專利名稱：自動(dòng)生成用于無(wú)線控制環(huán)路的時(shí)隙分配的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)化背景下的無(wú)線通信。特別地，其涉及用于在由過(guò)程控制系統(tǒng)來(lái)監(jiān)視和/或控制的一個(gè)或多個(gè)無(wú)線使能的控制環(huán)路中自動(dòng)生成時(shí)隙分配的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
常常由作為包括一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)控制過(guò)程的許多控制環(huán)路的過(guò)程控制系統(tǒng)來(lái)監(jiān)督和調(diào)節(jié)用于工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程或工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的過(guò)程控制。使用閉環(huán)控制時(shí)的傳統(tǒng)方法是測(cè)量過(guò)程輸出的值并將測(cè)量值與參考值相比較。還存在控制環(huán)路控制的其它目的，包括設(shè)定點(diǎn)調(diào)節(jié)、跟蹤(時(shí)變參考路徑)、路徑沿行(獨(dú)立于時(shí)間的變化的參考)、干擾衰減等。 最常見的控制形式是用于反饋控制的比例、積分、微分(PID)控制。在PID控制中，使用傳感器測(cè)量結(jié)果作為用于反饋控制環(huán)路的輸入，并由控制器來(lái)確定測(cè)量的傳感器值與參考(設(shè)定點(diǎn))值或信號(hào)之間的任何差?？刂破魅缓笥窒虮贿B接到討論中的控制環(huán)路的致動(dòng)器發(fā)送信號(hào)，對(duì)過(guò)程進(jìn)行修改，使得感測(cè)值隨著時(shí)間的推移接近參考值。傳統(tǒng)閉環(huán)反饋系統(tǒng)包括硬接線通信鏈路。硬接線通信鏈路存在的缺點(diǎn)是閉環(huán)中的任何組件或現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(諸如傳感器或致動(dòng)器)的位置變化常常要求生產(chǎn)停止或全面的停工，尤其是在模擬有線連接和/或數(shù)字有線連接的情況下?？商鎿Q地，必須延遲此類變化， 直至可以對(duì)過(guò)程停工進(jìn)行計(jì)劃。另外，硬接線可能替換起來(lái)是昂貴的，并且有時(shí)要進(jìn)行替換還在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性。無(wú)線技術(shù)在提高生產(chǎn)率和靈活性方面為工業(yè)自動(dòng)化提供了多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)場(chǎng)地常常是對(duì)電纜的類型和質(zhì)量具有嚴(yán)格要求的惡劣環(huán)境。此外，大型場(chǎng)地常常要求數(shù)以萬(wàn)計(jì)的電纜，并且可能難以在已經(jīng)擁擠的場(chǎng)地安裝或設(shè)計(jì)附加導(dǎo)線。因此，無(wú)線通信能夠在安裝階段期間節(jié)省成本和時(shí)間。同時(shí)，無(wú)線通信能夠通過(guò)提供多個(gè)分集機(jī)制(諸如空間分集、頻率分集和時(shí)間分集)相對(duì)于有線解決方案提高可靠性。此外，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(ad-hoc)性質(zhì)允許在網(wǎng)絡(luò)在尺寸方面增加時(shí)進(jìn)行容易的設(shè)定和重配置。然而，當(dāng)諸如傳感器和/或致動(dòng)器的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是閉環(huán)控制系統(tǒng)的一部分時(shí)，工業(yè)應(yīng)用將要求對(duì)在通信期間允許的最大延遲的嚴(yán)格限制，因此，必須應(yīng)用并一致地實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的定時(shí)要求。另一要求是具有其它設(shè)備和競(jìng)爭(zhēng)無(wú)線系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)的共存。已經(jīng)開發(fā)了 WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)以滿足這些需求。WirelessHART是用于過(guò)程自動(dòng)化應(yīng)用的無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，包括過(guò)程測(cè)量、控制和資產(chǎn)管理應(yīng)用。其基于HART協(xié)議，但是其添加了使得用戶能夠在保持與現(xiàn)有HART設(shè)備、工具和命令的兼容性的同時(shí)獲得無(wú)線技術(shù)的益處的無(wú)線能力。WirelessHART網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接到工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)可以是基于TCP的網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)或諸如PR0FIBUS的總線。諸如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和接入點(diǎn)傳送并接收WirelessHART分組并執(zhí)行支持網(wǎng)絡(luò)形成和維護(hù)所需的基本功能?？梢砸孕菭钔?fù)浣Y(jié)構(gòu)、亦即，其中所有設(shè)備與網(wǎng)關(guān)相距一跳，以支持高性能應(yīng)用，或者以用于減少需要的應(yīng)用的多跳網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或其中間的任何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)部署設(shè)備。這些可能性向WirelessHART技術(shù)提供使得各種應(yīng)用(高和低性能兩者)能夠在同一網(wǎng)絡(luò)中操作的靈活性。WirelessHART指定在2. 4GHz ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))無(wú)線電波段中操作的 IEEE STD 802. 15. 4-2006可兼容收發(fā)機(jī)的使用。使用允許通信鏈路活動(dòng)的調(diào)度的TDMA (時(shí)分多址)來(lái)仲裁網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信。WirelessHART使用TDMA和信道跳躍來(lái)控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問和協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信?；径攘繂挝皇菚r(shí)隙，其為被網(wǎng)絡(luò)中的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共享的固定持續(xù)時(shí)間的單位。時(shí)隙的持續(xù)時(shí)間足以發(fā)送或接收每個(gè)信道一個(gè)分組和伴隨的確認(rèn)，包括用于網(wǎng)絡(luò)范圍同步的保護(hù)頻段時(shí)間。WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)指定時(shí)隙的持續(xù)時(shí)間是10ms。TDMA數(shù)據(jù)鏈路層建立指定其中在設(shè)備之間發(fā)生1. 3. WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)通信的時(shí)隙和頻率的鏈路。這些鏈路被組織成周期性地重復(fù)以支持循環(huán)和非循環(huán)通信業(yè)務(wù)的超幀。WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)不指定將被用于調(diào)度WirelessHART網(wǎng)絡(luò)中的通信的特定調(diào)度算法。然而，對(duì)于通過(guò)WirelessHART網(wǎng)關(guān)訪問的所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而言，用戶必須配置每個(gè)測(cè)量值多長(zhǎng)時(shí)間被傳送到網(wǎng)關(guān)一次。為了支持用于不同速率下的過(guò)程測(cè)量結(jié)果的傳輸?shù)亩鄠€(gè)超幀，超幀的尺寸應(yīng)在所有時(shí)段應(yīng)彼此相除、特別是應(yīng)將掃描速率配置為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將支持的最快更新時(shí)間的整數(shù)倍的意義上遵循諧波鏈。過(guò)程控制系統(tǒng)行為的正確性不僅取決于在每個(gè)控制器中執(zhí)行的計(jì)算的邏輯結(jié)果，而且還取決于產(chǎn)生該結(jié)果的物理時(shí)刻，換言之，其為具有明確確定性(或概率)定時(shí)要求的系統(tǒng)。因此，構(gòu)造用于控制環(huán)路中的通信鏈路的調(diào)度表的任務(wù)可能遭受許多條件和約束。另外，在典型的過(guò)程安裝中，幾百或者甚至幾千個(gè)控制環(huán)路可能要求超幀的通信調(diào)度和形成。