DE102015115335A1

DE102015115335A1 - Verfahren und Vorrichtungen zum kommunikativen Koppeln von Ein-/Aus-Ventilen an Steuerungen in einem Prozesssteuerungssystem

Info

Publication number: DE102015115335A1
Application number: DE102015115335.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus Erni
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2016-03-17
Also published as: GB2531134B; JP6734029B2; US20160076664A1; CN105425738A; GB2531134A; GB201514872D0; CN105425738B; US10725442B2; JP2016062611A

Abstract

Offenbart werden Verfahren und Vorrichtungen zum kommunikativen An-/Abkoppeln von Ventilen an/von Steuerungen in einem Prozesssteuerungssystem. Eine beispielhafte Vorrichtung umfasst eine erste Schnittstelle zum Empfangen eines Befehlssignals von einem Abschlussmodul zum kommunikativen Koppeln an eine Steuerung in einem Prozesssteuerungssystem. Das Befehlssignal richtet sich an ein Ein-/Aus-Ventil im Prozesssteuerungssystem. Die erste Schnittstelle sendet als Antwort auf das Befehlssignal ein Rückmeldesignal an das Abschlussmodul. Die beispielhafte Vorrichtung umfasst auch eine zweite Schnittstelle zum Empfangen von Positionsinformationen von Näherungssensoren in einem Schaltkasten, die einen Status des Ein-/Aus-Ventils beobachten. Das Rückmeldesignal basiert auf den Positionsinformationen. Die beispielhafte Vorrichtung umfasst weiter einen Kommunikationsprozessor, der kommunikativ an die erste und zweite Schnittstelle gekoppelt wird, um das Befehlssignal und das Rückmeldesignal zu verarbeiten.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Prozesssteuerungssysteme und insbesondere auf Verfahren und Vorrichtungen zum kommunikativen Koppeln von Ein-/Aus-Ventilen an Steuerungen in einem Prozesssteuerungssystem.
HINTERGRUND
Prozesssteuerungssysteme, wie sie bei chemischen, Erdöl-, pharmazeutischen, Zellstoff- und Papier- oder anderen Herstellungsprozessen verwendet werden, umfassen typischerweise eine oder mehrere Prozesssteuerungen, die kommunikativ an mindestens einen Host mit mindestens einem Bedienerarbeitsplatz und an ein oder mehrere Feldgeräte, die so konfiguriert sind, dass sie über analoge, digitale oder kombinierte analog/digitale Kommunikationsprotokolle kommunizieren, gekoppelt sind. Die Feldgeräte, die zum Beispiel Gerätesteuerungen, Ventile, Ventilantriebe, Ventilpositionierer, Schalter und Transmitter (z. B. Temperatur-, Druck-, Flussraten- und chemische Zusammensetzungssensoren) oder Kombinationen davon sein können, führen im Prozesssteuerungssystem Funktionen wie das Öffnen oder Schließen von Ventilen und Messen oder Erschließen von Prozessparametern durch. Eine Prozesssteuerung empfängt Signale, die auf von den Feldgeräten durchgeführte Prozessmessungen und/oder andere die Feldgeräte betreffende Informationen hinweisen, verwendet diese Informationen, um eine Steuerungsroutine auszuführen, und erzeugt Steuerungssignale, die über die Busse oder andere Kommunikationsleitungen an die Feldgeräte gesendet werden, um den Betrieb des Prozesssteuerungssystems zu steuern.
Ein Prozesssteuerungssystem kann eine Vielzahl von Feldgeräten umfassen, die mehrere verschiedene funktionale Fähigkeiten bereitstellen und die unter Verwendung von Zweidrahtschnittstellen in einer Punkt-zu-Punkt- (z. B. ein kommunikativ an einen Feldgerätbus gekoppeltes Feldgerät) oder einer Multi-Drop-(z. B. eine kommunikativ an einen Feldgerätebus gekoppelte Vielzahl von Feldgeräten) Verdrahtungsverbindungsanordnung oder mit drahtloser Kommunikation oft kommunikativ an Prozesssteuerungen gekoppelt sind. Einige Feldgeräte sind so konfiguriert, dass sie unter Anwendung relativ einfacher Befehle und/oder Kommunikation (z. B. einen EIN-Befehl und einen AUS-Befehl) arbeiten. Andere Feldgeräte sind komplexer und erfordern mehr Befehle und/oder Kommunikationsinformationen, die einfache Befehle enthalten können oder nicht. Zum Beispiel können komplexere Feldgeräte analoge Werte mit digitaler Kommunikation, die den analogen Wert überlagert, zum Beispiel unter Verwendung eines Highway Addressable Remote Transducer-(„HART“)-Kommunikationsprotokolls, kommunizieren Andere Feldgeräte können vollständig digitale Kommunikation verwenden (z. B. ein FOUNDATION-Feldbus-Kommunikationsprotokoll).
In einem Prozesssteuerungssystem ist jedes Feldgerät typischerweise über eine oder mehrere I/O-Karten und ein jeweiliges Kommunikationsmedium (z. B. eine Zweidrahtleitung, eine Drahtlosverbindung oder einen Lichtwellenleiter) an eine Prozesssteuerung gekoppelt. Daher ist eine Vielzahl von Kommunikationsmedien erforderlich, um eine Vielzahl von Feldgeräten kommunikativ an eine Prozessleitung zu koppeln. Oft wird die an die Feldgeräte gekoppelte Vielzahl von Kommunikationsmedien durch eine oder mehrere Feldanschlussdosen geleitet, wobei zu diesem Punkt die Vielzahl von Kommunikationsmedien an jeweilige Kommunikationsmedien (z. B. jeweilige Zweidrahtleiter) eines Mehrleiterkabels, das verwendet wird, um die Feldgeräte über eine oder mehrere I/O-Karten kommunikativ an die Prozesssteuerung zu koppeln, gekoppelt wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Offenbart werden beispielhafte Verfahren und Vorrichtungen zum kommunikativen Koppeln von Ein-/Aus-Ventilen an Steuerungen in einem Prozesssteuerungssystem. Eine beispielhafte Vorrichtung umfasst eine erste Schnittstelle zum Empfangen eines Befehlssignals von einem Abschlussmodul zum kommunikativen Koppeln an eine Steuerung in einem Prozesssteuerungssystem. Das Befehlssignal richtet sich an ein Ein-/Aus-Ventil im Prozesssteuerungssystem. Die erste Schnittstelle sendet als Antwort auf das Befehlssignal ein Rückmeldesignal an das Abschlussmodul. Die beispielhafte Vorrichtung umfasst auch eine zweite Schnittstelle zum Empfangen von Positionsinformationen von Näherungssensoren in einem Schaltkasten, die einen Status des Ein-/Aus-Ventils beobachten. Das Rückmeldesignal basiert auf den Positionsinformationen. Die beispielhafte Vorrichtung umfasst weiter einen Kommunikationsprozessor, der kommunikativ an die erste und zweite Schnittstelle gekoppelt wird, um das Befehlssignal und das Rückmeldesignal zu verarbeiten.
Ein beispielhaftes Verfahren umfasst das Empfangen, über eine Schnittstelle, eines Befehlssignals von einem Abschlussmodul, das kommunikativ an eine Steuerung in einem Prozesssteuerungssystem gekoppelt ist. Das Befehlssignal richtet sich an ein Ein-/Aus-Ventil im Prozesssteuerungssystem. Die Schnittstelle ist in einem Gehäuse enthalten, das physisch an das Ein-/Aus-Ventil gekoppelt ist. Das beispielhafte Verfahren umfasst weiter als Antwort auf das Befehlssignal das Senden, über die Schnittstelle, eines Rückmeldesignals an das Abschlussmodul. Das Rückmeldesignal wird von einem Schaltkasten erzeugt, der einen Status des Ein-/Aus-Ventils beobachtet.
Ein beispielhaftes greifbares maschinenlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten Anweisungen, die, wenn sie ausgeführt werden, dazu führen, dass eine Maschine über eine Schnittstelle mindestens ein Befehlssignal von einem Abschlussmodul, das kommunikativ an eine Steuerung in einem Prozesssteuerungssystem gekoppelt ist, empfängt. Das Befehlssignal richtet sich an ein Ein-/Aus-Ventil im Prozesssteuerungssystem. Die Schnittstelle ist in einem Gehäuse enthalten, das physisch an das Ein-/Aus-Ventil gekoppelt ist. Die beispielhaften Anweisungen bringen die Maschine weiter dazu, das Rückmeldesignal als Antwort auf das Befehlssignal über die Schnittstelle an das Abschlussmodul zu senden. Das Rückmeldesignal wird von einem Schaltkasten erzeugt, der einen Status des Ein-/Aus-Ventils beobachtet.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Prozesssteuerungssystem darstellt.
2 ist ein Blockdiagramm eines anderen beispielhaften Prozesssteuerungssystems, das ein beispielhaftes Ein-/Aus-Ventil, ausgeführt gemäß den in diesem Dokument offenbarten Lehren, umfasst.
3 ist ein detailliertes Blockdiagramm des beispielhaften Abschlussmoduls der 1 und 2.
4 ist ein detailliertes Blockdiagramm des beispielhaften Mehrkanal-Transceivers der 2.
5 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, das angewendet werden kann, um die Abschlussmodule der 1, 2 und 6 in Übereinstimmung mit den in diesem Dokument offenbarten Lehren auszuführen.
6 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens, das angewendet werden kann, um den Mehrkanal-Transceiver der 2 und 4 in Übereinstimmung mit den in diesem Dokument offenbarten Lehren auszuführen.
7 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Prozessorplattform, die verwendet und/oder programmiert werden kann, um die beispielhaften Verfahren der 5 und 6 durchzuführen, und/oder um allgemeiner das beispielhafte Abschlussmodul der 3 auszuführen und/oder um den beispielhaften Mehrkanal-Transceiver der 4 auszuführen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Obwohl nachfolgend beispielhafte Vorrichtungen und Systeme beschrieben werden, die neben anderen Komponenten auf Hardware ausgeführte Software und/oder Firmware umfassen, ist anzumerken, dass solche Systeme lediglich illustrativ sind und nicht als einschränkend betrachtet werden sollten. Es ist zum Beispiel vorgesehen, dass alle Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten oder ein Teil davon ausschließlich in Hardware, ausschließlich in Software oder in einer Kombination aus Hardware und Software ausgeführt werden könnte. Obwohl nachfolgend beispielhafte Vorrichtungen und Systeme beschrieben werden, wird demzufolge einem Fachmann ohne weiteres bewusst sein, dass die bereitgestellten Beispiele nicht die einzige Möglichkeit zum Ausführen solcher Vorrichtungen und Systeme sind.
Ein beispielhaftes Prozesssteuerungssystem umfasst einen Steuerraum (z. B. einen Steuerraum 108 der 1), einen Prozesssteuerungsbereich (z. B. einen Prozesssteuerungsbereich 110 der 1), einen Abschlussbereich (z. B. einen Abschlussbereich 140 der 1) und einen oder mehrere Prozessbereiche (z. B. die Prozessbereiche 114 und 118 der 1). Ein Prozessbereich umfasst eine Vielzahl von Feldgeräten, die Arbeitsgänge durchführen (z. B. Steuern von Ventilen, Steuern von Motoren, Steuern von Boilern, Überwachen, Messen von Parametern usw.), die mit der Durchführung eines bestimmten Prozesses (z. B. eines chemischen Prozesses, eines Erdölprozesses, eines pharmazeutischen Prozesses, eines Zellstoff- und Papierprozesses usw.) assoziiert werden. Einige Prozessbereiche sind aufgrund von rauen Umgebungsbedingungen (z. B. relativ hohe Temperaturen, sich in der Luft befindende Giftstoffe, unsichere Strahlungspegel usw.) für Menschen nicht zugänglich. Der Steuerraum umfasst typischerweise einen oder mehrere Arbeitsplätze in einer Umgebung, die sicher von Menschen betreten werden kann. Die Arbeitsplätze umfassen Nutzeranwendungen, auf die Nutzer (z. B. Ingenieure, Betreiber usw.) zugreifen können, um Arbeitsgänge des Prozesssteuerungssystems zum Beispiel durch Ändern variabler Werte, Prozesssteuerungsfunktionen usw. zu steuern. Der Prozesssteuerungsbereich umfasst eine oder mehrere Steuerungen, die kommunikativ an den Arbeitsplatz/die Arbeitsplätze im Steuerraum gekoppelt sind. Die Steuerungen automatisieren die Steuerung der Feldgeräte im Prozessbereich, indem über den Arbeitsplatz ausgeführte Prozesssteuerungsstrategien durchgeführt werden. Eine beispielhafte Prozessstrategie umfasst das Messen eines Drucks unter Verwendung eines Drucksensorfeldgeräts und das automatische Senden eines Befehls an einen Ventilpositionierer zum Öffnen oder Schließen eines Flussventils basierend auf der Druckmessung. Der Abschlussbereich umfasst einen Rangierschrank, der den Steuerungen ermöglicht, mit den Feldgeräten im Prozessbereich zu kommunizieren. Insbesondere umfasst der Rangierschrank eine Vielzahl von Abschlussmodulen, die verwendet werden, um Signale von den Feldgeräten zu einer oder mehreren I/O-Karten, die kommunikativ an die Steuerungen gekoppelt sind, zu rangieren, organisieren oder leiten. Die I/O-Karten verwandeln von den Feldgeräten empfangene Informationen in ein Format, das mit den Steuerungen kompatibel ist und verwandeln Informationen von den Steuerungen in ein Format, das mit den Feldgeräten kompatibel ist.
Bekannte Techniken, die eingesetzt werden, um Feldgeräte in einem Prozesssteuerungssystem kommunikativ mit Steuerungen zu koppeln, umfassen die Verwendung eines separaten Busses (z. B. eines Drahtes, eines Kabels oder eines Schaltkreises) zwischen jedem Feldgerät und einer jeweiligen I/O-Karte, der kommunikativ an eine Steuerung (z. B. eine Prozesssteuerung, eine programmierbare logische Steuerung usw.) gekoppelt ist. Eine I/O-Karte ermöglicht die kommunikative Kopplung einer Steuerung an eine Vielzahl von Feldgeräten, die mit verschiedenen Datentypen oder Signaltypen (z. B. Datentyp analog in (AI), Datentyp analog out (AO), Datentyp discrete in (DI), Datentyp discrete out (DO), Datentyp digital in und Datentyp digital out) und verschiedenen Feldgerätkommunikationsprotokollen assoziiert werden, indem zwischen der Steuerung und den Feldgeräten kommunizierte Informationen umgewandelt oder konvertiert werden. Zum Beispiel kann eine I/O-Karte mit einer oder mehreren Feldgerätschnittstellen bereitgestellt werden, die so konfiguriert sind, dass sie unter Verwendung des mit dem Feldgerät assoziierten Feldgerätkommunikationsprotokolls Informationen mit einem Feldgerät austauschen. Verschiedene Feldgerätschnittstellen kommunizieren über verschiedene Kanaltypen (z. B. Kanaltyp analog in (AI), Kanaltyp analog out (AO), Kanaltyp discrete in (DI), Kanaltyp discrete out (DO), Kanaltyp digital in und Kanaltyp digital out). Außerdem kann die I/O-Karte vom Feldgerät empfangene Informationen (z. B. Spannungspegel) in Informationen (z. B. Druckmesswerte) umwandeln, die die Steuerung verwenden kann, um Arbeitsgänge durchzuführen, die mit der Steuerung des Feldgeräts assoziiert werden. Die bekannten Techniken erfordern ein Bündel an Drähten oder Bussen (z. B. ein mehradriges Kabel), um eine Vielzahl von Feldgeräten kommunikativ an I/O-Karten zu koppeln.
