本披露涉及用于控制工業(yè)過程的現(xiàn)場總線技術(shù)，并且更具體地涉及在其中通過二線環(huán)路將數(shù)據(jù)和電力傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備的現(xiàn)場總線技術(shù)。

披露背景

現(xiàn)場總線是用在過程自動化中的網(wǎng)絡(luò)，在過程自動化中，現(xiàn)場設(shè)備形成網(wǎng)絡(luò)上的一些節(jié)點并且總站或主機形成網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點之一。該網(wǎng)絡(luò)可包括連接至電源的干路或主線路以及從干路延伸的支路，其中現(xiàn)場設(shè)備形成支路上的節(jié)點?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的功能是以可靠的且及時的方式向并且從節(jié)點對數(shù)據(jù)進行傳輸。

現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)典型地將其通信協(xié)議基于由國際標準化組織(ISO)維護為ISO/IEC 7498-1的開放系統(tǒng)互連模型(OSI)。OSI模型定義了層次、分層的通信棧，在其中將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)幀且從數(shù)據(jù)幀對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換以用于進行網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。每一層向其正上方及正下方的層提供服務(wù)。

OSI模型的最低層是物理層。物理層處置將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)碾娦盘柷覐脑诰W(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)碾娦盘枌?shù)據(jù)幀進行轉(zhuǎn)換。物理層定義了網(wǎng)絡(luò)的物理規(guī)范和電氣規(guī)范(網(wǎng)絡(luò)拓撲、布線規(guī)范、電壓、線路阻抗等)以及數(shù)據(jù)幀如何在網(wǎng)絡(luò)上表示(例如曼徹斯特編碼、歸零編碼、不歸零反向編碼等)。

許多現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)利用由物理層規(guī)范定義的二線環(huán)路。二線環(huán)路將電力傳輸至節(jié)點并且用于在節(jié)點與主機之間的數(shù)據(jù)通信。通常由攜帶在環(huán)路上的DC電壓對電力進行傳輸，并且通過將AC數(shù)據(jù)信號疊加在DC電壓上來傳送數(shù)據(jù)。利用二線環(huán)路的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)包括基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1、PROFIBUS PA以及包括以太網(wǎng)供電(POE)網(wǎng)絡(luò)的基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)(注意，除了在二線環(huán)路中所使用的那些之外，有線現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)可包括其他接線)。

圖1示意性地展示了一種具有連接至二線環(huán)路(由單線14表示)的物理層12以便在環(huán)路14上傳輸和接收數(shù)據(jù)幀16的現(xiàn)場總線通信棧10。由疊加在DC電壓18上的AC數(shù)據(jù)信號對每一個數(shù)據(jù)幀16進行定義。數(shù)據(jù)幀16由幀之間的“安靜時間”20間隔開，該“安靜時間”避免數(shù)據(jù)幀之間的碰撞與干擾。物理層規(guī)范定義了AC數(shù)據(jù)信號的編碼以及如何避免數(shù)據(jù)幀的碰撞。

圖2示意性地展示了數(shù)據(jù)幀16的用于基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的編碼(省略DC分量)。如時鐘信號22所指示的，以31.25kHz的頻率對數(shù)據(jù)位進行傳輸，即位時是一秒的31250分之一。

使用同步曼徹斯特編碼技術(shù)對每一個數(shù)據(jù)幀16的數(shù)據(jù)部分進行編碼，在此技術(shù)中，在位時中間的正電壓變化表示邏輯“0”且在位時中間的負電壓變化表示邏輯“1”。為前導24以及數(shù)據(jù)幀16的開始定界符26和結(jié)束定界符28定義特殊代碼。

在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點使用前導24來將其內(nèi)部時鐘與進入數(shù)據(jù)幀16進行同步，并使用開始定界符26來尋找數(shù)據(jù)幀16的數(shù)據(jù)部分的開始。在找到開始定界符26后，直到接收了結(jié)束定界符28節(jié)點才接受數(shù)據(jù)。開始定界符26和結(jié)束定界符28包括N+和N-信號，這些信號在位時的中間不改變電壓以便輔助節(jié)點識別開始定界符和結(jié)束定界符。

圖2展示了如包括邏輯字節(jié)10011010序列的數(shù)據(jù)30，這些邏輯字節(jié)作為數(shù)據(jù)信號32在數(shù)據(jù)幀16中被編碼?，F(xiàn)場總線通信協(xié)議定義了包括在數(shù)據(jù)幀16內(nèi)的最大和最小數(shù)據(jù)位數(shù)。

數(shù)據(jù)信號32表示應(yīng)該在二線環(huán)路14上進行傳輸?shù)睦硐階C電壓信號。由于二線環(huán)路14的物理特點和周圍的物理環(huán)境，實際AC電壓信號將不同于理想的電壓信號32。圖3展示了與理想的電壓信號32相比的實際AC電壓信號34。

與理想的部分信號偏差包括信號噪聲、抖動和過沖。圖4展示了具有最大振幅36的信號噪聲。圖5展示了抖動38，該抖動是過零電壓線的AC信號躍遷與位周期的中點之間的時間差?，F(xiàn)場總線協(xié)議典型地定義了可接受的抖動限值40。圖6展示了具有幅度42的瞬時過沖以及具有帶有幅度44的DC偏移的AC信號。與理想的其他信號偏離包括畸變波形、過高或過低的DC功率水平、電壓尖峰等。由于與理想的這些信號偏差和波形變化在現(xiàn)場總線領(lǐng)域是公知的，因此將不對它們進行進一步詳細討論。

標準化的現(xiàn)場總線通信協(xié)議的要求使得現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)難以與其他具有不同通信協(xié)議的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進行通信。

此外，現(xiàn)場總線通信協(xié)議的要求需要現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的物理層被維護以用于網(wǎng)絡(luò)的可靠操作。如在現(xiàn)場總線物理層診斷領(lǐng)域是已知的，物理層診斷設(shè)備是已知的，其連接至二線環(huán)路14并監(jiān)測現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的物理層，測量并評估總線電壓、信號噪聲、重傳計數(shù)、遮蔽缺陷、信號水平、以及其他電氣和物理參數(shù)與事件。

已知的現(xiàn)場總線物理層診斷設(shè)備的示例是由德國博倫博格菲尼克斯電氣股份有限公司(Phoenix Contact GmbH)售賣的現(xiàn)場診斷模塊。該診斷模塊提供來自與AC和DC電氣相關(guān)的測量的數(shù)據(jù)，該與AC和DC電氣相關(guān)的測量對于評估現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的物理層的健康是有用的。

一些物理層診斷設(shè)備被設(shè)計為附接在電源附近的支路上。然而，尤其是在隔離的或可調(diào)電壓的支路的情況下，支路上的電氣參數(shù)與干路上的電氣參數(shù)不相同。單獨的現(xiàn)場設(shè)備的附加信息(諸如電流汲取)可能對附接至干路的診斷設(shè)備是不可用的。其他診斷設(shè)備被設(shè)計為附接至支路并且診斷設(shè)備包括通信電路以便在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上進行通信。但是，將此類診斷設(shè)備添加至支路是昂貴的。

有些現(xiàn)場總線物理層診斷設(shè)備將示波器并入診斷設(shè)備內(nèi)。示波器可以是由設(shè)備提供的單獨的診斷工具或者可以是由設(shè)備提供的一組診斷工具中的一部分。示波器使得用戶連續(xù)地監(jiān)測現(xiàn)場總線通信并觀看信號波形。示波器提供波形的診斷信息以用于進行分析。

由于示波器以相對高的頻率(高于波形的位頻率)對波形進行采樣，因此通過二線環(huán)路來傳遞由示波器生成的數(shù)據(jù)流是不切實際的。相反，使用專用的、更高的帶寬通信信道且不通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)自身將示波器數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)移出現(xiàn)場設(shè)備。現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與示波器通信信道之間的電連接也必須相互隔離。這妨礙了將示波器用作現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的有效診斷工具。

