DE10223724B4 - Eingabe/Ausgabegerät zur Verwendung in einem Prozesssteuerungssystem und Verfahren zur Konfiguration des Selben - Google Patents

Eingabe/Ausgabegerät zur Verwendung in einem Prozesssteuerungssystem und Verfahren zur Konfiguration des Selben Download PDF

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Abstract

Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) zur Verwendung in einem Prozesssteuersystem mit einer Steuerung (220, 444), die unter einer speziellen Version einer Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware arbeitet und folgendes umfasst: einen Geräteprozessor (202, 302, 402) zur Steuerung des Betriebes des Eingabe/Ausgabe-Gerätes (200, 300, 401, 440, 442), eine kommunikativ mit dem Geräteprozessor (202, 302, 402, 516) verbundene Schnittstelle (208) zum Verbinden des Eingabe/Ausgabe-Gerätes (200, 300, 401, 440, 442) mit der Steuerung (220, 444), und eine Speichereinheit (204, 304, 404), die kommunikativ mit dem Geräteprozessor (202, 302, 402) verbunden ist, zum Speichern einer Mehrzahl von Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, wobei die Mehrzahl von Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware eine einfache Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware und mindestens eine weniger einfache Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware umfasst, wobei jede Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware vom Geräteprozessor (202, 302, 402) zur Steuerung des Eingabe/Ausgabe-Gerätes (200, 300, 401, 440, 442) verwendbar ist, wobei der Geräteprozessor (202, 302, 402) die Schnittstelle (208) zum Bestimmen der von der Steuerung (220, 444) verwendeten, dieser zugeordneten Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware nutzt, der Geräteprozessor (202, 302, 402) eine Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware der in der Speichereinheit (204, 304, 404) gespeicherten Mehrzahl von Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, die kompatibel zu der zugeordneten von der Steuerung (220, 444) verwendeten Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware ist, auswählt und der Geräteprozessor (202, 302, 402) das Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) zu einem Betrieb unter Verwendung der kompatiblen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware konfiguriert; und wobei der Geräteprozessor (202, 302, 402) ferner dazu ausgelegt ist, eine Antwortnachricht zu generieren, ...

Description

  • Die hier vorgestellte Erfindung betrifft Prozesssteuersystemgeräte insbesondere Vorrichtungen und Verfahren zum Ausführen von Konfigurierungen, Fehlerisolierungen und redundanter Steuerung zur Fehlerunterstützung von Eingabe/Ausgabe-Geräten, zur Verwendung in einem Prozesssteuersystem.
  • Die US 5 379 278 A beschreibt allgemein ein Ein- und Ausgabegerät, das in Prozesssteuersystemen verwendet wird. Diese Druckschrift steht allgemein für den Stand der Technik aus dem bereits Eingabe/Ausgabe-Geräte in Prozesssteuersystemen bekannt sind. Im Einzelnen wird ein Kommunikationsverfahren offenbart, das in der Lage ist, automatisch eine Kommunikation wiederherzustellen.
  • DE 199 80 545 T1 beschreibt eine Flash-Speicherkarte, welche an einen Personalcomputer angeschlossen werden kann. Die Flash-Speicherkarte umfasst eine Steuereinheit, um einen passenden Betriebsmodus für die Flash-Speicherkarte einzustellen. Der Betriebsmodus ist von dem Schnittstellengerät abhängig, das in Verbindung mit der Flash-Speicherkarte zum Einsatz kommt. Beim Anschluss der Flash-Speicherkarte an eine Schnittstelle, wird die verwendeten Schnittstelle (USB, PCMCIA, ATA IDE) durch eine Softwareroutine ermittelt und der passende Betriebsmodus gewählt.
  • Die DE 699 00 228 T2 betrifft ein System zur Erweiterung der Anzahl von Kodierungen, welche dazu verwendet werden können, Parameter in einem Parameterfeld von Nachrichten darzustellen, welche zwischen einer ersten und einer zweiten Kommunikationsvorrichtung übertragen werden. Insbesondere betrifft dieses System einen Indikator in dem es ein Parameterfeld gibt, der anzeigt, dass die Nachricht eine erweiterte Parameterkodierung enthält. Die Druckschrift steht beispielhaft für bekannte Methoden, die rückwärtskompatible Protokollerweiterungen realisieren.
  • Umfangreiche Prozesse, beispielsweise chemische, Erdöl verarbeitende oder andere herstellende und weiterverarbeitende Prozesse beinhalten eine Vielzahl von Peripheriegeräten, die an verschiedenen Stellen angeordnet sind, zum Messen und Kontrollieren von Prozessparametern und damit zur Kontrolle des Prozesses. Diese Peripheriegeräte können beispielsweise sowohl Sensoren wie Temperatur-, Druck- und Flußmengensensoren, als auch Kontrollelemente, beispielsweise Ventile und Schalter sein.
  • Historisch wurden in der Prozesskontrollindustrie manuelle Betriebseingriffe wie ein manuelles Ablesen von Anzeigen wie Füllstands- und Druckmessungen, wie auch das Drehen von Ventilrädern usw. ausgeführt, um Messungen und steuernde Peripheriegeräte innerhalb des Prozesses zu betreiben. Mit dem Beginn des 20 Jahrhunderts wurde damit begonnen, in der Prozesskontrollindustrie dazu eine pneumatische Kontrolle zu verwenden, bei der lokale pneumatische Steuergeräte, Übermittler und Ventilsteller an verschiedenen Stellen innerhalb der Prozesseinrichtung angeordnet wurden, um an verschiedenen Stellen einer Herstellungsanlage Steuerungsvorgänge auszuführen. Mit dem Aufkommen des mikroprozessorbasierten verteilten Kontrollsystems (DCS) in den siebziger Jahren hielt die verteilte elektronische Prozesskontrolle in der Prozesssteuerungsindustrie Einzug.
  • Bekanntermaßen enthält eine DCS einen analogen oder digitalen Computer, beispielsweise ein programmierbares logisches Steuergerät, das mit verschiedenen elektronischen Überwachungs- und Kontrollgeräten verbunden ist, beispielsweise elektronischen Sensoren, Übertragern, Stromstärke-zu-Druck-Wandlern, Ventilstellern usw., die über den Prozess verteilt angeordnet sind. Der DCS Computer speichert und führt ein zentralisiertes und meist komplexes Kontrollschema aus, um Messungen auszuführen, Geräte, die innerhalb des Prozesses vorhanden sind, zu kontrollieren, und dabei Parameter des Steuerprozesses anhand des Kontrollschemas zu überprüfen. Üblicherweise ist das Kontrollschema, das durch eine DCS betrieben wird, hinsichtlich des DCS Steuergeräte Herstellers proprietär, was es schwierig und teuer gestaltet, die DCS auszuweiten, zu aktualisieren, neu zu programmieren und zu bedienen, weil der DCS Provider so eingesetzt wird, dass dieser jede dieser einzelnen Aktivitäten in einer integrierten Weise ausführt. Weiterhin ist die Ausrüstung, die benutzt werden kann, oder die mit jeder einzelnen DCS verbunden ist, wegen der proprietären Gestalt eines DCS-Steuergeräts beschränkt, und es ergibt sich der Umstand, dass das DCS Steuergerät Geräte nicht unterstützen kann, die von anderen Herstellern zur Verfügung gestellt werden.
  • Um diesen Problemen zu begegnen, die bei einer Verwendung von proprietären DCS-Protokollen notwendigerweise auftreten, wurden in der Prozesssteuerungsindustrie verschiedene Standards entwickelt, die offene Kommunikationsprotokolle enthalten, beispielsweise die HART, PROFIBUS, WORLDFIP, LONEWORKS, Device-NET und CAN Protokolle, welches Peripheriegeräte, die von verschiedenen Herstellern stammen, dazu in die Lage versetzen, zusammen innerhalb eines gleichen Prozesssteuernetzwerkes verwendet zu werden. So kann jedes Peripheriegerät, das eines dieser Protokolle unterstützt, in einem Prozess eingesetzt werden, um mit einem DCS Steuergerät zu kommunizieren und von diesem oder einem anderen Steuergerät, das das Protokoll unterstützt, kontrolliert werden, auch dann, wenn das Peripheriegerät von einem Hersteller stammt, der ein anderer als der Hersteller des DCS Steuergerätes ist.
  • Weiterhin besteht derzeit in der Prozesssteuerungsindustrie das Bestreben, die Prozesskontrolle zu dezentralisieren und dabei die DCS Steuergeräte zu vereinfachen oder die Notwendigkeit einer Verwendung von DCS Steuergeräten über weite Bereiche zu eliminieren. Eine dezentralisierte Kontrolle wird dadurch erreicht, dass Prozesssteuerungsgeräte, beispielsweise Ventilsteller, Übertrager usw. eine oder mehrere Prozesssteuerungsfunktionen ausführen und dann Daten über eine Busstruktur zur Verwendung für andere Prozesssteuerungsgeräte, die andere Steuerungsfunktionen erfüllen, zu übermitteln. Um diese Steuerungsfunktionen auszuführen, enthält jedes Prozesssteuerungsgerät einen Mikroprozessor, der dazu in der Lage ist, sowohl eine oder mehrere Steuerungsfunktionen, als auch die Kommunikation mit anderen Prozesssteuerungsgeräten auszuführen, wobei dieser ein Standard- und offenes Kommunikationsprotokoll verwendet. Auf diese Weise können Peripheriegeräte, die von verschiedenen Herstellern stammen, innerhalb eines Prozesssteuernetzwerkes miteinander verbunden sein, um miteinander zu kommunizieren und eine oder mehrere Prozesssteuerungsfunktionen auszuführen, wobei diese einen Steuerkreis ohne einen Eingriff eines DCS Steuergerätes bilden. Das vollständig digitale, zwei-leitige Busprotokoll, das von der Fieldbus Foundation entwickelt wurde und als Foundation-Fieldbus (nachfolgend als Fieldbus bezeichnete) Protokoll bekannt ist, ist ein offenes Kommunikationsprotokoll, das es erlaubt, Geräten, die von verschiedenen Herstellern stammen, miteinander zu betreiben und über einen Standardbus zu kommunizieren, um eine dezentralisierte Kontrolle innerhalb eines Prozesses auszuführen. Weiterhin können verschiedene Versionen innerhalb eines einzelnen Kommunikationsprotokolls beispielsweise des Fieldbus Protokolls existieren, die verschiedene Ebenen der Funktionalität für das Prozesssteuersystem innerhalb des einzelnen Protokolls bereit stellen.
  • Der Bus, der die Geräte des Prozesssteuersystems verbindet, enthält verschiedene Teile oder Segmente, die durch Brückengeräte, beispielsweise Steuergeräte, abgeteilt werden. Jedes Segment verbindet eine Untereinheit von Geräten, die dem Bus angefügt sind, um Kommunikationen zwischen den Geräten während der Steuerung des Prozesses zu ermöglichen. Die Steuergeräte kommunizieren typischerweise mit den Peripheriegeräten an den Segmenten über Eingabe/Ausgabe-Geräte (I/O-Geräte). Die Eingabe/Ausgabe-Geräte führen dasjenige Kommunikationsprotokoll aus, das im Prozesssteuernetzwerk verwendet wird und steuern die Kommunikationen zwischen den Steuergeräten und den Geräten an den Segmenten. Die Kommunikation zwischen den Eingabe/Ausgabe-Geräten und der Steuerung kann unter Verwendung jedes Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls ausgeführt werden, einschließlich proprietärer Kommunikationsprotokolle oder eines Standard-Kommunikationsprotokolls. Das Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll umfasst jedes Kommunikationsprotokoll und Format von Datenfeldern innerhalb des Kommunikationsprotokolls, das zur Übermittlung von Informationen zwischen der Steuerung und den mit diesem verbundenen Eingabe/Ausgabe-Geräten dient. Beispielsweise kann das Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll ein Standard-Kommunikationsprotokoll, beispielsweise das Railbus-Protokoll zum Übertragen von Information zwischen der Steuerung und den Eingabe/Ausgabe-Geräten aufweisen, mit der Information, die in Datenfeldern des Railbus Protokolls in einem Format, das speziell dem der Steuerung und dem Eingabe/Ausgabe-Gerätehersteller entspricht, enthalten ist. Das Kommunikationsprotokoll, das zur Kommunikation zwischen der Steuerung und den Eingabe/Ausgabe-Geräten verwendet wird, kann ebenfalls in verschiedenen Versionen vorliegen, wobei diese verschiedene Ebenen von Funktionalitäten für das Prozesssteuersystem bereitstellen. Jede mögliche Anzahl von Eingabe/Ausgabe-Geräten kann von den Bussegmenten verwaltet oder an diese Segmente angefügt werden. Eingabe/Ausgabe-Geräte können angefügt werden, um fehlerhafte Eingabe/Ausgabe-Geräte zu ersetzen oder um es zu ermöglichen, dass zusätzliche Geräte vom Prozesssteuersystem gesteuert werden.
  • Während die Steuergeräte eines Prozesssteuersystems ein jeweiliges Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll zur Kommunikation mit den Eingabe/Ausgabe-Geräten verwenden, die das gleiche Eingabe/Ausgabe-Protokoll verwenden, sind die Steuergeräte zur Kommunikation mit Eingabe/Ausgabe-Geräten, die ein anderes Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll verwenden, selbst nicht in der Lage. Dagegen sind die Steuergeräte, die eine einzelne Version eines Eingabe/Ausgabe-Protokolls verwenden können, in der Lage, mit weiteren Eingabe/Ausgabe-Geräten kommunizieren, die die gleiche oder eine einfachere Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls verwenden. Allerdings können die Steuergeräte nicht dazu imstande sein, Eingabe/Ausgabe-Geräte zu unterstützen, die eine neuere Version eines Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls verwenden, das von der Steuerung innerhalb des Prozesssteuersystems verwendet wird.
  • Wegen der Vielzahl von Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokollen und deren Versionen, die für Prozesssteuersysteme existieren, müssen Hersteller eine große Menge von Informationen von einem Anwender, der neue Eingabe/Ausgabe-Geräte benötigt, anfordern, um sicherzustellen, dass das korrekte Eingabe/Ausgabe-Gerät zur Verfügung gestellt wird. Solche Informationen enthalten das spezielle Eingabe/Ausgabe-Gerät, das benötigt wird (beispielsweise ein HART Eingabe/Ausgabe-Gerät und Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Gerät, wie z. B. ein Link-Master-Device, ein Grundgerät, ein Brückengerät usw.), das jeweils vorliegende Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll, das zwischen der Steuerung und den Eingabe/Ausgabe-Geräten des Prozesssteuersystems des Kunden verwendet wird, und die Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls, das durch die Steuerung verwendet wird. Das Anfordern eine derartig großen Menge von Information erhöht die Fehlermöglichkeiten in den angeforderten Informationen und kann somit dazu führen, dass das falsche Eingabe/Ausgabe-Gerät an den Anwender ausgeliefert wird. Zusätzlich dazu müssen Eingabe/Ausgabe-Geräte Hersteller einen Vorrat von vielen Typen spezieller Eingabe/Ausgabe-Geräte bereit halten, um für jedes Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll und deren Versionen gerüstet zu sein, wobei dies einen großen Lagerplatz und eine komplexe Inventarverwaltung erfordert. Weiterhin führt solch eine Vielzahl eines Sortimentes von Eingabe/Ausgabe-Geräten eines Herstellers zu einem erhöhten Fehlerrisiko zum Erfassen eines falschen Eingabe/Ausgabe-Gerätes zum Versand an den Kunden sogar dann, wenn die korrekte Information vom Kunden bereit gestellt wurde und von einem Herstellermitarbeiter erfasst wurde. Zusätzlich dazu muss, wenn der Kunde das Eingabe/Ausgabe-Gerät erhält, das Gerät durch einen Systemadministrator konfiguriert werden, um mit dem vorhandenen Prozesssteuersystem zusammen zu arbeiten. Der Systemnutzer muss beispielsweise in das Prozesssteuersystem die Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls eingeben, was von dem Eingabe/Ausgabe-Gerät verwendet wird. Ein Fehler bei der Eingabe oder eine inkorrekte Eingabe der Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls, welches vom Eingabe/Ausgabe-Gerät verwendet wird, kann dazu führen, dass jegliche Eingabe/Ausgabe-Geräte und jegliche Peripheriegeräte (Sensoren, Ventile, etc.), die mit dem Eingabe/Ausgabe-Gerät verbunden sind, fehlerhaft funktionieren, weil das Prozesssteuersystem Funktionalitäten dem Eingabe/Ausgabe-Gerät zuschreibt, die das Eingabe/Ausgabe-Gerät nicht aufweist. Das kann zu Prozesssteuersystemfehlern führen, wenn am Gerät eine Ausführung solch einer Funktionalität angefordert wird. Die Eingabe/Ausgabe-Geräte müssen durch eine Aktualisierung für eine Steuerung des Prozesssteuersystems neu konfiguriert werden. Weiterhin muss der Anwender wegen den verschiedenen Versionen eines einzelnen Kommunikationsprotokolls ebenfalls einen Vorrat unterschiedlicher Typen des spezifischen Eingabe/Ausgabe-Gerätes bereithalten, so dass, falls ein Eingabe/Ausgabe-Gerät fehlerhaft wird, dieses durch ein anderes Eingabe/Ausgabe-Gerät derselben Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls unter welchem die Steuerung des Prozesssteuersystems arbeitet, ersetzt werden kann.