這對(duì)于安裝者或工程師而言是個(gè)耗時(shí)的過(guò)程，并且還在安裝者手動(dòng)地構(gòu)造時(shí)間調(diào)度表或基于用于控制圖或P&I圖(管道和儀器)的信息來(lái)構(gòu)造用于控制環(huán)路的超幀時(shí)呈現(xiàn)出將產(chǎn)生的錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)。授予Fisher-Rosemount Systems公司的題為klf-configuring communication networks for use with process control systems 的US 7，460，865 公開了用于向第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自動(dòng)地分配第一和第二無(wú)線鏈路的方法，其中，第一無(wú)線鏈路將第一現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)線地耦合到第二現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，并且其中第二無(wú)線鏈路將第二無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)線地耦合到控制器；該分配取決于至少一個(gè)第一預(yù)定信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是補(bǔ)救上述問題中的一個(gè)或多個(gè)。用權(quán)利要求1所表征的方法來(lái)獲得此目的和其它目的。在本發(fā)明的第一方面，公開了一種用于提供用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙分配的方法，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中，所述方法包括導(dǎo)入至少一個(gè)所述控制環(huán)路的至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性信息，以及至少根據(jù)至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性關(guān)系向至少一個(gè)所述控制環(huán)路的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配所述通信調(diào)度表中的時(shí)隙。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，公開了一種用于提供用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙分配的方法，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中，所述方法包括導(dǎo)入至少一個(gè)所述控制環(huán)路的至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性信息，以及向兩個(gè)或更多所述控制環(huán)路中的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配所布置的所述無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，公開了一種用于提供用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙分配的方法，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中，所述方法包括向至少一個(gè)所述控制環(huán)路中的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配被布置為超幀的所述無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙，其中，該超幀包括所述無(wú)線通信調(diào)度表和控制器的控制任務(wù)執(zhí)行調(diào)度表二者。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，公開了一種用于提供用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙分配的方法，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中，所述方法包括向兩個(gè)或更多所述控制環(huán)路中的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配被布置為多個(gè)超幀的兩個(gè)或更多所述無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，公開了一種用于提供用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙分配的方法，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中，所述方法包括從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線網(wǎng)關(guān)向所述控制環(huán)路的控制器發(fā)送時(shí)間戳或時(shí)鐘信號(hào)并使控制器的控制循環(huán)的執(zhí)行同步至所述無(wú)線通信的時(shí)隙。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，公開了一種用于提供用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙分配的方法，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中，所述方法包括為作為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作的擴(kuò)展頻譜無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)或多個(gè)TDMA大綱(schema)中的時(shí)隙并使用跳頻來(lái)分配信道。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，公開了一種用于提供用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙分配的方法，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中，所述方法包括為與WirelessHART兼容的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)或多個(gè)TDMA大綱中的時(shí)隙或者為與ISA 100標(biāo)準(zhǔn)兼容的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)或多個(gè)TDMA大綱中的時(shí)隙。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，公開了一種用于提供用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙分配的方法，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中，所述方法包括將用于至少一個(gè)所述控制環(huán)路的所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的相關(guān)性信息轉(zhuǎn)換成相關(guān)性關(guān)系的圖表。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，公開了一種用于提供用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙分配的方法，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中，所述方法包括在多個(gè)超幀中的一個(gè)中為一個(gè)或多個(gè)控制環(huán)路中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配時(shí)隙，該分配至少取決于兩個(gè)或更多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和/或兩個(gè)或更多控制環(huán)路之間的相關(guān)性的信息。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，公開了一種用于提供用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙分配的方法，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中，所述方法包括將一個(gè)或多個(gè)TDMA大綱或超幀存儲(chǔ)在被配置為安全地連接到網(wǎng)絡(luò)管理器應(yīng)用或設(shè)備的無(wú)線網(wǎng)關(guān)或無(wú)線節(jié)點(diǎn)中。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，公開了一種用于提供用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙分配的方法，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中，所述方法包括從以下各項(xiàng)中的任何一個(gè)導(dǎo)入關(guān)于一個(gè)或多個(gè)控制環(huán)路的每個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性的相關(guān)性信息CDA文件、任何形式的P&I圖、電子文件形式的過(guò)程邏輯圖、擴(kuò)展XML文件形式的P&I圖、一個(gè)或多個(gè)操作員過(guò)程圖形、控制系統(tǒng)中的控制器配置。