披露簡要概述

披露了一種現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，該現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)包括為每一個支路具有專用的支路診斷電路的模塊化設(shè)備耦合器、用于將本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)耦合至一個或多個遠程現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的模塊化遠程現(xiàn)場耦合器以及包括一體式示波器的診斷設(shè)備，該診斷設(shè)備由現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)供電且在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上進行通信。

在本披露的一個方面中披露了一種用于將支路連接至干路的模塊化設(shè)備耦合器，該模塊化設(shè)備耦合器包括網(wǎng)關(guān)模塊以及在本地總線上傳送電力和數(shù)據(jù)的一個或多個支路模塊。網(wǎng)關(guān)模塊充當現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的現(xiàn)場節(jié)點從現(xiàn)場總線環(huán)路上汲取電力以便為網(wǎng)關(guān)模塊和本地總線供電，并處置現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與本地總線之間的通信。每一個支路模塊具有用于附接支路的端子，并且一些實施例包括專用于附接的支路的物理層診斷的診斷電路。支路模塊從本地總線汲取電力并將本地總線用于支路模塊與網(wǎng)關(guān)模塊之間的數(shù)據(jù)通信(包括診斷通信)。

本披露的另一方面披露了一種將非傳統(tǒng)的輸入/輸出(IO)點(諸如其他類型的有線或無線過程網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場設(shè)備)連接至本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的遠程現(xiàn)場總線耦合器。實施例中的遠程現(xiàn)場總線耦合器被形成為包括網(wǎng)關(guān)模塊和一個或多個耦合器模塊的模塊化現(xiàn)場總線耦合器，每一個耦合器模塊用于連接至外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)或外部現(xiàn)場設(shè)備。網(wǎng)關(guān)模塊充當本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的現(xiàn)場節(jié)點從現(xiàn)場總線環(huán)路上汲取電力以便為網(wǎng)關(guān)模塊和本地總線供電，并處置現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與本地總線之間的通信。每一個耦合器模塊或者具有用于經(jīng)由有線耦合器支路有線連接至外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)或外部現(xiàn)場總線設(shè)備的端子或者具有用于無線連接至外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)或外部現(xiàn)場總線設(shè)備的天線。耦合器模塊從本地總線汲取電力并將本地總線用于耦合器模塊與網(wǎng)關(guān)模塊之間的數(shù)據(jù)通信。耦合器模塊還可以包括從本地總線為耦合器支路或天線供電的電路。

耦合器支路或天線連接可以使用與網(wǎng)關(guān)模塊附接至其上的本地現(xiàn)場總線不同的現(xiàn)場總線協(xié)議。耦合器支路通信電路將處置任何所需的來自本地現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)協(xié)議和耦合器支路或天線協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

本披露的又另一方面披露了包括示波器的現(xiàn)場總線診斷設(shè)備。診斷設(shè)備通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進行通信并且在優(yōu)選實施例中僅通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)為該診斷設(shè)備供電。

示波器具有用戶可選的觸發(fā)，每一個觸發(fā)發(fā)起存儲和之后傳輸由拍攝現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通信的“快照”或“觸發(fā)窗口”的示波器生成的數(shù)據(jù)。通過“快照”或“觸發(fā)窗口”，意味著示波器對通過表示現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)通信的有限時間間隔或時間片的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)診斷數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行了采樣和存儲。示波器不需要傳輸穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流。

在示波器的優(yōu)選實施例中，用戶選擇示波器采樣率。如果期望高分辨率快照，選擇相對高的采樣率。如果低分辨率快照是可接受的，選擇相對低的采樣率。用戶以數(shù)據(jù)量(以及因此在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上與所有那些數(shù)據(jù)進行通信所需的時間)換取傳輸數(shù)據(jù)的分辨率。

診斷設(shè)備可以返回表示電壓和時間戳或其他與示波器生成的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的唯一標識符的數(shù)據(jù)。這使得用戶重建波形形狀以用于視覺顯示或其他分析，并且使得診斷設(shè)備在由于任何原因而無法傳輸數(shù)據(jù)點的情況下重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

在又其他實施例中，診斷設(shè)備進行示波器數(shù)據(jù)的進一步數(shù)值分析或操縱以便減少在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上從診斷設(shè)備轉(zhuǎn)移的診斷數(shù)據(jù)量。

例如，在一些實施例中，診斷設(shè)備從示波器數(shù)據(jù)生成標準圖像格式的圖像。診斷設(shè)備不是在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上轉(zhuǎn)移示波器數(shù)據(jù)，而是在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上傳輸圖像數(shù)據(jù)。

在又其他可能的實施例中，診斷設(shè)備生成了對示波器快照數(shù)據(jù)的分析進行總結(jié)的報告。報告可以以標準的文本格式被生成，該報告而不是示波器數(shù)據(jù)在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上被傳輸。在又進一步的可能的實施例中，診斷設(shè)備可以從示波器數(shù)據(jù)生成簡單的布爾“是”/“否”或“通過”/“失敗”值，其中布爾值而不是示波器數(shù)據(jù)在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上被傳輸。

在診斷設(shè)備的附加的其他可能的實施例中，診斷設(shè)備包括利用例如常規(guī)的快速傅立葉變換分析將時域數(shù)據(jù)變換為頻域數(shù)據(jù)的頻譜分析儀。頻域數(shù)據(jù)提供有關(guān)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)性能的有價值的信息并且傳輸時域數(shù)據(jù)或時域數(shù)據(jù)的分析結(jié)果與傳輸示波器數(shù)據(jù)相比還可以降低對現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的要求。

具有由現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)來供電且在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上進行通信的示波器的現(xiàn)場總線診斷設(shè)備可被放置在遠離現(xiàn)場總線電源和主機的、現(xiàn)場設(shè)備所在的且網(wǎng)絡(luò)環(huán)境最艱苦的過程環(huán)境中的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上。這使得示波器在表示現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)總體健康的最佳指示的位置處對網(wǎng)絡(luò)進行采樣，從而能夠更好的預(yù)測和防止網(wǎng)絡(luò)故障時間。

本披露的其他目的和特征從前述說明中將變得清楚，尤其是當與附圖結(jié)合來展示在此所作的教導的實施例。

附圖簡要概述

圖1展示了常規(guī)的現(xiàn)場總線通信棧；

圖2展示了現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)的常規(guī)編碼；

圖3展示了由現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)某Ｒ?guī)AC電壓信號；

圖4是在展示信號噪聲的圖3中示出的細節(jié)4的放大圖；

圖5是在展示抖動的圖3中示出的細節(jié)5的放大圖；

圖6是在展示過沖和DC偏移的圖3中示出的細節(jié)6的放大圖；

圖7展示了基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1網(wǎng)絡(luò)；

圖8展示了附接至在圖7中示出的網(wǎng)絡(luò)的模塊化設(shè)備耦合器；

圖9展示了在圖8中示出的模塊化設(shè)備耦合器的網(wǎng)關(guān)模塊；

圖10展示了組成在圖8中示出的模塊化設(shè)備耦合器的一部分的診斷模塊；

圖11展示了附接至在圖7中示出的網(wǎng)絡(luò)的模塊化現(xiàn)場總線耦合器；

圖12展示了組成在圖11中示出的模塊化現(xiàn)場總線耦合器的一部分的耦合器模塊；

圖13展示了附接至在圖7中示出的網(wǎng)絡(luò)的診斷現(xiàn)場設(shè)備；

圖14展示了組成在圖13中示出的診斷現(xiàn)場設(shè)備的一部分的示波器；

圖15展示了示波器觸發(fā)事件；

圖16展示了其他示波器觸發(fā)事件；

圖17展示了示波器的邏輯和控制邏輯的某些部件；以及

圖18展示了由從觸發(fā)事件收集的示波器數(shù)據(jù)生成的圖像。

詳細披露

圖7展示了具有干路或主線路412的基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)410，該現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)被形成為二線環(huán)路并由電源414來供電(為了清楚，未在圖7中示出網(wǎng)絡(luò)的一些常規(guī)特征(諸如任何需要的終止電阻器))。主機416連接至干路412并與連接至從干路412延伸的支路420的基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1現(xiàn)場設(shè)備418進行通信。為了簡化附圖，每一個支路420被示出為僅連接至一個現(xiàn)場設(shè)備418。這些特征是常規(guī)的且因此將不會被進一步詳細地描述。

