DE102007044449A1 - Vorrichtung und Verfahren zum kommunikativen Koppeln von Feldgeräten mit Steuerungen in einem Prozesssteuerungssystem - Google Patents
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Abstract
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Offenlegung bezieht sich allgemein auf Prozesssteuerungssysteme und spezifischer auf Vorrichtungen und Verfahren zum kommunikativen Koppeln von Feldgeräten mit Steuerungen in einem Prozesssteuerungssystem.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Prozesssteuerungssysteme der Art, wie sie in Prozessen in der Chemie-, Petroleum-, pharmazeutischen, Zellstoff- und Papier- oder anderen Herstellungsprozessen eingesetzt werden, weisen typischerweise eine oder mehrere Prozesssteuerungen auf, die mit mindestens einem Host einschließlich mindestens eines Bedienrechners und mit einem oder mehreren Feldgeräten kommunikativ verbunden sind, die konfiguriert sind, über analoge, digitale oder kombinierte analoge/digitale Kommunikationsprotokolle zu kommunizieren. Die Feldgeräte, bei denen es sich beispielsweise um Gerätesteuerungen, Ventile, Ventilsteller, Schalter und Geber (beispielsweise Temperatur-, Druck-, Strömungsgeschwindigkeitssensoren und Sensoren für chemische Zusammensetzung) oder Kombinationen von diesen handeln kann, erfüllen innerhalb des Prozesssteuerungssystems bestimmte Funktionen wie beispielsweise Öffnen oder Schließen von Ventilen und Messung oder Ableitung von Prozessparametern. Eine Prozesssteuerung empfängt Signale, die von den Feldgeräten durchgeführte Prozessmessungen und/oder andere Informationen im Zusammenhang mit den Feldgeräten repräsentieren, verwendet diese Information zur Durchführung einer Steuerungsroutine und erzeugt Steuersignale, die über die Busse oder andere Kommunikationsleitungen zu den Feldgeräten übertragen werden, um den Betrieb des Prozesssteuerungssystems zu steuern.
- Ein Prozesssteuerungssystem kann eine Mehrzahl von Feldgeräten aufweisen, die mehrere verschiedene funktionale Fähigkeiten zur Verfügung stellen und die oftmals kommunikativ mit Prozesssteuerungen mittels Zwei-Draht-Schnittstellen in einer Punkt-zu-Punkt-Verdrahtungsanordnung (beispielsweise ein mit einem Feldgerätebus kommunikativ gekoppeltes Feldgerät) oder einer Multidrop-Verdrahtungsanordnung (beispielsweise eine Mehrzahl von kommunikativ mit einem Feldgerätebus gekoppelten Feldgeräten) oder mit drahtlosen Kommunikationen gekoppelt sind. Einige Feldgeräte sind konfiguriert, mittels relativ einfacher Befehle und/oder Kommunikationen (beispielsweise eines EIN-Befehls und eines AUS-Befehls) zu arbeiten. Andere Feldgeräte sind komplexer und erfordern mehr Befehle und/oder mehr Kommunikationsinformationen, die einfache Befehle aufweisen können oder nicht. Beispielsweise können komplexere Feldgeräte analoge Werte kommunizieren, wobei dem analogen Wert beispielsweise mittels des Kommunikationsprotokolls "Highway Addressable Remote Transducer" ("HART") digitale Kommunikationen überlagert werden. Andere Feldgeräte können vollständig digitale Kommunikationen (beispielsweise ein FOUNDATION-Fieldbus-Kommunikationsprotokoll) verwenden.
- In einem Prozesssteuerungssystem ist jedes Feldgerät typischerweise mit einer Prozesssteuerung über eine oder mehrere E/A-Karten und ein jeweiliges Kommunikationsmedium (beispielsweise ein zweiadriges Kabel, eine drahtlose Verbindung oder einen Lichtwellenleiter) gekoppelt. Mithin ist eine Mehrzahl von Kommunikationsmedien erforderlich, um eine Mehrzahl von Feldgeräten mit einer Prozesssteuerung zu koppeln. Die Mehrzahl der mit den Feldgeräten gekoppelten Kommunikationsmedien verläuft oftmals durch eine oder mehrere Feldverbindungskästen, wo die Mehrzahl von Kommunikationsmedien mit jeweiligen Kommunikationsmedien (beispielsweise jeweiligen Zwei-Draht-Leitern) eines Mehrleiterkabels gekoppelt ist, das verwendet wird, um die Feldgeräte kommunikativ mit der Prozesssteuerung über eine oder mehrere E/A-Karten zu koppeln.
- ZUSAMMENFASSUNG
- Beschrieben werden eine beispielhafte Vorrichtung und ein Verfahren zum kommunikativen Koppeln von Feldgeräten an Steuerungen in einem Prozesssteuerungssystem. Nach einem Beispiel weist eine beispielhafte Vorrichtung eine erste Schnittstelle auf, konfiguriert, eine erste Information von einem Feldgerät mittels eines ersten Kommunikationsprotokolls zu empfangen. Die beispielhafte Vorrichtung weist weiterhin einen mit der ersten Schnittstelle kommunikativ gekoppelten Kommunikationsprozessor auf, konfiguriert, die erste Information zur Kommunikation über einen Bus mittels eines zweiten Kommunikationsprotokolls zu kodieren. Darüber hinaus weist die beispielhafte Vorrichtung eine zweite, kommunikativ mit dem Kommunikationsprozessor und dem Bus gekoppelte Schnittstelle auf, konfiguriert, die erste Information über den Bus mittels des zweiten Kommunikationsprotokolls zu kommunizieren. Der Bus ist konfiguriert, das zweite Kommunikationsprotokoll zu verwenden, um eine dem anderen Feldgerät zugeordnete zweite Information zu kommunizieren.
- Nach einem weiteren Beispiel beinhaltet ein beispielhaftes Verfahren das Empfangen einer ersten Information von einem Feldgerät mittels eines ersten Kommunikationsprotokolls. Die erste Information wird sodann für die Kommunikation mittels eines zweiten Kommunikationsprotokolls kodiert, das konfiguriert ist, die einem anderen Feldgerät zugeordnete zweite Information zu kommunizieren. Die erste Information wird sodann mittels des zweiten Kommunikationsprotokolls über einen Bus zu einer Steuerung kommuniziert.
- Nach noch einem weiteren Beispiel weist eine beispielhafte Vorrichtung eine Mehrzahl von Buchsen auf, die konfiguriert sind, eine Mehrzahl von Abschlussmodulen aufzunehmen. Jedes der Abschlussmodule ist konfiguriert, kommunikativ mit mindestens einem Feldgerät in einem Prozesssteuerungssystem gekoppelt zu werden. Die beispielhafte Vorrichtung weist weiterhin eine Kommunikationsbusschnittstelle auf, kommunikativ mit jeder der Mehrzahl der Buchsen gekoppelt und konfiguriert, einem der Abschlussmodule zugeordnete erste Feldgeräteinformationen sowie einem zweiten der Abschlussmodule zugeordnete zweite Feldgeräteinformationen zu kommunizieren.
- Nach einem weiteren Beispiel weist eine beispielhafte Vorrichtung einen Verbindungsdetektor auf, der konfiguriert ist, eine Verbindung zu einem Feldgerät zu erkennen. Die beispielhafte Vorrichtung weist auch einen Feldgerateidentifizierer auf, konfiguriert, Feldgeräteidentifikationsinformationen zu bestimmen, die für die Identität des Feldgerätes repräsentativ sind. Darüber hinaus weist die beispielhafte Vorrichtung eine Anzeigeschnittstelle auf, konfiguriert, die Feldgeräteidentifikationsinformationen anzuzeigen.
- Nach noch einem weiteren Beispiel weist eine beispielhafte Vorrichtung einen ersten Trennkreis auf, kommunikativ mit einem Abschlussmodulstromkreis gekoppelt und konfiguriert, kommunikativ mit einem Bus gekoppelt zu werden. Der Abschlussmodulstromkreis ist konfiguriert, mit einem Feldgerät zu kommunizieren, und der Bus versetzt das Abschlussmoduls in die Lage, mit einer Steuerung zu kommunizieren. Die beispielhafte Vorrichtung weist einen zweiten Trennkreis auf, kommunikativ mit dem Abschlussmodulstromkreis gekoppelt und konfiguriert, kommunikativ mit einer Stromversorgung gekoppelt zu werden, die den Abschlussmodulstromkreis mit elektrischer Energie versorgt.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1A ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Prozesssteuerungssystems. -
1B –1D zeigen alternative Beispielimplementierungen, die verwendet werden können, um Bedienrechner, Steuerungen und E/A-Karten kommunikativ zu koppeln. -
2 ist ein detailliertes Diagramm des beispielhaften Bereitstellungsschranks in1A . -
3 ist ein weiterer beispielhafter Bereitstellungsschrank, der verwendet werden kann, um den beispielhaften Bereitstellungsschrank in1A zu implementieren. -
4 zeigt eine Draufsicht und5 zeigt eine Seitensicht eines beispielhaften Abschlussmoduls aus1A und2 . -
6 ist ein detailliertes Blockdiagramm des beispielhaften Abschlussmoduls aus1A ,2 ,4 und5 . -
7 ist ein detailliertes Blockdiagramm einer beispielhaften E/A-Karte aus1A . -
8 ist ein detailliertes Blockdiagramm eines beispielhaften Labellers, der verwendet werden kann, um Feldgeräteidentifikationsinformationen und/oder beliebige andere Feldgeräteinformationen in Verbindung mit den Abschlussmodulen aus1A und2 –6 anzuzeigen. -
9 zeigt eine Trennkreiskonfiguration, die in Verbindung mit den beispielhaften Abschlussmodulen aus1A implementiert werden kann, um die Abschlussmodule voneinander, von Feldgeräten und von Kommunikationsbussen zu trennen. -
10A und10B zeigen ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, das verwendet werden kann, um die Abschlussmodule aus1A und2 –6 zu implementieren, um Informationen zwischen Feldgeräten und E/A-Karten zu kommunizieren. -
11A und11B zeigen ein Flussdiagram eines beispielhaften Verfahrens, das verwendet werden kann, um die E/A-Karten aus1A zu implementieren, um Informationen zwischen den Abschlussmodulen und einem Bedienrechner zu kommunizieren. -
12 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, das verwendet werden kann, um den Labeller aus2 ,3 ,6 und8 zu implementieren, um Informationen in Verbindung mit Feldgeräten abzurufen und anzuzeigen, die kommunikativ mit Abschlussmodulen gekoppelt sind. -
13 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Prozessorsystems, das zur Realisierung der hierin beschriebenen beispielhaften Systeme und Verfahren verwendet werden kann. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Die folgenden Ausführungen beschreiben zwar beispielhafte Vorrichtungen und Systeme, die unter anderem Komponenten, Software und/oder Firmware aufweisen, die auf Hardware laufen, jedoch ist zu bedenken, dass diese Systeme lediglich veranschaulichenden Charakter besitzen und nicht als einschränkend zu betrachten sind. So ist es beispielsweise denkbar, dass alle diese Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten ausschließlich in Hardware, ausschließlich in Software oder in jeder Kombination aus Hardware und Software ausgeführt werden könnten. Während die folgenden Darstellungen mithin beispielhafte Vorrichtungen und Systeme beschreiben, erkennt der technisch Versierte sofort, dass die aufgeführten Beispiele nicht die einzige Art und Weise für die Realisierung derartiger Vorrichtungen und Systeme darstellen.
- Ein beispielhaftes Prozesssteuerungssystem weist einen Steuerraum (beispielsweise einen Steuerraum
108 aus1A ), einen Prozesssteuerungsbereich (beispielsweise einen Prozesssteuerungsbereich110 aus1A ), einen Abschlussbereich (beispielsweise einen Abschlussbereich140 aus1A ) und einen oder mehrere Prozessbereiche (beispielsweise die Prozessbereiche114 und118 aus1A ) auf. Ein Prozesssteuerungsbereich weist eine Mehrzahl von Feldgeräten auf, die Operationen ausführen (beispielsweise Ventile steuern, Motoren steuern, Kessel steuern, Parameter überwachen, messen etc.), die mit der Ausführung eines bestimmten Prozesses (beispielsweise eines chemischen Prozesses, eines Petroleumprozesses, eines pharmazeutischen Prozesses, eines Zellstoff- und Papierprozesses etc.) verbunden sind. Einige Prozessbereiche sind aufgrund widriger Umgebungsbedingungen (beispielsweise relativ hoher Temperaturen, in der Luft enthaltener Toxine, unsicherer Strahlungsniveaus etc.) für Menschen nicht zugänglich. Der Steuerraum weist typischerweise einen oder mehrere Bedienrechner in einer Umgebung auf, die für Menschen sicher zugänglich ist. Die Bedienrechner weisen Benutzeranwendungen auf, auf die Benutzer (beispielsweise Ingenieure, Bediener etc.) zugreifen können, um Operationen des Prozesssteuerungssystems beispielsweise durch Ändern von variablen Werten, Prozesssteuerungsfunktionen etc. zu steuern. Der Prozesssteuerungsbereich weist eine oder mehrere Steuerungen auf, die kommunikativ mit dem/den Bedienrechner(n) im Steuerraum gekoppelt sind. Die Steuerungen automatisieren die Steuerung der Feldgeräte im Prozessbereich durch Ausführen von über den Bedienrechner implementierten Prozesssteuerungsstrategien. Eine beispielhafte Prozessstrategie umfasst das Messen eines Drucks mittels eines Drucksensor-Feldgeräts und das automatische Senden eines Befehls zu einem Ventilsteller, um ein Durchflussventil auf der Grundlage der Druckmessung zu öffnen oder zu schließen. Der Abschlussbereich weist einen Bereitstellungsschrank auf, der die Steuerungen in die Lage versetzt, mit den Feldgeräten im Prozessbereich zu kommunizieren. Insbesondere weist der Bereitstellungsschrank eine Mehrzahl von Abschlussmodulen auf, die verwendet werden, um Signale von den Feldgeräten zu einer oder mehreren, mit den Steuerungen kommunikativ gekoppelten E/A-Karten bereitzustellen, zu organisieren oder zu leiten. Die E/A-Karten übersetzen von den Feldgeräten empfangene Informationen in ein mit den Steuerungen kompatibles Format und übersetzen Informationen von den Steuerungen in ein mit den Feldgeräten kompatibles Format. - Bekannte Techniken, die verwendet werden, um Feldgeräte innerhalb eines Prozesssteuerungssystems kommunikativ mit Steuerungen zu koppeln, beinhalten die Verwendung eines separaten Busses (beispielsweise eines Drahtes, eines Kabels oder eines Stromkreises) zwischen jedem Feldgerät und einer jeweiligen, mit einer Steuerung (beispielsweise einer Prozesssteuerung, einer speicherprogrammierbaren Steuerung etc.) kommunikativ gekoppelten E/A-Karte. Eine E/A-Karte ermöglicht ein kommunikatives Koppeln einer Steuerung mit einer Mehrzahl von Feldgeräten, die verschiedenen Datentypen oder Signaltypen (beispielsweise Daten vom Typ "analoge Eingabe" (AE), Daten vom Typ "analoge Ausgabe" (AA), Daten vom Typ "diskrete Eingabe" (DE), Daten vom Typ "diskrete Ausgabe" (DA), Daten vom Typ "digitale Eingabe" und Daten vom Typ "digitale Ausgabe) und verschiedenen Feldgerätekommunikationsprotokollen zugeordnet sind, indem zwischen der Steuerung und den Feldgeräten kommunizierte Informationen übersetzt oder konvertiert werden. Beispielsweise kann eine E/A-Karte mit einer oder mehreren Feldgeräteschnittstellen versehen sein, die konfiguriert sind, Informationen mit einem Feldgerät mittels des diesem Feldgerät zugeordneten Feldgerätekommunikationsprotokolls auszutauschen. Verschiedene Feldgeräteschnittstellen kommunizieren über verschiedene Kanaltypen (beispielsweise Kanäle vom Typ "analoge Eingabe" (AE), Kanäle vom Typ "analoge Ausgabe" (AA), Kanäle vom Typ "diskrete Eingabe" (DE), Kanäle vom Typ "diskrete Ausgabe" (DA), Kanäle vom Typ digitale Eingabe und Kanäle vom Typ digitale Ausgabe). Darüber hinaus kann die E/A-Karte von dem Feldgerät empfangene Informationen (beispielsweise Spannungsniveaus) in Informationen (beispielsweise Druckmessungswerte) konvertieren, die die Steuerung verwenden kann, um Operationen in Verbindung mit dem Steuern des Feldgeräts auszuführen. Die bekannten Techniken erfordern ein Bündel von Drähten oder Bussen (beispielsweise ein mehradriges Kabel), um eine Mehrzahl von Feldgeräten kommunikativ mit E/A-Karten zu koppeln. Anders als bekannte Techniken, die einen separaten Bus verwenden, um jedes Feldgerät kommunikativ mit E/A-Karten zu koppeln, können die hierin beschriebenen beispielhaften Vorrichtungen und Methoden verwendet werden, um Feldgeräte kommunikativ mit einer E/A-Karte zu koppeln, indem eine Mehrzahl von Feldgeräten an einem Abschlussfeld (beispielsweise einem Bereitstellungsschrank) abgeschlossen werden und indem ein Bus (beispielsweise ein leitfähiges Kommunikationsmedium, ein optisches Kommunikationsmedium, ein drahtloses Kommunikationsmedium) verwendet wird, der kommunikativ zwischen dem Abschlussfeld und der E/A-Karte gekoppelt ist, um die Feldgeräte kommunikativ mit der E/A-Karte zu koppeln.