Anders als diese bekannten Techniken, die einen separaten Bus verwenden, um jedes Feldgerät kommunikativ an I/O-Karten zu koppeln, koppeln einige bekannte Vorrichtungen und Verfahren Feldgeräte kommunikativ an I/O-Karten, indem sie eine Vielzahl von Feldgeräten an einem Abschlussfeld (z. B. einem Rangierschrank) abschließen und einen kommunikativ zwischen dem Abschlussfeld und der I/O-Karte gekoppelten Bus (z. B. ein leitendes Kommunikationsmedium, ein optisches Kommunikationsmedium, ein drahtloses Kommunikationsmedium) verwenden, um die Feldgeräte kommunikativ an die I/O-Karte zu koppeln. Solche Vorrichtungen und Verfahren werden im US-Patent Nr. 8,332,567 , eingereicht am 19. September 2006; US-Patent Nr. 8,762,618 , eingereicht am 10. Dezember 2012; und dem US-Patent mit der Serienanmeldenummer 14/170,072, eingereicht am 31. Januar 2014 offenbart; wobei alle davon hiermit vollständig durch Querverweis einbezogen werden. Kurz gesagt umfassen solche Techniken die Verwendung eines beispielhaften universalen I/O-Busses (z. B. eines gemeinsamen oder geteilten Kommunikationsbusses), der eine Vielzahl von Abschlussmodulen kommunikativ an eine oder mehrere I/O-Karten koppelt, die kommunikativ an eine Steuerung gekoppelt sind. Jedes Abschlussmodul ist unter Verwendung eines jeweiligen Feldgerätbusses (z. B. eines analogen Busses oder eines digitalen Busses) kommunikativ an ein oder mehrere jeweilige Feldgeräte gekoppelt. Die Abschlussmodule sind so konfiguriert, dass sie über die Feldgerätebusse von den Feldgeräten Feldgerätinformationen empfangen und die Feldgerätinformationen über den universalen I/O-Bus den I/O-Karten kommunizieren, indem sie zum Beispiel die Feldgerätinformationen verpacken und die verpackten Informationen über den universalen I/O-Bus den I/O-Karten kommunizieren. Die I/O-Karte(n) kann die über den universalen I/O-Bus empfangenen Feldgerätinformationen extrahieren und die Feldgeräteinformationen der Steuerung mitteilen, die dann die gesamten Informationen oder einen Teil davon zur anschließenden Analyse einem oder mehreren Arbeitsplatzterminals kommuniziert. Gleichermaßen können die I/O-Karten die Feldgerätinformationen von Arbeitsplatzterminals verpacken und die verpackten Feldgerätinformationen über den universalen I/O-Bus der Vielzahl von Abschlussmodulen kommunizieren. Jedes der Abschlussmodule kann dann entsprechende Feldgerätinformationen der von einer jeweiligen I/O-Karte erhaltenen verpackten Kommunikation extrahieren oder entpacken und die Feldgerätinformationen einem jeweiligen Feldgerät kommunizieren.
Einige Feldgeräte erfordern für den Betrieb mehrere I/O-Kanäle. Zum Beispiel werden viele Ein-/Aus-Ventile mit einem Schaltkasten ausgeführt, der Positionssensoren enthält, um einen EIN-Status (offen) und einen AUS-Status (geschlossen) des Ventils zu erkennen, was einer Steuerung als Rückmeldesignale auf zwei separaten diskreten Eingangskanälen übertragen werden kann. Außerdem kann zur Kontrolle oder zum Antrieb eines Ein-/Aus-Ventils, damit es zwischen seinem offenen Status und seinem geschlossenen Status wechselt, auf einem separaten diskreten Ausgangskanal ein Steuerungssignal von einer Steuerung an ein Ventil gesendet werden. Daher kann ein Ein-/Aus-Ventil drei I/O-Kanäle (zwei diskrete Eingänge und einen diskreten Ausgang) verwenden. Wenn ein solches Ein-/Aus-Ventil in einem Steuerungssystem ausgeführt wird, das einen separaten Bus verwendet, um jedes Feldgerät kommunikativ an I/O-Karten zu koppeln, würde das Ein-/Aus-Ventil drei separate Kabel (z. B. mit einem Drahtpaar) benötigen, die zu separaten Abschlusspunkten auf den I/O-Karten verlaufen. Weiter können die Kabel in einigen Situationen mit verschiedenen I/O-Karten verbunden werden, die an mehr als eine Steuerung gekoppelt sind (z. B. erste I/O-Karten in eine erste Steuerung für die diskreten Eingänge und zweite I/O-Karten in eine zweite Steuerung für den diskreten Ausgang).
Während Steuerungssysteme, die einen universalen I/O-Bus ausführen, das Erfordernis mehrerer Steuerungen und mehrerer unabhängiger Kabel, die zurück zu den entsprechenden I/O-Karten verlaufen, überflüssig machen, wäre die Ausführung eines Ein-/Aus-Ventils in solchen Systemen unter Einsatz bekannter Techniken unter Verwendung von drei separaten Abschlussmodulen, die jeweils einem der diskreten I/O-Signale entsprechen, die mit dem Ein-/Aus-Ventil assoziiert werden, erreicht. Als solche ist die Anzahl an Ein-/Aus-Ventilen, die von einem einzelnen Abschlussfeld (z. B. einem einzelnen Rangierschrank) bedient werden kann, deutlich reduziert, da die Menge an Platz oder Fußabdruck im Abschlussfeld, die für ein einzelnes Gerät (z. B. ein einzelnes Ein-/Aus-Ventil) gedacht ist, der Größe der drei Abschlussmodule anstatt nur einem entspricht. Wenn zum Beispiel ein Rangierschrank auf 96 Abschlussmodule begrenzt ist, könnten nur 32 Ein-/Aus-Ventile kommunikativ gekoppelt werden, da jedes Ventil drei Abschlussmodule nutzt. Die Steuerung von mehr als 32 Ein-/Aus-Ventilen beinhaltet daher einen zusätzlichen Aufwand des Aufstellens eines anderen Rangierschranks mit zusätzlichen Abschlussmodulen. Bei einigen Beispielen ist kein Platz für einen weiteren Rangierschrank verfügbar. Zum Beispiel beinhalten viele Verarbeitungsanlagen eine Reihe von Ein-/Aus-Ventilen, haben aber einen eingeschränkten, zuvor festgelegten Platz für ein Feldgehäuse oder einen Rangierschrank, sodass ein weiterer Rangierschrank keine Option ist. Bei einigen solchen Beispielen kann bei Verwendung von drei Abschlussmodulen für jedes Ein-/Aus-Ventil der gesamte verfügbare Platz verbraucht sein, bevor jedes Feldgerät auf der Anlage für Steuerungszwecke kommunikativ gekoppelt werden kann.
Die in diesem Dokument offenbarten Beispiele überwinden die oben genannten Einschränkungen der im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und Verfahren. Insbesondere wird ein beispielhafter Mehrkanal-Transceiver offenbart, der jeden der zwei diskreten Eingänge eines Ein-/Aus-Ventils und den diskreten Ausgang des Ein-/Aus-Ventils kommunikativ an ein einzelnes Abschlussmodul koppelt, das so konfiguriert ist, dass es das Ventil (über den diskreten Ausgang) antreibt und Rückmeldungen vom Ventil (über die diskreten Eingänge) verarbeitet. Bei einigen offenbarten Beispielen wird der Transceiver am Ein-/Aus-Ventil montiert und/oder nachgerüstet und umfasst Drähte, um die Eingangs- und Ausgangsschnittstellen des Ein-/Aus-Ventils zu verbinden. Als Ergebnis durchlaufen Signale, die an das Ein-/Aus-Ventil übertragen und/oder von diesem empfangen werden sollen, den beispielhaften Receiver, sodass nur ein einzelnes Kabel zwischen dem Ein-/Aus-Ventil (über den Transceiver) und ein einzelnes Abschlussmodul verlaufen muss.
Jetzt Bezug nehmend auf 1 wird ein beispielhaftes Prozesssteuerungssystem 100 gezeigt, das gemäß den Lehren des US-Patents Nr. 8,332,567 ausgeführt ist. Das beispielhafte Prozesssteuerungssystem 100 umfasst einen Arbeitsplatz 102, der über einen Bus oder ein lokales Netzwerk (LAN) 106, das allgemein als Anwendungssteuerungsnetzwerk (ACN) bezeichnet wird, kommunikativ an eine Steuerung 104 gekoppelt ist. Das LAN 106 kann unter Verwendung jedes gewünschten Kommunikationsmediums und -protokolls ausgeführt werden. Zum Beispiel kann das LAN 106 auf einem festverdrahteten oder drahtlosen Ethernet-Kommunikationsprotokoll basieren. Jedoch könnte jedes andere geeignete verdrahtete oder drahtlose Kommunikationsmedium und -protokoll verwendet werden. Der Arbeitsplatz 102 kann so konfiguriert werden, dass er Arbeitsgänge durchführt, die mit einer oder mehreren Informationstechnologieanwendungen, nutzerinteraktiven Anwendungen und/oder Kommunikationsanwendungen assoziiert werden. Zum Beispiel kann der Arbeitsplatz 102 so konfiguriert sein, dass er Arbeitsgänge durchführt, die mit Anwendungen in Bezug auf die Prozesssteuerung und Kommunikationsanwendungen, die es dem Arbeitsplatz 102 und der Steuerung 104 unter Verwendung jedes gewünschten Kommunikationsmediums (z. B. drahtlos, festverdrahtet usw.) und Protokolls (z. B. HTTP, SOAP usw.) ermöglichen, mit anderen Geräten oder Systemen zu kommunizieren, assoziiert werden. Die Steuerung 104 kann so konfiguriert werden, dass sie eine oder mehrere Prozesssteuerungsroutinen oder -funktionen durchführt, die von einem Systemingenieur oder anderem Systembetreiber unter Anwendung zum Beispiel des Arbeitsplatzes 102 oder eines anderen Arbeitsplatzes erzeugt wurden, und die auf die Steuerung 104 heruntergeladen und in dieser instanziiert wurden. Im dargestellten Beispiel befindet sich der Arbeitsplatz 102 in einem Steuerraum 108 und die Steuerung 104 befindet sich in einem Prozesssteuerungsbereich 110 separat vom Steuerraum 108.
Im dargestellten Beispiel umfasst das beispielhafte Prozesssteuerungssystem 100 Feldgeräte 112a–c in einem ersten Prozessbereich 114 und Feldgeräte 116a–c in einem zweiten Prozesssteuerungsbereich 118. Um Informationen zwischen der Steuerung 104 und den Feldgeräten 112a–c und 116a–c zu kommunizieren, wird das beispielhafte Prozesssteuerungssystem 100 mit Feldanschlussdosen (FJBs) 120a–b und einem Rangierschrank 122 bereitgestellt. Jede der Feldanschlussdosen 120a–b leitet Signale von jeweiligen Feldgeräten 112a–c und 116a–c an den Rangierschrank 122. Der Rangierschrank 122 wiederum rangiert (z. B. organisiert, gruppiert usw.) von den Feldgeräten 112a–c und 116a–c empfangene Informationen und leitet die Feldgerätinformationen an jeweilige I/O-Karten (z. B. I/O-Karten 132a–b und 134a–b) der Steuerung 104. Im dargestellten Beispiel ist die Kommunikation zwischen der Steuerung 104 und den Feldgeräten 112a–c und 116a–c bidirektional, sodass der Rangierschrank 122 auch verwendet wird, um von den I/O-Karten der Steuerung empfangene Informationen über die Feldanschlussdosen 120a–b an jeweilige Feldgeräte 112a–c und 116a–c zu leiten.
Im dargestellten Beispiel sind über elektrisch leitfähige, drahtlose, und/oder optische Kommunikationsmedien die Feldgeräte 112a–c kommunikativ an die Feldanschlussdose 120a gekoppelt und die Feldgeräte 116a–c kommunikativ an die Feldanschlussdose 120b gekoppelt. Zum Beispiel können die Feldanschlussdosen 120a–b mit einem oder mehreren elektrischen, drahtlosen, und/oder optischen Daten-Transceivern bereitgestellt werden, um mit elektrischen, drahtlosen und/oder optischen Transceivern der Feldgeräte 112a–c und 116a–c zu kommunizieren. Im dargestellten Beispiel ist die Feldanschlussdose 120b drahtlos kommunikativ an das Feldgerät 116c gekoppelt. In einer alternativen beispielhaften Ausführungsform kann der Rangierschrank 122 weggelassen werden und Signale von den Feldgeräten 112a–c und 116a–c können von den Feldanschlussdosen 120a–b direkt an die I/O-Karten der Steuerung 104 geleitet werden. In noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform können die Feldanschlussdosen 120a–b weggelassen werden und die Feldgeräte 112a–c und 116a–c können direkt mit dem Rangierschrank 122 verbunden werden (z. B. wie in der nachfolgenden 2 gezeigt).
Die Feldgeräte 112a–c und 116a–c können mit einem Feldbus konforme Ventile, Antriebe, Sensoren usw. sein, wobei in diesem Fall die Feldgeräte 112a–c und 116a–c über einen digitalen Datenbus unter Anwendung des bekannten Feldbuskommunikationsprotokolls FOUNDATION (z. B. FF-H1) kommunizieren. Natürlich könnten stattdessen andere Arten an Feldgeräten und Kommunikationsprotokollen verwendet werden. Zum Beispiel könnten die Feldgeräte 112a–c und 116a–c stattdessen Profibus (z. B. Profibus PA), HART oder AS-i konforme Geräte sein, die unter Verwendung der bekannten Profibus- und HART-Kommunikationsprotokolle über den Datenbus kommunizieren. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen können die Feldgeräte 112a–c und 116a–c Informationen unter Anwendung analoger Kommunikation oder diskreter Kommunikation anstelle von digitaler Kommunikation kommunizieren. Außerdem können die Kommunikationsprotokolle verwendet werden, um mit verschiedenen Datentypen assoziierte Informationen zu kommunizieren.