支路420由模塊化設(shè)備耦合器110附接至干路412，該設(shè)備耦合器110具有用于連接至干路412的每一個支路420的支路模塊(以下更詳細描述的)。如將在以下更詳細描述的，每一個支路模塊包括專用于對附接至支路模塊的支路的物理性能進行評估的一體式物理層診斷電路。

如將在以下更詳細描述的，將非傳統(tǒng)IO點(諸如其他類型的有線或無線過程網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場設(shè)備)連接至現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)410的模塊化遠程現(xiàn)場總線耦合器210也附接至干路412。示出了將基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1現(xiàn)場總線410耦合至三個外部網(wǎng)絡(luò)(HART網(wǎng)絡(luò)422、MODBUS網(wǎng)絡(luò)424和WIRELESSHART網(wǎng)絡(luò)426)的現(xiàn)場總線耦合器210?，F(xiàn)場總線耦合器210使能現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)410與外部網(wǎng)絡(luò)422、424、426之間的網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)通信。

外部網(wǎng)絡(luò)422、424、426各自也包括附接至外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)以用于網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)通信的現(xiàn)場總線耦合器(諸如連接至外部網(wǎng)絡(luò)422的現(xiàn)場總線耦合器427，該耦合器427類似于現(xiàn)場總線耦合器210)?，F(xiàn)場總線耦合器210連接至通過對應(yīng)的有線耦合器支線422S、424S附接至外部網(wǎng)絡(luò)422、424的現(xiàn)場總線耦合器。耦合器支線(諸如支線422S)可以符合通過耦合器支線連接的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)中的一個現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的物理層規(guī)范或可以符合不同于由耦合器支線互連的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)兩者的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的物理層規(guī)范。例如，支線422S符合HART協(xié)議，并且支線424S符合基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1協(xié)議。

如果附接至現(xiàn)場總線耦合器210的耦合器支線的協(xié)議與耦合器210附接至其上的本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議相同，現(xiàn)場總線耦合器210對本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與耦合器支線之間的數(shù)據(jù)進行中繼而無需改變數(shù)據(jù)協(xié)議。如果附接至現(xiàn)場總線耦合器210的耦合器支線的協(xié)議與本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議不同，現(xiàn)場總線耦合器210將數(shù)據(jù)從一個協(xié)議轉(zhuǎn)換為另一個協(xié)議以用于本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與耦合器支線之間的數(shù)據(jù)傳輸。

附接至無線網(wǎng)絡(luò)426的現(xiàn)場總線耦合器利用常規(guī)的無線協(xié)議(諸如例，例如WIRELESSHART協(xié)議或ZIGBEE協(xié)議)經(jīng)由以虛線426S表示的“無線傳輸線”與現(xiàn)場總線耦合器210進行通信。

還示出了經(jīng)由有線耦合器支線428S將基金會現(xiàn)場總線(Foundation Fieldbus)H1現(xiàn)場總線410耦合至PROFIBUS現(xiàn)場設(shè)備428的現(xiàn)場總線耦合器210。耦合器支線428S符合PROFIBUS物理層規(guī)范。即從現(xiàn)場設(shè)備428的觀點來看，設(shè)備428附接至兼容的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，而不是附接至基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1網(wǎng)絡(luò)。

還又通過支路430附接至網(wǎng)絡(luò)410的是診斷現(xiàn)場設(shè)備310。如將在以下更詳細描述的，診斷現(xiàn)場設(shè)備310包括經(jīng)由支路30對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信進行采樣的一體式示波器。

模塊化設(shè)備耦合器110被示出在圖8中并且包括網(wǎng)關(guān)模塊112和一個或多個支路診斷模塊114。圖8展示了具有三個支路診斷模塊114的設(shè)備耦合器110，但理解的是，更多或更少個診斷模塊114可用于根據(jù)需要形成設(shè)備耦合器110。

如此處在本申請人所擁有的美國專利8,180,938中所描述的，并且具有與本申請一樣的一個或多個共同發(fā)明人，模塊112、114經(jīng)由包括本地通信總線118和本地電源總線120的本地總線116彼此本地地進行通信。本地總線116可以是串行連接總線或與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)410分離的背板式連接系統(tǒng)，諸如在歐洲專利公開EP2053697或美國專利公開20090194814中所描述的TBUS(商標)連接系統(tǒng)。如在’938專利中所描述的，TBUS系統(tǒng)使得有缺陷的診斷模塊114被移除并取代而不影響對其他診斷模塊的電力和通信。網(wǎng)關(guān)模塊112和該一個或多個設(shè)備模塊114可安裝在常規(guī)的DIN軌道(未示出)上以便將模塊112、114連接至本地總線116。

設(shè)備耦合器網(wǎng)關(guān)模塊112附接至網(wǎng)絡(luò)二線環(huán)路以便從網(wǎng)絡(luò)二線環(huán)路為其供電并且在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)410上形成與其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(諸如主機416)進行通信的節(jié)點。所展示的網(wǎng)關(guān)模塊112被示出連接至網(wǎng)絡(luò)干路412并包括從現(xiàn)場總線環(huán)路為網(wǎng)關(guān)模塊112來供電的電路122以及從現(xiàn)場總線環(huán)路為本地電源總線120來供電的電路124。參見圖9。網(wǎng)關(guān)模塊112還包括在現(xiàn)場總線環(huán)路上進行通信的網(wǎng)絡(luò)通信電路126以及在本地通信總線118上與0-N診斷模塊114進行通信的本地通信電路128。

所展示的網(wǎng)關(guān)模塊112與在環(huán)路末端的中間的雙過程環(huán)路串聯(lián)。如用常規(guī)的、非模塊化的設(shè)備耦合已實踐的，如果網(wǎng)關(guān)模塊112位于環(huán)路的遠離電源的末端，網(wǎng)關(guān)模塊112可設(shè)置有電阻器(未示出)以便提供終止。

診斷模塊114旨在形成設(shè)備耦合器110的一部分以用于利用本地總線116將支路420連接至二線環(huán)路412。所展示的診斷模塊114被示出為連接至支路420并包括且實際上包括連接至模塊端子131以用于將支路420連接至診斷模塊114的內(nèi)部支路區(qū)段130。參見圖10。

診斷模塊114包括從本地電源總線120為診斷模塊114來供電的電路132以及從本地電源總線120為附接至設(shè)備模塊114的支路420來供電的電路134。如此處由本申請人擁有的在美國專利7,940,508“固有地安全的模塊化控制系統(tǒng)(Inherently Safe Modular Control System)”中所描述的，并且具有與本申請一樣的至少一個發(fā)明人，支路電源電路134可以包括將支路420與本地總線116以及與附接至網(wǎng)關(guān)模塊112的二線環(huán)路412隔離的隔離電路(未示出)。

診斷模塊114進一步包括在本地通信總線118上與網(wǎng)關(guān)模塊112進行通信的本地通信電路136以及在支路420上進行通信的支路通信電路138。支路通信電路138連接至本地通信電路136以使得支路420與附接至網(wǎng)關(guān)模塊112的二線環(huán)路之間的通信生效。

如上所述的診斷模塊114的電源電路和通信電路使得診斷模塊114充當將支路420與干路412隔離連接的設(shè)備耦合器。然而，診斷模塊114進一步包括連接至支路區(qū)段130以用于支路物理層診斷的電路140。診斷電路140能夠提供物理層測量以及連接至端子132的支路420的信息。診斷電路140連接至本地通信電路136以便使能診斷電路140與主機416之間的雙向通信，包括將診斷數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)回至主機416。