- Die hierin beschriebenen beispielhaften Vorrichtungen und Verfahren beinhalten die Verwendung eines beispielhaften universellen E/A-Busses (beispielsweise eines gemeinsamen oder gemeinsam genutzten Kommunikationsbusses), der ein oder mehrere Abschlussmodule kommunikativ mit einer oder mehreren E/A-Karten koppelt, die kommunikativ mit einer Steuerung gekoppelt sind. Jedes Abschlussmodul ist kommunikativ mit einem oder mehreren jeweiligen Feldgeräten mittels eines jeweiligen Feldgerätebusses (beispielsweise eines analogen Busses oder eines digitalen Busses) gekoppelt. Die Abschlussmodule sind konfiguriert, Feldgeräteinformationen von den Feldgeräten über die Feldgerätebusse zu empfangen und die Feldgeräteinformationen an die E/A-Karten über den universellen E/A-Bus beispielsweise durch Paketieren der Feldgeräteinformationen und Kommunizieren der paketierten Informationen an die E/A-Karten über den universellen E/A-Bus zu kommunizieren. Die Feldgeräteinformationen können beispielsweise Feldgeräteidentifikationsinformationen (beispielsweise Geräte-Tags, elektronische Seriennummern etc.), Feldgerätestatusinformationen (beispielsweise Kommunikationsstatus, Gesundheitsdiagnoseinformationen (offener Kreis, Kurzschluss etc.), Feldgeräteaktivitätsinformationen (beispielsweise Prozessvariablen-(PV-)Werte), Feldgerätebeschreibungsinformationen (beispielsweise Feldgerätetyp oder -funktion wie beispielsweise Ventilsteller, Temperaturfühler, Drucksensor, Durchflusssensor etc.), Feldgeräteanschlusskonfigurationsinformationen (beispielsweise Multidrop-Busverbindung, Punkt-zu-Punkt-Verbindung etc.), Feldgerätebus- oder Segmentidentifikationsinformationen (beispielsweise Feldgerätebus oder Feldgerätesegment, über den bzw. das das Feldgerät kommunikativ mit dem Abschlussmodul gekoppelt ist) und/oder Feldgeräte-Datentypinformationen (beispielsweise einen für den von einem bestimmten Feldgerät verwendeten Datentyp repräsentativen Datentypdeskriptor) aufweisen. Die E/A-Karte(n) kann/können die über den universellen E/A-Bus empfangenen Feldgeräteinformationen extrahieren und die Feldgeräteinformationen an die Steuerung kommunizieren, die sodann einige oder sämtliche Informationen an ein oder mehrere Bedienrechnerterminals zur darauf folgenden Analyse kommunizieren kann.
- Um Feldgeräteinformationen (beispielsweise Befehle, Anweisungen, Anfragen, Schwellenaktivitätswerte (beispielsweise Schwellen-PV-Werte) etc.) von Bedienrechner-Terminals an Feldgeräte zu kommunizieren, können E/A-Karten die Feldgeräteinformationen paketieren und die paketierten Feldgeräteinformationen einer Mehrzahl von Abschlussmodulen kommunizieren. Jedes der Abschlussmodule kann sodann jeweilige Feldgeräteinformationen aus den von einer jeweiligen E/A-Karte empfangenen paketierten Kommunikationen extrahieren oder entpaketieren und die Feldgeräteinformationen an ein jeweiliges Feldgerät kommunizieren.
- In den hierin beschriebenen illustrierten Beispielen ist ein Abschlussfeld (beispielsweise ein Bereitstellungsschrank) konfiguriert, eine Mehrzahl von Abschlussmodulen zu empfangen (beispielsweise zu verbinden), von denen jedes kommunikativ mit einem anderen Feldgerät gekoppelt ist. Um an dem Abschlussfeld anzuzeigen, welche Abschlussmodule mit welchen Feldgeräten verbunden sind, ist jedes Abschlussmodul mit einem Abschluss-Labeller (oder einem Tagging-System) versehen. Ein Abschluss-Labeller weist eine elektronische Anzeige (beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige (LCD)) und Komponenten auf, um zu bestimmen, welches Feldgerät oder welche Feldgeräte mit dem Abschlussmodul entsprechend dem Abschluss-Labeller verbunden ist/sind. In einigen beispielhaften Implementierungen sind statt der Abschlussmodule Anzeigen auf dem Abschlussfeld montiert. Jede der Anzeigen ist in Verbindung mit einer jeweiligen Abschlussmodulbuchse montiert. Auf diese Weise verbleibt, wenn ein Abschlussmodul von dem Abschlussfeld entfernt wird, eine entsprechende Anzeige zur Verwendung durch ein anschließend verbundenes Abschlussmodul auf dem Abschlussfeld.
- Wie in
1A dargestellt, weist ein beispielhaftes Steuerungssystem100 einen Bedienrechner102 auf, der kommunikativ mit einer Steuerung104 über einen Bus oder ein lokales Netzwerk (LAN)106 gekoppelt ist, das allgemein als Anwendungssteuerungsnetzwerk (ACN) bezeichnet wird. Das LAN106 kann mit jedem gewünschten Kommunikationsmedium und -protokoll realisiert werden. Beispielsweise kann das LAN106 auf einem festverdrahteten oder drahtlosen Ethernet-Kommunikationsprotokoll basieren. Es könnte jedoch jedes andere geeignete drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsmedium und -protokoll verwendet werden. Der Bedienrechner102 kann konfiguriert werden, Operationen in Verbindung mit einer oder mehreren Informationstechnologieanwendungen, benutzerinteraktiven Anwendungen und/oder Kommunikationsanwendungen durchzuführen. So kann beispielsweise der Bedienrechner102 so konfiguriert werden, dass er Operationen in Verbindung mit prozesssteuerungsbezogenen Anwendungen und Kommunikationsanwendungen durchführt, die den Bedienrechner102 und die Steuerung104 in die Lage versetzen, mit anderen Geräten oder Systemen über alle gewünschten Kommunikationsmedien (beispielsweise drahtlos, festverdrahtet etc.) und -protokolle (beispielsweise HTTP, SOAP etc.) zu kommunizieren. Die Steuerung104 kann konfiguriert werden, eine oder mehrere Prozesssteuerungsroutinen oder -funktionen auszuführen, die von einem Systemingenieur oder einem anderen Systembediener beispielsweise mittels des Bedienrechners102 oder jedes anderen Bedienrechners erzeugt wurden und die in die Steuerung104 heruntergeladen und in dieser instantisiert wurden. In dem dargestellten Beispiel befindet sich der Bedienrechner102 in einem Steuerraum108 und die Steuerung104 befindet sich in einem Prozesssteuerungsbereich110 getrennt vom Steuerraum108 . - In dem dargestellten Beispiel weist das beispielhafte Prozesssteuerungssystem
100 die Feldgeräte112a –c in einem ersten Prozessbereich114 und die Feldgeräte116a –c in einem zweiten Prozesssteuerungsbereich118 auf. Um Informationen zwischen der Steuerung104 und den Feldgeräten112a –c and116a –c zu kommunizieren, ist das beispielhafte Prozesssteuerungssystem100 mit den Feldanschlussdosen (FJB)120a –b und einem Bereitstellungsschrank122 versehen. Jede der Feldanschlussdosen120a –b leitet Signale von jeweils einem der Feldgeräte112a –c und116a –c zum Bereitstellungsschrank122 . Der Bereitstellungsschrank122 stellt seinerseits von den Feldgeräten112a –c und116a –c empfangene Informationen bereit (beispielsweise organisiert, gruppiert etc. er diese Informationen) und leitet die Feldgeräteinformationen an jeweilige E/A-Karten (beispielsweise die E/A-Karten132a –b und134a –b) der Steuerung104 . In dem dargestellten Beispiel sind die Kommunikationen zwischen der Steuerung104 und den Feldgeräten112a –c und116a –c bidirektional, sodass der Bereitstellungsschrank122 auch verwendet wird, um von den E/A-Karten der Steuerung104 empfangene Informationen an jeweils eines der Feldgeräte112a –c und116a –c über die Feldanschlussdosen120a –b zu leiten. - In dem dargestellten Beispiel sind die Feldgeräte
112a –c kommunikativ mit der Feldanschlussdose120a gekoppelt und die Feldgeräte116a –c sind kommunikativ mit der Feldanschlussdose120b über elektrisch leitende, drahtlose und/oder optische Kommunikationsmedien gekoppelt. Beispielsweise können die Feldanschlussdosen120a –b mit einem oder mehreren elektrischen, drahtlosen und/oder optischen Daten-Transceivern versehen werden, um mit elektrischen, drahtlosen und/oder optischen Transceivern der Feldgeräte112a –c und116a –c zu kommunizieren. In dem dargestellten Beispiel ist die Feldanschlussdose120b kommunikativ drahtlos mit dem Feldgerät116c gekoppelt. In einer alternativen Implementierung kann der Bereitstellungsschrank122 entfallen und Signale von den Feldgeräten112a –c und116a –c können von den Feldanschlussdosen120a –b direkt zu den E/A-Karten der Steuerung geleitet werden. In noch einer weiteren Implementierung können die Feldanschlussdosen120a –b entfallen und die Feldgeräte112a –c und116a –c können direkt mit dem Bereitstellungsschrank122 verbunden werden. - Bei den Feldgeräten
112a –c und116a –c kann es sich um Feldbus-geeignete Ventile, Stellglieder, Sensoren etc. handeln. In diesem Fall kommunizieren die Feldgeräte112a –c und116a –c mittels des bestens bekannten Feldbus-Protokolls über einen digitalen Datenbus. Statt dessen können selbstverständlich jedoch auch andere Arten von Feldgeräten und Kommunikationsprotokollen verwendet werden. So könnte es sich beispielsweise bei den Feldgeräten112a –c statt dessen um Profibus-, HART- oder AS-i-geeignete Geräte handeln, die mittels der bestens bekannten Profibus- und HART-Kommunikationsprotokolle über den Datenbus kommunizieren. In einigen beispielhaften Implementierungen können die Feldgeräte112a –c und116a –c Informationen mittels analoger Kommunikationen oder diskreter Kommunikationen statt digitaler Kommunikationen kommunizieren. Darüber hinaus können die Kommunikationsprotokolle verwendet werden, um verschiedenen Datentypen zugeordnete Informationen zu kommunizieren. - Jedes der Feldgeräte
112a –c und116a –c ist konfiguriert, Feldgeräteidentifikationsinformationen zu speichern. Die Feldgeräteidentifikationsinformationen können ein Wert eines Physisches-Geräte-Tags (PDT), ein Geräte-Tag-Name, eine elektronische Seriennummer etc. sein, die jedes der Feldgeräte112a –c und116a –c eindeutig identifizieren. In dem in1A dargestellten Beispiel speichern die Feldgeräte112a –c Feldgeräteidentifikationsinformationen in Form der Physisches-Geräte-Tag-Werte PDT0–PDT2 und die Feldgeräte116a –c speichern Feldgeräteidentifikationsinformationen in Form der Physisches-Geräte-Tag-Werte PDT3–PDT5. Die Feldgerateidentifikationsinformation kann in den Feldgeräten112a –c und116a –c von einem Feldgerätehersteller und/oder von einem an der Installation der Feldgeräte112a –c und116a –c beteiligten Bediener oder Ingenieur gespeichert oder programmiert werden. - Um den Feldgeräten
112a –c und116a –c zugeordnete Informationen im Bereitstellungsschrank122 zu lenken, ist der Bereitstellungsschrank122 mit einer Mehrzahl von Abschlussmodulen124a –c und126a –c versehen. Die Abschlussmodule124a –c sind konfiguriert, den Feldgeräten112a –c in einem ersten Prozessbereich114 zugeordnete Informationen bereitzustellen, und die Abschlussmodule126a –c sind konfiguriert, den Feldgeräten116a –c in einem zweiten Prozessbereich118 zugeordnete Informationen bereitzustellen. Wie dargestellt, sind die Abschlussmodule124a –c und126a –c kommunikativ mit den Feldanschlussdosen120a –b über jeweilige Mehrleiterkabel128a und128b (beispielsweise ein Mehr-Bus-Kabel) gekoppelt. In einer alternativen beispielhaften Implementierung, in der der Bereitstellungsschrank122 entfallen ist, können die Abschlussmodule124a –c und126a –c in jeweils einem der Feldanschlussdosen120a –b installiert werden. - Das in
1A dargestellte Beispiel zeigt eine Punkt-zu-Punkt-Konfiguration, bei der jeder Leiter oder jedes Leiterpaar (beispielsweise Bus, Twisted-Pair-Kommunikationsmedium, Zwei-Draht-Kommunikationsmedium etc.) in den Mehrleiter-Kabeln128a –b Informationen kommuniziert, die eindeutig jeweils einem der Feldgeräte112a –c und116a –c zugeordnet sind. Beispielsweise weist das Mehrleiter-Kabel128a einen ersten Leiter130a , einen zweiten Leiter130b und einen dritten Leiter130c auf. Spezifisch wird der erste Leiter130a verwendet, um einen ersten Datenbus zu bilden, der konfiguriert ist, Informationen zwischen dem Abschlussmodul124a und dem Feldgerät112a zu kommunizieren, und der zweite Leiter130b wird verwendet, um einen zweiten Datenbus zu bilden, der konfiguriert ist, Informationen zwischen dem Abschlussmodul124b und dem Feldgerät112b zu kommunizieren, und der dritte Leiter130c wird verwendet, um einen dritten Datenbus zu bilden, der konfiguriert ist, Informationen zwischen dem Abschlussmodul124c und dem Feldgerät112c zu kommunizieren. In einer alternativen, eine Multidrop-Verdrahtungskonfiguration verwendenden Implementierung kann jedes der Abschlussmodule124a –c und126a –c kommunikativ mit einem oder mehreren Feldgeräten gekoppelt werden. So kann beispielsweise in einer Multidrop-Konfiguration das Abschlussmodul124a über den ersten Leiter130a kommunikativ mit dem Feldgerät112a und mit einem anderen (nicht dargestellten) Feldgerät gekoppelt werden. In einigen beispielhaften Implementierungen kann ein Abschlussmodul konfiguriert werden, drahtlos mit einer Mehrzahl von Feldgeräten mittels eines drahtlosen Mesh-Netzwerks zu kommunizieren. - Jedes der Abschlussmodule
124a –c und126a –c kann konfiguriert werden, unter Verwendung eines verschiedenen Datentyps mit jeweils einem der Feldgeräte112a –c und116a –c zu kommunizieren. Beispielsweise kann das Abschlussmodul124a eine digitale Feldgeräteschnittstelle aufweisen, um mit dem Feldgerät112a mittels digitaler Daten zu kommunizieren, während das Abschlussmodul124b eine analoge Feldgeräteschnittstelle aufweist, um mit dem Feldgerät112b mittels analoger Daten zu kommunizieren. - Um E/A-Kommunikationen zwischen der Steuerung
104 (und/oder dem Bedienrechneer102 ) und den Feldgeräten112a –c und116a –c zu steuern, ist die Steuerung104 mit der Mehrzahl von E/A-Karten132a –b und134a –b versehen. In dem dargestellten Beispiel sind die E/A-Karten132a –b konfiguriert, E/A-Kommunikationen zwischen der Steuerung104 (und/oder dem Bedienrechner102 ) und den Feldgeräten112a –c in dem ersten Prozessbereich114 zu steuern, und die E/A-Karten134a –b sind konfiguriert, E/A-Kommunikationen zwischen der Steuerung104 (und/oder dem Bedienrechner102 ) und den Feldgeräten116a –c in dem zweiten Prozessbereich118 zu steuern. - In dem in
1A dargestellten Beispiel sind die E/A-Karten132a –b und134a –b in der Steuerung104 angeordnet. Um Informationen von den Feldgeräten112a –c und116a –c zu dem Bedienrechner102 zu kommunizieren, kommunizieren die E/A-Karten132a –b und134a –b die Informationen an die Steuerung104 und die Steuerung104 kommuniziert die Informationen an den Bedienrechner102 . Gleichermaßen kommuniziert der Bedienrechner102 , um Informationen von dem Bedienrechner102 an die Feldgeräte112a –c und116a –c zu kommunizieren, die Informationen an die Steuerung104 , die Steuerung104 kommuniziert die Informationen sodann an die E/A-Karten132a –b und134a –b und die E/A-Karten132a –b und134a –b kommunizieren die Informationen an die Feldgeräte112a –c und116a –c über die Abschlussmodule124a –c und126a –c. In einer alternativen beispielhaften Implementierung können die E/A-Karten132a –b und134a –b kommunikativ mit dem in der Steuerung104 enthaltenen LAN106 gekoppelt sein, sodass die E/A-Karten132a –b und134a –b direkt mit dem Bedienrechner102 und/oder der Steuerung104 kommunizieren können. - Um fehlertolerante Operationen zur Verfügung zustellen, falls eine der E/A-Karten
132a und134a ausfällt, sind die E/A-Karten132b und134b als redundante E/A-Karten konfiguriert. Wenn die E/A-Karte132a mithin ausfällt, übernimmt die redundante E/A-Karte132b die Steuerung und führt dieselben Operationen aus, die die E/A-Karte132 ansonsten durchführen würde. Gleichermaßen übernimmt die redundante E/A-Karte134b die Steuerung, wenn die E/A-Karte134a ausfällt. - Um Kommunikationen zwischen den Abschlussmodulen
124a –c und den E/A-Karten132a –b und zwischen den Abschlussmodulen126a –c und den E/A-Karten134a –b zu ermöglichen, sind die Abschlussmodule124a –c kommunikativ mit den E/A-Karten132a –b über einen ersten universellen E/A-Bus136a gekoppelt und die Abschlussmodule126a –c sind kommunikativ mit den E/A-Karten134a –b über einen zweiten universellen E/A-Bus136b gekoppelt. Im Gegensatz zu den Mehrleiter-Kabeln128a und128b , die separate Leiter oder Kommunikationsmedien für jedes eine der Feldgeräte112a –c und116a –c verwenden, ist jeder der universellen E/A-Busse136a –b konfiguriert, einer Mehrzahl von Feldgeräten (beispielsweise den Feldgeräten112a –c und116a –c) zugeordnete Informationen mittels desselben Kommunikationsmediums zu kommunizieren. Beispielsweise kann das Kommunikationsmedium ein serieller Bus, ein Zwei-Draht-Kommunikationsmedium (beispielsweise Twisted Pair), ein Lichtwellenleiter, ein paralleler Bus etc. sein, über die zwei oder mehr Feldgeräten zugeordnete Informationen beispielsweise mittels paketbasierter Kommunikationstechniken, Multiplexing-Kommunikationstechniken etc. kommuniziert werden können. - In einer beispielhaften Implementierung sind die universellen E/A-Busse