當(dāng)使用諸如最新發(fā)行的WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)HART 7規(guī)范的工業(yè)無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)來(lái)調(diào)度用于無(wú)線控制的網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，在一個(gè)配置步驟中一起調(diào)度用于單獨(dú)控制器任務(wù)的傳感器和致動(dòng)器通信是有利的。為了能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)，必須具有屬于同一任務(wù)的傳感器和致動(dòng)器的描述?？梢詫⒋讼嚓P(guān)性表示為非循環(huán)有向圖。在本公開中，描述了如何可以基于CAD過(guò)程和儀器圖(P&I D)或基于在分布式控制系統(tǒng)(DCQ中或在其中創(chuàng)建的控制器配置來(lái)自動(dòng)地生成此相關(guān)性圖。然而，對(duì)于具有幾百個(gè)控制環(huán)路的實(shí)際過(guò)程控制示例而言，在手動(dòng)操作中一起調(diào)度用于單獨(dú)控制器任務(wù)的傳感器和致動(dòng)器通信可能是耗時(shí)但更重要地容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的。本公開的提議是自動(dòng)地生成相關(guān)性圖。如果是電子上可用的，這可以從P&I圖完成，或者從存在于DCS中的配置或過(guò)程圖形完成。從P&I圖或其它現(xiàn)有過(guò)程控制大綱直接自動(dòng)地創(chuàng)建相關(guān)性圖的第一優(yōu)點(diǎn)是從過(guò)程消除了手動(dòng)誤差。第二優(yōu)點(diǎn)是雖然自動(dòng)相關(guān)性圖轉(zhuǎn)換可能耗費(fèi)更多的建立時(shí)間，但在其中將存在要求用于通信的調(diào)度表的幾百個(gè)控制環(huán)路的更實(shí)際示例中，在超幀中，節(jié)省了大量的時(shí)間，因?yàn)槊總€(gè)控制環(huán)路需要較少的時(shí)間來(lái)自動(dòng)地轉(zhuǎn)換和創(chuàng)建相關(guān)性圖。在本發(fā)明的另一方面，公開了一種用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信系統(tǒng)，所述工業(yè)過(guò)程具有控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所述無(wú)線通信系統(tǒng)包括根據(jù)無(wú)線通信調(diào)度表通信的多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，其中，由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)所述通信調(diào)度表中的至少根據(jù)至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性關(guān)系分配給至少一個(gè)所述控制環(huán)路的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的時(shí)隙來(lái)控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，描述了一種用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信系統(tǒng)，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所述無(wú)線通信系統(tǒng)包括根據(jù)無(wú)線通信調(diào)度表通信的多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，其中，由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)所述通信調(diào)度表中的至少根據(jù)至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性關(guān)系分配給至少一個(gè)所述控制環(huán)路的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的時(shí)隙來(lái)控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，描述了一種用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信系統(tǒng)，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所述無(wú)線通信系統(tǒng)包括根據(jù)無(wú)線通信調(diào)度表通信的多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，其中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)所述無(wú)線通信調(diào)度表中的至少根據(jù)至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性關(guān)系分配給至少一個(gè)所述控制環(huán)路的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的時(shí)隙來(lái)控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，描述了一種用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信系統(tǒng)，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所述無(wú)線通信系統(tǒng)包括根據(jù)無(wú)線通信調(diào)度表通信的多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，其中，所述無(wú)線通信調(diào)度表被作為超幀布置給至少一個(gè)所述控制環(huán)路中的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，其中，所述超幀包括所述無(wú)線通信調(diào)度表和控制器的控制任務(wù)執(zhí)行調(diào)度表兩者。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，描述了一種用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信系統(tǒng)，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所述無(wú)線通信系統(tǒng)包括根據(jù)無(wú)線通信調(diào)度表通信的多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，其中，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)無(wú)線網(wǎng)關(guān)被布置為可配置為用于與一個(gè)或多個(gè)所述控制環(huán)路的控制器時(shí)鐘同步。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，描述了一種用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信系統(tǒng)，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所述無(wú)線通信系統(tǒng)包括根據(jù)無(wú)線通信調(diào)度表通信的多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，其中，網(wǎng)絡(luò)管理器被布置為使用安全連接被連接到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)無(wú)線網(wǎng)關(guān)(60)。 在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，描述了一種用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信系統(tǒng)，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所述無(wú)線通信系統(tǒng)包括根據(jù)無(wú)線通信調(diào)度表通信的多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，其中，網(wǎng)絡(luò)管理器被布置為被結(jié)合在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線網(wǎng)關(guān)中。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，描述了一種用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信系統(tǒng)，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所述無(wú)線通信系統(tǒng)包括根據(jù)無(wú)線通信調(diào)度表通信的多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，其中，手持式無(wú)線配置設(shè)備被布置為配置網(wǎng)絡(luò)管理器、網(wǎng)關(guān)或無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的任何一個(gè)。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，描述了一種用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信系統(tǒng)，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制器和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，所述無(wú)線通信系統(tǒng)包括根據(jù)無(wú)線通信調(diào)度表通信的多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)，其中，用于執(zhí)行本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方法的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序被存儲(chǔ)在連接到控制系統(tǒng)或DCS的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備上。在本發(fā)明的另一方面，公開了一種用于配置用于工業(yè)過(guò)程的控制環(huán)路的監(jiān)視和控制的無(wú)線設(shè)備的便攜式設(shè)備。在本發(fā)明的另一方面公開了計(jì)算機(jī)程序以及記錄在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)程序。