在其他可能的實施例中，診斷模塊114包括被編程以用于進行診斷數(shù)據(jù)的分析、遠離主機18以更高效地利用通信和數(shù)字運算資源的微處理器(未示出)。

模塊化現(xiàn)場總線耦合器210被示出在圖11中并且包括現(xiàn)場總線耦合器網(wǎng)關(guān)模塊212和一個或多個現(xiàn)場總線耦合器模塊214。圖11展示了具有附接至本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)411的耦合器網(wǎng)關(guān)模塊212以及通過本地總線216(像總線116)連接至耦合器網(wǎng)關(guān)模塊212的三個現(xiàn)場總線耦合器214的現(xiàn)場總線耦合器210。耦合器模塊214也附接至對應(yīng)的耦合器支路215A、215B、215C。

將本地總線216用于外部耦合器210的模塊之間的模塊間通信和電力與如前所述的針對將總線116用于設(shè)備耦合器110的模塊的模塊間通信相同，并且因此將不會被進一步詳細地描述。

現(xiàn)場總線耦合器網(wǎng)關(guān)模塊212基本上類似于在圖9中所示的設(shè)備耦合器網(wǎng)關(guān)模塊112，但卻僅被設(shè)計設(shè)成為現(xiàn)場設(shè)備且因此不能“穿過”現(xiàn)場總線干路的通信和電力。如果現(xiàn)場總線耦合器210如設(shè)備耦合器110那樣被設(shè)計為穿過本地干路通信，可如前所討論的提供類似的終止特征?，F(xiàn)場總線耦合器網(wǎng)關(guān)模塊212在本地通信總線216上與0-N耦合器模塊214進行通信。

耦合器模塊214旨在利用本地總線216將外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)連接至本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)10。在圖12中的耦合器模塊214被示出為連接至有線支路215以用于本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)10與外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)或外部現(xiàn)場總線設(shè)備(未示出)之間的通信。外部現(xiàn)場總線協(xié)議不必在數(shù)據(jù)格式水平或物理水平與本地現(xiàn)場總線410的協(xié)議兼容。

耦合器模塊214包括從本地電源總線220為診斷模塊214來供電的電路232以及如果需要的話從本地電源總線220為附接至設(shè)備模塊214的支線215來供電的以虛線示出的電路234。如前針對診斷模塊114所述的，傳輸電源電路234可以包括將傳輸線215與本地總線216以及本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)410隔離的隔離電路(未示出)。

耦合器模塊214進一步包括在本地通信總線218上與網(wǎng)關(guān)模塊212進行通信的本地通信電路236以及用于在耦合器模塊214與外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)之間的支路215上進行通信的傳輸通信電路238。傳輸通信電路238連接至本地通信電路236以用于通過外部現(xiàn)場總線耦合器210在本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)410與外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)之間進行通信。

如果耦合器模塊214被設(shè)計為用于本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與遠程外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)或外部現(xiàn)場總線設(shè)備之間的無線通信，支路215表示無線傳輸線，即數(shù)據(jù)的無線傳輸。在耦合器模塊214的此類實施例中，傳輸電路238連接至天線240(在圖12中以虛線示出)以用于數(shù)據(jù)的無線發(fā)送和接收?？杀焕靡赃M行數(shù)據(jù)的無線通信的無線現(xiàn)場總線協(xié)議的示例包括(在現(xiàn)場總線領(lǐng)域已知的其他示例)WIRELESSHART和ZIGBEE協(xié)議。相反，為有線支路供電的電路將被配置成用于為無線傳輸線供電，即該電路將被配置成用于為在圖12中以虛線示出的天線240供電。

在所展示的實施例中，本地通信電路236能夠充當外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點并處置外部現(xiàn)場總線協(xié)議到本地現(xiàn)場總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換。傳輸線215實際上是與外部現(xiàn)場總線的物理層要求兼容的外部現(xiàn)場總線的支路。耦合器模塊214作為外部網(wǎng)絡(luò)上的另一個節(jié)點為外部網(wǎng)絡(luò)所見。從而，附接至支路215的外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的耦合器可以只是用于連接支路(該支路可以包括如上所述的支路診斷)的設(shè)備耦合器。外部設(shè)備耦合器還可向支路215提供電力。

在其他可能的實施例中，傳輸通信電路238能夠充當本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點，并且利用例如類似于耦合器模塊214的耦合器模塊(例如像在圖7中示出的耦合器模塊427)在外部網(wǎng)絡(luò)上完成相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換。傳輸線215實際上將是由連接的耦合器模塊中的一個耦合器模塊來供電并從耦合器模塊214延伸至在外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的相應(yīng)的耦合器模塊的傳輸通信電路的基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1支路。在本地網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議與連接支路的協(xié)議相同的實施例中，傳輸通信電路238無法轉(zhuǎn)換協(xié)議之間的數(shù)據(jù)而只能采取行動以便使用支路215與本地通信電路236之間的相同協(xié)議來對數(shù)據(jù)進行重新傳輸。

在又其他可能的實施例中，支路215可與不同于本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)210協(xié)議和外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的第三現(xiàn)場總線協(xié)議兼容。這可能是必要的，例如如果第三現(xiàn)場總線協(xié)議使能更長的支路長度或者如果期望兩個有線現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)之間的無線通信。在此類實施例中，支路末端的現(xiàn)場總線耦合器從對應(yīng)的本地協(xié)議轉(zhuǎn)換至第三協(xié)議，即第三協(xié)議僅用作耦合的網(wǎng)絡(luò)之間的中間協(xié)議。

耦合器模塊214還包括物理層診斷設(shè)備，該物理層診斷設(shè)備專用于支路215的診斷、類似于通過網(wǎng)關(guān)模塊210與本地現(xiàn)場總線進行通信的耦合器模塊214的物理層診斷電路140。

診斷現(xiàn)場設(shè)備310并入一體式示波器且由現(xiàn)場總線環(huán)路供電并在其上進行通信。圖13是所展示的現(xiàn)場設(shè)備310的功能框圖，該現(xiàn)場設(shè)備包括將現(xiàn)場設(shè)備310電連接至二線環(huán)路412的一組端子312?，F(xiàn)場設(shè)備310包括連接至端子312從二線環(huán)路412為現(xiàn)場設(shè)備310供電的電源電路316和在二線過程環(huán)路412上傳輸和接收數(shù)據(jù)的通信電路318。通信電路318是進入和離開現(xiàn)場設(shè)備310的唯一通信路徑并且因此通信速度受限于本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)410自身的能力。

在所展示的實施例中，僅通過二線過程環(huán)路412為現(xiàn)場設(shè)備310供電?，F(xiàn)場設(shè)備310被設(shè)計為(針對基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1兼容實施例中)在小于200mW的功率(即小于30mA 9伏特)上運行。所展示的現(xiàn)場設(shè)備310優(yōu)選地滿足“低功率”現(xiàn)場設(shè)備的工業(yè)標準期待。

現(xiàn)場設(shè)備310包括經(jīng)由端子312連接至二線過程環(huán)路412的數(shù)字示波器320。微處理器或控制器322連接至示波器320和通信電路318。示波器320和微處理器322寫入存儲器324且從其進行讀取。在圖13中所示的框圖指示示波器320和微處理器322共享公共存儲器324，而如果出于性能和兼容性原因的需要(例如示波器320可能需要比微處理器322更快的內(nèi)存)，示波器320和微處理器322各自可以具有專用的存儲器。

現(xiàn)場設(shè)備310還包括用于在本領(lǐng)域是已知的物理層診斷的電路(未示出)，該電路使用通信電路318在二線環(huán)路上傳送物理層診斷數(shù)據(jù)。

