DE69818494T2

DE69818494T2 - Übertragungsmethode für Feldvorrichtungen in industriellen Prozessen

Info

Publication number: DE69818494T2
Application number: DE69818494T
Authority: DE
Inventors: Evren Eryurek
Original assignee: Rosemount Inc
Current assignee: Rosemount Inc
Priority date: 1997-10-13
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2018-10-13
Also published as: US6370448B1; CN1273647A; US20020183863A1; JP2001520413A; EP1023650B1; BR9812913A; AU9795598A; CN1177266C; WO1999019782A1; EP1023650A1; CA2306767A1; CA2306767C; DE69818494D1; JP4611517B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft die Fluid-Prozesssteuerungsindustrie. Insbesondere betrifft die Erfindung Feldvorrichtungen, die in der Fluid-Prozesssteuerungsindustrie verwendet werden, sowie die Art und Weise, wie diese Feldvorrichtungen miteinander kommunizieren. Der Begriff "Prozess" ist ein häufig verwendeter Ausdruck in der Fluid-Handhabungsindustrie, um sowohl das behandelte oder erfasste oder überwachte oder gesteuerte Fluidmaterial zu bezeichnen, als auch die Vorgehensweise bei der Handhabung, der Erfassung, der Überwachung und der Steuerung dieses Fluids.
Feldvorrichtungen, wie z. B. Sender, werden in der Prozesssteuerungsindustrie zur Fernerfassung einer Prozessvariablen verwendet. Feldvorrichtungen, wie z. B. Stellglieder, werden von der Prozesssteuerungsindustrie verwendet, um physikalische Parameter eines Prozesses fernzusteuern, wie z. B. Strömungsrate, Temperatur usw. Die Prozessvariable kann von einer Feldvorrichtung, z. B. einem Sender, an eine Steuerwarte übertragen werden, um Informationen über den Prozess für einen Regler bereitzustellen. Ein Regler kann dann Regelinformationen an eine Feldvorrichtung, wie z. B. ein Stellglied, übermitteln, um einen Parameter des Prozesses zu modifizieren. Beispielsweise können mit dem Druck eines Prozessfluids in Zusammenhang stehende Informationen an eine Steuerwarte übertragen und dazu verwendet werden, einen Prozess, wie z. B. die Erdölverarbeitung, zu regeln.
Prozessvariablensender werden zur Überwachung von Prozessvariablen verwendet, die mit Fluiden, wie z. B. Aufschlämmung, Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen in Chemikalien-, Trüben-, Erdöl-, Gas-, Pharmazeutica-, Nahrungs- und anderen Fluid-Verarbeitungsanlagen verbunden sind. Prozessvariablen schließen Druck, Temperatur, Strömung, Pegel, pH-Wert, Leitfähigkeit, Trübheit, Dichte, Konzentration, chemische Zusammensetzung und andere Fluideigenschaften ein. Prozess-Stellglieder schließen Steuerventile, Pumpen, Heizer, Agitatoren, Kühler, Elektromagneten, Entlüftungen und andere Fluid-Steuervorrichtungen ein.
Ein typisches Verfahren des Stands der Technik zur Übertragung von Informationen beinhaltet die Regelung der Strommenge, die durch eine Prozessregelschleife fließt. Strom wird von einer Stromquelle in der Steuerwarte bereitgestellt, und der Sender steuert den Strom von seiner Anordnung im Feld aus. Beispielsweise kann ein 4 mA-Signal dazu verwendet werden, eine Nullablesung anzuzeigen, und ein 20 mA-Signal kann dazu verwendet werden, eine vollständige Skalenablesung anzuzeigen.
Seit Kurzem setzen Sender eine digitale Schalkreisanordnung ein, die mit einem Regler kommuniziert, indem sie ein digitales Signal verwendet, das ein durch die Prozessregelschleife fließendes analoges Stromsignal überlagert. Ein Beispiel für ein derartiges Verfahren ist das Hart Foundation HART^® Kommunikationsprotokoll. Das HART^®-Protokoll und andere derartige Protokolle weisen für gewöhnlich ein Gruppe von Befehlen oder Anweisungen auf, die an die Feldvorrichtung gesendet werden können, um eine gewünschte Antwort zu erhalten, wie z. B. eine Vorrichtungssteuerung oder -abfrage.
Fieldbus, ein weiteres Kommunikationsprotokoll wird von dem Foundation^TM Feldbus vorgeschlagen, und ist auf die Definierung einer Kommunikationsschicht oder eines Kommunikationsprotokolls zur Übertragung von Informationen auf einer Prozessregelschleife gerichtet. Die Fieldbus-Protokoll-Beschreibung ist die ISA-S50.01-1992, die von der Instrument Society of America 1992 veröffentlicht wurde. Bei Feldbus handelt es sich um ein Prozessindustrie-Kommunikationsprotokoll, das in der Fieldbus Technical Overview Understanding Foundation^TM fieldbus technology (1998) beschrieben wird, das von der Firma Rosemount Inc. in Eden Prairie, Minnesota zur Verfügung gestellt wird. Einige mit Feldbus vergleichbare Protokolle schließen das Controller Area Network (CAN), Lonworks, und Profibus ein. In dem Feldbus-Protokoll wird der durch die Prozessregelschleife fließende Strom nicht zur Übertragung eines analogen Signals verwendet. Anstelle dessen werden alle Informationen digital übertragen. Des Weiteren ermöglicht es das Feldbus-Protokoll, dass Feldvorrichtungen in einer Mehrpunkt-Anordnung konfiguriert werden, bei der mehr als eine Feldvorrichtung an die gleiche Prozessregelschleife angeschlossen sind.
Das HART^®-Protokoll und seit kurzem das Feldbus-Protokoll sind relativ wirsam bei der Übertragung von Prozessinformationen über Prozessregelschleifen. Gegenwärtige Prozessteuerungssysteme weisen im Allgemeinen viele Feldvorrichtungen und Stellglieder auf, die an eine vorgegebene Prozessregelschleife gekoppelt sind, die wiederum mit einem Regler verbunden ist. Falls gewünscht ist, Prozesssteuerinformationen auf einem un ternehmensweiten Niveau bereitzustellen, wie z. B. durchgehend in einer ganzen Firma, ist der Regler selbst an ein unternehmensweites Datennetzwerk angeschlossen, wie z. B. ein Ethernet-Datennetzwerk, und der Regler liefert Informationen über den Prozess an das Unternehmen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schafft eine Prozessvorrichtung, die so ausgelegt it, dass sie an eine Prozessregelschleife koppelt, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: eine Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung, die zum Senden und Empfangen von Schleifensignalen auf der Prozessregelschleife an die Prozessregelschleife gekoppelt ist; eine an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung gekoppelte Prozessor-Schaltkreisanordnung, die so ausgelegt ist, dass sie Internet-kompatible Daten an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung zur Übertragung über die Prozessregelschleife liefert; einen an den Prozessor gekoppelten Speicher, der so ausgelegt ist, dass er die in Zusammenhang mit einer Internet-Datenübermittlung stehenden Daten speichert; gekennzeichnet durch einen Reglerschaltkreis, der die Vorrichtung vollständig mit Hilfe der von der Prozessregelschleife empfangenen Energie betreibt.
Die vorliegende Erfindung liefert zudem ein Verfahren zur Herstellung der Prozessvorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: das Anpassen der Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung der Vorrichtung zum Koppeln an die Prozessregelschleife; das Koppeln der Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung an die Prozessregelschleife; das Koppeln der Prozessor-Schaltkreisanordnung an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung; und das Koppeln eines Speichers an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung; das Anpassen der Prozessor-Schaltkreisanordnung zum Liefern Internet-kompatibler Daten an die Schleifenschnittstellen- Schaltkreisanordnung zur Übertragung auf die Prozessregelschleife; und das Anpassen des Speichers zum Speichern von Daten, die mit der Internet-Datenübermittlung in Zusammenhang stehen; wobei das Verfahren durch den folgenden Schritt gekennzeichnet ist: das Koppeln an einen Reglerschaltkreis, der innerhalb der Vorrichtung bereitgestellt ist, um die Vorrichtung vollständig mit der von der Prozessregelschleife empfangenen Energie zu betreiben.