Jedes der Feldgeräte 112a–c und 116a–c ist so konfiguriert, dass es Informationen zum Identifizieren von Feldgeräten speichert. Die Informationen zum Identifizieren von Feldgeräten können ein physischer Gerätekennungswert (PDT), ein Gerätekennungsname, eine elektronische Seriennummer usw. sein, der/die jedes der Feldgeräte 112a–c und 116a–c einzigartig identifiziert. Im dargestellten Beispiel der 1 speichern die Feldgeräte 112a–c Informationen zum Identifizieren von Feldgeräten in Form von physischen Gerätekennungswerten PDT0–PDT2 und die Feldgeräte 116a–c speichern Informationen zum Identifizieren von Feldgeräten in Form von physischen Gerätekennungswerten PDT3–PDT5. Die Informationen zum Identifizieren von Feldgeräten können von einem Hersteller von Feldgeräten und/oder von einem an der Installation der Feldgeräte 112a–c und 116a–c beteiligten Betreiber oder Ingenieur in den Feldgeräten 112a–c und 116a–c gespeichert oder programmiert werden.
Um mit den Feldgeräten 112a–c und 116a–c assoziierte Informationen an den Rangierschrank 122 weiterzuleiten, wird der Rangierschrank 122 mit einer Vielzahl von Abschlussmodulen 124a–c und 126a–c bereitgestellt. Die Abschlussmodule 124a–c sind so konfiguriert, dass sie mit den Feldgeräten 112a–c assoziierte Informationen in den ersten Prozessbereich 114 rangieren und die Abschlussmodule 126a–c sind so konfiguriert, dass sie mit den Feldgeräten 116a–c assoziierte Informationen in den zweiten Prozessbereich 118 rangieren. Wie gezeigt sind die Abschlussmodule 124a–c und 126a–c über jeweilige Mehrleiterkabel 128a und 128b (z. B. ein Mehrbuskabel) kommunikativ an die Feldanschlussdosen 120a–b gekoppelt. Bei einer alternativen beispielhaften Ausführungsform, bei der der Rangierschrank 122 weggelassen wird, können die Abschlussmodule 124a–c und 126a–c in jeweiligen Feldanschlussdosen 120a–b installiert werden.
Das dargestellte Beispiel von 1 zeigt eine Punkt-an-Punkt-Konfiguration, bei der jeder Leiter oder jedes Leiterpaar (z. B. Bus, verdrilltes Doppelkommunikationsmedium, Zweidrahtkommunikationsmedium usw.) in den Mehrleiterkabeln 128a–b Informationen kommuniziert, die einzigartig mit einem jeweiligen einen der Feldgeräte 112a–c und 116a–c assoziiert werden. Zum Beispiel umfasst das Mehrleiterkabel 128a einen ersten Leiter 130a, einen zweiten Leiter 130b und einen dritten Leiter 130c. Speziell wird der erste Leiter 130a verwendet, um einen ersten Datenbus zu bilden, der so konfiguriert ist, dass er Informationen zwischen dem Abschlussmodul 124a und dem Feldgerät 112a kommuniziert, wird der zweite Leiter 130b verwendet, um einen zweiten Datenbus zu bilden, der so konfiguriert ist, dass er Informationen zwischen dem Abschlussmodul 124b und dem Feldgerät 112b kommuniziert, und wird der dritte Leiter 130c verwendet, um einen dritten Datenbus zu bilden, der so konfiguriert ist, dass er Informationen zwischen dem Abschlussmodul 124c und dem Feldgerät 112c kommuniziert. Bei einer alternativen beispielhaften Ausführungsform unter Anwendung einer Multi-Drop-Verdrahtungskonfiguration kann jedes der Abschlussmodule 124a–c und 126a–c kommunikativ an ein oder mehrere Feldgeräte gekoppelt werden. Zum Beispiel kann das Abschlussmodul 124a in einer Multi-Drop-Konfiguration über den ersten Leiter 130a kommunikativ an das Feldgerät 112a und an ein anderes Feldgerät (nicht gezeigt) gekoppelt werden. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen kann ein Abschlussmodul so konfiguriert werden, dass es unter Verwendung eines drahtlosen Maschennetzes drahtlos mit einer Vielzahl von Feldgeräten kommuniziert.
Jedes der Abschlussmodule 124a–c und 126a–c kann so konfiguriert werden, dass es unter Verwendung eines anderen Datentyps mit einem jeweiligen Feldgerät 112a–c und 116a–c kommuniziert. Zum Beispiel kann das Abschlussmodul 124a eine digitale Feldgerätschnittstelle zur Kommunikation mit dem Feldgerät 112a unter Verwendung digitaler Daten umfassen, während das Abschlussmodul 124b eine analoge Feldgerätschnittstelle zur Kommunikation mit dem Feldgerät 112b unter Verwendung analoger Daten umfassen kann.
Um die I/O-Kommunikation zwischen der Steuerung 104 (und/oder dem Arbeitsplatz 102) und den Feldgeräten 112a–c und 116a–c zu steuern, wird die Steuerung 104 mit der Vielzahl von I/O-Karten 132a–b und 134a–b bereitgestellt. Im dargestellten Beispiel sind die I/O-Karten 132a–b so konfiguriert, dass sie die I/O-Kommunikation zwischen der Steuerung 104 (und/oder dem Arbeitsplatz 102) und den Feldgeräten 112a–c im ersten Prozessbereich 114 steuern, und die I/O-Karten 134a–b sind so konfiguriert, dass sie die I/O-Kommunikation zwischen der Steuerung 104 (und/oder dem Arbeitsplatz 102) und den Feldgeräten 116a–c im zweiten Prozessbereich 118 steuern.
Im dargestellten Beispiel von 1 befinden sich die I/O-Karten 132a–b und 134a–b in der Steuerung 104. Um Informationen von den Feldgeräten 112a–c und 116a–c an den Arbeitsplatz 102 zu kommunizieren, kommunizieren die I/O-Karten 132a–b und 134a–b die Informationen an die Steuerung 104 und die Steuerung 104 kommuniziert die Informationen an den Arbeitsplatz 102. Um Informationen vom Arbeitsplatz 102 an die Feldgeräte 112a–c und 116a–c zu kommunizieren, kommuniziert gleichermaßen der Arbeitsplatz 102 die Informationen an die Steuerung 104, die Steuerung 104 kommuniziert die Informationen dann an die I/O-Karten 132a–b, und die I/O-Karten 132a–b und 134a–b kommunizieren die Informationen an die Feldgeräte 112a–c und 116a–c über die Abschlussmodule 124a–c und 126a–c. Bei einer alternativen beispielhaften Ausführungsform können die I/O-Karten 132a–b und 134a–b kommunikativ an das LAN 106 im Inneren der Steuerung 104 gekoppelt sein, sodass die I/O-Karten 132a–b und 134a–b direkt mit dem Arbeitsplatz 102 und/oder der Steuerung 104 kommunizieren können.
Um einen fehlertoleranten Betrieb für den Fall, dass eine der I/O-Karten 132a und 134a ausfällt, bereitzustellen, sind die I/O-Karten 132b und 134b als redundante I/O-Karten konfiguriert. Das bedeutet, dass, wenn die I/O-Karte 132a ausfällt, die redundante I/O-Karte 132b die Steuerung übernimmt und die gleichen Vorgänge durchführt, die ansonsten die I/O-Karte 132a durchführen würde. Gleichermaßen übernimmt die redundante I/O-Karte 134b die Steuerung, wenn die I/O-Karte 134a ausfällt.
Um die Kommunikation zwischen den Abschlussmodulen 124a–c und den I/O-Karten 132a–b und zwischen den Abschlussmodulen 126a–c und den I/O-Karten 134a–b zu ermöglichen, sind die Abschlussmodule 124a–c über einen ersten universalen I/O-Bus 136a kommunikativ an die I/O-Karten 132a–b gekoppelt und sind die Abschlussmodule 126a–c über einen zweiten universalen I/O-Bus 136b kommunikativ an die I/O-Karten 134a–b gekoppelt. Anders als die Mehrleiterkabel 128a und 128b, die separate Leiter oder Kommunikationsmedien für jedes der Feldgeräte 112a–c und 116a–c verwenden, ist jeder der universalen I/O-Busse 136a–b so konfiguriert, dass er Informationen, die einer Vielzahl von Feldgeräten (z. B. den Feldgeräten 112a–c und 116a–c) entsprechen, unter Verwendung desselben Kommunikationsmediums kommuniziert. Zum Beispiel kann das Kommunikationsmedium ein serieller Bus, ein Zweidrahtkommunikationsmedium (z. B. verdrilltes Paar), eine optische Faser, ein paralleler Bus usw. sein, über den/das/die mit zwei oder mehr Feldgeräten assoziierte Informationen zum Beispiel unter Verwendung von paketbasierten Kommunikationstechniken, gemultiplexten Kommunikationstechniken usw. kommuniziert werden können.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden die universalen I/O-Busse 136a–b unter Anwendung des seriellen Kommunikationsstandards RS-485 ausgeführt. Der serielle Kommunikationsstandard RS-485 kann so konfiguriert werden, dass er weniger Kommunikationssteuerungsaufwand (z. B. weniger Kopfinformationen) verbraucht als andere bekannte Kommunikationsstandards (z. B. Ethernet). Bei anderen beispielhaften Ausführungsformen können die universalen I/O-Busse 136a–b jedoch unter Verwendung jedes anderen geeigneten Kommunikationsstandards, darunter Ethernet, universaler serieller Bus (USB), IEEE 1394 usw. ausgeführt werden. Außerdem können, obwohl die universalen I/O-Busse 136a–b vorstehend als verdrahtete Kommunikationsmedien beschrieben werden, in einer anderen beispielhaften Ausführungsform einer oder beide der universalen I/O-Busse 136a–b unter Verwendung eines drahtlosen Kommunikationsmediums (z. B. drahtloses Ethernet, IEEE-802.11, Wi-Fi^®, Bluetooth^® usw.) ausgeführt werden.
Die universalen I/O-Busse 136a und 136b werden verwendet, um Informationen im Wesentlichen auf die gleiche Weise zu kommunizieren. Im dargestellten Beispiel ist der I/O-Bus 136a so konfiguriert, dass er Informationen zwischen den I/O-Karten 132a–b und den Abschlussmodulen 124a–c kommuniziert. Die I/O-Karten 132a–b und die Abschlussmodule 124a–c verwenden ein Adressierungsschema, um es den I/O-Karten 132a–b zu ermöglichen, zu identifizieren, welche Informationen welchen der Abschlussmodule 124a–c entsprechen und jedem der Abschlussmodule 124a–c zu ermöglichen, zu bestimmen, welche Informationen welchen der Feldgeräte 112a–c entsprechen. Wenn ein Abschlussmodul (z. B. eines der Abschlussmodule 124a–c und 126a–c) mit einer der I/O-Karten 132a–b und 134a–b verbunden ist, erhält diese I/O-Karte automatisch eine Adresse des Abschlussmoduls (zum Beispiel vom Abschlussmodul), um Informationen mit dem Abschlussmodul auszutauschen. Auf diese Weise können die Abschlussmodule 124a–c und 126a–c überall kommunikativ an die jeweiligen Busse 136a–b gekoppelt werden, ohne dass den I/O-Karten 132a–b und 134a–b manuell Abschlussmoduladressen geliefert werden müssen und ohne dass jedes der Abschlussmodule 124a–c und 126a–c individuell mit den I/O-Karten 132a–b und 134a–b verdrahtet werden muss.
Durch Verwendung der universalen I/O-Busse 136a–b wird die Anzahl an Kommunikationsmedien (z. B. Drähte), die benötigt wird, um Informationen zwischen dem Rangierschrank 122 und der Steuerung 104 zu kommunizieren, im Vergleich zu bekannten Konfigurationen, die für die Kommunikation mit einer Steuerung ein separates Kommunikationsmedium für jedes Abschlussmodul erfordern, wesentlich reduziert. Durch die Reduzierung der Anzahl an Kommunikationsmedien (z. B. Reduzieren der Anzahl an Kommunikationsbussen oder Kommunikationsdrähten), die erforderlich sind, um den Rangierschrank 122 kommunikativ an die Steuerung 104 zu koppeln, reduzieren sich die Engineering-Kosten, die erforderlich sind, um Zeichnungen für die Installation der Verbindungen zwischen der Steuerung 104 und den Feldgeräten 112a–c und 116a–c zu entwickeln und erstellen. Außerdem reduzieren sich durch die Reduzierung der Anzahl an Kommunikationsmedien wiederum die Installationskosten und Wartungskosten. Zum Beispiel ersetzt einer der I/O-Busse 136a–b eine Vielzahl von Kommunikationsmedien, die in bekannten Systemen verwendet werden, um Feldgeräte kommunikativ an eine Steuerung zu koppeln. Anstelle des Aufrechterhaltens einer Vielzahl von Kommunikationsmedien, um die Feldgeräte 112a–c und 116a–c kommunikativ an die I/O-Karten 132a–b und 134a–b zu koppeln, erfordert das dargestellte Beispiel der 1 daher wesentlich weniger Wartung, indem die I/O-Busse 136a–b verwendet werden.
Außerdem führt die Reduzierung der Anzahl an Kommunikationsmedien, die erforderlich sind, um den Rangierschrank 122 kommunikativ mit den I/O-Karten 132a–b und 134a–b zu koppeln, zu mehr verfügbarem Platz für mehr Abschlussmodule (z. B. die Abschlussmodule 124a–c und 126a–c), wodurch sich die I/O-Dichte des Rangierschranks 122 im Vergleich zu bekannten Systemen erhöht. Im dargestellten Beispiel von 1 kann der Rangierschrank 122 eine Reihe von Abschlussmodulen halten, die andernfalls mehr Rangierschränke (z. B. drei Rangierschränke) in einer bekannten Systemausführungsform erfordern würden.