136a –b mittels des seriellen RS-485-Kommunikationsstandards implementiert. Der serielle RS-485-Kommunikationsstandard kann konfiguriert werden, weniger Kommunikationssteuerungs-Overhead (beispielsweise weniger Header-Informationen) als andere bekannte Kommunikationsstandards (wie beispielsweise Ethernet) zu verwenden. In anderen beispielhaften Implementierungen können die universellen E/A-Busse136a –b mittels jedes anderen geeigneten Kommunikationsstandards einschließlich Ethernet, universeller serieller Bus (USB), IEEE 1394, etc. implementiert werden. Zusätzlich können, obwohl die universellen E/A-Busse136a –b vorstehend als verdrahtete Kommunikationsmedien beschrieben sind, in einer weiteren beispielhaften Implementierung einer oder beide der universellen E/A-Busse136a –b mittels eines drahtlosen Kommunikationsmediums (beispielsweise Wireless Ethernet, IEEE-802.11, Wi-Fi®, Bluetooth® etc.) implementiert werden. - Die universellen E/A-Busse
136a und136b werden verwendet, um Informationen auf im wesentlichen dieselbe Art und Weise zu kommunizieren. In dem dargestellten Beispiel ist der E/A-Bus136a konfiguriert, Informationen zwischen den E/A-Karten132a –b und den Abschlussmodulen124a –c zu kommunizieren. Die E/A-Karten132a –b und die Abschlussmodule124a –c verwenden ein Adressierungsschema, um die E/A-Karten132a –b in die Lage zu versetzen zu erkennen, welche Information welchem einen der Abschlussmodule124a –c entspricht, und um jedes der Abschlussmodule124a –c in die Lage zu versetzen festzustellen, welche Information welchem der Feldgeräte112a –c entspricht. Wenn ein Abschlussmodul (beispielsweise eines der Abschlussmodule124a –c und126a –c) mit einer der E/A-Karten132a –b und134a –b verbunden wird, erhält diese E/A-Karte automatisch eine Adresse des Abschlussmoduls (beispielsweise von dem Abschlussmodul), um Informationen mit dem Abschlussmodul auszutauschen. Auf diese Weise können die Abschlussmodule124a –c und126a –c kommunikativ irgendwo auf den jeweiligen Bussen136a –b gekoppelt werden, ohne dass den E/A-Karten132a –b und134a –b manuell Abschlussmoduladressen übergeben werden müssen und ohne dass jedes der Abschlussmodule124a –c und126a –c einzeln mit den E/A-Karten132a –b und134a –b verdrahtet werden muss. - Durch Verwendung der universellen E/A-Busse
136a –b wird die Anzahl der für die Kommunikation von Informationen zwischen dem Bereitstellungsschrank122 und der Steuerung104 erforderlichen Kommunikationsmedien (beispielsweise Drähte) im Vergleich zu bekannten Konfigurationen, die ein separates Kommunikationsmedium für jedes Abschlussmodul erfordern, um mit einer Steuerung zu kommunizieren, erheblich reduziert. Die Reduzierung der Anzahl von für die kommunikative Kopplung des Bereitstellungsschranks122 mit der Steuerung104 erforderlichen Kommunikationsmedien (d.h. Reduzierung der Anzahl von Kommunikationsbussen oder Kommunikationsdrähten) reduziert Engineering-Kosten, die für die Konstruktion und die Erzeugung von Zeichnungen für die Installation der Verbindungen zwischen der Steuerung104 und den Feldgeräten112a –c und116a –c erforderlich sind. Darüber hinaus reduziert die Reduzierung der Anzahl von Kommunikationsmedien ihrerseits die Installationskosten und Wartungskosten. Beispielsweise ersetzt einer der E/A-Busse136a –b eine Mehrzahl von in bekannten Systemen verwendeten Kommunikationsmedien zum kommunikativen Koppeln von Feldgeräten mit einer Steuerung. Statt eine Mehrzahl von Kommunikationsmedien zum kommunikativen Koppeln der Feldgeräte112a –c und116a –c mit den E/A-Karten132a –b und134a –b zu unterhalten, erfordert somit das in1A dargestellte Beispiel erheblich weniger Wartung durch Verwendung der E/A-Busse136a –b. - Zusätzlich führt die Reduzierung der Anzahl der für die kommunikative Kopplung des Bereitstellungsschranks
122 mit den E/A-Karten132a –b und134a –b erforderlichen Kommunikationsmedien zu mehr verfügbarem Platz für mehr Abschlussmodule (beispielsweise die Abschlussmodule124a –b und124a –c), wodurch die E/A-Dichte des Bereitstellungsschranks122 im Vergleich zu bekannten Systemen erhöht wird. In dem in1A dargestellten Beispiel kann der Bereitstellungsschrank122 eine Anzahl von Abschlussmodulen enthalten, die andernfalls in einer bekannten Systemimplementierung mehr Bereitstellungsschränke (beispielsweise drei Bereitstellungsschränke) erfordern würden. - Durch Bereitstellung der Abschlussmodule
124a –c und der Abschlussmodule126a –c, die konfiguriert werden können, verschiedene Datentypschnittstellen (beispielsweise verschiedene Kanaltypen) zu verwenden, um mit den Feldgeräten112a –c und116a –c zu kommunizieren, und die konfiguriert sind, die jeweiligen gemeinsamen E/A-Busse136a und136b zu verwenden, um mit den E/A-Karten132a –b und134a –b zu kommunizieren, ermöglicht das in1A dargestellte Beispiel das Leiten von verschiedenen Feldgerätedatentypen (beispielsweise den von den Feldgeräten112a –c und116a –c verwendeten Datentypen) zugeordneten Daten an die E/A-Karten132a –b und134a –b, ohne dass es erforderlich ist, eine Mehrzahl von verschiedenen Feldgeräteschnittstellentypen auf den E/A-Karten132a –b und134a –b zu implementieren. Daher kann eine einen Schnittstellentyp (beispielsweise einen E/A-Bus-Schnittstellentyp für die Kommunikation über den E/A-Bus136a und/oder den E/A-Bus136b ) aufweisende E/A-Karte mit einer Mehrzahl von verschiedene Feldgeräteschnittstellentypen aufweisenden Feldgeräten kommunizieren. - Die Verwendung des E/A-Busses
136a und/oder des E/A-Busses136b zum Austausch von Informationen zwischen der Steuerung104 und den Abschlussmodulen124a –c und126a –c ermöglicht die Definition des Verbindungsverlaufs zwischen Feldgerät und E/A-Karte zu einem späten Zeitpunkt eines Konstruktions- oder Installationsprozesses. Beispielsweise können die Abschlussmodule124a –c und126a –c an verschiedenen Orten innerhalb des Bereitstellungsschranks122 angeordnet werden, während der Zugang zu jeweils einem der E/A-Busse136a und136b gewahrt bleibt. - In dem dargestellten Beispiel erleichtern der Bereitstellungsschrank
122 , die Abschlussmodule124a –c und126a –c, die E/A-Karten132a –b und134a –b und die Steuerung104 ein Migrieren bestehender Prozesssteuerungssysteminstallationen auf eine Konfiguration, die dem beispielhaften Prozesssteuerungssystem100 in1A im wesentlichen ähnlich ist. Beispielsweise können, da die Abschlussmodule124a –c und126a –c konfiguriert werden können, jeden geeigneten Feldgeräteschnittstellentyp zu beinhalten, die Abschlussmodule124a –c und126a –c konfiguriert werden, kommunikativ mit bestehenden Feldgeräten gekoppelt zu werden, die bereits in einem Prozesssteuerungssystem installiert sind. Gleichermaßen kann die Steuerung104 konfiguriert werden, eine bekannte LAN-Schnittstelle aufzuweisen, um über ein LAN mit einem bereits installierten Bedienrechner zu kommunizieren: In einigen beispielhaften Implementierungen können die E/A-Karten132a –b und134a –b in bekannten Steuerungen installiert oder mit bekannten Steuerungen kommunikativ gekoppelt sein, sodass bereits in einem Prozesssteuerungssystem installierte Steuerungen nicht ersetzt zu werden brauchen. - In dem dargestellten Beispiel weist die E/A-Karte
132a eine Datenstruktur133 auf und die E/A-Karte134a weist eine Datenstruktur135 auf. Die Datenstruktur133 speichert die Feldgeräteidentifikationsnummern (beispielsweise Feldgeräteidentifikationsinformationen), die Feldgeräten (beispielsweise den Feldgeräten112a –c) entsprechen, die beauftragt sind, mit der E/A-Karte132a über den universellen E/A-Bus136a zu kommunizieren. Die Abschlussmodule124a –c können die in der Datenstruktur133 gespeicherten Feldgeräteidentifikationsnummern verwenden, um zu bestimmen, ob ein Feldgerät falsch mit einem der Abschlussmodule124a –c verbunden ist. Die Datenstruktur135 speichert die Feldgeräteidentifikationsnummern (beispielsweise Feldgeräteidentifikationsinformationen), die Feldgeräten (beispielsweise den Feldgeräten116a –c) entsprechen, die beauftragt sind, mit der E/A-Karte134a über den universellen E/A-Bus136b zu kommunizieren. Die Datenstrukturen133 und135 können von Ingenieuren, Bedienern und/oder Anwendern über den Bedienrechner102 während einer Konfigurierungszeit oder während des Betriebs des beispielhaften Prozesssteuerungssystems100 populiert werden. Obwohl nicht dargestellt, speichert die redundante E/A-Karte132b eine mit der Datenstruktur133 identische Datenstruktur und die redundante E/A-Karte134b speichert eine mit der Datenstruktur135 identische Datenstruktur. Zusätzlich oder alternativ können die Datenstrukturen133 und135 in dem Bedienrechner102 gespeichert werden. - In dem dargestellten Beispiel ist der Bereitstellungsschrank
122 in einem von dem Prozesssteuerungsbereich110 getrennten Abschlussbereich140 angeordnet dargestellt. Durch Verwendung der E/A-Busse136a –b anstatt wesentlich mehr Kommunikationsmedien (beispielsweise einer Mehrzahl von Kommunikationsbussen, von denen jeder eindeutig einem der Feldgeräte112a –c und116a –c zugeordnet ist), um die Abschlussmodule124a –c und126a –c mit der Steuerung104 zu koppeln, wird es erleichtert, die Steuerung104 relativ weiter als in bekannten Konfigurationen von dem Bereitstellungsschrank122 entfernt anzuordnen, ohne die Zuverlässigkeit der Kommunikationen wesentlich zu vermindern. In einigen beispielhaften Implementierungen können der Prozesssteuerungsbereich110 und der Abschlussbereich140 kombiniert werden, sodass der Bereitstellungsschrank122 und die Steuerung104 im selben Bereich angeordnet sind. Auf jeden Fall ermöglicht die Anordnung des Bereitstellungsschranks122 und der Steuerung104 in von den Prozessbereichen114 und118 getrennten Bereichen die Isolierung der E/A-Karten132a –b und134a –b, der Abschlussmodule124a –c und126a –c und der universellen E/A-Busse136a –b von widrigen Umgebungsbedingungen (beispielsweise Wärme, Feuchtigkeit, elektromagnetisches Rauschen etc.), die mit den Prozessbereichen114 und118 verbunden sein können. Auf diese Weise können die Kosten und Komplexität der Konstruktion und Herstellung der Abschlussmodule124a –c und126a –c und der E/A-Karten132a –b und134a –b im Vergleich zu den Kosten der Herstellung von Kommunikations- und Steuerungskreisen für die Feldgeräte112a –c und116a –c erheblich gesenkt werden, da die Abschlussmodule124a –c und126a –c und die E/A-Karten132a –b und134a –b keine Betriebsspezifikationsmerkmale (beispielsweise Abschirmung, robustere Schaltkreise, komplexere Fehlerprüfung etc.) erfordern, die erforderlich sind, um einen zuverlässigen Betrieb (beispielsweise zuverlässige Datenkommunikationen) zu gewährleisten, wie sie ansonsten unter den Umgebungsbedingungen der Prozessbereiche114 und118 arbeiten müssten. -
1B –1D zeigen alternative Beispielimplementierungen, die verwendet werden können, um Bedienrechner, Steuerungen und E/A-Karten kommunikativ zu koppeln. Beispielsweise ist in dem in1B dargestellten Beispiel eine Steuerung152 (die im wesentlichen dieselben Funktionen wie die Steuerung104 in1A ausführt) über einen Backplane-Kommunikationsbus158 kommunikativ mit den E/A-Karten154a –b und156a –b gekoppelt. Die E/A-Karten154a –b und156a –b führen im wesentlichen dieselbe Funktionalität wie die E/A-Karten132a –b und134a –b in1A aus und sind konfiguriert, kommunikativ mit den universellen E/A-Bussen136a –b gekoppelt zu werden, um mit den Abschlussmodulen124a –c und126a –c Informationen auszutauschen. Um mit dem Bedienrechneer102 zu kommunizieren, ist die Steuerung152 kommunikativ mit dem Bedienrechner102 über das LAN106 gekoppelt. - In einem weiteren in
1C dargestellten Beispiel ist eine Steuerung162 (die im wesentlichen dieselben Funktionen wie die Steuerung104 in1A ausführt) über das LAN106 kommunikativ mit dem Bedienrechner102 und einer Mehrzahl von E/A-Karten164a –b und166a –b gekoppelt. Die E/A-Karten164a –b und166a –b führen im wesentlichen dieselbe Funktionalität wie die E/A-Karten132a –b und134a –b in1A aus und sind konfiguriert, kommunikativ mit den universellen E/A-Bussen136a –b gekoppelt zu werden, um mit den Abschlussmodulen124a –c und126a –c Informationen auszutauschen. Im Gegensatz zu den E/A-Karten132a –b und134a –b in1A und den E/A-Karten154a –b und156a –b inIB sind die E/A-Karten164a –b und166a –b jedoch konfiguriert, über das LAN102 mit der Steuerung162 und dem Bedienrechner102 zu kommunizieren. Auf diese Weise können die E/A-Karten164a –b und166a –b Informationen direkt mit dem Bedienrechner102 austauschen. - In noch einem weiteren, in
1D dargestellten Beispiel sind die E/A-Karten174a –b und176a –b (die im wesentlichen dieselben Funktionen wie die E/A-Karten132a –b und134a –b in1A ausführen) in einem Bedienrechner172 (der im wesentlichen dieselben Funktionen wie der Bedienrechner102 in1A ausführt) implementiert. In einigen beispielhaften Implementierungen sind die physischen E/A-Karten174a –b und176a –b nicht in dem Bedienrechner172 enthalten, sondern die Funktionalität der E/A-Karten174a –b und176a –b ist in dem Bedienrechner172 implementiert. In dem in1D dargestellten Beispiel sind die E/A-Karten174a –b und176a –b konfiguriert, kommunikativ mit den universellen E/A-Bussen136a –b gekoppelt zu werden, um mit den Abschlussmodulen124a –c und126a –c Informationen auszutauschen. Auch kann in dem in1D dargestellten Beispiel der Bedienrechner172 konfiguriert sein, im wesentlichen dieselben Funktionen wie die Steuerung104 auszuführen, sodass eine Steuerung nicht vorgesehen zu sein braucht, um eine Prozesssteuerungsstrategie auszuführen. Eine Steuerung kann jedoch vorgesehen sein. -
2 ist ein detailliertes Diagramm des beispielhaften Bereitstellungsschranks122 in1A . In dem dargestellten Beispiel ist der Bereitstellungsschrank122 mit den Dosenschienen202a und202b versehen, um die Abschlussmodule124a –c aufzunehmen. Darüber hinaus ist der Bereitstellungsschrank122 mit einem E/A-Bus- Transceiver206 versehen, der die Abschlussmodule124a –c mit dem vorstehend in Verbindung mit1A beschrieben universellen E/A-Bus136a kommunikativ koppelt. Der E/A-Bus-Transceiver206 kann mittels eines Senderverstärkers und eines Empfängerverstärkers implementiert werden, der zwischen den Abschlussmodulen124a –c und den E/A-Karten132a –b ausgetauschte Signale aufbereitet. Der Bereitstellungsschrank122 ist mit einem anderen universellen E/A-Bus208 versehen, der die Abschlussmodule124a –c kommunikativ mit dem E/A-Bus-Transceiver206 koppelt. In dem dargestellten Beispiel ist der E/A-Bus-Transceiver206 konfiguriert, Informationen mittels eines verdrahteten Kommunikationsmediums zu kommunizieren. Obwohl nicht dargestellt, kann der Bereitstellungsschrank122 mit einem weiteren E/A-Bus-Transceiver versehen sein, der im wesentlich ähnlich wie der E/A-Bus-Transceiver206 oder mit diesem identisch ist, um die Abschlussmodule126a –c kommunikativ mit den E/A-Karten134a –b zu koppeln. - Die Verwendung einer gemeinsamen Kommunikationsschnittstelle (beispielsweise des E/A-Busses
208 und des E/A-Busses136a ) zum Austausch von Informationen zwischen den E/A-Karten132a –b und den Abschlussmodulen124a –c ermoglicht die Definition des Verbindungsverlaufs zwischen Feldgerät und E/A-Karte zu einem späten Zeitpunkt eines Konstruktions- oder Installationsprozesses. Beispielsweise können die Abschlussmodule124a –c kommunikativ mit dem E/A-Bus208 an verschiedenen Orten (beispielsweise verschiedene Abschlussmoduldosen der Dosenschienen202a –b) innerhalb des Bereitstellungsschranks122 gekoppelt werden. Zusätzlich verringert die gemeinsame Kommunikationsschnittstelle (beispielsweise der E/A-Bus208 und der E/A-Bus136a ) zwischen den E/A-Karten132a –b und den Abschlussmodulen124a –c die Zahl der Kommunikationsmedien (beispielsweise die Zahl von Kommunikationsbussen und/oder Drähten) zwischen den E/A-Karten132a –b und den Abschlussmodulen124a –c, sodass in dem Bereitstellungsschrank122 relativ mehr der Abschlussmodule124a –c (und/oder der Abschlussmodule126a –c) installiert werden können, als in bekannten Bereitstellungsschrankkonfigurationen installiert werden können. - Um Feldgeräteidentifikationsinformationen und/oder andere Feldgeräteinformationen im Zusammenhang mit den Abschlussmodulen