Die Übertragung auf der Prozessregelschleife wird in Übereinstimmung mit einem Internet-Protokoll durchgeführt.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist eine Prozessübertragungsvorrichtung, die für die Kopplung an eine Prozessregelschleife und ans Internet vorgesehen ist. Die Prozessübertragungsvorrichtung liefert Prozesssteuerinformationen, die von der Prozessregelschleife erhalten werden, an das Internet. Umgekehrt liefert die Prozessübertragungsvorrichtung auch Informationen an die Prozessregelschleife, die vom Internet empfangen worden sind.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Kurzbeschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein Systemblockdiagramm eines Prozesssteuersystems gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
2 ein Systemblockdiagramm einer Prozessvorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
3 eine Querschnittsansicht einer weiteren Prozessvorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
4 eine Querschnittsansicht einer anderen Prozessvorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
5 eine Querschnittsansicht einer anderen Prozessvorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
6 ein Ablaufdiagramm einer Abfolge von Prozessschritten zum Implementieren einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit Hilfe von Software;
7 eine Diagrammansicht eines Datenaufbaus zur Verwendung in einer Prozessvorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform; und
8 ein Systemblockdiagramm einer Prozessübertragungsvorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist ein Systemblockdiagramm eines Prozesssteuersystems 30, das die Umgebung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt. Das Prozesssteuerungssystem 30 weist die Prozessvorrichtung 32 auf, die über die Prozessregelschleife 36 an die Prozessübertragungsvorrichtung 34 gekoppelt ist. Die Prozessübertragungsvorrichtung 34 ist über eine Nachrichtenverbindung 40, über das Internet 42 und über eine Knotenverbindung 44 an einen Computer 38 (auch als Kundenknoten 38 bezeichnet) gekoppelt. Die Prozessübertragungsvorrichtung 34 kann in einer Steuerwarte, z. B. der Steuerwarte 45, angeordnet sein, die eine Eigensicherheitsschranke gemäß dem APPROVAL STANDARD INTRINSICALLY SAFE APPARATUS AND ASSOCIATED APPARATUS FOR USE IN CLASS I, II AND III, DIVISION 1 HAZARDOUS (CLASSIFIED) LOCA TIONS, Klassennummer 3610 aufweist, die von Factory Mutual Research im Oktober 1988 veröffentlicht wurde.
Bei Fluid-Bearbeitungsumgebungen handelt es sich um eine spezielle Anwendung für Prozessvorrichtungen, wie z. B. Sendern und Stellgliedern, da in diesen Umgebungen Dämpfe vorhanden sein können, die durch einen elektrischen Funken mit ausreichender Energie zum Entzünden der Dämpfe enzündet werden können. Dementsprechend sind Übertragungsbusse in Fluid-Bearbeitungsumgebungen in Normalfall energiebegrenzt. Es werden mehrere redundante Schaltkreise verwendet, um sicherzustellen, dass die Energiepegel auf den Bussen unterhalb eines Sicherheitsenergiepegels liegen, so dass sie keine Entzündung entflammbarer Dämpfe bewirken können, auch nicht bei Störungsbedingungen. Sender und Stellglieder sind energiebeschränkt. Busse, die durch den Sicherheitsbereich der Fluid-Bearbeitungsumgebung zu außerhalb gelegenen Vorrichtungen, wie z. B. Vorrichtungen in der Steuerwarte, gelangen, passieren für gewöhnlich energiebeschränkte Schranken, so dass eine Störung außerhalb der Fluid-Bearbeitungsumgebung keinen Funken in der häufig explosiven Fluid-Bearbeitungsumgebung verursachen kann. Busse, die das Potential für Signale mit höherem Pegel aufweisen, welche unter Störbedingungen Funken erzeugen könnten, ist es oft nicht erlaubt, durch Vorrichtungen in einer Fluid-Bearbeitungsumgebung zu gelangen oder an die Vorrichtung zu koppeln. Eine typische Internetverbindung, wie beispielsweise die Nachrichtenverbindung 40 oder die Knotenverbindung 44, ist somit im Normalfall von der Fluid-Bearbeitungsumgebung ausgeschlossen, da ihrer physikalische Schicht elektrische Energiebeschränkungs-Sicherheitsmerkmale fehlen. In einigen Fällen werden explosionssichere Gehäuse und Kanäle verwendet, um Hochenergie- oder Hochleistungsschaltkreise zum Bereitstellen einer Energiebeschränkung aufzunehmen.
Die Prozessvorrichtungen 32 sind wie in 1 gezeigt an einen Prozessfluid-Behälter, beispielsweise ein Rohr 46, ange schlossen. Eine Prozessvorrichtung ist jede beliebige Vorrichtung, die entweder ein Signal mit einem Prozessparameter in Zusammenhang bringt, oder darauf ansprechend eine Veränderung eines Prozessparameters bewirkt. Als solches kann es sich bei den Prozessvorrichtungen 32 um Sender handeln, die eine Prozessvariable, wie z. B. Druck, Temperatur oder Pegel in einem Prozessbehälter, wie z. B. einem Rohr 46, messen. Des Weiteren kann es sich bei den Prozessvorrichtungen 32 auch um Stellglieder handeln, die eine Prozessvariable, wie z. B. Fluidströmung oder Temperatur, steuern, oder um eine Vorrichtung, die den Betrieb eines Prozesses überwacht oder mit dem Prozess in Zusammenhang stehende Informationen auf einer Prozessregelschleife überträgt.
Die Prozessregelschleife 36 koppelt die Prozessvorrichtungen 32 an eine Prozessübertragungsvorrichtung 34 und kann einen Erregerstrom für die Prozessvorrichtungen 32 bereitstellen. Eine Prozessregelschleife kann jede beliebige Prozessregelanordnung sein, bei der zwei oder mehr Leiter eine Kommunikation für Vorrichtungen auf der Schleife bereitstellen. Als solches kann es sich bei der Prozessregelschleife 36 um eine Prozessregelschleife gemäß derartiger Prozessübertragungsprotokolle wie z. B. dem langsamen Feldbus-Protokoll (H1), dem schnellen Feldbus-Protokoll (H2), dem HART^®-Protokoll, oder anderen geeigneten Protokollen handeln, die eine Übertragung von digitalen Informationen auf einer Prozessregelschleife bereitstellen.
Die Prozessübertragungsvorrichtung 34 ist an die Nachrichtenverbindung 40 gekoppelt. Die Nachrichtenverbindung 40 kann jede beliebige geeignete Datenverbindung sind, wie z. B. eine Ethernet Datenverbindung (definiert durch die Norm IEEE 802.3, die vom Institute of Electrical and Electronic Engineers herausgegeben wurde), oder einer seriellen Punkt-zu-Punkt Modemverbindung. Wie später noch ausführlicher beschrieben werden wird, ist die Prozessübertragungsvorrichtung 34 so ausgelegt, dass sie auf der Prozessregelschleife 36 sowie auf der Nachrichtenverbindung 40 kommuniziert. Als solches ordnet die Prozessübertragungsvorrichtung 34, wenn die Prozessübertragungsvorrichtung 34 Daten von der Nachrichtenverbindung 40 empfängt, derartige Daten auf der Prozessregelschleife 36 an.
Umgekehrt ordnet die Prozessübertragungsvorrichtung 34, wenn die Übertragungsvorrichtung 34 Prozess-Steuerdaten von der Zweidraht-Prozessregelschleife 36 empfängt, derartige Daten auf der Nachrichtenverbindung 40 an.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Nachrichtenverbindung 40 ans Internet 42 angeschlossen. Beim Internet 42 handelt es sich um jede beliebige Kombination von zwei oder mehr miteinander gekoppelten Datennetzwerken. Beispielsweise kann es sich beim Internet 42 um das öffentliche Internet handeln, oder das Internet 42 kann auch ein privates, unternehmensweites Intranet sein. Das Internet 42 ist über eine Knotenverbindung 44 an einen Kundenknoten 38 gekoppelt. Ebenso wie bei der Nachrichtenverbindung 40 kann es sich bei der Knotenverbindung 44 um jede beliebige geeignete Verbindung handeln, beispielsweise eine Ethernet-Verbindung, oder eine serielle Punkt-zu-Punkt Modemverbindung.
