DE69914080T2

DE69914080T2 - Funktionsblocksvorrichtung zur datenanzeige in einem prozessteuerungssystem

Info

Publication number: DE69914080T2
Application number: DE69914080T
Authority: DE
Inventors: K. Larry BROWN; H. Brent LARSON; A. Harry BURNS
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: DE69933895T2; DE69914080D1; WO1999067690A1; EP1090333A1; JP4302893B2; CA2335614A1; EP1267233A1; CN1313966A; BR9911566A; JP2002519746A; CN1188761C; AU3201299A; EP1267233B1; AU754224B2; CA2335614C; US6285966B1; DE69933895D1; AR015025A1; EP1090333B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Prozeßsteuerungsnetze und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrachten von Daten in einem Prozeßsteuerungsnetz, das verteilte Steuerfunktionen hat.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Großprozesse wie chemische, Erdöl- und andere Herstellungs- und Raffinationsprozesse umfassen zahlreiche Feldeinrichtungen, die an verschiedenen Stellen angeordnet sind, um Parameter des Prozesses zu messen und zu steuern und dadurch die Steuerung des Prozesses auszuführen. Diese Feldeinrichtungen können beispielsweise Sensoren wie Temperatur-, Druck- und Durchflußmengensensoren sowie Steuerelemente wie Ventile und Schalter sein.
Historisch verwendete die Prozeßsteuerungsindustrie manuelle Vorgänge wie das manuelle Ablesen von Pegel- und Druckmessern, das Drehen von Ventilrädern usw., um die Meß- und Steuerungs-Feldeinrichtungen innerhalb eines Prozesses zu betätigen. Mit dem Beginn des 20. Jahrhunderts begann die Prozeßsteuerungsindustrie mit der Verwendung der lokalen pneumatischen Steuerung, wobei lokale pneumatische Steuereinrichtungen, Wandler und Ventilpositionierer an verschiedenen Stellen innerhalb einer Prozeßanlage angeordnet wurden, um die Steuerung von bestimmten Stellen der Anlage auszuführen. Mit dem Aufkommen des Mikroprozessor-basierten verteilten Steuerungssystems bzw. DCS in den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts hat sich die verteilte elektronische Prozeßsteuerung in der Prozeßsteuerungsindustrie durchgesetzt.
Wie bekannt ist, umfaßt ein DCS einen Analog- oder Digitalcomputer wie etwa eine programmierbare Logiksteuereinrichtung, die mit zahlreichen elektronischen Überwachungs- und Steuereinrichtungen wie etwa elektronischen Sensoren, Gebern, Strom-/Druck-Wandlern, Ventilpositionierern usw. verbunden ist, die in einem Prozeß verteilt angeordnet sind. Der DCS-Rechner speichert und implementiert ein zentrales und häu fig komplexes Steuerungsmodell, um die Messung und Steuerung von Einrichtungen innerhalb des Prozesses auszuführen und dadurch Prozeßparameter in Abhängigkeit von einem Gesamtsteuerungsmodell zu steuern. Gewöhnlich ist jedoch das von einem DCS implementierte Steuermodell Eigentum des Herstellers der DCS-Steuereinrichtung, was wiederum eine Erweiterung, Aktualisierung, Umprogrammierung und den Service des DCS erschwert, weil der das DCS Bereitstellende auf eine integrale Weise involviert werden muß, um eine dieser Aktivitäten auszuführen. Ferner sind die Geräte, die von einem bestimmten DCS verwendet oder innerhalb eines solchen angeschlossen werden können, eventuell wegen der geschützten Art der DCS-Steuereinrichtung und wegen der Tatsache begrenzt, daß jemand, der eine DCS-Steuereinrichtung bereitstellt, eventuell bestimmte Einrichtungen oder Funktionen von Einrichtungen, die von anderen hergestellt werden, nicht unterstützt.
Zur Überwindung eines Teils der Probleme, die bei der Verwendung von urheberrechtlich geschützten DCS auftreten, hat die Prozeßsteuerungsindustrie eine Reihe von offenen Standard-Kommunikationsprotokollen entwickelt, beispielsweise das HART^®-, PROFIBUS^®-, WORLDFIP^®, LONWORKS^®, Device-Net^® und CAN-Protokoll, die es möglich machen, daß von verschiedenen Herstellern stammende Feldeinrichtungen gemeinsam innerhalb desselben Prozeßsteuerungsnetzes verwendet werden können. Tatsächlich kann jede Feldeinrichtung, die einem dieser Protokolle entspricht, innerhalb eines Prozesses verwendet werden, um mit einer DCS-Steuereinrichtung oder einer anderen Steuereinrichtung, die das Protokoll unterstützt, zu kommunizieren bzw. davon gesteuert zu werden, und zwar selbst dann, wenn diese Feldeinrichtung von einem anderen Hersteller als dem der DCS-Steuereinrichtung stammt.
Ferner gibt es heute eine Bewegung innerhalb der Prozeßsteuerungsindustrie, die Prozeßsteuerung zu dezentralisieren und dadurch DCS-Steuereinrichtungen entweder zu vereinfachen oder die Notwendigkeit für diese DCS-Steuereinrichtungen weitgehend zu eliminieren. Eine dezentrale Steuerung wird erhalten, indem Prozeßsteuerungseinrichtungen wie etwa Ventilpositionierer, Geber usw. eine oder mehrere Prozeßsteuerfunktionen ausführen und dann Daten auf einer Busstruktur zur Nutzung durch andere Prozeßsteuereinrichtungen für die Ausführung anderer Steuerfunktionen übertragen. Zur Implementierung dieser Steuerfunktionen weist jede Prozeßsteuereinrichtung einen Mikroprozessor auf, der imstande ist, eine oder mehrere Steuerfunktionen auszuführen und außerdem mit anderen Prozeßsteuereinrichtungen unter Anwendung eines Standard- und offenen Kommunikationsprotokolls zu kommunizieren. Auf diese Weise können von verschiedenen Herstellern stammende Feldeinrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuerungsnetzes miteinander verbunden werden, um miteinander zu kommunizieren und eine oder mehrere Prozeßsteuerfunktionen auszuführen unter Bildung einer Steuerschleife, ohne daß ein Eingriff durch eine DCS-Steuereinrichtung stattfindet. Das volldigitale Zweidrahtbus-Protokoll, das heute von der Fieldbus Foundation verbreitet wird und als das FOUNDATION^TM Fieldbus (nachstehend "Fieldbus")-Protokoll bekannt ist, ist ein offenes Kommunikationsprotokoll, das es von verschiedenen Herstellern stammenden Einrichtungen ermöglicht, zusammenzuwirken und miteinander über einen Standardbus zu kommunizieren, um eine dezentrale Steuerung innerhalb eines Prozesses auszuführen.
Wie oben gesagt, vereinfacht und eliminiert in manchen Fällen die Dezentralisierung von Prozeßsteuerfunktionen die Notwendigkeit für eine geschützte DCS-Steuereinrichtung, wodurch wiederum ein Prozeßbediener sich für eine Änderung oder eine Erweiterung eines von der DCS-Steuereinrichtung implementierten Steuerungsmodells nicht auf den Hersteller der DCS-Steuereinrichtung verlassen muß. Die dezentrale Steuerung macht es allerdings schwieriger, Echtzeitwerte von Prozeßparametern an einer zentralen Stelle für die Feldeinrichtungen zu kompilieren und zu betrachten. Obwohl also die verarbeitenden Steuerfunktionen des Prozeßbedieners bei diesem dezentralen Steuerungsschema verringert oder vereinfacht werden, ist es immer noch erwünscht, die aktuellen Betriebsbedingungen in dem Prozeßsteuerungsnetz an einer zentralen oder einzigen Stelle zu überwachen.
Bei einer Standard-DCS-Umgebung und in vielen verteilten Steuerungsumgebungen wird Echtzeitinformation von einer Hauptrecheneinrichtung angesammelt, indem Informationsanforderungen an die Feldeinrichtungen gestellt werden. Wenn der Prozeßbediener den aktuellen Wert von einem oder mehreren Prozeßparametern betrachten möchte, erzeugt die Hauptrecheneinrichtung Anforderungsmeldungen für die Feldeinrichtungen, die die vom Bediener gewählten Parameter speichern. Die Anforderungsmeldungen werden von der Hauptrecheneinrichtung auf dem Bus zu den Feldeinrichtungen übertragen. Bei Empfang der Anforderungsmeldungen erzeugen die Feldeinrichtungen Antwortmeldungen, die auf dem Bus zurück zu der Hauptrecheneinrichtung übertragen werden. Daher umfaßt jede Übertragung von Prozeßparametern von einer Feldeinrichtung zu einer Hauptrecheneinrichtung zwei Bustransaktionen: eine Informationsanforderungsmeldung und eine Antwortmeldung.
In vielen Fällen sind die von den Feldeinrichtungen von der Hauptrecheneinrichtung angeforderten Prozeßsteuerparameter solche Parameter, die anderweitig von einer Feldeinrichtung zu einer anderen Feldeinrichtung unter Anwendung einer separaten Bustransaktion übertragen werden. Außerdem überwacht der Hauptrechner Informationen von vielen Feldeinrichtungen, so daß ein großes Busverkehrvolumen durch den Überwachungsbetrieb erzeugt wird. Die große Menge von Busverkehr, die aus dem Überwachungsvorgang resultiert, kann den Kommunikationsdurchsatz von anderen wichtigen Kommunikationsvorgängen reduzieren und eventuell das Gesamtansprechverhalten des Prozeßsteuerungsnetzes verringern.
Ein Busüberwacher bzw. -monitor ist eine Art von bekannter Einrichtung, die Daten ansammelt, ohne daß unbedingt zusätzlicher Busverkehr in einer DCS-Umgebung anfällt. Busüberwacher haben keine Fähigkeit zu sprechen oder Anforderungen auf dem Bus abzugeben, aber sie hören den Bus ständig ab und erfassen alle Bustransaktionen, die auf dem Bussegment erzeugt werden, dem sie zugeordnet sind. Derzeit bekannte Busüberwacher sind so ausgebildet, daß sie den Busverkehr überwachen und das Leistungsvermögen des Kommunikationsprotokolls und des Busnetzes auswerten. Die Busüberwacher sollen nicht verwendet werden, um Prozeßdaten zu überwachen, und haben daher nur begrenzte Fähigkeiten zum Filtern, Sortieren und Speichern von Prozeßdaten. Beispielsweise kann ein Busüberwacher so konfiguriert sein, daß er alle Meldungen eines bestimmten Protokollmeldungstyps, etwa alle Anforderungsmeldungen oder alle Antwortmeldungen, filtert und speichert, aber der Busüberwacher kann die in den gefilterten Meldungen enthaltenen Prozeßdaten nicht extrahieren, speichern oder manipulieren. Um bestimmte Prozeßdaten zu betrachten, ist eine gesonderte Einrichtung notwendig, um die in dem Busüberwacher gespeicherte Information zu extrahieren, zu sortieren und zu manipulieren. Daher ermöglichen die derzeit in DCS-Umgebungen implementierten Busüberwacher nicht ohne weiteres den Zugang zu den aktuellen Betriebsbedingungen in dem Prozeßsteuerungsnetz.
WO 98 14852 betrifft eine von einem Netz zugängliche Schnittstelle für ein Prozeßsteuerungsnetz. US-A-5 706 455 betrifft ein als Netz ausgebildetes Steuerungssystem mit grafischen Darstellungen von tatsächlichen Einrichtungen, die mit einem Netz gekoppelt sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen der aktuellen Betriebsbedingungen (wie etwa von Werten von Prozeßparametern) von einer zentralen Stelle aus in einem Prozeßsteuerungsnetz, das verteilte Steuerungsfunktionen hat. Bei einer Ausführungsform verwenden das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung planmäßige periodische Kommunikationen, um Signale, die beispielsweise Meßwerte von Prozeßparametern enthalten, die von Feldeinrichtungen entwickelt wurden, an eine zentrale Betrachtungseinrichtung zu senden. Die Betrachtungseinrichtung empfängt die Signale und speichert mindestens einen Wert der Prozeßparameter und erforderlichenfalls eventuell mehrere Werte, um den Prozeß zu überwachen und zu steuern. Zum Abruf der gespeicherten Prozeßparameter zum Zweck des Betrachtens verarbeitet die Betrachtungseinrichtung Meldungen von Benutzeroberflächen, die die gespeicherten Werte von einem oder mehreren der gespeicherten Parameter anfordern, und überträgt dann Antwortmeldungen, die die gespeicherten Werte enthalten. Die Benutzeroberflächeneinrichtung kann die gleiche Einrichtung wie die Betrachtungseinrichtung sein, oder sie kann eine gesonderte Einrichtung sein, die mit der Betrachtungseinrichtung kommuniziert unter Verwendung entweder des gleichen oder eines anderen Kommunikationsprotokolls wie dem von den Feldeinrichtungen verwendeten, um mit der Betrachtungseinrichtung zu kommunizieren. Außerdem können die Anforderungs- und Antwortmeldungen zwischen den Einrichtungen unter Nutzung von unplanmäßigen, in Warteschlange befindlichen Kommunikationen übertragen werden.