通過(guò)參考結(jié)合附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)說(shuō)明，可以具有對(duì)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的更全面理解，在附圖中圖1示出用于一系列控制環(huán)路的示意圖，特別是示出了根據(jù)根據(jù)圖4的本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)控制環(huán)路中的兩個(gè)或更多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性關(guān)系的相關(guān)性圖；圖2示出了圖1的實(shí)施例的示意圖，并且特別地用于在圖4中參考的一系列控制環(huán)路，其中，圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法中的用于每個(gè)控制環(huán)路的更新時(shí)間或周期時(shí)間；圖3示出圖4的實(shí)施例的開發(fā)的示意圖并特別地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法中的其中向控制環(huán)路中的一個(gè)或多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配TDMA超幀中的一系列時(shí)隙的超幀的圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于一個(gè)或多個(gè)方法的開發(fā)的簡(jiǎn)化流程圖， 其中，示出了用于根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性來(lái)自動(dòng)地生成用于控制環(huán)路的無(wú)線通信時(shí)隙分配大綱的方法的步驟；圖5(現(xiàn)有技術(shù))示出了包含包括一個(gè)或多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的一系列控制環(huán)路的工業(yè)設(shè)備中的過(guò)程控制系統(tǒng)的示意圖；圖6示出用于圖4的優(yōu)選實(shí)施例的方法的另一實(shí)施例的流程圖，其中，更特別地示出了用于根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性來(lái)自動(dòng)地生成用于控制環(huán)路的無(wú)線通信時(shí)隙分配大綱的可選步驟；圖7示出用于根據(jù)圖4的優(yōu)選實(shí)施例的方法的流程圖，其中，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中示出了用于根據(jù)控制環(huán)路之間的相關(guān)性自動(dòng)地生成用于控制環(huán)路的無(wú)線通信時(shí)隙分配大綱的方法的步驟；圖8是用于圖4或圖7的優(yōu)選實(shí)施例的開發(fā)的流程圖，其中，更特別地自動(dòng)地生成取決于控制環(huán)路之間的相關(guān)性的用于控制環(huán)路中的控制器的一個(gè)或多個(gè)控制任務(wù)調(diào)度表時(shí)隙以及多個(gè)無(wú)線通信時(shí)隙分配；圖9示出用于示例性過(guò)程的示意性過(guò)程和儀器(P&I)圖，該示例性過(guò)程包括可以從其提取控制信息以描述一個(gè)或多個(gè)過(guò)程控制相關(guān)性關(guān)系的反應(yīng)器容器，所述過(guò)程控制相關(guān)性關(guān)系可以被使用根據(jù)圖4或圖7的實(shí)施例自動(dòng)地轉(zhuǎn)換成時(shí)隙分配大綱；圖10是用于圖4的實(shí)施例且特別是用于包括用于配置過(guò)程控制系統(tǒng)或DCS的應(yīng)用的顯示的實(shí)施例的示意圖；圖11示出圖4或圖7的實(shí)施例的第二示意圖，其特別地示出圖9所示的控制環(huán)路的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性關(guān)系，以及圖12示出用于兩個(gè)超幀的示意圖，其中，TDMA超幀中的一系列時(shí)隙被分配給諸如圖4的根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的方法的圖9部分的那些的控制環(huán)路的一個(gè)或多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及控制任務(wù)。
具體實(shí)施例方式在本公開中描述了如何自動(dòng)地生成用于控制環(huán)路的相關(guān)性圖。該相關(guān)性圖基于包含在例如CAD過(guò)程和儀器圖(P&I D)中的現(xiàn)有過(guò)程說(shuō)明或基于在分布式控制系統(tǒng)(DCS)中產(chǎn)生的過(guò)程邏輯配置或詳述用于過(guò)程的過(guò)程控制邏輯的另一大綱。該相關(guān)性圖又被用來(lái)分配TDMA(時(shí)分多址)大綱中的時(shí)隙以便配置過(guò)程的控制環(huán)路的無(wú)線通信鏈路。借助于圖1-3示出了示例，其中，控制器被配置為與用于圖3中的三個(gè)不同掃描時(shí)間的無(wú)線通信調(diào)度表聯(lián)合地執(zhí)行控制任務(wù)，所述三個(gè)調(diào)度表對(duì)應(yīng)于WirelessHART調(diào)度表中的不同超幀。在圖1中描繪了示出一個(gè)控制環(huán)路與另一個(gè)之間的相關(guān)性的相應(yīng)相關(guān)性圖并在圖3中示出了超幀。對(duì)于此尺寸的簡(jiǎn)單示例，簡(jiǎn)單地手動(dòng)構(gòu)造和/或輸入相關(guān)性并分配超幀中的時(shí)隙當(dāng)然是直接且快速的。在包括更多復(fù)雜關(guān)系和更多控制環(huán)路的更實(shí)際的示例中，自動(dòng)地構(gòu)造相關(guān)性關(guān)系和超幀節(jié)省許多時(shí)間。圖1示出五個(gè)控制環(huán)路21-25。每個(gè)控制環(huán)路包括無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如傳感器 S1-S7和致動(dòng)器A1-A6。每個(gè)控制環(huán)路包括通常在可編程邏輯控制器(PLC)或其它工業(yè)控制器中執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)控制任務(wù)C1-C5?？蛇x地，可以由同一控制器來(lái)執(zhí)行兩個(gè)或更多不同的控制任務(wù)。圖1示出具有來(lái)自傳感器S4的一個(gè)輸入的簡(jiǎn)單控制環(huán)路23，該輸入被發(fā)送到控制器，其中，控制器執(zhí)行控制任務(wù)C3，并且然后向致動(dòng)器A4發(fā)送輸出信號(hào)?？刂骗h(huán)路可以具有不止一個(gè)輸入和/或輸出。控制環(huán)路21被示為具有來(lái)自兩個(gè)傳感器Sl和S2的兩個(gè)輸入。由控制器執(zhí)行的控制任務(wù)Cl然后導(dǎo)致到致動(dòng)器Al的單個(gè)輸出。