  • Obwohl die Eingabe/Ausgabe-Geräte die Kommunikation zwischen der Steuerung und den Geräten an den Segmenten ausführen, wird die Prozesskontrolle mindestens für die Geräte an einem einzelnen Segment eingestellt, wenn das Eingabe/Ausgabe-Gerät für das Segment, aus welchen Gründen auch immer, außer Betrieb ist. Der Schaden durch ein nicht verfügbares Eingabe/Ausgabe-Gerät und die Unterbrechung der Prozesskontrolle kann dadurch reduziert werden, indem ein Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät bereit gestellt wird, was mit dem Segment verbunden ist und das die Funktion des ausgefallenen Eingabe/Ausgabe-Gerätes übernimmt. Typischerweise besitzen die Eingabe/Ausgabe-Geräte eine Diagnosesoftware zur Erkennung von Fehlern in den Eingabe/Ausgabe-Geräten. Falls eine Steuerung keine Information von einem einzelnen Eingabe/Ausgabe-Gerät nach einer vordefinierten Zahl von Zugriffsversuchen, beispielsweise für drei Versuche, für die Kommunikation mit dem Eingabe/Ausgabe-Gerät erhält, weist die Steuerung das betreffenden Eingabe/Ausgabe-Gerät an, eine Selbstdiagnose auszuführen. Wenn die Selbstdiagnose einen fehlerhaften Zustand im einzelnen Eingabe/Ausgabe-Gerät feststellt, wird dieser Fehlerzustand von dem betreffenden Eingabe/Ausgabe-Gerät an die Steuerung mitgeteilt, welches daraufhin das einzelne Eingabe/Ausgabe-Gerät außer Betrieb nimmt und das korrespondierende Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät am Segment aktiviert. Allerdings werden, weil typischerweise eine Vielzahl fehlgeschlagener Kommunikationsversuche erforderlich sind, bevor die Steuerung eine Diagnose zur Ausführung am Eingabe/Ausgabe-Gerät anfordert, einige Sekunden benötigt, bevor ein fehlerhaftes Eingabe/Ausgabe-Gerät durch die Steuerung festgestellt wird, wobei während dieser Zeit Geräte, die von der fehlerhaften Eingabe/Ausgabekarte kontrolliert werden, unter beschränkter oder ohne Kontrolle/Überwachung weiter arbeiten, wobei sich potentiell eine gefährliche Situation für Prozesskontrollarbeiter ergibt.
  • Weiterhin hindert das fehlerhafte Eingabe/Ausgabe-Gerät unter Umständen alle anderen Eingabe/Ausgabe-Geräte am Bus, der eine Steuerung mit verschiedenen Eingabe/Ausgabe-Geräten verbindet, daran, eine Kommunikation miteinander und mit der Steuerung auszuführen. Das fehlerhafte Eingabe/Ausgabe-Gerät kann beispielsweise ein unerwünschtes Signal an eine Busdatenleitung oder Leitungen, die allen Eingabe/Ausgabe-Geräten an dem Bus gemeinsam ist, senden. Dieses unerwünschte Signal verhindert die Kommunikation zwischen allen Eingabe/Ausgabe-Geräten und der Steuerung am Bus und setzt somit den Bus außer Betrieb. Solch ein Umstand kann eine gefährliche Situation für Arbeiter hervorrufen, die in der Nähe des Prozesssteuersystems arbeiten, weil die Prozesssteuerungsaktivitäten, die vom Bus kontrolliert werden, unter beschränkter oder gänzlich fehlender Kontrolle und Überwachung ablaufen.
  • Ausgehend von der DE 199 80 545 T1 ist die objektive Aufgabe der Erfindung, ein Eingabe/Ausgabe Gerät zu schaffen, das sich in möglichst einfacher und effizienter Weise konfigurieren lässt. Diese Angabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Es wird ein Eingabe/Ausgabe-Gerät zur Verwendung in einem Prozesssteuersystem, welches unter einer bestimmten Version einer Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware arbeitet, vorgestellt, welches einen Eingabe/Ausgabeprozessor zur Funktionskontrolle des Eingabe/Ausgabe-Gerätes beinhaltet.
  • Eine Schnittstelle ist kommunikativ mit dem Prozessor verbunden, um das Eingabe/Ausgabe-Gerät mit dem Prozesssteuersystem zu verbinden. Weiterhin ist ein Speichergerät kommunikativ mit dem Prozessor verbunden, um eine Mehrzahl von möglichen Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware zu speichern, wobei jede der Versionen aus der Mehrzahl der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware durch den Prozessor zum Betrieb des Eingabe/Ausgabe-Gerätes verwendbar ist. Der Geräteprozessor verwendet die Schnittstelle zum Feststellen der betreffenden Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, die vom Prozesssteuersystem, beispielsweise einem Steuergerät, verwendet wird und stellt fest, welche Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware aus der im Eingabe/Ausgabe-Gerät gespeicherten Mehrzahl der Versionen, die mit der Einzelversion der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, die von der Steuerung verwendet werden, kompatibel ist. Danach konfiguriert der Geräteprozessor das Eingabe/Ausgabe-Gerät für einen Betrieb unter Verwendung der kompatiblen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware.
  • In einer ersten Ausführungsform ermittelt der Geräteprozessor unter Verwendung von bislang ungenutzten Nachrichtenteilen, die zwischen dem Eingabe/Ausgabe-Gerät und der Steuerung übermittelt werden, die Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, die von der Steuerung verwendet wird. Alternativ dazu kann der Geräteprozessor zu diesem Zweck spezialisierte Nachrichten zwischen dem Eingabe/Ausgabe-Gerät und der Steuerung verwenden, um die Einzelversion der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, die von der Steuerung verwendet wird, festzustellen.
  • Weiterhin wird ein Eingabe/Ausgabe-Gerät zur Verwendung in einem Prozesssteuersystem für Kommunikationen in einem Prozesssteuernetzwerk bereit gestellt, wobei das Prozesssteuersystem eine Mehrzahl von Eingabe/Ausgabe-Geräten enthält, die über einen Bus kommunizieren. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät hat eine Schnittstelle zum kommunikativen Verbinden des Eingabe/Ausgabe-Gerätes mit dem Bus und einen Geräteprozessor, der mit der Schnittstelle gekoppelt ist, für Kontrolloperationen des Gerätes, einschließlich einer Funktionsfehlerfeststellung für das Gerät. Der Geräteprozessor trennt bei Feststellung eines möglichen Gerätefehlers die Kommunikationsverbindung, die von der Schnittstelle mit dem Bus hergestellt wird.
  • Das Eingabe/Ausgabe-Gerät kann Relais verwenden, die von dem Geräteprozessor angesprochen werden, um die Kommunikation mit dem Bus zu trennen. Beispielsweise dann, wenn der Bus eine Datenleitung enthält und die Schnittstelle das Eingabe/Ausgabe-Gerät mit der Datenleitung verbindet, kann der Geräteprozessor das Relais ansprechen, um die Kommunikationsverbindung mit der Datenleitung bei Feststellung eines Eingabe/Ausgabe-Gerätefehlers zu trennen. In vergleichbarer Weise dazu kann, wenn der Bus eine Mehrzahl von Datenleitungen enthält und die Schnittstelle das Eingabe/Ausgabe-Gerät mit der Mehrzahl der Datenleitungen verbindet, das Eingabe/Ausgabe-Gerät eine Mehrzahl von Relais für je eine Datenleitung enthalten. Der Geräteprozessor kann eines oder mehrere aus der Mehrzahl der Relais bedienen, um die Kommunikationsverbindung mit den Datenleitungen des Busses bei Feststellung eines Gerätefehlers zu trennen.
  • Zusätzlich dazu enthält ein Prozesssteuersystem zur Kommunikation in einem Prozesssteuernetzwerk, welches eine Mehrzahl von Geräten umfasst, einen Bus und ein primäres und sekundäres redundantes Gerätepaar in Kommunikation mit dem Bus. Das sekundäre redundante Gerät ist zur Feststellung von Gerätefehlern des primären redundanten Gerätes programmiert. Bei Feststellung eines primären redundanten Gerätefehlers meldet das redundante Gerät einem Steuergerät einen möglichen Gerätefehler des primären redundanten Geräts. In Beantwortung auf die primäre redundante Gerätefehlernachricht kann die Steuerung umgehend das primäre redundante Gerät anweisen, eine Selbstdiagnose auszuführen. Alternativ dazu kann die Steuerung das primäre redundante Gerät deaktivieren, und das sekundäre redundante Gerät aktivieren.
  • Ein Fehler kann unter Verwendung einer dafür vorgesehenen Kommunikationsverbindung zwischen dem primären und sekundären redundanten Gerät detektiert werden. Beispielsweise kann das sekundäre redundante Gerät einen primären redundanten Gerätefehler feststellen, wenn das primäre redundante Gerät eine Kommunikation mit dem sekundären redundanten Gerät in einer vordefinierten Zeit nicht ausführen kann. Bei Feststellung eines primären redundanten Gerätefehlers wird die Steuerung des Prozesssteuersystems benachrichtigt, welches dann sofort das primäre redundante Gerät zur Ausführung einer Selbstdiagnose auffordert. Wenn die primäre redundante Gerätediagnose einen Fehler des primären redundanten Gerätes feststellt, kann die Steuerung das primäre redundante Gerät deaktivieren und das sekundäre redundante Gerät aktivieren sowie einen Systemoperator benachrichtigen. Stellt die primäre redundante Gerätediagnose keinen Fehler im primären redundanten Gerät fest, kann die Steuerung das primäre redundante Gerät aktiv halten und einen Systemoperator benachrichtigen.
  • Die Ausgestaltung und Vorteile der Erfindung werden in Anlehnung an den Rahmen fachgemäßen Handelns anhand einer genaueren Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, welche anhand von Darstellungen ausgeführt werden, wobei eine kurze Beschreibung der Darstellungen folgt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ein schematisches funktionelles Blockdiagramm eines Prozesssteuersystems
  • 2 ein schematisches Blockdiagramm des Prozesssteuernetzwerkes von 1
  • 3 eine schematische Darstellung der Rückwandplatine zur Implementierung von Kommunikationen zwischen der Steuerung und dem Eingabe/Ausgabe-Gerät von 1
  • 4 ein schematisches Blockdiagramm eines Eingabe/Ausgabe-Gerätes und eines Steuergerätes, das in dem Prozesssteuersystem verwendet wird
  • 5 ein Flußdiagramm zur Darstellung einer Operation des Eingabe/Ausgabe-Gerätes von 4
  • 6 ein schematisches Blockdiagramm eines Eingabe/Ausgabe-Gerätes und eines Peripheriegerätes, verwendet in einem Prozesssteuersystem
  • 7 ein Flußdiagramm zur Darstellung der Operation des Eingabe/Ausgabe-Gerätes von 6
  • 8 ein weiteres schematisches Blockdiagramm eines Prozesssteuersystems, beinhaltend einen Steuergerät und drei Eingabe/Ausgabe-Geräte
  • 9 ein Flußdiagramm mit Darstellung eines Betriebes des Prozesssteuersystems von 8
  • 10 ein weiteres Flußdiagramm zur Darstellung eines Betriebs des Prozesssteuersystems von 8
  • 11 ein weiteres schematisches Blockschaltbild eines Prozesssteuersystems, beinhaltend eine Steuerung, das mit redundanten Eingabe/Ausgabe-Geräten gekoppelt ist und
  • 12 ein Flußdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens im Rahmen des Prozesssteuersystems von 11.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Die detaillierte Beschreibung der Geräte der Erfindung erfolgt in Verbindung mit einem Prozesssteuernetzwerk, das dezentralisierte oder verteilte Prozesssteuerungsfunktionen, aufweist, wobei ein Satz von Fieldbus-, HART- und 4–20 mA-Geräten verwendet wird, wobei angemerkt wird, dass die Geräte der Erfindung mit verteilte Steuerungsfunktionen ausführenden Prozesssteuernetzwerken verbunden werden können, die verschiedene Typen von Peripheriegeräten und Eingabe/Ausgabe-Geräte Kommunikationsprotokolle verwenden, einschließlich von Protokollen, die sich auf andere als zweidrahtige Busse beziehen, und Protokolle, welche nur analoge oder sowohl analoge als auch digitale Kommunikationen unterstützen. So können z. B. die erfindungsgemäßen Geräte in allen Prozesssteuernetzwerken verwendet werden, welche verteilte Steuerungsfunktionen ausüben, auch dann, wenn dieses Prozesssteuernetzwerk ein HART, PROFIBUS oder dergleichen Kommunikationsprotokoll zur Kommunikation zwischen den Eingabe/Ausgabe-Geräten und mit diesen verbundenen Peripheriegeräten verwendet, und andere Standard Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolle oder jegliche proprietäre Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolle anwenden, (welche z. B. mit einem ☐Delta V-Kontrollsystem implementiert sind) um Kommunikationen zwischen der Steuerung und den Eingabe/Ausgabe-Geräten des Prozesssteuersystems auszuführen. Jegliche andere Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolle, die gegenwärtig existieren oder zukünftig entwickelt werden, können ebenfalls verwendet werden. Weiterhin können die Eingabe/Ausgabe-Geräte der Erfindung in Verbindung mit allen erforderlichen Prozesskontrollperipheriegeräten einschliesslich Ventilen, Stellgeräten, Übertragern, usw. verwendet werden.
  • 1 zeigt ein Prozesssteuernetzwerk 100, welches z. B. ein ☐Delta-V-Prozesssteuersystem sein kann, welches von Fisher Rosemount Systems, Inc. aus Texas vertrieben wird. Das Prozesssteuernetzwerk 100 beinhaltet einen oder mehrere Steuergeräte 102, eine oder mehrere zentrale oder Administrationsstationen 104, und/oder andere Computergeräte, beispielsweise andere Workstations, Datenbanken, Konfigurationsstationen usw., welche mit einem Bus 110 verbunden sind, der beispielsweise ein Ethernet Bus sein kann. Wie bekannt ist, enthalten die Steuergeräte 102 und die Arbeitsstation 104 Prozessoren zum Ausführen von Software, welche in den Speichereinheiten dieser Geräte gespeichert ist. Die Steuerung 102 kann beispielsweise eine verteilte Kontrollsystemsteuerung oder ein jeglicher anderer Typ eines hier betriebenen Steuergerätes, beispielsweise ein Personalcomputer, ein dafür ausgerichteter Prozessor oder Server oder ein anderes Gerät sein, welches einem Nutzer oder einem Administrator erlaubt, mit dem Prozesssteuersystem 100 in jeder gewohnten Weise zu kommunizieren.
  • Die Steuerung 102 ist mit verschiedenen Eingabe/Ausgabe-Geräten über eine Rückwandplatine 111, welche redundante Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 enthält, die zusammen als ein Einzel-Eingabe/Ausgabe-Gerät 130, HART Eingabe/Ausgabe-Gerät 140 und ein 4–20 mA Eingabe/Ausgabe-Gerät 150 zusammenwirken, verbunden.
  • Verschiedene Peripheriegeräte 112–115 sind als mit der Steuerung 102 über die redundanten Fieldbus-Geräte 120 und 122 verbunden dargestellt, welche im folgenden genauer beschrieben werden. Die Peripheriegeräte 112–115 sind als mit einem Bussegment 124 verbunden dargestellt, welches jeden erforderlichen Bustyp beinhalten kann, beispielsweise einen Fieldbuslink. In diesem Fall können die Geräte 112–115 das Foundation Fieldbus Kommunikaitonsprotokoll verwenden. Natürlich können jede der Peripheriegeräte 112–115 jeglichen Typ von Peripheriegeräten darstellen, die in dem Prozesssteuernetzwerk 100 enthalten sind, beispielsweise Sensoren, Kontrollventile, Stelleinrichtungen, Ventilatoren, Videokameras, Mikrophone, usw.
  • Das HART Eingabe/Ausgabe-Gerät 140 verbindet HART-Geräte 142 und 144 mit der Steuerung 102 unter Verwendung von HART-Kommunikationsleitungen 146, bzw. 148, welche beide eine digitale und analoge Kommunikationsverbindung zwischen dem HART-Eingabe/Ausgabe-Gerät 140 und den HART Geräten 142 und 144 in fachgemäßer Weise herstellen. Das 4–20 mA-Eingabe/Ausgabe-Gerät 150 ist mit 4–20 mA Geräten 152 und 154 über 4–20 mA-Kommunikationsleitungen 156, bzw. 158 verbunden. Die 4–20 mA-Kommunikationsleitungen 156 und 158 stellen eine analoge Kommunikationsverbindung zwischen den 4–20 mA Eingabe/Ausgabe-Geräten 150 und den 4–20 mA Peripheriegeräten 152 und 154 her, wie dies im Rahmen des fachgemäßen Handelns ausgeführt wird. Die HART-Peripheriegeräte 142 und 144 und die 4–20 mA Peripheriegeräte 152 und 154 können beispielsweise Sensoren, Kontrollventile, Ventilatoren und ebenso andere Gerätetypen sein, welche kompatibel zu HART- und 4–20 mA Kommunikationsprotokollen sind. Andere Eingabe/Ausgabe-Geräte, welche andere Kommunikationsprotokolle nutzen, die gegenwärtig verwendet werden oder in Zukunft verfügbar sind, können über die Rückwandplatine 111 verbunden werden, wie dies im Rahmen fachgemäßen Handelns ausgeführt wird.
  • Die Steuerung 102 kommuniziert mit den Eingabe/Ausgabe-Geräten 120, 122, 140 und 150 über die Rückwandplatine 111 und verwendet dabei in einer Ausgestaltung eine proprietäre Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, wie sie beispielsweise als Teil der ☐Delta V-Kommunikationssoftware bereitgestellt wird. Die Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware ist typischerweise in einer Vielzahl von Versionen verfügbar, wobei jede Version verschiedene Ebenen der Funktionalität für das Prozesssteuerungssystem bereitstellt.
  • Wie in 1 dargestellt ist, sind die redundanten Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 parallel zum Segment 124 zwischen der Steuerung 102 und den Peripheriegeräten 112–115 verbunden. Für die folgende Darstellung wird das Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 als das primäre Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 angenommen, und das Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 wird ebenso als ein sekundäres Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 angenommen. In diesem Beispiel hat jedes Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 und 122 eine eindeutige Adresse, die auf den Knoten verweist, mit welchem das Gerät verbunden ist. Die Steuerung 102 und die Peripheriegeräte 112–115 identifizieren Nachrichten von den Eingabe/Ausgabe-Geräten 120 und 122 anhand der Adressen in den Nachrichten, welche auf dem Bussegment 124 übermittelt werden. Um Redundanz zu erhalten, sind die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 dahingehend konfiguriert, um als einzelne virtuelle Eingabe/Ausgabe-Geräte 130, welche mit der Steuerung 102 und den Peripheriegeräten 112 und 115 in derselben Weise kommunizieren, unabhängig davon, welches der Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 aktiv ist und mit dem Bussegment 124 kommuniziert. Eines der Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122, welches momentan das aktive Eingabe/Ausgabe-Gerät des virtuellen Eingabe/Ausgabe-Gerätes 130 ist, kommuniziert transparent mit der Steuerung 102, den Peripheriegeräten 112–115 und den anderen Geräten des Netzwerkes 100 durch Ausgabe von Nachrichten, welche eine gleiche Adresse tragen (eine virtuelle Ausgabeadresse). Bei Ausgabe der Nachrichten unter Verwendung der virtuellen Ausgabeadressen erscheinen alle virtuellen Eingabe/Ausgabe-Geräte 130 gleich und werden in derselben Weise von der Steuerung 102 und den Peripheriegeräten 112–115 betrieben, unabhängig davon, welche der Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 tatsächlich die Nachricht ausgegeben hat.