Durch die Verwendung von planmäßigen periodischen Kommunikationen zum Sammeln von Echtzeitwerten von Prozeßparametern sind das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung imstande, Echtzeitwerte von Prozeßparametern ohne die Notwendigkeit zu speichern, separate Anforderungs- und Antwortmeldungen zwischen der Betrachtungseinrichtung und den Feldeinrichtungen zu senden, wodurch der Kommu nikationsverkehr in dem Netz verringert wird. Prozeßparameter, die typischerweise zwischen Einrichtungen auf dem Bus übertragen werden, können überwacht werden, ohne irgendwelchen zusätzlichen Busverkehr zu erzeugen, indem die Betrachtungseinrichtung als ein zusätzlicher Empfänger einer Meldung definiert wird, die den überwachten Prozeßparameter enthält. Außerdem übertragen alle Feldeinrichtungen Informationen an die Betrachtungseinrichtung auf die gleiche Weise, wodurch der Prozeß des Sammelns der Echtzeitwerte der Prozeßparameter vereinfacht wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform verwenden das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung eine zentrale Betrachtungsvorrichtung, um alle Transaktionen auf dem Bus einzufangen, Meldungen zu identifizieren, die Prozeßdaten enthalten, und Werte von überwachten Prozeßparametern, die von Feldeinrichtungen entwickelt wurden, zu sammeln. Die Betrachtungsvorrichtung empfängt die auf dem Bus übertragenen Transaktionen und filtert Prozeßdaten aus, die zum Überwachen und Steuern des Prozesses notwendig sind, insbesondere einen oder mehrere Prozeßparameter, zu deren Überwachung die Betrachtungsvorrichtung konfiguriert ist. Zum Abruf der gespeicherten Prozeßparameter zum Zweck der Betrachtung weist die Betrachtungseinrichtung eine Benutzeroberfläche auf, die es einem Anwender ermöglicht, die gespeicherten Werte von einem oder mehreren der gespeicherten Parameter anzufordern, um sie an der Benutzeroberfläche anzuzeigen. Durch Einfangen von Informationen, die bereits auf dem Bus übertragen wurde, sind das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung imstande, Echtzeitwerte von Prozeßparametern zu speichern, ohne daß Anforderungs- und Antwortmeldungen zwischen der Betrachtungsvorrichtung und den Feldeinrichtungen übertragen werden müssen, wodurch der Kommunikationsverkehr im Netz verringert wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung und nach den Ansprüchen 1 bis 9 wird ein Verfahren zum Betrachten von Echtzeitprozeßinformation in einem Prozeßsteuerungsnetz implementiert, das eine Vielzahl von Einrichtungen hat, die kommunikativ an einen Bus gekoppelt sind.
Jede der Einrichtungen weist mindestens ein Prozeßfunktionsmodul auf, das imstande ist, eine Prozeßsteuerfunktion innerhalb des Prozeßsteuerungsnetzes unter Nutzung von Prozeßparametern auszuführen, und imstande ist, unter Nutzung von planmäßigen periodischen Kommunikationen auf dem Bus zu kommunizieren.
Mindestens eine der Einrichtungen umfaßt ein Betrachtungsprozeßfunktionsmodul, das imstande ist, Werte von Prozeßparametern zu speichern, ohne die Werte zur Durchführung der Prozeßsteuerung zu nutzen, von einem Benutzer konfiguriert zu werden, um mindestens einen Prozeßparameter zu speichern, und Werte der Prozeßparameter in Abhängigkeit von einer Anforderung abzurufen, die von einem Benutzer erzeugt wird, der aus einer Vielzahl von wählbaren Prozeßparametern mindestens einen Prozeßparameter auswählt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Konfigurieren des Betrachtungsprozeßfunktionsmoduls, um einen oder mehrere Werte von einem oder mehreren Prozeßparametern zu speichern, wobei jeder von dem mindestens einen Prozeßparameter einem der Prozeßfunktionsmodule zugeordnet ist, kommunikatives Anschließen eines Ausgangs von jedem der Prozeßfunktionsmodule, die jedem von dem mindestens einen Prozeßparameter zugeordnet sind, an einen Eingang des Betrachtungsprozeßfunktionsmoduls, Übertragen von Werten der Prozeßparameter von den Prozeßfunktionsmodulen zu dem Betrachtungsprozeßfunktionsmodul unter Nutzung von planmäßigen periodischen Kommunikationen, und Speichern der übertragenen Werte der Prozeßparameter in dem Betrachtungsprozeßfunktionsmodul.
Das Betrachtungsprozeßfunktionsmodul kann eines von einer Vielzahl von Prozeßfunktionsmodulen sein, zu denen die Werte der Prozeßparameter von dem zweiten Prozeßfunktionsmodul übertragen werden. Außerdem kann das Betrachtungsprozeßfunktionsmodul ein Betrachtungsfunktionsblock in dem Fieldbus-Protokoll sein.
Ferner kann das Prozeßsteuerungsnetz eine Benutzeroberfläche zum Abrufen und Anzeigen der in dem Betrachtungsprozeßfunktionsmodul gespeicherten Werte sein. In diesem Fall weist das Verfahren auf: Verbinden einer Anzeigeeinrichtung, die ein Ausgabe-Prozeßfunktionsmodul mit einer Benutzeroberfläche hat, mit dem Bus und kommunikatives Koppeln des Ausgabe-Prozeßfunktionsmoduls mit dem Betrachtungsprozeßfunktionsmodul. Das Verfahren weist ferner aus: Übertragen von Anforderungen für einen oder mehrere Werte von einem oder mehreren Prozeßparametern von den Ausgabe-Prozeßfunktionsmodulen zu dem Betrachtungsprozeßfunktionsmodul, Übertragen von Antworten mit den angeforderten Werten der Prozeßparameter von dem Betrach tungsprozeßfunktionsmodul zu dem Ausgabe-Prozeßfunktionsmodul und Anzeigen der angeforderten Werte an der Benutzeroberfläche. Die Anzeigeeinrichtung und die Einrichtung mit dem Betrachtungsprozeßfunktionsmodul können an einen zweiten Bus eines zweiten Prozeßsteuerungsnetzes angeschlossen werden, so daß ein Anwender des zweiten Netzes Echtzeitprozeßinformation des ersten Netzes betrachten kann.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung nach den Ansprüchen 10 bis 17 wird ein Informationsbetrachtungssystem bereitgestellt zum Betrachten von Echtzeitwerten von Prozeßparametern in einem Prozeßsteuerungsnetz, das eine Vielzahl von Einrichtungen hat, die über einen Bus kommunikativ angeschlossen sind, wobei jede von den Einrichtungen imstande ist, eine Prozeßfunktion auszuführen und auf dem Bus unter Nutzung von planmäßigen periodischen Kommunikationen zu kommunizieren. Das Informationsbetrachtungssystem weist folgendes auf: einen ersten Signalgenerator, der Eingangssignale erzeugt, die Werte von mindestens einem der ersten Einrichtung zugeordneten Prozeßparameter aufweisen, einen ersten Kommunikator, der mit dem ersten Signalgenerator gekoppelt und so konfiguriert ist, daß er die Eingangssignale an einen Eingang einer zweiten Einrichtung unter Nutzung von planmäßigen periodischen Kommunikationen liefert, eine in der zweiten Einrichtung angeordnete Datenerfassungseinheit, die die Eingangssignale empfängt, und eine Speichereinheit, die in der zweiten Einrichtung angeordnet und an die Datenerfassungseinheit kommunikativ angeschlossen ist. Die Speichereinheit ist so ausgebildet, daß sie einen oder mehrere Werte von einem oder mehreren Prozeßparametern speichert, ohne den mindestens einen Wert zur Ausführung der Prozeßsteuerung zu nutzen.
Das Informationsbetrachtungssystem weist ferner auf: einen in einer von den Einrichtungen angeordneten zweiten Signalgenerator, der Anforderungssignale für mindestens einen gespeicherten Wert von einem oder mehreren der Prozeßparameter erzeugt, und einen zweiten Kommunikator, der mit dem zweiten Signalgenerator gekoppelt und so konfiguriert ist, daß er die Anforderungssignal an einen Eingang der zweiten Einrichtung unter Nutzung der unplanmäßigen Warteschlangen-Kommunikationen liefert, wobei die Anforderungssignale von der Datenerfassungseinheit empfangen werden. Zusätzlich weist das Informationsbetrachtungssystem eine in der zweiten Einrichtung angeordnete Datenübertragungseinheit auf, die mit den angeforderten Werten der Prozeßparameter von der Speichereinheit Antwortsignale erzeugt, und einen dritten Kommunikator, der mit der Datenübertragungseinheit gekoppelt und so konfiguriert ist, daß er die Antwortsignale an einen Eingang der dritten Einrichtung unter Nutzung der unplanmäßigen Warteschlangen-Kommunikation liefert. Ferner weist das Informationsbetrachtungssystem einen zweiten Signalempfänger, der die Antwortsignale empfängt, und eine Anzeigeeinrichtung auf, die in einer der Einrichtungen angeordnet ist und die Werte der Prozeßparameter an einer Benutzeroberfläche anzeigt.
Die Datenübertragungseinheit des Informationsbetrachtungssystems kann so ausgebildet sein, daß sie die Werte der Prozeßparameter empfängt, die Speichereinheit veranlaßt, gespeicherte Werte der Prozeßparameter mit dem Wert von dem Eingangssignal zu überschreiben oder zu erweitern, und die Speichereinheit so konfiguriert, daß sie einen oder mehrere Prozeßparameter und Information, die den Prozeßparametern zugeordnet ist, speichert. Das Informationsbetrachtungssystem kann außerdem so konfiguriert sein, daß eine Vielzahl von Eingangssignalen von einer Vielzahl von Einrichtungen erzeugt wird, wobei die Datenerfassungseinheit, die Datenübertragungseinheit und die Speichereinheit so konfiguriert sind, daß sie jedes der Eingangssignale empfangen und verarbeiten.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung sind für den Fachmann aus der genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erfolgt, die nachstehend kurz erläutert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Blockbild eines Prozeßsteuerungsnetzes, das das Fieldbus-Protokoll verwendet;
2 ist ein schematisches Blockbild einer Fieldbus-Einrichtung, in der eine Gruppe von drei Funktionsblöcken vorgesehen ist;
3 ist ein schematisches Blockbild, das die Funktionsblöcke in einigen der Einrichtungen des Prozeßsteuerungsnetzes von 1 zeigt;
4 ist ein Schema einer Steuerschleife für eine typische Prozeßsteuerschleife innerhalb des Prozeßsteuerungsnetzes von 1;
5 ist ein Zeitschema für einen Makrozyklus eines Segments des Busses des Prozeßsteuerungsnetzes von 1;
6 ist ein schematisches Blockbild eines Prozeßsteuerungsnetzes mit einem Betrachtungsfunktionsblock und einem Betrachtungsbusüberwacher gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein schematisches Funktionsblockbild des Betrachtungsfunktionsblocks von 6; und
8 ist ein schematisches Funktionsblockbild des Betrachtungsbusüberwachers von 6.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Betrachtungsvorrichtungen der vorliegenden Erfindung werden zwar im einzelnen im Zusammenhang mit einem Prozeßsteuerungsnetz beschrieben, das Prozeßsteuerfunktionen auf eine dezentrale oder verteilte Weise unter Anwendung einer Gruppe von Fieldbus-Einrichtungen implementiert, es ist aber zu beachten, daß die Betrachtungsvorrichtungen der vorliegenden Erfindung bei Prozeßsteuerungsnetzen verwendet werden können, die verteilte Steuerfunktionen unter Anwendung anderer Arten von Feldeinrichtungen und Kommunikationsprotokollen ausführen, was Protokolle einschließt, die mit anderen als Zweidrahtbussen arbeiten, und Protokolle einschließt, die nur analoge oder sowohl analoge als auch digitale Kommunikationen unterstützen. Beispielsweise können die Betrachtungsvorrichtungen der vorliegenden Erfindung in jedem Prozeßsteuerungsnetz verwendet werden, das verteilte Steuerfunktionen ausführt, auch wenn dieses Prozeßsteuerungsnetz die HART-, PROFIBUS- usw. Kommunikationsprotokolle oder irgendwelche anderen Kommunikationsprotokolle verwendet, die es heute gibt oder die zukünftig entwickelt werden. Ferner können die Betrachtungsvorrichtungen der vorliegenden Erfindung auch bei Standard-Prozeßsteuerungsnetzen verwendet werden, die keine verteilten Steuerfunktionen ausführen, etwa HART-Netzen usw., und können mit jeder gewünschten Prozeßsteuereinrichtung einschließlich Ventilen, Positionierern, Gebern usw. verwendet werden.