Durch Bereitstellen der Abschlussmodule 124a–c und der Abschlussmodule 126a–c, die so konfiguriert werden können, dass sie verschiedene Datentypschnittstellen verwenden (z. B. verschiedene Kanaltypen), um mit den Feldgeräten 112a–c und 116a–c zu kommunizieren und die so konfiguriert sind, dass sie jeweilige gemeinsame I/O-Busse 136a und 136b verwenden, um mit den I/O-Karten 132a–b und 134a–b zu kommunizieren, ermöglicht das dargestellte Beispiel der 1, dass Daten, die mit verschiedenen Feldgerätdatentypen assoziiert werden (z. B. den Datentypen oder Kanaltypen, die von den Feldgeräten 112a–c und 116a–c verwendet werden), an die I/O-Karten 132a–b und 134a–b geleitet werden, ohne dass eine Vielzahl von verschiedenen Feldgerätschnittstellentypen auf den I/O-Karten 132a–b und 134a–b ausgeführt werden muss. Daher kann eine I/O-Karte mit einem Schnittstellentyp (z. B. ein I/O-Bus-Schnittstellentyp zum Kommunizieren über den I/O-Bus 136a und/oder den I/O-Bus 136b) mit einer Vielzahl von Feldgeräten mit verschiedenen Feldgerätschnittstellentypen kommunizieren.
Die Verwendung des I/O-Busses 136a und/oder des I/O-Busses 136b zum Austausch von Informationen zwischen der Steuerung 104 und den Abschlussmodulen 124a–c und 126a–c ermöglicht das Definieren einer Feldgerät-an-I/O-Karten-Verbindungsleitung spät in einem Entwurfs- oder Installationsprozess. Zum Beispiel können die Abschlussmodule 124a–c und 126a–c an verschiedenen Stellen im Rangierschrank 122 platziert werden, während der Zugang zu einem jeweiligen einen der I/O-Busse 136a und 136b aufrechterhalten bleibt.
Im dargestellten Beispiel vereinfachen der Rangierschrank 122, die Abschlussmodule 124a–c und 126a–c, die I/O-Karten 132a–b und 134a–b und die Steuerung 104 das Migrieren von vorhandenen Prozesssteuerungssysteminstallationen an eine Konfiguration, die der Konfiguration des beispielhaften Prozesssteuerungssystems 100 der 1 im Wesentlichen ähnlich ist. Weil zum Beispiel die Abschlussmodule 124a–c und 126a–c so konfiguriert werden können, dass sie jeden geeigneten Feldgerätschnittstellentyp einschließen, können die Abschlussmodule 124a–c und 126a–c so konfiguriert werden, dass sie kommunikativ an vorhandene Feldgeräte gekoppelt werden, die bereits in einem Prozesssteuerungssystem installiert sind. Ähnlich kann die Steuerung 104 so konfiguriert werden, dass sie eine bekannte LAN-Schnittstelle umfasst, die über ein LAN mit einem bereits installierten Arbeitsplatz kommuniziert. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen können die I/O-Karten 132a–b und 134a–b in bekannten Steuerungen installiert oder kommunikativ an diese gekoppelt werden, sodass Steuerungen, die bereits in einem Prozesssteuerungssystem installiert sind, nicht ausgetauscht werden müssen.
Im dargestellten Beispiel umfasst die I/O-Karte 132a eine Datenstruktur 133 und umfasst die I/O-Karte 134a eine Datenstruktur 135. Die Datenstruktur 133 speichert die Nummern zum Identifizieren der Feldgeräte (z. B. Informationen zum Identifizieren von Feldgeräten), die Feldgeräten entsprechen (z. B. den Feldgeräten 112a–c), die zugewiesen sind, um über den universalen I/O-Bus 136a mit der I/O-Karte 132a zu kommunizieren. Die Abschlussmodule 124a–c können die in der Datenstruktur 133 gespeicherten Nummern zum Identifizieren der Feldgeräte verwenden, um zu bestimmen, ob ein Feldgerät fehlerhaft mit einem der Abschlussmodule 124a–c verbunden ist. Die Datenstruktur 135 speichert die Nummern zum Identifizieren der Feldgeräte (z. B. die Informationen zum Identifizieren der Feldgeräte), die Feldgeräten entsprechen (z. B. den Feldgeräten 116a–c), die zugewiesen sind, um über den universalen I/O-Bus 136b mit der I/O-Karte 134a zu kommunizieren. Die Datenstrukturen 133 und 135 können während einer Konfigurationszeit oder während des Betriebs des beispielhaften Prozesssteuerungssystems 100 von Ingenieuren, Betreibern und/oder Nutzern über den Arbeitsplatz 102 ausgefüllt werden. Obwohl nicht gezeigt, speichert die redundante I/O-Karte 132b eine Datenstruktur, die mit der Datenstruktur 133 identisch ist und speichert die redundante I/O-Karte 134b eine Datenstruktur, die mit der Datenstruktur 135 identisch ist. Zusätzlich oder alternativ können die Datenstrukturen 133 und 135 im Arbeitsplatz 102 gespeichert werden.
Im dargestellten Beispiel wird der Rangierschrank 122 in einem Abschlussbereich 140 separat vom Prozesssteuerungsbereich 110 platziert gezeigt. Durch Verwendung der I/O-Busse 136a–b anstelle von wesentlich mehr Kommunikationsmedien (z. B. einer Vielzahl von Kommunikationsbussen, jeder einzigartig mit einem der Feldgeräte 112a–c und 116a–c assoziiert, oder einer begrenzten Gruppe davon entlang eines Multi-Drop-Segments), um die Abschlussmodule 124a–c und 126a–c kommunikativ an die Steuerung 104 zu koppeln, wird das Platzieren der Steuerung 104 relativ weiter vom Rangierschrank 122 entfernt als bei bekannten Konfigurationen erleichtert, ohne die Verlässlichkeit der Kommunikation wesentlich zu verringern. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen können der Prozesssteuerungsbereich 110 und der Abschlussbereich 140 kombiniert werden, sodass sich der Rangierschrank 122 und die Steuerung 104 im selben Bereich befinden. In jedem Fall ermöglicht das Platzieren des Rangierschranks 122 und der Steuerung 104 in Bereichen separat von den Prozessbereichen 114 und 118 das Isolieren der I/O-Karten 132a–b, der Abschlussmodule 124a–c und 126a–c und der universalen I/O-Busse 136a–b von rauen Umgebungsbedingungen (z. B. Hitze, Feuchtigkeit, elektromagnetische Störungen usw.), die mit den Prozessbereichen 114 und 118 assoziiert werden können. Auf diese Weise können die Kosten und Komplexität in Bezug auf das Entwerfen und Herstellen der Abschlussmodule 124a–c und 126a–c und der I/O-Karten 132a–b und 134a–b in Bezug auf die Kosten für die Herstellung von Kommunikations- und Steuerungsschaltkreisen für die Feldgeräte 112a–c und 116a–c wesentlich reduziert werden, da die Abschlussmodule 124a–c und 126a–c und die I/O-Karten 132a–b und 134a–b keine Bedienungsspezifikationseigenschaften benötigen (z. B. Abschirmen, stabilerer Schaltkreis, komplexere Fehlerprüfung usw.), die erforderlich sind, um einen zuverlässigen Betrieb zu garantieren (z. B. zuverlässige Datenkommunikation), die ansonsten für den Betrieb in den Umgebungsbedingungen der Prozessbereiche 114 und 118 notwendig wären.
Weitere Details und alternative beispielhafte Ausführungsformen, die verwendet werden können, um Arbeitsplätze, Steuerungen und I/O-Karten kommunikativ zu koppeln, sowie weitere Details und alternative beispielhafte Ausführungsformen des/der beispielhaften Rangierschranks 122 und Abschlussmodule 124a–c und 126a–c sind im oben einbezogenen US-Patent mit der Serienanmeldenummer 8,332,567 offenbart.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein beispielhaftes Prozesssteuerungssystem 200 einschließlich eines beispielhaften Ein-/Aus-Ventils 202, ausgeführt gemäß den in diesem Dokument offenbarten Lehren, darstellt. Zum Zwecke der Erläuterung wird das beispielhafte Prozesssteuerungssystem 200 der 2 unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen für gleiche Teile, die in Verbindung mit dem beispielhaften Prozesssteuerungssystem 100 der 1 beschrieben werden, beschrieben. Daher umfasst im dargestellten Beispiel von 2 das Prozesssteuerungssystem 200 den Arbeitsplatz 102, der über das LAN 106 kommunikativ an die Steuerung 104 gekoppelt ist. Außerdem umfasst die beispielhafte Steuerung 104 die I/O-Karten 132a–b und 134a–b, die im beispielhaften Rangierschrank 122 über die entsprechenden universalen I/O-Busse 136a–b kommunikativ an die Abschlussmodule 124a–c und 126a–c gekoppelt sind.
Wie im dargestellten Beispiel von 2 gezeigt, umfasst das beispielhafte Prozesssteuerungssystem 200 das beispielhafte Ein-/Aus-Ventil 202, das gemäß den in diesem Dokument offenbarten Lehren ausgeführt ist und ein zweites Ein-/Aus-Ventil 204, das gemäß bekannten Techniken ausgeführt ist. Im dargestellten Beispiel ähnelt das zweite Ein-/Aus-Ventil 204 dem ersten beispielhaften Ein-/Aus-Ventil 202, mit der Ausnahme, dass das erste beispielhafte Ein-/Aus-Ventil 202 einen nachfolgend umfassender beschriebenen Mehrkanal-Transceiver 230 umfasst. Im dargestellten Beispiel umfassen das erste und zweite Ein-/Aus-Ventil 202, 204 ein Hauptventil 206, ein Pilotventil 208, durch das eine pneumatische Druckversorgung mit dem Hauptventil 206 verbunden ist, und ein Magnetventil 210 zum Antreiben des Pilotventils 208. Außerdem umfassen die beispielhaften Ein-/Aus-Ventile 202, 204 eine(n) über eine Halterung oder einen Rahmen 214 am Hauptventil 206 montierte(n) Rückmeldesignalbox oder Schaltkasten 212. Bei einigen Beispielen umfasst der Schaltkasten 212 Näherungssensoren, die die Rotation einer mit dem Hauptventil 206 assoziierten Welle 216 beobachten, um einen Betriebsstatus (z. B. offen oder geschlossen) des Hauptventils 206 zu erkennen. Zum Beispiel kann ein erster Näherungssensor ein EIN-Signal erzeugen, wenn der erste Sensor erkennt, dass das Ventil 206 offen ist und kann ein zweiter Näherungssensor ein AUS-Signal erzeugen, wenn der zweite Sensor erkennt, dass das Ventil 206 geschlossen ist. Wie im dargestellten Beispiel von 2 gezeigt, umfasst die beispielhafte Anordnung des ersten und zweiten Ein-/Aus-Ventils 202, 204 daher drei I/O-Kanäle mit zwei diskreten Eingängen (DIs) 218, die dem EIN-Signal (Hinweis auf einen offenen Ventilstatus) und dem AUS-Signal (Hinweis auf einen geschlossenen Ventilstatus) entsprechen und einen diskreten Ausgang (DO) 220, um dem Magneten 210 ein Steuerungssignal bereitzustellen, um das Hauptventil 206 entweder in den offenen oder geschlossenen Status zu bringen.
Bei bekannten Techniken, wie durch das zweite Ein-/Aus-Ventil 204 dargestellt, werden jeder der zwei DIs 218 und der eine DO 220 über separate Leiter 222a–c (z. B. separate Paare verdrillter Draht) zurück zu separaten Abschlussmodulen 126a–c kommuniziert. Bei solchen Ausführungsformen erfordert das Ein-/Aus-Ventil 204 drei Abschlussmodule 126a–c, wodurch sich der Fußabdruck oder Platz, der im Rangierschrank 122 benötigt wird, um mit solchen Ein-/Aus-Ventilen zu kommunizieren, wesentlich erhöht und/oder die Anzahl solcher Ein-/Aus-Ventile, die über einen einzelnen Rangierschrank 122 einer gegebenen Größe gesteuert werden können, wesentlich begrenzt wird.
Im Gegensatz zur bekannten Ausführungsform des Ein-/Aus-Ventils 204 wird das beispielhafte Ein-/Aus-Ventil 202 gemäß den in diesem Dokument offenbarten Lehren ausgeführt, um den Betrieb des Ein-/Aus-Ventils 202 über einen einzelnen Leiter 224 (z. B. ein einzelnes Paar verdrillter Drähte) zu ermöglichen. Auf diese Weise wird das Ein-/Aus-Ventil 202, wie im dargestellten Beispiel gezeigt, kommunikativ an nur ein Abschlussmodul 124a gekoppelt, sodass andere Feldgeräte 226, 228 an die anderen Abschlussmodule 124b–c gekoppelt werden können. Entsprechend reduzieren die in diesem Dokument offenbarten Lehren den Fußabdruck, der im Rangierschrank 122 für den Betrieb des ersten Ein-/Aus-Ventils 202 benötigt wird, auf ein Drittel des Platzes, der für den Betrieb des unter Verwendung bekannter Techniken ausgeführten zweiten Ein-/Aus-Ventils 204 verwendet wird. Anders ausgedrückt kann der gleiche Rangierschrank (z. B. gleiche Größe) im Vergleich zu bekannten Verfahren dreimal so viele Ein-/Aus-Ventile unterbringen, wenn er gemäß den in diesem Dokument offenbarten Lehren ausgeführt wird.
Wie oben angemerkt umfasst das beispielhafte Ein-/Aus-Ventil 202 den beispielhaften Mehrkanal-Transceiver 230, der über die Leitung 224 kommunikativ an jeden der drei mit dem Ein-/Aus-Ventil 202 assoziierten I/Os (z. B. den zwei DIs 218 und dem einen DO 220) gekoppelt ist und auch an das Abschlussmodul 124a gekoppelt ist. Daher ist der Transceiver 230 im dargestellten Beispiel so konfiguriert, dass er über das Abschlussmodul 124a Befehle oder Signale von der Steuerung 104 empfängt und diese Signale auf den mit dem Magneten 210 assoziierten DO 220 überträgt, um das Hauptventil 206 anzutreiben. Außerdem ist der Transceiver 230 des dargestellten Beispiels so konfiguriert, dass er basierend auf von den Näherungssensoren im Schaltkasten 212 erkannten Positionsinformationen, die auf den Status des Ventils hinweisen (z. B. offen oder geschlossen), Rückmeldesignale empfängt, die den zwei DIs 218 entsprechen. Im dargestellten Beispiel überträgt der Transceiver 230 die Rückmeldesignale (z. B. die DI-Signale) über das Abschlussmodul 124a als Antwort auf eine Anfrage der Steuerung 104 über dieselbe Leitung 224 zurück an die Steuerung 104.