  • Die virtuelle Ausgabeadresse des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 130 kann die eindeutige physikalische Adresse eines der Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 oder 122 sein, oder jede andere eindeutige Adresse, die dem virtuellen Eingabe/Ausgabe-Gerät 130 zugeordnet wird. Unabhängig vom Wert der virtuellen Ausgabeadresse oder der Weise in welcher die virtuelle Ausgabeadresse zugeordnet wird, wird die virtuelle Ausgabeadresse und der Code für den Betrieb des virtuellen Eingabe/Ausgabe-Gerätes im Kommunikationsstackspeicher der Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 gespeichert. Zusätzlich sind die Fieldbus Ausgaben-VCRs im Steuergerät 102 und die Peripheriegeräte 112–115 mit der virtuellen Ausgabeadresse des virtuellen Eingabe/Ausgabe-Gerätes 130 anstelle der Adresse einer der beiden Eingabe/Ausgabe-Gerätes 120 oder 122 konfiguriert.
  • Während eines normalen Betriebes des Prozesssteuernetzwerkes 100 sendet und empfängt eines der beiden Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 Nachrichten vom Fieldbus Segment 124, ist als LAS für das Bussegment 124 tätig und führt Prozesssteuerungsfunktionen und dergleichen aus, die vom virtuellen Eingabe/Ausgabe-Gerät 130 ausgeführt werden müssen, um eine Prozesskontrolle im Prozesssteuernetzwerk 100 zu bewirken. Zum Zweck der folgenden Darstellung ist das Eingabe/Ausgabe-Gerät 120, welches vorhergehend als ein primäres Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 bezeichnet wurde, das anfänglich aktive Eingabe/Ausgabe-Gerät für das virtuelle Eingabe/Ausgabe-Gerät 130.
  • Das Eingabe/Ausgabe-Gerät, welches nicht als aktives Eingabe/Ausgabe-Gerät für das virtuelle Eingabe/Ausgabe-Gerät 130 dient, ist in diesem Falle das zweite Eingabe/Ausgabe-Gerät 122, wird als Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 130 bezeichnet. Während des Unterstützungsmodus führt das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 keinerlei Prozesskontrolle oder Kommunikationsfunktionen des virtuellen Eingabe/Ausgabe-Gerätes 130 aus. Trotzdem ist das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 mit den VCRs des virtuellen Eingabe/Ausgabe-Gerätes 130 konfiguriert und steht für Nachrichten des Bussegmentes 124, welche vom Bussegment 124 gesendet werden, zur Verfügung, die für das virtuelle Eingabe/Ausgabe-Gerät 130 bestimmt sind. Das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 empfängt und dekodiert die Nachrichten und speichert jede Information der Nachrichten, die normalerweise vom aktiven Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 gespeichert werden. Das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 kann ebenso Informationen verarbeiten und in diesem Gerät abgespeicherte Daten aktualisieren, verbindungsaktive Tabellen empfangen und aktualisierte speichern und jede andere Funktion ausführen, die für das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 notwendig sind, um Prozesssteuerungsfunktionen des virtuellen Eingabe/Ausgabe-Gerätes 130 zu übernehmen, wenn das aktive Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 nicht verfügbar ist oder auf andere Weise nicht zur Verfügung steht.
  • Zusätzlich zum Empfangen und Verarbeiten von Nachrichten, die durch die Peripheriegeräte 112–115 zum virtuellen Eingabe/Ausgabe-Gerät 130 übertragen werden, empfängt und speichert das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 die Nachrichten, welche vom aktiven Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 zu anderen Geräten des Busses 110 gesendet werden. Diese Funktionsweise wird durch das Programmieren der Kommunikationsstacks der Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 für das Unterstützungsgerät 122 zum Empfang von Nachrichten ermöglicht, die vom aktiven Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 ausgesendet werden. Jedes Gerät, das mit dem Bus 110 kommuniziert, beinhaltet einen Sendepuffer zum Umsetzen und Speichern der Nachrichten, die zu dem Geräten des Busses 110 gesendet werden und einen Eingangspuffer, zum Speichern von Nachrichten, die von anderen Geräten des Prozesssteuernetzwerks 110 empfangen werden. Beispielsweise weist das primäre Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 einen Sendepuffer 132 und einen Eingangspuffer 134 auf und das zweite Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 einen Sendepuffer 136 und einen Eingangspuffer 138. Der Sendepuffer des Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerätes 122 empfängt und speichert vorzugsweise die am vordringlichsten gesendete Nachricht aus dem Sendepuffer des aktiven Eingabe/Ausgabe-Gerätes 120.
  • Das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 ist in der Lage, Nachrichten zu empfangen und zu speichern, die vom aktiven Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 zum Konfigurieren des Kommunikationsstacks der redundanten Eingabe/Ausgabe-Geräte gesendet wurden, um den Sendepuffer des Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerätes 122 als Eingangspuffer für Nachrichten, die vom Ausgangspuffer des aktiven Eingabe/Ausgabe-Gerätes 120 ausgegeben werden, betreiben zu können. Während des Unterstützungsmodus stellt der Ausgangspuffer des Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerätes 122 die normale Funktion des Ausgabepuffers ein, wie z. B. die notwendigen Datenanforderungen und Nachrichten zum Herstellen einer Verbindung. Gleichzeitig listet das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät die virtuelle Ausgabeadresse für das virtuelle Eingabe/Ausgabe-Gerät 130 in das Fieldbussegment 124 für gesendete Nachrichten, die eine virtuelle Ausgabeadresse für das virtuelle Eingabe/Ausgabe-Gerät 130 tragen. Wenn eine Nachricht, die vom aktiven Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 gesendet wurde, detektiert wird, dekodiert das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 die Nachricht und speichert die Nachricht in seinem Ausgabepuffer anstatt seines Eingangspuffers ab. Zusätzlich dazu kann eine separate Leitung 159 die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 miteinander verbinden, um eine Kommunikation direkt zwischen den Eingabe/Ausgabe-Geräten 120 und 122 herzustellen.
  • Unter Bezug auf 2 wird nun die physikalische Konfiguration des Prozesssteuernetzwerkes 100 aus 1 dargestellt. Die Steuerung 102, die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122, 140 und 150 und die anderen Geräte sind mit dem Fieldbussegment 124 über die Rückwandplatine 111 verbunden, die eine Mehrzahl von Ports oder Slots mit Pin-Verbindungen aufweist. Die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120, 122, 140 und 150 sind mit den Slots der Rückwandplatine 111 verbunden und die Rückwandplatine ist daraufhin konfiguriert, dass die Eingabe/Ausgabe-Geräte problemlos mit dem Bussegment 124 verbunden sind, wenn dies notwendig ist. Beispielsweise ist die Rückwandplatine 111, um das Prozesssteuernetzwerk zu realisieren, so konfiguriert, dass der Slot, mit dem die Steuerung 102 verbunden ist, in Reihe mit dem Bus 110 und den Eingabe/Ausgabe-Geräten 120, 122, 140 und 150 in Serie geschaltet ist, und die Slots mit denen die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120, 122, 140 und 150 verbunden sind, parallel zueinander und mit der Steuerung 102 verbunden sind. Weiterhin sind die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 in Serie zwischen der Steuerung 102 und den Peripheriegeräten 112–115 des Fieldbussegmentes 124 geschaltet. Obwohl die physikalische Verbindung der Eingabe/Ausgabe-Geräte zur Rückwandplatine primär zum Austausch von Informationen zwischen den Eingabe/Ausgabe-Geräten und zur Implementierung eines Prozessprotokolls genutzt wird, kann die physikalische Verbindung auch dazu genutzt werden, um die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120, 122, 140 und 150 sowie die anderen Geräte des Prozesssteuernetzwerkes 100 dahingehend zu informieren, dass spezifische Eingabe/Ausgabe-Geräte, beispielsweise die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122, ein redundantes Paar von Eingabe/Ausgabe-Geräten bilden.
  • Weiterhin kann die Verbindung zwischen der Steuerung 102 und den Eingabe/Ausgabe-Geräten 120 und 122 zur Kontrolle des Umschaltens des Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerätes 122 in den aktiven Modus benutzt werden. Beispielsweise können die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 so konfiguriert sein, um eine Statusinformation zum Steuergerät 102 zu übertragen. Die Statusinformation kann Alarmnachrichten mit einer Information, dass das aktive Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 inaktiv ist oder aktiv werden wird, beinhalten. Die Steuerung 102 kann so programmiert sein, dass dieses auf die Alarmnachricht durch Umschalten der Funktionsmodi der Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 reagiert, so dass das aktive Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 in den Unterstützungsmodus geschaltet wird und das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 den aktiven Modus annimmt. Die Steuerung 102 kann weiterhin so programmiert sein, dass dieses eine Nachricht zu einem Host 104 übermittelt, die signalisiert, dass das Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 einer Überprüfung bedarf.
  • Wie es im Rahmen fachgemäßen Handelns naheliegt, können Prozesskontrollschemata oder Routinen in das Prozesssteuernetzwerk 100 implementiert werden, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Schleifen oder Bestandteilen beinhalten. Im Allgemeinen kontrolliert eine Kontrollschleife eine oder mehrere Peripheriegeräte, um einen Teil eines Prozesses zu kontrollieren. Um eine Prozesskontrolle hervorzurufen und andere Informationen auszutauschen, die mit der Operation und dem Status des kontrollierten Prozesses in Beziehung stehen, übermitteln die Steuer- und die Peripheriegeräte an einem Segment des Busses Nachrichten von und zum Segment. Die Kommunikationen zwischen den Steuergeräten und den Peripheriegeräten werden durch Eingabe/Ausgabe-Geräte erleichtert, die mit dem Bus zwischen der Steuerung und den Peripheriegeräten verbunden sind. Beispielsweise ist die Haupt-Informations-Basis (Master-Information-Base (MIB)) eines Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Gerätes mit VCR programmiert, die signalisiert, dass das Eingabe/Ausgabe-Gerät zum Empfang von Nachrichten von den Peripheriegeräten dient, und die Nachrichten über das Segment zum Steuergerät und zurück leitet. Zusätzlich dazu dient das Eingabe/Ausgabe-Gerät als ein Link-Access-Schedular (LAS, Verbindungszugriffstabulator) für das Segment und übermittelt Nachrichten über den Bus, die die Kommunikationen auf dem Segment ordnen und kontrollieren. Weiterhin kann das Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Gerät Funktionsblöcke beinhalten, die ProzessSteuerungsfunktionen ausführen. In der letzteren Funktionsweise kann das Eingabe/Ausgabe-Gerät selbsttätig Nachrichten auf den Fieldbus übertragen, die an untergeordnete Peripheriegeräte andressiert sind, wobei diese Nachrichten entgegennehmen und dekodieren, und die in ihnen enthaltenen Anweisungen ausführen.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung der Rückwandplatine 111 aus 1 und 2. Die Rückwandplatine 111 enthält eine Mehrzahl von Slots 162–170, wobei jeder von ihnen für eine Verbindung des Eingabe/Ausgabe-Gerätes zum Steuergerät 102 ausgelegt ist. Jeder Slot 162–170 hat eine Mehrzahl von Pins 172, die in zusammengesetzten Ports auf den zwischen ihnen verbundenen Geräten zusammengefasst sind, um eine elektrische Verbindung zwischen der Rückwandplatine und den Eingabe/Ausgabe-Geräten herzustellen. Zusätzlich dazu ist die Rückwandplatine 111 mit den bekannten elektrischen Verbindungen zwischen den Slots 162–170 konfiguriert, um problemlos die Eingabe/Ausgabe-Geräte miteinander zu verbinden, die mit den Slots 162–170 mit der Steuerung 102 verbunden sind.
  • Eine Konfiguration zum Aufbau der redundanten Ein/Ausgabegeräte als ein redundantes Paar wird durch eine Auswahl spezifischer Slots auf der Rückwandplatine 111 für diejenigen primären und sekundären Eingabe/Ausgabe-Geräte geschaffen, die das redundante Paar bilden. Beispielsweise kann vorherbestimmt sein dass der fünfte Slot 166 und der sechste Slot 167 der Rückwandplatine für Bussegmente des Prozesssteuernetzwerks 100 für die redundanten Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 reserviert ist. Speziell dazu ist das primäre Eingabe/Ausgabe-Gerät mit dem fünften Slot 166 und das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät mit dem sechsten Slot 167 verbunden. In dieser Ausführung redundanter Eingabe/Ausgabe-Geräte sind die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 zu einem Erkennen der Verbindung zum fünften oder sechsten Slot 166 oder 167 programmiert, wobei diese Vorherbestimmung bestimmt, welches von Slot 166 oder 167 verbundene Eingabe/Ausgabe-Gerät, entweder als ein primäres oder ein sekundäres dient, und der damit zusammenhängende Operationsmodus als entweder aktiv und als Unterstützungsgerät vorgegeben ist. Wenn die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 mit der Rückwandplatine verbunden sind, ist das Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 als das primäre Eingabe/Ausgabe-Gerät mit dem fünften Slot 166 verbunden und das Eingabe/Ausgabe-Gerät 122, das zweite Gerät, mit dem sechsten Slot 167 verbunden. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 stellt die Verbindung zum fünften Slot 166 fest und leitet daraus ab, dass dieses das primäre Eingabe/Ausgabe-Gerät eines redundanten Paares von Eingabe/Ausgabe-Geräten ist, und nimmt daher die Rolle des aktiven Eingabe/Ausgabe-Gerätes des virtuellen Eingabe/Ausgabe-Gerätes 130 an. Vergleichbar dazu stellt das Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 die Verbindung zum sechsten Slot 167 fest und leitet daraus ab, dass es das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät eines redundanten Paares von Eingabe/Ausgabe-Geräten ist und nimmt die Rolle des Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerätes für das virtuelle Eingabe/Ausgabe-Gerät 130 an. Weiterhin kann die Steuerung 102 zum Erkennen des Vorliegens eines redundanten Paares von Eingabe/Ausgabe-Geräten an der Rückwandplatine 111 programmiert sein. Über das Wahrnehmen der Eingabe/Ausgabe-Geräten 120 und 122, die mit dem fünften und sechsten Slot 166 und 167 verbunden sind, kann die Steuerung 102 auch automatisch die Anzeigen am Host oder der Administrationsstation 104 mit den redundanten Eingabe/Ausgabe-Geräten 120 und 122 aktualisieren. Natürlich können die Eingabe/Ausgabe-Geräte ihre Verbindung zu einem spezifischen Slot und die redundante Betriebsart, die mit diesem Slot verbunden ist auch durch eine Konfiguration von Pins oder anderer Hardware oder Software an der Rückwandplatine ableiten.
  • Eine alternative Konfiguration zum Festlegen der redundanten Eingabe/Ausgabe-Geräte ist durch das Verändern oder Manipulieren von Spannungszuständen an den Pins 172 gegeben, mit welchen die Eingabe/Ausgabe-Geräte verbunden sind. Jeder der Slots 162 bis 170 ist mit zwölf Pins 172 zum Verbinden der Eingabe/Ausgabe-Geräte zu den Slots 162–170 der Rückwandplatine 111 ausgestattet wobei die Verwendung mehr oder weniger Pins 172 aufgrund von Erfordernissen der Hardware, die mit dem Bus 110 verbunden ist, vorher bestimmt ist. Zwei Pins 172 in jedem Slot sind notwendig um die Beziehung zwischen den Eingabe/Ausgabe-Geräten 120 und 122 herzustellen: ein erster Pin, der feststellt, dass der Slot einer eines Paares von redundanten Eingabe/Ausgabe-Geräten ist und ein zweite Pin, der feststellt, ob das damit verbundene Eingabe/Ausgabe-Gerät, dass primäre oder das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät ist. Dadurch, dass die Eingabe/Ausgabe-Geräte im vorhergehenden Beispiel daraufhin ausgerichtet, sind, den Slot wahrzunehmen, an welchen sie verbunden sind, sind die Eingabe/Ausgabe-Geräte in dieser alternativen Ausführungsform darauf programmiert, den Spannungszustand der bezeichneten Pins dazu zu nutzen, um festzustellen, ob diese ein Teil eines redundanten Paares von Eingabe/Ausgabe-Geräten sind. In diesem Beispiel sind die zehnten Pins 174 und 178 des fünften und sechsten Slots 166 bzw. 167 auf hoch gesetzt, um damit anzuzeigen, dass die Eingabe/Ausgabe-Geräte, die damit verbunden sind, Teil eines redundanten Paares von Eingabe/Ausgabe-Geräten sind. Die elften Pins 176 und 180 der Slots 166 bzw. 167 sind auf hoch gesetzt, um anzuzeigen, dass die Slots 166 oder 167 der rechte Slot des redundanten Paares ist und niedrig um anzuzeigen, dass der Slot 166 oder 167 der linke Slot des redundanten Paares ist. Der Wert des elften Pins 176 und 180 legt außerdem fest, welches der Eingabe/Ausgabe-Geräte das primäre welches das sekundäre Gerät ist. Im hier gezeigten Beispiel zeigt ein niedriger Wert am elften Pin 176 oder 180 dass primäre Eingabe/Ausgabe-Gerät an. Daraus folgend sind in diesem Beispiel die beiden zehnten Pins 174 und 178 auf hoch gesetzt, der elfte Pin 176 des fünften Slots 164 auf niedrig gesetzt, um anzuzeigen, dass der Slot 166 der linke Slot des Paares ist, und dass das Eingabe/Ausgabe-Gerät, das hiermit verbunden ist, das primäre Eingabe/Ausgabe-Gerät ist, wobei elfte Pin 180 des sechsten Slots 167 auf hoch gesetzt ist, um anzuzeigen, dass der Slot 167 der rechte Slot des Paares ist, und dass das Eingabe/Ausgabe-Gerät, welches damit verbunden ist, das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät ist. Wie im vorangegangenen Beispiel sind die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 daraufhin programmiert, um die zehnten und elften Pins des Slots, an dem sie verbunden sind, auszuwerten, und festzulegen ob diese entweder ein Teil eines redundanten Paares von Eingabe/Ausgabe-Geräten sind, und/oder ob diese primäre oder sekundäre Eingabe/Ausgabe-Geräte sind.