Der Erläuterung der Einzelheiten der Betrachtungsvorrichtungen der vorliegenden Erfindung wird eine allgemeine Beschreibung des Fieldbus-Protokolls, von Feldeinrichtungen, die gemäß diesem Protokoll konfiguriert sind, und der Art und Weise vorangestellt, wie in einem Prozeßsteuerungsnetz, das das Fieldbus-Protokoll verwendet, die Kommunikation erfolgt. Es versteht sich aber, daß das Fieldbus-Protokoll zwar ein relativ neues, vollständig digitales Kommunikationsprotokoll ist, das zum Gebrauch in Prozeßsteuerungsnetzen entwickelt wurde, dieses Protokoll in der Technik bekannt und im einzelnen in zahlreichen Artikeln, Broschüren und Beschreibungen beschrieben ist, die u. a. von der Fieldbus Foundation, einer gemeinnützigen Organisation mit dem Sitz in Austin, Texas, veröffentlicht, verteilt und zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere ist das Fieldbus-Protokoll und die Art der Kommunikation mit das Fieldbus-Protokoll verwendenden Einrichtungen und der Speicherung von Daten in diesen im einzelnen in den Handbüchern mit dem Titel Communications Technical Specification und User Layer Technical Specification von der Fieldbus Foundation beschrieben; diese Publikationen werden hier summarisch eingeführt.
Das Fieldbus-Protokoll ist ein vollkommen digitales, serielles, Zweiwege-Kommunikationsprotokoll, das eine standardisierte physische Schnittstelle für eine Zweidrahtschleife oder einen Zweidrahtbus bereitstellt, der "Feld"-Einrichtungen wie Sensoren, Betätiger, Controller, Ventile usw. miteinander verbindet, die in einer Instrumenten- oder Prozeßsteuerungsumgebung etwa einer Fabrik oder einer Anlage angeordnet sind. Das Fieldbus-Protokoll bietet tatsächlich ein lokales Netz für Feldinstrumente (Feldeinrichtungen) innerhalb einer Prozeßanlage, das es diesen Feldeinrichtungen ermöglicht, Steuerfunktionen an Stellen auszuführen, die innerhalb eines Prozesses verteilt sind, und miteinander vor und nach der Ausführung dieser Steuerfunktionen zu kommunizieren, um eine Gesamtsteuerungsstrategie zu implementieren. Da das Fieldbus-Protokoll die Verteilung von Steuerfunktionen innerhalb eines Prozeßsteuerungsnetzes möglich macht, verringert es die Komplexität der zentralen Prozeßsteuereinrichtung, die typischerweise einem DCS zugeordnet ist, oder eliminiert die Notwendigkeit für eine solche vollständig.
Es wird nun auf 1 Bezug genommen. Ein Prozeßsteuerungsnetz 10, das das Fieldbus-Protokoll verwendet, kann einen Hauptrechner 12 aufweisen, der mit einer Reihe anderer Einrichtungen wie etwa einem Programmlogikcontroller (PLC) 13, einer Reihe von Steuereinrichtungen 14, einer weiteren Haupteinrichtung 15 und einer Gruppe von Feldeinrichtungen 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 und 32 über eine Zweidraht-Fieldbus-Schleife oder einen solchen Bus 34 verbunden ist. Das Netz 10 kann ferner andere Einrichtungen wie etwa einen Busüberwacher 35 aufweisen, die den Bus 34 ständig abhören und Kommunikations- und Diagnoseinformation sammeln, die zur Bewertung der Leistungsfähigkeit des Netzes 10 genutzt wird. Der Bus 34 hat verschiedene Abschnitte oder Segmente 34a, 34b und 34c, die durch Brückeneinrichtungen 30 und 32 voneinander getrennt sind. Jeder der Abschnitte 34a, 34b und 34c verbindet eine Untergruppe der an den Bus 34 angeschlossenen Einrichtungen miteinander, um Kommunikationen zwischen den Einrichtungen auf eine noch zu beschreiben de Weise zu ermöglichen. Selbstverständlich ist das Netz von 1 nur beispielhaft, und es gibt viele andere Möglichkeiten, wie ein Prozeßsteuerungsnetz unter Nutzung des Fieldbus-Protokolls konfiguriert sein kann. Typischerweise ist ein Konfigurierer in einer der Einrichtungen wie etwa dem Hauptrechner 12 angeordnet und zuständig für das Einrichten oder Konfigurieren jeder der Einrichtungen (die insofern "intelligente" Einrichtungen sind, als jede einen Mikroprozessor aufweist, der Kommunikations- und in einigen Fällen Steuerfunktionen ausüben kann) sowie für das Erkennen, wenn neue Feldeinrichtungen an den Bus 34 angeschlossen werden, wenn Feldeinrichtungen von dem Bus 34 getrennt werden, für den Empfang von einigen der von den Feldeinrichtungen 16 bis 32 erzeugten Daten und für die Kopplung mit einem oder mehreren Benutzerendgeräten, die sich in dem Hauptrechner 12 oder in einer anderen Einrichtung befinden können, die auf irgendeine Weise mit dem Hauptrechner 12 verbunden ist.
Der Bus 34 unterstützt oder erlaubt die rein digitale Zweiwege-Kommunikation und kann auch ein Energiesignal an eine oder alle von den damit verbundenen Einrichtungen liefern, beispielsweise die Feldeinrichtungen 16 bis 32. Alternativ kann jede oder können alle Einrichtung 12 bis 32 ihre eigenen Energieversorgungen haben oder können mit externen Energieversorgungen über gesonderte Drähte (nicht gezeigt) verbunden sein. Die Einrichtungen 12 bis 32 sind in 1 so gezeigt, daß sie mit dem Bus 34 in einer Standardverbindung vom Bustyp verbunden sind, wobei eine Vielzahl von Einrichtungen mit dem gleichen Paar von Drähten verbunden ist, die die Busseg mente 34a, 34b und 34c bilden; das Fieldbus-Protokoll erlaubt aber andere Einrichtungs-/Draht-Topologien einschließlich Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, wobei jede Einrichtung mit einer Einrichtung oder einem Hauptrechner über ein separates Zweidrahtpaar verbunden ist (ähnlich typischen analogen 4-20-mA-DCS-Systemen), sowie Baum- oder Stichverbindungen, bei denen jede Einrichtung mit einem gemeinsamen Punkt in einem Zweidrahtbus verbunden ist, der beispielsweise ein Verzweigungsstück oder ein Abschlußbereich in einer der Feldeinrichtungen innerhalb eines Prozeßsteuerungsnetzes sein kann.
Daten können über die verschiedenen Bussegmente 34a, 34b und 34c mit den gleichen oder verschiedenen Übertragungs-Baudraten oder -geschwindigkeiten entsprechend dem Fieldbus-Protokoll gesendet werden. Beispielsweise sieht das Fieldbus-Protokoll eine Übertragungsrate (H1) von 31,25 kbit/s vor, die als von den Bussegmenten 34b und 34c in 1 benutzt dargestellt ist, und/oder sieht eine Übertragungsrate (H2) von 2,5 Mbit/s vor, die typischerweise für die fortgeschrittene Prozeßsteuerung, die Ferneingabe/-ausgabe und Hochgeschwindigkeits-Fabrikautomatisierungsanwendungen verwendet wird und als von dem Bussegment 34a von 1 benutzt dargestellt ist. Ebenso können Daten über die Bussegmente 34a, 34b und 34c entsprechend dem Fieldbus-Protokoll unter Nutzung einer Spannungsmoden-Zeichengabe oder einer Strommoden-Zeichengabe gesendet werden. Selbstverständlich ist die maximale Länge jedes Segments des Busses 34 nicht streng begrenzt, sondern statt dessen durch die Übertragungsrate, den Kabeltyp, den Drahtdurchmesser, die Busenergieoption usw. dieses Abschnitts bestimmt.
Das Fieldbus-Protokoll klassifiziert die Einrichtungen, die mit dem Bus 34 verbunden werden können, in drei Kategorien, und zwar Basiseinrichtungen, Linkmaster-Einrichtungen und Brückeneinrichtungen. Basiseinrichtungen (z. B. die Einrichtungen 18, 20, 24 und 28 von 1) können kommunizieren, d. h. Kommunikationssignale auf den Bus 34 senden oder von diesem empfangen, können aber nicht die Reihenfolge oder den Zeitpunkt der Kommunikation, die auf dem Bus 34 stattfindet, bestimmen. Linkmaster-Einrichtungen (wie die Einrichtungen 16, 22 und 26 sowie der Hauptrechner 12 von 1) sind Einrichtungen, die über den Bus 34 kommunizieren und imstande sind, den Fluß und die zeitliche Steuerung von Kommunikationssignalen auf dem Bus 34 zu steuern. Brückeneinrichtungen (wie die Einrichtungen 30 und 32 von 1) sind Einrichtungen, die konfiguriert sind, um auf einzelnen Segmenten oder Zweigen eines Fieldbus-Busses zu kommunizieren und diese miteinander zu verbinden, um größere Prozeßsteuerungsnetze zu erschaffen. Falls gewünscht, können Brückeneinrichtungen eine Umwandlung zwischen unterschiedlichen Datengeschwindigkeiten und/oder unterschiedlichen Datenzeichengabeformaten bewirken, die auf den verschiedenen Segmenten des Busses 34 verwendet werden, können Signal verstärken, die zwischen den Segmenten des Busses 34 laufen, können die zwischen den verschiedenen Segmenten des Busses 34 fließenden Signale filtern und nur diejenigen Signale durchlassen, die dazu bestimmt sind, von einer Einrichtung an einem der Bussegmente empfangen zu werden, mit der die Brücke verbunden ist, und/oder können andere Aktionen ausführen, die notwendig sind, um verschiedene Segmente des Busses 34 zu verbinden. Brückeneinrichtungen, die Bussegmente miteinander verbinden, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten arbeiten, müssen an der Segmentseite der Brücke mit niedrigerer Geschwindigkeit Linkmasterfähigkeiten haben. Die Hauptrechner 12 und 15, der PLC 13 und die Steuereinrichtungen 14 können jede Art von Fieldbus-Einrichtung sein, sind aber charakteristisch Linkmastereinrichtungen.
Jede der Einrichtungen 12 bis 32 ist imstande, über den Bus 34 zu kommunizieren und, was wichtig ist, ist imstande, selbständig eine oder mehrere Prozeßsteuerfunktionen auszuüben unter Nutzung von Daten, die die Einrichtung von dem Prozeß oder von einer anderen Einrichtung über Kommunikationssignale auf dem Bus 34 gesammelt hat. Fieldbus-Einrichtungen sind somit imstande, Teile einer Gesamtsteuerungsstrategie direkt zu implementieren, die in der Vergangenheit von einer zentralen digitalen Steuereinrichtung eines DCS ausgeführt wurde. Zur Ausführung von Steuerfunktionen weist jede Fieldbus-Einrichtung einen oder mehrere standardisierte "Blöcke" auf, die in einem Mikroprozessor innerhalb der Einrichtung implementiert sind. Insbesondere weist jede Fieldbus-Einrichtung einen Ressourcenblock auf und kann null oder mehr Funktionsblöcke sowie null oder mehr Wandlerblöcke aufweisen. Diese Blöcke werden als Blockobjekte bezeichnet.
Ein Ressourcenblock speichert und überträgt einrichtungsspezifische Daten, die einige der Charakteristiken einer Fieldbus-Einrichtung betreffen, beispielsweise einen Einrichtungstyp, eine Revisionsangabe für die Einrichtung sowie Angaben darüber, wo andere einrichtungsspezifische Informationen innerhalb eines Speichers der Einrichtung erhal ten werden können. Verschiedene Hersteller von Einrichtungen speichern zwar unterschiedliche Arten von Daten in dem Ressourcenblock einer Feldeinrichtung, aber jede Feldeinrichtung, die dem Fieldbus-Protokoll entspricht, enthält einen Ressourcenblock, der einige Daten speichert.