Im dargestellten Beispiel ist der Transceiver 230 über die Halterung 214 am Ein-/Aus-Ventil 202 montiert. Bei einigen Beispielen ist der Transceiver 230 auf andere Weise physisch an das Ein-/Aus-Ventil 202 gekoppelt (z. B. auf einer anderen Komponente des Ein-/Aus-Ventils 202 montiert). Zum Beispiel kann der Transceiver 230 so strukturiert sein (z. B. mit einer gewundenen Schnittstelle), dass er an einer Kabeleinführung am Schaltkasten 212 befestigt wird. Bei anderen Beispielen kann der Transceiver 230 an einer neben dem Magnetventil 210 positionierten Magnetventiladapterplatte montiert werden. Auf diese Weise wird der Transceiver 230 einfach für vorhandene Ein-/Aus-Ventile nachgerüstet. Bei einigen Beispielen kann der Transceiver 230 in den Schaltkasten 212 integriert werden. Bei anderen Beispielen ist der Transceiver 230 in seinem eigenen Gehäuse enthalten. Bei einigen Beispielen wird der Transceiver 230 separat vom Ein-/Aus-Ventil 202 gehalten, anstatt den Transceiver 230 direkt am Ein-/Aus-Ventil 202 zu montieren oder physisch daran zu koppeln, aber ist in ausreichender Nähe, um kommunikativ an jeden der mit dem Ein-Aus-Ventil 202 assoziierten I/Os 218, 220 gekoppelt zu werden. Während im dargestellten Beispiel der 1 ein pneumatisches Ein-/Aus-Ventil gezeigt wird, das über den Magneten 210 angetrieben wird, kann der beispielhafte Transceiver 230 konfiguriert und entsprechend an verschiedene Typen von Ein-/Aus-Ventilen mit verschiedenen Typen von Antrieben gekoppelt werden. Zum Beispiel kann das Ein-/Aus-Ventil alternativ ein motorbetriebenes Ventil sein, das bei 120 Volt Wechselstromleistung läuft. Zusätzlich oder alternativ können das Abschlussmodul 124a und/oder der Transceiver 230 in einigen Beispielen so konfiguriert sein, dass sie Ein-/Aus-Ventile handhaben, die mit komplexeren Steuerungsfähigkeiten wie zum Beispiel Vorwärts-/Aus-/Revers-Anwendungen oder Links-/Halte-/Rechts-Anwendungen assoziiert werden.
3 ist ein detailliertes Blockdiagramm des beispielhaften Abschlussmoduls 124a der 1 und 2. Das beispielhafte Abschlussmodul 124a umfasst eine universale I/O-Bus-Schnittstelle 302, um dem beispielhaften Abschlussmodul 124a zu ermöglichen, mit den I/O-Karten 132a–b der 1 (oder mit anderen I/O-Karten) zu kommunizieren. Die I/O-Bus-Schnittstelle 302 kann zum Beispiel unter Anwendung des seriellen Kommunikationsstandards RS-485, der Manchester Bus Powered-(MBP)-Übertragungstechnologie, Ethernet usw. ausgeführt werden. Um eine Adresse des Abschlussmoduls 124a und/oder eine Adresse der I/O-Karte 132a zu identifizieren, wird das Abschlussmodul 124a mit einem Adressenidentifizierer 304 bereitgestellt. Der Adressenidentifizierer 304 kann so konfiguriert sein, dass er die I/O-Karte 132a (1) nach einer Abschlussmoduladresse (z. B. einer Netzwerkadresse) fragt, wenn das Abschlussmodul 124a am Rangierschrank 122 angeschlossen ist. Auf diese Weise kann das Abschlussmodul 124a die Abschlussmoduladresse als eine Quellenadresse verwenden, wenn es Informationen an die I/O-Karte 132a kommuniziert und die I/O-Karte 132a verwendet die Abschlussmoduladresse als Zieladresse, wenn sie Informationen an das Abschlussmodul 124a kommuniziert.
Zur Steuerung der verschiedenen Operationen des Abschlussmoduls 124a wird das Abschlussmodul 124a mit einer Operationssteuerung 306 bereitgestellt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Operationssteuerung unter Verwendung eines Mikroprozessors oder einer Mikrosteuerung ausgeführt werden. Die Operationssteuerung 306 kommuniziert Anweisungen oder Befehle an andere Abschnitte des beispielhaften Abschlussmoduls 124a, um die Operationen dieser Abschnitte zu steuern.
Das beispielhafte Abschlussmodul 124a wird mit einem I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308 bereitgestellt, um über den universalen I/O-Bus 136a Informationen mit der I/O-Karte 132a auszutauschen. Im dargestellten Beispiel verpackt der I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308 Informationen zur Übertragung auf die I/O-Karte 132a und entpackt die von der I/O-Karte 132a empfangenen Informationen. Im dargestellten Beispiel erzeugt der I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308 Kopfinformationen für jedes zu übertragende Paket und liest Kopfinformationen von empfangenen Paketen. Beispielhafte Kopfinformationen umfassen eine Zieladresse (z. B. die Netzwerkadresse der I/O-Karte 132a), eine Quellenadresse (z. B. die Netzwerkadresse des Abschlussmoduls 124a), einen Pakettyp oder Datentyp (z. B. analoge Feldgerätinformationen, Feldgerätinformationen, Befehlsinformationen, Temperaturinformationen, Echtzeitdatenwerte usw.) und Fehlerprüfinformationen (z. B. zyklische Redundanzprüfung (CRC)). Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen können der I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308 und die Operationssteuerung 306 unter Verwendung desselben Mikroprozessors oder derselben Mikrosteuerung ausgeführt werden.
Um die Menge der Leistung zu kontrollieren, die dem Feldgerät 112a der 1 oder dem Ein-/Aus-Ventil 202 der 2 (oder einem anderen Feldgerät) zur Verfügung gestellt wird, wird das Abschlussmodul 124a mit einer Feldleistungssteuerung 310 ausgestattet. Bei einigen Beispielen stellt eine Stromversorgung im Rangierschrank 122 dem Abschlussmodul 124a elektrische Energie bereit, um eine Kommunikationskanalschnittstelle anzutreiben, mit dem Feldgerät 112a zu kommunizieren. Zum Beispiel kommunizieren einige Feldgeräte bei 12 Volt und andere kommunizieren bei 24 Volt. Im dargestellten Beispiel ist die Feldleistungssteuerung 310 so konfiguriert, dass sie die elektrische Energie, die dem Abschlussmodul 124a von der Stromversorgung bereitgestellt wird, konditioniert, reguliert und erhöht und/oder verringert. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen ist die Feldleistungssteuerung 310 so konfiguriert, dass sie die Menge an elektrischer Energie begrenzt, die verwendet wird, um mit den Feldgeräten zu kommunizieren und/oder die an die Feldgeräte geliefert wird, um das Risiko der Funkenbildung in entflammbaren oder brennbaren Umgebungen wesentlich zu verringern oder zu beseitigen.
Um von der Stromversorgung empfangene elektrische Energie in elektrische Energie für das Abschlussmodul 124a und/oder das Feldgerät 112a umzuwandeln, wird das Abschlussmodul 124a mit einem Leistungsumwandler 312 ausgestattet. Im dargestellten Beispiel verwendet der Schaltkreis, der verwendet wird, um das Abschlussmodul 124a auszuführen, einen oder mehrere Spannungspegel (z. B. 3,3 V), die sich von den vom Feldgerät 112a benötigten Spannungspegeln unterscheiden. Der Leistungsumwandler 312 ist so konfiguriert, dass er dem Abschlussmodul 124a und dem Feldgerät 112a unter Verwendung der von der Stromversorgung empfangenen Leistung die verschiedenen Leistungspegel bereitstellt. Im dargestellten Beispiel werden die vom Leistungsumwandler 312 erzeugten elektrischen Leistungsabgaben verwendet, um das Abschlussmodul 124a und das Feldgerät 112a einzuschalten und Informationen zwischen dem Abschlussmodul 124a und dem Feldgerät 112a zu kommunizieren. Einige Feldgerätkommunikationsprotokolle erfordern relativ höhere oder niedrigere Spannungspegel und/oder elektrische Strompegel als andere Kommunikationsprotokolle. Im dargestellten Beispiel steuert die Feldleistungssteuerung 310 den Leistungsumwandler 312 so, dass er den/die Spannungspegel bereitstellt, um das Feldgerät 112a einzuschalten und mit dem Feldgerät 112a zu kommunizieren. In anderen beispielhaften Ausführungsformen können die vom Leistungsumwandler 312 erzeugten elektrischen Leistungsabgaben jedoch genutzt werden, um das Abschlussmodul 124a einzuschalten, während eine separate Stromversorgung außerhalb des Rangierschranks 122 verwendet wird, um das Feldgerät 112a einzuschalten.
Um den Schaltkreis des Abschlussmoduls 124a elektrisch von der I/O-Karte 132a zu isolieren, wird das Abschlussmodul 124a mit einem oder mehreren Isolierungsgeräten 314 bereitgestellt. Die Isolierungsgeräte 314 können unter Verwendung von galvanischen Isolatoren und/oder optischen Isolatoren ausgeführt werden.
Um zwischen analogen und digitalen Signalen umzuwandeln, wird das Abschlussmodul 124a mit einem Digital-zu-Analog-Umwandler 316 und einem Analog-zu-Digital-Umwandler 318 bereitgestellt. Der Digital-zu-Analog-Umwandler 316 ist so konfiguriert, dass er von der I/O-Karte 132a empfangene digital dargestellte analoge Werte in analoge Werte umwandelt, die dem Feldgerät 112a der 1 kommuniziert werden können. Der Analog-zu-Digital-Umwandler 318 ist so konfiguriert, dass er vom Feldgerät 112a empfangene analoge Werte (z. B. Messwerte) in digital dargestellte Werte umwandelt, die der I/O-Karte 132a kommuniziert werden können. Bei einer alternativen beispielhaften Ausführungsform, bei der das Abschlussmodul 124a so konfiguriert ist, dass es digital mit dem Feldgerät 112a kommuniziert, können der Digital-zu-Analog-Umwandler 316 und der Analog-zu-Digital-Umwandler 318 vom Abschlussmodul 124a weggelassen werden.
Um die Kommunikation mit dem Feldgerät 112a zu steuern, wird das Abschlussmodul 124a mit einem Feldgerätkommunikationsprozessor 320 bereitgestellt. Der Feldgerätkommunikationsprozessor 320 stellt sicher, dass von der I/O-Karte 132a empfangene Informationen im korrekten Format und Spannungstyp (z. B. analog oder digital) sind, um dem Feldgerät 112a kommuniziert werden zu können. Der Feldgerätkommunikationsprozessor 320 ist auch so konfiguriert, dass er Informationen verpackt oder entpackt, wenn das Feldgerät 112a so konfiguriert ist, dass es unter Verwendung von digitalen Informationen kommuniziert. Außerdem ist der Feldgerätkommunikationsprozessor 320 so konfiguriert, dass er vom Feldgerät 112a empfangene Informationen extrahiert und die Informationen dem Analog-zu-Digital-Umwandler 318 und/oder dem I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308 zur weiteren Kommunikation an die I/O-Karte 132a kommuniziert.
Im dargestellten Beispiel ist der Feldgerätkommunikationsprozessor 320 auch so konfiguriert, dass er vom Feldgerät 112a empfangene Informationen mit einem Zeitstempel versieht. Die Erzeugung von Zeitstempeln am Abschlussmodul 124a erleichtert das Ausführen einer Abfolge von Ereignissen (SOE) unter Verwendung von Zeitstempelgenauigkeiten im Bereich unter einer Millisekunde. Zum Beispiel können die Zeitstempel und jeweiligen Informationen der Steuerung 104 und/oder dem Arbeitsplatz 102 kommuniziert werden. Eine zum Beispiel vom Arbeitsplatz 102 (1) (oder jedem anderen Prozessorsystem) durchgeführte Abfolge von Ereignissen kann dann verwendet werden, um zu analysieren, was vor, während und/oder nach einem bestimmten Betriebszustand (z. B. einem Fehlermodus) passiert ist, um zu bestimmen, was den bestimmten Betriebszustand verursacht hat. Das Zeitstempeln im Bereich unter einer Millisekunde ermöglicht das Festhalten von Ereignissen unter Verwendung relativ höherer Granularität. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen können der Feldgerätkommunikationsprozessor 320 und die Operationssteuerung 306 unter Verwendung desselben Mikroprozessors oder derselben Mikrosteuerung ausgeführt werden.
Allgemein werden Feldgerätkommunikationssteuerungen, die dem Feldgerätkommunikationsprozessor 320 ähneln, mit Kommunikationsprotokollfunktionen oder anderen Kommunikationsfunktionen (z. B. Feldbus-Kommunikationsprotokollfunktionen, HART-Kommunikationsprotokollfunktionen usw.) bereitgestellt, die dem Typ an Feldgerät entsprechen, mit dem sie gemäß Konfiguration kommunizieren. Wenn zum Beispiel das Feldgerät 112a so ausgeführt ist, dass es ein HART-Gerät verwendet, wird der Feldgerätkommunikationsprozessor 320 des Abschlussmoduls 124a mit HART-Kommunikationsprotokollfunktionen bereitgestellt. Wenn das Abschlussmodul 124a Informationen von der I/O-Karte 132a empfängt, die für das Feldgerät 112a bestimmt sind, formatiert der Feldgerätkommunikationsprozessor 320 die Informationen in Übereinstimmung mit dem HART-Kommunikationsprotokoll und liefert die Informationen an das Feldgerät 112a. Im Kontext des in 2 gezeigten Ein-/Aus-Ventils 202 ist der Feldgerätkommunikationsprozessor 320 so konfiguriert, dass er den angemessenen diskreten Ausgang kommuniziert, um den Magneten 210 anzutreiben, und konfiguriert, um die diskreten Eingänge über ein einzelnes Drahtpaar (z. B. der Leitung 224) vom Schaltkasten 212 zu empfangen.
Im dargestellten Beispiel ist der Feldgerätkommunikationsprozessor 320 so konfiguriert, dass er Durchgangsnachrichten verarbeitet. Durchgangsnachrichten entspringen einem Arbeitsplatz (z. B. dem Arbeitsplatz 102 der 1) und werden als Nutzlast (z. B. dem Datenteil eines Kommunikationspakets) durch eine Steuerung (z. B. der Steuerung 104 der 1) und an ein Abschlussmodul (z. B. dem Abschlussmodul 124a der 1) zur Lieferung an ein Feldgerät (z. B. dem Feldgerät 112a) kommuniziert. Zum Beispiel wird eine Nachricht, die dem Arbeitsplatz 102 entspringt und zur Lieferung an das Feldgerät 112a gedacht ist, am Arbeitsplatz 102 mit einem Kommunikationsprotokolldeskriptor (z. B. einem HART-Protokolldeskriptor) versehen und/oder wird in Übereinstimmung mit einem Kommunikationsprotokoll des Feldgeräts 112a formatiert. Der Arbeitsplatz 102 wickelt die Nachricht dann in eine Nutzlast(en) von einem oder mehreren Kommunikationspaketen, um die Nachricht als Durchgangsnachricht vom Arbeitsplatz 102 durch die I/O-Steuerung 104 und an das Abschlussmodul 124a zu liefern. Das Einwickeln der Nachricht beinhaltet zum Beispiel das Verpacken der Nachricht in Kopfinformationen in Übereinstimmung mit einem Kommunikationsprotokoll (z. B. einem Feldbus-Protokoll, einem HART-Protokoll usw.), das verwendet wird, um mit den Feldgeräten zu kommunizieren. Wenn das Abschlussmodul 124a das/die Kommunikationspaket(e) mit den Durchgangsnachrichten von der I/O-Karte 132 empfängt, extrahiert der I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308 (3) die Nutzlast(en) von dem/den empfangenen Kommunikationspaket(en). Der Feldgerätkommunikationsprozessor 320 (3) entpackt dann die Durchgangsnachricht von der/den Nutzlast(en), formatiert die Nachricht in Übereinstimmung mit dem vom Arbeitsplatz 102 erzeugten Kommunikationsprotokolldeskriptor (wenn nicht bereits am Arbeitsplatz 102 formatiert), und kommuniziert die Nachricht an das Feldgerät 112a.