124a –c anzuzeigen, ist jedes der Abschlussmodule124a –c mit einer Anzeige212 (beispielsweise einem elektronischen Abschlussetikett) versehen. Die Anzeige212 des Abschlussmoduls124a zeigt die Feldgeräteidentifikation (beispielsweise einen Feldgeräte-Tag) des Feldgeräts112a (1A ) an. Darüber hinaus kann die Anzeige212 des Abschlussmoduls124a verwendet werden, Feldgeräteaktivitätsinformationen (beispielsweise Messungsinformationen, Leitungsspannungen etc.), Datentypinformationen (beispielsweise analoges Signal, digitales Signal etc.), Feldgerätestatusinformationen (beispielsweise Gerät ein, Gerät aus, Gerätefehler etc.) und/oder alle anderen Feldgeräteinformationen anzuzeigen. Wenn das Abschlussmodul124a konfiguriert ist, kommunikativ mit einer Mehrzahl von Feldgeräten (beispielsweise dem Feldgerät112a in1A und anderen (nicht dargestellten) Feldgeräten) gekoppelt zu sein, kann die Anzeige212 verwendet werden, um Feldgeräteinformationen anzuzeigen, die allen Feldgeräten zugeordnet sind, die kommunikativ mit dem Abschlussmodul124 gekoppelt sind. In dem dargestellten Beispiel sind die Anzeigen212 mittels Flüssigkristallanzeigen (LCDs) implementiert. In anderen beispielhaften Implementierungen können die Anzeigen212 jedoch mittels jeder anderen geeigneten Anzeigetechnologie implementiert werden. - Um die Feldgeräteidentifikationsinformationen und/oder andere Feldgeräteinformationen abzurufen, ist jedes der Abschlussmodule
124a –c mit einem Labeller (beispielsweise einem Abschluss-Labeller) versehen. Wenn beispielsweise das Feldgerät112a kommunikativ mit dem Abschlussmodul124a gekoppelt ist, ruft der Labeller214 des Abschlussmoduls124a die Feldgeräteidentifikationsinformationen und/oder alle anderen Feldgeräteinformationen von dem Feldgerät112a (und/oder von anderen kommunikativ mit dem Abschlussmodul124a gekoppelten Feldgeräten) ab und zeigt die Informationen über die Anzeige212 des Abschlussmoduls124a an. Die Labeller214 sind nachstehend im Detail in Verbindung mit8 beschrieben. Die Bereitstellung der Anzeige212 und des Labellers214 senkt die Kosten und Installationszeit in Verbindung mit dem manuellen Anbringen von Etiketten an Abschlussmodulen und Feldgeräten zugeordneten Drähten und/oder Bussen. In einigen beispielhaften Implementierungen kann jedoch auch manuelles Etikettieren der Drähte in Verbindung mit der Anzeige212 und dem Labeller214 verwendet werden. Beispielsweise können die Feldgeräte112a –c und116a –c relativ schnell kommunikativ mit den E/A-Karten132a –b und134a –b gekoppelt werden, indem die Anzeige212 und der Labeller214 verwendet werden, um festzustellen, welches der Feldgeräte112a –c und116a –c mit jedem der Abschlussmodule124a –c und126a –c verbunden ist. Anschließend können nach abgeschlossener Installation optional Etiketten an den Bussen oder Drähten angebracht werden, die zwischen den Abschlussmodulen124a –c und126a –c und den Feldgeräten112a –c und114a –c verlaufen. Die Anzeige212 und der Labeller214 können auch Kosten und Zeit in Verbindung mit Wartungsoperationen reduzieren, indem die Anzeige212 und der Labeller214 konfiguriert werden, Statusinformationen (beispielsweise Gerätefehler, Gerätealarm, Gerät ein, Gerät aus, Gerät gesperrt etc.) anzuzeigen, um den Prozess der Fehlerbehebung zu erleichtern. - Um die Abschlussmodule
124a –c, den E/A-Bus-Transceiver206 und die Anzeigen212 mit elektrischer Energie zu versorgen, ist der Bereitstellungsschrank122 mit einer Stromversorgung216 versehen. In dem dargestellten Beispiel verwenden die Abschlussmodule124a –c die elektrische Energie von der Stromversorgung216 , um die für die Kommunikation mit Feldgeräten (beispielsweise den Feldgeräten112a –c in1A ) Kommunikationskanäle oder Kommunikationsschnittstellen mit Energie zu versorgen und/oder um die Feldgeräte mit der für den Betrieb erforderlich elektrischen Energie zu versorgen. -
3 ist ein weiterer beispielhafter Bereitstellungsschrank300 , der verwendet werden kann, um den beispielhaften Bereitstellungsschrank122 in1A zu implementieren. In dem dargestellten Beispiel ist der Bereitstellungsschrank300 mit einer drahtlosen E/A-Bus-Kommunikationssteuerung302 versehen, um mit der Steuerung104 in1A drahtlos über eine drahtlose universelle E/A-Verbindung304 zu kommunizieren. Wie in3 gezeigt, ist eine Mehrzahl von Abschlussmodulen306 , die den Abschlussmodulen124a –c und126a –c in1A im wesentlichen ähnlich oder mit diesen identisch sind, in die Schienendosen308a und308b gesteckt und kommunikativ mit der drahtlosen E/A-Bus-Kommunikationssteuerung302 über einen in dem Bereitstellungsschrank300 enthaltenen universellen E/A-Bus309 gekoppelt. In dem dargestellten Beispiel emuliert die drahtlose E/A-Bus-Kommunikationssteuerung302 eine E/A-Karte (beispielsweise die E/A-Karte134a in1A ) der Steuerung104 in1A , um die Abschlussmodule306 in die Lage zu versetzen, mit der Steuerung104 zu kommunizieren. - Im Gegensatz zu dem in
2 dargestellten Beispiel, in dem die Anzeigen212 auf den Abschlussmodulen124a –c montiert sind, ist in dem in3 dargestellten Beispiel eine Mehrzahl von Anzeigen310 in dem Bereitstellungsschrank300 in Verbindung mit Dosen für die Aufnahme von Abschlussmodulen montiert. Auf diese Weise können, wenn eines der Abschlussmodule306 eingesteckt und kommunikativ mit einem Feldgerät (beispielsweise einem der Feldgeräte112a –c und116a –c in1A ) gekoppelt wird, ein Labeller214 des Abschlussmoduls306 und jeweils eine der Anzeigen310 verwendet werden, die Feldgerateidentifikationsinformationen anzuzeigen, die für das mit dem Abschlussmodul306 verbundene Feldgerät repräsentativ sind. Die Anzeigen310 können auch verwendet werden, um beliebige andere Feldgeräteinformationen anzuzeigen. Der Bereitstellungsschrank300 ist mit einer Stromversorgung312 versehen, die der Stromversorgung216 in2 im wesentlichen ähnlich oder mit dieser identisch ist. -
4 zeigt eine Draufsicht und5 zeigt eine Seitensicht des beispielhaften Abschlussmoduls124a aus1A und2 . In dem in4 dargestellten Beispiel ist die Anzeige212 auf der Oberseite des beispielhaften Abschlussmoduls124a , sodass die Anzeige212 für einen Bediener oder Anwender während des Betriebs sichtbar ist, wenn das Abschlussmodul124 in die Dosenschiene202a gesteckt ist (3 ). Wie in dem illustrierten Beispiel in5 dargestellt, ist ein beispielhaftes Abschlussmodul124 unentfernbar mit einem Sockel402 gekoppelt. Das beispielhafte Abschlussmodul124a weist eine Mehrzahl von Kontakten404 (von denen zwei dargestellt sind) auf, die das Abschlussmodul124a kommunikativ und/oder elektrisch mit dem Sockel402 koppeln. Auf diese Weise kann der Sockel402 mit dem Bereitstellungsschrank122 (1A und2 ) gekoppelt werden und das Abschlussmodul124a kann über den Sockel402 mit dem Bereitstellungsschrank122 gekoppelt und von dem Bereitstellungsschrank122 getrennt werden. Der Sockel402 ist mit Abschlussschrauben406 (beispielsweise einer Feldgeräteschnittstelle) versehen, um leitfähige Kommunikationsmedien (beispielsweise einen Bus) vom Feldgerät112a anzuschließen oder zu sichern. Wenn das Abschlussmodul124a unentfernbar mit dem Sockel402 gekoppelt ist, sind die Abschlussschrauben kommunikativ mit einem oder mehreren der Kontakte404 gekoppelt, um das Kommunizieren von Informationen zwischen dem Abschlussmodul124a und dem Feldgerät112a zu ermöglichen. In anderen beispielhaften Implementierungen kann der Sockel402 mit jedem anderen geeigneten Typ von Feldgeräteschnittstelle (beispielsweise einer Buchse) statt der Abschlussschrauben406 versehen sein. Zusätzlich kann, obwohl eine Feldgeräteschnittstelle (beispielsweise die Abschlussschrauben406 ) gezeigt ist, der Sockel402 mit mehr Feldgeräteschnittstellen versehen sein, die konfiguriert sind, ein kommunikatives Koppeln einer Mehrzahl von Feldgeräten mit einem Abschlussmodul124a zu ermöglichen. - Um das Abschlussmodul
124a kommunikativ mit dem universellen E/A-Bus208 in2 zu koppeln, ist der Sockel402 mit einem universellen E/A-Busverbinder408 (5 ) versehen. Wenn der Benutzer den Sockel in die Dosenschiene202a oder die Dosenschiene202b (2 ) steckt, verbindet der universelle E/A-Busverbinder408 den universellen E/A-Bus208 . Der universelle E/A-Busverbinder408 kann mittels jeder geeigneten Schnittstelle einschließlich einer relativ einfachen Schnittstelle wie beispielsweise eines Isolierungsdurchdringverbinders implementiert werden. Um das Kommunizieren von Informationen zwischen dem Abschlussmodul124a und dem E/A-Bus208 zu ermöglichen, ist der E/A-Busverbinder408 mit einem oder mehreren der Kontakte404 des Abschlussmoduls124a verbunden. - Wie in
5 gezeigt, kann der Sockel402 auch mit einem optionalen Anzeigeschnittstellenverbinder410 versehen werden, um das Abschlussmodul124a kommunikativ mit einer externen Anzeige (beispielsweise einer der Anzeigen310 in3 ) zu koppeln. Wenn das Abschlussmodul124a beispielsweise ohne die Anzeige212 implementiert wird, kann das Abschlussmodul124a den Anzeigeschnittstellenverbinder410 verwenden, um Feldgeräteidentifikationsinformationen oder beliebige andere Feldgeräteinformationen an eine externe Anzeige (beispielsweise eine der Anzeigen310 in3 ) auszugeben. -
6 ist ein detailliertes Blockdiagramm des beispielhaften Abschlussmoduls aus1A und2 ,7 ist ein detailliertes Blockdiagramm der beispielhaften E/A-Karte132a in1A und8 ist ein detailliertes Blockdiagramm des beispielhaften Labellers214 in2 ,3 und6 . Das beispielhafte Abschlussmodul124a , die beispielhafte E/A-Karte132a und der beispielhafte Labeller214 können mittels jeder gewünschten Kombination von Hardware, Firmware und/oder Software implementiert werden. So können beispielsweise einer oder mehrere Schaltkreise, diskrete Halbleiterkomponenten oder passive elektronische Komponenten verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ können einige oder sämtliche der Blöcke des beispielhaften Abschlussmoduls124a , der beispielhaften E/A-Karte132a und des beispielhaften Labellers214 oder Teile davon mittels Anweisungen, Code und/oder anderer Software und/oder Firmware etc. implementiert werden, die auf einem maschinenzugreifbaren Medien gespeichert sind, die, wenn sie beispielsweise von einem Prozessorsystem (beispielsweise dem beispielhaften Prozessorsystem1310 in13 ) ausgeführt werden, die in den Flussdiagrammen in10A ,10B ,11A ,11B und12 dargestellten Operationen ausführen. Obwohl das beispielhafte Abschlussmodul124a , die beispielhafte E/A-Karte132a und der beispielhafte Labeller214 in der Beschreibung einen eines jeden nachstehend beschriebenen Blocks aufweisen, kann jeder des beispielhaften Abschlussmoduls124a , der beispielhaften E/A-Karte132a und des beispielhaften Labellers214 mit zwei oder mehr eines jeden jeweiligen der nachstehend beschriebenen Blöcke aufweisen. - Wie in
6 dargestellt, weist das beispielhafte Abschlussmodul124a eine universelle E/A-Bus-Schnittstelle602 auf, um das beispielhafte Abschlussmodul124a in die Lage zu versetzen, mit den E/A-Karten132a –b in1A (oder mit beliebigen anderen E/A-Karten) zu kommunizieren. Die E/A-Bus-Schnittstelle602 kann beispielsweise mittels des serielle RS-485 Kommunikationsstandards, Ethernet etc. implementiert werden. Um eine Adresse des Abschlussmoduls124a und/oder eine Adresse der E/A-Karte132a zu identifizieren, ist das Abschlussmodul124a mit einem Adressidentifizierer604 versehen. Der Adressidentifizierer604 kann konfiguriert werden, die E/A-Karte132a (1A ) hinsichtlich einer Abschlussmoduladresse (beispielsweise einer Netzwerkadresse) abzufragen, wenn das Abschlussmodul124a in den Bereitstellungsschrank122 gesteckt wird. Auf diese Weise kann das Abschlussmodul124a die Abschlussmoduladresse als Quelladresse verwenden, wenn es Informationen an die E/A-Karte132a kommuniziert, und die E/A-Karte132a verwendet die Abschlussmoduladresse als Zieladresse, wenn sie Informationen an das Abschlussmodul124a kommuniziert. - Um die verschiedenen Operationen des Abschlussmoduls
124a zu steuern, ist das Abschlussmodul124a mit einer Operationssteuerung606 versehen. In einer beispielhaften Implementierung kann die Operationssteuerung mittels eines Mikroprozessors oder Mikrokontrollers implementiert werden. Die Operationssteuerung606 kommuniziert Anweisungen oder Befehle an andere Teile des beispielhaften Abschlussmoduls124a , um die Operationen dieser Teile zu steuern. - Das beispielhafte Abschlussmodul
124a ist mit einem E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 versehen, um Informationen mit der E/A-Karte132a über den universellen E/A-Bus136a auszutauschen. In dem dargestellten Beispiel paketiert der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 Informationen zur Übertragung an die E/A-Karte132a und entpaketiert von der E/A-Karte132a empfangene Informationen. In dem dargestellten Beispiel erzeugt der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 Header-Informationen für jedes zu übertragende Paket und liest Header-Informationen von empfangenen Paketen. Beispielhafte Header-Informationen enthalten eine Zieladresse (beispielsweise die Netzwerkadresse der E/A-Karte132a ), eine Quelladresse (beispielsweise die Netzwerkadresse des Abschlussmoduls124a ), einen Pakettyp oder Datentyp (beispielsweise analoge Feldgeräteinformationen, Feldgeräteinformationen, Befehlsinformationen, Temperaturinformationen, Echtzeitdatenwerte etc.) und Fehlerprüfungsinformationen (beispielsweise zyklische Redundanzüberprüfung (CRC)). In einigen beispielhaften Implementierungen können der E/A-Kommunikationsprozessor608 und die Operationssteuerung606 mittels desselben Mikroprozessors oder Mikrokontrollers implementiert werden. - Um Feldgeräteidentifikationsinformationen und/oder andere Feldgeräteinformationen (beispielsweise Aktivitätsinformationen, Datentypinformationen, Statusinformationen etc.) zur Verfügung zu stellen (beispielsweise zu erhalten und/oder zu erzeugen), ist das Abschlussmodul
124a mit dem Labeller214 versehen (2 und3 ). Der Labeller214 ist nachstehend im Detail in Verbindung mit8 beschrieben. Das Abschlussmodul124a weist weiterhin die Anzeige212 (2 ) auf, um die vom Labeller214 zur Verfügung gestellten Feldgeräteidentifikationsinformationen und/oder andere Feldgeräteinformationen anzuzeigen. - Um die Menge der dem Feldgerät
112a in1A (oder jedem anderen Feldgerät) zur Verfügung gestellten Energie zu regeln, ist das Abschlussmodul124a mit einem Feld-Leistungsregler610 versehen. In dem dargestellten Beispiel stellt die Stromversorgung216 im Bereitstellungsschrank122 (2 ) dem Abschlussmodul124a elektrische Energie zur Verfügung, um eine Kommunikationskanalschnittstelle mit Energie zu versorgen, um mit dem Feldgerät112a zu kommunizieren. Einige Feldgeräte kommunizieren beispielsweise unter Verwendung von 12 Volt und andere kommunizieren unter Verwendung von 24 Volt. In dem dargestellten Beispiel ist die Feld-Leistungsregelung610 konfiguriert, die dem Abschlussmodul124a von der Stromversorgung216 zur Verfügung gestellte elektrische Energie aufzubereiten, zu regeln und herauf- und/oder herabzusetzen. In einigen beispielhaften Implementierungen ist der Feld-Leistungsregler610 konfiguriert, die Höhe der elektrischen Energie zu begrenzen, die für die Kommunikation mit den Feldgeräten verwendet und/oder den Feldgeräten zur Verfügung gestellt wird, um in entflammbaren oder brennbaren Umgebungen das Risiko von Funkenbildung wesentlich zu verringern oder zu beseitigen. - Um die von der Stromversorgung
216 (2 ) erhaltene elektrische Energie in elektrische Energie für das Abschlussmodul124a und/oder das Feldgerät112a umzuwandeln, ist das Abschlussmodul124a mit einem Stromrichter612 versehen. In dem dargestellten Beispiel verwenden der zur Implementierung des Abschlussmoduls124a verwendete Stromkreis eine oder mehrere Spannungsebenen (beispielsweise 3,3 V), die von den von dem Feldgerät112a benötigten Spannungsebenen verschieden sind. Der Stromrichter612 ist konfiguriert, unter Verwendung der von der Stromversorgung216 empfangenen Energie die verschiedenen Spannungsebenen für das Abschlussmodul124a und das Feldgerät112a zur Verfügung zu stellen. In dem dargestellten Beispiel werden die vom Stromrichter612 erzeugten elektrischen Energieausgänge verwendet, um das Abschlussmodul124a und das Feldgerät112a mit Energie zu versorgen und Informationen zwischen dem Abschlussmodul124a und dem Feldgerät112a zu kommunizieren. Einige Feldgerätekommunikationsprotokolle verlangen relativ höhere oder niedrigere Spannungsebenen und/oder elektrische Stromebenen als andere Kommunikationsprotokolle. In dem dargestellten Beispiel regelt der Feld-Leistungsregler610 den Stromrichter612 , um die Spannungsebene(n) zum Betreiben des Feldgeräts112a und für die Kommunikation mit dem Feldgerät112a zur Verfügung zu stellen. In anderen beispielhaften Implementierungen können die vom Stromrichter612 erzeugten elektrischen Stromausgänge jedoch verwendet werden, um das Abschlussmodul124a zu versorgen, während eine separate Energieversorgung außerhalb des Bereitstellungsschranks122 verwendet wird, um das Feldgerät112a zu versorgen. - Um den Stromkreis des Abschlussmoduls