Ein Funktionsblock definiert und implementiert eine Eingangsfunktion, eine Ausgangsfunktion oder eine Steuerfunktion, die der Feldeinrichtung zugeordnet ist, und somit werden Funktionsblöcke im allgemeinen als Eingangs-, Ausgangs- und Steuerfunktionsblöcke bezeichnet. Andere Kategorien von Funktionsblöcken wie Hybridfunktionsblöcke können jedoch existieren oder zukünftig entwickelt werden. Jeder Eingangs- oder Ausgangsfunktionsblock erzeugt mindestens einen Prozeßsteuereingang (wie etwa eine Prozeßvariable von einer Prozeßmeßeinrichtung) oder Prozeßsteuerausgang (wie etwa eine Ventilposition, die einer Betätigereinrichtung zugeführt wird), während jeder Steuerfunktionsblock einen Algorithmus verwendet (der eventuell geschützt sein kann), um einen oder mehrere Prozeßausgänge aus einem oder mehreren Prozeßeingängen und Steuereingängen zu erzeugen. Beispiele von Standard-Funktionsblöcken umfassen Analogeingangs(AI)-, Analogausgangs(AO)-, Bias(B)-, Steuerselektor(SC)-, diskreter Eingangs(DI)-, diskreter Ausgangs(DO)-, manueller Lade(ML)-, Proportional/Differential(PD)-, Proportional/Integral/Differential(PID)-, Verhältnis(RA)- und Signalselektor(SS)-Funktionsblöcke. Andere Arten von Funktionsblöcken gibt es jedoch ebenfalls, und neue Arten von Funktionsblöcken können definiert oder erzeugt werden, um in der Fieldbus-Umgebung wirksam zu sein.
Ein Wandlerblock koppelt die Eingänge und Ausgänge eines Funktionsblocks mit lokalen Hardwareeinrichtungen wie Sensoren und Einrichtungsbetätigern, um es Funktionsblöcken zu ermöglichen, die Ausgänge von lokalen Sensoren zu lesen und lokale Einrichtungen anzuweisen, eine oder mehrere Funktionen wie etwa das Bewegen eines Ventilelements auszuführen. Wandlerblöcke enthalten charakteristisch Information, die notwendig ist, um Signale zu interpretieren, die von einer lokalen Einrichtung abgegeben werden, und um lokale Hardwareeinrichtungen richtig zu steuern, die beispielsweise Information zur Erkennung des Typs einer lokalen Einrichtung, Kalibrierinformation, die einer lokalen Einrichtung zugeordnet ist, usw. aufweisen. Ein einzelner Wandlerblock ist typischerweise jedem Eingangs- oder Ausgangsfunktionsblock zugeordnet.
Die meisten Funktionsblöcke können Alarm- oder Ereignisanzeigen auf der Basis von vorbestimmten Kriterien erzeugen und sind imstande, in verschiedenen Betriebsarten bzw. Moden unterschiedlich wirksam zu sein. Allgemein gesagt, können Funktionsblöcke wirksam sein: in einem automatischen Modus, in dem beispielsweise der Algorithmus eines Funktionsblocks automatisch abläuft; einem Bedienermodus, in dem der Eingang oder Ausgang beispielsweise eines Funktionsblocks manuell gesteuert wird; einem Außerdienst-Modus, in dem der Block unwirksam ist; einem Kaskadenmodus, in dem die Operation des Blocks durch den Ausgang eines anderen Blocks beeinflußt (bestimmt) wird; und einem oder mehreren Fernmoden, in dem ein Ferncomputer den Modus des Blocks bestimmt. Andere Operationsmoden gibt es jedoch in den Fieldbus-Protokoll.
Es ist bedeutsam, daß jeder Block imstande ist, mit anderen Blöcken in der gleichen Feldeinrichtung oder verschiedenen Feldeinrichtungen über den Fieldbus-Bus 34 zu kommunizieren, wobei Standard-Mitteilungsformate verwendet werden, die durch das Fieldbus-Protokoll definiert sind. Infolgedessen können Kombinationen von Funktionsblöcken (in derselben Einrichtung oder verschiedenen Einrichtungen) miteinander kommunizieren, um eine oder mehrere dezentrale Steuerschleifen zu erzeugen. Beispielsweise kann ein PID-Funktionsblock in einer Feldeinrichtung über den Bus 34 so angeschlossen sein, daß er einen Ausgang eines AI-Funktionsblocks in einer zweiten Feldeinrichtung empfängt, Daten an einen AO-Funktionsblock in einer dritten Feldeinrichtung abgibt und einen Ausgang des AO-Funktionsblocks als Rückführungswert empfängt, um eine Prozeßsteuerschleife zu erzeugen, die separat und getrennt von jeder DCS-Steuereinrichtung ist. Auf diese Weise verlagern Kombinationen von Funktionsblöcken Steuerfunktionen aus einer zentralen DCS-Umgebung, was es DCS-Multifunktionssteuereinrichtungen erlaubt, Überwachungs- oder Koordinierungsfunktionen auszuüben oder vollständig eliminiert zu werden. Ferner bilden Funktionsblöcke eine grafische, blockorientierte Struktur zum einfachen Konfigurieren eines Prozesses und erlauben die Verteilung von Funktionen zwischen Feldeinrichtungen unterschiedlicher Hersteller, weil diese Blöcke ein gleichbleibendes Kommunikationsprotokoll verwenden.
Die hier erörterten Blockobjekte werden zwar als "Funktionsblöcke" in Verbindung mit dem Fieldbus-Protokoll bezeichnet, es ist aber für den Fachmann ersichtlich, daß Pro zeßsteuerungsnetze, die andere Kommunikationsprotokolle verwenden, Prozeßfunktionsmodule aufweisen, die zu den beschriebenen Funktionsblöcken analog sind. Die Beispiele in der folgenden Beschreibung sind zwar auf das Fieldbus-Protokoll ausgerichtet, aber die vorliegende Erfindung ist in Netzen anwendbar, die andere Kommunikationsprotokolle verwenden, und ist nicht auf Prozeßsteuerungsnetze beschränkt, die das Fieldbus-Protokoll verwenden.
Zusätzlich dazu, daß jede Feldeinrichtung Blockobjekte enthält und implementiert, weist jede Feldeinrichtung eines oder mehrere andere Objekte auf wie Linkobjekte, Trendobjekte, Warnobjekte und Betrachtungsobjekte. Linkobjekte definieren die Verbindungen zwischen den Eingängen und Ausgängen von Blöcken (wie Funktionsblöcken) sowohl innerhalb der Feldeinrichtung als auch über den Fieldbus-Bus 34.
Trendobjekte erlauben eine lokale Trendbildung von Funktionsblockparametern für den Zugang durch andere Einrichtungen wie etwa den Hauptrechner 12 oder Steuereinrichtungen 14 von 1. Trendobjekte halten kurzzeitige historische Daten, die sich auf beispielsweise einen Funktionsblockparameter beziehen, und berichten diese Daten an andere Einrichtungen oder Funktionsblöcke über den Bus 34 auf eine asynchrone Weise. Warnobjekte berichten Alarme und Ereignisse über den Bus 34. Diese Alarme oder Ereignisse können sich auf irgendein Ereignis beziehen, das innerhalb einer Einrichtung oder eines der Blöcke einer Einrichtung eintritt. Betrachtungsobjekte sind vordefinierte Gruppierungen von Blockparametern, die in Standard-Mensch/Maschine-Schnittstellen verwendet werden, und können von Zeit zu Zeit an andere Einrichtungen zum Betrachten gesendet werden.
In 2 ist eine Fieldbus-Einrichtung, die beispielsweise eine der Feldeinrichtungen 16 bis 28 von 1 ist, gezeigt und weist drei Ressourcenblöcke 48, drei Funktionsblöcke 50, 51 und 52 und zwei Wandlerblöcke 53 und 54 auf. Einer der Funktionsblöcke 50 (der ein Eingabefunktionsblock sein kann) ist durch den Wandlerblock 53 mit einem Sensor 55 verbunden, der beispielsweise ein Temperatursensor, ein Sollwert-Anzeigesensor usw. sein kann. Der zweite Funktionsblock 51 (der ein Ausgabefunktionsblock sein kann) ist durch den Wandlerblock 5 mit einer Ausgabeeinrichtung wie etwa einem Ventil 56 verbunden. Der dritte Funktionsblock 52 (der ein Steuerfunkti onsblock sein kann) hat ein ihm zugeordnetes Trendobjekt 57 zur Trendbildung des Eingabeparameters des Funktionsblocks 52.
Linkobjekte 58 definieren die Blockparameter von jedem der zugehörigen Blöcke, und Warnobjekte 59 liefern Alarme oder Ereignismitteilungen für jeden der zugehörigen Blöcke. Betrachtungsobjekte 60 sind jedem der Funktionsblöcke 50, 51 und 52 zugeordnet und enthalten oder gruppieren Datenlisten für die Funktionsblöcke, denen sie zugeordnet sind. Diese Listen enthalten Informationen, die für jede einer Gruppe von verschiedenen definierten Ansichten notwendig sind. Natürlich ist 2 nur beispielhaft, und andere Anzahlen und Arten von Blockobjekten, Linkobjekten, Warnobjekten, Trendobjekten und Betrachtungsobjekten können in jeder Feldeinrichtung vorgesehen sein.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen; das Blockbild des Prozeßsteuerungsnetzes 10, das die Einrichtungen 16, 18 und 24 als Positionierer-/Ventileinrichtungen und die Einrichtungen 20, 22, 26 und 28 als Geber zeigt, zeigt außerdem die Funktionsblöcke, die der Positionierer-/Ventileinrichtung 16, dem Geber 20 und der Brücke 30 zugeordnet sind. Wie 3 zeigt, umfaßt die Positionierer-/Ventileinrichtung 16 einen Ressourcen(RSC)-Block 61, einen Wandler(XDR)-Block 62 und eine Reihe von Funktionsblöcken wie einen Analogausgangs(AO)-Funktionsblock 63, zwei PID-Funktionsblöcke 64 und 65 und einen Signalwähl(SS)-Funktionsblock 69. Der Wandler bzw. Geber 20 umfaßt einen Ressourcenblock 61, zwei Wandlerblöcke 62 und zwei Analogeingangs(AI)-Funktionsblöcke 66 und 67. Ferner weist die Brücke 30 einen Ressourcenblock 61 und einen PID-Funktionsblock 68 auf.
Es versteht sich, daß die verschiedenen Funktionsblöcke von 3 in einer Reihe von Steuerschleifen zusammenwirken können (indem sie über den Bus 34 kommunizieren, und die Steuerschleifen, in denen die Funktionsblöcke der Positionierer-/Ventileinrichtung 16, des Gebers 20 und der Brücke 30 liegen, sind in 3 durch einen Schleifenerkennungsblock identifiziert, der mit jedem dieser Funktionsblöcke verbunden ist. Wie 3 zeigt, sind also der AO-Funktionsblock 63 und der PID-Funktionsblock 64 der Positionierer-/Ventileinrichtung 16 und der AI-Funktionsblock 66 der Wandler 20 in einer Steuerschleife LOOP1 zusammengeschaltet, während der SS-Funktionsblock 69 der Positionierer-/Ventileinrichtung 16, der AI-Funktionsblock 69 des Gebers 20 und der PID-Funktionsblock 68 der Brücke 30 in einer mit LOOP2 bezeichneten Schleife zusammengeschaltet sind. Der andere PID-Funktionsblock 65 der Positionierer-/Ventileinrichtung 16 ist in eine mit LOOP3 bezeichnete Steuerschleife eingefügt.