Wie nachfolgend in der Beschreibung noch ausführlicher beschrieben werden wird, sind die Vorrichtungen 32, 34, 38 für die Internet-Kommunikation ausgelegt. Ein Beispiel für eine solche Internet-Anpassung schließt die Verwendung eines Internetprotokoll-Programmfamilie ein, die auch als Transmission Control Protocol/Internet Protocol (auch als TCP/IP-Protokoll bezeichnet) bekannt ist. Das TCP/IP-Protokoll ist eine bekannte Internetprotokoll-Programmfamilie, die im Allgemeinen zur Datenübertragung über das öffentliche Internet verwendet wird. Als Kurz-Lernprogramm der TCP/IP-Internetprotokoll-Programmfamilie ist von der Network Working Group RFC 1180 erhältlich, das im Januar 1991 veröffentlicht wurde.
Wenn die Vorrichtungen 32, 34 und 38 für eine Internetübertragung unter Verwendung des TCP/IP-Protokolls ausgelegt sind, kann der Kundenknoten 38 auf die Prozessvorrichtungen 32 zugreifen, indem er eine Prozessinformations-Anforderung an eine Internetadresse einer der Prozessvorrichtungen 32 sendet. Durch bekannte Verfahren gelangt die Informations-Anforderung schließlich durch das Internet zu der Prozessübertragungsvorrichtung 34. Die Prozessübertragungsvorrichtung 34 wandelt die Anforderung in eine Form um, die für die Übertragung auf der Prozessregelschleife 36 geeignet ist und leitet die Anforderung an die richtige Prozessvorrichtung gemäß den in der Anforderung enthaltenen Bestimmungsinformationen um.
Die Anforderung wird von der Bestimmungs-Prozessvorrichtung 32 empfangen, die darauf ansprechend über die Nachrichtenverbindung 40, das Internet 42 und die Knotenverbindung 44 Prozesssteuerinformationen zurück zu dem Kundenknoten 38 liefert. Diese Prozesssteuerinformationen können dem HTTP-Protokoll (Hypertext Transfer Protocol) oder jedem anderen geeigneten Protokoll entsprechen. Das HTTP-Protokoll wird von der globalen Informations-Initiative des World-Wide-Web seit 1990 verwendet. Als Beschreibung, welche die übliche Verwendung dieses Protokolls wiedergibt, ist von der Network Working Group RFC: 1945 erhältlich.
Die Daten gemäß dem HTTP-Protokoll können beispielsweise HTML-Befehle (Hypertext Markup Language), Java-Applets, Nachrichten, oder Active-X-Daten sein. Fachleute in der Technik werden aus 1 und der zugehörigen Ausführung erkennen, dass die Prozessvorrichtungen 32 als Web-Server für den Kundenknoten 38 fungieren können. Des Weiteren kann der Kundenknoten 38 auf die Prozessvorrichtungen 32 über eine der Industrienorm entsprechende Web-Browser-Software zugreifen, wie z. B. über den von der Firma Microsoft, Inc. erhältlichen Internet Explorer.
2 ist ein Systemblockdiagramm der Prozessvorrichtung 48 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Prozessvorrichtung 48 kann ein Prozessvariablensender oder ein Prozessstellglied sein, je nach Art des mit der Prozessvorrichtung 48 verbundenen Wandlers. Prozessvariablensender werden zur Überwachung der Prozessvariablen eingesetzt, die mit Fluiden, wie z. B. Aufschlämmungen, Flüssigkeiten, Dämpfen und Gasen in Chemikalien-, Trüben-, Erdöl-, Gas-, Pharmazeutika-, Nahrungsmittel- und anderen Fluid-Verarbeitungsanlagen verbunden sind. Prozessvariablen schließen Druck, Temperatur, Strömung, Pegel, pH-Wert, Leitfähigkeit, Trübheit, Dichte, Konzentration, chemische Zusammensetzung und andere Fluideigenschaften ein. Prozess-Stellglieder schließen Steuerventile, Pumpen, Heizer, Agitatoren, Kühler, Entlüftungen und andere Fluid-Steuervorrichtungen ein. Die Prozessvorrichtung 48 schließt einen Reglerschaltkreis 68, eine Datenübermittlungs-Schaltkreisanordnung 67 mit dem Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70, dem Prozessor-Schaltkreis 66 und dem Speicher 62 sowie einen Wandlerschaltkreis 63 ein. Der Wandlerschaltkreis 63 koppelt an einen Wandler 65, der entweder Teil der Prozessvorrichtung 48 sein kann, oder extern angeordnet ist und über ein kurzes Kabel angeschlossen wird. Der Fluid-Wandler 65 wandelt eine Eigenschaft eines Fluids wie gezeigt um. Bei dem Wandler 65 kann es sich um einen Sensor, oder alternativ um ein Stellglied handeln. Ein Schaltkreis, wie z. B. der Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70, kann jede beliebige elektrische Konfiguration aufweisen (Hardware, Software oder eine Kombination aus beiden), die zur Erzeugung eines vorbestimmten Ergebnisses angeordnet ist.
Bei dem Reglerschaltkreis 68 kann es sich um jede beliebige Schaltkreisanordnung handeln, die den unterschiedlichen Bauteilen der Prozessvorrichtung 48 Energie zuführt, wobei die Energie von der Prozessregelschleife 72 empfangen wird. Der Reglerschaltkreis 68 ist so ausgelegt, dass er an die Prozessregelschleife 72 gekoppelt ist, um die Prozessvorrichtung 48 mit der von der Prozessregelschleife 72 empfangenen Energie zu betreiben. Tatsächlich kann der Reglerschaltkreis 68 sogar vollständig alle elektrischen Bauteile der Prozessvorrichtung 48 betreiben. Als solches ist der Reglerschaltkreis 68 an den Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70, den Prozessor-Schaltkreis 66 und den Speicher 62 gekoppelt, um diese jeweiligen Schaltkreise mit Strom zu versorgen.
Bei dem Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70 kann es sich um jeden beliebigen Schaltkreis handeln, der für die digitale Kommunikation auf einer Prozessregelschleife ausgelegt ist. Durch den Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70 ist die Prozessvorrichtung 48 so ausgelegt, dass sie an die Prozessregelschleife 72 koppelt, um Schleifensignale an die Prozessregelschleife zu senden und von dieser zu empfangen. Beispielsweise ist, falls die Prozessvorrichtung 48 entsprechend einem der Feldbus-Protokolle arbeiten soll, der Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70 so ausgelegt, dass er Feldbus-Datenpakete auf der Prozessregelschleife 72 sendet und empfängt.
Bei dem Speicher 62 kann es sich um jede beliebige Anordnung handeln, die mehr als einen Zustand aufweist, wobei die Anordnung entweder permanent oder selektiv in einem der Zustände, wie z. B. elektrisch, magnetisch usw. gehalten werden kann. Der Speicher 62 ist betriebsbereit mit der Prozessor-Schaltkreisanordnung 66 gekoppet. Der Speicher 62 kann Prozessinformationen, Übertragungsinformationen, Informationen über den Vorrichtungsstatus oder eine Folge von Programmschritten speichern, die von dem Prozessorschaltkreis 66 durchgeführt werden sollen. Des Weiteren kann der Speicher 62 Abschnitte aufweisen, die einen direkten oder Schreib-Lese-Zugriff bereitstellen, oder einen Nur-Lese-Zugriff. Darüber hinaus kann der Speicher elektrisch löschbar sein, wie z. B. ein elektrisch löschbarer programmierbarer ROM-Speicher (EEPROM). Der Speicher 62 speichert Daten, die eine Internetadresse für die Prozessvorrichtung 48 darstellen.
