專利名稱：無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)總線管理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在自動(dòng)化設(shè)備中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換從而在中心裝置和外圍設(shè)備裝置之間進(jìn)行通信的通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知的是，為了在自動(dòng)化設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)層面上通信，采用所謂的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。在現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中或在分散的輸入/輸出組件中對(duì)測(cè)量值進(jìn)行數(shù)字化，并且接著通過(guò)一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)將測(cè)量值送至一個(gè)上級(jí)的控制器。為此需要至少一個(gè)通信連接和組件的饋電。存在這樣的總線系統(tǒng)，其中饋電和通信可以通過(guò)同一個(gè)導(dǎo)線對(duì)進(jìn)行(例如PR0FIBS PA，基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)總線)。與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)，所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)電流連接。這樣，一個(gè)僅涉及一個(gè)用戶的故障會(huì)影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，從而使所有其它用戶的數(shù)據(jù)傳輸同樣變得不再可能，至少明顯地被干擾。在極端情況下干擾可能非常強(qiáng)烈，導(dǎo)致不可修復(fù)的損傷。在工藝流程設(shè)備中屬于這類典型干擾的主要有短路、導(dǎo)線斷開、EMV干擾和雷擊。此外操作者對(duì)自動(dòng)化部件進(jìn)行的有意介入也被視為干擾。這種介入例如為了維護(hù)的目的是必需的，它常常對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程所需要的設(shè)備連續(xù)運(yùn)行構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。除此之外特別是還有自動(dòng)化設(shè)備的功能擴(kuò)展，這例如對(duì)于設(shè)備管理系統(tǒng)的集成是必需的。這種設(shè)備管理系統(tǒng)用于收集和處理關(guān)于外圍設(shè)備狀態(tài)的信息。自動(dòng)化設(shè)備的中央控制器原本是為處理過(guò)程值而設(shè)計(jì)的，不適合于處理和提供通過(guò)一個(gè)0/4. . 20毫安的接口模擬連接的外圍設(shè)備的這種信息。這個(gè)問(wèn)題同樣存在于具有模擬信息傳輸和上級(jí)的HART通信的過(guò)程控制，這時(shí)用于連接外圍設(shè)備的輸入/輸出組件不能用于HART通信，并且現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)不提供非周期性的服務(wù)。在這種過(guò)程控制中用于設(shè)備管理所需的信息在中央控制器中不可用，并且從而不能訪問(wèn)上級(jí)的設(shè)備管理系統(tǒng)。Fa. Pepperl+Fuchs 的出版物 “H. I. S. HART INTERFACES0LUTI0NS” 分冊(cè)號(hào) 475215公開了有HART能力的設(shè)備采用所謂的多路復(fù)用方案來(lái)提供資產(chǎn)管理信息。它們被設(shè)置在通信路徑中，以把所希望的信息傳送到中央控制器。然而附加的結(jié)構(gòu)是一種顯著的介入，這幾乎總是導(dǎo)致設(shè)備接通。通常這種對(duì)通信路徑結(jié)構(gòu)的介入是不希望有的，因?yàn)樗c高的存檔和測(cè)試開銷相聯(lián)系，或者由于用于沿著通信路徑所需附加部件的安放空間不可用或其提供費(fèi)用極高。多路復(fù)用方案的另一缺點(diǎn)是設(shè)備拓?fù)浜驮O(shè)備管理拓?fù)渲g經(jīng)常出現(xiàn)的不希望的關(guān)聯(lián)。從而用一個(gè)多路復(fù)用器使得只有個(gè)別信號(hào)用于提供設(shè)備管理信息通常是行不通的，因?yàn)槎嗦窂?fù)用器的布線服從輸入/輸出組件通常的8或16通道的變換。此缺點(diǎn)也存在用于連接外圍設(shè)備的輸入/輸出組件，這些外圍設(shè)備能進(jìn)行HART通信，并且現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)支持非周期性服務(wù)。