圖14是示波器320的功能框圖。輸入接口326將示波器320連接至端子312并使得示波器“看見”在二線過程環(huán)路412上的電壓V。輸入接口326可以連接至充分放大進入電壓信號以供觸發(fā)檢測器330使用的放大器328和模數(shù)轉(zhuǎn)換器332。觸發(fā)檢測器330檢測來自輸入信號的觸發(fā)事件并且模數(shù)轉(zhuǎn)換器332以時鐘334確定的采樣頻率對輸入信號進行數(shù)字化。用戶可通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由遠程命令將采樣率設(shè)置在每秒10萬數(shù)據(jù)樣本到每秒200萬數(shù)據(jù)樣本之間(其他實施例可提供不同的最小和最大采樣率)。將經(jīng)數(shù)字化的數(shù)據(jù)存儲在存儲器336中(該存儲器可以是存儲器324)。分析和控制邏輯電路338控制示波器320的操作且通過通信接口340傳輸數(shù)據(jù)并接收控制命令。

觸發(fā)檢測器330使得示波器320在發(fā)生與輸入信號相關(guān)的事件時捕獲信號數(shù)據(jù)。所展示的數(shù)字示波器320不斷地處理輸入信號，但觸發(fā)檢測器330警告示波器控制電路338開始將與觸發(fā)事件相關(guān)的數(shù)據(jù)保存或記錄在存儲器中。示波器320還可以保存在觸發(fā)事件之前發(fā)生的數(shù)據(jù)，因為如果沒有發(fā)生觸發(fā)事件，經(jīng)處理的數(shù)據(jù)可以在被丟棄之前保存在臨時緩沖器中。這在圖15中示意性地展示，在該圖中，觸發(fā)事件342有效地使得示波器保存在觸發(fā)事件之前的某個時間開始的信號數(shù)據(jù)以及在觸發(fā)事件之后的某個時間結(jié)束的信號數(shù)據(jù)。

數(shù)字示波器觸發(fā)檢測器包括簡單和高級兩種觸發(fā)類型，這兩種類型的觸發(fā)參數(shù)可由用戶設(shè)置。這些在數(shù)字示波器領(lǐng)域已知的可由示波器320來實現(xiàn)的觸發(fā)類型包括但不限于簡單的邊沿觸發(fā)(信號在設(shè)置閾值之上下降或上升)、復雜的邊沿觸發(fā)(信號在兩個設(shè)置閾值之間下降和上升)、窗口觸發(fā)(信號波形進入或離開設(shè)置的電壓范圍)、脈寬觸發(fā)(在閾值和持續(xù)時間內(nèi)的信號脈沖)、間隔觸發(fā)(信號在設(shè)置持續(xù)時間內(nèi)在設(shè)置閾值之上或之下無法上升或下降)、窗口脈寬觸發(fā)(窗口和脈寬觸發(fā)的結(jié)合)、水平失真觸發(fā)(信號在無邊沿的設(shè)置持續(xù)時間之后具有邊沿)、窗口失真觸發(fā)(窗口觸發(fā)和水平失真觸發(fā)的結(jié)合)、矮觸發(fā)(跨越第一設(shè)置閾值而不是第二設(shè)置閾值的信號脈沖)、尖峰觸發(fā)(超過設(shè)置幅度的信號尖峰)、協(xié)議觸發(fā)(信號波形符合標準數(shù)據(jù)幀協(xié)議(諸如基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1或PROFIBUS數(shù)據(jù)幀協(xié)議))、多狀態(tài)觸發(fā)(由單獨觸發(fā)事件序列引起的觸發(fā))以及軟件觸發(fā)(用戶自定義的信號波形)。

示波器320包括使得示波器320捕獲和存儲有限數(shù)量的數(shù)據(jù)以用于通過二線過程環(huán)路412進行傳輸?shù)挠|發(fā)事件。在所展示的實施例中，單個數(shù)據(jù)捕獲的范圍從用于低分辨率(相對短的捕獲窗口)的3千字節(jié)的數(shù)據(jù)到用于高分辨率(相對長的捕獲窗口)的30千字節(jié)的數(shù)據(jù)。提供中間數(shù)據(jù)捕獲以便提供在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上細節(jié)VS長數(shù)據(jù)傳輸時間的靈活性。所展示的示波器320基于被觸發(fā)的事件的類型設(shè)置默認采樣率。高頻率事件導致默認選擇更高采樣率和更短的捕獲窗口而更低頻率事件導致默認選擇更低采樣率和更長的捕獲窗口以便優(yōu)化細節(jié)VS數(shù)據(jù)傳輸時間。

圖15展示了在監(jiān)測二線過程環(huán)路314的同時可由示波器320識別的有限數(shù)據(jù)觸發(fā)事件的部分但不一定全部。這些觸發(fā)事件由“觸發(fā)事件盒”來表示，事件觸發(fā)盒的沿時間軸的寬度表示在其中記錄并存儲與觸發(fā)事件相關(guān)的數(shù)據(jù)的時間間隔。對事件盒進行采樣生成并存儲的數(shù)據(jù)量是如前所述的采樣率的函數(shù)。

觸發(fā)事件盒344覆蓋了由超過指定幅度并發(fā)生在給定時間跨度內(nèi)的電壓尖峰(正或負)引起的觸發(fā)事件。示出了在數(shù)據(jù)幀傳輸之間的安靜時間過程中發(fā)生的電壓尖峰，但也可能發(fā)生在數(shù)據(jù)幀內(nèi)。示波器對電壓尖峰數(shù)據(jù)進行數(shù)字化和保存并且還保存了如觸發(fā)事件盒的寬度所表示的尖峰前和尖峰后的信號數(shù)據(jù)。由于電壓尖峰是有限的持續(xù)事件，因此具有相對少數(shù)的即使以相對高的采樣率生成的數(shù)據(jù)點，這些數(shù)據(jù)點將通過環(huán)路412從示波器320被傳輸。

觸發(fā)事件盒346覆蓋了由數(shù)據(jù)幀的開始引起的觸發(fā)事件。所記錄的數(shù)據(jù)覆蓋了在數(shù)據(jù)幀即將開始之前的部分安靜時間以及數(shù)據(jù)幀的部分開始位(諸如基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1數(shù)據(jù)幀的前導的第一位或前兩位)。觸發(fā)事件盒348覆蓋了由數(shù)據(jù)幀的結(jié)束引起的觸發(fā)事件。所記錄的數(shù)據(jù)覆蓋了數(shù)據(jù)幀的部分結(jié)束位以及在數(shù)據(jù)幀即將結(jié)束之后的部分安靜時間(諸如基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1數(shù)據(jù)幀的結(jié)束定界符的最后一位或兩位)。由于從整體上與數(shù)據(jù)幀相比，觸發(fā)事件盒346、348各自具有相對短的持續(xù)時間，因此具有相對少數(shù)的即使以相對高的采樣率生成的數(shù)據(jù)點，這些數(shù)據(jù)點將通過環(huán)路412從示波器320被傳輸。

示波器320還包括生成相對大量數(shù)據(jù)的觸發(fā)事件，用戶意識到選擇此類觸發(fā)事件將需要相對長的時間以供示波器320通過環(huán)路412(與在專用的傳輸線上的傳輸相比)來傳輸數(shù)據(jù)。

在圖16中還示出了此種更大數(shù)據(jù)觸發(fā)事件的示例。觸發(fā)事件盒350覆蓋了由數(shù)據(jù)幀的傳輸引起的觸發(fā)事件。所記錄的數(shù)據(jù)覆蓋了在數(shù)據(jù)幀即將開始之前的部分安靜時間、數(shù)據(jù)幀自身以及在數(shù)據(jù)幀即將開始之后的部分安靜時間。觸發(fā)事件盒352覆蓋了由數(shù)據(jù)幀之間的安靜時間觸發(fā)的觸發(fā)事件。