在控制器中的一個(gè)控制任務(wù)可以要求來(lái)自另一控制環(huán)路的輸入以便完成控制任務(wù)的意義上，在典型過(guò)程中的某些控制環(huán)路之間存在相關(guān)性。因此，在圖1中，控制環(huán)路21 要求來(lái)自環(huán)路22的控制任務(wù)C2的控制輸出以及來(lái)自兩個(gè)傳感器Si、S2的輸入作為輸入以便完成其控制任務(wù)。在圖3中還可以看到控制環(huán)路之間的相關(guān)性。圖3示出控制任務(wù)執(zhí)行調(diào)度表36。調(diào)度表顯示控制器在控制器執(zhí)行其控制任務(wù)Cl (包括來(lái)自其它控制器C2的輸出)之前執(zhí)行其控制任務(wù)C2 (包括來(lái)自S3的輸入)。圖2示出用于五個(gè)不同控制環(huán)路21-25的周期時(shí)間或更新速度。最快控制環(huán)路23 具有60ms的更新時(shí)間、掃描時(shí)間或周期；兩個(gè)最緩慢的環(huán)路，即具有最大周期MOms的兩個(gè)環(huán)路是環(huán)路21、22。兩個(gè)其它環(huán)路M、25具有在60ms與MOms之間的120ms的時(shí)間段的第三值。用于每個(gè)類型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的掃描速率是預(yù)先已知的。用于每個(gè)控制環(huán)路的掃描速率是在控制邏輯、60ms、120ms等中基于用于控制環(huán)路中的每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的已知更新速率指定的。關(guān)于掃描速率的該信息例如在控制系統(tǒng)配置中是可用且指定的。圖3示出三個(gè)超幀30、32、34，在這里從頂部具有60ms掃描或更新開始描述。如上所述，在WirelessHART中，為了支持用于以不同的速率傳輸過(guò)程測(cè)量結(jié)果的多個(gè)超幀，超幀的尺寸應(yīng)遵循諧波鏈。這意味著所有周期應(yīng)彼此相除，特別地，應(yīng)將掃描速率配置為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將支持的最快更新時(shí)間的整數(shù)倍。因此，240ms周期包括多個(gè)60ms和120ms。因此，在第一無(wú)線通信調(diào)度表、超幀30中，存在每個(gè)相隔60ms的四個(gè)循環(huán)。請(qǐng)注意，在此控制環(huán)路中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間存在相關(guān)性，因?yàn)閭鞲衅鱏4應(yīng)在控制器在控制循環(huán)中執(zhí)行其控制任務(wù)C3并然后將其信號(hào)傳送到致動(dòng)器A4之前向控制器發(fā)送其信號(hào)。一個(gè)傳感器輸入S4在超幀中循環(huán)四次，如到致動(dòng)器A4的一個(gè)輸出一樣。同樣地，可以在第二超幀32 中向以120ms循環(huán)的兩個(gè)控制環(huán)路M、25分配時(shí)隙。三個(gè)單獨(dú)的傳感器輸入S5、S6、S7在超幀中循環(huán)兩次；如兩個(gè)致動(dòng)器輸出A5、A6所做的一樣。(請(qǐng)注意，在所示的示例中，控制環(huán)路23具有兩個(gè)傳感器輸入S6、S7。)第三超幀是用于感興趣的控制環(huán)路組中的最慢循環(huán)， 也就是說(shuō)，感興趣的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的最慢周期MOms。此超幀包括僅用于兩個(gè)控制環(huán)路21、22 中的每一個(gè)的一個(gè)MOms循環(huán)。超幀具有用于來(lái)自傳感器Si、S2、S3中的每一個(gè)的單個(gè)輸入的時(shí)隙和用于來(lái)自A1、A2、A3中的每一個(gè)的單個(gè)輸出的時(shí)隙。請(qǐng)注意，此超幀被布置為服從環(huán)路22上的控制環(huán)路21的相關(guān)性；即控制環(huán)路22在可以由控制器來(lái)執(zhí)行環(huán)路21的控制任務(wù)Cl之前完成，導(dǎo)致在此超幀中的到致動(dòng)器Al的單個(gè)輸出。圖3示出布置在超幀中的控制器任務(wù)調(diào)度表36。可以與控制器任務(wù)調(diào)度表36聯(lián)合地執(zhí)行無(wú)線通信調(diào)度表30、32、34。圖4示出用于基于控制環(huán)路中的兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性自動(dòng)地生成無(wú)線通信調(diào)度表的方法的流程圖，可以將其表示為相關(guān)性圖表或相關(guān)性圖。該圖示出40從CAD文件和/或P&I圖和/或在控制系統(tǒng)或控制系統(tǒng)工具中配置的過(guò)程控制邏輯、布置在一個(gè)或多個(gè)操作員過(guò)程圖形中或在另一電子大綱中的過(guò)程邏輯導(dǎo)入用于所選一個(gè)或多個(gè)控制環(huán)路中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的相關(guān)性信息；46至少根據(jù)兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(在本示例中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備是傳感器或致動(dòng)器)之間的相關(guān)性信息來(lái)分配至少一個(gè)超幀中的用于一個(gè)或多個(gè)控制環(huán)路中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的時(shí)隙，并可選地至少根據(jù)兩個(gè)或更多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間和/或兩個(gè)或更多控制環(huán)路之間的相關(guān)性信息來(lái)為在控制器中執(zhí)行的控制任務(wù)分配控制任務(wù)調(diào)度表36中的時(shí)隙。
圖6示出用于替換方法的流程圖。該流程圖示出步驟40從CAD文件和/或P&I圖和/或在控制系統(tǒng)或控制系統(tǒng)工具中配置的過(guò)程控制邏輯、在一個(gè)或多個(gè)操作員過(guò)程圖形中或在另一電子大綱中表示的過(guò)程邏輯導(dǎo)入用于所選一個(gè)或多個(gè)控制環(huán)路中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的相關(guān)性信息；42可選地自動(dòng)地或半手動(dòng)地將關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性的信息轉(zhuǎn)換成諸如相關(guān)性圖的相關(guān)性關(guān)系；44可選地識(shí)別包括所有較短時(shí)間段(掃描速率或更新速率)的整數(shù)倍的最長(zhǎng)時(shí)間段；46至少根據(jù)兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(傳感器或致動(dòng)器)之間的相關(guān)性信息來(lái)分配至少一個(gè)超幀(30-34)中的用于一個(gè)或多個(gè)控制環(huán)路中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的時(shí)隙，并可選地至少根據(jù)兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間和/或兩個(gè)控制環(huán)路之間的相關(guān)性信息來(lái)為控制器分配控制任務(wù)調(diào)度表 (36)中的時(shí)隙。圖7示出用于根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的方法的流程圖。該流程圖示出步驟50 從CAD文件和/或P&I圖和/或在控制系統(tǒng)或控制系統(tǒng)工具和/或過(guò)程圖形或在另一電子大綱中配置的過(guò)程控制邏輯導(dǎo)入用于一個(gè)第一控制環(huán)路和另一第二控制環(huán)路之間的相關(guān)性的信息；56 至少根據(jù)相關(guān)性信息來(lái)分配至少一個(gè)超幀和/或控制任務(wù)調(diào)度表中的用于至少一個(gè)控制環(huán)路中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的時(shí)隙，并可選地至少根據(jù)兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間和/或兩個(gè)控制環(huán)路之間的相關(guān)性信息來(lái)為控制器分配控制任務(wù)調(diào)度表(36、37)中的時(shí)隙。除上述IOms的分配時(shí)隙之外，諸如WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)還允許時(shí)隙可以被兩個(gè)或更多設(shè)備或節(jié)點(diǎn)共享。在上述標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，存在應(yīng)對(duì)時(shí)隙中的數(shù)據(jù)沖突的方法，使得可以分配共享時(shí)隙。例如，當(dāng)預(yù)期數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量是低的時(shí)，可以共享時(shí)隙，留下諸如隨機(jī)時(shí)間規(guī)避 (back off)的沖突避免機(jī)制來(lái)負(fù)責(zé)不那么頻繁地發(fā)生的沖突，例如在安裝時(shí)或過(guò)程中的配置任務(wù)或最優(yōu)化程序期間。為了利用用于網(wǎng)絡(luò)中的某些通信的低業(yè)務(wù)量，可以將被已知具有低使用率的一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙配置為共享時(shí)隙。這具有增加帶寬使用效率的優(yōu)點(diǎn)?？梢允褂秒S機(jī)規(guī)避時(shí)間，或者適合于測(cè)量或估計(jì)沖突發(fā)生的自適應(yīng)方法。還可以使用固定規(guī)避時(shí)間或一系列預(yù)定等待時(shí)間或保障時(shí)隙(GTS)。優(yōu)選地將相關(guān)性信息導(dǎo)入DCS的應(yīng)用或函數(shù)中。用于相關(guān)性信息的一個(gè)可選源來(lái)自控制系統(tǒng)中的控制器配置，或者在DCS中創(chuàng)建的此類配置。可以從被連接到DCS的任何終端(諸如操作員終端、工程師終端或工作站、便攜式或手持式設(shè)備等)運(yùn)行將檢查、編輯或創(chuàng)建控制器配置的程序。無(wú)論是控制器配置還是導(dǎo)入P&I圖、CAD文件或其它格式的形式，相關(guān)性信息優(yōu)選地被DCS的應(yīng)用或函數(shù)自動(dòng)地轉(zhuǎn)換成一個(gè)或多個(gè)時(shí)隙分配方案或超幀。這樣創(chuàng)建的一個(gè)或多個(gè)超幀的拷貝優(yōu)選地被存儲(chǔ)在正在討論中的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)關(guān) 60中，在那里，其被網(wǎng)絡(luò)管理器應(yīng)用或函數(shù)用來(lái)控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)51-57、60、62、64、 65之間的無(wú)線通信(參見下圖5)。