發(fā)表在Computer&AUTOMATION的傳感器指南2005第14至18頁(yè)的文件“Dasdrahtlose Sensornetzwerk”公開了無(wú)線的且必要時(shí)通過(guò)多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸傳感器信號(hào)。其缺點(diǎn)在于過(guò)程值不再以模擬值或者說(shuō)作為總線信號(hào)提供。但是這里為了供應(yīng)能量仍然需要電纜導(dǎo)線。至于替代的用電池或太陽(yáng)能供應(yīng)能量，其維護(hù)很麻煩或者依賴于氣候，并因此不能被自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)營(yíng)商所接受。還已知有其它的總線系統(tǒng)，其中光波導(dǎo)體線路或無(wú)線線路被用來(lái)在兩個(gè)裝置間以一對(duì)一連接方式進(jìn)行信號(hào)傳輸。在現(xiàn)場(chǎng)中分布式放置的組件仍然以傳統(tǒng)方式通過(guò)電流連接的總線網(wǎng)絡(luò)連接
發(fā)明內(nèi)容

因此本發(fā)明的目的在于給出一種通信系統(tǒng)，其中一個(gè)中心站用多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線與用戶建立連接，并且與它們沒(méi)有直接的、電流耦合的連接。按照本發(fā)明，上述任務(wù)由權(quán)利要求I所述裝置完成。從屬權(quán)利要求給出本發(fā)明具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例。本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)是一個(gè)自動(dòng)化設(shè)備具有多個(gè)外部裝置，它們與一個(gè)中心控制裝置形成通信連接。這里測(cè)量值和診斷數(shù)據(jù)從外部裝置傳輸?shù)街行目刂蒲b置，并且調(diào)節(jié)值和參數(shù)從中心控制裝置傳送到外部裝置。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)在于連接在通信路徑之間的變換器，可預(yù)定數(shù)目的外部裝置被唯一地配置給它。此變換器被設(shè)計(jì)成用于與配置給它的外部設(shè)備進(jìn)行無(wú)線通信。在變換器和中心裝置之間的通信連接則是導(dǎo)線連接。根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)被構(gòu)造在用于過(guò)程控制的已有的導(dǎo)線連接的通信網(wǎng)絡(luò)之夕卜，是對(duì)現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充，這避免了前面所述的缺點(diǎn)。本發(fā)明具有優(yōu)點(diǎn)地使本說(shuō)明書開始處所述的一個(gè)外部裝置的故障的影響被限制在這個(gè)單元，并從而避免了其它外部裝置受這個(gè)故障的牽連而損傷。此外，通過(guò)對(duì)外部裝置的限制，使得用于過(guò)程控制的導(dǎo)線連接的通信網(wǎng)絡(luò)與本發(fā)明所述的通信系統(tǒng)在邏輯上不同且可相互隔離，從而使這兩個(gè)通信系統(tǒng)在規(guī)劃和運(yùn)行中可有相互不同的特性。設(shè)備管理信息的訪問(wèn)可局限于可預(yù)定數(shù)目或可預(yù)定種類的外圍設(shè)備。具有優(yōu)點(diǎn)的是，本發(fā)明所述通信系統(tǒng)允許以邏輯上不同的總線系統(tǒng)對(duì)外圍設(shè)備進(jìn)行中央訪問(wèn)，這些總線系統(tǒng)可被配置給不同的控制器。此外本發(fā)明無(wú)需附加的連接空間位置，因?yàn)閷?shí)施本發(fā)明的指導(dǎo)所需的部件分散安裝在外圍設(shè)備附近。通過(guò)本發(fā)明所述的通信系統(tǒng)，具有優(yōu)點(diǎn)地避免了對(duì)中心控制器的影響，因?yàn)槠渖媳粋鬏數(shù)男畔⒃谥行目刂破髋赃呁ㄟ^(guò)。以這種方式，無(wú)需設(shè)備停機(jī)就可以完成自動(dòng)化設(shè)備復(fù)雜的擴(kuò)展。無(wú)線通信路徑上的裝置的能量供給通過(guò)用于過(guò)程控制的導(dǎo)線連接的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。具有優(yōu)點(diǎn)的是，可以不需要附加的電纜和太陽(yáng)能電池用于外圍設(shè)備的能量供應(yīng)。并行的設(shè)備管理系統(tǒng)也對(duì)過(guò)程值進(jìn)行訪問(wèn)，這在用于過(guò)程控制的導(dǎo)線連接的通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)是冗余實(shí)現(xiàn)的。此外，昂貴的電流隔離的數(shù)量被限制到為傳輸過(guò)程值所需的最小值上。