Der Feldgerätkommunikationsprozessor 320 ist auch so konfiguriert, dass er Durchgangsnachrichten auf ähnliche Weise an den Arbeitsplatz 102 kommuniziert. Wenn zum Beispiel das Feldgerät 112a eine zur Lieferung an den Arbeitsplatz 102 gedachte Nachricht erzeugt (z. B. eine Antwort auf die Arbeitsplatznachricht oder eine andere Nachricht), wickelt der Feldgerätkommunikationsprozessor 320 die Nachricht des Feldgeräts 112a in die Nutzlast eines oder mehrerer Kommunikationspakete und der I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308 kommuniziert das eine oder die mehreren Pakete mit der eingewickelten Nachricht an die I/O-Karte 132a. Wenn der Arbeitsplatz 102 die Pakete mit der eingewickelten Nachricht von der Steuerung 104 empfängt, kann der Arbeitsplatz 102 die Nachricht auspacken und verarbeiten.
Das Abschlussmodul 124a wird mit einer Feldgerätschnittstelle 322 bereitgestellt, die so konfiguriert ist, dass sie das Abschlussmodul 124a kommunikativ an ein Feldgerät (z. B. das Feldgerät 112a der 1) koppelt. Zum Beispiel kann die Feldgerätschnittstelle 322 über einen oder mehrere der Kontakte kommunikativ an mit dem Abschlussmodul 124a assoziierte Abschlussschrauben gekoppelt werden.
Während eine beispielhafte Weise der Ausführung des Abschlussmoduls 124a der 2 in 3 dargestellt ist, können eines/einer oder mehrere der Elemente, Prozesse und/oder Geräte, die in 3 dargestellt werden, auf jede andere Weise kombiniert, geteilt, neu angeordnet, weggelassen, ausgeschlossen und/oder ausgeführt werden. Weiter können die beispielhafte I/O-Bus-Schnittstelle 302, der beispielhafte Adressenidentifizierer 304, die beispielhafte Operationssteuerung 306, der beispielhafte I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308, die beispielhafte Feldleistungssteuerung 310, der beispielhafte Leistungsumwandler 312, die beispielhaften Isolierungsgeräte 314, der beispielhafte Digital-zu-Analog-Umwandler 316, der beispielhafte Analog-zu-Digital-Umwandler 318, der beispielhafte Feldgerätkommunikationsprozessor 320, die beispielhafte Feldgerätschnittstelle 322, und/oder, allgemeiner, das beispielhafte Abschlussmodul 124a der 3 von Hardware, Software, Firmware und/oder einer Kombination an Hardware, Software und/oder Firmware ausgeführt werden. Daher könnten zum Beispiel die beispielhafte I/O-Bus-Schnittstelle 302, der beispielhafte Adressenidentifizierer 304, die beispielhafte Operationssteuerung 306, der beispielhafte I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308, die beispielhafte Feldleistungssteuerung 310, der beispielhafte Leistungsumwandler 312, die beispielhaften Isolierungsgeräte 314, der beispielhafte Digital-zu-Analog-Umwandler 316, der beispielhafte Analog-zu-Digital-Umwandler 318, der beispielhafte Feldgerätkommunikationsprozessor 320, die beispielhafte Feldgerätschnittstelle 322 und/oder, allgemeiner, das beispielhafte Abschlussmodul 124a von einem oder mehreren analogen oder digitalen Schaltkreis(en), logischen Schaltkreisen, programmierbaren Prozessor(en), anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis(en) (ASIC(s)), programmierbaren logischen Gerät(en) (PLD(s)) und/oder feldprogrammierbaren logischen Geräten (FPLD(s)) ausgeführt werden. Beim Lesen eines Vorrichtungs- oder Systemanspruchs dieses Patents zum Abdecken einer reinen Software- und/oder Firmwareausführung wird/werden hiermit mindestens eine/r/s der beispielhaften I/O-Bus-Schnittstelle 302, des beispielhaften Adressenidentifizierers 304, der beispielhaften Operationssteuerung 306, des beispielhaften I/O-Bus-Kommunikationsprozessors 308, der beispielhaften Feldleistungssteuerung 310, des beispielhaften Leistungsumwandlers 312, der beispielhaften Isolierungsgeräte 314, des beispielhaften Digital-zu-Analog-Umwandlers 316, des beispielhaften Analog-zu-Digital-Umwandlers 318, des beispielhaften Feldgerätkommunikationsprozessors 320 und/oder der beispielhaften Feldgerätschnittstelle 322 ausdrücklich so definiert, dass sie ein(e) greifbare(s) computerlesbare(s) Speichergerät oder Speicherdiskette wie einen Speicher, eine Digital Versatile Disk (DVD), eine Compact Disk (CD), eine Blu-Ray-Disk usw. umfassen, auf dem/der die Software und/oder Firmware gespeichert ist. Noch weiter kann das beispielhafte Abschlussmodul 124a der 2 ein oder mehrere Elemente, Prozesse und/oder Geräte zusätzlich zu oder anstelle von denjenigen/derjenigen, die in 3 dargestellt werden, umfassen und/oder können mehr als eines/einen oder alle der dargestellten Elemente, Prozesse und Geräte umfassen.
4 ist ein detailliertes Blockdiagramm des beispielhaften Transceivers der 2. Der beispielhafte Transceiver 230 umfasst eine Abschlussmodulschnittstelle 402, um dem beispielhaften Transceiver 230 zu ermöglichen, mit dem Abschlussmodul 124a zu kommunizieren. Der beispielhafte Transceiver 230 umfasst eine Magnetschnittstelle 404, um dem beispielhaften Transceiver 230 zu ermöglichen, mit dem Magneten 210 zu kommunizieren (z. B. ihm ein diskretes Ausgangssignal zu senden). Bei einigen Beispielen umfasst die Magnetschnittstelle 404 des beispielhaften Transceivers 230 einen Draht, der unter Verwendung einer geeigneten Verbindung kommunikativ an den Magneten 210 gekoppelt werden kann. Der beispielhafte Transceiver 230 umfasst eine Näherungssensorschnittstelle 406, um dem beispielhaften Transceiver 230 zu ermöglichen, mit den Positionierungssensoren im Schaltkasten 212 zu kommunizieren (z. B. davon diskrete Eingangssignale empfangen). Bei einigen Beispielen umfasst die Näherungssensorschnittstelle 406 des beispielhaften Transceivers 230 zwei Drähte (oder zwei Drahtpaare), die kommunikativ an die entsprechenden EIN- und AUS-Näherungssensoren, die den Betriebsstatus des Ventils 206 überwachen (z. B. geöffnet oder geschlossen), gekoppelt werden können.
Im dargestellten Beispiel wird der Transceiver 230 mit einem Kommunikationsprozessor 408 bereitgestellt, um Informationen mit dem Abschlussmodul 124a, dem Magneten 210 und den Näherungssensoren im Schaltkasten 212 auszutauschen. Im dargestellten Beispiel steuert der Kommunikationsprozessor 408 den Empfang und die Übertragung von vom Abschlussmodul 124a empfangenen diskreten Ausgangssignalen, um den Magneten 210 anzutreiben. Weiter steuert der Kommunikationsprozessor 408 im dargestellten Beispiel die Übertragung der von den diskreten Eingängen empfangenen Rückmeldesignale, die mit den Näherungssensoren des Schaltkastens 212 assoziiert werden.
Zur Steuerung der verschiedenen Operationen des Transceivers 230 wird der Transceiver 230 mit einer Operationssteuerung 410 bereitgestellt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Operationssteuerung 410 unter Verwendung eines Mikroprozessors oder einer Mikrosteuerung ausgeführt werden. Die Operationssteuerung 410 kommuniziert Anweisungen oder Befehle an andere Abschnitte des beispielhaften Transceivers 230, um die Operationen dieser Abschnitte zu steuern. Zum Beispiel weist die Operationssteuerung 410 den Kommunikationsprozessor 408 an, ein Ausgangssignal an den Magneten 210 zu übertragen (z. B. über die Magnetschnittstelle 404), das der Kommunikationsprozessor 408 zuvor vom Abschlussmodul 124a empfangen hat (z. B. über die Abschlussmodulschnittstelle 402). Ähnlich weist die Operationssteuerung 410 in einigen Beispielen den Kommunikationsprozessor 408 an, Eingangs- oder Rückmeldesignale an das Abschlussmodul 124a zu übertragen (z. B. über die Abschlussmodulschnittstelle 402), das der Kommunikationsprozessor 408 zuvor vom Schaltkasten 212 empfangen hat (z. B. über die Näherungssensorschnittstelle 406). Weiter verwaltet in einigen Beispielen die Operationssteuerung 410 die angemessene Steuerung des Ein-/Aus-Ventils 202, wenn es einen Fehler im Steuerungssystem gibt. Wenn zum Beispiel der Transceiver (über das Abschlussmodul 124a bereitgestellte) Leistung verliert, wird das Ausgangssignal auf AUS gestellt. Wenn unter solchen Umständen Leistung wiederhergestellt wird, kann die Operationssteuerung 410 den Kommunikationsprozessor 408 anweisen, ein Fehlersignal auf den Magneten zu übertragen (z. B. über die Magnetschnittstelle 404), um das Ein-/Aus-Ventil 202 in einen vorkonfigurierten Fehlerstatus zu treiben. Bei einigen solcher Beispiele kann die Operationssteuerung 410 den Kommunikationsprozessor 408 weiter anweisen, einen Hinweis, dass sich das Ventil 202 im Fehlerstatus befindet, auf das Abschlussmodul 124a zu übertragen (z. B. über die Abschlussmodulschnittstelle 402). Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen werden der Kommunikationsprozessor 408 und die Operationssteuerung 410 unter Verwendung desselben Mikroprozessors oder derselben Mikrosteuerung ausgeführt.
Während eine beispielhafte Weise der Ausführung des Transceivers 230 der 2 in 4 dargestellt ist, können eines/einer oder mehrere der Elemente, Prozesse und/oder Geräte, die in 4 dargestellt werden, auf jede andere Weise kombiniert, geteilt, neu angeordnet, weggelassen, ausgeschlossen und/oder ausgeführt werden. Weiter können die beispielhafte Abschlussmodulschnittstelle 402, die beispielhafte Magnetschnittstelle 404, die beispielhafte Näherungssensorschnittstelle 406, die beispielhafte Operationssteuerung 410, der beispielhafte Kommunikationsprozessor 408 und/oder allgemeiner das beispielhafte Abschlussmodul 124a der 4 von Hardware, Software, Firmware und/oder einer Kombination an Hardware, Software und/oder Firmware ausgeführt werden. Daher könnte zum Beispiel jede(r) der beispielhaften Abschlussmodulschnittstelle 402, der beispielhaften Magnetschnittstelle 404, der beispielhaften Näherungssensorschnittstelle 406, der beispielhaften Operationssteuerung 410, des beispielhaften Kommunikationsprozessors 408 und/oder, allgemeiner, des beispielhaften Abschlussmoduls 124a durch einen oder mehrere analoge oder digitale Schaltkreis(e), logische Schaltkreise, programmierbare Prozessor(en), anwendungsspezifische integrierte Schaltkreis(e) (ASIC(s)), programmierbare logische Gerät(e) (PLD(s)) und/oder feldprogrammierbare logische Gerät(e) (FPLD(s)) ausgeführt werden. Beim Lesen eines Vorrichtungs- oder Systemanspruchs dieses Patents zum Abdecken einer reinen Software- und/oder Firmwareausführung wird/werden hiermit mindestens eine/r/s der beispielhaften Abschlussmodulschnittstelle 402, der beispielhaften Magnetschnittstelle 404, der beispielhaften Näherungssensorschnittstelle 406, der beispielhaften Operationssteuerung 410 und/oder des beispielhaften Kommunikationsprozessors 408 ausdrücklich so definiert, dass sie ein(e) greifbare(s) computerlesbare(s) Speichergerät oder Speicherdiskette wie einen Speicher, eine Digital Versatile Disk (DVD), eine Compact Disk (CD), eine Blu-Ray-Disk usw. umfassen, auf dem/der die Software und/oder Firmware gespeichert ist. Noch weiter kann der beispielhafte Transceiver 230 der 2 ein oder mehrere Elemente, Prozesse und/oder Geräte zusätzlich zu oder anstelle von denjenigen/derjenigen, die in 4 dargestellt werden, umfassen und/oder kann mehr als eines/einen oder alle der dargestellten Elemente, Prozesse und Geräte umfassen.
Ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren für die Ausführung des Abschlussmoduls 124a der 3 zeigt, wird in 5 dargestellt. In diesem Beispiel wird das Verfahren als maschinenlesbare Anweisungen ausgeführt, die ein Programm zur Ausführung durch einen Prozessor wie dem in der beispielhaften Prozessorplattform 700 gezeigten Prozessor 712, nachfolgend in Verbindung mit der 7 besprochen, umfassen. Das Programm kann in Software ausgeführt sein, die auf einem greifbaren computerlesbaren mit dem Prozessor 712 assoziierten Speichermedium wie einer CD-ROM, einer Diskette, einer Festplatte, einer Digital Versatile Disk (DVD), einer Blu-Ray-Disk oder einem Speicher gespeichert ist, aber das gesamte Programm und/oder Teile davon könnten alternativ von einem anderen Gerät als dem Prozessor 712 ausgeführt und/oder in Firmware oder geeigneter Hardware ausgeführt werden. Weiter können, obwohl das beispielhafte Programm in Bezug auf das in 7 dargestellte Flussdiagramm beschrieben wird, alternativ viele andere Verfahren zum Ausführen des beispielhaften Abschlussmoduls 124a angewandt werden. Zum Beispiel kann die Reihenfolge der Durchführung der Blöcke geändert werden und/oder einige der beschriebenen Blöcke können geändert, weggelassen oder kombiniert werden.