Die Prozessvorrichtung 48 ist so ausgelegt, dass sie eine Fluideigenschaft umwandelt und mit der Fluideigenschaft in Zusammenhang stehende Prozesssteuerinformationen über eine Fluid-Behandlungsumgebung (1) an eine entfernte Stelle überträgt. Der Wandlerschaltkreis 63 ist so ausgelegt, dass er an den Fluid-Messumformer 65 angeschlossen ist, und ein Signal, das die messumgeformte Fluideigenschaft darstellt, an oder von dem Prozessorschaltkreis 66 koppelt, wobei das Signal dann von der oder an die Übertragungs-Schaltkreisanordnung 67 weitergeleitet wird. Die Übertragungs-Schaltkreisanordnung 67 ist so ausgelegt, dass sie an einen energiebeschränkten Übertragungsbus 72 koppelt, der durch die Fluidbehandlungsumgebung hindurchgeht. Die Übertragungs-Schaltkreisanordnung überträgt Prozesssteuerinformationen bezüglich der messumgeformten Fluideigenschaft über den Übertragungsbus. Der an die Übertragungs-Schaltkreisanordnung gekoppelte Speicher 62 ist so ausgelegt, dass er Daten speichert, die eine die Prozessvorrichtung identifizierende Adresse darstellen. Die gespeicherten Adressdaten stehen für eine Internet-Adresse, und die Übertragungs-Schaltkreisanordnung überträgt Prozesssteuerinformationen zusammen mit Daten, die für die Internet-Adresse stehen, in einer energiebeschränkten Form an den energiebeschränkten Übertragungsbus. Die im Speicher 62 gespeicherten Daten, welche die Internet-Adresse repräsentieren, können als die Internet-Adresse an sich, als Daten, die auf die in einer anderen Vorrichtung gespeicherte Internet-Adresse der Prozessvorrichtung hinweisen, oder als Daten, aus denen die Adresse berechnet werden kann, gespeichert werden, oder auf jegliche andere bequeme Art und Weise der Speicherung einer Darstellung der Adresse. Diese einzigartige Anordnung ermöglicht es der Prozessvorrichtung 48, über den Bus 72 auf energiebeschränkte Art und Weise sicher Daten zu übertragen, einschließlich Daten, welche die Internet-Adresse der Vorrichtung 48 darstellen. Wenn der Bus einen ungeschützten Bereich passiert, steht die Adresse direkt außerhalb des Fluidbehandlungsbereichs zur Kommunikation mit einem Internet zur Verfügung, das die energie beschränkten Merkmale nicht aufweist.
Der Prozessorschaltkreis 66 kann in einer diskreten Schaltkreisanordnung, wie z. B. einem Mikroprozessor, einem programmierbaren logischen Feld oder jeder beliebigen anderen geeigneten Vorrichtungausgeführt sein. Der Prozessorschaltkreis 66 ist betriebsbereit an den Schleifenschnittstellenschaltkeis 70 und den Speicher 62 gekoppelt. Der Prozessorschaltkreis 66 kann so ausgelegt sein, dass er ein Sensor-Ausgangssignal vom Wandlerschaltkreis 63 empfängt, das eine Prozessvariable anzeigt. Der Prozessorschaltkreis 66 ist so ausgelegt, dass er Daten an einen Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70 sendet bzw. von diesem empfängt, wobei diese Daten für eine Internetübertragung geeignet sind.
3 ist eine Querschnittsansicht einer Prozessvorrichtung 49 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Prozessvorrichtung 49 ist eine Form der Prozessvorrichtung 32 (in 1 gezeigt). Die Prozessvorrichtung 49 kann so aufgebaut sein, dass sie für gefährliche Umgebungen geeignet ist.
Als solches kann die Prozessvorrichtung gemäß der vorstehend spezifizierten Eigensicherheitsnorm eigensicher sein, oder explosionssicher gemäß dem Artikel APPROVAL STANDARD FOR EXPLOSION-PROOF ELECTRICAL EQUIPMENT GENERAL REQUIREMENTS, Klassennummer 3615, der von Factory Mutual Research im März 1989 bekannt gemacht wurde. Daher kann eine derartige Prozessvorrichtung für den Betrieb in gefährlichen Umgebungen geeignet sein.
Die Prozessvorrichtung 49 weist ein Gehäuse 50 auf, das zusammen mit den Abdeckungen 52 die Senderelektronik 56 umgibt. Die Prozessvorrichtung 49 schließt zudem die Sensoreinheit 64 ein, die so ausgelegt ist, dass sie an einen Prozess koppelt und ein Ausgangssignal liefert, das mit einer Prozessvariablen in Zusammenhang steht. In manchen Ausführungsformen kann die Sensoreinheit 64 außerhalb der Prozessvorrichtung 49 angeordnet sein. Bei der Sensoreinheit 64 kann es sich um jedes beliebige System handeln, das an einen physikalischen Vorgang gekoppelt ist und ein elektrisches Ausgangssignal liefert, das mit einer Prozessvariablen in Zusammenhang steht. Die Sensoreinheit 64 kann einen Prozesssensor aufweisen, beispielsweise einen Drucksensor, und eine Sensor-Schaltkreisanordnung, wie z. B. die Schaltkreisanordnung 61, die Merkmale wie z. B. eine Signallinearisierung oder Ähnliches bereitstellen. Die Sensoreinheit 64 ist an den Prozessor 66 der Senderelektronik 56 gekoppelt.
In einer Ausführungsform der Erfindung stimmt zumindest ein Teil der zwischen dem Prozessorschaltkreis 66 und dem Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70 übertragenen Daten mit dem HTTP-Protokoll überein.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform speichert der Speicher 62 die Internet-Adressdaten, welche die Prozessvorrichtung 49 auf einem Internet eindeutig identifizieren. Die Adressdaten können mindestens vier Gruppen von Daten aufweisen, wobei jede Gruppe mindestens acht Bit aufweist. Eine derartige Adresse kann mit jeder Bitgruppe ausgedrückt werden, die ihrer dezimalen Äquivalenz entspricht. Beispielsweise kann eine Internet-Adresse 201.138.92.5 lauten, was einem Computer mit der Bezeichnung "Rosemount.com" entsprechen kann. Es versteht sich jedoch, dass die Internet-Adresse zusätzliche Adressinformationen aufweisen kann, wie z. B. eine Teilnetz-Maskenadresse oder Ähnliches.
In dieser Ausführungsform ist die Prozessvorrichtung 49 besonders in den Situationen nützlich, in denen die Prozessregelschleife 72 für die Internetadressierung ausgelegt ist. Anstelle einer Prozessregelschleife und von Zieladressen, würden Prozessregelschleifenpakete daher eine Ursprungs- und eine Ziel-Internetadresse aufweisen. In einem solchen Fall arbeiten der Prozessor-Schaltkreis 66 und der Schleifenschnittstellen- Schaltkreis 70 zusammen, um selektiv mit Prozessregelschleifen-Datenpaketen zusammenzuwirken, die eine Internet-Adresse aufweisen, die mit der im Speicher 62 gespeicherten Adresse übereinstimmt. Ein Paket ist eine Gruppe digitaler Informationen, wie z. B. eine Serie digitaler Bits.
In einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform speichert der Speicher 62 Daten in Übereinstimmung mit der Hypertext Markup Language HTML. Der Speicher 62 ist derart an den Prozessor-Schaltkreis 66 gekoppelt, dass der Prozessor-Schaltkreis 66 selektiv die Hypertext Markup Language vom Speicher 62 an den Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70 liefert.
In dieser Ausführungsform ist die Prozesssteuervorrichtung 49 nützlich für das Senden und Empfangen von HTML-Daten an die und von der Prozessregelschleife 72.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Prozessorschaltkreis 66 so ausgelegt, das der das von der Sensoreinheit 64 entsprechend einem Internet-Protokoll empfangene Sensor-Ausgangssignal formatiert. Bei dem Internet-Protokoll kann es sich um jedes beliebige geeignete Internet-Protokoll handeln, wie z. B. das Internet-Protokoll gemäß Beschreibung in RFC: 791, das von der Internet Engineering Task Force im September 1981 veröffentlicht wurde. Der Prozessor-Schaltkreis 66 liefert das Internet-formatierte Sensor-Ausgangssignal an den Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70, der das Internet-formatierte Sensor-Ausgangssignal zur Übertragung auf der Prozessregelschleife 72 dann noch weiter formatiert.
Beispielsweise kann das Sensor-Ausgangssignal ein Byte digitaler Information sein, welche die Prozessvariable anzeigt. Der Prozessor-Schaltkreis 66 kann dann das Byte mit zusätzlicher digitaler Information, die eine Internet-Adresse anzeigt, an die das Sensor-Ausgabebyte übertragen wird, einschließen. Die Kombination aus Internet-Adresse und Datenbyte kann als ein Internet-Datenpaket betrachtet werden, das von dem Prozessor-Schaltkreis 66 an den Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70 geliefert wird. Der Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70 empfängt das Datenpaket und formatiert das Datenpaket zur Übertragung auf der Prozessregelschleife 72, welche beispielsweise eine Feldbus-Prozessregelschleife sein kann. Als solche fügt der Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70 in dieser Ausführungsform zusätzliche Daten zu dem Internet-Datenpaket hinzu, um das Internet-Datenpaket auf der Prozessregelschleife 72 zu leiten.