124a elektrisch gegenüber der E/A-Karte132a zu isolieren, ist das Abschlussmodul124a mit einem oder mehreren Trenngeräten614 versehen. Die Trenngeräte614 können mittels galvanischer Trenner und/oder optischer Trenner implementiert werden. Eine beispielhafte Trennkonfiguration wird nachstehend detailliert in Verbindung mit9 beschrieben. - Zur Wandlung zwischen analogen und digitalen Signalen ist das Abschlussmodul
124a mit einem Digital-Analog-Wandler616 und einem Analog-Digital-Wandler618 versehen. Der Digital-Analog-Wandler616 ist konfiguriert, von der E/A-Karte132a empfangene, digital dargestellte analoge Werte in analoge Werte zu wandeln, die an das Feldgerät112a in1A kommuniziert werden können. Der Analog-Digital-Wandler618 ist konfiguriert, vom Feldgerät112a empfangene analoge Werte (beispielsweise Messungswerte) in digital dargestellte Werte zu wandeln, die an die E/A-Karte132a kommuniziert werden können. In einer alternativen beispielhaften Implementierung, in der das Abschlussmodul124a konfiguriert ist, digital mit dem Feldgerät112a zu kommunizieren, können der Digital-Analog-Wandler616 und der Analog-Digital-Wandler618 aus dem Abschlussmodul124a fortgelassen werden. - Zur Steuerung der Kommunikationen mit dem Feldgerät
112a ist das Abschlussmodul124a mit einem Feldgerätekommunikationsprozessor620 versehen. Der Feldgerätekommunikationsprozessor620 gewährleistet, dass von der E/A-Karte132a empfangene Informationen im korrekten Format und vom korrekten Spannungstyp (beispielsweise analog Order digital) sind, um an das Feldgerät112a kommuniziert zu werden. Der Feldgerätekommunikationsprozessor620 ist weiterhin konfiguriert, Informationen zu paketieren oder zu entpaketieren, wenn das Feldgerät112a konfiguriert ist, mittels digitalen Informationen zu kommunizieren. Zusätzlich ist der Feldgerätekommunikationsprozessor620 konfiguriert, vom Feldgerät112a empfangene Informationen zu extrahieren und die Informationen an den Analog-Digital-Wandler618 und/oder an den E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 zur folgenden Kommunikation an die E/A-Karte132a zu kommunizieren. In dem dargestellten Beispiel ist der Feldgerätekommunikationsprozessor620 auch konfiguriert, von dem Feldgerät112a empfangene Informationen mit einem Zeitstempel zu versehen. Das Erzeugen von Zeitstempeln am Abschlussmodul124a erleichtert die Implementierung von Ereignisfolge-(SOE-)Operationen unter Verwendung von Zeitstempelgenauigkeiten im Sub-Millisekundenbereich. Beispielsweise können die Zeitstempel und jeweilige Informationen an die Steuerung104 und/oder den Bedienrechner102 kommuniziert werden. Beispielsweise von dem Bedienrechner102 (1A ) (oder jedem anderen Prozessorsystem) durchgeführte Ereignisfolgeoperationen können sodann verwendet werden, um zu analysieren, was vor, während und/oder nach einem bestimmten Betriebszustand (beispielsweise einem Fehlerzustand) geschehen ist, um zu bestimmen, was dazu geführt hat, dass der bestimmte Betriebszustand eingetreten ist. Zeitstempelung im Sub-Millisekundenbereich ermöglicht eine Erfassung von Ereignissen mit relativ höherer Granularität. In einigen beispielhaften Implementierungen können der Feldgerätekommunikationsprozessor und die Operationssteuerung606 mittels desselben Mikroprozessors oder Mikrokontrollers implementiert werden. - Allgemein sind der Feldgerätekommunikationssteuerung
620 ähnliche Feldgerätekommunikationssteuerungen mit Kommunikationsprotokollfunktionen oder anderen Kommunikationsfunktionen (beispielsweise Fieldbus-Kommunikationsprotokollfunktionen, HART-Kommunikationsprotokollfunktionen etc.) versehen, die dem Typ von Feldgerät entsprechen, mit dem zu kommunizieren sie konfiguriert sind. Wenn beispielsweise das Feldgerät112a mittels eines HART-Geräts implementiert ist, ist die Feldgerätekommunikationssteuerung620 des Abschlussmoduls124a mit HART-Kommunikationsprotokollfunktionen versehen. Wenn das Abschlussmodul124a für das Feldgerät112a bestimmte Informationen von der E/A-Karte132a empfängt, formatiert die Feldgerätekommunikationssteuerung620 die Informationen entsprechend dem HART-Kommunikationsprotokoll und übergibt die Informationen an das Feldgerät112a . - In dem dargestellten Beispiel ist die Feldgerätekommunikationssteuerung
620 konfiguriert, Durchleitungsbotschaften zu verarbeiten. Durchleitungsbotschaften entstehen an einem Bedienrechner (beispielsweise dem Bedienrechner102 in1A ) und werden als Nutzlast (beispielsweise der Datenteil eines Kommunikationspakets) durch eine Steuerung (beispielsweise die Steuerung104 in1A ) und an ein Abschlussmodul (beispielsweise das Abschlussmodul124a in1A ) zur Übergabe an ein Feldgerät (beispielsweise das Feldgerät112a ) kommuniziert. Beispielsweise wird eine an dem Bedienrechner102 entstandene und zur Übergabe an das Feldgerät112a bestimmte Botschaft an dem Bedienrechner102 mit einem Kommunikationsprotokolldeskriptor (beispielsweise einem HART-Protokolldeskriptor) getagged und/oder entsprechend einem Kommunikationsprotokoll des Feldgeräts112a formatiert. Der Bedienrechner102 wrappt sodann die Botschaft in eine Nutzlast(en) eines oder mehrerer Kommunikationspakete, um die Botschaft von dem Bedienrechner102 über die E/A-Steuerung104 und zu dem Abschlussmodul124a als Durchleitungsbotschaft zu übergeben. Das Wrappen der Botschaft beinhaltet beispielsweise das Paketieren der Botschaft innerhalb der Header-Informationen entsprechend einem zur Kommunikation mit den Feldgeräten verwendeten Kommunikationsprotokoll (beispielsweise einen Fieldbus-Protokoll, einen HART-Protokoll etc.). Wenn das Abschlussmodul124a das/die die Durchleitungsbotschaft enthaltende(n) Kommunikationspaket(e) von der E/A-Karte132 empfängt, extrahiert der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 (6 ) die Nutzlast(en) aus dem/den empfangenen Kommunikationspaket(en). Die Feldgerätekommunikationssteuerung620 (6 ) entwrappt sodann die Durchleitungsbotschaft aus der/den Nutzlast(en), formatiert die Botschaft entsprechend dem von dem Bedienrechner102 erzeugten Kommunikationsprotokolldeskriptor (falls nicht bereits an dem Bedienrechner102 formatiert) und kommuniziert die Botschaft an das Feldgerät112a . - Die Feldgerätekommunikationssteuerung
620 ist auch konfiguriert, auf ähnliche Weise Durchleitungsbotschaften an den Bedienrechner102 zu kommunizieren. Wenn beispielsweise das Feldgerät112a eine zur Übergabe an den Bedienrechner102 bestimmte Botschaft (beispielsweise eine Antwort auf die Bedienrechner-Botschaft oder jede andere Botschaft) erzeugt, wrappt die Feldgerätekommunikationssteuerung620 die Botschaft von dem Feldgerät112a in die Nutzlast eines oder mehrerer Kommunikationspakete und der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 kommuniziert das eine oder die mehreren die gewrappte Botschaft enthaltende(n) Pakete an die E/A-Karte132a . Wenn der Bedienrechner102 die die gewrappte Botschaft enthaltenden Pakete von der Steuerung104 empfängt, kann der Bedienrechner102 die Botschaft entwrappen und verarbeiten. - Das Abschlussmodul
124a ist mit einer Feldgeräteschnittstelle622 versehen, die konfiguriert ist, das Abschlussmodul124a kommunikativ mit einem Feldgerät (beispielsweise dem Feldgerät112a in1A ) zu koppeln. Beispielsweise kann die Feldgeräteschnittstelle622 kommunikativ mit den Abschlussschrauben406 in4 und5 über einen oder mehrere der Kontakte404 (4 ) gekoppelt werden. - Wie in
7 dargestellt, weist die beispielhafte E/A-Karte132a in1A eine Kommunikationsschnittstelle702 auf, um die E/A-Karte132a kommunikativ mit der Steuerung104 (1A ) zu koppeln. Zusätzlich weist die beispielhafte E/A-Karte132a einen Kommunikationsprozessor704 auf, um Kommunikationen mit der Steuerung104 zu steuern und um mit der Steuerung104 ausgetauschte Informationen zu packen und zu entpacken. In dem dargestellten Beispiel sind die Kommunikationsschnittstelle702 und der Kommunikationsprozessor704 konfiguriert, an die Steuerung104 Informationen, die zur Übergabe an die Steuerung104 bestimmt sind, und Informationen, die an den Bedienrechner102 (1A ) zu übergeben sind, zu kommunizieren. Um zur Übergabe an den Bedienrechner102 bestimmte Informationen zu kommunizieren, kann die Kommunikationsschnittstelle702 konfiguriert werden, die Informationen (beispielsweise Informationen von den Feldgeräten112a –c, den Abschlussmodulen124a –c und/oder der E/A-Karte132a ) in die Nutzlast eines oder mehrerer Kommunikationspakete entsprechend einem Kommunikationsprotokoll (beispielsweise einem Ubertragungssteuerungsprotokoll (TCP), einem User Datagram Protocol (UDP) etc.) zu wrappen und die die Informationen enthaltenen Pakete an den Bedienrechner102 zu kommunizieren. Der Bedienrechner102 kann sodann die Nutzlast(en) aus dem/den empfangenen Paket(en) entpacken und die Informationen in der/den Nutzlast(en) entwrappen. In dem dargestellten Beispiel können die von der Kommunikationsschnittstelle702 an den Bedienrechner kommunizierten, in der Nutzlast von Paketen enthaltenen Informationen einen oder mehrere Wrapper enthalten. Beispielsweise können an einem Feldgerät (beispielsweise dem Feldgerät112a ) entstehende Informationen in einen Feldgeräte-Kommunikationsprotokoll-Wrapper (beispielsweise einen FOUNDATION-Fieldbus-Kommunikationsprotokoll-Wrapper, einen HART-Kommunikationsprotokoll-Wrapper etc.) gewrappt werden, die die Kommunikationsschnittstelle702 entsprechend einem TCP-basierten Protokoll, einem UDP-basierten Protokoll oder jedem anderen Protokoll wrappt, um die Steuerung104 in die Lage zu versetzen, anschließend die Informationen an den Bedienrechner102 zu kommunizieren. Auf eine ähnliche Weise kann die Kommunikationsschnittstelle702 konfiguriert werden, von dem Bedienrechner102 an die Steuerung104 kommunizierte und zur Übergabe an die Feldgeräte112a –c, die Abschlussmodule124a –c und/oder die E/A-Karte132a bestimmte Informationen zu entwrappen. - In einer alternativen beispielhaften Implementierung können die Kommunikationsschnittstelle
702 und der Kommunikationsprozessor704 Informationen (mit oder ohne einen Feldgeräte-Kommunikationsprotokoll-Wrapper) an die Steuerung104 kommunizieren und die Steuerung104 kann auf dieselbe Weise, wie vorstehend beschrieben, zur Übergabe an den Bedienrechner102 bestimmte Informationen paketieren. Die Kommunikationsschnittstelle702 und der Kommunikationsprozessor704 können mittels jedes drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsstandards implementiert werden. - In einer alternativen beispielhaften Implementierung wie beispielsweise dem in
1C dargestellten Beispiel können die Kommunikationsschnittstelle702 und der Kommunikationsprozessor704 konfiguriert werden, mit dem Bedienrechner102 und/oder der Steuerung162 über das LAN106 zu kommunizieren. - Um Anwender in die Lage zu versetzen, mit der E/A-Karte
132a zu interagieren und/oder auf diese zuzugreifen, ist die E/A-Karte132a mit einem oder mehreren Anwenderschnittstellenports706 versehen. In dem dargestellten Beispiel weisen die Anwenderschnittstellenports706 einen Tastaturschnittstellenport703 und einen Schnittstellenport707 für einen tragbaren Handheld-Computer (beispielsweise einen Personal Digital Assistant (PDA), einen Tablett-PC etc.) auf. Beispielsweise wird ein PDA708 als kommunikativ mit dem Anwenderschnittstellenport76 mittels drahtloser Kommunikation gekoppelt dargestellt. - Um die E/A-Karte
132a kommunikativ mit dem universellen E/A-Bus136a (1A ) zu koppeln, ist die E/A-Karte132a mit einer E/A-Bus-Schnittstelle710 versehen. Um über den E/A-Bus136a ausgetauschte Kommunikationsinformationen zu verarbeiten und um über den E/A-Bus136a erfolgende Kommunikationen zu steuern, ist die E/A-Karte132a mit einem E/A-Bus-Kommunikationsprozessor712 versehen. Die E/A-Bus-Schnittstelle710 kann ähnlich wie die E/A-Bus-Schnittstelle602 in6 oder mit dieser identisch sein und der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor712 kann ähnlich wie der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 in6 oder mit diesem identisch sein. Um von der Steuerung104 in1A zur Verfügung gestellte elektrische Energie in elektrische Energie zu wandeln, die erforderlich ist, um die E/A-Karte132a mit Energie zu versorgen und zu betreiben und/oder um mit den Abschlussmodulen124a –c zu kommunizieren, ist die E/A-Karte132a mit einem Stromrichter714 versehen. - Wie in
8 dargestellt, weist der beispielhafte Labeller214 eine Kommunikationsschnittstelle802 auf, die konfiguriert ist, den Labeller214 kommunikativ mit einem Abschlussmodul (beispielsweise dem Abschlussmodul124a in1A ,2 ,4 ,5 und6 ) und/oder einem Feldgerät (beispielsweise dem Feldgerät112a in1A ) zu koppeln, um Feldgeräteidentifikationsinformationen (beispielsweise einen Geräte-Tag-Wert, einen Gerätenamen, eine elektronische Seriennummer etc.) und/oder andere Feldgeräteinfotmationen (beispielsweise Aktivitätsinformationen, Datentypinformationen, Statusinformationen etc.) abzurufen. Um Kommunikationen mit dem Abschlussmodul124a und/oder dem Feldgerät112a zu steuern, ist der Labeller214 mit einem Kommunikationsprozessor804 versehen. - Um eine Verbindung zu einem Feldgerät (beispielsweise dem Feldgerät
112a in1A ) zu erkennen, ist der Labeller mit einem Verbindungsdetektor806 versehen. Der Verbindungsdetektor806 kann beispielsweise mittels eines Spannungssensors, eines Stromsensors, eines logischen Kreises etc. implementiert werden, der erkennt, wenn das Feldgerät112a mit dem Abschlussmodul124a verbunden ist. In dem dargestellten Beispiel veranlasst der Verbindungsdetektor806 , wenn der Verbindungsdetektor806 feststellt, dass das Feldgerät112a mit dem Abschlussmodul124a verbunden wurde, dass eine Benachrichtigung (beispielsweise ein Interrupt) an den Kommunikationsprozessor804 kommuniziert wird und die erkannte Verbindung anzeigt. Der Kommunikationsprozessor fragt sodann das Abschlussmodul124a und/oder das Feldgerät112a nach der Feldgerateidentifikationsinformation des Feldgeräts112a ab. In einer beispielhaften Implementierung kann der Verbindungsdetektor802 auch konfiguriert werden, den Typ von Verbindung zu bestimmen, die das Feldgerät112a kommunikativ mit dem Abschlussmodul124a koppelt, wie beispielsweise eine Multidrop-Verbindung, eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, eine drahtlose Mesh-Netzwerkverbindung, eine optische Verbindung etc. - Um die Feldgeräteidentifikationsinformationen und/oder anderen Feldgeräteinformationen anzuzeigen, ist der Labeller
214 mit einer Anzeigeschnittstelle808 versehen. In dem dargestellten Beispiel ist die Anzeigeschnittstelle808 konfiguriert, eine Flüssigkristallanzeige (LCD) zu treiben und zu steuern. Beispielsweise kann die Anzeigeschnittstelle808 konfiguriert werden, die auf dem Abschlussmodul124a montierte LCD-Anzeige212 (2 ) oder die auf dem Bereitstellungsschrank300 montierte LCD-Anzeige310 (3 ) zu steuern. In anderen beispielhaften Implementierungen kann die Anzeigeschnittstelle statt dessen jedoch konfiguriert sein, andere Anzeigetypen zu treiben. - Um die Aktivität des Feldgeräts
112a zu erkennen, ist der Labeller214 mit einem Feldgeräteaktivitätsdetektor810 versehen. In dem dargestellten Beispiel kommuniziert der Kommunikationsprozessor804 die empfangenen Daten an den Feldgeräteaktivitätsdetektor810 , wenn der Feldgeräteaktivitätsdetektor810 Daten von dem Abschlussmodul124a und/oder dem Feldgerät112 empfängt. Der Feldgeräteaktivitätsdetektor810 extrahiert sodann aus den Daten Prozessvariablen-(PV-)Werte einschließlich beispielsweise von dem Feldgerät112a erzeugte Messungsinformationen (beispielsweise Temperatur, Druck, Leitungsspannungen etc.) oder andere Uberwachungs-Überwachungsinformationen (beispielsweise Ventil geschlossen, Ventil geöffnet etc.). Die Anzeigeschnittstelle808 kann sodann die Feldgeräteaktivitatsinformationen (beispielsweise die PV-Werte, Messungsinformationen, Überwachungsinformationen etc.) anzeigen. - Um den Status des Feldgeräts
112a zu erkennen, ist der Labeller214 mit einem Feldgerätestatusdetektor812 versehen. Der Feldgerätestatusdetektor812 ist konfiguriert, dem Feldgerät112a zugeordnete Statusinformationen (beispielsweise Gerät ein, Gerät aus, Gerätefehler, Gerätealarm, Gerätegesundheit (offener Kreis, Kurzschluss etc.), Gerätekommunikationsstatus) aus Daten zu extrahieren, die vom Kommunikationsprozessor804 vom Abschlussmodul124a und/oder dem Feldgerät112a empfangen werden. Die Anzeigeschnittstelle808 kann sodann die empfangenen Statusinformationen anzeigen. - Um das Feldgerät