Sich detailliert 5 zuwendend, beginnt das beispielhafte Verfahren bei Block 500, wo das beispielhafte Abschlussmodul 124a bestimmt, ob es ein Steuerungssignal (z. B. von einem Bediener) empfangen hat, um ein Ein-/Aus-Ventil (z. B. das Ein-/Aus-Ventil 202 der 2) anzutreiben. Zum Beispiel bestimmt das Abschlussmodul 124a, dass es ein solches Steuerungssignal empfangen hat, wenn der I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308 zum Beispiel über ein Unterbrechungs- oder ein Statusregister angibt, dass das Steuerungssignal empfangen wurde. Wenn das beispielhafte Abschlussmodul 124a bestimmt, dass ein Steuerungssignal empfangen wurde, schreitet die Steuerung zu Block 502 fort, wo die beispielhafte Operationssteuerung 306 bestimmt, ob das Steuerungssignal dazu dient, das Ein-/Aus-Ventil 202 zu öffnen oder zu schließen. Wenn die beispielhafte Operationssteuerung 306 bestimmt, dass das Steuerungssignal dazu dient, das Ein-/Aus-Ventil 202 zu öffnen (Block 502), überträgt der beispielhafte Feldgerätkommunikationsprozessor 320 (z. B. über die Feldgerätschnittstelle 322) ein Signal auf den Transceiver 230, um das Ein-/Aus-Signal 202 (Block 504) zu öffnen. An Block 506 empfängt der beispielhafte Feldgerätkommunikationsprozessor 320 (z. B. vom Transceiver 230 über die Feldgerätschnittstelle 322) die Bestätigung, dass das Ein-/Aus-Ventil 202 offen ist. An Block 508 überträgt der beispielhafte I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308 (z. B. über die I/O-Bus-Schnittstelle 302) eine Nachricht an die Steuerung 104, die darauf hinweist, dass das Ein-/Aus-Ventil 202 offen ist und dann schreitet die Steuerung zu Block 516 fort. Wenn die beispielhafte Operationssteuerung 306 bestimmt, dass das Steuerungssignal dazu dient, das Ein-/Aus-Ventil 202 zu schließen (Block 502), überträgt der beispielhafte Feldgerätkommunikationsprozessor 320 (z. B. über die Feldgerätschnittstelle 322) ein Signal auf den Transceiver 230, um das Ein-/Aus-Signal 202 (Block 510) zu schließen. An Block 512 empfängt der beispielhafte Feldgerätkommunikationsprozessor 320 (z. B. vom Transceiver 230 über die Feldgerätschnittstelle 322) die Bestätigung, dass das Ein-/Aus-Ventil 202 geschlossen ist. An Block 514 überträgt der beispielhafte I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308 (z. B. über die I/O-Bus-Schnittstelle 302) eine Nachricht an die Steuerung 104, die darauf hinweist, dass das Ein-/Aus-Ventil 202 geschlossen ist und dann schreitet die Steuerung zu Block 516 fort. Wenn, zurückkehrend zu Block 500, das beispielhafte Abschlussmodul 124a bestimmt, dass kein Steuerungssignal zum Öffnen oder Schließen des Ein-/Aus-Ventils 202 empfangen wurde, schreitet die Steuerung direkt zu Block 516 fort.
An Block 516 bestimmt die beispielhafte Operationssteuerung 306, ob der Betriebsstatus des Ein-/Aus-Ventils 202 zu prüfen ist (z. B. ob das Ventil je nach letztem gesendeten Steuerungssignal offen oder geschlossen ist). In einigen Beispielen bestimmt die Operationssteuerung 306 basierend auf einem Schwellenzeitraum, der seit dem letzten Senden eines Steuerungssignal und/oder dem letzten Prüfen des Ventilstatus vergangen ist, ob der Betriebsstatus des Ein-/Aus-Ventils 202 zu prüfen ist. In anderen Beispielen bestimmt die Operationssteuerung 306 basierend auf dem Empfang eines Befehls (z. B. von einem Bediener) zum Prüfen des Ein-/Aus-Ventils 202, ob der Betriebsstatus des Ein-/Aus-Ventils 202 zu prüfen ist. Wenn die beispielhafte Operationssteuerung 306 bestimmt, den Betriebsstatus des Ein-/Aus-Ventils 202 (Block 516) nicht zu prüfen, kehrt die Steuerung zu Block 500 zurück. Wenn die beispielhafte Operationssteuerung 306 bestimmt, den Betriebsstatus des Ein-/Aus-Ventils 202 zu prüfen (Block 516), schreitet die Steuerung zu Block 518 fort, wo der beispielhafte Feldgerätkommunikationsprozessor 320 (z. B. über die Feldgerätschnittstelle 322) ein Testsignal zum Prüfen des Ein-/Aus-Signals 202 überträgt. An Block 520 bestimmt das beispielhafte Abschlussmodul 124a, ob es eine Bestätigung über den aktuellen Ventilstatus empfangen hat. Zum Beispiel bestimmt das Abschlussmodul 124a, dass es eine Bestätigung über den aktuellen Ventilstatus empfangen hat, wenn der Feldgerätkommunikationsprozessor 320 zum Beispiel über ein Unterbrechungs- oder ein Statusregister angibt, dass Rückmeldung vom Transceiver 230 empfangen wurde. Wenn das beispielhafte Abschlussmodul 124a bestimmt, dass es eine Bestätigung über den aktuellen Ventilstatus empfangen hat (z. B. antwortet der Transceiver 230 mit den angeforderten Informationen), bestimmt die beispielhafte Operationssteuerung 306, ob der aktuelle Ventilstatus dem Status des letzten Steuerungssignals (Block 522) entspricht. Das heißt, dass die beispielhafte Operationssteuerung 306 bestimmt, ob die von den Näherungssensoren des Schaltkastens 212 erzeugten diskreten Eingangssignale (die angeben, ob das Ventil offen oder geschlossen ist), dem an den Magneten 210 gesendeten letzten diskreten Ausgangssignal (zum Öffnen oder Schließen des Ein-/Aus-Ventils 202) entsprechen. Wenn die beispielhafte Operationssteuerung 306 bestimmt, dass der aktuelle Ventilstatus dem Status des letzten Steuerungssignals (Block 522) entspricht, schreitet die Steuerung zu Block 524 fort. An Block 524 überträgt der beispielhafte I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308 (z. B. über die I/O-Bus-Schnittstelle 302) eine Nachricht an die Steuerung 104, die darauf hinweist, dass der Status des Ein-/Aus-Ventils 202 gut ist, wonach die Steuerung zu Block 500 zurückkehrt.
Wenn die beispielhafte Operationssteuerung 306 bestimmt, dass der aktuelle Ventilstatus nicht dem Status des letzten Steuerungssignals (Block 522) entspricht, schreitet die Steuerung zu Block 526 fort. Wenn das beispielhafte Abschlussmodul 124a bestimmt, dass es keine Bestätigung über den aktuellen Ventilstatus (Block 520) empfangen hat, schreitet die Steuerung direkt zu Block 526 fort. An Block 526 überträgt der beispielhafte I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308 (z. B. über die I/O-Bus-Schnittstelle 302) eine Nachricht an die Steuerung 104, die darauf hinweist, dass der Status des Ein-/Aus-Ventils 202 schlecht ist. An Block 528 überträgt der beispielhafte Feldgerätkommunikationsprozessor 320 (z. B. über die Feldgerätschnittstelle 322) ein Fehlersignal an den Transceiver 230. An Block 530 empfängt der beispielhafte Feldgerätkommunikationsprozessor 320 (z. B. vom Transceiver 230 über die Feldgerätschnittstelle 322) die Bestätigung, dass das Ein-/Aus-Ventil 202 sich in einem Fehlerzustand befindet. An Block 532 überträgt der beispielhafte I/O-Bus-Kommunikationsprozessor 308 (z. B. über die I/O-Bus-Schnittstelle 302) eine Nachricht an die Steuerung 104, die darauf hinweist, dass das Ein-/Aus-Ventil 202 sich im Fehlerzustand befindet, wobei an diesem Punkt das beispielhafte Verfahren der 5 endet.
Ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren für die Ausführung des Transceivers 230 der 4 zeigt, wird in 6 besprochen. In diesem Beispiel wird das Verfahren als maschinenlesbare Anweisungen ausgeführt, die ein Programm zur Ausführung durch einen Prozessor wie dem in der beispielhaften Prozessorplattform 700 gezeigten Prozessor 712 umfassen, nachfolgend in Verbindung mit der 7 besprochen. Das Programm kann in Software ausgeführt sein, die auf einem greifbaren computerlesbaren mit dem Prozessor 712 assoziierten Speichermedium wie einer CD-ROM, einer Diskette, einer Festplatte, einer Digital Versatile Disk (DVD), einer Blu-Ray-Disk oder einem Speicher gespeichert ist, aber das gesamte Programm und/oder Teile davon könnten alternativ von einem anderen Gerät als der Prozessor 712 ausgeführt und/oder in Firmware oder geeigneter Hardware ausgeführt werden. Weiter können, obwohl das beispielhafte Programm in Bezug auf das in 7 dargestellte Flussdiagramm beschrieben wird, alternativ viele andere Verfahren zum Ausführen des beispielhaften Transceivers 230 angewandt werden. Zum Beispiel kann die Reihenfolge der Durchführung der Blöcke geändert werden und/oder einige der beschriebenen Blöcke können geändert, weggelassen oder kombiniert werden.
Sich detailliert 6 zuwendend, beginnt das beispielhafte Verfahren bei Block 600, wo der beispielhafte Transceiver 230 bestimmt, ob es ein Befehlssignal von einem Abschlussmodul (z. B. dem Abschlussmodul 124a der 2) empfangen hat. Zum Beispiel bestimmt der Transceiver 230, dass er ein Signal empfangen hat, wenn der Kommunikationsprozessor 408 zum Beispiel über ein Unterbrechungs- oder ein Statusregister angibt, dass ein Signal empfangen wurde. Bei einigen Beispielen entspricht das Signal den an einem der Blöcke 504, 510, 518 oder 528 der 5 übertragenen Signalen. Wenn kein Signal empfangen wird, bestimmt die Operationssteuerung 410, ob ein Schwellenzeitraum abgelaufen ist, seit das letzte Signal empfangen wurde (Block 602). Wenn die Operationssteuerung 410 bestimmt, dass der Schwellenzeitraum nicht abgelaufen ist (Block 602), kehrt die Steuerung zu Block 600 zurück. Wenn die Operationssteuerung 410 bestimmt, dass der Schwellenzeitraum seit dem letzten Signal (Block 602) abgelaufen ist, schreitet die Steuerung zu Block 604 vor, wo der beispielhafte Kommunikationsprozessor 408 ein Fehlersignal an den Magneten 210 überträgt (z. B. über die Magnetschnittstelle 404), um das Ein-/Aus-Ventil 202 in einen Fehlerstatus zu bringen. An Block 606 überträgt der beispielhafte Kommunikationsprozessor 408 (z. B. über die Abschlussmodulschnittstelle 402) ein Rückmeldesignal an das Abschlussmodul 124a, das angibt, dass sich das Ein-/Aus-Ventil 202 im Fehlerstatus befindet. An Block 608 bestimmt die beispielhafte Operationssteuerung 410, ob das beispielhafte Verfahren fortgesetzt werden soll. Falls ja, kehrt die Steuerung zu Block 600 zurück. Ansonsten endet das beispielhafte Verfahren der 6.
Wenn, zurückkehrend zu Block 600, der beispielhafte Transceiver 230 bestimmt, dass er ein Befehlssignal vom Abschlussmodul 214a empfangen hat, schreitet die Steuerung zu Block 610 voran. An Block 610 bestimmt der beispielhafte Kommunikationsprozessor 408, ob das Signal ein Testsignal (z. B. um den Betriebsstatus des Ein-/Aus-Ventils 202 zu prüfen) oder ein Steuerungssignal (z. B. um das Ein-/Aus-Ventil 202 in einen offenen Status oder einen geschlossenen Status zu bringen) ist. Wenn der beispielhafte Kommunikationsprozessor 408 bestimmt, dass das Signal ein Testsignal ist, überträgt der beispielhafte Kommunikationsprozessor 408 ein Signal an das Abschlussmodul 124a, das auf den aktuellen Status des Ein-/Aus-Ventils 202 (Block 612) hinweist. In einigen Beispielen wird der aktuelle Status des Ein-/Aus-Ventils 202 vom Kommunikationsprozessor 408 über die Näherungssensorschnittstelle 406 basierend auf den von den Näherungssensoren im Schaltkasten 212 erzeugten diskreten Eingangssignalen abgerufen. In anderen Beispielen speichert der beispielhafte Kommunikationsprozessor 408 den aktuellen Status des Ein-/Aus-Ventils 202, wenn es sich anfänglich ändert, wie von der Rückmeldung der Näherungssensoren angegeben, bis es über ein Testsignal angefragt oder über ein neues Steuerungssignal geändert wird. Nachdem der Kommunikationsprozessor 408 das Signal, das den aktuellen Status des Ein-/Aus-Ventils 202 (Block 612) angibt, übertragen hat, bestimmt der beispielhafte Transceiver 230, ob ein Signal, das auf einen Fehler im Ventilstatus hinweist, empfangen wird (Block 614). Ein Signal, das auf einen Fehler im Ventilstatus hinweist, kann empfangen werden, wenn das Abschlussmodul 124a bestimmt, dass der vom Transceiver 230 gemeldete aktuelle Ventilstatus nicht mit dem letzten an den Transceiver übertragenen Steuerungssignal übereinstimmt. In einigen Beispielen bestimmt der Transceiver 230, dass er ein solches Signal empfangen hat, wenn der Kommunikationsprozessor 408 zum Beispiel über ein Unterbrechungs- oder ein Statusregister angibt, dass ein Signal, das auf einen Fehler hinweist, empfangen wurde. In einigen Beispielen kann das Signal, das auf einen Fehler hinweist, dem an Block 528 der 5 übertragenen Fehlersignal entsprechen. Wenn der beispielhafte Transceiver 230 ein Signal empfängt, das auf einen Fehler im Ventilstatus (Block 614) hinweist, schreitet die Steuerung zu Block 604 fort, um ein Fehlersignal an den Magneten 210 zu übertragen. Wenn der beispielhafte Transceiver 230 kein Signal empfängt, das auf einen Fehler im Ventilstatus (Block 614) hinweist, schreitet die Steuerung zu Block 608 fort.