下面借助實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。唯一的附圖示出一個(gè)通信系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式變換器20恰好被唯一地配置給η個(gè)外部裝置31至3η。外部裝置31至3η和變換器20具有一個(gè)發(fā)送和接收裝置，用它可以以無(wú)線方式交換它們的數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中數(shù)據(jù)交換通過(guò)無(wú)線電來(lái)完成。在本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中，外部裝置31至3η被實(shí)現(xiàn)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。這里在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中所選擇的外部裝置31和32作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備被配置給第一個(gè)過(guò)程控制器71， 其它的外部裝置3η被配置給獨(dú)立于第一個(gè)過(guò)程控制器的第二個(gè)過(guò)程控制器72。在示意圖中裝置31至3η為模擬的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，它們通過(guò)常規(guī)的設(shè)備連線60經(jīng)由一個(gè)電流回路與配置給過(guò)程控制器71和72的相應(yīng)輸入/輸出組件81和82相連接。過(guò)程控制器71和72分別通過(guò)各自的導(dǎo)線連接的通信連接41和42與輸入/輸出組件81和82相連接。變換器20通過(guò)一個(gè)導(dǎo)線連接的通信連接40與中心控制器10相連接。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)線連接的通信連接40被實(shí)現(xiàn)為常規(guī)的導(dǎo)線連接。在本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施例中，導(dǎo)線連接的通信連接40也可以是光波導(dǎo)體連接。在中心裝置10中用于設(shè)備管理的不同過(guò)程控制71和72的外部裝置31至3η的狀態(tài)數(shù)據(jù)被收集和分析。用于設(shè)備管理的通信系統(tǒng)與用于控制工藝流程的通信系統(tǒng)無(wú)關(guān)地被迭加在其上。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，用于設(shè)備管理的通信系統(tǒng)和用于控制工藝流程的通信系統(tǒng)可以相互連接。為此，過(guò)程控制器71和72與中心裝置90連接在一個(gè)共用的系統(tǒng)總線90上。變換器20把從現(xiàn)場(chǎng)接收的輸入值轉(zhuǎn)發(fā)給中心裝置10，或者將由中心裝置10接收到的輸出值發(fā)送到外部裝置31至3η。此外，這個(gè)雙向通信還被用于外部裝置31至3η的配置和參數(shù)化。為此目的，變換器20將中心裝置10所提供的數(shù)據(jù)發(fā)送到與這些數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的外部裝置31至3η。然后在外部裝置31至3η中以已知的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。在結(jié)構(gòu)上，每個(gè)外部裝置31至3η配置有一個(gè)無(wú)線通信部件。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，無(wú)線通信部件作為單獨(dú)的裝置被嵌入到引向通信外部裝置31至3η的電流回路中。這里無(wú)線通信部件由此電流回路饋電。為了在單獨(dú)的無(wú)線通信部件與外部裝置31至3η之間進(jìn)行通信，一個(gè)交流電流被調(diào)制到供電的直流電流上。為此，特別是一個(gè)符合HART規(guī)范的協(xié)議是適用的。具有優(yōu)點(diǎn)的是，這個(gè)實(shí)施方式對(duì)于現(xiàn)有的具有設(shè)備管理裝置的自動(dòng)化設(shè)備增補(bǔ)設(shè)備特別適合。這里對(duì)外部裝置31至3η的影響保持局限于局部。在本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施方式中，無(wú)線通信部件被實(shí)現(xiàn)為補(bǔ)充模塊。外部裝置31至3η被裝配有一個(gè)用于可選的補(bǔ)充模塊的接納裝置。無(wú)線通信部件被放入此接納裝置中，并且由外部裝置31至3η供電。例如一個(gè)局部的指示模塊可以由一個(gè)通信模塊所代替。這里具有優(yōu)點(diǎn)的是，常規(guī)設(shè)備連接線60的導(dǎo)線連接的通信網(wǎng)絡(luò)不受到影響。在一個(gè)替代實(shí)施方式中，輸入/輸出組件81，82被實(shí)現(xiàn)為外部裝置31至3η。這里過(guò)程值通過(guò)模擬電流回路在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與輸入/輸出組件81，82之間傳輸，一個(gè)交流信號(hào)被調(diào)制到電流回路上，用來(lái)傳輸設(shè)備管理信息。