圖5(現(xiàn)有技術(shù))示出用于WirelessHART網(wǎng)絡(luò)的典型圖。該圖示出許多無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或節(jié)點(diǎn)51-57、路由器62、一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)訪問點(diǎn)64、無(wú)線網(wǎng)關(guān)60和工業(yè)自動(dòng)化或工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)50。無(wú)線網(wǎng)關(guān)60是處理到和/或從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到過(guò)程控制系統(tǒng)的所有無(wú)線通信的網(wǎng)關(guān)。指示了手持式設(shè)備65，其被用于網(wǎng)絡(luò)中或相對(duì)于特定節(jié)點(diǎn)的配置、診斷和類似任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)管理器應(yīng)用或設(shè)備(未示出)被布置在網(wǎng)關(guān)60中或直接被安全連接所連接到網(wǎng)關(guān)。在本說(shuō)明中，安全地連接意味著無(wú)線網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡(luò)管理器之間的通信路徑是安全通信信道，通常是硬接線連接。在諸如WirelessHART網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)管理器單元或應(yīng)用負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的配置、調(diào)度網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信、路由表的管理和監(jiān)視WirelessHART網(wǎng)絡(luò)的健康。圖9示出用于化學(xué)反應(yīng)器容器90的過(guò)程和儀器(P&I)圖。該圖示出具有攪拌器 92和冷卻夾套94的反應(yīng)器容器。反應(yīng)器容器90還進(jìn)一步布置有由流量控制閥FV103控制的用于冷卻劑96的進(jìn)口。由傳感器、溫度傳送器TT103來(lái)監(jiān)視反應(yīng)器容器內(nèi)部的溫度，并且冷卻夾套94同樣地布置有溫度傳感器并被作為溫度傳送器TT102監(jiān)視。出口 98被布置為允許冷卻劑離開冷卻夾套。此外，使用加熱閥FVlOl和冷卻閥FV102來(lái)單獨(dú)地控制由溫度傳送器TTlOl測(cè)量的冷卻劑溫度。由流量控制閥FV104來(lái)控制組分A到反應(yīng)器容器的流入。在本示例性實(shí)施例中， 根據(jù)比例來(lái)引入組分A和B。比例站RS將由流量傳送器FT104給出的A的流量與期望比例相乘并隨后經(jīng)由流量控制閥FV104來(lái)控制B(FT105)經(jīng)由流量控制器FC105進(jìn)入反應(yīng)器的流量。本示例舉例說(shuō)明4個(gè)控制環(huán)路111-114，每個(gè)由用虛線示出的方框指示，布置在被攪拌的化學(xué)反應(yīng)器94周圍，并且如果傳感器和致動(dòng)器兩者被無(wú)線地連接到控制器，則可以調(diào)度如何通信以及控制任務(wù)。在圖9中示出了用于本示例的P&I圖，并且在下表1中給出了所有儀器和閥的列表。
TTlOl 冷卻劑溫度 TT102反應(yīng)器溫度 TT103夾套溫度 FT104進(jìn)給流組分A FT105進(jìn)給流組分B FVlOl加熱閥 FV102 冷卻閥 FV103冷卻劑流量閥 FV104~~進(jìn)給閥組分A FV105~~進(jìn)給閥組分B表1:儀器和閥列表如從MI圖可以看到的，存在冷卻劑溫度和冷卻液流量的單獨(dú)控制環(huán)路111和112。由分離范圍控制器TClOl來(lái)控制溫度，其在冷卻劑溫度低于設(shè)定點(diǎn)的情況下打開加熱閥FVlOl并在溫度在設(shè)定點(diǎn)之上時(shí)打開冷卻閥FV102。然后使用級(jí)聯(lián)控制結(jié)構(gòu)使用冷卻劑流量來(lái)控制反應(yīng)器的溫度。這里，在控制環(huán)路 112中，在主控制器TC102中使用反應(yīng)器溫度，其向從屬控制器TC103提供控制夾套溫度的設(shè)定點(diǎn)，從屬控制器TC103又命令閥打開FV103。雖然其在結(jié)構(gòu)上被描繪成兩個(gè)控制器，但通常將級(jí)聯(lián)的執(zhí)行作為需要兩個(gè)過(guò)程測(cè)量結(jié)果作為輸入的一個(gè)計(jì)算來(lái)執(zhí)行。因此，在調(diào)度中，將兩個(gè)控制器共同地表示為TC102-3.最后，在這里假設(shè)存在被饋送到反應(yīng)器中的兩個(gè)主要組分；組分A和B，并且其流量需要相互之間處于某個(gè)比例。因此，僅存在由FC104來(lái)控制的一個(gè)獨(dú)立流動(dòng)環(huán)路113，該設(shè)定點(diǎn)間接地確定總進(jìn)給流量。組分B的流量則由比例控制結(jié)構(gòu)來(lái)控制。類似于級(jí)聯(lián)控制器，比例站RS和流量控制器FC105的執(zhí)行通常作為一個(gè)聯(lián)合控制任務(wù)來(lái)完成(在調(diào)度表中僅表示為FC105)。控制器配置準(zhǔn)確地說(shuō)，在控制系統(tǒng)中如何配置此組的4個(gè)控制器(或5個(gè)控制器，如果單獨(dú)地計(jì)算級(jí)聯(lián)的主和從控制器的話)當(dāng)然可以根據(jù)所使用的特定系統(tǒng)而變。然而，如果使用圖形用戶界面和諸如拖放的方法來(lái)以圖形方式完成配置，則通常應(yīng)看起來(lái)類似于圖10。調(diào)度為了本小示例，我們假設(shè)所有控制環(huán)路都使用相同的循環(huán)時(shí)間IOOms運(yùn)行。這可能不必要地快，但是將服務(wù)于僅允許用于WirelessHART調(diào)度表的10個(gè)時(shí)隙的超幀的教授目的(因?yàn)闀r(shí)隙為IOms長(zhǎng)度)，其意外地剛好是我們需要的用于單跳調(diào)度表的數(shù)目。假設(shè)可以在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成控制任務(wù)，在圖12中示出了提供感測(cè)與致動(dòng)之間的最小等待時(shí)間的最優(yōu)化通信和控制超幀的示例。優(yōu)選地，基于CAD過(guò)程和儀器(P&I)圖或基于在控制系統(tǒng)或分布式控制系統(tǒng)(DCS) 中的控制器配置來(lái)自動(dòng)地生成相關(guān)性圖?？商鎿Q地，可以在沒有同樣地構(gòu)造相關(guān)性圖表或相關(guān)性圖的中間步驟的情況下計(jì)算或直接從相關(guān)性信息確定時(shí)隙。圖10表示用于配置過(guò)程控制系統(tǒng)或DCS的應(yīng)用100的簡(jiǎn)化屏幕顯示。該圖示出被標(biāo)記為TC101、TC102、TC103、FC104、FC105的五個(gè)控制任務(wù)對(duì)象。這些對(duì)象已被布置為構(gòu)造用于圖9所示的反應(yīng)器的過(guò)程控制。因此，表示流量控制器FC105的控制對(duì)象105具有輸入103，其對(duì)于此控制對(duì)象105而言是流量傳送器FT105(組分B的流量)、第二流量傳送器FT104(組分A的流量)和具有表示用于B A的期望比例的預(yù)定設(shè)置比例的比例站。 控制任務(wù)對(duì)象105在這種情況下具有到致動(dòng)器的一個(gè)輸出107，其為流量控制閥FC105，控制B到反應(yīng)器中的流入。其它四個(gè)控制任務(wù)對(duì)象同樣地配置有輸入和輸出以表示在圖9中用圖表示的過(guò)程流程和控制。圖11示出用于圖9所示的過(guò)程的相關(guān)性圖。相關(guān)性圖示出4個(gè)控制環(huán)路111-114。 該相關(guān)性圖示出例如控制環(huán)路112，其控制流量控制閥FV103，流量控制閥FV103如下控制到反應(yīng)器中的冷卻劑流量。來(lái)自傳感器的溫度輸入TT102(反應(yīng)器溫度)和TT103(冷卻夾套溫度)被輸入到控制器。在這種情況下，控制器被指示為TC102-3，因?yàn)橥ǔ⑦@些主/ 從屬控制任務(wù)作為一個(gè)聯(lián)合CPU任務(wù)一起執(zhí)行?？刂破鬏敵鲛D(zhuǎn)到致動(dòng)器流量控制閥FV103 以調(diào)整到冷卻夾套中的冷卻劑流量。可以通過(guò)轉(zhuǎn)換圖9的P&I圖或如圖10所示的控制系統(tǒng)或分布式控制系統(tǒng)(DCS)中的過(guò)程控制器配置來(lái)自動(dòng)地產(chǎn)生相關(guān)性圖。替換地或同樣地，可以從過(guò)程圖形、特別是從操作員過(guò)程圖形提取控制環(huán)路中的對(duì)象之間的相關(guān)性關(guān)系。 以與圖3的通信時(shí)隙分配30、32、34和控制時(shí)隙分配36相同的方式，可以使用相關(guān)性圖來(lái)自動(dòng)地生成一個(gè)或多個(gè)超幀或通信時(shí)隙分配。替換地，可以從諸如圖9的P&I圖或諸如圖 10的控制應(yīng)用配置大綱自動(dòng)地產(chǎn)生時(shí)隙分配，而實(shí)際上不產(chǎn)生圖11所示類型的相關(guān)性圖輸出。圖12示出具有用于圖9的過(guò)程的控制環(huán)路111-114的通信時(shí)隙分配的幀。