Wenn die beispielhafte Operationssteuerung 410 bestimmt, dass das Befehlssignal ein Steuerungssignal ist (Block 610), schreitet die Steuerung zu Block 616 fort, wo die beispielhafte Operationssteuerung 410 bestimmt, ob das Steuerungssignal dazu dient, das Ein-/Aus-Ventil 202 zu öffnen oder zu schließen. Wenn die beispielhafte Operationssteuerung 410 bestimmt, dass das Steuerungssignal dazu dient, das Ein-/Aus-Ventil 202 zu öffnen (Block 616), überträgt der beispielhafte Kommunikationsprozessor 408 (z. B. über die Magnetschnittstelle 404) ein Ausgangssignal auf den Magneten 210, um das Ein-/Aus-Signal 202 (Block 618) zu öffnen. An Block 620 empfängt der beispielhafte Kommunikationsprozessor 408 (z. B. über die Näherungssensorschnittstelle 406) die Bestätigung, dass das Ein-/Aus-Ventil 202 offen ist. An Block 622 überträgt der beispielhafte Kommunikationsprozessor 408 (z. B. über die Abschlussmodulschnittstelle 402) ein Rückmeldesignal an das Abschlussmodul 124a, das angibt, dass das Ein-/Aus-Ventil 202 offen ist. Die Steuerung schreitet dann zu Block 608 voran.
Wenn die beispielhafte Operationssteuerung 410 bestimmt, dass das Steuerungssignal dazu dient, das Ein-/Aus-Ventil 202 zu schließen (Block 616), überträgt der beispielhafte Kommunikationsprozessor 408 (z. B. über die Magnetschnittstelle 404) ein Ausgangssignal auf den Magneten 210, um das Ein-/Aus-Signal 202 (Block 624) zu schließen. An Block 626 empfängt der beispielhafte Kommunikationsprozessor 408 (z. B. über die Näherungssensorschnittstelle 406) die Bestätigung, dass das Ein-/Aus-Ventil 202 geschlossen ist. An Block 628 überträgt der beispielhafte Kommunikationsprozessor 408 (z. B. über die Abschlussmodulschnittstelle 402) ein Rückmeldesignal an das Abschlussmodul 124a, das angibt, dass das Ein-/Aus-Ventil 202 geschlossen ist. Die Steuerung schreitet dann zu Block 608 voran.
Wie oben erwähnt, können die beispielhaften Verfahren der 5 und 6 unter Anwendung von codierten Anweisungen (z. B. computer- und/oder maschinenlesbaren Anweisungen), die auf einem greifbaren computerlesbaren Speichermedium wie einem Festplattenlaufwerk, einem Flash-Speicher, einem Festspeicher (ROM), einer Compact Disk (CD), einer Digital Versatile Disk (DVD), einem Cache, einem Arbeitsspeicher (RAM) und/oder einem/einer anderen Speichergerät oder Speicherdiskette, in dem/der für eine beliebige Dauer Informationen gespeichert werden (z. B. für verlängerte Zeiträume, dauerhaft, für kurze Momente, zum temporären Puffern und/oder zum Caching der Informationen) gespeichert sind, ausgeführt werden. Der Begriff greifbares computerlesbares Speichermedium wie in diesem Dokument verwendet wird ausdrücklich so definiert, dass er jede Art an computerlesbaren/r Speichergerät und/oder Speicherdiskette einschließt und propagierende Signale ausschließt und Übertragungsmedien ausschließt. „Greifbares computerlesbares Speichermedium“ und „greifbares maschinenlesbares Speichermedium“ wie in diesem Dokument verwendet werden austauschbar verwendet. Zusätzlich oder alternativ können die beispielhaften Verfahren der 5 und 6 unter Anwendung von codierten Anweisungen (z. B. computer- und/oder maschinenlesbaren Anweisungen), die auf einem nicht-transitorischen computer- und/oder maschinenlesbaren Medium wie einem Festplattenlaufwerk, einem Flash-Speicher, einem Festspeicher, einer Compact Disk, einer Digital Versatile Disk, einem Cache, einem Arbeitsspeicher und/oder einem/einer anderen Speichergerät oder Speicherdiskette, in dem/der für eine beliebige Dauer Informationen gespeichert werden (z. B. für verlängerte Zeiträume, dauerhaft, für kurze Momente, zum temporären Puffern, und/oder zum Caching der Informationen) gespeichert sind, ausgeführt werden. Der Begriff nicht-transitorisches computerlesbares Medium wie in diesem Dokument verwendet wird ausdrücklich so definiert, dass er jede Art an computerlesbaren/r Speichergerät und/oder Speicherdiskette einschließt und propagierende Signale ausschließt und Übertragungsmedien ausschließt. Wenn der Ausdruck „mindestens“ wie in diesem Dokument verwendet als Übergangsbegriff in einem Oberbegriff eines Anspruchs verwendet wird, ist er auf die gleiche Weise offen wie der Begriff „umfassend“ offen ist.
7 ist ein Blockdiagramm einer beispielhaften Prozessorplattform 700, die dazu in der Lage ist, Anweisungen auszuführen, um die Verfahren der 5 und 6 durchzuführen, um das Abschlussmodul 124a der 3 und/oder den Transceiver 230 der 4 auszuführen. Die Prozessorplattform 700 kann zum Beispiel ein Server, ein Personal Computer, ein Internetgerät oder jede andere Art an Computergerät sein.
Die Prozessorplattform 700 des dargestellten Beispiels umfasst einen Prozessor 712. Der Prozessor 712 des dargestellten Beispiels ist Hardware. Zum Beispiel kann der Prozessor 712 durch einen oder mehrere integrierte Schaltkreise, logische Schaltkreise, Mikroprozessoren oder Steuerungen von einer/einem gewünschten Familie oder Hersteller ausgeführt werden.
Der Prozessor 712 des dargestellten Beispiels umfasst einen lokalen Speicher 713 (z. B. einen Cache). Der Prozessor 712 des dargestellten Beispiels kommuniziert über einen Bus 718 mit einem Hauptspeicher, der einen flüchtigen Speicher 714 und einen nicht-flüchtigen Speicher 716 umfasst. Der flüchtige Speicher 714 kann durch Synchronous Dynamic Random Access Memory (SDRAM), Dynamic Random Access Memory (DRAM), RAMBUS Dynamic Random Access Memory (RDRAM) und/oder jede andere Art an RAM-Gerät ausgeführt werden. Der nicht-flüchtige Speicher 716 kann durch Flash-Speicher und/oder jede andere gewünschte Art an Speichergerät ausgeführt werden. Der Zugriff auf den Hauptspeicher 714, 716 wird durch eine Speichersteuerung gesteuert.
Die Prozessorplattform 700 des dargestellten Beispiels umfasst auch einen Schnittstellenschaltkreis 720. Der Schnittstellenschaltkreis 720 kann von jeder Art an Schnittstellenstandard ausgeführt werden, wie einer Ethernet-Schnittstelle, einer universalen seriellen Bus-(USB) und/oder einer PCI-Express-Schnittstelle.
Im dargestellten Beispiel sind ein oder mehrere Eingabegeräte 722 mit dem Schnittstellenschaltkreis 720 verbunden. Das/die Eingabegerät(e) 722 erlaubt/erlauben einem Nutzer, Daten und Befehle in den Prozessor 712 einzugeben. Das/die Eingabegerät(e) können zum Beispiel durch einen Audiosensor, ein Mikrofon, eine Kamera (Standbild oder Video), eine Tastatur, eine Schaltfläche, eine Maus, einen Touchscreen, ein Trackpad, einen Trackball, Isopoint und/oder ein Stimmerkennungssystem ausgeführt werden.
Ein oder mehrere Ausgabegeräte 724 sind auch mit dem Schnittstellenschaltkreis 720 des dargestellten Beispiels verbunden. Die Ausgabegeräte 724 können zum Beispiel durch Anzeigegeräte (z. B. eine Leuchtdiode (LED), eine organische Leuchtdiode (OLED), eine Flüssigkristallanzeige, eine Kathodenstrahlröhrenanzeige (CRT), einen Touchscreen, ein taktiles Ausgabegerät, eine Leuchtdiode (LED), einen Drucker und/oder Lautsprecher) ausgeführt werden. Der Schnittstellenschaltkreis 720 des dargestellten Beispiels umfasst daher typischerweise eine Grafiktreiberkarte, einen Grafiktreiberchip oder einen Grafiktreiberprozessor.
Der Schnittstellenschaltkreis 720 des dargestellten Beispiels umfasst auch ein Kommunikationsgerät wie einen Transmitter, einen Receiver, einen Transceiver, ein Modem und/oder eine Netzwerkschnittstellenkarte, um den Austausch von Daten mit externen Maschinen (z. B. einem Computergerät jeglicher Art) über ein Netzwerk 726 (z. B. eine Ethernet-Verbindung, eine digitale Teilnehmerleitung (DSL), eine Telefonleitung, ein Koaxialkabel, ein Mobiltelefonsystem usw.) zu erleichtern.
Die Prozessorplattform 700 des dargestellten Beispiels umfasst auch ein oder mehrere Massenspeichergeräte 728 zum Speichern von Software und/oder Daten. Beispiele für solche Massenspeichergeräte 728 umfassen Diskettenlaufwerke, Festplattendisketten, Compact Disk-Laufwerke, Blu-Ray-Disk-Laufwerke, RAID-Systeme und Digital Versatile Disk-(DVD)-Laufwerke.
Codierte Anweisungen 732 zum Ausführen der Verfahren der 5 und 6 können im Massenspeichergerät 728, im flüchtigen Speicher 714, im nicht-flüchtigen Speicher 716 und/oder auf einem entfernbaren greifbaren computerlesbaren Speichermedium wie einer CD oder DVD gespeichert sein.
Obwohl bestimmte beispielhafte Verfahren, Vorrichtungen und Herstellungsartikel in diesem Dokument offenbart worden sind, ist der Umfang der Abdeckung dieses Patents nicht darauf beschränkt. Im Gegenteil deckt dieses Patent alle Verfahren, Vorrichtungen und Herstellungsartikel ab, die angemessen in den Umfang der Ansprüche dieses Patents fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8332567 [0018, 0022]
US 8762618 [0018]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 1394 [0034]
IEEE-802.11 [0034]

Claims

Vorrichtung, umfassend: eine erste Schnittstelle zum Empfang eines Befehlssignals von einem Abschlussmodul zur kommunikativen Kopplung an eine Steuerung in einem Prozesssteuerungssystem, wobei das Befehlssignal an ein Ein-/Aus-Ventil im Prozesssteuerungssystem gerichtet ist, wobei die erste Schnittstelle ein Rückmeldesignal an das Abschlussmodul als Reaktion auf das Befehlssignal überträgt; eine zweite Schnittstelle zum Empfang von Positionsinformationen von Näherungssensoren in einem Schaltkasten, die einen Status des Ein-/Aus-Ventils überwachen, wobei das Rückmeldesignal auf den Positionsinformationen basiert; und einen Kommunikationsprozessor, der kommunikativ an die erste und zweite Schnittstelle gekoppelt wird, um das Befehlssignal und das Rückmeldesignal zu verarbeiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Status des Ein-/Aus-Ventils einen offenen Status und einen geschlossenen Status umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, wobei das Befehlssignal ein Steuerungssignal ist, um das Ein-/Aus-Ventil in den offenen Status oder den geschlossenen Status zu bringen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, weiter umfassend eine dritte Schnittstelle zum Übertragen des Steuerungssignals an einen Magneten, um das Ein-/Aus-Ventil anzutreiben; und/oder wobei die Positionsinformationen diskrete Eingänge umfassen, empfangen von den Näherungssensoren, die darauf hinweisen, ob sich das Ein-/Aus-Ventil im offenen Status oder im geschlossenen Status befindet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das Befehlssignal vom Abschlussmodul über eine gleiche Leitung, über die das Rückmeldesignal an das Abschlussmodul übertragen wird, empfangen wird; und/oder weiter umfassend ein Gehäuse zum Enthalten der ersten Schnittstelle, der zweiten Schnittstelle und des Kommunikationsprozessors, wobei das Gehäuse physisch an das Ein-/Aus-Ventil gekoppelt ist.
Verfahren, umfassend: Empfangen, über eine Schnittstelle, eines Befehlssignals von einem Abschlussmodul, das kommunikativ an eine Steuerung in einem Prozesssteuerungssystem gekoppelt ist, wobei das Befehlssignal an ein Ein-/Aus-Ventil im Prozesssteuerungssystem gerichtet ist, wobei die in einem Gehäuse enthaltene Schnittstelle physisch an das Ein-/Aus-Ventil gekoppelt ist; und Übertragen, über die Schnittstelle, eines Rückmeldesignals an das Abschlussmodul als Reaktion auf das Befehlssignal, wobei das von einem Schaltkasten erzeugte Rückmeldesignal einen Status des Ein-/Aus-Ventils beobachtet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Status des Ein-/Aus-Ventils einen offenen Status und einen geschlossenen Status umfasst; und/oder wobei das Befehlssignal ein Steuerungssignal ist, um das Ein-/Aus-Ventil in den offenen Status oder den geschlossenen Status zu bringen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 6–7, weiter umfassend das Übertragen des Steuerungssignals an einen Magneten, um das Ein-/Aus-Ventil anzutreiben; und/oder wobei der Schaltkasten Näherungssensoren umfasst, um zu erkennen, wann das Ein-/Aus-Ventil im offenen Status und im geschlossenen Status ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 6–8, wobei das Rückmeldesignal auf von den Näherungssensoren empfangenen diskreten Eingängen basiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 6–9, wobei das Befehlssignal vom Abschlussmodul über eine gleiche Leitung, über die das Rückmeldesignal an das Abschlussmodul übertragen wird, empfangen wird.
Computerlesbares Speichermedium, das ausführbare Instruktionen aufweist, welchen einen Computer dazu veranlassen ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6–10 zu implementieren, wenn die Instruktionen ausgeführt werden.
Computervorrichtung, umfassend: – ein computerlesbares Speichermedium; – einen Prozessor, wobei das computerlesbare Speichermedium ausführbare Instruktionen enthält, welche die Computervorrichtung dazu veranlassen ein Verfahren nach einem der Ansprüche 6–10 zu implementieren, wenn die Instruktionen durch den Prozessor ausgeführt werden.
System, umfassend: – eine erste Schnittstelle; – ein Gehäuse; – ein Abschlussmodul; – eine Steuerung; – ein Schaltkasten; – ein Ein-/Aus-Ventil; und – eine Computervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die erste Schnittstelle in dem Gehäuse enthalten ist, das Abschlussmodul kommunikativ an eine Steuerung gekoppelt ist und die erste Schnittstelle physisch an das Ein-/Aus-Ventil gekoppelt ist.