可以將觸發(fā)事件設(shè)置成只有當具體的用戶選擇的現(xiàn)場設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)時才發(fā)生、或者可以將其設(shè)置成當不符合規(guī)范的事件發(fā)生時才觸發(fā)、或者為在常規(guī)的示波器現(xiàn)場總線監(jiān)測領(lǐng)域中已知的其他用戶可選的觸發(fā)事件。

除了使用以上所述的觸發(fā)事件生成時域數(shù)據(jù)，分析和控制電路338還包括使用例如常規(guī)的快速傅立葉變換分析將時域數(shù)據(jù)變換為頻域數(shù)據(jù)的頻譜分析儀電路353(參見圖17)，并且保存頻譜數(shù)據(jù)。頻域數(shù)據(jù)提供有關(guān)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的物理層的有價值的信息。例如，50/60Hz峰值暗示由于AC市電電源線拾取導致的噪聲。高頻峰值可以暗示電源開關(guān)噪聲、數(shù)字電路噪聲等。

當用戶對與數(shù)據(jù)信號位頻相比的相對低的頻率峰值感興趣時(例如用戶對基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)H1網(wǎng)絡(luò)上的50/60Hz峰值感興趣)，示波器320可被設(shè)置為與感興趣的頻率相當?shù)母筒蓸勇实臉颖緮?shù)據(jù)。示波器320可以在低采樣率利用觸發(fā)事件盒352對50/60Hz峰值進行檢測，并且可以使用來自大量觸發(fā)事件盒352的數(shù)據(jù)以便得到足夠的數(shù)據(jù)以用于頻域分析。

示波器320可以生成相對大量的時域數(shù)據(jù)或頻域數(shù)據(jù)。此類數(shù)據(jù)通過環(huán)路314可能需要不可接受的長傳輸時間(傳輸至用戶)。為了減少傳輸時間，示波器320包括在減少通過環(huán)路314的傳輸時間的同時向用戶提供有效診斷數(shù)據(jù)的附加特征。所展示的示波器320包括生成將相關(guān)數(shù)據(jù)進行可視化的圖像的電路以及基于該相關(guān)數(shù)據(jù)生成基于文本的報告的報告撰寫器。

分析和控制邏輯電路338進一步包括基于所保存的數(shù)據(jù)(時域數(shù)據(jù)或頻域數(shù)據(jù))生成圖像并以標準化的圖像文件格式(例如JPG、TIFF、BMP、GIF等)將該圖像保存為文件的可視化電路354。參見圖17?？墒褂贸Ｒ?guī)的圖像壓縮技術(shù)對所保存的圖像文件進行壓縮。

圖18展示了存儲在圖像文件中的圖像356，該圖像由從觸發(fā)事件盒350保存的數(shù)據(jù)生成。圖像356包括被繪制為曲線或函數(shù)358的信號數(shù)據(jù)，并且進一步包括表示現(xiàn)場總線物理層規(guī)范的AC數(shù)據(jù)信號的電壓上限和下限的可視化邊界線360和362，該現(xiàn)場總線物理層規(guī)范輔助用戶看到數(shù)據(jù)幀是如何很好地符合協(xié)議。

針對信號數(shù)據(jù)是如何繪制的，圖像356并不旨在限制繪制了哪些信號數(shù)據(jù)以及可將其他哪些可視化設(shè)備、標簽或標記并入該圖像以便輔助用戶評估信號數(shù)據(jù)。

考慮到，示波器320將提供大量預(yù)定義的圖像類型和圖像格式以供用戶從中選擇。例如，用戶可指示分析和邏輯電路338也使用從用于作為頻率的函數(shù)生成圖像繪制信號強度的時域數(shù)據(jù)得出的頻域數(shù)據(jù)生成圖像。

返回參照圖17，分析和控制邏輯電路338還包括基于示波器數(shù)據(jù)生成基于文本的報告的報告撰寫電路364。例如，報告文本可以簡單地陳述數(shù)據(jù)幀16的波形符合物理層規(guī)范。以ASCII或統(tǒng)一碼(UNICODE)格式準備文本報告并通過環(huán)路314進行傳輸。考慮到，示波器320將在時域和頻域兩者上提供大量預(yù)定義的報告類型以供用戶從中選擇。在又其他可能的實施例中，報告文本可以由指示“通過/失敗”或“是/否”或其他二進制標準的布爾數(shù)據(jù)位組成。

如果發(fā)生某些重要的觸發(fā)事件，現(xiàn)場設(shè)備310被配置成用于根據(jù)現(xiàn)場總線的未調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議通過環(huán)路314對未調(diào)度數(shù)據(jù)幀或消息進行傳輸。例如，如果電壓尖峰超過給定的幅度或者如果在給定的最低頻率處發(fā)生電壓尖峰，現(xiàn)場設(shè)備310可以傳輸未調(diào)度數(shù)據(jù)幀。

現(xiàn)場設(shè)備310還接收來自二線環(huán)路412的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括編程以用于定義新觸發(fā)事件、基于圖像或文本的上報、實用操作等的示波器320和/或微處理器322。

現(xiàn)場設(shè)備310的微處理器322可為現(xiàn)場設(shè)備310進行數(shù)值處理、圖像處理、報告處理等中的一些或全部處理。在其他可能的實施例中，可消除微處理器322并且微處理器功能僅由示波器320進行。

在又其他可能的實施例中，現(xiàn)場設(shè)備310可包括常規(guī)的物理層診斷電路，該常規(guī)的物理層診斷電路通過現(xiàn)場設(shè)備端子312連接至二線環(huán)路412以便對與二線環(huán)路412或附接的支路的其他物理特點相關(guān)的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測、測量和傳輸。

在又進一步的可能的實施例中，現(xiàn)場設(shè)備310可并入診斷支路模塊114。

在此披露的且在模塊化設(shè)備耦合器110的非限制性實施例中展示的模塊化設(shè)備耦合器的特征包括但不一定限于以下單獨或與一個或多個其他特征任何組合的特征：

1.一種用于將在網(wǎng)絡(luò)上傳輸電力和數(shù)據(jù)的干線與從該干線延伸的一個或多個支路進行耦合的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的模塊化設(shè)備耦合器，該模塊化設(shè)備耦合器包括：

網(wǎng)關(guān)模塊、至少一個支路耦合器模塊以及本地總線，該本地總線與該干線分離；

該網(wǎng)關(guān)模塊包括被配置成用于經(jīng)由該干線進行通信的第一電路、從該干線為該網(wǎng)關(guān)模塊供電的第二電路以及被配置成用于在該本地總線上與該至少一個支路耦合器模塊進行通信的第三電路，

每一個至少一個支路耦合器模塊包括被配置成用于從該干線為對應(yīng)的支路耦合器模塊供電的第一電路、被配置成用于與該支路進行通信的第二電路以及被配置成用于經(jīng)由該本地總線與該網(wǎng)關(guān)模塊進行通信的第三電路。

2.如特征1所述的模塊化設(shè)備耦合器，其中，該網(wǎng)關(guān)模塊的該第一電路被配置成用于完全為該網(wǎng)關(guān)模塊而不是任何其他模塊供電。

3.如特征1所述的模塊化設(shè)備耦合器，其中，該網(wǎng)關(guān)模塊包括從該干線為該本地總線供電的第四電路，并且每一個至少一個支路耦合器模塊的該第一電路被配置成用于從該本地總線為對應(yīng)的支路耦合器模塊供電。

4.如特征3所述的模塊化設(shè)備耦合器，其中，每一個至少一個支路耦合器模塊的該第一電路包括被配置成用于為附接至對應(yīng)的支路耦合器模塊的支路供電的電路。