  • Weiterhin kann der Host oder die Administrationsstation 104 über die Steuerung 102 feststellen, ob entweder ein redundantes Paar von Eingabe/Ausgabe-Geräten mit dem Bussegment 104 verbunden ist und Informationen, die das redundante Paar der Eingabe/Ausgabe-Geräte betreffen, den Benutzern anzeigen, falls solch ein Paar festgestellt worden ist. Der Host oder die Administrationsstation 104 kann eine Nutzerschnittstelle beinhalten, die ein Display für Informationen bezüglich des Prozesssteuernetzwerkes und seiner Geräte aufweist. Um den notwendigen Prozess auszuführen und Gerätedaten zu sammeln, kann der Host 104 mit einer Selbsterkennungsfunktion ausgestattet sein, wobei diese die Steuerung 102 dazu veranlasst, die Anschlüsse an der Rückwandplatine periodisch danach abzufragen, ob ein Eingabe/Ausgabe-Gerät angeschlossen ist, und falls ein Eingabe/Ausgabe-Gerät angeschlossen ist, Informationen über das Eingabe/Ausgabe-Gerät zum Darstellen für die Systemnutzer zu sammeln und auszugeben.
  • Der Host 104 und/oder die Peripheriegeräte können so konfiguriert sein, dass eine Selbsterkennungsfunktion die Anwesenheit der redundanten Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 feststellt. Beispielsweise können die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 zu einem Senden, und der Host 104 zu einem Empfangen programmiert sein, wobei die übermittelten Nachrichten anzeigen, dass die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 redundant in ihrem jenigen Arbeitsmodus arbeiten. Alternativ dazu kann der Host 104 in einer vergleichbaren Weise wie die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 mit Informationen ausgestattet sein, die reservierte Slots für die redundanten Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 anzeigen, und detektieren, wenn ein Gerät an diese reservierten Slots angeschlossen ist. Andere alternative Konfigurationen dafür, dass der Host 104 die Anwesenheit redundanter Eingabe/Ausgabe-Geräte erkennt und eine Anzeige dieser Information an die Benutzer an eine Benutzerschnittstelle angibt, sind durch die Erfindung vorhergesehen und liegen im Rahmen des fachgemäßen Handelns.
  • Wie bereits dargestellt, kommuniziert die Steuerung 102 mit den Eingabe/Ausgabe-Geräten unter Benutzung eines Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls, typischerweise einem proprietären Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll, beispielsweise unter Einschluß einer ☐Delta V-Software, von Fisher Process Controll Systems.
  • Das Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll umfasst jedes Kommunikationsprotokoll und Format von Datenfeldern innerhalb des Kommunikationsprotokolls, welches zum Informationsaustausch zwischen der Steuerung und den Eingabe/Ausgabe-Geräten, welche mit der Steuerung verbunden sind, genutzt wird. Beispielsweise kann das Eingabe/Ausgabe-Protokoll ein Standardkommunikationsprotokoll beinhalten, beispielsweise ein Railbus Protokoll zum Übertragen von Information zwischen der Steuerung und den Eingabe/Ausgabe-Geräten, bei dem die Information in Datenfeldern des Railbus Protokolls in einem Steuergerät-spezifischen Format und einem Format des Eingabe/Ausgabe-Geräte-Herstellers vorhanden ist.
  • Mit einem teilweisen Eingabe/Ausgabe-Protokoll können verschiedene Versionen des Protokolls verschiedenen Ebenen der Funktionalität des Prozessprotokolles bereitstellen und mit dem jenigen einzelnen Protokoll existieren. Die verschiedenen Versionen des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls müssen nicht in ihrem physikalischen Format des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls verändert werden, aber können stattdessen neue Funktionalitäten bereitstellen, wobei z. B. neue Befehle, die im selben physikalischen Format des Eingabe/Ausgabe-protokolls vorhanden sind, ausgetauscht werden. Neue Versionen der Prozesskontrollsoftware, beispielsweise die ☐Delta V-Software, die neue Funktionalitäten einschließen, können ein neues Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll als neue Befehle nutzen, oder Datenfelder werden benutzt, um neue Aspekte der zusätzlichen Funktionalität auszuwechseln. Die Steuergeräte des Prozesssteuersystems, die eine einzelne Version eines Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls verwenden, können möglicherweise nicht imstande sein, Eingabe/Ausgabe-Geräte, die eine neuere Version des Protokoll nutzen, als diejenigen, die von der Steuerung des Prozesssteuersystems verwendet werden, zu unterstützen.
  • Wegen der Vielzahl der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolle und der Versionen dieser Protokolle, die für Prozesskontrollkommunikationssysteme existieren, müssen Hersteller eine große Menge von Informationen vom Kunden anfordern, wenn ein neues Eingabe/Ausgabe-Gerät gebraucht wird, um sicherzustellen, dass das korrekte Eingabe/Ausgabe-Gerät bereitgestellt wird. Die Anforderung solch einer großen Menge von Informationen erhöht die Fehlermöglichkeiten in der angeforderten Information (beispielsweise unkorrekte Angebn, die vom Kunden bereitgestellt werden, oder von einem Herstellermitarbeiter aufgezeichnet werden), wobei dies bedeutet, dass ein falsches Eingabe/Ausgabe-Gerät an den Kunden ausgeliefert wird. Zusätzlich dazu müssen Eingabe/Ausgabe-Geräte-Hersteller einen Vorrat von vielen Typen spezieller Eingabe/Ausgabe-Geräte für jedes Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll und deren Versionen bereit stellen, was einen großen Lagerplatz und ein komplexes Lagermanagement erfordert. Eine solch große Auswahl verschiedener Eingabe/Ausgabe-Geräte auf Seiten des Herstellers erhöht ebenfalls das Risiko einer Auswahl des falschen Eingabe/Ausgabe-Gerätes zum Versand an den Kunden, sogar dann, wenn die korrekte Information durch den Kunden bereit gestellt wurde und vom Herstellermitarbeiter korrekt notiert wurde. Schließlich muss, wenn der Kunde das Eingabe/Ausgabe-Gerät erhält, dass Gerät von einem Systemnutzer konfiguriert werden, um mit dem Prozesssteuersystem zusammen zu arbeiten. Der Systemnutzer muss beispielsweise in das Prozessprotokoll die Nummer der Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls eingeben, welches vom Eingabe/Ausgabe-Gerät verwendet wird. Eingabefehler oder unkorrekte Eingaben der Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls, welches vom Eingabe/Ausgabe-Gerät verwendet wird, können dazu führen, dass alle Eingabe/Ausgabe-Geräte und Peripheriegeräte (Sensoren, Ventile, etc.), welche mit dem Eingabe/Ausgabe-Gerät verbunden sind, unkorrekt funktionieren, weil das Prozesssteuersystem eine Funktionalität dem Eingabe/Ausgabe-Gerät zuschreibt, welche nicht im Eingabe/Ausgabe-Gerät vorhanden ist, was zu Prozesssteuersystemfehlern führt, wenn dem Gerät die Ausführung einer solchen Funktionalität abverlangt wird. Weiterhin muss das Eingabe/Ausgabe-Gerät typischerweise über ein Upgrade der Steuerung für das Prozesssteuersystem rekonfiguriert werden. Zusätzlich dazu müssen, wegen den verschiedenen Versionen spezieller Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolle, die verfügbar sind, die Kunden verschiedene Typen eines spezifischen Eingabe/Ausgabe-Gerätes bereit halten, um fehlerhafte Eingabe/Ausgabe-Geräte zu ersetzen. So ergibt sich die Notwendigkeit für ein Eingabe/Ausgabe-Gerät, welches für einen Gerätehersteller und einen Kunden einfacher bereitzustellen und zu verwenden ist, und für den Kunden leichter zu installieren ist.
  • Zur Lösung dieser Probleme wird ein Eingabe/Ausgabe-Gerät zur Benutzung in Prozesssteuersystemen bereit gestellt, welches unter einer Teilversion von Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware operiert und einen Eingabe/Ausgabe-Geräte Prozessor für Kontrolloperationen des Eingabe/Ausgabe-Gerätes verwendet, bereit gestellt. Eine Schnittstelle ist kommunikativ mit dem Prozessor zum Verbinden des Eingabe/Ausgabe-Gerätes mit der Steuerung verbunden, und ein Speichergerät ist kommunikativ mit dem Prozessor zur Speicherung einer Mehrzahl von möglichen Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, wobei jede eine Mehrzahl von Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware umfasst, die der Prozessor zum Kontrollieren des Eingabe/Ausgabe-Gerätes benötigt. Der Geräteprozessor benutzt die Schnittstelle zum Festlegen einer Teilversion der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, welche von der Steuerung verwendet wird, legt eine Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware aus der Mehrzahl der Versionen der gespeicherten Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware fest, die sich im Speichergerät, welches mit der Teilversion der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware befindet und vom Prozesssteuersystem verwendet wird, und konfiguriert das Eingabe/Ausgabe-Gerät zum Betrieb unter Benutzung der kompatiblen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware.
  • Das Ausstatten des Eingabe/Ausgabe-Gerätes mit einer Speichereinrichtung, die eine Mehrzahl von Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware speichert, wobei der Eingabe/Ausgabe-Geräteprozessor die Schnittstelle zum Festlegen der Teilversion der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, welche von der Steuerung benutzt wird, festlegt und das Gerät zum Betrieb unter der Verwendung einer kompatiblen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikation, welche im Speicherbereich (Speicher) gespeichert ist, ausstattet, reduziert beträchtlich die Menge an Informationen, die ein Gerätehersteller von einem Anwender anfordern muss, um sicherzustellen, dass das korrekte Eingabe/Ausgabe-Gerät bereit gestellt wird. Weil die Speichereinrichtung eine Mehrzahl von Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware speichert, muss nur der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftwaretyp, welcher zwischen dem Eingabe/Ausgabe-Gerät und der Steuerung und spezifischen Eingabe/Ausgabe-Geräten verwendet wird, vom Kunden angefordert werden. Weiterhin braucht der Hersteller der Eingabe/Ausgabe-Geräte, weil das Eingabe/Ausgabe-Gerät eine Mehrzahl von möglichen Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware beinhaltet, nur einen einfachen Typ eines jeden spezifischen Eingabe/Ausgabe-Gerätes bereitzustellen, auf die verschiedenen Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware zugreifen zu können, weil die verschiedenen Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware im Speicherbereich des Eingabe/Ausgabe-Gerätes gespeichert sind. Dies reduziert den notwendigen Speicherplatz und die Entwicklungsarbeit, die vom Gerätehersteller und dem Kunden geleistet werden muss. Zusätzlich dazu reduziert die verringerte Zahl von Typen jedes spezifischen Eingabe/Ausgabe-Gerätes die Risiken eines Versandes des falschen Eingabe/Ausgabe-Gerätes an den Kunden. Zusätzlich dazu, weil der Eingabe/Ausgabe-Geräteprozessor die Schnittstelle zum Festlegen der Teilversion der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, welche vom Prozesssteuersystem verwendet wird, und dieser das Gerät zum Betrieb unter Verwendung einer kompatiblen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware vom Speicherbereich innerhalb des Eingabe/Ausgabe-Gerätes konfiguriert, braucht die Teilversion der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, die vom Eingabe/Ausgabe-Gerät benutzt wird, von einem Systemnutzer nicht festgelegt oder eingegeben zu werden. So werden Fehlerrisiken aufgrund einer falschen Versionsinformation, die mit einer Konfiguration des Eingabe/Ausgabe-Geräte einher geht, reduziert, wobei zusätzlich die Kosten des Kunden gespart werden und die Sicherheit von Arbeitern im Prozesssteuersystem verbessert wird.
  • 4 stellt ein Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 zum Betrieb einer Funktionalität einer automatischen Konfiguration dar. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 beinhaltet einen Prozessor 202 zur Kontrolloperation über das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 und einen Speicher 204, der an den Prozessor 202 gekoppelt ist, wobei der Speicher 204 verschiedene Aufgaben einschließlich eines Programmierens des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 200 ausführt. Der Prozessor 202 ist weiterhin mit einem Bus 206 über eine Schnittstelle 208 gekoppelt. Der Bus 206 kann beispielsweise die Rückwandplatine 111 aus 1 sein. Eine Steuerung 220 ist weiterhin mit dem Bus 206 verbunden und beinhaltet einen Prozessor 222, der den Betrieb der Steuerung 220 kontrolliert, wobei dieser ein Programm, das im Speicher 224 gespeichert ist, verwendet. Der Prozessor 222 ist weiterhin mit dem Bus 206 über eine Schnittstelle 226 gekoppelt.
  • Das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200, die Steuerung 220 und der Bus 206 bilden in ihrer Mehrzahl oder in ihren Teilen ein Prozesssteuersystem zur Kontrollausübung über verschiedene Prozesse, wie beispielsweise einen chemischen, erdölverarbeitenden und andere Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse. Die Operationen, die von dem Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 und der Steuerung 220 ausgeführt werden, können unter Verwendung aller dafür verwendbaren Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware (Protokoll) realisiert und ausgeführt werden, einschließlich eines proprietären Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls, beispielsweise eines ☐Delta V-Protokolls, oder eines Standard-Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls, aber nicht darauf beschränkt. Weiterhin kann die Kommunikation zwischen dem Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 und allen anderen Peripheriegeräten (nicht gezeigt), die mit dem Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 verbunden sind, durch Verwendung eines proprietären Kommunikationsprotokolls oder eines Standardkommunikationsprotokolls einschließlich eines HART-, PROFIBUS- oder Foundation Fieldbus-Protokoll, aber ohne Beschränkung darauf, bereitgestellt werden. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 kann eines der Eingabe/Ausgabe-Geräte 120, 122, 140 und 150 aus 1 sein, die Steuerung 220 kann die Steuerung 102 aus 1 sein, und der Bus kann die Rückwandplatine 111 von 1 sein. In Übereinstimmung mit dieser Ausgestaltung enthält der Speicher 204 eine Mehrzahl von Versionen einzelner Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolle, unter welchen das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 und die Steuerung 220 kommunizieren. Die Mehrzahl von Versionen eröffnet eine variable Funktionalität innerhalb des einzelnen Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls und ist durch für Prozessor 202 in Kontrolloperationen des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 200 verwendbar. Der Betrieb des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 200 wird anhand von 5 dargestellt.
  • Wie in Box 250 dargestellt, testet der Prozessor 222 der Steuerung 220 die Eingabe/Ausgabe-Geräte, die mit dem Bus 206 verbunden sind. Typischerweise wird ein solches Testen durch das Verwenden einer Probenmitteilung ausgeführt, die zu einem Teilanschluss oder einer Adresse des Busses 206 gesendet werden, an welchem die Eingabe/Ausgabe-Geräte, wie z. B. das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200, verbunden sein können. Die Aufgabe der Probenmitteilung ist es, eine Liste von Geräten zu erstellen, die mit dem Prozesssteuersystem oder einem teilweisen Bussegment des Prozesssteuersystems verbunden sind. Ein solcher Test wird typischerweise gestartet, wenn eine Steuerung mit dem Bus 206 verbunden ist, um festzustellen welche Anschlüsse des Busses „lebendig” (d. h. verbunden zu einem funktionierenden Eingabe/Ausgabe-Gerät) und welche Adressknoten „tot” sind (d. h. nicht verbunden mit einem funktionierenden Eingabe/Ausgabe-Gerät). Weiterhin kann die Testmitteilung ausgeführt werden, um ein neu hinzugefügtes Eingabe/Ausgabe-Gerät am Bus 206 festzustellen. Solche Probeknotenmitteilungen können ebenso periodisch zu Adressknoten des Busses ausgesendet werden, die nicht im voraus aufgezeichnet sind, unter Einschluss eines Eingabe/Ausgabe-Gerätes, um festzustellen, ob dieses Eingabe/Ausgabe-Gerät mit diesen einzelnen Adressknoten verbunden ist oder nicht. Solch eine Probemitteilung kann einmal in der Sekunde gesendet werden oder an jedem anderen vorher eingestellten Intervall, welches für eine rechtzeitige Feststellung von neuen Geräten genügt, die an den Bus 206 angefügt werden. Über einen Empfang der Probemitteilung vom Prozessor 222 generiert das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 eine Testantwortmitteilung, die in Schritt 252 gezeigt ist. Die Testantwortmitteilung kann Angaben über eine Version und Funktionsmöglichkeiten des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 200 enthalten, beispielsweise die Eingabe/Ausgab-Kommunikationsprotokollsoftwareversion, die innerhalb des Speichers 204 vorhanden ist. Diese Information kann innerhalb einer Standardtestantwortmitteilung unter Verwendung von Teilen der Testantwortmitteilung integriert werden, die vorher unbenutzt gewesen ist. In einer einfachen (d. h. grundlegenden) Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls, welches mit einer Delta V-Software bereitgestellt wird, bildet beispielsweise eine Hochfahrsequenzmitteilung des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 200 die Testantwortnachricht, die vorher nicht benutzte Teile (Bit-Stellen innerhalb der Mitteilung) beinhaltet, welche zum Ersetzen von Funktionalitätsmöglichkeiten einer Version des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 200 verwendbar sind.
  • Bei Empfang einer Testantwortnachricht Box 254, nimmt der Prozessor 222 die Inhalte der Testantwortnachricht vom Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 entgegen. Wenn der Prozessor 222 der Steuerung 220 unter einer einfachen Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls operiert, stehen dem Prozessor 222 keine Möglichkeiten zum Sichten der Teile der Testantwortnachricht, die die Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls, welches in dem Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 liegt, bereit, und dieser wird somit die Version/Funktionalität, die in der Testantwortnachricht Box 256 erwähnt wird, nicht feststellen. In Verbindung damit zeigt die nächste Nachricht, die von der Steuerung 220 zum Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 gesendet wird, an, dass der Prozessor 222 und die Steuerung 220 unter der einfachen Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolles arbeiten. Diese Anzeige wird an das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 durch die Benutzung der vorher nicht verwendeten Teile der zwischen Steuergerät 220 und Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 übermittelnden Nachrichten beispielsweise bei einer Fehlfunktion der Steuerung 220 bereit gestellt, wie in Box 258 gezeigt ist. Im Zusammenwirken damit stellt der Prozessor 202 des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 200 fest, dass die vorher nicht verwendeten Teile des Steuergerät 220 ungenutzt sind, und konfiguriert das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 dahingehend, dass dieses unter der einfachen Version/Funktionalität des Eingabe/Ausgabe-protokolls, wie in Box 260 gezeigt ist, arbeitet. Dies wird durch den Prozessor 220 realisiert, der auf den Teil des Speichers 204, welcher die Version/Funktionalität der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokollsoftware und eine Kontrolloperation des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 200, welche von der Steuerung 220 benutzt wird enthält, zugreift, die diese Teilsoftware vom Speicher 204 nutzt.