Die miteinander verbundenen Funktionsblöcke, die die mit LOOP1 in 3 bezeichnete Steuerschleife bilden, sind im einzelnen in dem Schema dieser Steuerschleife gemäß 4 gezeigt. Wie aus 4 ersichtlich ist, ist die Steuerschleife LOOP1 vollständig aus Kommunikationsverbindungen zwischen dem AO-Funktionsblock 63 und dem PID-Funktionsblock 64 der Positionierer-/Ventileinrichtung 16 und dem AI-Funktionsblock 66 des Gebers 20 (3) gebildet. Das Steuerschleifendiagramm von 4 zeigt die Übertragungsverbindungen zwischen diesen Funktionsblöcken unter Verwendung von Linien, an denen die Prozeß- und Steuereingänge und -ausgänge dieser Funktionsblöcke angebracht sind. So ist der Ausgang des AI-Funktionsblocks 66, der ein Prozeßmeß- oder Prozeßparametersignal aufweisen kann, kommunikativ über das Bussegment 34b mit dem Eingang des PID-Funktionsblocks 64 verbunden, der einen Ausgang hat, der ein Steuersignal aufweist und kommunikativ mit einem Eingang des AO-Funktionsblocks 63 verbunden ist. Ein Ausgang des AO-Funktionsblocks 63, der ein Rückführungssignal aufweist, das beispielsweise die Position des Ventils 16 bezeichnet, ist mit einem Steuereingang des PID-Funktionsblocks 64 verbunden. Der PID-Funktionsblock 64 verwendet dieses Rückführungssignal gemeinsam mit dem Prozeßmeßsignal von dem AI-Funktionsblock 66 zur Implementierung der geeigneten Steuerung des AO-Funktionsblocks 63. Natürlich können die durch die Linien in dem Steuerschleifenschema von 4 bezeichneten Verbindungen intern innerhalb einer Feldeinrichtung ausgeführt werden, wenn, wie im Fall der AO- und PID-Funktionsblöcke 63 und 64 die Funktionsblöcke innerhalb derselben Feldeinrichtung sind (z. B. der Positionierer-/Ventileinrichtung 16), oder diese Verbindungen können über den Zweidraht-Kommunikationsbus 34 unter Verwendung von synchronen Standard-Fieldbus-Kommunikationen implementiert sein. Selbstverständlich werden andere Steuerschleifen von anderen Funktionsblöcken implementiert, die in anderen Konfigurationen kommunikativ miteinander verbunden sind.
Zur Implementierung und Durchführung von Kommunikations- und Steueraktivitäten verwendet das Fieldbus-Protokoll drei allgemeine Technologiekategorien, die als eine physikalische Schicht bzw. Bitübertragungsschicht, ein Kommunikations-"Stapel" und eine Benutzerschicht bezeichnet sind. Die Benutzerschicht umfaßt die Steuer- und Konfigurationsfunktionen, die in Form von Blöcken (wie Funktionsblöcken) und Objekten innerhalb einer bestimmten Prozeßsteuereinrichtung oder Feldeinrichtung vorgesehen sind. Die Benutzerschicht ist typischerweise in einer urheberrechtlich geschützten Weise von dem Hersteller der Vorrichtung konstruiert, muß jedoch imstande sein, Mitteilungen entsprechend dem Standard-Mitteilungsformat zu empfangen und zu senden, das von dem Fieldbus-Protokoll definiert ist, und von einem Benutzer auf übliche Weise konfiguriert zu werden. Die Bitübertragungsschicht und der Kommunikationsstapel sind notwendig, um die Kommunikation zwischen verschiedenen Blöcken verschiedener Feldeinrichtungen auf eine standardisierte Weise unter Verwendung des Zweidraht-Busses 34 aufzuführen, und können nach dem wohlbekannten in Schichten aufgebauten Kommunikationsmodell Open Systems Interconnect bzw. OSI ausgebildet sein.
Die Bitübertragungsschicht, die der OSI-Schicht 1 entspricht, ist in jede Feldeinrichtung und den Bus 34 eingebettet und ist wirksam zur Umwandlung von elektromagnetischen Signalen, die von dem Fieldbus-Übertragungsmedium (dem Zweidrahtbus 34) empfangen werden, in Mitteilungen, die von dem Kommunikationsstapel der Feldeinrichtung genutzt werden können. Die Bitübertragungsschicht kann man sich als den Bus 34 und die auf dem Bus 34 vorhandenen elektromagnetischen Signale an den Eingängen und Ausgängen der Feldeinrichtungen vorstellen.
Der Kommunikationsstapel, der in jeder Fieldbus-Einrichtung vorhanden ist, weist eine Datensicherungsschicht, die der OSI-Schicht 2 entspricht, eine Fieldbus-Zugangsunterschicht sowie eine Fieldbus-Mitteilungsdarstellungsschicht, die der OSI-Schicht 6 entspricht, auf. Es gibt in dem Fieldbus-Protokoll keine entsprechende Struktur für die OSI-Schichten 3 bis 5. Die Anwendungen einer Fieldbus-Einrichtungen weisen jedoch eine Schicht 7 auf, während eine Benutzerschicht eine Schicht 8 ist, die in dem OSI-Protokoll nicht definiert ist. Jede Schicht in dem Kommunikationsstapel ist für die Codierung oder Decodierung eines Teils der Mitteilung oder des Signals zuständig, das auf dem Fieldbus-Bus 34 übertragen wird. Infolgedessen werden von jeder Schicht des Kommunikationsstapels bestimmte Anteile des Fieldbus-Signals wie Präambeln, Anfangsbegrenzer und Endbegrenzer hinzugefügt oder entfernt, und in manchen Fällen werden die davon befreiten Anteile des Fieldbus-Signals decodiert, um zu erkennen, wohin der Rest des Signals oder der Mittelung gesendet werden sollte, oder ob das Signal verworfen werden sollte, weil es beispielsweise eine Mitteilung oder Daten für Funktionsblöcke enthält, die sich nicht in der empfangenden Feldeinrichtung befinden.
Die Datensicherungsschicht steuert die Übertragung von Mitteilungen auf den Bus 34 und verwaltet den Zugang zu dem Bus 34 entsprechend einem deterministischen zentralen Busablaufplaner, der als linkaktiver Ablaufplaner bezeichnet und noch im einzelnen beschrieben wird. Die Datensicherungsschicht entfernt eine Präambel von den Signalen auf dem Übertragungsmedium und kann die empfangene Präambel nutzen, um den internen Takt der Feldeinrichtung mit dem ankommenden Fieldbus-Signal zu synchronisieren. Ebenso wandelt die Datensicherungsschicht Mitteilungen auf dem Kommunikationstapel in physikalische Fieldbus-Signale um und codiert diese Signale mit Taktinformation, um ein "synchrones serielles" Signal zu bilden, das eine geeignete Präambel zur Übertragung auf dem Zweidrahtbus 34 hat. Während des Decodierungsvorgangs erkennt die Datensicherungsschicht spezielle Codes innerhalb der Präambel wie Anfangsbegrenzer und Endbegrenzer, um den Beginn und das Ende einer bestimmten Fieldbus-Mitteilung zu erkennen, und kann eine Prüfsumme ausführen, um die Integrität des Signals oder der Mitteilung, die von dem Bus 34 empfangen wird, zu verifizieren. Ebenso überträgt die Datensicherungsschicht Fieldbus-Signale auf den Bus 34 durch Hinzufügen von Anfangs- und Endbegrenzern zu Mitteilungen an dem Kommunikationsstapel und Plazieren dieser Signale auf dem Übertragungsmedium zum richtigen Zeitpunkt.
Die Fieldbus-Mitteilungsdarstellungsschicht erlaubt der Benutzerschicht (d. h. den Funktionsblöcken, Objekten usw. einer Feldeinrichtung), über den Bus 34 unter Verwendung eines Standardsets von Mitteilungsformaten zu kommunizieren, und beschreibt die Kommunikationsdienste, Mitteilungsformate und Protokollverhalten, die notwendig sind, um Mitteilungen aufzubauen, die an dem Kommunikationsstapel zu plazieren und der Benutzerschicht zuzuführen sind. Da die Fieldbus-Mitteilungsdarstellungsschicht standardisierte Kommunikationen für die Benutzerschicht liefert, sind spezielle Fieldbus-Mitteilungsdarstellungs-Kommunikationsdienste für jede Art von oben beschriebenem Objekt definiert. Beispielsweise umfaßt die Fieldbus-Mitteilungsdarstellungsschicht Objektlexikondienste, die es einem Benutzer erlauben, ein Objektlexikon einer Einrichtung zu lesen. Das Objektlexikon speichert Objektbeschreibungen, die jedes der Objekte (etwa Blockobjekte) einer Einrichtung beschreiben oder identifizieren. Die Fieldbus-Mitteilungsdarstellungsschicht stellt ferner Kontextverwaltungsdienste bereit, die es einem Benutzer erlauben, Kommunikationsbeziehungen zu lesen und zu ändern, die als noch zu beschreibende virtuelle Kommunikationsbeziehungen (VCR) bekannt und einem oder mehreren Objekten einer Einrichtung zugeordnet sind. Ferner stellt die Fieldbus-Mitteilungsdarstellungsschicht variable Zugangsdienste, Ereignisdienste, Hochlade- und Herunterladedienste und Programmaufrufdienste bereit, die sämtlich in dem Fieldbus-Protokoll wohlbekannt sind und daher nicht mehr im einzelnen beschrieben werden. Die Fieldbus-Zugangsunterschicht bildet die Fieldbus-Mitteilungsdarstellungsschicht in die Datensicherungsschicht ab.
Um die Operation dieser Schichten zuzulassen oder zu ermöglichen, weist jede Fieldbus-Einrichtung eine Managementinformationsbasis MIB auf, die eine Datenbank ist, die VCR, dynamische Variablen, Statistiken, Zeitablaufpläne des linkaktiven Ablaufplaners, Funktionsblockausführungs-Zeitablaufpläne und Einrichtungskennungs- und Adresseninformation speichert. Selbstverständlich kann auf die Information innerhalb der MIB jederzeit unter Anwendung von Fieldbus-Standardmitteilungen oder -befehlen zugegriffen oder können diese geändert werden. Ferner ist gewöhnlich jede Einrichtung mit einer Einrichtungsbeschreibung versehen, um einem Benutzer oder einem Hauptrechner eine ausführliche Betrachtung der Information in dem VFD zu geben. Eine Einrichtungsbeschreibung, die typischerweise mit einem Token versehen sein muß, um von einem Hauptrechner genutzt werden zu können, speichert Information, die der Hauptrechner benötigt, um die Bedeutung der Daten in den VFD einer Einrichtung zu verstehen.
Zur Implementierung einer Steuerungsstrategie unter Verwendung von Funktionsblöcken, die in einem Prozeßsteuerungsnetz verteilt sind, muß natürlich die Ausführung der Funktionsblöcke in bezug auf die Ausführung anderer Funktionsblöcke in einer bestimmten Steuerschleife präzise geplant sein. Ebenso muß die Kommunikation zwischen verschiedenen Funktionsblöcken präzise auf dem Bus 34 geplant sein, so daß die richtigen Daten jedem Funktionsblock zur Verfügung gestellt werden, bevor dieser Block ausgeführt wird.
Die Art und Weise, wie verschiedene Feldeinrichtungen (und verschiedene Blöcke in Feldeinrichtungen) über das Fieldbus-Übertragungsmedium kommunizieren, wird nun unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Damit eine Kommunikation stattfindet, wirkt eine der Linkmastereinrichtungen an jedem Segment des Busses 34 (z. B. die Einrichtungen 12, 16 und 26) als linkaktiver Ablaufplaner (LAS), der die Kommunikation an dem zugehörigen Segment des Busses 34 aktiv plant und steuert. Der LAS für jedes Segment des Busses 34 speichert und aktualisiert einen Kommunikationsablaufplan (einen linkaktiven Ablaufplan), der die Zeiten enthält, zu denen jeder Funktionsblock jeder Einrichtung planmäßig eine periodische Kommunikationsaktivität auf dem Bus 34 beginnt, und die Zeitdauer, während der diese Kommunikationsaktivität stattfinden soll. Es kann zwar eine – und nur eine – aktive LAS-Einrichtung an jedem Segment des Busses 34 geben, aber andere Linkmastereinrichtungen (wie die Einrichtung 22 an dem Segment 34b) können als Reserve-LAS dienen und aktiv werden, wenn beispielsweise der aktuelle LAS ausfällt. Basiseinrichtungen sind nicht fähig, zu irgendeiner Zeit ein LAS zu werden.
Allgemein gesagt, sind Kommunikationsaktivitäten über den Bus 34 in sich wiederholende Makrozyklen unterteilt, von denen jeder eine synchrone Kommunikation für jeden Funktionsblock aufweist, der an einem bestimmten Segment des Busses 34 aktiv ist, und eine oder mehrere asynchrone Kommunikationen für einen oder mehrere der Funktionsblöcke oder Einrichtungen aufweist, die an einem Segment des Busses 34 aktiv sind. Eine Einrichtung kann aktiv sein, d. h. Daten zu jedem Segment des Busses 34 senden und Daten von jedem Segment des Busses 34 empfangen, auch wenn sie physisch mit einem anderen Segment des Busses 34 verbunden ist, und zwar durch koordinierte Operation der Brücken und der LAS an dem Bus 34.