4 ist eine Querschnittsansicht der Prozessvorrichtung 74 in Übereinstimmung mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Prozessvorrichtung 74 ist identisch mit der Prozessvorrichtung 49 (gezeigt in 3), mit Ausnahme der Monitor-Schaltkreisanordnung 76, und ähnliche Bauteile weisen ähnliche Bezugszeichen auf. Bei der Monitor-Schaltkreisanordnung 76 kann es sich um jede beliebige Schaltkreisanordnung handeln, die das Auftreten eines Ereignisses erfasst oder bestimmt, und ein Signal liefert, das mit dem Auftreten in Zusammenhang steht. Die Monitor-Schaltkreisanordnung 76 ist betriebsbereit an das Sensorsystem 64 und an den Prozessor-Schaltkreis 66 gekoppelt. Des Weiteren kann die Monitor-Schaltkreisanordnung 76 an einen Regler-Schaltkreis 68 angeschlossen sein, um Energie von der Prozessregelschleife 72 über den Regler-Schaltkreis 68 zu empfangen. Die Monitor-Schaltkreisanordnung 76 überwacht den Ausgang aus dem Sensorsystem 64, um das Auftreten eines Vorfalls, beispielsweise eines Sensorausfalls, eines Alarmzustands oder Ähnlichem zu bestimmen.
Ansprechend auf das Auftreten des Vorfalls bewirkt die Monitor-Schaltkreisanordnung 76, dass der Prozessor-Schaltkreis 66 ein Vorfall-Datenpaket in Übereinstimmung mit einem Internet-Protokoll zur Übertragung auf der Prozessregelschleife 72 erzeugt. Das Vorfall-Datenpaket kann jede beliebige Form von di gitaler Information aufweisen, die mit dem Vorfall in Zusammenhang steht. Das Vorfall-Datenpaket kann den Vorfall an sich, das Sensor-Ausgangssignal, oder beides anzeigen. Das Vorfall-Datenpaket kann mit dem HTTP-Protokoll übereinstimmen. Darüber hinaus kann das Vorfall-Datenpaket ausgewählt werden, um zu bewirken, dass eine Bestimmungsvorrichtung, wie z. B. der Kundenknoten 38 (in 1 gezeigt) eine Abfrage nach Erhalt des Vorfall-Datenpakets durchführt. Das Vorfall-Datenpaket kann auch ausgewählt werden, um zu veranlassen, dass eine andere Prozessvorrichtung auf der Prozessregelschleife oder im Internet einen Vorgang ausführt, beispielsweise das Schließen eines Ventils. Des Weiteren kann die Prozess-Schaltkreisanordnung 66 zusätzliche Pakete erzeugen, die Vorgänge melden, die vom Prozessor 66 ansprechend auf den Vorfall durchgeführt wurden, und derartige Meldepakete könnten über ein Internet an einen alphanumerischen Personenrufempfänger, oder Ähnliches adressiert werden.
In einem Beispiel kann die Monitor-Schaltkreisanordnung 76 bestimmen, dass ein Sensor ausgefallen ist, und kann ein Signal, das mit einem derartigen Vorfall in Zusammenhang steht, an den Prozessor 66 liefern. Der Prozessor 66 kann dann Befehle an andere Prozessvorrichtungen senden, um in einen ausfallsicheren Modus einzutreten. Der Prozessor 66 könnte dann zusätzliche Informationen an einen Personenrufempfänger senden und so eine Warnmeldung über den Zustand an eine Überwachungsperson ausgeben.
5 ist eine Querschnittsansicht der Prozessvorrichtung 80 in Übereinstimmung mit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Die Prozessvorrichtung 80 weist einige Bauteile auf, die ähnlich oder identisch zu Bauteilen in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind, und derartige Bauteile sind mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Prozessvorrichtung 80 weist den Regler 68, den Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70, den Prozessor-Schaltkreis 66, den Speicher 62, den Internetprotokoll-Schaltkreis 84 sowie den Übertragungsschaltkreis 82 auf.
Der Schleifenschnittstellen-Schaltkreis 70 ist an den Internetprotokoll-Schaltkreis 84 gekoppelt, welcher wiederum an den Übertragungsschaltkreis 82 angeschlossen ist. Der Übertragungsschaltkreis 82 ist mit dem Prozessor-Schaltkreis 66 gekoppelt.
Der Prozessor-Schaltkreis 66 ist so ausgelegt, dass er ein Ausgangssignal vom Sensorsystem 64 empfängt, wobei das Signal eine Prozessvariable wiedergibt. Der Prozessor-Schaltkreis 66 liefert Ausgangsdaten, die beispielsweise das Sensor-Ausgangssignal anzeigen können. Darüber hinaus kann der Prozessor-Schaltkreis 66 so ausgelegt sein, dass er Eingangsdaten vom Übertragungsschaltkreis 82 empfängt.
Der Übertragungsschaltkreis 82 ist an den Prozess-Schaltkreis 66 gekoppelt, um Ausgangsdaten von dem Prozessor-Schaltkeis 66 zu empfangen. Der Übertragungsschaltkreis 82 kann zudem Eingangsdaten für den Prozessor-Schaltkreis 66 bereitstellen. Der Übertragungsschaltkreis 82 wandelt die vom Prozessor-Schaltkreis 66 empfangenen Ausgangsdaten in Ausgangssegmente um, die dann an den Internetprotokoll-Schaltkreis 84 geliefert werden sollen. Umgekehrt assembliert der Übertragungsschaltkreis 82 auch vom Internetprotokoll-Schaltkreis 84 empfangene Eingangssegmente in Eingangsdaten, die dann an die Prozessor-Schaltkreisanordnung 66 geliefert werden sollen. Ein Segmemt ist jede Art von Daten, die zwischen dem Übertragungsschaltkreis 82 und dem Internetschaltkreis 84 übertragen werden.
Der Übertragungsschaltkreis 82 kann in Übereinstimmung mit unterschiedlichen Übertragungs-Steuerungsprotokolle arbeiten, wie z. B. dem TCP-Protokoll (Transmission Control Protocol) ge mäß Definition in RFC 793, das von der Internet Engineering Task Force veröffentlicht wurde, oder dem UDP-Protokoll (User Datagram Protocol) gemäß Definition in RFC 768, die ebenfalls von der Internet Engineering Task Force veröffentlicht wurde. Weiter kann der Datenaustausch zwischen dem Übertragungsschaltkreis 82 und dem Prozessor-Schaltkreis 66 in einem beliebigen aus einer Vielzahl von geeigneten Protokollen, wie z. B. dem HTTP-Protokoll (Hypertext Transfer Protocol), dem FTP-Protokoll (File Transfer Protocol), dem SMTP-Protokoll (Simple Message Transfer Protocol), dem Telnet-Protokoll, dem SFTP-Protokoll (Simple File Transfer protocol) oder dem TFTP-Protokoll (Trivial File Transfer Protocol) erfolgen.
Der Internetprotokoll-Schaltkreis 84 ist betriebsbereit mit dem Übertragungsschaltkreis 82 gekoppelt und so ausgelegt, dass er ein Ausgabepaket für jedes vom Übertragungsschaltkreis 82 erhaltene Ausgabesegment bereitstellt. Ein Ausgabepaket weist im Allgemeinen ein Ausgabesegment, das vom Übertragungsschaltkreis 82 geliefert wird, Daten, die das von dem Übertragungsschaltkreis 82 verwendete Übertragungsprotokoll anzeigen, und eine Internet-Adresse auf, an welche das Paket gesendet wird. Auf diese Weise würden die Ausgabepaket es anzeigen, wenn der Übertragungsschaltkreis 82 das TCP-Protokoll für die Erzeugung der Ausgabesegmente verwenden würde.
Der Internetprotokoll-Schaltkreis 84 kann so ausgelegt sein, dass er Eingangspakete von der Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung 70 empfängt und selektiv Eingangssegmente an den Übertragungsschaltkreis 82 liefert. Eine derartige Auswahl beruht auf der Überprüfung von Daten in den Eingangspaketen, um zu bestimmen, ob die Eingangspakete entsprechend dem selben Übertragungsprotokoll wie dem vom Übertragungsschaltkreis 82 gelieferten Protokoll formatiert worden sind. Falls die Eingangspakete dementsprechend formatiert worden sind, werden dann Eingangssegmente, die den Eingangspaketen entsprechen, vom Internetprotokoll-Schaltkreis 84 an den Übertragungs schaltkreis 82 geliefert.