5.如特征4所述的模塊化設(shè)備耦合器，其中，每一個至少一個支路耦合器模塊的該第一電路與對應(yīng)的支路耦合器模塊的其他電路隔離。

6.如特征1所述的模塊化設(shè)備耦合器，其中，該本地總線包括用于在該網(wǎng)關(guān)模塊與每一個至少一個耦合器模塊之間進行通信的串行通信總線。

7.如特征6所述的模塊化設(shè)備耦合器，進一步包括被配置成用于經(jīng)由該串行通信總線傳輸通信的背板連接系統(tǒng)。

8.如特征7所述的模塊化設(shè)備耦合器，其中，僅需要一個網(wǎng)關(guān)模塊以用于在該干線與每一個至少一個支路耦合器模塊之間進行通信。

9.如特征8所述的模塊化設(shè)備耦合器，其中，附加的一個或多個支路耦合器模塊可附接至該背板連接系統(tǒng)，從而使能該干線與附加的一個或多個支路之間的通信。

10.如特征1所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該網(wǎng)關(guān)模塊的該第一電路被配置成用于使用以下各項中的一項與該干路進行通信：使用基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)協(xié)議、PROFIBUS協(xié)議、HART協(xié)議、MODBUS協(xié)議以及基于以太網(wǎng)的協(xié)議中的一項。

11.如前述特征中任一項所述的模塊化設(shè)備耦合器，其中，每一個至少一個支路耦合器模塊包括被配置成用于測量和提供附接至對應(yīng)的耦合器模塊的支路的物理層診斷的物理層診斷設(shè)備。

12.如特征11所述的模塊化設(shè)備耦合器，其中，每一個至少一個支路耦合器模塊的該物理層診斷設(shè)備被配置成用于僅與該網(wǎng)關(guān)模塊而不是任何其他模塊進行通信。

13.如特征12所述的模塊化設(shè)備耦合器，其中，每一個至少一個支路耦合器模塊的該物理層診斷設(shè)備與該網(wǎng)關(guān)模塊之間的所有通信穿過該本地總線。

14.如特征11所述的模塊化設(shè)備耦合器，其中，每一個支路耦合器模塊的該物理層診斷設(shè)備僅由該本地總線來供電。

在此披露的且在模塊化現(xiàn)場總線耦合器210的非限制性實施例中展示的現(xiàn)場總線耦合器的特征包括但不一定限于以下單獨或與一個或多個其他特征任何組合的特征：

1.一種用于通過利用不同于第一現(xiàn)場總線協(xié)議的第二現(xiàn)場總線協(xié)議的互連網(wǎng)絡(luò)傳輸線將利用該第一現(xiàn)場總線協(xié)議的本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)耦合至外部現(xiàn)場設(shè)備或外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場總線耦合器，該現(xiàn)場總線耦合器包括：

第一電路，該第一電路被配置成使用該第一現(xiàn)場總線協(xié)議在該本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上進行通信；

第二電路，該第二電路被配置成將該現(xiàn)場總線耦合器與該互連網(wǎng)絡(luò)傳輸線相連接并使用該第二現(xiàn)場總線協(xié)議在該互連網(wǎng)絡(luò)傳輸線上進行通信；以及

第三電路，該第三電路被配置成與該第一和第二電路進行通信并能夠向和從該第一和第二電路傳輸數(shù)據(jù)以便使得能夠經(jīng)由該互連網(wǎng)絡(luò)傳輸線在該本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與該外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)或該外部現(xiàn)場總線設(shè)備之間進行通信。

2.如特征1所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該第二電路被配置成使用有線現(xiàn)場總線協(xié)議與該互連網(wǎng)絡(luò)傳輸線進行通信。

3.如特征1所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該第二電路被配置成使用無線現(xiàn)場總線協(xié)議與該互連網(wǎng)絡(luò)傳輸線進行通信。

4.如特征1所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該現(xiàn)場總線耦合器包括被配置成完全從該本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)為該互連網(wǎng)絡(luò)傳輸線供電的第四電路。

5.如特征4所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該第四電路與該第一電路電隔離。

6.如特征1所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該第三電路通過與該本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)分離的本地總線與該第一電路進行通信。

7.如特征1所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該第一電路被配置成使用基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)有線協(xié)議、PROFIBUS有線協(xié)議、HART有線協(xié)議、MODBUS有線協(xié)議以及基于以太網(wǎng)的有線協(xié)議中的一種協(xié)議與該本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進行通信，并且該第二電路被配置成使用基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)有線協(xié)議、PROFIBUS有線協(xié)議、HART有線協(xié)議、MODBUS有線協(xié)議、基于以太網(wǎng)的有線協(xié)議、WIRELESSHART無線協(xié)議、ZIGBEE無線協(xié)議、PROFIBUS無線協(xié)議以及基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION FIELDBUS)無線協(xié)議中的一種不同的協(xié)議與該互連網(wǎng)絡(luò)傳輸線進行通信。

8.如特征1所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該第一電路能夠與該本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和該第三電路兩者進行雙向通信。

9.如特征1所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該第二電路使用該第二現(xiàn)場總線協(xié)議附接至網(wǎng)絡(luò)傳輸線的一端，并且該傳輸線包括附接至也使用該第二現(xiàn)場總線協(xié)議的外部現(xiàn)場總線設(shè)備或外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的第二端。

10.如特征1所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該第二電路使用該第二現(xiàn)場總線協(xié)議附接至網(wǎng)絡(luò)傳輸線的一端，并且該傳輸線包括附接至使用不同于該第二協(xié)議的現(xiàn)場總線協(xié)議的外部現(xiàn)場總線設(shè)備或外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的第二端。

11.如特征10所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，第二現(xiàn)場總線耦合器將該傳輸線的第二端連接至該外部現(xiàn)場總線設(shè)備或外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)以用于在該傳輸線與該外部現(xiàn)場總線設(shè)備或外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)之間進行通信。

12.如特征1所述的現(xiàn)場總線耦合器，包括：

網(wǎng)關(guān)模塊、至少一個耦合器模塊和本地總線；

該網(wǎng)關(guān)模塊包括該第一電路；

該至少一個耦合器模塊中的每一個耦合器模塊包括該第二電路和該第三電路，每一個耦合器模塊可連接至對應(yīng)的互連網(wǎng)絡(luò)傳輸線以便與對應(yīng)的傳輸線進行通信；

該第一電路經(jīng)由該本地總線與每一個至少一個耦合器模塊的該第三電路進行通信；并且

該本地總線與該本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)分離。

13.如特征12所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該網(wǎng)關(guān)模塊包括從該本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)為該本地總線供電的第四電路，并且每一個至少一個耦合器模塊包括完全從該本地總線為該至少一個耦合器模塊供電的第五電路。

14.如特征13所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，每一個至少一個耦合器模塊的該第二電路與對應(yīng)的耦合器模塊的該第三電路和該第四電路隔離。

15.如特征13所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，每一個至少一個耦合器模塊包括完全從該本地總線為附接至對應(yīng)的耦合器模塊的該互連網(wǎng)絡(luò)傳輸線供電的第六電路。

16.如特征13所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，每一個至少一個耦合器模塊的該第六電路與對應(yīng)的耦合器模塊的該第二電路和該第三電路隔離。

17.如特征12所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該本地總線包括用于在該網(wǎng)關(guān)模塊與每一個至少一個耦合器模塊之間進行通信的串行通信總線。

18.如特征17所述的現(xiàn)場總線耦合器，進一步包括被配置成經(jīng)由該串行通信總線傳輸通信的背板連接系統(tǒng)。

19.如特征18所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，附加的一個或多個耦合器模塊可附接至該背板連接系統(tǒng)，從而使得能夠在該本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與附加的一個或多個外部現(xiàn)場總線設(shè)備或外部現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)之間進行通信。

20.如特征12所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，僅需要一個網(wǎng)關(guān)模塊用于在該本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與每一個至少一個耦合器模塊之間進行通信。

21.如特征12所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該網(wǎng)關(guān)模塊的該第一電路能夠與該本地現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進行雙向通信并且能夠與每一個至少一個耦合器模塊的該第三電路進行雙向通信。

22.如特征12所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該至少一個耦合器模塊包括兩個耦合器模塊，該兩個耦合器模塊的第二電路被配置用于不同的現(xiàn)場總線協(xié)議。