Während jedes Makrozyklus führt jeder der Funktionsblöcke, die an einem bestimmten Segment des Busses 34 aktiv sind, gewöhnlich zu einer anderen, jedoch präzise geplanten (synchronen) Zeit aus und publiziert zu einer anderen präzise geplanten Zeit seine Ausgangsdaten an diesem Segment des Busses 34 als Reaktion auf einen Zwangsdatenbefehl, der von dem geeigneten LAS erzeugt wird. Bevorzugt ist für jeden Funktionsblock geplant, daß er seine Ausgangsdaten kurz nach dem Ende der Ausführungsperiode des Funktionsblocks publiziert. Ferner sind die Datenpublizierungszeiten der verschiedenen Funktionsblöcke seriell so geplant, daß keine zwei Funktionsblöcke an einem bestimmten Segment des Busses 34 Daten gleichzeitig publizieren. Während der Zeit, in der eine synchrone Kommunikation nicht stattfindet, darf jede Feldeinrichtung nacheinander Alarmdaten, Betrachtungsdaten usw. auf eine asynchrone Weise unter Nutzung von tokengesteuerten Kommunikationen übertragen. Die Ausführungszeiten und die erforderliche Zeitdauer zur vollständigen Ausführung jedes Funktionsblocks sind in der Managementinformationsbasis MIB der Einrichtung gespeichert, in der sich der Funktionsblock befindet, während, wie oben gesagt, die Zeiten zum Senden der Zwangsdatenbefehle zu jeder der Einrichtungen an einem Segment des Busses 34 in der MIB der LAS-Einrichtung für dieses Segment gespeichert sind. Diese Zeiten sind typischerweise als Versatzzeiten gespeichert, weil sie die Zeiten bezeichnen, zu denen ein Funktionsblock ausführen soll oder Daten als Versatz vom Beginn einer "absoluten Linkplanstartzeit" senden soll, die allen Einrichtungen bekannt ist, die mit dem Bus 34 verbunden sind.
Zur Durchführung von Kommunikationen während jedes Makrozyklus sendet der LAS, beispielsweise der LAS 16 des Bussegments 34b, einen Zwangsdatenbefehl an jede der Einrichtungen an dem Bussegment 34b entsprechend der Liste von Übertragungszeiten, die in dem linkaktiven Ablaufplan gespeichert sind. Bei Empfang eines Zwangsdatenbefehls publiziert ein Funktionsblock einer Einrichtung seine Ausgangsdaten auf dem Bus 34 für einen bestimmten Zeitraum. Da jeder Funktionsblock typischerweise so eingeplant ist, daß er so ausführt, daß die Ausführung dieses Blocks beendet ist, kurz bevor der Block nach Plan einen Zwangsdatenbefehl empfängt, sollten die als Reaktion auf einen Zwangsdatenbefehl publizierten Daten die neuesten Ausgangsdaten des Funktionsblocks sein. Wenn jedoch ein Funktionsblock langsam ausführt und keine neuen Ausgänge zwischengespeichert hat, wenn er den Zwangsdatenbefehl erhält, publiziert der Funktionsblock die Ausgangsdaten, die während des letzten Durchlaufs des Funktionsblocks erzeugt wurden, und zeigt durch Verwendung eines Zeitstempels an, daß die publizierten Daten alte Daten sind.
Nachdem der LAS einen Zwangsdatenbefehl an jeden Funktionsblock an einem bestimmten Segment des Busses 34 gesendet hat und während der Zeiten, in denen Funktionsblöcke ausführen, kann der LAS asynchrone Kommunikationsaktivitäten stattfinden lassen. Zur Ausführung einer asynchronen Kommunikation sendet der LAS eine Tokendurchlaßmitteilung an eine bestimmte Feldeinrichtung. Wenn eine Feldeinrich tung eine Tokendurchlaßmitteilung empfängt, hat diese Feldeinrichtung vollen Zugang zu dem Bus 34 (oder einem Segment davon) und kann asynchrone Mitteilungen wie etwa Alarmmeldungen, Trenddaten, vom Bediener ausgeführte Sollwertänderungen usw. senden, bis die Mitteilungen komplett sind oder eine maximale zugewiesene "Tokenhaltezeit" abgelaufen ist. Danach gibt die Feldeinrichtung den Bus 34 (oder ein bestimmtes Segment davon) frei, und der LAS sendet eine Tokendurchlaßmitteilung an eine andere Einrichtung. Dieser Prozeß wird wiederholt bis zum Ende des Makrozyklus oder bis der LAS planmäßig einen Zwangsdatenbefehl sendet, um eine synchrone Kommunikation zu bewirken. Selbstverständlich kann in Abhängigkeit von der Menge an Mitteilungsverkehr und der Anzahl von Einrichtungen und Blöcken, die mit einem bestimmten Segment des Busses 34 verbunden sind, nicht jede Einrichtung in jedem Makrozyklus eine Tokendurchlaßmitteilung empfangen.
5 zeigt einen Zeitplan, der die Zeiten zeigt, zu denen Funktionsblöcke an dem Bussegment 34b von 1 während jedes Makrozyklus des Bussegments 34b ausführen, und die Zeiten zeigt, zu denen synchrone Kommunikationen während jedes dem Bussegment 34b zugeordneten Makrozyklus stattfinden. In dem Zeitplan von 5 ist die Zeit auf der Horizontalachse bezeichnet, und Aktivitäten, die den verschiedenen Funktionsblöcken der Positionierer-/Ventileinrichtung 16 und des Gebers 20 (von 3) zugeordnet sind, sind auf der Vertikalachse aufgetragen. Die Steuerschleife, in der jeder der Funktionsblöcke wirksam ist, ist in 5 als Index angegeben. So bezeichnet AI_LOOP1 den AI-Funktionsblock 66 des Gebers 20, PID_LOOP1 bezeichnet den PID-Funktionsblock 64 der Positionierer-/Ventileinrichtung 16 usw. Die Blockausführungsperiode jedes der gezeigten Funktionsblöcke ist mit einem schraffierten Kästchen bezeichnet, wogegen jede planmäßige synchrone Kommunikation durch einen vertikalen Balken in 5 bezeichnet ist.
Gemäß dem Zeitplan von 5 führt also während jedes bestimmten Makrozyklus des Segments 34b (von 1) der Funktionsblock AI_LOOP1 zuerst während des Zeitraums aus, der durch das Kästchen 70 bezeichnet ist. Während des Zeitraums, der durch den vertikalen Balken 72 bezeichnet ist, wird dann der Ausgang des Funktionsblocks AI_LOOP1 auf dem Bussegment 34b als Reaktion auf einen Zwangsdatenbefehl von dem LAS für das Bussegment 34b publiziert. Ebenso bezeichnen die Kästchen 74, 76, 78, 80 und 81 die Ausführungszeiten der Funktionsblöcke PID_LOOP1, AI_LOOP2, AO_LOOP1, SS_LOOP2 und PID_LOOP3 (die für jeden der verschiedenen Blöcke verschieden sind), während die vertikalen Balken 82, 84, 86, 88 und 89 die Zeiten bezeichnen, in denen die Funktionsblöcke PID_LOOP1, AI_LOOP2, AO_LOOP1, SS_LOOP2 und PID_LOOP3 Daten auf dem Bussegment 34b publizieren.
Wie ersichtlich ist, zeigt das Zeitablaufschema von 5 auch die Zeiten, die für asynchrone Kommunikationsaktivitäten verfügbar sind, die während der Ausführungszeiten jedes der Funktionsblöcke und während der Zeit am Ende des Makrozyklus stattfinden können, während der keine Funktionsblöcke ausführen und keine synchrone Kommunikation auf dem Bussegment 34b stattfindet. Selbstverständlich können, falls gewünscht, verschiedene Funktionsblöcke absichtlich so eingeplant sein, daß sie gleichzeitig ausführen, und nicht alle Funktionsblöcke müssen Daten auf dem Bus publizieren, wenn beispielsweise keine andere Einrichtung an den von einem Funktionsblock erzeugten Daten teilnimmt.
Feldeinrichtungen können Daten und Mitteilungen über den Bus 34 publizieren oder übertragen unter Verwendung von drei virtuellen Kommunikationsbeziehungen (VCR), die in der Fieldbus-Zugangsunterschicht des Stapels jeder Feldeinrichtung definiert sind. Ein Client/Server-VCR wird für in Warteschlange befindliche, ungeplante, vom Benutzer initiierte Eins-zu-Eins-Kommunikationen zwischen Einrichtungen auf dem Bus 34 verwendet. Diese Warteschlangenmitteilungen werden in der Reihenfolge gesendet und empfangen, in der sie für die Übertragung übergeben werden, entsprechend ihrer Priorität und ohne Überschreiben vorhergehender Mitteilungen. So kann eine Feldeinrichtung eine Client/Server-VCT verwenden, wenn sie eine Tokendurchlaßmitteilung von einer LAS empfängt, um eine Anforderungsmitteilung an eine andere Einrichtung auf dem Bus 34 zu senden. Der Anfordernde wird als "Client" bezeichnet, und die Einrichtung, die die Anforderung empfängt, wird als "Server" bezeichnet. Der Server sendet eine Antwort, wenn er eine Tokendurchlaßmitteilung von dem LAS empfängt. Die Client/Server-VCR wird beispielsweise genutzt, um vom Bediener ausgelöste Anforderungen wie etwa Sollwertänderungen, Abstimmparameterzugang und -änderungen, Alarmbestätigungen und Einrichtungs-Hochlade- und -herunterladevorgänge auszuführen.
Eine Berichtverteilungs-VCR wird für in Warteschlange befindliche, unplanmäßige, vom Benutzer initiierte Eins-an-Viele-Kommunikationen verwendet. Wenn beispielsweise eine Feldeinrichtung mit einem Ereignis- oder Trendbericht ein Durchlaßtoken von einem LAS empfängt, sendet diese Feldeinrichtung ihre Mitteilung an eine "Gruppenadresse", die in der Fieldbus-Zugangsunterschicht des Kommunikationsstapels dieser Einrichtung definiert ist. Einrichtungen, die so konfiguriert sind, daß sie diese VCR abhören, empfangen den Bericht. Die Berichtverteilungs-VCR wird typischerweise von Fieldbus-Einrichtungen verwendet, um Alarmmitteilungen an Bedienerkonsolen zu senden.
Ein Publizierer/Teilnehmer-VCR-Typ wird für in einem Puffer befindliche Eine-an-viele-Kommunikationen verwendet. Gepufferte Kommunikationen sind solche, die nur die neueste Version der Daten speichern und senden, und somit überschreiben neue Daten vorhergehende Daten vollständig. Funktionsblockausgänge weisen beispielsweise gepufferte Daten auf. Eine "Publizierer"-Feldeinrichtung publiziert oder sendet eine Mitteilung unter Nutzung des Publizierer/Teilnehmer-VCR-Typs an alle "Teilnehmer"-Feldeinrichtungen an dem Bus 34, wenn die Publizierereinrichtung eine Zwangsdatenmitteilung von dem LAS oder von einer Teilnehmereinrichtung empfängt. Die Publizierer-/Teilnehmer-Beziehungen sind vorbestimmt und definiert und in der Fieldbus-Zugangsunterschicht des Kommunikationsstapels jeder Feldeinrichtung gespeichert.
Um die richtigen Kommunikationsaktivitäten über den Bus 34 sicherzustellen, sendet jeder LAS periodisch eine Zeitverteilungsmitteilung an alle Feldeinrichtungen, die mit einem Segment des Busses 34 verbunden sind, was es den empfangenden Einrichtungen ermöglicht, ihre lokale Anwendungszeit so einzustellen, daß sie synchron miteinander sind. Zwischen diesen Synchronisierungsmitteilungen wird die Taktzeit in jeder Einrichtung auf der Basis ihres eigenen internen Takts selbständig aufrechterhalten. Die Taktsynchronisierung erlaubt es den Feldeinrichtungen, Daten in dem gesamten Fieldbus-Netz mit Zeitstempel zu versehen, um beispielsweise zu zeigen, wann Daten erzeugt wurden.