Die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung 70 ist so ausgelegt, dass sie Prozesssteuerungs-Schleifensignale ansprechend und basierend auf dem Empfang von Ausgangspaketen vom Internetprotokoll-Schaltkreis 84 erzeugt. Darüber hinaus kann die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung 70 ebenfalls so ausgelegt sein, dass sie selektiv auf der Basis der empfangenen Prozesssteuerungs-Schleifensignale Eingangspakete für den Internetprotokoll-Schaltkreis 84 bereitstellt.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf Prozessvorrichtungen beschrieben worden ist, die Sensorinformationen auf einer Prozessregelschleife liefern, werden Fachleute in der Technik erkennen, dass die vorliegende Erfindung ebenso bei Prozessvorrichtungen anwendbar ist, die Informationen von der Prozessregelschleife empfangen und darauf ansprechend eine physikalische Veränderung in einem Prozess bewirken.
Beispielsweise würde es in 5 ein Austausch des Sensorsystems 64 durch ein Stellgliedsystem, wie z. B. ein Ventil, dem Prozessor-Schaltkreis 66 ermöglichen, digitale Ausgangssignale an das Stellgliedsystem zu senden und somit eine Prozessvariable zu modifizieren. Dieser Austausch würde im Wesentlichen alle vorstehend beschriebenen Prozessvorrichtungen in Prozessvorrichtungen umwandeln, die einen Prozess physikalisch beeinflussen.
Weiter liegt es vollständig im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, eine Prozessvorrichtung zu schaffen, die die Prozessvariable nicht nur erfasst, sondern auch eine Prozessvariable beeinflusst. Weiter dient, auch wenn die in den 2 bis 5 gezeigten Ausführungsformen mit Bezug auf individuelle Schaltkreise beschrieben werden, eine derartige Veranschaulichung lediglich dem Zweck der Klarheit. Daher kann die vorliegende Erfindung praktiziert werden, indem unterschiedliche Module auf einem anwenderspezifischen integrierten Schaltkreis oder durch Implementierung der unterschiedlichen Schaltkreise in einem Mikroprozessor mit Software.
6 ist ein Blockdiagramm einer Folge von Programmschritten, die bei dem Prozessor 66 zur Praktizierung der Erfindung implementiert werden könnten. Die in 6 gezeigte Folge stellt dar, wie eine Prozessvorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform als Internet-Informationsserver dient.
Der Server-Betrieb beginnt, wenn der Prozessor eine Anforderung nach Informationen empfängt, wie es bei Block 90 angezeigt ist. Eine derartige Anforderung kann von einer Vorrichtung, wie z. B. dem Kundenknoten 38 (in 1 gezeigt) oder von einer internen Vorrichtung, wie z. B. eine Schaltuhr, kommen. Fachleute in der Technik werden erkennen, dass bei Verwendung einer Schaltuhr die Prozessvorrichtung die Prozessinformationen im Wesentlichen zu einer Zielvorrichtung schiebt.
Bei Block 92 bestimmt der Prozessor, welche Informationen angefordert sind, und greift auf die angeforderten Informationen zu. Beispielsweise kann die Anforderung darauf gerichtet sein, Prozessteuerungsinformationen, Prozessvorrichtungsinformationen oder beides zu erhalten. Block 92 ist beendet, wenn der Prozessor die angeforderte Information im Speicher, beispielsweise im Speicher 62 (in den 2 bis 5 gezeigt), speichert.
Bei Block 94 formatiert der Prozessor die für die Internetübertragung angeforderten Informationen. Wenn eine relativ große Informationsmenge übertragen werden soll, muss die Information in getrennte Segmente geteilt werden. In diesem Fall würde die Formatierung wahrscheinlich eine Teilung der angeforderten Daten in Segmente entsprechend denen gemäß des TCP-Protokolls mit sich bringen. Wenn die angeforderte Informat ionsmenge jedoch ausreichend klein ist, können andere geeignete Protokolle verwendet werden, wie z. B. das UDP-Protokoll. Block 94 ist abgeschlossen, wenn der Prozessor die formatierten Informationen im Speicher speichert, zusammen mit einer Anzeige, welche spezielle Art von Formatierungsprotokoll verwendet wurde.
Nach Block 94 führt der Prozessor den bei Block 96 gezeigten Programmschritt durch. Insbesondere werden zusätzliche Informationen, wie z. B. eine Internetadresse der Zielvorrichtung (im Allgemeinen die anfordernde Vorrichtung), sowie eine Internet-Adresse der Prozessvorrichtung im Speicher zusammen mit der formatierten angeforderten Information gespeichert.
Bei Schritt 98 greift der Prozessor auf zusätzliche Informationen zu, um eine Prozesssteuerungs-Schleifenadresse einer Übertragungsvorrichtung, die die Informationen an das Internet weiterleitet, zu bestimmen. Derartige Informationen werden im Speicher zusammen mit einer Prozessregelschleifen-Adresse der Prozessvorrichtung (Quellenadresse) gespeichert.
Bei Block 100 liefert der Prozessor die gespeicherten Speicherinhalte (die formatierten angeforderten Informationen; Formatart; Internet-Adressen; und Prozessregelschleifen-Adressen) an ein Schleifenschnittstellen-Modul, das zum Einbringen von Signalen auf die Prozessregelschleife mit der Hardware zusammenwirkt, wobei die Signale den Speicherinhalten entsprechen.
7 ist ein Blockdiagramm eines Datengefüges 102 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Datengefüge 102 weist einen Datenblock 104, einen Übertragungssteuerungsprotokoll-Anfangsblock 106, einen Internetprotokoll-Anfangsblock 108 sowie einen Prozessregelschleifen-Anfangsblock 110 auf. Das in 7 gezeigte Datengefüge kann verschiedene spezifische Formen annehmen, so stimmt z. B., wenn der Datenbestand 104 eine Kombination aus Prozessinformationen und HTML-Daten ist; der TCP-Protokoll-Anfangsblock 106 mit dem UDP-Protokoll überein; der IP-Anfangsblock 108 stimmt mit dem Internetprotokoll überein; und der Schleifen-Anfangsblock 110 stimmt mit dem Feldbus-Protokoll überein. Weiter können auch Daten-Endblöcke verwendet werden, wie z. B. ein Endbegrenzer für die Prozessregelschleife. Fachleute in der Technik werden erkennen, dass eine Vielzahl von Kombinationen mit Hilfe der Erfindung möglich ist. Das in 7 gezeigte Datengefüge wird vor der Übertragung auf einer Prozessregelschleife in einer Prozessvorrichtung assembliert, und wird auch von einer Prozessregelschleife empfangen, um Daten 104 zu extrahieren. Somit kann das Datengefüge 102 im Speicher in einer vorgegebenen Vorrichtung, im Durchlauf durch eine Prozessregelschleife, oder in einem Speicher einer Prozessübertragungsvorrichtung angetroffen werden.
8 ist ein System-Blockdiagramm einer Prozessübertragungsvorrichtung 34 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungform. Die Prozessübertragungsvorrichtung 34 weist eine Schleifenübertragungs-Schaltkreisanordnung 116, eine Internetübertragungs-Schaltkreisanordnung 120, einen Speicher 122 sowie einen Stromversorgungsschaltkreis 124 auf. Die Schleifenübertragungs-Schaltkreisanordnung 116 ist so ausgelegt, dass sie an die Prozessregelschleife 126 koppelt, um Prozesssteuerungs-Schleifensignale an die Prozesssteuerungsschleife 126 zu senden und von dieser zu empfangen. Es versteht sich, dass die Prozessregelschleife 126 jede beliebige geeignete Prozessregelschleife sein kann, die eine digitale Übertragung zwischen Vorrichtungen auf der Prozessregelschleife liefert. Die Schleifenübertragungs-Schaltkreisanordnung 116 ist an den Speicher 122 gekoppelt, der Daten enthält, die eine Schleifenadresse der Übertragungsvorrichtung 34 auf der Prozessregelschleife 126 anzeigen. Somit ist die Schleifenübertragungs-Schaltkreisanordnung 116 in der Lage, zu bestimmen, wann die Daten der Prozessregelschleife an die Prozessübertragungsvorrichtung 34 gerichtet sind, indem sie die im Speicher 122 ent haltene Schleifenadresse mit den von der Prozessregelschleife 126 empfangenen Zielvorrichtungsinformationen vergleicht. Die Schleifenübertragungs-Schaltkreisanordnung 116 ist mit der Internetübertragungs-Schaltkreisanordnung 120 gekoppelt.