  • Wenn der Prozessor 222 die Version/Funktionalität in der Testantwortnachricht feststellt (speziell die Information, die im vorher ungenutzten Teil der Testantwortnachricht vom Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 enthalten ist), Box 256, übermittelt die nächste Nachricht von der Steuerung 220, das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 an die Steuergerät 220 mit dessen Version/Funktionalität, Schritt 262 an. Die Version/Funktionalität der Steuerung 222 kann durch den Prozessor 222 angezeigt werden, wobei dieser die vorher ungenutzten Teile der nächsten Nachricht von der Steuerung 220 an das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 verwendet, bei der der vorher ungenutzte Teil der nächsten Nachricht die Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls anzeigt, unter welchem die Steuerung 220 funktionsfähig ist. Im Zusammenwirken damit greift der Prozessor 202 des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 200 auf die vorher ungenutzten Teile der nächsten Nachricht von der Steuerung 220 zum Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 zu, detektiert die Version des Protokolls, welches von der Steuerung 220 benutzt werden kann, und konfiguriert sich selbst zu einem Betrieb unter der Softwarefunktion des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls, welches in der nächsten Nachricht festgelegt ist, wie in Box 264 gezeigt. Die Version/Funktionalität kann innerhalb des vorher ungenutzten Teiles angezeigt werden, wobei diese beispielsweise ein oder mehrere binäre Bits verwendet, wobei der binäre Wert der Bits mit einer einzelnen Version/Funktionalität eines Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls korrespondiert.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls an die Eingabe/Ausgabe-Geräte übermittelt werden, wobei geeignete Nachrichten über den Bus 261 übertragen werden, nachdem das Eingabe/Ausgabe-Gerät detektiert und für einen Betrieb initialisiert wurde. Beispielsweise kann, nachdem die Steuerung 220 das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 detektiert hat, und Nachrichten zwischen der Steuerung 220 und dem Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 ausgetauscht wurden, die eine Initialisierung des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 200 bewirken, die Steuerung programmiert werden, um eine spezialisierte Nachricht, beispielsweise eine Versionsidentifikationsnachricht an das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200, an das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 zu generieren, wobei das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 zum Empfangen der Versionsidentifikationsnachricht von der Steuerung programmiert ist. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 legt die Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls, welches von der Steuerung 220 in der Versionsidentifikationsnachricht identifiziert wurde, fest und konfiguriert nach dieser Version das Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll.
  • In einer anderen Ausführungsform kann, wenn dieselbe Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls, welches von der Steuerung 220 verwendet wird, nicht innerhalb des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 200 gespeichert ist, das Eingabe/Ausgabe-Gerät auf eine Version eines Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls konfiguriert werden, welches kompatibel mit der Version ist, die von der Steuerung 220 verwendet wurde. Die kompatible Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls kann beispielsweise eine einfachere Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls als das von der Steuerung 220 verwendete sein.
  • Weiterhin können die oben genannten Konfigurationsmöglichkeiten zwischen einem Eingabe/Ausgabe-Gerät und einem Peripheriegerät vorhanden sein. Solch ein System wird in 6 dargestellt, welches ein Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Gerät und ein Peripheriegerät an einem Bussegment zeigt. Das Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Gerät 300 von 6 wird an einem Bussegment eines Prozesssteuersystems, welches ein Fieldbus Kommunikationsprotokoll beinhaltet, verwendet. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät 300 umfasst einen Prozessor 302, der die Operation des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 300 unter Verwendung einer Software, die innerhalb eines Speichers 304 abgelegt ist, welcher mit dem Prozessor 302 gekoppelt ist, kontrolliert. Der Speicher 304 enthält eine Konfigurationsmöglichkeit 306 zum Konfigurieren des Bussegmentes des Prozesssteuersystems und ein Identifikationsobjekt 308 zur Eingabe von Information betreffs des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 300, einschließlich Softwareversionen für das Kommunikationsprotokoll, welches vom Eingabe/Ausgabe-Gerät mit peripheren Endgeräten verwendet wird, die mit diesem verbunden sind, hier das Fieldbus Protokoll. Der Prozessor 302 ist weiterhin mit einer ersten Schnittstelle 311 zur Verbindung mit dem Eingabe/Ausgabe-Gerät 300 gekoppelt, beispielsweise einer Rückwandplatine (nicht gezeigt) des Prozesssteuersystems, beispielsweise der Rückwandplatine 111 von 1. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät 300 ist mit einem Bussegment 310 über eine zweite Schnittstelle 312 mit einer erste Knotenadresse 314 verbunden. Das Bussegment 310 ist weiterhin mit einem Peripheriegerät 316 an einer zweiten Knotenadresse 318 über eine Schnittstelle 320 verbunden. Das Peripheriegerät enthält einen Prozessor 322, der mit einer Schnittstelle 320 verbunden ist, die den Betrieb des Peripheriegerätes 314 unter Benutzung der Software, welche in Speicher 324 abgelegt ist, kontrolliert. Der Speicher 324 enthält einen Ressourcenblock 326 innerhalb des Speichers, und die verschiedenen Versionen des Kommunikationsprotokolls, die innerhalb des Speichers 324 vorhanden sind, wobei der Ressourcenblock 326 gerätespezifische Daten, zu welchen einigen der Charakteristika des Peripheriegerätes 316 gehören, beispielsweise einen Gerätetyp, Hinweise auf Orte, wo weitere gerätespezifische Informationen erhalten werden können, beinhaltet. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät 300 kann vom Typ eines Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Gerät 320 oder 322 von 1 sein, das eine Konfigurationsfunktionalität aufweist (beispielsweise ein Linkmasterdevice). Der Bus 310 kann das Bussegment 324 von 1 sein, und das Peripheriegerät 316 kann eines der Peripheriegeräte 112, 113, 114 oder 115 von 1 sein.
  • Der Betrieb des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 300 innerhalb des Prozesssteuersystems, wobei das Eingabe/Ausgabe-Gerät mit dem Peripheriegerät 316 unter Verwendung eines Fieldbus Kommunikationsprotokolls kommuniziert, wird anhand von 7 erläutert. Zur Diskussion von 7 wird angenommen, dass das Peripheriegerät 316 soeben an das Prozesssteuersystem angefügt wurde, beispielsweise als Ersatz für ein fehlerhaftes Peripheriegerät, oder um das Prozesssteuersystem mit einer zusätzlichen Funktionalität mit einem Peripheriegerät, welches bisher nicht innerhalb des Prozesssteuersystems vorhanden war, auszustatten. Alternativ dazu kann angenommen werden, dass das Eingabe/Ausgabe-Gerät 300 als ein Ersatz für ein fehlerhaftes Eingabe/Ausgabe-Gerät dient, welches Konfigurationsmöglichkeiten aufweist oder ein Eingabe/Ausgabe-Gerät, welches unter einer neuen Version von beispielsweise einem Fieldbus-Kommunikationsprotokoll funktioniert, und dafür mit einem Test des Adressknotens des Bussegments 310 betrieben werden muss, um die Peripheriegeräte, die mit dem Bussegment verbunden sind, festzustellen.
  • Wie in Schritt 350 gezeigt, generiert der Konfigurierer 306 des Gerätes 300 eine Testknotennachricht, wobei die Testknotennachricht an die zweite Knotenadresse 318 geleitet wird, wie dies im fachgemäßen Handeln liegt. Das Peripheriegerät 316 empfängt die Testknotennachricht und erwidert diese, wobei der Prozessor 322 eine Testknotenantwortnachricht generiert, die zur ersten Knotenadresse 314 geleitet wird, und damit auch zum Eingabe/Ausgabe-Gerät 300, Schritt 352. Der Konfigurierer 306 generiert weiterhin Parameternachrichten an das Peripheriegerät 316, Schritt 354, welches einen ersten Gerätebetriebsparameter für das Peripheriegerät 316 setzt. Weiterhin, wie in Schritt 356 gezeigt, generiert der Konfigurierer 306 eine Spezialnachricht, beispielsweise eine Identifikationsnachricht, die an die zweite Knotenadresse 318 gerichtet ist, und damit an das Peripheriegerät 316, wobei die Identifikationsnachricht einen Hinweis auf die Softwareversion/Funktionalität anzeigt, unter welcher das Eingabe/Ausgabe-Gerät 300 zur Kommunikation über das Bussegment 310 fähig ist. Nach Erhalt der Identifikationsnachricht legt das Peripheriegerät 316 die Softwareversion/Funktionalität aus der Identifikationsnachricht fest, Schritt 358, und der Prozessor 322 konfiguriert das Peripheriegerät 316 zum Betrieb unter einer kompatiblen Softwareversion/Funktionalität, welche im Speicher 324 abgelegt ist, vergleichbar mit dem bereits Dargestellten mit dem Unterschied zu Schritt 264. Dazu ist der Prozessor 322 ausreichend programmiert, um dem Eingabe/Ausgabe-Gerät 316 den Empfang der Identifikationsnachricht und zum Abfragen der Version/Funktionalitätsinformation von einem vorab festgelegten Teil der Identifikationsnachricht zu ermöglichen. Der Prozessor 322 lokalisiert den Einzelteil des Speichers 324 mit der Funktionalität, die als kompatibel zu der identifizierten Version/Funktionalität erkannt wurde, und konfiguriert das Peripheriegerät 316 zum Betrieb unter Verwendung dieser Funktionalität. Die kompatible Funktionalität kann eine identische Version des Kommunikationsprotokolls sein (beispielsweise das Fieldbus Kommunikationsprotokoll), die in der Identifikationsnachricht identifiziert wurde oder alternativ dazu kann sie eine einfachere Version sein, wobei der Speicher 324 keine identische Version enthält, die in der Identifikationsnachricht identifiziert wurde. Weiterhin generiert der Prozessor 322 des Peripheriegerätes 316 eine Identifikationsantwortnachricht, welche die Softwarefunktion/Funktionalität Information des Peripheriegerätes 316 enthält, die die aktuelle Version des Kommunikationsprotokolls enthalten kann, auf welches das Peripheriegerät 316 konfiguriert wurde, wobei die Identifikationsantwortnachricht an das Eingabe/Ausgabe-Gerät 300 über den Bus 310 übertragen wird.
  • Die Eingabe/Ausgabe-Geräte 200 und das Peripheriegerät 316 sind zur Autokonfiguration mit der Steuerung 220 in der Lage. Weil die Speicher der jenigen Geräte eine Mehrzahl von Softwareversionen für einzelne Eingabe/Ausgabe-protokolle beinhalten, ist das Eingabe/Ausgabe-Gerät 200 zur automatischen Konfiguration auf die Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls, welches von der Steuerung 220 verwendet wird, in der Lage, und/oder das Peripheriegerät ist zur Konfiguration auf die Version des Kommunikationsprotokolls, welches zwischen den einzelnen Eingabe/Ausgabe-Geräten und den Peripheriegeräten an einem Bussegment verwendet wird, in der Lage. Solch eine Konfiguration kann dann ausgeführt werden, wenn ein neues Eingabe/Ausgabe-Gerät dem Bus hinzugefügt oder ein neues Steuergerät an den Bus angefügt wird. Desweiteren kann eine solche Konfiguration dann ausgeführt werden, wenn ein neues Peripheriegerät oder ein neues Eingabe/Ausgabe-Gerät zum Bussegment hinzugefügt wird. Weiterhin sind bei Installation eines neuen Steuergeräts (oder Eingabe/Ausgabe-Gerätes), welches eine neue Version des Eingabe/Ausgabe-protokolls als das ausgewechselte Steuergerät (oder das Eingabe/Ausgabe-Gerät, welches ausgewechselt wurde) verwendet, die Eingabe/Ausgabe-Geräte, die mit dem Bus verbunden sind (oder die Peripheriegeräte, die mit dem Bussegment verbunden sind) in der Lage, eine automatische Rekonfiguration auf die neue Version des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls, welches von der Steuerung (oder dem ausgewechselten Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Gerät) unterstützt wird, auszuführen. Damit müssen Gerätehersteller nur einen Typ des speziellen Eingabe/Ausgabe-Gerätes produzieren oder im Lager bereit halten, wobei sich die Größe der Lagersysteme und der Lagerplatz für angeforderte Geräte der Kunden reduziert. Weiterhin muss weniger Information vom Kunden angefordert werden, um ein kompatibles Gerät mit dem Prozessprotokollsystem des Kunden zu verbinden, wobei sich das Risiko für Fehler, beispielsweise durch eine inkorrekte Information, die vom Kunden übermittelt wurde oder von einem Mitarbeiter des Geräteherstellers aufgezeichnet wurde, reduziert, wobei sich die Gewißheit erhöht, dass der Kunde das richtige Gerät bekommt. Zusätzlich dazu müssen die Kunden, weil die Speicher der Eingabe/Ausgabe-Geräte verschiedene Versionen des Eingabe/Ausgabe-protokolls beinhalten, keinen großen Lagerbestand von Geräten, die mit verschiedenen Versionen des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls kompatibel sind, als Auswechselgeräte anfordern. Die Kunden müssen nur einen Typ eines spezifischen Eingabe/Ausgabe-Gerätes besitzen, wobei dieser einzelne Typ verschiedene Versionen/Funktionalitäten des Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls beinhaltet. Weiterhin entfallen überflüssige Kosten, die mit einer Konfiguration des Eingabe/Ausgabe-Gerätes zusammen hängen, weil das Gerät dazu in der Lage ist, eine automatische Konfiguration auf die Versionen eines Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls auszuführen, welche von der Steuerung des Eingabe/Ausgabe-Gerätes verwendet wird. Diese werden für den Kunden reduziert, und Fehler aufgrund einer unvollständigen oder ungenauen Gerätekonfiguration werden damit nachhaltig eliminiert, wobei sichere Bedingungen für Prozesskontrollarbeiter bereitgestellt werden.
  • Es kommt vor, dass ein fehlerhaftes Eingabe/Ausgabe-Gerät mit dem Bus verbunden ist, beispielsweise der Rückwandplatine von 1, welches alle anderen Eingabe/Ausgabe-Geräte am Bus an der Kommunikation miteinander und mit der Steuerung hindert. Beispielsweise kann das fehlerhafte Eingabe/Ausgabe-Gerät ein unerwünschtes Signal an ein oder mehrere der Busleitungen senden, die den Eingabe/Ausgabe-Geräten am Bus gemeinsam sind, welcher die Eingabe/Ausgabe-Geräte mit der Steuerung verbindet. Beispielsweise kann ein Bustakt oder eine Eingabe/Ausgabe-Geräte Datenübermittlungsleitung des Busses durch ein fehlerhaftes Eingabe/Ausgabe-Gerät auf dem Zustand hoch gehalten werden. Das unerwünschte Signal verhindert die Kommunikation zwischen allen Eingabe/Ausgabe-Geräten und der Steuerung des Busses, wobei der Bus und alle Eingabe/Ausgabe-Geräte, die mit dem Bus verbunden sind, außer Funktion treten. Solch ein Umstand ruft eine Gefahr für alle die Arbeiter hervor, die in der Nähe des Prozesssteuersystems arbeiten, da Prozessaktivitäten, die vom Bus kontrolliert werden unter beschränkter oder vollkommen außer Kontrolle und/oder Beobachtung ablaufen. Daher besteht die Notwendigkeit für ein Eingabe/Ausgabe-Gerät, das die Kommunikation zwischen den Eingabe/Ausgabe-Geräten und der Steuerung über den Bus von der Kommunikation mit der Steuerung nicht behindert.
  • Um dieses Problem zu lösen, wird ein Eingabe/Ausgabe-Gerät zur Verwendung in einem Prozesssteuersystem bereitgestellt, welches eine Mehrzahl von Eingabe/Ausgabe-Geräten in Kommunikation mit einer Steuerung über den Bus beinhaltet. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät besitzt eine Schnittstelle zum kommunikativen Verbinden des Eingabe/Ausgabe-Gerätes mit dem Bus und einen Geräteprozessor, der mit der Schnittstelle für eine Kontrolloperation des Gerätes gekoppelt ist, der eine GeräteFeststellung des Gerätes ausführt. Der Geräteprozessor trennt bei einer Feststellung eines möglichen Gerätefehlers die kommunikative Verbindung, die von der Schnittstelle mit dem Bus bereitgestellt wird. Durch den Prozessor des Eingabe/Ausgabe-Gerätes, der bei einer Feststellung eines Fehlergerätes die Schnittstelle dazu veranlasst, die kommunikative Verbindung zwischen dem Eingabe/Ausgabe-Gerät und dem Bus zu trennen, wird es fehlerhaften Eingabe/Ausgabe-Geräten ermöglicht, sich vom Bus zu isolieren. Das ist besonders dann vorteilhaft, weil die Sicherheit von Prozesskontrollarbeitern erhöht wird, denn das fehlerhafte Eingabe/Ausgabe-Gerät isoliert sich selbst vom Bus. Diese Funktionalität erlaubt es anderen Geräten, die mit dem Bus verbunden sind, weiterhin mit der Steuerung zu kommunizieren und eine bessere Kontrolle und Überwachung des Prozesses der von der Steuerung kontrolliert wird, bereit zu stellen.
  • Ein Prozesssteuersystern 400, welches ein Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 enthält, ist in 8 dargestellt. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 enthält einen Prozessor 402 für Kontrolloperationen des Eingabe/Ausgabe-Gerätes. Der Prozessor 402 ist mit dem Speicher 404 gekoppelt, welcher eine Programmierung des Prozessors 402 enthält, der dem Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 zum Betrieb innerhalb eines Prozesssteuersystems ausstattet. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 und speziell die Funktionalität, die von Speicher 404 bereit gestellt wird, kann dazu genutzt werden um Peripheriegeräte, beispielsweise einen Sensor 406 und ein Ventil 407 über eine Peripheriegeräteschnittstelle 405 zu kontrollieren.