Ferner speichert jeder LAS (und jede andere Linkmastereinrichtung) an jedem Bussegment eine "aktuelle Liste", die eine Liste sämtlicher Einrichtungen ist, die mit diesem Segment des Busses 343 verbunden sind, d. h. sämtlicher Einrichtungen, die auf eine Tokendurchlaßmitteilung richtig ansprechen. Der LAS erkennt ständig neue Einrichtungen, die einem Bussegment hinzugefügt werden, durch periodisches Aussenden von Prüfknotenmitteilungen an Adressen, die sich nicht auf der aktuellen Liste befinden. Tatsächlich muß jeder LAS mindestens eine Adresse prüfen, nachdem er einen Zyklus des Sendens von Tokendurchlaßmitteilungen an alle Feldeinrichtungen in der aktuellen Liste komplettiert hat. Wenn eine Feldeinrichtung an der geprüften Adresse vorhanden ist und die Prüfknotenmeldung empfängt, sendet die Einrichtung sofort eine Prüfantwortmeldung zurück. Bei Empfang einer Prüfantwortmeldung fügt der LAS die Einrichtung der aktuellen Liste hinzu und bestätigt durch Senden einer Knotenaktivierungsmeldung an die geprüfte Feldeinrichtung. Eine Feldeinrichtung bleibt so lange auf der aktuellen Liste, wie diese Feldeinrichtung auf Tokendurchlaßmitteilungen richtig anspricht. Ein LAS entfernt jedoch eine Feldeinrichtung von der aktuellen Liste, wenn die Feldeinrichtung nach drei aufeinanderfolgenden Versuchen das Token nicht benutzt oder das Token sofort an den LAS zurücksendet. Wenn eine Feldeinrichtung der aktuellen Liste hinzugefügt oder davon entfernt wird, sendet der LAS Änderungen der aktuellen Liste an alle anderen Linkmastereinrichtungen an dem entsprechenden Segment des Busses 34, so daß jede Linkmastereinrichtung eine aktuelle Kopie der aktuellen Liste aufrechterhalten kann.
Wie oben gesagt, werden die Kommunikationsverbindungen zwischen den Feldeinrichtungen und ihren Funktionsblöcken von einem Prozeßingenieur bestimmt und innerhalb des Prozeßsteuerungsnetzes 10 implementiert unter Anwendung einer Konfigurationsanwendung, die sich beispielsweise in dem Hauptrechner 12 befindet. Nach dem Konfigurieren arbeitet jedoch das Prozeßsteuerungsnetz 10 ohne jede Rücksicht auf die Kompilierung von Echtzeitwerten von Prozeßparametern zur Betrachtung an einer Anzeigeeinrichtung. Weil die Verarbeitung in dem Prozeßsteuerungsnetz 10 dezentral erfolgt, empfängt keine einzige Einrichtung Echtzeitwerte für alle Prozeßparameter des Prozeßsteuerungsnetzes 10. Wenn ein Benutzer Echtzeitinformationen sammeln und betrachten möchte, hat der Benutzer derzeit mehrere Alternativen zur Gewinnung der Information, wobei jede davon die Komplexität und den Busverkehr des Netzes erhöht.
Bei einer Alternative ist eine Prozeßsteuereinrichtung wie etwa die Steuereinrichtung 14 oder der Hauptrechner 15 von 3 mit einer Benutzerschnittstelle konfiguriert, die dem Benutzer erlaubt, Echtzeitinformation von einer oder mehreren Feldeinrich tungen in dem Prozeßsteuerungsnetz 10 anzufordern. Bei Empfang der Anforderung von der Benutzerschnittstelle setzt die Prozeßsteuereinrichtung Anforderungsmitteilungen für jede Feldeinrichtung in Warteschlange (typischerweise unter Anwendung von asynchronen Kommunikationen). Wenn die Prozeßsteuereinrichtung eine Tokendurchlaßmitteilung von ihrem zugehörigen LAS empfängt, sendet die Einrichtung die Anforderungsmitteilungen an die Feldeinrichtungen unter Anwendung von Client/Server-VCRs. Die Feldeinrichtungen empfangen die Anforderungen, formatieren Antwortmitteilungen mit den aktuellen Werten der angeforderten Prozeßparameter und übermitteln die Antwortmitteilungen, wenn Tokendurchlaßmitteilungen von ihrem zugehörigen LAS empfangen werden. Bei dieser Alternative wird eine erhebliche Menge an Busverkehr erzeugt, um die Echtzeitinformation abzurufen. Zwei zusätzliche Transaktionen, eine Anforderung und eine Antwort, werden für jede Feldeinrichtung erzeugt, in der ein angeforderter Prozeßparameter gespeichert ist. Da diese Alternative asynchrone Transaktionen verwendet, können zusätzlich mehrere Makrozyklen ablaufen, bevor alle Anforderungsmitteilungen gesendet und die entsprechenden Antworten empfangen werden, wodurch die Reaktionszeit zum Anzeigen des aktuellen Werts der angeforderten Information für die Prozeßsteuereinrichtung verlangsamt wird. Ferner sind die Feldeinrichtungen Niedrigenergie-Einrichtungen, die keine zusätzlichen CPU-Zyklen zur Verfügung haben, um Prozeßparameter zum Betrachten zu liefern.
Bei einer anderen Alternative speichern Trendbildungsobjekte in Feldeinrichtungen eine bestimmte Anzahl von Mitteilungen, die Prozeßdaten enthalten, in Pufferspeichern und übertragen anschließend Pakete der gepufferten Mittelungen auf dem Bus an andere Einrichtungen. Die Trendobjekte speichern die Werte von einem oder mehreren Prozeßparametern, die entweder von Funktionsblöcken in der Feldeinrichtung oder von Funktionsblöcken in anderen Feldeinrichtungen gespeichert und auf dem Bus übertragen werden. Wenn der Puffer des Trendobjekts voll ist, werden die zwischengespeicherten Daten unter Nutzung von asynchronen Kommunikationen übertragen, und zwar entweder als Antwort auf den Empfang einer Anforderungsmitteilung für die Trenddaten oder automatisch bei Empfang einer Tokendurchlaßmitteilung für die Feldeinrichtung. Für Prozeßparameter, die entlang dem Bus von einer Feldeinrichtung zu dem Trendobjekt in einer anderen Feldeinrichtung übertragen werden, sind jedesmal ein oder zwei zusätzliche Transaktionen erforderlich, wenn ein Paket mit gepufferten Mittelungen von dem Trendobjekt zu einer anderen Feldeinrichtung übertragen wird. Für Prozeßparameter, die von einem Funktionsblock zu einem Trendobjekt innerhalb derselben Feldeinrichtung übertragen werden, ist die Trendbildung der Daten weniger effizient und erfordert mehr CPU-Zyklen als die sofortige Publizierung der Mitteilungen. In beiden Situationen reduziert der Trendbildungsvorgang die Effizienz des Busnetzwerks.
Zur Überwindung dieser Probleme beispielsweise in einem Fieldbus-Prozeßsteuerungsnetz ist eine neue Art von Funktionsblock gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, um Echtzeitwerte für eine Vielzahl von Prozeßparametern zum Zweck der Anzeige an einer Betrachtungsoberfläche zu erhalten und zu verteilen. Der Betrachtungsfunktionsblock oder Informationszugangsfunktionsblock der vorliegenden Erfindung ist so konfiguriert, daß er mit Funktionsblöcken anderer Einrichtungen über den Bus 34 unter Nutzung von synchronen periodischen Kommunikationen (z. B. der Publizierer/Teilnehmer-VCR des Fieldbus-Protokolls) kommuniziert, um Echtzeitwerte für einen signifikanten Anteil oder eine relevante Untergruppe von Prozeßparametern zu erhalten, einen oder mehrere Werte der Prozeßparameter speichert und mit den Funktionsblöcken von Prozeßsteuereinrichtungen über den Bus 34 unter Nutzung von asynchronen Kommunikationen (z. B. der Client/Server-VCR des Fieldbus-Protokolls oder einer äquivalenten Kommunikationsbeziehung in einem anderen Protokoll) kommuniziert, um die gespeicherte Information zu verteilen, wenn diese von einem Benutzer über eine Schnittstelle angefordert wird. Die gespeicherten Werte können auch an externe Einrichtungen übertragen werden, die mit der Feldeinrichtung, die den Betrachtungsfunktionsblock enthält, über irgendein anderes Kommunikationsprotokoll oder ein anderes Medium wie Ethernet verbunden ist und damit kommunizieren. Auf diese Weise ist der Betrachtungsfunktionsblock imstande, Echtzeitwerte für Prozeßparameter zu erfassen, ohne daß Anforderungsmitteilungen an jede einzelne Feldeinrichtung übermittelt werden müssen. Ferner kann der Benutzer die aktuellen Werte sämtlicher Prozeßparameter, die ihn interessieren, erhalten durch Abgabe einer einzigen Anforderungsmitteilung von der Anzeigeeinrichtung an den Betrachtungsfunktionsblock.
In 6 ist ein Betrachtungsfunktionsblock 100 als in dem Hauptrechner 12 von 3 vorgesehen gezeigt. Der Betrachtungsfunktionsblock 100 ist typischerweise in einer Hauptrechnereinrichtung oder einer anderen Benutzeroberflächeneinrichtung vorgesehen. Der Kommunikationsstapel des Hauptrechners 12 verbindet den Betrachtungs funktionsblock 100 kommunikativ mit dem Bus 34, so daß der Betrachtungsfunktionsblock 100 mit allen anderen Einrichtungen in dem Prozeßsteuerungsnetz 10 kommunizieren kann. Beispielsweise möchten die Benutzer des Prozeßsteuerungsnetzes 10 vielleicht Zugang zu dem Echtzeitwert der Ventilschaftposition der Positionierer-/Ventileinrichtung 16 haben, die etwa in dem AO-Funktionsblock 63 gespeichert sein kann. Um den neuesten Meßwert der Ventilschaftposition zu übertragen, wird zwischen dem AO-Funktionsblock 63 und dem Betrachtungsfunktionsblock 100 eine Publizierer/Teilnehmer-VCR eingerichtet. Der AO-Funktionsblock 63 wird als eine "Publizierer"-Feldeinrichtung innerhalb der Fieldbus-Zugangsunterschicht des Komunikationsstapels der Positionierer-/Ventileinrichtung 16 definiert. Dementsprechend wird der Betrachtungsfunktionsblock 100 als eine "Teilnehmer"-Feldeinrichtung innerhalb der Fieldbus-Zugangsunterschicht des Kommunikationsstapels des Hauptrechners 12 definiert. Der Betrachtungsfunktionsblock 100 kann einer von vielen Teilnehmern für jede Publizierermitteilung sein.
Im Idealfall ist der Betrachtungsfunktionsblock 100 ein Teilnehmer für publizierte Mitteilungen, die bereits auf dem Bussegment 34a übertragen wurden. Beispielsweise kann ein PID-Funktionsblock in dem Ventil 24 an dem Bussegment 34c den Wert eines Prozeßparameters von dem PID-Funktionsblock 64 anfordern, um die Operation des Ventils 24 zu steuern. Um den Wert des Prozeßparameters zu übertragen, wird zwischen dem PID-Funktionsblock 64 und dem PID-Funktionsblock innerhalb des Ventils 24 eine Publizierer/Teilnehmer-VCR eingerichtet. Während jedes Makrozyklus publiziert der PID-Funktionsblock 64 eine Mitteilung mit dem Wert des Prozeßparameters auf dem Bus 34 als Reaktion auf einen Zwangsdatenbefehl, der von seinem zugehörigen LAS erzeugt wird. Die Mitteilung geht von dem Segment 34b zu dem Segment 34a und zu dem Segment 34c, wo die Mitteilung von dem Kommunikationsstapel des Ventils 24 detektiert wird. Der Betrachtungsfunktionsblock 100 ist als ein zusätzlicher Teilnehmer der Meldung von dem PID-Funktionsblock 64 eingerichtet. Bei Konfiguration auf diese Weise detektiert der Kommunikationsstapel des Hauptrechners 12 die Mitteilung auf dem Segment 34a und überführt die Mitteilung an den Betrachtungsfunktionsblock 100. Der Betrachtungsfunktionsblock 100 kann den vorhergehenden Wert für den Prozeßparameter, der darin gespeichert ist, mit dem Wert von der publizierten Meldung ersetzen oder überschreiben. Der neue Wert für den Parameter wird in dem Betrachtungsfunktionsblock 100 gespeichert, bis die nächste Mitteilung von dem PID- Funktionsblock 64 publiziert wird. Alternativ kann der Betrachtungsfunktionsblock 100 eine Vielzahl von Werten des Parameters speichern und den neuen Wert zu den vorhandenen gespeicherten Werten hinzufügen. In dieser Situation wird der Prozeßparameter von dem Betrachtungsfunktionsblock 100 überwacht, ohne zusätzlichen Busverkehr zu erzeugen.