Die Internetübertragungs-Schaltkreisanordnung 120 ist so ausgelegt, dass sie über die Nachrichtenverbindung 40 an ein Internet gekoppelt ist. Die Internetübertragungs-Schaltkreisanordnung 120 ist mit dem Speicher 122 verbunden, der Daten enthält, die ein Internet-Adresse der Übertragungsvorrichtung 34 anzeigen.
Wenn die Prozessübertragungsvorrichtung 34 arbeitet, um Daten von der Prozessregelschleife 126 an das Internet zu übertragen, empfängt die Schleifenübertragungs-Schaltkreisanordnung 116 ein Schleifenpaket von der Prozessregelschleife 126, die die Schleifenadresse der Prozessübertragungsvorrichtung 34 wie im Speicher 122 abgespeichert enthält. Die Schleifenübertragungs-Schaltkreisanordnung 116 ist so ausgelegt, dass ein Internet-Paket von dem Schleifenpaket, das von der Prozessregelschleife 126 empfangen wird, extrahiert wird. Bei dem Internet-Paket kann es sich um jedes beliebige Datenteil handeln, das Internet-Leitdaten, wie z. B. eine IP-Adresse, aufweist. Die Schleifenübertragungs-Schaltkreisanordnung 116 liefert das extrahierte Internet-Paket an die Internetübertragungs-Schaltkreisanordnung 120, die das Paket zur Übertragung über die Nachrichtenverbindung 40 formatiert. Die Internetübertragungs-Schaltkreisanordnung 120 überträgt das formatierte Internet-Paket dann über die Verbindung 40 in das Internet, mit welchem die Verbindung 40 verbunden ist.
Wenn die Prozessübertragungsvorrichtung 34 in entgegengesetzte Richtung arbeitet, erreicht ein Internet-Paket, das für die Übertragung über die Verbindung 40 formatiert worden ist, die Internetübertragungs-Schaltkreisanordnung 120. Die Internetübertragungs-Schaltkreisanordnung 120 extrahiert das Internet- Paket aus den von der Verbindung 40 empfangenen Daten. Die Internetübertragungs-Schaltkreisanordnung 120 bestimmt dann, ob das Ziel für das empfangene Internet-Paket eine Prozesssteuerungsvorrichtung ist, die auf der Prozessregelschleife 126 angeordnet ist. Wenn dies der Fall ist, leitet die Internetübertragungs-Schaltkreisanordnung 120 das Internet-Paket an die Schleifenübertragungs-Schaltkreisanordnung 116 weiter, die das Internet-Paket zusammen mit Prozessregelkreis-Leitinformationen einschließt und das auf diese Weise formatierte Paket auf die Prozessregelschleife 126 zur Übertragung in die Ziel-Prozesssteuerungsvorrichtung einbringt.
Wie aus 8 ersichtlich ist, weist die Übertragungsvorrichtung 34 zudem eine Stromversorgung 124 auf, die so ausgelegt ist, dass sie mit der Prozessregelschleife 126 koppelt, um Energie in die Prozessregelschleife 126 einzubringen. Die Stromversorgung 124 kann an eine Stromquelle 128 angeschlossen sein, die außerhalb der Prozessregelschleife 126 angeordnet ist.
In einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann das Format der Schleifenpakete identisch mit dem Format der von der Verbindung 40 empfangenden Informationen sein. Beispielsweise können sich, wenn die Verbindung 40 mit einem Ethernet-Datennetzwerk übereinstimmt, und die Prozessregelschleife 126 mit einem Hochgeschwindigkeits-Feldbus (H2) übereinstimmt, die Pakete derart ähneln, dass nur eine geringe oder gar keine Umformatierung erforderlich ist. In dieser Ausführungsform passt die Prozessübertragungsvorrichtung 34 die Daten immer noch durch Verändern der Signalpegel an. Auf diese Weise kann die Prozessübertragungsvorrichtung 34, obwohl ein Ethernet-Netzwerk nicht immer eigensicher ist, die Signalpegel in einem solchen Maße beeinflussen, dass eine Einhaltung der Eigensicherheit der Prozessregelschleife 126 beibehalten wird.
Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung eine Vielzahl von Prozessvorrichtungen sowie eine Prozessübertragungsvorrichtung bereitstellt, die es individuellen Prozessvorrichtungen ermöglichen, als Internetübertragungsvorrichtungen zur Verfügung zu stehen. Daher kann ein erfindungsgemäßer Sender die Funktion eines Web-Servers übernehemen, wodurch es einer Vielzahl von Anwendern, die unterschiedliche Plattformen verwenden, ermöglicht wird, auf Senderdaten zuzugreifen und Prozessinformationen zu empfangen. Des Weiteren können Software-Updates nunmehr über das öffentliche Internet für die Prozessvorrichtungen bereitgestellt werden, wodurch der Verwaltungsaufwand reduziert wird. Darüber hinaus können Anwender der vorliegenden Erfindung durch die Zusammenarbeit mit den Prozessvorrichtungen über das Internet Prozessveränderungen bewirken. Weiter ist auch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung aufgrund der Verwendung traditioneller Prozessregelschleifen mit eigensicheren Prozesssteuerungsvorrichtungen betrieben werden kann, ohne die Einhaltung der Eigensicherheit zu gefährden. Die verschiedenen dargelegten Ausführungsformen können eigenständig oder in Kombination(en) wunschgemäß oder passend implementiert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, werden Fachleute in der Technik erkennen, dass Veränderungen hinsichtlich Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von der Idee und vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Prozessvorrichtung (74), die so ausgelegt ist, dass sie an eine Prozessregelschleife koppelt, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: eine Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung (70), die zum Senden und Empfangen von Schleifensignalen auf der Prozessregelschleife an die Prozessregelschleife gekoppelt ist; eine an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung gekoppelte Prozessor-Schaltkreisanordnung (66), die so ausgelegt ist, dass sie Internet-kompatible Daten an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung (70) zur Übertragung über die Prozessregelschleife liefert; einen an den Prozessor gekoppelten Speicher (62), der so ausgelegt ist, dass er Daten speichert, die in Zusammenhang mit einer Internet-Datenübermittlung stehen; gekennzeichnet durch einen Reglerschaltkreis (68), der die Prozessvorrichtung (74) vollständig mit Hilfe der von der Prozessregelschleife empfangenen Energie betreibt.