  • Der Prozessor 402 ist weiterhin mit einer Schnittstelle 408 gekoppelt, die eine Leitungsansteuerung 409 enthält, welche eine Ansteuerung, beispielsweise eine Signalverstärkung, und Pufferkapazitäten für das Gerät 401 bereit stellt, wie dies im Rahmen des fachgemäßen Handelns liegt. Die Leitungsansteuerung 409 ist weiterhin gekoppelt mit einem oder mehreren Relais, beispielsweise den Relais 410, 412. Insbesondere ist der Prozessor 402 mit der Leitungsansteuerung 409 über eine oder mehrere Ansteuereingabeleitungen 414 verbunden, und damit korrespondierende Leitungsansteuerungsausgabeleitungen 416 koppeln die Leitungsansteuerung an die Relais 410, 412. Die Leitungsansteuerungsausgabeleitungen 416 sind weiterhin mit dem Prozessor 402 über Leitungsansteuerungsausgabeleseleitungen 418 verbunden, die es dem Prozessor 402 ermöglichen, den Status der Leitungsansteuerungsausgabeleitungen 416 zu lesen, wie unten beschrieben wird. Relaisausgabeleitungen 420 sind mit einem Bus 424 für das Prozesssteuersystem 400 verbunden. Die Relais 410, 412 werden vom Prozessor 402 über die Relaiskontrollleitungen 430, 432 kontrolliert.
  • Die Relais 410, 412 beinhalten einen ersten Zustand, der vom Relais 410 gezeigt wird, der die Leitungsansteuerungsausgabeleitungen 416 mit den Relaisausgabeleitungen 420 und diese zum Bus 424 kommunikativ verbindet. Die Relais 410 und 412 haben ebenso einen zweiten Zustand, der vom Relais 412 gezeigt wird, welcher die Kommunikationsverbindung, speziell eine einzelne Datenleitung, beispielsweise eine der Leitungsansteuerungsausgabeleitungen 416 und dem Bus 424, zwischen dem Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 unterbricht. Die Relais 410 und 412 werden von mit diesen zusammenhängenden Relaiskontrollleitungen 430, 432 kontrolliert, wobei der Prozessor 402 zur Betätigung der Relais 410, 412 unter Verwendung der Relaiskontrollleitungen 430, 432 ausgestattet ist, um die Kommunikationsverbindung zwischen den Leitungsansteuerungsausgabeleitungen 416 und dem Bus 424 zu unterbrechen.
  • Der Bus 424 ist weiterhin mit anderen Geräten gekoppelt, welche beispielsweise weitere Eingabe/Ausgabe-Geräte 440 und 442 und eine Steuerung 444 zum Kontrollieren der Eingabe/Ausgabe-Geräte 401, 440 und 442 sein können. Die Kommunikation zwischen der Steuerung 444 und den Eingabe/Ausgabe-Geräten 401, 440 und 442 kann unter Verwendung jedes Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolls ausgeführt werden, einschließlich proprietären Kommunikationsprotokollen, wie denen die in der Delta V Software beinhaltet sind. Abhängig vom einzelnen Eingabe/Ausgabekommunikationsprotokoll, welches vom Prozesssteuersystem 400 verwendet wird, können die Eingabe/Ausgabe-Geräte 401, 440 und 442 miteinander oder nur mit der Steuerung 444 kommunizieren. Weiterhin, in Abhängigkeit vom einzelnen Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll, welches vom Prozesssteuersystem 400 verwendet wird, kann der Bus 424 eine Datenleitung oder eine Mehrzahl von Datenleitungen zum Übertragen von Informationen zwischen den Eingabe/Ausgabe-Geräten 401, 440 und 442 und der Steuerung 444 beinhalten, wie im Rahmen fachgemäßen Handelns nahegelegt wird.
  • Beispielsweise dort, wo das Prozesssteuersystem 400 ein ☐Delta V-System ist, beinhaltet der Bus 424 typischerweise drei Datenleitungen, eine Übertragungs-Datenleitung zur Übertragung von Informationen vom Eingabe/Ausgabe-Geräte zum Steuergerät 444, eine Empfangsdatenleitung zum Empfang von Informationen in das Eingabe/Ausgabe-Gerät von der Steuerung 444 und eine Taktdatenleitung zum Bereitstellen von Synchronisationen zwischen den Geräten 401, 440, 442 und 444 am Bus 424. Ein anderes Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll kann vom Prozesssteuersystem 400 verwendet werden, wobei der Bus 424 zwei Datenleitungen beinhalten kann, wie im Rahmen fachgemäßen Handelns nahegelegt ist, beispielsweise eine Übertragungs-Datenleitung, die von den Geräten 401, 440, 442 und 444 zum Einfügen von Informationen auf den Bus 424 verwendet wird und eine Empfangsdatenleitung, die von den Geräten 401, 440, 442 und 444 verwendet wird, um Informationen vom Bus zu lesen. Die Leitungsansteuerungseingabeleitungen 414, die damit zusammenhängenden Leitungsansteuerungsausgabeleitungen 416 und die Relaisausgabeleitungen 420 sind mit Datenleitungen des Busses 424 gekoppelt, mit denen das Eingabe/Ausgabe-Gerät angesprochen werden kann. Ein Zugriff auf eine Datenleitung des Busses kann beispielsweise enthalten ein zwangsweises Setzen eines Zustandes an der Datenleitung, beispielsweise ein logisches 0 oder ein logisches 1, wie weiter unten beschrieben wird. Im ☐☐☐☐Prozesssteuersystem ist das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 zum Zugriff auf die Übertragungs-Datenleitung und eine Taktdatenleitung ausgestattet. Damit korrespondieren die Leitungen 414 und die Relais 410, 412 mit der Übertragungs-Datenleitung und der Taktdatenleitung des Busses 424. In anderen Protokollen, die zwei Leitungsbusse verwenden, kann das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 zum Zugriff auf die Übertragungs-Datenleitung ausgestattet sein. Damit ist eine einzelne Leitung 414 und ein Relais der Relais 410, 412 notwendig, welche mit einer einzelnen Übertragungs-Datenleitung des Busses 424 korrespondieren. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401, das mit dieser Ausgestaltung zusammen arbeitet, ist zum Trennen von Kommunikation mit jeder der Datenleitungen des Busses 424 ausgestattet, welche zum Zugriff befähigt ist, wie mit dem Flußdiagramm von 9 beschrieben wird.
  • 9 ist ein Flußdiagramm, welches die Funktionsweise des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 401 darstellt. Bei Box 450 setzt der Prozessor 402 des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 401 die Relais 410, 412 auf den ersten Zustand an Kontrollleitungen 430, 432, wobei das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 mit dem Bus 424 kommunikativ verbunden wird. Der Prozessor 402 greift dann auf die Datenleitung des Busses 424 zu. Dies können beispielsweise die Übermittlungsdatenleitung und die Taktdatenleitung sein. Falls das Kommunikationsprotokoll synchrone und asynchrone Kommunikation enthält, beispielsweise ein Kommunikationsprotokoll, welches unter Verwendung von Makrozyklen betrieben wird, etwa dem Fieldbus Kommunikationsprotokoll, greift das Eingabe/Ausgabe-Gerät auf die Busdatenleitung während eines auf das mit diesem zusammenhängenden synchronen Kommunikationszeitfenster folgende asynchrone Kommunikationszeitfenster innerhalb des Makrozyklus zu, wie dies im Rahmen des fachgemäßen Handelns liegt.
  • Nach einem Zugriff auf die Datenleitung in Box 450 führt der Prozessor 402 einen Lesevorgang der beeinflussten Busleitung, Schritt 452, aus, wobei dieser die korrespondierende Leitungsansteuerungsausgabeleseleitung 418 verwendet. In Box 454 wird durch den Prozessor 402 festgestellt, ob das Lesen auf die zugegriffene Busleitung wie erwartet verlaufen ist. Beispielsweise dann, wenn der Prozessor 402 auf die einzelne Busleitung zugegriffen hat, um den Zustand einer logischen 1 zu ändern, stellt der Prozessor 402 in Box 454 fest, ob die zu gegriffene Busleitung des Busses 424 tatsächlich mit einer logischen 1 belegt ist. In vergleichbarer Weise stellt der Prozessor 402 fest, falls dieser auf die Busdatenleitung zugegriffen hat, um einen Zustand zu einer logischen 0 zu ändern, ob sich die zu gegriffene Busleitung wirklich im Zustand einer logischen 0 befindet. Wenn das Lesen einen erwarteten Wert ausgibt (Box 454) stellt der Prozessor 402 fest, ob weitere Buslinien, auf welche durch das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 zugegriffen werden kann, existieren (Box 456).
  • Gibt es weitere Buslinien, auf die zu gegriffen werden kann (Box 456), kehrt der Prozess zu Box 450 zurück, wobei der Prozessor 402 eine weitere Busdatenleitung des Busses 424 anspricht. Sind keine weiteren Busleitungen vorhanden sind, die das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 beeinflussen können, setzt das Prozesssteuersystem seinen Standardbetrieb fort, Box 458. Andere Geräte können überprüfen, ob alle Buslinien, die vom Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 beeinflusst werden können, getestet wurden und damit feststellen, dass der Bus zur Verwendung von anderen Geräten zur Verfügung steht. Alternativ dazu kann das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 eine Diagnosebeendigungsnachricht zu den anderen Geräten über den Bus senden und damit die anderen Geräte informieren, dass das Gerät 401 den Testvorgang seiner Verbindung mit dem Bus 424 beendet hat. Falls das Lesen auf die zugegriffene Busleitung es nicht wie erwartet in Box 456 ausfällt, unterbricht das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 die Kommunikation vom Bus 424 wie in Box 460 gezeigt. Dies kann dadurch ausgeführt werden, indem das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 die korrespondierende Relaiskontrollleitung 430, 432 verwendet, um das korrespondierende Relais 410, 412 in den zweiten Zustand zu versetzen, um die Verbindung mit der Datenleitung des Busses 424 zu trennen. Alternativ dazu kann der Prozessor 402 die Kontrollleitungen 430, 432 dazu nutzen, um alle Relais 410, 412 in den zweiten Zustand zu versetzen und damit die Kommunikation zwischen dem Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 und allen Busdatenleitungen, auf die vom Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 zu gegriffen werden kann, zu unterbrechen.
  • Nach der Trennung der Kommunikationen des Busses 424 führt der Prozessor 402 eine Diagnose am Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 aus, Box 462. Beispielsweise kann die Diagnose einfach die Ausführung eines Test sein, die vergleichbar mit dem Test ist, der bei einem oben erwähnten Zugriffsversuch auf die Busleitungen ausgeführt wird. Falls die zugriffsfähigen Busleitungen nicht länger mit dem Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 verbunden sind, werden die Leseversuche von den angesprochenen Leitungsansteuerungsausgabeleitungen 416 unter Verwendung der Leitungsansteuerungsausgabeleseleitungen 418 ausgeführt. Diese Lesevorgänge können in einer vergleichbaren Weise wie die Lesevorgänge der angesprochenen Busleitung erfolgen, wie oben in Box 452 erwähnt. Natürlich kann der Prozessor 402 jegliche der Diagnoseroutinen, die in dem Speicher 404 gespeichert sind, ausführen um festzustellen, ob ein Problem am Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 vorliegt.
  • Falls der Prozessor 402, der die vorprogrammierten diagnostischen Tests ausführt, feststellt, dass kein Problem am Eingabe/Ausgabe-Gerätes 401 existiert, weist der Prozessor 402 die Relais 410, 412 über die Relaiskontrollleitungen 430, 432 an, eine Kommunikation zwischen dem Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 und dem Bus 424 wieder herzustellen, Box 466, und der Prozess wird fortgesetzt, wie oben in 456 erwähnt. Falls ein Fehler detektiert wurde, und der Prozessor 402 feststellt, dass ein Gerätefehler existiert (464) bleibt das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 vom Bus 424 getrennt, wie in Box 468 gezeigt. Für den Fachmann ist es naheliegend, dass die erforderlichen Diagnosen vom Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 ausgeführt werden können, wobei eine Überprüfung der Verbindungen mit den vom Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 anzusprechenden Busleitungen erfolgen kann. Weiterhin können die Diagnoseprozesse einen Zugriff auf die Leitungsansteuerungsausgabeleitungen in verschiedener Weise umfassen, wobei ein Lesevorgang bei jedem Zugriffsversuch erfolgt, um zu überprüfen, ob das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 ordnungsgemäß funktioniert. 10 stellt ein weiteres Flussdiagramm dar, welches die Operation des Prozesssteuersystems 400 zeigt, wobei auf mehrere Busleitungen zugegriffen wird.
  • Wie in Box 460 gezeigt, greift der Prozessor 402 auf eine Vielzahl von Busdatenleitungen zu und liest die Zustände der zu gegriffenen Busdatenleitungen aus, Box 472. Beispielsweise kann in einem proprietären Protokoll der Prozessor 402 einen Zugriff, sowohl auf die Übertragungs-Datenleitungen und die Taktdatenleitungen des Busses 452 zur selben Zeit ausführen, wobei zwangsweise eine logische 0 oder ein logisches 1 zur Übertragungs- bzw. Taktdatenleitung ausgegeben wird. Der Prozessor 402 stellt dann fest, ob die Lesevorgänge wie erwartet erfolgen, Box 474. Der Prozessor 402 führt diesen Schritt in einer vergleichbaren Weise aus, wie oben in Box 454 dargestellt.
  • Fallen die Resultate der Lesevorgänge auf die angesprochenen Busleitungen wie erwartet aus, stellt der Prozessor 402 fest, ob es weitere Möglichkeiten gibt, auf die Busdatenlinien zuzugreifen, Box 476. Beispielsweise kann der Prozessor 402 zwangsweise ein logisches 1 oder eine logische 0 an die Übertragungs- und Taktdatenleitungen senden, eine logische 0 sowohl an die Übertragungs- und Taktdatenleitung des Busses 424 oder die Übertragungs- und Taktdatenleitungen ohne Zugriff lassen (beispielsweise dann, wenn Pull-Up-Resistors (nicht gezeigt) an der Relaisausgabeleitung 420, die Busübertragungs- und Taktdatenleitung auf eine logische 1 setzen). Gibt es andere Wege zum Zugriff auf die Busleitungen, kehrt der Prozess von 12 zur Box 470 zurück und wird mit einem Zugriff auf die Busleitungen in dieser zusätzlichen Weise fortgesetzt. Falls es keine weiteren Möglichkeiten zum Zugriff auf die Busdatenleitungen gibt, setzt das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 die Standardvorgehensweise, Box 478, fort, vergleichbar zur bereits dargestellten Vorgehensweise in den Boxen 458 von 9.
  • Sind die Ergebnisse des Lesevorganges der zu gegriffenen Busleitungen nicht wie erwartet in Box 474, unterbricht der Prozessor 402 die Kommunikation vom Bus 424, Box 480 unter Verwendung der Relais 410, 412, in der vergleichbaren Weise, wie bereits in Box 460 dargestellt. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 führt dann einen Diagnosevorgang aus, Box 482. Wie bereits oben bei der Beschreibung von Box 462 dargestellt, können andere Versuche zum Zugriff auf die Ansteuerausgabeleitungen 416 oder andere diagnostische Routinen ausgeführt werden, wobei Lesevorgänge von der Leitungsansteuerungsausgabeleitung 416 über die Leitungsansteuerungsausgabeleseleitung 418 oder an jeglicher anderer Stelle innerhalb des Gerätes 401 erfolgen können, weil das Gerät 401 nicht länger mit den Busleitungen des Busses 424, auf die zugegriffen werden kann, verbunden ist. Weiterhin kann die Diagnose einen Zugriff auf die Leitungsansteuerungsausgabeleitungen auf mehrere Arten beinhalten, wobei ein Lesevorgang für jeden Zugriffsversuch ausgeführt wird, um festzustellen ob das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 ordnungsgemäß funktioniert. In Box 484 stellt der Prozessor 402 fest, ob ein Gerätefehler existiert. Falls ein Gerätefehler existiert, bleibt das Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 vom Bus 424 getrennt, Box 486. Falls der Prozessor 402 feststellt, dass kein Gerätefehler innerhalb des Eingabe/Ausgabe-Gerätes 401 existiert, stellt das Eingabe/Ausgabe-Gerät die Verbindung in einer vergleichbaren Weise, wie bereits in Box 466 von 9 dargestellt, zum Bus 424 wieder her, Box 488, der Prozess läuft weiter zu Box 476 und wird wie oben beschrieben fortgesetzt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist das Eingabe/Ausgabe-Gerät dazu ausgestattet, die Relais 410, 412 durch eine Änderung des Funktionszustandes der Relais von dem ersten Zustand zu dem zweiten Zustand und von dem zweiten Zustand zu dem ersten Zustand an vorbestimmten Zeiten zu testen, um eine ordnungsgemäße Funktion der Relais festzustellen. Solch ein Test kann jederzeit dann durchgeführt werden, wenn das Eingabe/Ausgabe-Gerät keine Information sendet oder empfängt (beispielsweise Nachrichten) vom Bus 424.
  • In einer hier nicht dargestellten Ausgestaltung kann der Bus 424 ein Bussegment zwischen einem Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Gerät und einem Peripheriegerät sein, beispielsweise den Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Geräten 120 oder 122, dem Bussegment 124 und jeder der Peripheriegeräte 112–115 von 1. Das Fieldbus Protokoll verwendet einen zwei-drahtigen Bus zur Kommunikation zwischen dem Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Gerät und den mit diesem verbundenen Peripheriegeräten, wobei die Peripheriegeräte in der Lage sind, nur auf eine Übertragungs-Datenleitung des Bussegmentes zuzugreifen. Ein Peripheriegerät, welches mit dem Bussegment verbunden ist, kann auf die Übertragungs-Datenleitung des Bussegmentes zugreifen oder diese benutzen, und damit alle anderen Peripheriegeräte daran hindern, miteinander und mit dem Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Gerät zu kommunizieren. In diesem Szenarium arbeiten die Prozessaktivitäten, die von diesem Bussegment kontrolliert werden, unter beschränkter oder ohne Kontrolle und/oder Überwachung durch das Prozesssteuersystem, wobei möglicherweise eine gefährliche Situation für Arbeiter am Prozesssteuersystem hervorgerufen wird.
  • Ein Relais kann im Peripheriegerät vorgesehen sein, welches von einem Peripheriegeräteprozessor kontrolliert wird, das es ermöglicht, dass das Peripheriegerät seine Kommunikation mit dem Bus (oder mit der Übertragungs-Datenleitung des. Busses) unterbricht, wenn der Peripherieprozessor einen möglichen oder tatsächlichen Peripheriegerätefehler feststellt. Das Relais arbeitet in einer analogen Weise, wie bereits in 9 dargestellt, und zwar so, dass bei einer Feststellung eines potentiellen Peripheriegerätefehlers der Peripherieprozessor das Relais auslöst, um die Kommunikation zwischen dem Peripheriegerät und dem Bussegment zu trennen und es dabei den anderen Peripheriegeräten und dem Eingabe/Ausgabe-Gerät am Bussegment zu erlauben, wieder mit anderen Geräten zu kommunizieren, wenn das Peripheriegerät einen sich nachteilig auf den Fieldbus auswirkenden Fehler aufweist.