112a zu identifizieren, ist der Labeller214 mit einem Feldgeräteidentifizierer814 versehen. Der Feldgeräteidentifizierer814 ist konfiguriert, die Feldgeräteidentifikationsinformation (beispielsweise einen Geräte-Tag-Wert, einen Gerätenamen, eine elektronische Seriennummer etc.) aus den vom Kommunikationsprozessor von dem Abschlussmodul124a und/oder dem Feldgerät112a empfangenen Daten zu extrahieren. Die Anzeigeschnittstelle808 kann sodann die Feldgeräteidentifikationsinformationen anzeigen. In einer beispielhaften Implementierung kann der Feldgeräteidentifizierer814 auch konfiguriert sein, den Feldgerätetyp (beispielsweise Ventilsteller, Drucksensor, Temperatursensor, Durchflusssensor) zu erkennen. - Um einen dem Feldgerät
112a zugeordneten Datentyp (beispielsweise analog oder digital) zu identifizieren, ist der Labeller214 mit einem Datentypidentifizierer816 versehen. Der Datentypidentifizierer816 ist konfiguriert, die Datentypidentifikationsinformationen aus den Daten zu extrahieren, die vom Kommunikationsprozessor von dem Abschlussmodul124a und/oder dem Feldgerät112a empfangen wurden. Beispielsweise kann das Abschlussmodul124a eine Datentypdeskriptorvariable speichern, die den Typ des Feldgeräts (beispielsweise analog, digital etc.) angibt, mit dem zu kommunizieren es konfiguriert ist, und das Abschlussmodule124a kann die Datentypdeskriptorvariable an den Kommunikationsprozessor804 des Labellers214 kommunizieren. Die Anzeigeschnittstelle808 kann sodann den Datentyp anzeigen. -
9 zeigt eine Trennkreiskonfiguration, die in Verbindung mit den beispielhaften Abschlussmodulen124a und124b in1A implementiert werden kann, um die Abschlussmodule124a –b voneinander und die Feldgeräte112a –b von dem universellen E/A-Bus136a elektrisch zu trennen. In dem dargestellten Beispiel weist jedes der Abschlussmodule124a –b jeweilige Abschlussmodulkreise902 und904 (beispielsweise einen oder mehrere der vorstehend in Verbindung mit6 beschriebenen Blöcke) auf. Zusätzlich sind die Abschlussmodule124a –b mit ihren jeweiligen Feldgeräten112a –b über die Feldanschlussdose120a verbunden. Weiterhin sind die Abschlussmodule124a –b mit dem universellen E/A-Bus136a und der Stromversorgung216 verbunden. Um den Abschlussmodulkreis902 von dem universellen E/A-Bus136a elektrisch zu trennen, ist das Abschlussmodul124a mit einem Trennkreis906 versehen. Auf diese Weise kann der Abschlussmodulkreis902 konfiguriert werden, dem Spannungsniveau der Feldgeräte112a zu folgen (beispielsweise potenzialfrei zu schalten), wenn Stromspitzen oder andere Stromschwankungen in dem Feldgerät112a auftreten, ohne die Spannung des universellen E/A-Busses136a zu beeinträchtigen und ohne an der E/A-Karte132a Schaden zu verursachen (1A ). Das Abschlussmodul124b weist weiterhin einen Trennkreis908 auf, der konfiguriert ist, den Abschlussmodulkreis904 von dem universellen E/A-Bus136a zu trennen. Die Trennkreise906 und908 und alle anderen in den Abschlussmodulen124a –b implementierten Trennkreise können mittels optischer Trennkreise oder galvanischer Trennkreise implementiert werden. - Um den Abschlussmodulkreis
902 von der Stromversorgung216 zu trennen, ist das Abschlussmodul124a mit einem Trennkreis910 versehen. Gleichermaßen ist das Abschlussmodul124b mit einem Trennkreis912 versehen, um den Abschlussmodulkreis904 von der Stromversorgung216 zu trennen. Durch Trennen der Abschlussmodulkreise902 und904 von der Stromversorgung216 wird keine in Verbindung mit den Feldgeräten112a –b auftretende Stromschwankung (beispielsweise Stromspitzen, Stromstöße etc.) die Stromversorgung216 schädigen. Weiterhin werden keine Stromschwankungen in einem der Abschlussmodule124a –b das andere eine der Abschlussmodule124a –b schädigen oder dessen Betrieb beeinträchtigen. - In bekannten Prozesssteuerungssystemen sind Trennkreise in bekannten Bereitstellungsschränken vorgesehen und verringern dadurch die Menge des für bekannte Abschlussmodule zur Verfügung stehenden Platzes. Das Vorsehen der Trennkreise
906 ,910 ,908 und912 in den Abschlussmodulen124a und124b , wie in dem in9 illustrierten Beispiel gezeigt, verringert die Menge des in den Bereitstellungsschränken122 (1A und2 ) für Trennkreise erforderlichen Platzes und erhöht somit die Menge des Platzes, der für Abschlussmodule (beispielsweise die Abschlussmodule124a –c und126a –c) zur Verfügung steht. Zusätzlich ermöglicht die Implementierung von Trennkreisen (beispielsweise der Trennkreise906 ,908 ,910 und912 ) in Abschlussmodulen (beispielsweise den Abschlussmodulen124a –b) eine selektive Verwendung von Trennkreisen lediglich bei Abschlussmodulen, die eine Trennung erfordern. Beispielsweise können einige der Abschlussmodule124a –c und126a –c in1A ohne Trennkreise implementiert werden. -
10A ,10B ,11A ,11B und12 sind Flussdiagramme beispielhafter Verfahren, die verwendet werden können, um Abschlussmodule (beispielsweise das Abschlussmodul124a in1A ,2 und4 –6 ), E/A-Karten (beispielsweise die E/A-Karte132a in1A und7 ) sowie Labeller (beispielsweise den Labeller214 in2 ,3 und8 ) zu implementieren. In einigen beispielhaften Implementierungen können die beispielhaften Methoden in10A ,10B ,11A ,11B und12 mittels maschinenlesbarer Anweisungen implementiert werden, die ein Programm zur Ausführung durch einen Prozessor (beispielsweise den in dem beispielhaften Prozessorsystem1310 in13 dargestellten Prozessor1312 ) umfassen. Das Programm kann in Software ausgeführt werden, die auf einem greifbaren Medium wie beispielsweise einer CD-ROM, einer Floppy Disk, einer Festplatte, einer Digital Versatile Disk (DVD) oder einem dem Prozessor1312 zugeordneten Speicher gespeichert und/oder in Firmware und/oder dedizierter Hardware auf bestens bekannte Weise ausgeführt ist. Weiterhin wird das beispielhafte Programm zwar unter Bezugnahme auf die in10A ,10B ,11A ,11B und12 dargestellten Flussdiagramme beschrieben, jedoch erkennt der technisch Versierte ohne weiteres, dass alternativ zahlreiche andere Methoden der Implementierung des hierin beschriebenen beispielhaften Abschlussmoduls124a , der hierin beschriebenen beispielhaften E/A-Karte132a und des hierin beschriebenen beispielhaften Labellers214 verwendet werden können. Beispielsweise kann die Reihenfolge der Ausführung der Blöcke geändert werden und/oder einige der beschriebenen Blöcke können verändert, eliminiert oder kombiniert werden. - Bei detaillierter Betrachtung von
10A und10B wird das beispielhafte Verfahren in10A und10B in Verbindung mit dem beispielhaften Abschlussmodul124a in1A ,2 und4 –6 beschrieben. Das beispielhafte Verfahren in10A und10B kann jedoch verwendet werden, um jedes andere Abschlussmodul zu implementieren. Das Flussdiagramm in10A und10B wird verwendet, um zu beschreiben, wie das beispielhafte Abschlussmodul124a Informationen zwischen dem Feldgerät112a und der E/A-Karte132a kommuniziert. Zuerst bestimmt das Abschlussmodul124a , ob es Kommunikationsinformationen (Block1002 ) erhalten hat. Beispielsweise stellt das Abschlussmodul124a fest, dass es Kommunikationsinformationen empfangen hat, wenn der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 (6 ) oder der Feldgerätekommunikationsprozessor620 beispielsweise über einen Interrupt oder ein Statusregister anzeigt, dass Kommunikationsinformationen empfangen wurden. Wenn das Abschlussmodul124a feststellt, dass es keine Kommunikationsinformationen (Block1002 ) empfangen hat, verbleibt die Steuerung bei dem Block1002 , bis das Abschlussmodul124a Kommunikationsinformationen empfängt. - Wenn das Abschlussmodul
124a Kommunikationsinformationen (Block1002 ) empfängt, stellt das Abschlussmodul124a beispielsweise auf der Grundlage eines Interrupts oder Statusregisters des Feldgerätekommunikationsprozessors620 (6 ) fest, ob es die Kommunikationsinformationen von einem Feldgerät (beispielsweise dem Feldgerät112a in1A ) (Block1004 ) erhalten hat. Wenn das Abschlussmodul124a feststellt, dass es Kommunikationsinformationen von dem Feldgerät112a (Block1004 ) empfangen hat, extrahiert der Feldgerätekommunikationsprozessor620 die Feldgeräteinformationen und die Feldgeräteidentifikationsinformationen aus den empfangenen Kommunikationsinformationen, die dem Feldgerät112a auf der Grundlage eines Feldgerätekommunikationsprotokolls (Block1006 ) zugeordnet sind. Die Feldgeräteinformationen können beispielsweise Feldgeräteidentifikationsinformationen (beispielsweise Geräte-Tags, elektronische Seriennummern etc.), Feldgerätestatusinformationen (beispielsweise Kommunikationsstatus, Gesundheitsdiagnoseinformationen (offener Kreis, Kurzschluss etc.)), Feldgeräteaktivitätsinformationen (beispielsweise Prozessvariablen-(PV-)Werte), Feldgerätebeschreibungsinformationen (beispielsweise Feldgerätetyp oder -funktion wie beispielsweise Ventilsteller, Temperaturfühler, Drucksensor, Durchflusssensor etc.), Feldgeräteanschlusskonfigurationsinformationen (beispielsweise Multidrop-Busverbindung, Punkt-zu-Punkt-Verbindung etc.), Feldgerätebus- oder Segmentidentifikationsinformationen (beispielsweise Feldgerätebus oder Feldgerätesegment, über den bzw. das das Feldgerät kommunikativ mit dem Abschlussmodul gekoppelt ist) und/oder Feldgeräte-Datentypinformationen (beispielsweise Daten vom Typ "analoge Eingabe" (AE), Daten vom Typ "analoge Ausgabe" (AA), Daten vom Typ diskrete Eingabe (DE) (beispielsweise Daten vom Typ "digitale Eingabe"), Daten vom Typ "diskrete Ausgabe" (DA) (beispielsweise Daten vom Typ "digitale Ausgabe) etc.). Das Feldgeräte-Kommunikationsprotokoll kann jedes von dem Feldgerät112a verwendete Protokoll (beispielsweise ein Fieldbus-Protokoll, ein HART-Protokoll, ein AS-I-Protokoll, ein Profibus-Protokoll etc.) sein. In einer alternativen beispielhaften Implementierung extrahiert der Feldgerätekommunikationsprozessor620 an dem Block1006 lediglich die Feldgeräteinformationen aus den empfangenen Kommunikationsinformationen und die das Feldgerät112a identifizierenden Feldgeräteidentifikationsinformationen werden in dem Abschlussmodul124a gespeichert. Wenn beispielsweise das Feldgerät112a anfänglich mit dem Abschlussmodul124a verbunden ist, kann das Feldgerät112a seine Identifikationsinformationen an das Abschlussmodul124a kommunizieren und das Abschlussmodul124a kann die Identifikationsinformationen speichern. - Der Feldgerätekommunikationsprozessor
620 stellt sodann fest, ob eine Analog-Digital-Wandlung erforderlich ist (Block1008 ). Wenn beispielsweise das Feldgerät112a analoge Messungswerte kommuniziert, stellt der Feldgerätekommunikationsprozessor620 fest, dass eine Analog-Digital-Wandlung nötig oder erforderlich ist (Block1008 ). Wenn eine Analog-Digital-Wandlung erforderlich ist, führt der Analog-Digital-Wandler618 (6 ) die Wandlung der empfangenen Informationen aus (Block1010 ). - Nach der Analog-Digital-Wandlung (Block
1010 ) oder wenn keine Analog-Digital-Wandlung erforderlich ist (Block1008 ), identifiziert der Feldgerätekommunikationsprozessor620 den der empfangenen Feldgeräteinformation (Block1012 ) zugeordneten Datentyp (beispielsweise analog, digital, Temperaturmessung etc.) und erzeugt einen der empfangenen Feldgeräteinformation (Block1014 ) zugeordneten Datentypdeskriptor. Beispielsweise kann das Abschlussmodul124a einen Datentypdeskriptor speichern, der den Datentyp angibt, den es immer von dem Feldgerät112a empfangen wird, oder das Feldgerät112a kann einen Datentyp an das Abschlussmodul124a kommunizieren, den der Feldgerätekommunikationsprozessor620 verwendet, um den Datentypdeskriptor an Block1010 zu erzeugen. - Der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor
608 (6 ) bestimmt die Zieladresse der E/A-Karte132a (Block1016 ), an die das Abschlussmodul124a die von dem Feldgerät124a empfangenen Informationen kommunizieren soll. Beispielsweise kann der Kommunikationsprozessor604 (6 ) die Zieladresse der E/A-Karte132a vom Adressidentifizierer608 (6 ) erhalten. Zusätzlich bestimmt oder erzeugt der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 an die E/A-Karte132a zu kommunizierende Fehlerprüfdaten (Block1020 ), um zu gewährleisten, dass die Feldgeräteinformationen von der E/A-Karte132a ohne Fehler empfangen wird. Beispielsweise kann der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 zyklische Fehlerprüfungs-(CRC-)Fehlerprüfdaten erzeugen. - Der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor
608 paketiert sodann die Feldgeräteinformationen, die Feldgeräteidentifikationsinformationen, den Datentypdeskriptor, die Zieladresse der E/A-Karte132a , die Quelladresse des Abschlussmoduls124a und die Fehlerprüfdaten auf der Grundlage eines E/A-Bus-Kommunikationsprotokolls (Block1022 ). Das E/A-Bus-Kommunikationsprotokoll kann beispielsweise mittels eines TPC-basierten Protokolls, eines UDP-basierten Protokolls etc. implementiert werden. Der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 kann die Quelladresse des Abschlussmoduls124a von dem Adressidentifizierer604 (6 ) erhalten. Die E/A-Bus-Schnittstelle602 (6 ) kommuniziert sodann die paketierten Informationen über den universellen E/A-Bus136a (1A und2 ) in Verbindung mit von anderen Abschlussmodulen (beispielsweise den Abschlussmodulen124b und124c in1A ) (Block1024 ) erzeugten und kommunizierten paketierten Informationen. Beispielsweise kann die E/A-Bus-Schnittstelle602 mit einer Zuteilungsschaltung oder einem Gerät, das den universellen E/A-Bus136a abhört oder überwacht, um festzustellen, wann der universelle E/A-Bus136a verfügbar ist (beispielsweise nicht von den Abschlussmodulen124b –c) verwendet wird, um die Informationen von dem Abschlussmodul124a an die E/A-Karte132a zu kommunizieren. - Wenn das Abschlussmodul
124b an Block1004 feststellt, dass die an dem Block1002 erkannte Kommunikationsinformation nicht von dem Feldgerät112a ist (beispielsweise ist die Kommunikationsinformation von der E/A-Karte132a ), extrahiert der E/A-Kommunikationsprozessor608 (6 ) eine Zieladresse aus den empfangenen Kommunikationsinformationen (Block1026 ). Der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 stellt sodann fest, ob die extrahierte Zieladresse zu einer von der Adressschnittstelle604 erhaltenen Zieladresse des Abschlussmoduls124a (Block1028 ) passt. Wenn die Zieladresse nicht zu der Adresse des Abschlussmoduls124a passt (beispielsweise waren die empfangenen Informationen nicht für die Übergabe an das Abschlussmodul124a (Block1028 ) bestimmt), kehrt die Steuerung an den Block1002 (10A ) zurück. Wenn andernfalls die Zieladresse zur Adresse des Abschlussmoduls124a passt (beispielsweise waren die empfangenen Informationen für die Übergabe an das Abschlussmodul124a (Block1028 ) bestimmt), extrahiert der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 die Feldgeräteinformationen aus den empfangenen Kommunikationsinformationen auf der Grundlage des E/A-Bus-Kommunikationsprotokolls (Block1030 ) und prüft die Integrität der Daten (Block1032 ) beispielsweise mittels eines CRC-Verifizierungsprozesses auf der Grundlage von Fehlererkennungsinformationen in den empfangenen Kommunikationsinformationen. Obwohl nicht dargestellt, sendet der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 , wenn der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 an Block1032 feststellt, dass ein Fehler in den empfangenen Kommunikationsinformationen existiert, eine Botschaft an die E/A-Karte132a und fordert eine erneute Übertragung. - Nach dem Verifizieren der Datenintegrität (Block
1032 ) bestimmt der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 (oder der Feldgerätekommunikationsprozessor620 ), ob eine Digital-Analog-Wandlung erforderlich ist (Block1034 ). Wenn beispielsweise ein in dem Abschlussmodul124a gespeicherter Datentypdeskriptor anzeigt, dass das Feldgerät112a analoge Informationen benötigt, stellt der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 fest, dass eine Digital-Analog-Wandlung erforderlich ist (Block1034 ). Wenn eine Digital-Analog-Wandlung erforderlich ist (Block1034 ), führt der Digital-Analog-Wandler616 (6 ) die Digital-Analog-Wandlung der Feldgeräteinformationen aus (Block1036 ). Nach Durchführung der Digital-Analog-Wandlung (Block1036 ) oder wenn keine Digital-Analog-Wandlung erforderlich ist (Block1034 ), kommuniziert der Feldgerätekommunikationsprozessor620 die Feldgeräteinformationen an das Feldgerät112a über die Feldgeräteschnittstelle622 (6 ) mittels des Feldgerätekommunikationsprotokolls des Feldgeräts112a (Block1038 ). - Nachdem der Feldgerätekommunikationsprozessor