每個(gè)控制環(huán)路包括無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，例如圖9的傳感器TT101-TT103和FT104-105和表示致動(dòng)器閥FV101-FV105的致動(dòng)器。應(yīng)注意的是，例如一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器的控制環(huán)路的一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以具有到控制器的有線連接而不是無(wú)線連接。在任何情況下，每個(gè)控制環(huán)路包括表示控制器TC101-TC103、FC105-FC105的控制任務(wù)，其通常在一個(gè)或多個(gè)可編程邏輯控制器(PLC)或其它工業(yè)控制器中執(zhí)行。在單個(gè)控制器中可以執(zhí)行不止一個(gè)控制任務(wù)。 通信超幀35包括傳感器循環(huán)TT101-103、FT104-105和致動(dòng)器(FV101_FV1(^)循環(huán)，每個(gè) 100毫秒。控制器時(shí)隙分配或控制器超幀37示出用于每個(gè)控制器任務(wù)TC101、TC102-3、 FC104-105的每個(gè)超幀一個(gè)時(shí)隙分配，假設(shè)其將全部在同一控制器CPU中執(zhí)行。在本發(fā)明的有利應(yīng)用中，使無(wú)線使能控制環(huán)路中的時(shí)間同步化基于從無(wú)線網(wǎng)關(guān)到控制器的信號(hào)與來(lái)自工業(yè)控制器的時(shí)鐘的時(shí)鐘信號(hào)同步。這保證當(dāng)發(fā)送和/或接收是準(zhǔn)確的且保持無(wú)線服務(wù)的質(zhì)量時(shí)，一個(gè)或多個(gè)控制器的控制循環(huán)與具有用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信時(shí)隙的一個(gè)或多個(gè)基于TDMA的超幀同步。已經(jīng)相對(duì)于與WirelessHART標(biāo)準(zhǔn)兼容的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)描述了本發(fā)明，但在適當(dāng)修改的情況下，可以用與諸如被已知為“現(xiàn)場(chǎng)總線(Fieldbus) ”的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)兼容的其它基于 TDMA的網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)施，并且將其具體地稱為SP50 (其為標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)踐小組委員會(huì)50的縮寫)或 ISA 100 標(biāo)準(zhǔn)。執(zhí)行諸如流量控制105、主控制TC102或從屬控制TC104的控制任務(wù)的無(wú)線控制器的微處理器(或處理器)包括執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方面的方法步驟的中央處理單元CPU。例如，執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)控制任務(wù)C1-C5。在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序的幫助下執(zhí)行這些步驟，其被至少部分地存儲(chǔ)在可被處理器訪問的存儲(chǔ)器中。應(yīng)理解的是計(jì)算機(jī)程序還可以在一個(gè)或多個(gè)通用工業(yè)微處理器或計(jì)算機(jī)而不是特殊修改的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。計(jì)算機(jī)程序包括計(jì)算機(jī)程序代碼元件或軟件代碼部分，其使得計(jì)算機(jī)使用先前例如相對(duì)于圖4、6-8描述的等式、算法、數(shù)據(jù)和計(jì)算來(lái)執(zhí)行方法?？梢匀缟纤龅貙⒊绦虻囊徊糠执鎯?chǔ)在處理器中，還可以存儲(chǔ)在ROM、RAM、PROM或EPROM芯片或類似存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備中。還可以將程序部分地或整體地存儲(chǔ)在其它適當(dāng)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上或中，諸如磁盤、 CD-ROM或DVD盤、硬盤、磁光存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置、在易失性存儲(chǔ)器中、在閃速存儲(chǔ)器中、作為固件或存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)服務(wù)器上?？梢苿?dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)諸如USB記憶棒、閃速驅(qū)動(dòng)器等。應(yīng)注意的是雖然上文描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但存在在不脫離如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下對(duì)公開的解決方案進(jìn)行許多變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于提供用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙分配的計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制任務(wù)(C1-C5，TC101-103, FC104-105)和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(S1-S7，TT101-103, FT104-105, A1-A8，F(xiàn)V101-105)， 其特征在于導(dǎo)入至少一個(gè)所述控制環(huán)路01-25,111-114)的至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性信息，以及至少根據(jù)至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性關(guān)系向至少一個(gè)所述控制環(huán)路的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配所述通信調(diào)度表中的時(shí)隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于向兩個(gè)或更多所述控制環(huán)路中的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配所布置的所述無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于向至少一個(gè)所述控制環(huán)路中的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配被布置為超幀的所述無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙，其中，所述超幀包括所述無(wú)線通信調(diào)度表(30-3 和控制器的控制任務(wù)執(zhí)行調(diào)度表(36，37) 二者。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于向兩個(gè)或更多所述控制環(huán)路中的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配被布置為多個(gè)超幀的兩個(gè)或更多所述無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于從無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線網(wǎng)關(guān)(60)向所述控制環(huán)路的控制器發(fā)送時(shí)間戳或時(shí)鐘信號(hào)并使控制器的控制循環(huán)的執(zhí)行與所述無(wú)線通信的時(shí)隙同步。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于為作為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)操作并使用跳頻來(lái)分配信道的擴(kuò)展頻譜無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)或多個(gè)TDMA大綱中的時(shí)隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于為與WirelessHART兼容的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)或多個(gè)TDMA大綱中的時(shí)隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于為與ISA100標(biāo)準(zhǔn)兼容的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)或多個(gè)TDMA大綱中的時(shí)隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將至少一個(gè)所述控制環(huán)路的所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性信息轉(zhuǎn)換成一個(gè)或多個(gè)相關(guān)性關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將至少一個(gè)所述控制環(huán)路的所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