  • Die Leitungsansteuerung 409 und die Relais 410–412 wurden bereits als Teil der Schnittstelle 408 beschrieben. Ein in diesem Bereich tätiger Fachmann kann feststellen, dass die Leitungsansteuerung 409 und die Relais 410–412 nicht unbedingt Teil der Schnittstelle sein müssen, sondern auch an beliebiger Stelle innerhalb des Eingabe/Ausgabe-Gerät 401 lokalisiert sein können, wobei die Relais 410–412 dazu in der Lage sind, eine Kommunikation mit dem Bus 424 zu trennen.
  • Daraus folgend ist, wenn ein Eingabe/Ausgabe-Gerät ebenfalls über den Bus kommuniziert (oder ein Peripheriegerät, was auf Kommunikation an einem Fieldbus-Bus zugreift) und andere Geräte daran hindert, auf dem Bus zu kommunizieren, das Eingabe/Ausgabe-Gerät dazu ausgestattet, seine Kommunikation mit dem Bus zu unterbrechen. Dies erlaubt es den anderen Geräten, weiterhin über den Bus zu kommunizieren. Auf diese Weise werden die Prozessaktivitäten, die von anderen Eingabe/Ausgabe-Geräten (oder Peripheriegeräten) kontrolliert werden, durch das Prozesssteuersystem wieder überwacht und/oder kontrolliert und hierbei die Sicherheit für Prozesskontrollarbeiter erhöht.
  • Das Eingabe/Ausgabe-Gerät am Bussegment verbindet die Steuerung mit den Hardwaregeräten. Aus diesem Grund bricht durch einen Fehler des Eingabe/Ausgabe-Gerätes die Kommunikation auf dem Segment und die Ausführung der Prozesskontrolle solange zusammen, bis das Eingabe/Ausgabe-Gerät repariert oder ersetzt wurde. Eine Alternative zur Minimierung dieser Unterbrechung der Prozesskontrolle ist die Installation eines Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerätes auf dem Segment, das in Betrieb genommen wird, falls das primäre Eingabe/Ausgabe-Gerät inaktiv wird. Das vorinstallierte Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät reduziert den Zusammenbruch der Verbindung dadurch, dass eine Notwendigkeit entweder einer Reparatur des Eingabe/Ausgabe-Geräte oder ein Ersetzen des inaktiven Eingabe/Ausgabe-Gerätes durch ein neues Eingabe/Ausgabe-Gerät beseitigt wird. Obwohl diese Unterbrechung reduziert ist, ist die Prozesskontrolle weiterhin für eine gewisse Zeitdauer unterbrochen. Beispielsweise muss der Fehler des Eingabe/Ausgabe-Gerätes so festgestellt werden, dass das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät durch die Steuerung aktiviert wird. Weil dafür typischerweise eine Vielzahl von fehlgeschlagenen Kommunikationsversuchen erforderlich sind, bevor die Steuerung eine Diagnose, die durch ein Ausgabegerät ausgeführt wird, anfordert, werden mehrere Sekunden benötigt, bevor ein fehlerhaftes Eingabe/Ausgabe-Gerät am Steuergerät detektiert wird. das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät ist dadurch nicht für eine Kontrollübernahme aktiviert und der Prozess, der vom fehlerhaften Eingabe/Ausgabe-Gerät kontrolliert wird, wird unter beschränkter Kontrolle oder ohne Kontrolle/Überwachung fortgesetzt, wobei sich eine potentiell gefährliche Situation für die Prozesskontrollarbeiter ergibt.
  • Um dieses Problem zu reduzieren, enthält ein Prozesssteuernetzwerk, das eine Mehrzahl von Geräten umfasst, einen Bus und ein primäres redundantes Gerät in Kommunikation mit dem Bus. Das primäre redundante Gerät kann eine erste eindeutige Adresse aufweisen und ist mit dem Bus gekoppelt. Ein zweites redundantes Gerät ist ebenfalls mit dem Bus gekoppelt und kann eine zweite eindeutige Adresse aufweisen. Das zweite redundante Gerät ist darauf programmiert, am ersten redundanten Gerät einen Fehler über beispielsweise eine dafür vorgesehene Verbindungsleitung, die zwischen dem redundanten Paar der Geräte angelegt ist, festzustellen. Das zweite redundante Gerät gibt während der Feststellung eines Gerätefehlers des ersten redundanten Gerätes, eine Fehlermitteilung auf den Bus aus, um der Steuerung mitzuteilen, dass das erste redundante Gerät möglicherweise fehlerhaft arbeitet. Die erste redundante Gerätefehlermitteilung wird von der Steuerung empfangen. In Antwort auf die erste redundante Gerätefehlermitteilung kann die Steuerung das erste redundante Gerät anweisen, sofort eine Selbstdiagnose auszuführen. Alternativ dazu kann die Steuerung das erste redundante Gerät deaktivieren und das zweite redundante Gerät aktivieren.
  • Das Ausstatten des zweiten redundanten Gerätes mit der Fähigkeit einer Ausführung einer Fehlerfeststellung am ersten redundanten Gerät und der Ausgabe einer primären Gerätefehlernachricht an den Steuergerät ist von Vorteil, weil die Steuerung des Prozesssteuersystems schneller über eine mögliche Fehlfunktion des ersten redundanten Gerätes informiert wird. Als Ergebnis dessen wird, wenn eine Fehlfunktion tatsächlich am ersten redundanten Gerät auftritt, das zweite (Unterstützungs-)Eingabe/Ausgabe-Gerät ohne Zeitverlust für eine Kontrollübernahme aktiviert, so dass die Prozesse, die vom fehlerhaften Eingabe/Ausgabe-Gerät kontrolliert werden, weiterhin unter Kontrolle und Überwachung durch die Steuerung ablaufen.
  • Ein Prozesssteuersystem in Übereinstimmung mit einer Ausgestaltung dieses Aspektes der Erfindung ist in 11 dargestellt. Das Prozesssteuersystem 500 enthält eine Steuerung 502, das mit einem Bus 504 verbunden ist, welcher beispielsweise die Rückwandplatine von 1 sein kann. Eingabe/Ausgabe-Geräte 506, 508 und primäre und sekundäre redundante Eingabe/Ausgabe-Geräte 512 und 514, die zusammen mit dem Prozesssteuersystem als Gerät 515 zusammenarbeiten, sind ebenfalls an dem Bus 504 angeschlossen. Jedes der primären redundanten Geräte und der sekundären redundanten Geräte 512 und 514 sind mit dem Bus 504 gekoppelt. Das primäre redundante Gerät 512 enthält einen primären Prozessor 516, der mit einem primären Speicher 518 verbunden ist, der eine Programmierung für eine Kontrolloperation des ersten redundanten Gerätes 512 beinhaltet. Das zweite redundante Gerät 514 enthält einen sekundären Prozessor 520, der mit einem sekundären Speicher 522 für das sekundäre redundante Gerät 514 ausgestattet ist, wobei der sekundäre Speicher 522 ein Programm speichert, welches vom sekundären Prozessor 520 für Kontrolloperationen des sekundären redundanten Gerätes 514 ausgeführt werden kann. Das primäre redundante Gerät 512 ist mit dem sekundären redundanten Gerät 514 über eine Kommunikationsverbindung 524 verbunden.
  • Während eines normalen Betriebs des Prozesssteuersystems 500 sendet und empfängt eines der Eingabe/Ausgabe-Geräte 512 und 514 aktiv Nachrichten am Bussegment 624, führt ProzessSteuerungsfunktionen und dergleichen Operationen aus. Für die folgende Diskussion ist das Eingabe/Ausgabe-Gerät 512, welches vorher als primäres Eingabe/Ausgabe-Gerät identifiziert wurde, zunächst das aktive Eingabe/Ausgabe-Gerät für das Gerät 510. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät, welches nicht als das aktive Eingabe/Ausgabe-Gerät des Gerätes 510 arbeitet, ist in diesem Fall das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät 514, und dieses wird als das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät für das Gerät 510 betrachtet. Während des Unterstützungsmodus führt das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 514 keinerlei Prozesskontroll- oder Kommunikationsfunktionen des Gerätes 510 aus. Allerdings kann das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 514 dahingehend konfiguriert sein, um vom Bus 504 Nachrichten, die über den Bus übermittelt werden, und für das Gerät 510 bestimmt sind, entgegen zu nehmen. Das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 514 empfängt und dekodiert Nachrichten und speichert jede Information oder Nachrichten, die normalerweise im aktiven Eingabe/Ausgabe-Gerät 512 gespeichert werden, ab. Das Eingabe/Ausgabe-Gerät 514 kann auch Informationen verarbeiten und hierin abgespeicherte Daten aktualisieren und andere Funktionen ausführen, die für das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 514 notwendig sind, um ProzessSteuerungsfunktionen des virtuellen Eingabe/Ausgabe-Geräte 512 zu übernehmen, falls das aktive Eingabe/Ausgabe-Gerät 512 inaktiv wird oder in anderer Weise nicht zur Verfügung steht.
  • Eine Kommunikation zwischen der Steuerung und den Eingabe/Ausgabe-Geräten kann ein Standard-Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll oder ein proprietäres Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll verwenden, beispielsweise ein solches, wie es in der ☐Delta V-Software enthalten ist. Weiterhin kann die Kommunikation zwischen dem Eingabe/Ausgabe-Gerät und den Peripheriegeräten, die mit diesem verbunden sind, jegliches Kommunikationsprotokoll nutzen, einschliesslich des Fieldbus, HART und des PROFIBUS Kommunikationsprotokolls etc. Die dafür vorgesehene Kommunikationsverbindung 524 kann eine serielle Kommunikationsverbindung zwischen dem primären redundanten Gerät 512 und dem sekundären redundanten Gerät 514 sein oder eine Mehrzahl von Datenleitungen zur Ausführung einer parallelen Kommunikation zwischen den primären und redundanten Geräten 512 und 514 umfassen. Wichtig ist hierbei, dass die dafür vorgesehene Kommunikationsverbindung 524 jede Standardverbindung zwischen den Geräten 512 und 514 sein kann, über welche die Geräte kommunizieren können, wie eine physikalische Verbindung zwischen den redundanten Geräten 512 und 514 eine direkte festverdrahtete Verbindung zwischen den Geräten 512 und 514 oder in einer vergleichbaren Art. Die redundanten Geräte 512 und 514 können jeglichen Typ von Informationen austauschen, der für die Geräte notwendig ist, damit diese als redundante Geräte innerhalb des Prozesssteuersystems 500 arbeiten.
  • Das primäre redundante Gerät 512 kann mit dem sekundären redundanten Gerät 514 in vordefinierten Kommunikationsintervallen oder in jeder anderen Weise kommunizieren. Weiterhin kann die Kommunikation, die über die unabhängige Kommunikationsverbindung 524 abläuft, unabhängig von jedem Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll sein, welches in dem Prozesssteuersystem verwendet wird, und sicherstellt, dass die primären und sekundären redundanten Geräte 512 und 514 ausreichend zur Kommunikation miteinander über die dafür vorgesehene Kommunikationsverbindung 524 programmiert sind. Der Betrieb des Prozesssteuersystems 500 wird unter einem Hinweis auf das Flussdiagramm von 12 dargestellt.
  • In Box 530 überwacht das sekundäre redundante Gerät 514 das primäre redundante Gerät 512 über einen möglicherweise vorliegenden primären redundanten Geräteausfall. Eine Vorgehensweise, mit der das sekundäre redundante Gerät 514 einen primären redundanten Gerätefehler feststellen kann, ist, dass das primäre redundante Gerät 512 nicht in einem vorgesehenen Zeitraum eine Nachricht zum sekundären redundanten Gerät 514 über die dafür vorgesehene Kommunikationsverbindung 524 übermittelt.
  • In Box 532 stellt das sekundäre redundante Gerät 514 fest, ob ein Fehler am primären redundanten Gerät 512 festgestellt worden ist, oder nicht. Falls ein Fehler oder ein potentieller Fehler am primären redundanten Gerät 512 festgestellt wird, sendet dass sekundäre redundante Gerät 514 eine primäre redundante Gerätefehlernachricht an den Bus 504, wie in Box 534 dargestellt. Die primäre redundante Gerätefehlernachricht wird beispielsweise am Steuergerät 502 empfangen, wobei die Steuerung 502 damit über eine mögliche Fehlfunktion des primären redundanten Gerätes 512 informiert wird. Die Steuerung 502 kann dann feststellen, ob tatsächlich ein primärer redundanter Gerätefehler vorliegt, wie in Box 536 gezeigt. Solch eine Feststellung kann in der Weise erfolgen, dass durch den Steuergerät 502 das primäre redundante Geräte 512 angewiesen wird, eine Selbstdiagnose auszuführen. Das primäre redundante Gerät 512 gibt die Information an den Bus 504 aus, die die Resultate der Selbstdiagnose betreffen, und gibt somit an, ob eine primäre redundante Fehlfunktion existiert oder nicht.
  • Falls festgestellt wurde, dass ein primärer redundanter Gerätefehler vorliegt (Box 536), deaktiviert die Steuerung 502 das primäre redundante Gerät 512, Box 538, und aktiviert das sekundäre redundante Gerät 514. Anderenfalls, wenn die Steuerung 502 feststellt, dass kein primärer redundanter Gerätefehler vorliegt (Box 536), kann die Steuerung 502 das sekundäre redundante Gerät 514 anweisen, eine Selbstdiagnose auszuführen, Schritt 540, weil ein falscher Hinweis auf einen primären redundanten Gerätefehler möglicherweise anzeigt, dass eine Fehlfunktion im sekundären redundanten Gerät 514 vorliegt. Die Steuerung 502 stellt dann fest, ob ein Gerätefehler im sekundären redundanten Gerät 514 vorliegt, Box 542. Diese Feststellung wird in einer vergleichbaren Form wie am primären redundanten Gerät ausgeführt, und die Resultate der Selbstdiagnose werden auf den Bus 504 durch das sekundäre redundante Gerät 514 ausgegeben. Falls ein Gerätefehler im sekundären redundanten Gerät 514 vorliegt, kann die Steuerung 502 das sekundäre redundante Gerät 514 deaktivieren und einen Operator des Prozesssteuersystems benachrichtigen, wie in Box 544 gezeigt. Falls kein Gerätefehler am sekundären redundanten Gerät 514 festgestellt wurde, kann die Steuerung 502 weitere Diagnosen am primären redundanten Gerät 512 ausführe, Box 564, und/oder einen Operator des Prozesssteuersystems betreffs der Möglichkeit von Gerätefehlern an einem der beiden primären und sekundären redundanten Geräte 512 und 514 benachrichtigen.
  • Das Vorhandensein eines sekundären redundanten Gerätes 514, welches mit einer Erkennung eines Gerätefehlers des primären redundanten Geräte 512 ausgestattet ist, stattet den Steuergerät 502 mit einer schnelleren Fehlererkennung im primären redundanten Gerät 512 aus und erlaubt es das sekundäre redundante Gerät 514 in einer schnelleren Weise zu aktivieren, als in Prozesssteuersystemen der vorhergehenden Art. In Zusammenhang damit werden Prozesse, die von einem einzelnen Eingabe/Ausgabe-Gerät kontrolliert werden, somit kontrolliert und/oder von der Steuerung 502 ohne tiefgreifende Unterbrechung der Kontrolle der Prozesse, die vom Prozesssteuersystem kontrolliert werden, überwacht. Somit werden Prozessaktivitäten, die vom redundanten Gerätepaar kontrolliert werden fortgesetzt und weiterhin ohne tiefgreifende Unterbrechung kontrolliert und überwacht.
  • Im Zusammenwirken mit einer weiteren Ausgestaltung sind die redundanten Eingabe/Ausgabe-Geräte als redundante Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Geräte ausgeführt und werden unter Hinweis auf die redundanten Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 von 1 beschrieben. Für die folgende Diskussion ist das primäre redundante Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 das aktive Eingabe/Ausgabe-Gerät und das zweite redundante Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät für das virtuelle Gerät 130. Das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 fordert aktualisierte Informationen über den Status der Prozesse für das virtuelle Gerät 130 an und ist weiterhin dazu ausgelegt, Nachrichten, die an dem Bus 124 vom aktiven Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 ausgegeben wurden, zu empfangen. Das sekundäre Gerät 122 kann Gerätefehler des aktiven Gerätes 120 erkennen. Die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 können ebenfalls eine direkte Kommunikationsverbindung 159 aufweisen, über welche die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 miteinander in einer Weise kommunizieren, die nicht notwendigerweise davon abhängt, welches Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll am Bussegment 124 oder der Rückwandplatine 111 implementiert ist. Die Kommunikationsverbindung 159 kann jede Standardverbindung zwischen den Eingabe/Ausgabe-Geräten 120 und 122 sein, über welche die Geräte kommunizieren können, beispielsweise eine physikalische Verbindung zwischen den Eingabe/Ausgabe-Geräten 120 und 122 zu einem Basisnetz des Busses, eine direkte, fest verdrahteten Verbindung zwischen den Geräten 120 und 122 oder dergleichen. Die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 können jeden Typ von Informationen austauschen, der notwendig für die Geräte ist, um als redundante Eingabe/Ausgabe-Geräte zu funktionieren und damit das virtuelle Eingabe/Ausgabe-Gerät 130 wie oben beschrieben zu betreiben. Die Information kann Kommunikationen beinhalten, die festlegen, welche der Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 das primäre Eingabe/Ausgabe-Gerät und welches das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät ist, welches Gerät das aktive Gerät und welches das Unterstützungsgerät ist, und sie kann aktualisierte Informationen vom aktiven Eingabe/Ausgabe-Gerät umfassen, welche notwendig für das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät ist, um die Rolle des aktiven Eingabe/Ausgabe-Gerätes zu übernehmen. Zusätzlich dazu können die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 Funktionsblöcke beinhalten, die notwendig dazu sind, um eine Prozesskontrolle zu implementieren und die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 können Informationen zur Benutzung durch die Funktionsblöcke austauschen, um eine Prozesskontrolle auszuüben. Die Eingabe/Ausgabe-Geräte können ebenso an vorbestimmten Intervallen Statusinformationen betreffend der Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 bzw. 122 austauschen.