23.如特征12所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，該至少一個耦合器模塊包括兩個耦合器模塊，該兩個耦合器模塊的第二電路被配置用于相同的現(xiàn)場總線協(xié)議。

24.如特征12所述的現(xiàn)場總線耦合器，其中，每一個至少一個耦合器模塊包括物理層診斷電路，該物理層診斷電路被配置成與連接至對應(yīng)的耦合器模塊的傳輸線進行電連接以便為該傳輸線提供物理層診斷數(shù)據(jù)。

包括在此披露的示波器且在現(xiàn)場總線診斷設(shè)備310的非限制性實施例中展示的現(xiàn)場總線診斷設(shè)備的特征包括但不一定限于以下單獨或與一個或多個其他特征任何組合的特征：

1.一種用于在傳輸線上攜帶電力和數(shù)據(jù)兩者的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的診斷設(shè)備，該數(shù)據(jù)作為包括模擬波形的電信號在該傳輸線上被傳輸，其中，該診斷設(shè)備包括：

一組端子，該組端子被配置成用于將該診斷設(shè)備與該傳輸線電連接；

第一電路，該第一電路連接至這些端子以便經(jīng)由該現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進行通信，該第一電路是進入和離開該診斷設(shè)備的唯一通信路徑；

第二電路，該第二電路連接至這些端子以便從該傳輸線完全為該診斷設(shè)備供電而無需任何其他電源；以及

示波器，該示波器連接至該組端子以便將該示波器與該傳輸線相連接以用于將波形數(shù)據(jù)數(shù)字化，該示波器僅由接收自該傳輸線的電力來供電并且連接至該第一電路以用于進入和離開該示波器的數(shù)據(jù)通信；

該示波器包括觸發(fā)檢測器(該觸發(fā)檢測器生成定義具有有限時長的觸發(fā)事件盒的用戶可選的觸發(fā)事件)、存儲器、在該觸發(fā)事件盒內(nèi)對該現(xiàn)場總線信號進行數(shù)字化的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、與將該經(jīng)數(shù)字化的數(shù)據(jù)存儲在存儲器中的該存儲器相耦合的分析和控制邏輯電路以及將該存儲器與該第一電路進行通信以用于在該現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與該示波器之間進行通信的通信接口。

2.如特征1所述的診斷設(shè)備，其中，該診斷設(shè)備被配置成用于當所有與觸發(fā)事件盒相關(guān)的數(shù)據(jù)已經(jīng)被存儲在存儲器中后轉(zhuǎn)移與該觸發(fā)事件盒相關(guān)的數(shù)據(jù)。

3.如特征1所述的診斷設(shè)備，其中，數(shù)據(jù)作為具有表示在數(shù)據(jù)幀開始處的第一位、在該數(shù)據(jù)幀結(jié)束處的該第一位之后的以時間間隔開的末位以及一個或多個中間位的模擬波形的該數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)上被傳輸，該觸發(fā)檢測器被配置成用于打開在該第一位開始之前打開且在該數(shù)據(jù)幀結(jié)束之前關(guān)閉的觸發(fā)事件盒。

4.如特征1所述的診斷設(shè)備，其中，數(shù)據(jù)作為具有表示在數(shù)據(jù)幀開始處的第一位、該第一位之后的以時間間隔開的末位以及一個或多個中間位的模擬波形的該數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)上被傳輸，該觸發(fā)檢測器被配置成用于打開在該數(shù)據(jù)幀開始之后打開且在該末位結(jié)束之后關(guān)閉的觸發(fā)事件盒。

5.如特征1所述的診斷設(shè)備，其中，數(shù)據(jù)作為具有表示數(shù)據(jù)幀第一位、該第一位之后的以時間間隔開的末位以及一個或多個中間位的模擬波形的該數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)上被傳輸，該觸發(fā)檢測器被配置成用于打開在該數(shù)據(jù)幀開始之前打開且在該數(shù)據(jù)幀結(jié)束之后關(guān)閉的觸發(fā)事件盒。

6.如特征3至5中任一項所述的診斷設(shè)備，其中，該觸發(fā)檢測器被配置為僅在檢測到由在該現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上進行通信的預(yù)定現(xiàn)場設(shè)備生成的波形時才打開觸發(fā)事件盒。

7.如特征1所述的診斷設(shè)備，其中，該觸發(fā)設(shè)備被配置成用于打開觸發(fā)事件盒，該觸發(fā)事件盒包含超過預(yù)定幅度的電壓尖峰。

8.如特征7所述的診斷設(shè)備，其中，該觸發(fā)事件盒在該電壓尖峰開始之前打開并且在該電壓尖峰結(jié)束之后關(guān)閉。

9.如特征7所述的診斷設(shè)備，其中，數(shù)據(jù)作為由數(shù)據(jù)幀之間的安靜時間間隔開的數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)上被傳輸，該觸發(fā)檢測器被配置成用于打開在一個安靜時間期間打開和關(guān)閉的觸發(fā)事件盒。

10.如特征1所述的診斷設(shè)備，其中，該示波器包括確定該示波器的采樣率的時鐘，該采樣率在最小采樣率與最大采樣率之間是用戶可選的。

11.如特征10所述的診斷設(shè)備，其中，該觸發(fā)檢測器打開在關(guān)閉之前的時間段內(nèi)保持打開的觸發(fā)事件盒，這與該示波器的采樣率成反比。

12.如特征1所述的診斷設(shè)備，其中，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器生成時域數(shù)據(jù)并且該分析和控制邏輯電路包括從該時域數(shù)據(jù)生成和存儲頻域數(shù)據(jù)的頻譜分析儀電路。

13.如特征12所述的診斷設(shè)備，其中，該頻譜分析儀電路能夠進行該時域數(shù)據(jù)的快速傅里葉變換分析。

14.如特征1或特征12所述的診斷設(shè)備，其中，該分析和控制邏輯電路包括被配置成用于從存儲在存儲器中的該示波器數(shù)據(jù)生成圖像并將該圖像數(shù)據(jù)存儲在存儲器中的可視化電路。

15.如特征14所述的診斷設(shè)備，其中，該可視化電路被配置成用于以以下圖像格式中的至少一種圖像格式生成和存儲圖像：JPG或JPEG格式、TIFF格式、BMP格式和GIF格式。

16.如特征14所述的診斷設(shè)備，其中，該可視化電路被配置為包括除了從該示波器數(shù)據(jù)生成的圖像之外的標簽或標記。

17.如特征16所述的診斷設(shè)備，其中，這些標簽或標記是基于該現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的物理層規(guī)范。

18.如特征1或特征12所述的診斷設(shè)備，其中，該分析和控制邏輯電路包括從存儲在存儲器中的該示波器數(shù)據(jù)生成報告并將該報告存儲在存儲器中的報告撰寫器。

19.如特征18所述的診斷設(shè)備，其中，該報告指示該波形或在觸發(fā)事件盒中測量的波形的一部分是否符合該現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的至少一個物理層規(guī)范。

20.如特征1所述的診斷設(shè)備，其中，數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)上被傳輸并且該數(shù)據(jù)幀經(jīng)由該診斷設(shè)備從該示波器被傳輸至該現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，每一個數(shù)據(jù)幀包括表示唯一標識符的數(shù)據(jù)，該唯一標識符使得即使該數(shù)據(jù)幀不是以正確的時間順序被傳輸或接收該示波器數(shù)據(jù)幀仍以正確的時間順序被放置。

21.如特征1所述的診斷設(shè)備，進一步包括物理層診斷電路，該物理層診斷電路僅由接收自該傳輸線的電力來供電并且連接至該第一電路以用于在該物理層診斷電路之間的數(shù)據(jù)通信。

雖然已經(jīng)對一個或多個實施例進行了描述，但是應(yīng)當理解，能夠進行修改并且本披露不限于所要求保護的精確細節(jié)而是包括落入以下權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)的此類改變和變更。