Prozessvorrichung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessor-Schaltkreisanordnung weiter so ausgelegt ist, dass sie eine Ausgabe von einem Sensor empfängt und die die Sensorausgabe wiedergebenden Daten an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung zur Übertragung auf der Prozessregelschleife liefert; und dass der Speicher ferner so ausgelegt ist, dass er Daten in Übereinstimmung mit der Hypertext Markup Language (HTML) enthält.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessor-Schaltkreisanordnung so ausgelegt ist, dass sie eine Ausgabe von einem Sensor empfängt, dass die Prozessor-Schaltkreisanordnung so ausgelegt ist, dass sie Daten an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung liefert und Daten von dieser empfängt; und dass mindestens ein Teil der zwischen der Prozessor-Schaltkreisanordnung und der Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung übermittelten Daten mit einem Hypertext-Transferprotokoll (HTTP-Protokoll) übereinstimmt.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher weiter so ausgelegt ist, dass er eine Internetadresse der Prozessvorrichtung enthält; und dass die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung so konfiguriert ist, dass sie die die Internetadresse enthaltenden Datenpakete von der Prozessregelschleife empfängt, und dass sie Datenpakete, welche die Internetadresse aufweisen, auf der Prozessregelschleife weiterleitet.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Internetadresse mindestens vier Datengruppen umfasst, wobei jede Gruppe mindestens acht Bit aufweist.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessor-Schaltkreisanordnung so ausgelegt ist, dass sie eine Ausgabe von einem Sensor empfängt und die Sensorausgabe gemäß einem Internetprotokoll formatiert sowie die formatierte Sensorausgabe an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung zur Übertragung auf der Prozessregelschleife liefert.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Internet-Protokoll um ein Internet-Protokoll gemäß der Definition RFC 791 handelt, die von der Internet Engineering Task Force im September 1981 bekanntgemacht wurde.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung so ausgelegt ist, dass sie Prozessregelschleifensignale entsprechend einem Prozessregelschleifenprotokoll ansprechend auf den Empfang von Ausgabepaketen erzeugt, und dass sie selektiv Eingabepakete basierend auf empfangenen Prozessregelschleifensignalen liefert; dass die Prozessvorrichtung ferner Folgendes aufweist: eine Internetprotokoll-Schaltkreisanordnung, die betriebsbereit an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung gekoppelt ist, und so ausgelegt ist, dass sie die Ausgabepakete entsprechend einem Internet-Protokoll und basierend auf von der Internet-Protokoll-Schaltkreisanordnung empfangenen Ausgabesegmenten an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung liefert, wobei jedes Ausgabepaket ein Ausgabesegment, eine Ursprungs-Internetadresse, eine Ziel-Internetadresse sowie Daten aufweist, die einen Transporttyp wiedergeben, wobei die Internet-Protokoll-Schaltkreisanordnung weiter so ausgelegt ist, dass sie die Eingabepakete von der Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung empfängt; eine Übertragungs-Schaltkreisanordnung, die betriebsbereit an die Internet-Protokoll-Schaltkreisanordnung gekoppelt ist und so ausgelegt ist, dass sie die von der Übertragungs-Schaltkreisanordnung empfangenen Ausgangsdaten in die Ausgabesegmente umwandelt, und die von der Internet-Protokoll-Schaltkreisanordnung empfangenen Eingabesegemente zu Eingangsdaten zusammensetzt; und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Prozessor-Schaltkreisanordnung so ausgelegt ist, dass sie eine Sensorausgabe empfängt und die Ausgabedaten an die Übertragungs-Schaltkreisanordnung liefert sowie Eingabedaten von der Übertragungs-Schaltkreisanordnung empfängt.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungs-Schaltkreisanordnung Daten entsprechend einem TCP-Protokoll (Transmission Control Protocol = Übertragungssteuerungprotokoll) gemäß der Definition RFC 793, das von der Internet Engineering Task Force bekanntgemacht wurde, umwandelt.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungs-Schaltkreisanordnung Daten entsprechend einem UDP-Protokoll (User Datagram Protocol = Anwender-Datagramm-Protokoll) gemäß der Definition RFC 768, das von der Internet Engineering Task Force bekanntgemacht wurde, umwandelt.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Prozessor-Schaltkreisanordnung betriebsbereit an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung gekoppelt ist, und die Prozessor-Schaltkreisanordnung so ausgelegt ist, dass sie eine Ausgabe von einem Sensor empfängt; und der Speicher so ausgelegt ist, dass er Befehle zum Ausführen über die Prozessor-Schaltkreisanordnung speichert, wobei die Befehle Folgendes aufweisen: eine Internet-Formatierungsroutine zum Formatieren der Sensorausgabe entsprechend einem Internet-Protokoll; eine Schleifen-Formatierungsroutine zum weiteren Formatieren der Internet-formatierten Ausgabe zur Übertragung auf der Prozessregelschleife; und eine Ausgabe-Routine, um zu bewirken, dass der Prozessor die formatierte Sensorausgabe an die Schnittstellen-Schaltkreisanordnung zur Übertragung auf der Prozessregelschleife liefert.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 1, welche weiter Folgendes aufweist: eine Internet-Datenübermittlungs-Schaltkreisanordnung, die an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung und an den Speicher gekoppelt ist und so. ausgelegt ist, dass sie zur Datenübermittlung im Internet an ein Internet gekoppelt ist, und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Internet-Datenübermittlungs-Schaltkreisanordnung so angeordnet ist, dass sie die aus dem Internet erhaltenen Informationen an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung zur Übertragung auf der Prozessregelschleife weiterleitet, und die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung so angeordnet ist, dass sie die von der Prozessregelschleife empfangenen Informationen an die Internet-Datenübermittlungs-Schaltkreisanordnung zur Übertragung über das Internet weiterleitet.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 1, welche so ausgelegt ist, dass sie eine Fluideigenschaft umwandelt und Prozessregelungsinformationen, die mit der Fluideigenschaft in Zusammenhang stehen, über eine Fluidbearbeitungsumgebung an einen abgelegenen Ort übermittelt, wobei die Vorrichtung weiter Folgendes aufweist: einen Wandlerschaltkreis, der so ausgelegt ist, dass er zwischen einem Fluidwandler und einem Signal, das die umgewandelte Fluideigenschaft wiedergibt, gekoppelt ist; und eine Datenübermittlungs-Schaltkreisanordnung, die so ausgelegt ist, dass sie an einen energiebeschränkten Datenübermittlungsbus über die Fluidbearbeitungsumgebung angeschlossen ist, wobei die Datenübermittlungs-Schaltkreisanordnung Prozessregelungsinformationen über den Datenübermittlungsbus übermittelt, die mit der umgewandelten Fluideigenschaft in Zusammenhang stehen; wobei der Speicher so ausgelegt ist, dass er Daten speichert, die eine die Prozessvorrichtung identifizierende Adresse darstellen, und wobei es sich bei der Adresse um eine Internetadresse handelt und die Datenübermittlungs-Schaltkreisanordnung Prozessregelungsinformationen zusammen mit den die Internetadresse wiedergebenen Daten in einer energiebeschränkten Form an den energiebeschränkten Datenübermittlungsbus übermittelt.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Liefern von Energie die Prozessvorrichtung vollständig mit Hilfe der von der Prozessregelschleife erhaltenen Energie betreibt.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Fluid-Prozessregelschleife eine Zweidraht-Prozessregelschleife ist.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkreisanordnung in einem Mikroprozessor ausgeführt ist.
Prozessvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessvorrichtung von sich aus sicher oder eigensicher ist.
Verfahren zur Herstellung der Prozessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: das Anpassen der Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung (70) der Vorrichtung zum Koppeln an die Prozessregelschleife (72) das Koppeln der Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung an die Prozessregelschleife (72); das Koppeln der Prozessor-Schaltkreisanordnung (66) an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung (70); und das Koppeln eines Speichers (62) an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung (70); das Anpassen der Prozessor-Schaltkreisanordnung (66) zum Liefern Internet-kompatibler Daten an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung (70) zur Übertragung auf der Prozessregelschleife (72); und das Anpassen des Speichers (62) zum Speichrn von Daten, die mit der Internet-Datenübermittlung in Zusammenhang stehen; wobei das Verfahren durch den folgenden Schritt gekennzeichnet ist: das Bereitstellen eines Reglerschaltkreises (68) innerhalb der Prozessvorrichtung (74), um die Prozessvorrichtung vollständig mit der über die Prozessregelschleife empfangenen Energie zu betreiben.
Verfahren nach Anspruch 18, welches die folgenden Schritte umfasst: ein weiteres Anpassen der Prozessor-Schaltkreisanordnung, um eine Ausgabe von einem Sensor zu erhalten und die die Sensorausgabe wiedergebenden Daten an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung zur Übertragung über die Prozessorregelschleife zu liefern; und das Anpassen des Speichers (62), um zu ermöglichen, dass Daten entsprechend der Hypertext Markup Language (HTML) darin gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, welches die folgenden weiteren Schritte aufweist: das Liefern von Energie an die Prozessvorrichtung mit Hilfe der von der Prozessregelschleife empfangenen Energie; und das Anpassen des Speichers zum Liefern von Daten an die Prozessorvorrichtung in Übereinstimmung mit der Hypertext Markup Language (HTML).
Verfahren nach Anspruch 18, welches ferner den Schritt einer weiteren Anpassung der Prozessor-Schaltkreisanordnung aufweist, um eine Ausgabe von einem Sensor zu empfangen und Daten an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung zu liefern und von dieser Daten zu empfangen, wobei zumindest ein Teil der zwischen der Prozessor-Schaltkreisanordnung und der Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung übermittelten Daten mit dem HTTP-Protokoll übereinstimmt.
Verfahren nach Anspruch 18, welches ferner den Schritt der Anpassung der Prozessor-Schaltkreisanordnung aufweist, um eine Ausgabe von einem Sensor zu empfangen, die Sensorausgabe in Übereinstimmung mit dem Internet-Protokoll zu formatieren, und die formatierte Sensorausgabe an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung zur Übertragung auf der Prozessregelschleife zu liefern.
Verfahren nach Anspruch 18, welches weiter die folgenden Schritte aufweist: das Koppeln der Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung und des Speichers an die Internet-Datenübermittlungs-Schaltkreisanordnung und somit an das Internet; das Weiterleiten von aus dem Internet erhaltenen Informationen an die Schleifenschnittstellen-Schaltkreisanordnung und somit auf die Prozessregelschleife und umgekehrt.