  • Das sekundäre Fieldbus Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 ist zu einer Feststellung eines Gerätefehlers aufgrund empfangener oder übermittelter Informationen über die dafür vorgesehene Kommunikationsverbindung 159 ausgelegt. Beispielsweise dann, wenn das primäre Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 nicht in der Lage ist, eine Statusinformation zum sekundären Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 über die Kommunikationsverbindung 159 in einer vorbestimmten Zeit zu übertragen, wird ein möglicher Gerätefehler des primären Eingabe/Ausgabe-Gerätes 120 angenommen.
  • Detektiert das sekundäre redundante Gerät 122 einen möglichen Gerätefehler des primären redundanten Gerätes, gibt das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 eine spezielle Nachricht an den Fieldbus-Bus 124 aus, beispielsweise eine primäre redundante Gerätefehlernachricht an die Steuerung 102. In Antwort darauf veranlaßt die Steuerung 102 das primären Eingabe/Ausgabe-Gerät 102 (eigentlich 120) dazu, eine Diagnose auszuführen. Wird bei der Diagnose ein Gerätefehler detektiert, kann die Steuerung 102 das primäre Eingabe/Ausgabe-Gerät deaktivieren und das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 aktivieren, um die Kontrolle über das virtuelle Gerät 130 zu übernehmen. Sobald das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 aus den Unterstützungsmodus in den aktiven Modus umschaltet, übernimmt das Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 eine Bereitschaft zur Nachrichtenaufnahme, welche die virtuelle Ausgabeadresse für das virtuelle Eingabe/Ausgabe-Gerät 130 enthält, und stellt die normalen Statusaktivitäten, beispielsweise eine Beantwortung auf notwendige Datenbefehle und Verbindungsherstellungsnachrichten wieder her.
  • Falls die Diagnose, die vom primären Eingabe/Ausgabe-Gerät 120 ausgeführt wird, keinen Gerätefehler im primären Gerät als Resultat ergibt, kann die Steuerung das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 anweisen, eine Selbstdiagnose auszuführen, da eine falsche Annahme eines Gerätefehlers des primären redundanten Gerätes darauf hindeuten kann, dass ein Gerätefehler im sekundären redundanten Gerät vorliegt. Wenn die Diagnose des sekundären Eingabe/Ausgabe-Gerätes 122 feststellt, dass ein Gerätefehler innerhalb des sekundären Eingabe/Ausgabe-Gerätes 122 vorliegt, kann die Steuerung 102 das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät 122 veranlassen, in einen inaktiven Status überzuwechseln und den Gerätefehler an einen Systemoperator des Prozesssteuersystems melden. Stellt die Diagnose im sekundären Eingabe/Ausgabe-Gerät keinen Gerätefehler des sekundären Eingabe/Ausgabe-Gerätes 122 fest, kann die Steuerung 102 dem Systemoperator des Prozesssteuersystems signalisieren, dass ein möglicher Gerätefehler existiert, in einem oder beiden der primären und sekundären Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122.
  • Wenn die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 im Prozesssteuernetzwerk 100 installiert sind, müssen die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 eine Information erhalten, dass diese Teil eines Paares redundanter Eingabe/Ausgabe-Geräte sind und dass eines der Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 das primäre Eingabe/Ausgabe-Gerät und das andere das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät ist, und ebenfalls dass eines der Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 das aktive Eingabe/Ausgabe-Gerät ist und das andere das Unterstützungs-Eingabe/Ausgabe-Gerät. Ein Verfahren zur Festlegung der Beziehungen zwischen den Eingabe/Ausgabe-Geräten 120 und 122 besteht darin, eine Information zwischen den Eingabe/Ausgabe-Geräten 120 und 122 über die Kommunikationsverbindung 159, die oben erwähnt wurde, auszutauschen. Eine andere Möglichkeit, die Relation zwischen den Eingabe/Ausgabe-Geräten 120 und 122 festzulegen besteht für einen Nutzer darin, die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 direkt zu programmieren oder eine Programmroutine an einem Host-Gerät oder an einer Administrationsstation 104 auszuführen, die die Programmierung der Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 über Nachrichten vornimmt, die über den Bus 110 übertragen werden. Alternativ dazu können die Relationen zwischen den Eingabe/Ausgabe-Geräten 120 und 122 und den anderen Geräten im Prozesssteuernetzwerk 100 durch die physikalische Konfiguration der Geräte und/oder dadurch festgelegt werden, in welcher Weise die Eingabe/Ausgabe-Geräte 120 und 122 mit dem Prozesssteuernetzwerk 100 verbunden sind, wie oben beschrieben.
  • Ist ein Prozesssteuersystem gegeben, bei dem das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät dazu in der Lage ist, einen Gerätefehler des primären Eingabe/Ausgabe-Gerätes festzustellen, ist dies vorteilhaft, da der Gerätefehler der Steuerung in einer schnelleren Weise als in Prozesssteuersystemen der früheren Art mitgeteilt wird. Wie oben beschrieben, können Systeme der früheren Art nicht defekte Eingabe/Ausgabe-Geräte detektieren, bevor eine Vielzahl fehlgeschlagener Kommunikationsversuche ausgeführt werden, die mehrere Sekunden beanspruchen. Da das sekundäre redundante Eingabe/Ausgabe-Gerät typischerweise durch den Steuergerät aktiviert wird, wird das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät nicht innerhalb einiger Sekunden aktiviert, wobei der Prozess, der durch das einzelne redundante Eingabe/Ausgabe-Gerätepaar unüberwacht und unkontrolliert bleibt und sich eine möglicherweise gefährliche Situation für Prozesskontrollarbeiter herausbildet. Im Unterschied dazu werden potentielle Fehler des primären redundanten Eingabe/Ausgabe-Gerätes, weil das sekundäre Eingabe/Ausgabe-Gerät dazu in der Lage ist, einen Gerätefehler des ersten redundanten Eingabe/Ausgabe-Gerätes festzustellen, der Steuerung schneller mit geteilt. Diagnosen erfolgen somit unverzüglich und die Aktivierung des sekundären Eingabe/Ausgabe-Gerätes erfolgt mit weniger oder ohne Unterbrechung der Überwachung und/oder Kontrolle der Prozesse, die von dem einzelnen redundanten Eingabe/Ausgabe-Gerätepaar kontrolliert werden, wobei sich die Sicherheit für die Prozesskontrollarbeiter erhöht.
  • Die Eingabe/Ausgabe-Geräte und Prozesssteuersysteme, die hiermit beschrieben werden, werden hier als implementiert in ein Prozesssteuernetzwerk betrachtet, wobei die Kommunikationen zwischen dem Eingabe/Ausgabe-Gerät und der Steuerung ein Delta V-Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokoll verwenden, und die Kommunikation zwischen dem Eingabe/Ausgabe-Gerät und Peripheriegeräten, die mit diesem verbunden sind, mit den Fieldbus, HART und 4–20 mA Kommunikationsprotokollen ausgeführt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Eingabe/Ausgabe-Funktionen, die hier beschrieben wurde, auch unter Verwendung anderer Typen von Programmen, Hardware, Firmware usw., die mit anderen Typen von Kontrollsystemen und/oder Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokollen verbunden sind, verwirklicht werden kann. Weil im Zusammenhang mit dem Fieldbus Protokoll der Ausdruck „Funktionsblock” zur Beschreibung eines einzelnen Typs einer Einheit, die zur Ausführung einer Prozess-Steuerungsfunktion fähig ist, verwendet wird, wird darauf hingewisen, dass der Ausdruck Funktionsblock, der hier verwendet wurde, nicht darauf beschränkt ist, und jede Art von Gerät, Programm, Routine oder einem anderen Objekt, das eine Prozess Steuerungsfunktion in welcher Funktion an verschiedenen Stellen innerhalb eines Prozesssteuernetzwerkes auch immer ausführen kann, beschreibt. Somit können die Eingabe/Ausgabe-Geräte, die hier beschrieben und beansprucht werden in Prozesskontollnetzwerken betrieben werden, die andere Prozesskontroll-Eingabe/Ausgabe-Kommunikationsprotokolle oder Schemata, die gegenwärtig existieren oder die in der Zukunft entwickelt werden können, verwenden, solange diese Netzwerke oder Protokolle Steuerungsfunktionen bereitstellen, die an verschiedenen Stellen innerhalb eines Prozesses ausgeführt werden können.

Claims (18)

  1. Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) zur Verwendung in einem Prozesssteuersystem mit einer Steuerung (220, 444), die unter einer speziellen Version einer Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware arbeitet und folgendes umfasst: einen Geräteprozessor (202, 302, 402) zur Steuerung des Betriebes des Eingabe/Ausgabe-Gerätes (200, 300, 401, 440, 442), eine kommunikativ mit dem Geräteprozessor (202, 302, 402, 516) verbundene Schnittstelle (208) zum Verbinden des Eingabe/Ausgabe-Gerätes (200, 300, 401, 440, 442) mit der Steuerung (220, 444), und eine Speichereinheit (204, 304, 404), die kommunikativ mit dem Geräteprozessor (202, 302, 402) verbunden ist, zum Speichern einer Mehrzahl von Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, wobei die Mehrzahl von Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware eine einfache Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware und mindestens eine weniger einfache Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware umfasst, wobei jede Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware vom Geräteprozessor (202, 302, 402) zur Steuerung des Eingabe/Ausgabe-Gerätes (200, 300, 401, 440, 442) verwendbar ist, wobei der Geräteprozessor (202, 302, 402) die Schnittstelle (208) zum Bestimmen der von der Steuerung (220, 444) verwendeten, dieser zugeordneten Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware nutzt, der Geräteprozessor (202, 302, 402) eine Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware der in der Speichereinheit (204, 304, 404) gespeicherten Mehrzahl von Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, die kompatibel zu der zugeordneten von der Steuerung (220, 444) verwendeten Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware ist, auswählt und der Geräteprozessor (202, 302, 402) das Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) zu einem Betrieb unter Verwendung der kompatiblen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware konfiguriert; und wobei der Geräteprozessor (202, 302, 402) ferner dazu ausgelegt ist, eine Antwortnachricht zu generieren, die eine Information hinsichtlich der Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware betrifft, die in der Speichereinheit (204, 304, 404) gespeichert sind, wobei die Antwortnachricht zwei Nachrichtenteile aufweist, wobei ein erster Nachrichtenteil in der einfachen Version und der weniger einfachen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware und ein zweiter Nachrichtenteil nur in der weniger einfachen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware verwendet wird, und wobei der Geräteprozessor (202, 302, 402) eine die Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware betreffende Information in den zweiten Nachrichtenteil der Antwortnachricht einfügt.
  2. Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Steuerung (220, 444) generierte Nachricht eine erste Nachricht ist und es weiterhin zum Generieren einer zweiten Nachricht an das Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) umfaßt, wobei die zweite Nachricht folgendes aufweist: einen ersten Nachrichtenteil, der sowohl von der einfachen Version und der weniger einfachen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware verwendet wird; und einen zweiten Teil, der nur von der weniger einfachen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware verwendet wird; wobei die Steuerung (220, 444) Information in den zweiten Teil der zweiten Nachricht einfügt, wenn die Steuerung (220, 444) die weniger einfache Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware verwendet, die Steuerung (220, 444) keine Information in den zweiten Teil der zweiten Nachricht einfügt, wenn die Steuerung (220, 444) die einfachste Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware verwendet, und der Geräteprozessor (202, 302, 402) diejenige Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware bestimmt, die von der Steuerung (220, 444) in Beantwortung der Information des zweiten Teils der zweiten Nachricht verwendet wird.
  3. Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (220, 444) eine Identifikationsnachricht an das Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) übertragt, wobei die Identifikationsnachricht Information betreffs der Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, die von der Steuerung (220) verwendet wird, enthält, wobei der Geräteprozessor (202, 302, 402) die Information betreffs der Version aus der Identifikationsnachricht verwendet, um die jenige Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware zu bestimmen, die von der Steuerung (220, 444) verwendet wird.
  4. Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ein/Ausgabegerät (200, 300, 401, 440, 442) eine von dem Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) in Antwort auf die Identifikationsnachricht generierte Antwort-Identifikationsnachricht enthält, wobei die Antwort-Identifikationsnachricht die Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware identifiziert, die in der Speichereinheit (204, 304, 404) gespeichert sind.
  5. Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine kompatible Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware die gleiche Version wie die spezielle Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware ist, die von der Steuerung (220, 444) verwendet wird.
  6. Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kompatible Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware eine einfachere Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware ist als diejenige Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, die von der Steuerung (220, 444) verwendet wird.
  7. Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine erste Schnittstelle (208) ist und es weiterhin eine zweite Schnittstelle (226) umfaßt, die kommunikativ mit dem Geräteprozessor (202, 302, 402) verbunden ist, wobei die zweite Schnittstelle (226) zu einer Kommunikation mit mindestens einem Feldgerät (112–115) dient, das ein Fieldbus-Kommunikationsprotokoll verwendet.
  8. Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine erste Schnittstelle (208) ist und es weiterhin eine zweite Schnittstelle (226) umfasst, die kommunikativ mit dem Geräteprozessor (202, 302, 402) verbunden ist, wobei die zweite Schnittstelle (226) zur Kommunikation mit mindestens einem Feldgerät (142, 144) unter Verwendung eines HART-Kommunikationsprotokolls dient.
  9. Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine erste Schnittstelle (208) ist und eine zweite Schnittstelle (226) umfasst, die kommunikativ mit dem Geräteprozessor (202, 302, 402) verbunden ist, wobei die zweite Schnittstelle (226) zur Kommunikation mit mindestens einem Feldgerät (152, 154) unter Verwendung eines 4–20 mA-Kommunikationsprotokolls dient.
  10. Verfahren zur Konfiguration eines Eingabe/Ausgabe-Gerätes (200, 300, 401, 440, 442) zur Verwendung in einem Prozesssteuersystem, wobei das Prozesssteuersystem eine Steuerung (220, 444) aufweist, das unter einer speziellen Version einer Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware arbeitet, wobei eine Mehrzahl von Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware in einem Speichergerät (204, 304, 404) für das Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) gespeichert ist, die eine einfache Version mindestens eine weniger einfache Version umfasst, wobei jede Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware für einen Geräteprozessor (202, 302, 402) des Eingabe/Ausgabe-Gerätes (200, 300, 401, 440, 442) zur Steuerung des Eingabe/Ausgabe-Gerätes (200, 300, 401, 440, 442) nutzbar ist, wobei das Verfahren umfasst: – Generieren einer Antwortnachricht durch den Geräteprozessor (202, 302, 402), welche eine im Speichergerät (204, 304, 404) des Eingabe/Ausgabe-Gerätes (200, 300, 401, 440, 442) gespeicherte Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware betreffende Information enthält, wobei das Generieren einer Antwortnachricht ein Generieren eines ersten, in der einfachen Version und der weniger einfachen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware verwendeten Nachrichtenteils, und ein Generieren eines zweiten, nur in der weniger einfachen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware verwendeten Teils, und ein Einfügen der Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware betreffenden, in dem Speichergerät (204, 304, 404) im zweiten Nachrichtenteil gespeicherten Information, aufweist, – Feststellen der von der Steuerung (220, 444) verwendeten, speziellen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware durch den Geräteprozessor (202, 302, 402), – Feststellen einer Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware aus der Mehrzahl der Versionen der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, die in dem Speichergerät (204, 304, 404) gespeichert sind, die mit der speziellen durch die Steuerung (220, 444) verwendeten Version des Kommunikationsprotokolls, das durch den Geräteprozessor (202, 302, 402) verwendet wird, kompatibel ist, und – Konfiguration des Eingabe/Ausgabe-Gerätes (200, 300, 401, 440, 442) zum Betrieb unter Verwendung der kompatiblen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachricht, welche von der Steuerung (220, 444) generiert wird, eine erste Nachricht ist und weiterhin umfasst: Generieren einer zweiten Nachricht durch die Steuerung (220, 444), enthaltend einen ersten, in der einfachen Version und der weniger einfachen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware verwendeten Nachrichtenteil, und einen zweiten, nur in der weniger einfachen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware verwendeten Nachrichtenteil, Einfügen von Information durch das Steuergerät (220, 444) in den zweiten Teil der zweiten Nachricht, wenn die Steuerung (220, 444) eine weniger einfache Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware verwendet und Unbenutzt lassen des zweiten Teils der zweiten Nachricht, falls die Steuerung (220, 444) die einfache Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware verwendet, Senden der zweiten Nachricht von der Steuerung (220, 444) zum Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) und Feststellen einer jeweils von der Steuerung (220, 444) verwendeten Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware durch den Geräteprozessor (202, 302, 402) in Antwort auf die Information im zweiten Teil der zweiten Nachricht.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Generieren einer Identifikationsnachricht an die Steuerung (220, 444), welche eine Information betreffs der Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, welche von der Steuerung (220, 444) verwendet wird, aufweist und Senden der Identifikationsnachricht von der Steuerung (220, 444) zum Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442), wobei das Feststellen der Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware ein Extrahieren der Versionsinformation von der Identifikationsnachricht durch den Geräteprozessor (202, 302, 402) und ein Feststellen der jeweils von der Steuerung (220, 444) verwendeten Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, durch Verwenden der Versionsinformation aufweist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Geräteprozessor (202, 302, 402) eine Erwiderungsidentifikationsnachricht in Antwort auf die Identifikationsnachricht generiert wird, welche die Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware, die im Speicherbereich gespeichert ist, aufweist.
  14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung der kompatiblen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware ein Feststellen der gleichen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware wie die jeweils vorliegende, im Steuergerät (220, 444) verwendete Teilversion der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware am Geräteprozessor (202, 302, 402) aufweist.
  15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung der kompatiblen Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware eine Feststellung einer einfacheren Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware als diejenige von der Steuerung (220, 444) verwendete Version der Eingabe/Ausgabe-Kommunikationssoftware am Geräteprozessor (202, 302, 402) umfasst.
  16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) kommunikativ mit mindestens einem Peripheriegerät (112–115) verbunden ist und darüber hinaus mit mindestens einem Peripheriegerät (112–115) unter Verwendung eines Fieldbus-Kommunikationsprotokolls kommuniziert.
  17. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) kommunikativ mit mindestens einem Peripheriegerät (142, 144) verbunden ist und weiterhin mit mindestens einem Peripheriegerät (142, 144) unter Verwendung eines HART-Kommunikationsprotokolls kommuniziert.
  18. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingabe/Ausgabe-Gerät (200, 300, 401, 440, 442) kommunikativ mit mindestens einem Peripheriegerät (152, 154) verbunden ist und weiterhin mit mindestens einem Peripheriegerät unter (152, 154) Verwendung eines 4–20 mA-Kommunikationsprotokolls kommuniziert.
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