620 die Feldgeräteinformationen an das Feldgerät112a kommuniziert hat oder nachdem der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor608 die Feldgeräteinformation an die E/A-Karte132a kommuniziert hat, wird der Prozess in10A und10B beendet und/oder die Steuerung wird beispielsweise an einen aufrufenden Prozess oder eine aufrufende Funktion zurückgegeben. -
11A und11B zeigen ein Flussdiagram eines beispielhaften Verfahrens, das verwendet werden kann, um die E/A-Karte132a in1A zu implementieren, um Informationen zwischen dem Abschlussmodul124a und der Steuerung104 in1A auszutauschen. Zuerst bestimmt die E/A-Karte132a , ob sie Kommunikationsinformationen (Block1102 ) erhalten hat. Beispielsweise stellt die E/A-Karte132a fest, dass sie Kommunikationsinformationen empfangen hat, wenn der Kommunikationsprozessor704 (7 ) beispielsweise über einen Interrupt oder ein Statusregister anzeigt, dass der Kommunikationsinformationen empfangen hat. Wenn die E/A-Karte132a feststellt, dass sie keine Kommunikationsinformationen (Block1102 ) empfangen hat, verbleibt die Steuerung bei dem Block1102 , bis die E/A-Karte132a Kommunikationsinformationen empfängt. - Wenn die E/A-Karte
132a Kommunikationsinformationen (Block1102 ) empfängt, stellt die E/A-Karte132a beispielsweise auf der Grundlage eines Interrupts oder Statusregisters des Kommunikationsprozessors704 fest, ob sie die Kommunikationsinformationen von der Steuerung104 (1A ) (Block1104 ) empfangen hat. Wenn die E/A-Karte132a feststellt, dass sie Kommunikationsinformationen von der Steuerung104 (Block1104 ) empfangen hat, extrahiert der Kommunikationsprozessor704 die Abschlussmodulinformationen (die Feldgeräteinformationen beinhalten können) aus den empfangenen Kommunikationsinformationen, die dem Abschlussmodul124a (Block1106 ) zugeordnet sind. - Der Kommunikationsprozessor
704 identifiziert den den empfangenen Abschlussmodulinformationen zugeordneten Datentyp (beispielsweise Feldgeräte-Analoginformation, Feldgeräte-Digitalinformation, Abschlussmodul-Steuerungsinformation zur Steuerung oder Konfigurierung des Abschlussmoduls etc.) (Block1108 ) und erzeugt einen den empfangenen Abschlussmodulinformationen entsprechenden Datentypdeskriptor (Block1110 ). In einer alternativen beispielhaften Implementierung wird der Datentypdeskriptor an dem Bedienrechner102 (1A ) erzeugt und der Kommunikationsprozessor704 braucht den Datentypdeskriptor nicht zu erzeugen. - Der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor
712 (7 ) bestimmt sodann die Zieladresse des Abschlussmoduls124a (Block1112 ). Zusätzlich bestimmt der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor712 Fehlerprüfdaten (Block1114 ), die an das Abschlussmodul124a mit den Abschlussmodulinformationen zu kommunizieren sind, um zu gewährleisten, dass das Abschlussmodul124a die Informationen ohne Fehler empfängt. Beispielsweise kann der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor712 zyklische Fehlerprüfungs-(CRC-)Fehlerprüfdaten erzeugen. - Der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor
712 paketiert sodann die Abschlussmodulinformationen, den Datentypdeskriptor, die Zieladresse des Abschlussmoduls124a , die Quelladresse des Abschlussmoduls124a und die Fehlerprüfdaten auf der Grundlage des E/A-Bus-Kommunikationsprotokolls (Block1116 ). Die E/A-Bus-Schnittstelle710 (7 ) kommuniziert sodann die paketierten Informationen über den universellen E/A-Bus136a (1A und2 ) in Verbindung mit für andere Abschlussmodule (beispielsweise die Abschlussmodule124b und124c in1A ) (Block1118 ) bestimmten paketierten Informationen. Beispielsweise kann der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor702 andere Abschlussmodulinfotrmationen unter Verwendung der Zieladresse beispielsweise der Abschlussmodule124b und124c paketieren und Abschlussmodulinformationen für sämtliche der Abschlussmodule124a –c über den universellen E/A-Bus136a mittels des RS-485-Standards kommunizieren. Jedes der Abschlussmodule124a –c kann seine jeweiligen Informationen von dem universellen E/A-Bus136a auf der Grundlage der von der E/A-Karte132a zur Verfügung gestellten Zieladressen extrahieren. - Wenn die E/A-Karte
132 an Block1104 feststellt, dass die an Block1102 erkannten Kommunikationsinformationen nicht von der Steuerung104 stammen (beispielsweise stammen die Kommunikationsinformationen von einem der Abschlussmodule124a –c), extrahiert der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor712 (7 ) eine Quelladresse (beispielsweise eine Quelladresse eines der Abschlussmodule124a –c) aus den empfangenen Kommunikationsinformationen (Block1122 ). Der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor712 extrahiert sodann einen Datentypdeskriptor (beispielsweise digital kodierte Daten vom analogen Typ, Daten vom digitalen Typ, Daten vom Temperaturdatentyp etc.) (Block1124 ). Der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor712 extrahiert auch die Abschlussmodulinformationen (die Feldgeräteinformationen beinhalten können) aus dem empfangenen Kommunikationsinformationen auf der Grundlage des E/A-Bus-Kommunikationsprotokolls (Block1126 ) und verifiziert die Integrität der Daten (Block1128 ) beispielsweise mittels eines CRC-Verifizierungsprozesses auf der Grundlage von Fehlererkennungsinformationen in den empfangenen Kommunikationsinformationen. Obwohl nicht dargestellt, sendet der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor712 , wenn der E/A-Bus-Kommunikationsprozessor712 an Block1128 feststellt, dass ein Fehler in den empfangenen Kommunikationsinformationen existiert, eine Botschaft mit der Aufforderung zur erneuten Übertragung an das Abschlussmodul, das der an Block1122 erhaltenen Quelladresse zugeordnet ist. - Nach dem Verifizieren der Datenintegrität (Block
1128 ) paketiert der Kommunikationsprozessor704 die Abschlussmodulinformationen (unter Verwendung der Quelladresse des Abschlussmoduls und des Datentypdeskriptors) und die Kommunikationsschnittstelle702 kommuniziert die paketierten Informationen an die Steuerung104 (Block1130 ). Wenn die Informationen für die Übergabe an den Bedienrechner102 bestimmt sind, kann die Steuerung104 anschließend die Informationen an den Bedienrechner102 kommunizieren. Nachdem die Kommunikationsschnittstelle702 die Informationen an die Steuerung104 kommuniziert hat oder nachdem die E/A-Bus-Schnittstelle710 die Abschlussmodulinformationen an das Abschlussmodul124a kommuniziert hat, wird der Prozess in11A und11B beendet und/oder die Steuerung wird beispielsweise an einen aufrufenden Prozess oder eine aufrufende Funktion zurückgegeben. -
12 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, das verwendet werden kann, um den Labeller214 aus2 ,3 und8 zu implementieren, um Anzeigeinformationen in Verbindung mit Feldgeräten (beispielsweise dem Feldgerät112a in1A ) abzurufen und anzuzeigen, die kommunikativ mit Abschlussmodulen (beispielsweise dem Abschlussmodul124a in1 ,2 sowie4 –6 ) gekoppelt sind. Zuerst bestimmt der Verbindungsdetektor806 (8 ), ob ein Feldgerät (beispielsweise das Feldgerät112a ) mit dem Abschlussmodul124a verbunden ist (beispielsweise mit den Abschlussschrauben406 in4 und5 und/oder der Feldgeräteschnittstelle622 in6 (Block1212 ) verbunden ist). Wenn der Verbindungsdetektor806 feststellt, dass das Feldgerät112a (oder jedes andere Feldgerät) nicht mit dem Abschlussmodul124a (Block1202 ) verbunden ist, verbleibt die Steuerung bei dem Block1202 , bis der Verbindungsdetektor806 feststellt, dass das Feldgerät112a (oder jedes andere Feldgerät) mit dem Abschlussmodul124a verbunden ist. - Wenn der Verbindungsdetektor
806 feststellt, dass das Feldgerät112a mit dem Abschlussmodul124a (Block1202 ) verbunden ist, erhält der Feldgeräteidentifizierer814 Feldgeräteidentifikationsinformationen (beispielsweise einen Geräte-Tag-Wert, einen Gerätenamen, eine elektronische Seriennummer etc.), die das Feldgerät112a (Block1204 ) identifiziert. Beispielsweise kann der Feldgeräteidentifizierer814 an das Feldgerät112a eine Anfrage schicken und das Feldgerät112a auffordern, seine Feldgerateidentifikationsinformationen zu übertragen. In einer anderen beispielhaften Implementierung kann das Feldgerät112a nach erstmaliger Verbindung mit dem Abschlussmodul124a automatisch seine Feldgeräteidentifikationsinformationen an den Feldgeräteidentifizierer814 kommunizieren. - Der Feldgeräteidentifizierer
814 stellt sodann auf der Grundlage der Feldgeräteidentifikationsinformationen fest, ob das Feldgerät112a beauftragt ist, über den universellen E/A-Bus136a mit der E/A-Karte132a (Block1206 ) zu kommunizieren. Beispielsweise kann der Feldgeräteidentifizierer814 die Feldgeräteidentifikationsinformationen an die E/A-Karte132a über das Abschlussmodul124a kommunizieren und die E/A-Karte132a kann die Feldgeräteidentifikationsinformationen mit Feldgeräteidentifikationsnummern vergleichen, die in der Datenstruktur133 (1A ) oder in einer ähnlichen in dem Bedienrechner102 gespeicherten Datenstruktur gespeichert sind. Die Datenstruktur133 kann von Ingenieuren, Bedienern oder Anwendern mit Feldgeräteidentifikationsnummern von Feldgeräten (beispielsweise den Feldgeräten112a –c) populiert werden, die mit der E/A-Karte132a über den universellen E/A-Bus136a kommunizieren sollen. Wenn die E/A-Karte132a feststellt, dass das Feldgerät112a dem E/A-Bus136a und/oder der E/A-Karte132a zugeordnet ist, kommuniziert die E/A-Karte132a eine Bestätigungsbotschaft an den Feldgeräteidentifizierer814 . - Wenn der Feldgeräteidentifizierer
814 feststellt, dass das Feldgerät112a nicht beauftragt ist, über den E/A-Bus136a (Block1206 ) zu kommunizieren, zeigt die Anzeigeschnittstelle808 (8 ) eine Fehlermeldung an (Block1208 ). Andernfalls zeigt die Anzeigeschnittstelle808 die Feldgeräteidentifikationsinformationen an (Block1210 ). In dem dargestellten Beispiel erkennt der Feldgerätestatusdetektor812 den Feldgerätestatus (beispielsweise Gerät ein, Gerät aus, Gerätefehler etc.) und die Anzeigeschnittstelle808 zeigt die Statusinformation an (Block1212 ). Zusätzlich erkennt der Feldgeräteaktivitätsdetektor810 (8 ) die Aktivität des Feldgeräts112a (beispielsweise Messungs- und/oder Überwachungsinformationen) und die Schnittstelle808 zeigt die Aktivitätsinformation an (Block1214 ). Auch erkennt der Datentypdetektor816 (8 ) den Datentyp (beispielsweise analog, digital etc.) des Feldgeräts112a und die Anzeigeschnittstelle808 zeigt den Datentyp an (Block1216 ). - Nachdem die Anzeigeschnittstelle
808 die Fehlermeldung angezeigt hat (Block1208 ) oder nachdem die Anzeigeschnittstelle808 den Datentyp angezeigt hat (Block1216 ), bestimmt der Labeller214 , ob er die Überwachung fortsetzen sollte (Block1218 ), beispielsweise aufgrund dessen, ob das Abschlussmodul124a abgeschaltet oder aus dem Bereitstellungsschrank122 entfernt wurde (1A und2 ). Wenn der Labeller214 feststellt, dass er die Überwachung fortsetzen sollte, kehrt die Steuerung an den Block1202 zurück. Andernfalls wird der beispielhafte Prozess in12 beendet und/oder die Kontrolle kehrt zu einer aufrufenden Funktion oder zu einem aufrufenden Prozess zurück. -
13 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Prozessorsystems1310 , das zur Implementierung der hierin beschriebenen beispielhaften Vorrichtungen und Verfahren verwendet werden kann. Beispielsweise können Prozessorsysteme, die dem beispielhaften Prozessorsystem1310 ähnlich oder mit diesem identisch sind, verwendet werden, um den Bedienrechner102 , die Steuerung104 , die E/A-Karte132a und/oder die Abschlussmodule124a –c und126a –c in1A zu implementieren. Auch wenn das beispielhafte Prozessorsystem1310 nachstehend als eine Mehrzahl von Peripheriegeräten, Schnittstellen, Chips, Speicher etc. aufweisend beschrieben ist, können eines oder mehrere dieser Elemente bei anderen beispielhaften Prozessorsystemen entfallen, die verwendet werden, um einen oder mehrere des Bedienrechners102 , der Steuerung104 , der E/A-Karte132a und/oder der Abschlussmodule124a –c und126a –c zu implementieren. - Wie in
13 dargestellt, weist das Prozessorsystem1310 einen Prozessor1312 auf, der mit einem Verbindungsbus1314 verbunden ist. Der Prozessor1312 weist einen Registersatz oder Registerraum1316 auf, der in13 als komplett auf einem Chip enthalten dargestellt ist, alternativ jedoch auch vollständig oder teilweise außerhalb eines Chips befindlich und über dedizierte elektrische Verbindungen und/oder über den Verbindungsbus1314 direkt mit dem Prozessor1312 verbunden sein kann. Bei dem Prozessor1312 kann es sich um jeden geeigneten Prozessor, jede geeignete Prozessoreinheit oder jeden geeigneten Mikroprozessor handeln. Obwohl in13 nicht so dargestellt, kann es sich bei dem System1310 um ein Multi-Prozessor-System handeln, das mithin einen oder mehrere zusätzliche Prozessoren aufweisen kann, die mit dem Prozessor1312 identisch bzw. diesem ähnlich sind und die mit dem Verbindungsbus1314 kommunikativ verbunden sind. - Der Prozessor
1312 in13 ist mit einem Chipsatz1318 verbunden, der einen Speichercontroller1320 und einen Peripherie-Eingabe-/Ausgabe-(E/A-)Controller1322 aufweist. Wie allgemein bekannt ist, bietet ein Chipsatz in der Regel E/A- und Speicher-Managementfunktionen sowie eine Mehrzahl von Registern und Zeitgebern etc. für allgemeine und/oder spezielle Zwecke, auf die einer oder mehrere der mit dem Chipsatz1318 verbundenen Prozessoren zugreifen bzw. die von diesen Prozessoren genutzt werden. Der Speicher-Controller1320 führt Funktionen aus, die den Prozessor1312 (bzw. mehrere Prozessoren im Falle von Multi-Prozessor-Systemen) in die Lage versetzen, auf einen Systemspeicher1324 und einen Massenspeicher1325 zuzugreifen. - Der Systemspeicher
1324 kann jeden gewünschten Typ von flüchtigen und/oder nicht-flüchtigen Speichern wie beispielsweise statische Direktzugriffsspeicher (SRAM), dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM), Flash Memory, Nur-Lese-Speicher (ROM) etc. beinhalten. Der Massenspeicher1325 kann jeden gewünschten Typ von Massenspeichergerät beinhalten. Wenn das beispielhafte Prozessorsystem1310 beispielsweise verwendet wird, um den Bedienrechneer102 (1A ) zu implementieren, kann der Massenspeicher1325 ein Festplattenlaufwerk, ein optisches Laufwerk, ein Bandspeichergerät etc. aufweisen. Alternativ können, wenn das beispielhafte Prozessorsystem1310 verwendet wird, um die Steuerung104 zu implementieren, eine der E/A-Karten132a –b und134a –b oder eines der Abschlussmodule124a –c und126a –c, der Massenspeicher1325 einen Solid-State-Speicher (beispielsweise ein Flash Memory, einen RAM-Speicher etc.), einen Magnetspeicher (beispielsweise ein Festplattenlaufwerk) oder jeden anderen Speicher aufweisen, der für eine Massenspeicherung in der Steuerung104 , den E/A-Karten132a –b und134a –b oder den Abschlussmodulen124a –c und126a –c geeignet ist. - Der Peripherie-E/A-Controller
1322 führt Funktionen aus, die den Prozessor1312 in die Lage versetzen, mit den peripheren Eingabe-/Ausgabe-(E/A-)Geräten1326 und1328 und einer Netzwerkschnittstelle1330 über einen Peripherie-E/A-Bus1332 zu kommunizieren. Die E/A-Geräte1326 und1328 können jeder gewünschte Typ von E/A-Gerät sein wie beispielsweise eine Tastatur, eine Anzeige (beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige (LCD), eine Kathodenstrahlröhren-(CRT-)Anzeige etc.), ein Navigationsgerät (beispielsweise eine Maus, ein Trackball, ein kapazitives Touchpad, ein Joystick etc.) etc. Die Netzwerkschnittstelle1330 kann beispielsweise ein Ethernet-Gerät, ein Asynchronous-Transfer-Mode-(ATM-)Gerät, ein 802.11-Gerät, ein DSL-Modem, ein Kabelmodem, ein Mobiltelefoniemodem etc. sein, das das Prozessorsystem1310 in die Lage versetzt, mit einem anderen Prozessorsystem zu kommunizieren. - Der Speicher-Controller
1320 und der E/A-Controller1322 sind in13 zwar als separate Funktionsblöcke innerhalb des Chipsatzes1318 dargestellt, jedoch können die von diesen Blöcken ausgeführten Funktionen in einen einzigen Halbleiterschaltkreis integriert oder mittels zweier oder mehrerer separater integrierter Schaltkreise realisiert werden. - In dieser Patentschrift werden zwar bestimmte Verfahren, Vorrichtungen und Produkte beschrieben, jedoch ist der Umfang dieses Patents nicht darauf beschränkt. Dieses Patent umfasst im Gegenteil sämtliche Verfahren, Vorrichtungen und Produkte, die entweder dem Wortlaut nach oder im Wege der Äquivalenz in den Definitionsbereich der beigefügten Ansprüche fallen.