性信息轉(zhuǎn)換成一個(gè)或多個(gè)相關(guān)性關(guān)系并至少基于至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性關(guān)系向一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配所述通信調(diào)度表中的時(shí)隙，所述相關(guān)性信息被包括在過(guò)程邏輯格式中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征在于在多個(gè)超幀之一中為一個(gè)或多個(gè)控制環(huán)路中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配時(shí)隙，該分配至少取決于兩個(gè)或更多現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和/或兩個(gè)或更多控制環(huán)路之間的相關(guān)性信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將一個(gè)或多個(gè)TDMA大綱或超幀存儲(chǔ)在被配置為被安全地連接到網(wǎng)絡(luò)管理器應(yīng)用或設(shè)備的無(wú)線網(wǎng)關(guān)(60)或無(wú)線節(jié)點(diǎn)(64，62)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于從CAD文件、電子文件形式的P&I圖、電子文件形式的過(guò)程邏輯圖、擴(kuò)展XML文件形式的P&I圖、過(guò)程圖形、控制系統(tǒng)中的控制器配置 (100)中的任何一個(gè)導(dǎo)入關(guān)于一個(gè)或多個(gè)控制環(huán)路01-25,111-114)的每個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性的相關(guān)性信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在多個(gè)超幀中的至少一個(gè)中為一個(gè)或多個(gè)控制環(huán)路中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配至少一個(gè)共享時(shí)隙。
15.一種用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程的控制環(huán)路的無(wú)線通信系統(tǒng)，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制任務(wù)(C1-C5，TC101-103, FC104-105)和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(S1-S7， TT101-103, FT104-105, A1-A8，F(xiàn)V101-105)，所述無(wú)線通信系統(tǒng)包括根據(jù)無(wú)線通信調(diào)度表進(jìn)行通信的多個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)(51-57，60)，其特征在于由無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)所述通信調(diào)度表中的至少根據(jù)至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性關(guān)系分配給至少一個(gè)所述控制環(huán)路的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的時(shí)隙來(lái)控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)所述無(wú)線通信調(diào)度表中的至少根據(jù)至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性關(guān)系分配給至少一個(gè)所述控制環(huán)路的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的時(shí)隙來(lái)控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)管理器根據(jù)所述無(wú)線通信調(diào)度表中的至少根據(jù)至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和/或兩個(gè)或更多控制回路之間的相關(guān)性關(guān)系分配給至少一個(gè)所述控制環(huán)路的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的時(shí)隙來(lái)控制無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于所述無(wú)線通信調(diào)度表被布置為到至少一個(gè)所述控制環(huán)路中的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的超幀，其中，該超幀包括所述無(wú)線通信調(diào)度表(30-3 和控制器的控制任務(wù)執(zhí)行調(diào)度表(36，37)兩者。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)無(wú)線網(wǎng)關(guān)(60)被布置為可配置為用于與一個(gè)或多個(gè)所述控制環(huán)路(21-25,111-114)的控制任務(wù)(C1-C5)的時(shí)鐘同步。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)管理器被布置為使用安全連接被連接到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的至少一個(gè)無(wú)線網(wǎng)關(guān)(60)。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于所述網(wǎng)絡(luò)管理器被布置為被結(jié)合在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線網(wǎng)關(guān)(60)中。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于手持式無(wú)線配置設(shè)備(65)被布置為配置網(wǎng)絡(luò)管理器、網(wǎng)關(guān)(60)或無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(S1-S7，A1-A8)中的任一個(gè)。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)硬接線連接被連接到工業(yè)過(guò)程的所述控制環(huán)路。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其特征在于基于計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)中的處理單元，該處理單元具有內(nèi)部存儲(chǔ)器，加載在其中的、包括用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法的軟件代碼部分的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品被存儲(chǔ)在被連接到控制系統(tǒng)或DCS的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備上。
25.一種數(shù)據(jù)載體上的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序代碼，該計(jì)算機(jī)程序代碼被配置為當(dāng)所述程序代碼被加載到計(jì)算機(jī)(81,8 或連接到過(guò)程控制系統(tǒng)(50)的終端中時(shí)執(zhí)行權(quán)利要求1-14中的任一項(xiàng)的方法步驟。
全文摘要
一種用于提供用于監(jiān)視和控制工業(yè)過(guò)程中的控制環(huán)路的無(wú)線通信調(diào)度表中的時(shí)隙分配的計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，所述工業(yè)過(guò)程具有至少一個(gè)控制任務(wù)(C1-C5，TC101-103，F(xiàn)C104-105)和多個(gè)無(wú)線使能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(S1-S7，A1-A8)。該方法包括導(dǎo)入至少一個(gè)所述控制環(huán)路(21-25，111-114)的至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性信息，將相關(guān)性信息自動(dòng)地轉(zhuǎn)換成通信調(diào)度表并至少根據(jù)至少兩個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的相關(guān)性關(guān)系向至少一個(gè)控制環(huán)路的一個(gè)或多個(gè)所述現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分配所述通信調(diào)度表中的時(shí)隙。還公開了一種系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
文檔編號(hào)G05B19/408GK102460320SQ200980160093
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
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