對(duì)此特別是一個(gè)符合HART規(guī)范的協(xié)議是適用的。在輸入/輸出組件81，82中設(shè)備管理信息在導(dǎo)線連接的交流電流傳輸和無(wú)線傳輸之間轉(zhuǎn)換，并且通過(guò)無(wú)線通信連接50和變換器20與中心裝置10交換設(shè)備管理信息。通過(guò)這種實(shí)施方式成功地克服了傳輸設(shè)備管理信息時(shí)在輸入/輸出組件81，82和過(guò)程控制器71和72之間通信時(shí)的對(duì)制造過(guò)程特定的不兼容性。此外，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接在一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線上并且能夠在現(xiàn)場(chǎng)總線上進(jìn)行數(shù)字通信時(shí)應(yīng)用此實(shí)施方式也是具有優(yōu)點(diǎn)的。
附圖標(biāo)記列表10中心裝置20變換器31至3η外部裝置40，41，42導(dǎo)線連接的通信連接50無(wú)線通信連接60常規(guī)的設(shè)備連線71，72過(guò)程控制器81，82輸入/輸出組件90系統(tǒng)總線
權(quán)利要求
1.一種用于在自動(dòng)化設(shè)備中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換從而在中心裝置與外部裝置之間進(jìn)行通信的通信系統(tǒng)，所述通信系統(tǒng)包括 變換器， 中心裝置， 多個(gè)控制器； 其中，所述變換器接入在自動(dòng)化設(shè)備中的外部裝置和中心裝置之間的第一路徑中，并且具有可預(yù)定數(shù)目的相配的外部裝置，所述變換器被實(shí)現(xiàn)為與中心裝置進(jìn)行導(dǎo)線連接的通信，以及無(wú)線通信； 其中在自動(dòng)化設(shè)備中的多個(gè)第二路徑的每一個(gè)與第一路徑去耦， 所述多個(gè)第二路徑的至少一個(gè)包括所述多個(gè)控制器的至少一個(gè)，所述控制器控制至少兩個(gè)外部裝置，所述多個(gè)控制器被通信系統(tǒng)的第一路徑繞過(guò)， 其中第一路徑用于自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)備管理， 其中每一個(gè)第二路徑用于控制至少一部分外部裝置。
2.如權(quán)利要求I所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，外部裝置是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
3.如權(quán)利要求2所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能通過(guò)通信連接進(jìn)行配置。
4.如權(quán)利要求I所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，外部裝置為輸入/輸出組件。
5.如權(quán)利要求I所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，所述變換器把從相配的外部裝置接收的輸入值轉(zhuǎn)發(fā)給中心裝置，并且將從中心裝置接收到的輸出值發(fā)送到相配的外部裝置。
6.如權(quán)利要求I所述的通信系統(tǒng)，其特征在于，被通信系統(tǒng)的第一路徑繞過(guò)的控制器與一個(gè)或多個(gè)外部裝置進(jìn)行用于設(shè)備管理的信息的通信。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在自動(dòng)化設(shè)備中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換從而在中心裝置與外部裝置之間進(jìn)行通信的通信系統(tǒng)，所述通信系統(tǒng)包括變換器、中心裝置和多個(gè)控制器；其中，所述變換器接入在自動(dòng)化設(shè)備中的外部裝置和中心裝置之間的第一路徑中并且具有可預(yù)定數(shù)目的相配的外部裝置，所述變換器被實(shí)現(xiàn)為與中心裝置進(jìn)行導(dǎo)線連接的通信，以及無(wú)線通信；其中在自動(dòng)化設(shè)備中的多個(gè)第二路徑的每一個(gè)包括多的至少一個(gè)，所述控制器控制至少兩個(gè)外部裝置，所述多個(gè)控制器被通信系統(tǒng)的第一路徑繞過(guò)，其中第一路徑用于自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)備管理，其中每一個(gè)第二路徑用于控制至少一部分外部裝置。
文檔編號(hào)H04L29/08GK102970335SQ201210421820
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2007年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
發(fā)明者T·庫(kù)爾, R·胡克 申請(qǐng)人:Abb股份公司