Claims (41)
- Vorrichtung zum kommunikativen Koppeln von Feldgeräten mit einer Steuerung in einem Prozesssteuerungssystem, wobei die Vorrichtung aufweist: eine erste Schnittstelle, konfiguriert, eine erste Information von einem Feldgerät mittels eines ersten Kommunikationsprotokolls zu empfangen; einen mit der ersten Schnittstelle kommunikativ gekoppelten Kommunikationsprozessor, konfiguriert, die erste Information zur Kommunikation über einen Bus mittels eines zweiten Kommunikationsprotokolls zu kodieren, und eine kommunikativ mit dem Kommunikationsprozessor und dem Bus gekoppelte zweite Schnittstelle, konfiguriert, die erste Information über den Bus mittels des zweiten Kommunikationsprotokolls zu kommunizieren, wobei der Bus konfiguriert ist, das zweite Kommunikationsprotokoll zu verwenden, um eine einem anderen Feldgerät zugeordnete zweite Information zu kommunizieren.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, wobei der Bus konfiguriert ist, die erste und zweite Information über dasselbe Kommunikationsmedium zu kommunizieren.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, wobei das zweite Kommunikationsprotokoll ein paketbasiertes Kommunikationsprotokoll ist.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, wobei der Bus einen elektrischen Leiter aufweist.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, weiterhin aufweisend einen Adressidentifizierer, konfiguriert, eine Quelladresse der Vorrichtung zu bestimmen, wobei der Kommunikationsprozessor die Quelladresse der Vorrichtung in Verbindung mit der ersten Information kommuniziert.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, weiterhin aufweisend einen Datentypdetektor, konfiguriert, einen der ersten Information zugeordneten Datentyp zu identifizieren.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, wobei der Kommunikationsprozessor konfiguriert ist, die erste Information identifizierende Header-Informationen zu erzeugen und die Header-Informationen in Verbindung mit der ersten Information zu kommunizieren.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 7 definiert, wobei die Header-Informationen das Feldgerät beschreibende Identifikationsinformationen aufweisen.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, wobei der Kommunikationsprozessor konfiguriert ist, eine über den Bus mittels des zweiten Kommunikationsprotokolls empfangene dritte Information zu dekodieren, und wobei die erste Schnittstelle konfiguriert ist, die dritte Information mittels des ersten Kommunikationsprotokolls an das Feldgerät zu kommunizieren.
- Maschinenzugreifbares Medium mit darin gespeicherten Anweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, eine Maschine veranlassen, die erste Information von einem Feldgerät mittels eines ersten Kommunikationsprotokolls zu empfangen; die erste Information für die Kommunikation mittels eines zweiten Kommunikationsprotokolls zu kodieren, das konfiguriert ist, die einem anderen Feldgerät zugeordnete zweite Information zu kommunizieren, und die erste Information mittels des zweiten Kommunikationsprotokolls über einen Bus zu kommunizieren.
- Maschinenzugreifbares Medium, wie in Anspruch 10 definiert, mit darin gespeicherten Anweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, die Maschine veranlassen, die erste Information über den Bus zu einer Steuerung zu kommunizieren, die konfiguriert ist, Informationen von dem anderen Feldgerät über den Bus zu empfangen.
- Maschinenzugreifbares Medium, wie in Anspruch 10 definiert, mit darin gespeicherten Anweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, die Maschine veranlassen, die erste Information über den Bus mittels eines paketbasierten Protokolls zu kommunizieren.
- Maschinenzugreifbares Medium, wie in Anspruch 10 definiert, mit darin gespeicherten Anweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, die Maschine veranlassen, als Reaktion auf den Empfang der ersten Information von dem Feldgerät mindestens eine der Feldgeräteidentifikationsinformationen zu bestimmen, die das Feldgerät oder einen Status des Feldgeräts beschreiben.
- Maschinenzugreifbares Medium, wie in Anspruch 10 definiert, mit darin gespeicherten Anweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, die Maschine veranlassen, einen der ersten Information zugeordneten Datentyp zu identifizieren; einen dem Datentyp entsprechenden Datentypdeskriptor zu erzeugen und den Datentypdeskriptor über den Bus in Verbindung mit der ersten Information zu kommunizieren.
- Maschinenzugreifbares Medium, wie in Anspruch 10 definiert, mit darin gespeicherten Anweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, die Maschine veranlassen, eine dritte Information über den Bus mittels des zweiten Kommunikationsprotokolls zu empfangen und die dritte Information an das Feldgerät mittels des ersten Kommunikationsprotokolls zu kommunizieren.
- Maschinenzugreifbares Medium, wie in Anspruch 15 definiert, mit darin gespeicherten Anweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, die Maschine veranlassen, einen der dritten Information zugeordneten Datentypdeskriptor zu identifizieren und die dritte Information an das Feldgerät mittels des ersten Kommunikationsprotokolls auf der Grundlage des Datentypdeskriptors zu kommunizieren.
- Maschinenzugreifbares Medium, wie in Anspruch 10 definiert, wobei der Bus konfiguriert ist, die zweite Information an die Steuerung mittels des zweiten Kommunikationsprotokolls zu kommunizieren.
- Maschinenzugreifbares Medium, wie in Anspruch 10 definiert, mit darin gespeicherten Anweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, die Maschine veranlassen, der ersten Information zugeordnete Zeitstempelinformationen zu erzeugen und die Zeitstempelinformationen in Verbindung mit der ersten Information über einen Bus mittels des zweiten Kommunikationsprotokolls zu kommunizieren.
- Maschinenzugreifbares Medium, wie in Anspruch 18 definiert, wobei die Zeitstempelinformationen Zeitstempel unterhalb des Millisekundenbereichs aufweisen.
- Verfahren zur Kommunikation von Informationen zwischen einer Steuerung und Feldgeräten in einem Prozesssteuerungssystem, wobei das Verfahren aufweist: Empfangen der ersten Information von einem Feldgerät mittels eines ersten Kommunikationsprotokolls; Kodieren der ersten Information für die Kommunikation mittels eines zweiten Kommunikationsprotokolls, das konfiguriert ist, die einem anderen Feldgerät zugeordnete zweite Information zu kommunizieren, und Kommunizieren der ersten Information mittels des zweiten Kommunikationsprotokolls über einen Bus zu einer Steuerung.
- Verfahren, wie in Anspruch 20 definiert, wobei das zweite Kommunikationsprotokoll ein paketbasiertes Kommunikationsprotokoll aufweist.
- Verfahren, wie in Anspruch 20 definiert, weiterhin aufweisend die automatische Zuordnung mindestens einer Feldgeräteidentifikationsinformation oder Statusinformation zu dem Feldgerät als Reaktion auf den Empfang von Kommunikationsinformationen von dem Feldgerät.
- Verfahren nach Anspruch 20, weiterhin aufweisend: Identifizieren eines der ersten Information zugeordneten Datentyps; Erzeugen eines dem Datentyp entsprechenden Datentypdeskriptors und Kommunizieren des Datentypdeskriptors über den Bus in Verbindung mit der ersten Information.
- Verfahren nach Anspruch 20, weiterhin aufweisend: Empfangen einer dritten Information über den Bus mittels des zweiten Kommunikationsprotokolls und Kommunizieren der dritten Information an das Feldgerät mittels des ersten Kommunikationsprotokolls.
- Verfahren nach Anspruch 24, weiterhin aufweisend: Identifizieren eines der dritten Information zugeordneten Datentypdeskriptors; und Kommunizieren der dritten Information an das Feldgerät mittels des ersten Kommunikationsprotokolls auf der Grundlage des Datentypdeskriptors.
- Verfahren, wie in Anspruch 20 definiert, wobei der Bus konfiguriert ist, die zweite Information an die Steuerung mittels des zweiten Kommunikationsprotokolls zu kommunizieren.
- Vorrichtung zum kommunikativen Koppeln von Feldgeräten mit einer Steuerung in einem Prozesssteuerungssystem, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Mehrzahl von Buchsen, konfiguriert, eine Mehrzahl von Abschlussmodulen aufzunehmen, wobei jedes der Abschlussmodule konfiguriert ist, kommunikativ mit mindestens einem Feldgerät in einem Prozesssteuerungssystem gekoppelt zu werden, und eine Kommunikationsbusschnittstelle, kommunikativ mit jeder der Mehrzahl der Buchsen gekoppelt und konfiguriert, erste, einem der Abschlussmodule zugeordnete Feldgeräteinformationen sowie zweite, einem zweiten der Abschlussmodule zugeordnete Feldgeräteinformationen zu kommunizieren.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 27 definiert, wobei die erste Feldgeräteinformation einem ersten Feldgerät zugeordnet ist, das kommunikativ mit dem ersten der Abschlussmodule gekoppelt ist, und wobei die zweite Feldgeräteinformation einem zweiten Feldgerät zugeordnet ist, das kommunikativ mit dem zweiten der Abschlussmodule gekoppelt ist.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 27 definiert, weiterhin mindestens eine Anzeige aufweisend, konfiguriert, mindestens einem der Abschlussmodule zugeordnete Feldgeräteidentifikationsinformationen anzuzeigen.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 29 definiert, wobei die Kommunikationsbusschnittstelle konfiguriert ist, ein drahtloses Kommunikationsprotokoll zu verwenden.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 29 definiert, wobei die Kommunikationsbusschnittstelle konfiguriert ist, einen seriellen RS-485-Kommunikationsstandard zu verwenden.
- Vorrichtung zur Anzeige von einem Feldgerät innerhalb eines Prozesssteuerungssystems zugeordneten Informationen, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Verbindungsdetektor, konfiguriert, eine Verbindung zu einem Feldgerät zu erkennen; einen Feldgeräteidentifizierer, konfiguriert, Feldgeräteidentifikationsinformationen zu bestimmen, die für die Identität des Feldgerätes repräsentativ sind, und eine Anzeigeschnittstelle, konfiguriert, die Feldgeräteidentifikationsinformationen anzuzeigen.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 32 definiert, wobei der Feldgeräteidentifizierer konfiguriert ist, als Reaktion auf die Erkennung der Verbindung des Feldgerätes durch den Verbindungsdetektor automatisch die Feldgeräteidentifikationsinformationen zu bestimmen, die die Identität des Feldgerätes beschreibt.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 32 definiert, wobei der Verbindungsdetektor weiterhin konfiguriert ist, den Typ der Verbindung des Feldgerätes zu erkennen, wobei der Verbindung mindestens eine einer Multidrop-Verbindung, einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung, einer drahtlosen Verbindung oder einer optischen Verbindung ist.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 32 definiert, weiterhin aufweisend einen Signalaktivitätsdetektor, konfiguriert, ein von einem Feldgerät über ein Kommunikationsmedium zur Verfügung gestelltes Spannungsniveau zu erkennen.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 32 definiert, weiterhin aufweisend einen Feldgerätestatusdetektor, konfiguriert, einen Status des Feldgerätes zu erkennen, wobei die Anzeigeschnittstelle konfiguriert ist, den Status anzuzeigen.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 32 definiert, wobei die Statusinformationen mindestens einen eines Gesundheitsstatus des Feldgerätes oder eines einem Betrieb des Feldgerätes zugeordneten Prozessvariablenwerts aufweist.
- Vorrichtung zum Trennen von einem Abschlussmodul zugeordneten elektrischen Stromkreisen, kommunikativ mit einem Feldgerät in einem Prozesssteuerungssystem gekoppelt, wobei die Vorrichtung aufweist: einen ersten Trennkreis, kommunikativ mit einem Abschlussmodulstromkreis gekoppelt und konfiguriert, kommunikativ mit einem Bus gekoppelt zu werden, wobei der Abschlussmodulstromkreis konfiguriert ist, mit einem Feldgerät zu kommunizieren, und wobei der Bus den Abschlussmodulstromkreis in die Lage versetzt, mit einer Steuerung zu kommunizieren, und einen zweiten Trennkreis, kommunikativ mit einem Abschlussmodulstromkreis gekoppelt und konfiguriert, kommunikativ mit einer Stromversorgung gekoppelt zu werden, die den Abschlussmodulstromkreis mit elektrischer Energie versorgt.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 38 definiert, wobei der erste Trennkreis mittels eines galvanischen Trennkreises oder eines optischen Trennkreises implementiert ist.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 38 definiert, wobei der erste Trennkreis den Abschlussmodulstromkreis in die Lage versetzt, einem Spannungsniveau des Feldgeräts zu folgen, ohne eine Spannung des Busses zu beeinflussen.
- Vorrichtung, wie in Anspruch 38 definiert, wobei der zweite Trennkreis den Abschlussmodulstromkreis in die Lage versetzt, einem Spannungsniveau des Feldgeräts zu folgen, ohne den Betrieb der Stromversorgung zu beeinflussen.
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