制器920执行使处理器912(或多个处理器，在存在多个处理器时)访问系统存储器924和大容量存储存储器929的功能。
系统存储器924可包括任意期望类型的易失性和/或非易失性存储器，比如，举例来说，静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、闪存、只读存储器(ROM)等等。大容量存储存储器929可包括任意期望类型的大容量存储设备，包括硬盘驱动器、光驱动器、磁带存储设备等等。
I/O控制器922执行使得处理器912经由I/O总线932而与外围输入/输出(I/O)设备926和928以及网络接口930通信的功能。I/O设备926和928可以是任意期望类型的I/O设备，比如，举例来说，键盘、视频播放器或监视器、鼠标等等。网络接口930例如可以是能够使得处理器系统910与其他处理器系统通信的以外网设备、异步传输模式(ATM)设备、802.11设备、DSL调制解调器、电缆调制解调器、蜂窝调制解调器等等。
尽管在图9中将存储器控制器920和I/O控制器922描述为芯片组918中的独立功能方框，但是这些方框执行的功能可以集成在单个半导体电路中，或可以使用两个或更多的单个集成电路来实现。
尽管在此公开了某些示例方法、装置和制造物品，但是本专利覆盖的范围并不限制于这些。相反，本专利覆盖了合理地落入本专利的权利要求范围之内的所有方法、装置和制造物品。

Claims (2)

1.一种识别过程控制系统中正在使用的通信协议的装置，其特征在于，包括：
具有用于接收过程控制消息的端口的协议检测器专用集成电路；
所述协议检测器专用集成电路确定该过程控制系统消息具有对应于多个过程控制消息协议中的第一过程控制消息协议的消息结构；
用于根据该第一过程控制消息协议处理该过程控制消息的处理器。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该多个过程控制消息协议中的该第一过程控制消息协议对应于可寻址远程传感器高速通道协议、MODBUS协议或Bristol标准异步协议中的一个。
CN201320381984.3U 2012-05-07 2013-05-06 识别过程控制系统中正在使用的通信协议的装置 Expired - Lifetime CN205142267U (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261643520P 2012-05-07 2012-05-07
US61/643,520 2012-05-07

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