In manchen Fällen hat der Betrachtungsfunktionsblock 100 keinen Zugang zu Mitteilungen, die nicht auf seinem zugeordneten Bussegment 34a übertragen werden. Beispielsweise werden Mitteilungen, die zwischen dem AO-Funktionsblock 63 der Positionierer-/Ventileinrichtung 16 und einem Funktionsblock in dem Geber 20 übertragen werden, nur auf dem Bussegment 34b übertragen. Ebenso werden Mitteilungen zwischen zwei Funktionsblöcken innerhalb derselben Feldeinrichtung, etwa zwischen dem PID-Funktionsblock 64 und dem AO-Funktionsblock 63 in der Positionierer-/Ventileinrichtung 16, nicht auf irgendeinem Bussegment übertragen. Um den Wert eines Prozeßparameters zu erhalten, der in diesen Situationen ausgetauscht wurde, wird der Betrachtungsfunktionsblock 100 als ein zusätzlicher Teilnehmer für die Mitteilungen eingerichtet, die von dem PID-Funktionsblock 64 publiziert werden. Bei Konfiguration auf diese Weise wird die Mitteilung auf dem Segment 34b zu dem Segment 34a übertragen, wo der Kommunikationsstapel des Hauptrechners 12 die Mitteilung detektiert und sie zu dem Betrachtungsfunktionsblock 100 überträgt. Diese Anordnung führt zu einer Zunahme des Busverkehrs, macht es aber nicht erforderlich, daß die Feldeinrichtung zusätzliche CPU-Zyklen benötigt, um zusätzliche Mitteilungen zu übertragen, so daß dadurch die Arbeitsbelastung der Feldeinrichtung nicht erhöht wird, weil die Einrichtung bereits intern von dem PID-Funktionsblock 64 zu dem AO-Funktionsblock 63 oder extern zu dem Funktionsblock in dem Geber 20 publiziert.
In einem ganz seltenen Fall ist der Betrachtungsfunktionsblock 100 so konfiguriert, daß der Wert eines Prozeßparameters überwacht wird, der anderweitig nicht zwischen Funktionsblöcken übertragen wird. Beispielsweise kann der AO-Funktionsblock 63 einen Prozeßparameter für die Positionierer-/Ventileinrichtung speichern, der von keinen weiteren Funktionsblöcken in dem Prozeßsteuerungsnetz 10 genutzt wird, aber von dem Betrachtungsfunktionsblock 100 überwacht wird. In diesem Fall wird zwischen dem AO-Funktionsblock 63 und dem Betrachtungsfunktionsblock 100 eine separate Publizierer/Teilnehmer-VCR eingerichtet. Als Antwort auf einen Zwangsdatenbefehl publiziert der AO-Funktionsblock 63 eine Mitteilung mit dem Wert des Prozeßparameters, die von dem Kommunikationsstapel des Hauptrechners 12 detektiert und zu dem Betrachtungsfunktionsblock 100 übertragen wird. In diesen seltenen Situationen werden durch die Übertragung der zusätzlichen Mitteilung der Busverkehr und die Arbeitsbelastung der Feldeinrichtung geringfügig erhöht.
Der Betrachtungsfunktionsblock 100 ist so konfiguriert, daß er den Bedürfnissen der Benutzer des Prozeßsteuerungsnetzes 10 entspricht. Der Betrachtungsfunktionsblock 100 kann so konfiguriert sein, daß er gleichzeitig Daten von einer Vielzahl von Funktionsblöcken des Prozeßsteuerungsnetzes 10 empfängt und speichert. Das kann Daten von sämtlichen Funktionsblöcken, von einem erheblichen Anteil der Funktionsblöcke oder von einer relevanten Untergruppe der Funktionsblöcke umfassen. Zusätzlich kann der Betrachtungsfunktionsblock 100 so konfiguriert sein, daß er eine Vielzahl von Prozeßparametern von einem einzigen Funktionsblock empfängt und speichert. Ferner kann das Prozeßsteuerungsnetz 10 eine Vielzahl von Betrachtungsfunktionsblöcken aufweisen, wobei jeder Betrachtungsfunktionsblock eine relevante Untermenge der Prozeßparameter des Netzes empfängt und speichert.
Die in dem Betrachtungsfunktionsblock 100 gespeicherte Information kann vom Benutzer aufgerufen werden, indem er die Werte von einem oder mehreren Prozeßparametern an einer Benutzerschnittstelle wie etwa einem der Hauptrechner 12, 15, einer Anzeigeeinrichtung 102, die ebenfalls mit dem Bus 34 verbunden ist, oder einer externen Anzeigeeinrichtung 104, die mit dem Hauptrechner 12 über Ethernet oder ein anderes Kommunikationsprotokoll verbunden ist und damit kommuniziert, anfordert. Beispielsweise benutzt ein Benutzer an der Anzeigeeinrichtung 102 eine Benutzerschnitt oder eine grafische Benutzeroberfläche, um einen oder mehrere Prozeßparameter zur Betrachtung auszuwählen, von denen einer die Ventilschaftposition der Positionierer-/Ventileinrichtung 16 sein kann. Die Anzeigeeinrichtung 102, die einen Kommunikationsstapel aufweist, formatiert eine Anforderungsmitteilung für den Betrachtungsfunktionsblock 100 und stellt die Mitteilung in die Warteschlange für die asynchrone Kommunikation. Wenn die Anzeigeeinrichtung 102 von dem zugehörigen LAS ein Passiertoken empfängt, überträgt die Anzeigeeinrichtung 102 die Mitteilung auf dem Bus 34. Der Hauptrechner 12 empfängt die Anforderungsmitteilung und leitet sie zu dem Betrachtungsfunktionsblock 100 weiter. Der Betrachtungsfunktionsblock 100 ruft die an geforderte und darin gespeicherte Information, z. B. die Ventilschaftposition, auf und formatiert eine Antwortmitteilung und stellt sie in die Warteschlange. Wenn der Hauptrechner 12 eine Tokendurchlaßmitteilung für den Betrachtungsfunktionsblock 100 von dem zugehörigen LAS empfängt, überträgt der Hauptrechner 12 die Mitteilung auf dem Bus 34. Die Anzeigeeinrichtung 102 empfängt die Antwortmitteilung und zeigt die Prozeßparameter einschließlich der Ventilschaftposition an der Benutzerschnittstelle an.
Der Betrachtungsfunktionsblock 100, der im einzelnen in 7 gezeigt ist, umfaßt eine Datenübertragungseinheit 112, die publizierte Prozeßparameter von einer Vielzahl von Feldeinrichtungen empfängt und decodiert, die publizierten Werte der Prozeßparameter in einer Speichereinheit 114 speichert, angeforderte Prozeßparameter aus der Speichereinheit 114 aufruft und an anfordernde Betrachtungseinrichtungen überträgt und ganz allgemein die Operation des Betrachtungsfunktionsblocks 100 steuert. Die Datenübertragungseinheit 112 ermöglicht es einer Datensammeleinheit 116, die Prozeßparameter zu sammeln und zu übertragen, die von den anderen Funktionsblöcken innerhalb des Prozeßsteuerungsnetzes 10 publiziert und dem Betrachtungsfunktionsblock 100 unter Nutzung von planmäßigen periodischen Kommunikationen übermittelt werden. Es versteht sich, daß der Datensammeleinheit 116 jede Anzahl von Prozeßparametern zugeführt werden kann in Abhängigkeit von der Art und Weise, wie der Betrachtungsfunktionsblock 100 konfiguriert ist.
Die Speichereinheit 114 ist ein Speicher zum Speichern der Prozeßparameter, die von den Feldeinrichtungen publiziert werden. Die Speichereinheit 114 hat eine Kapazität, die zur Überwachung einer Vielzahl von Prozeßparametern geeignet ist, und ihre Größe ist abhängig von der Anzahl der zu überwachenden Prozeßparameter, der Anzahl von zu speichernden Werten der überwachten Parameter, der Informationsmenge, die den überwachten Parametern zugeordnet ist und mit den überwachten Parametern gespeichert wird, der Auflösung oder Abtastrate der gespeicherten Daten und dergleichen. Die Funktionsblöcke aktualisieren die Werte und publizieren Mitteilungen für ihre jeweiligen Prozeßparameter während jedes Makrozyklus. In manchen Fällen überwacht der Betrachtungsfunktionsblock 100 einen Prozeßparameter mit einer hohen Auflösung, wobei die Datenübertragungseinheit 112 den Wert des Parameters in der Speichereinheit 114 häufig aktualisiert. Die Aktualisierung kann mit einer Häufigkeit von einmal pro Makrozyklus erfolgen, so daß jeder publizierte Wert in der Speichereinheit 114 gespeichert wird. In anderen Fällen überwacht der Betrachtungsfunktionsblock 100 einen Prozeßparameter mit niedriger Auflösung, wobei die Datenübertragungseinheit 112 den Wert des Parameters in der Speichereinheit 114 weniger häufig als in jedem Makrozyklus aktualisiert, so daß weniger als alle publizierten Werte des Parameters in der Speichereinheit 114 gespeichert werden. In beiden Fällen kann auch ein Zeitstempel, der den Zeitpunkt bezeichnet, zu dem ein Wert gemessen wurde, in der Speichereinheit 114 gemeinsam mit dem Wert eines Prozeßparameters gespeichert werden. Ferner kann die Speichereinheit 114 einen Speicheralgorithmus speichern, der einem überwachten Prozeßparameter zugewiesen ist. Der Speicheralgorithmus kann Operationen an dem überwachten Parameter ausführen, um Funktionen wie Filtern, Antialiasing, Datenkompression und dergleichen auszuführen.
Wie oben erörtert wird, verwaltet die Datenübertragungseinheit 112 den Speicherraum in der Speichereinheit 114. Für jeden gegebenen Prozeßparameter weist die Datenübertragungseinheit 112 ausreichend Platz in der Speichereinheit 114 zu, Wenn die Datenübertragungseinheit 112 den Wert des Prozeßparameters von der zugehörigen Feldeinrichtung durch die Datensammeleinheit 116 empfängt, überschreibt die Datenübertragungseinheit 112 den gespeicherten Wert des Prozeßparameters in der Speichereinheit 114 mit dem Wert von der publizierten Mitteilung oder fügt den bereits darin gespeicherten Werten den Wert von der Mitteilung hinzu. Die Datenübertragungseinheit 112 kann auch den Prozeßparameter manipulieren durch Ausführen eines Speicheralgorithmus, der dem Parameter zugewiesen und in der Speichereinheit 114 gespeichert ist. Wenn die Datenübertragungseinheit 112 eine Anforderung für den Prozeßparameter von einer Betrachtungseinrichtung empfängt, wird der gespeicherte Wert oder die Werte des Prozeßparameters aus der Speichereinheit 114 von der Datenübertragungseinheit 112 abgerufen und in einer Antwortmitteilung an die Betrachtungseinrichtung gesendet. Falls gewünscht, kann ein Zeitstempel oder sonstige Information, die den gespeicherten Prozeßparametern zugeordnet ist, ebenfalls in der Speichereinheit 114 gespeichert und von der Datenübertragungseinheit 112 abgerufen werden.
Eine Eingabe-Hostschnittstelle 118 innerhalb des Betrachtungsfunktionsblock 100 empfängt Konfigurationsinformation, die vom Benutzer an einer Benutzeroberfläche des Hauptrechners bzw. Hosts 12 eingegeben wird. Die Konfigurationsinformation kann Identifikationsinformation des zu speichernden Prozeßparameters, der Feldeinrichtung und/oder des Funktionsblocks, die/der dem Prozeßparameter zugeordnet ist, die Einheiten für den Parameter, den für den Parameter erforderlichen Speicherplatz umfassen und kann alle sonstigen zugehörigen Daten und Instruktionen oder Speicheralgorithmen für jede Datenmanipulation des Prozeßparameters aufweisen, welche die Datenübertragungseinheit 112 eventuell ausführen soll. Die Eingabe-Hostschnittstelle 118 überträgt die Konfigurationsinformation zu der Datenübertragungseinheit 112, die wiederum Platz in der Speichereinheit 114 für den Prozeßparameter und die zugehörige Information zuweist. Die Konfigurationsinformation kann auch Revisionen an Prozeßparametern umfassen, die aktuell von dem Betrachtungsfunktionsblock 100 gespeichert sind, wenn beispielsweise eine Feldeinrichtung wie etwa die Positionierer-/Ventileinrichtung 16 durch eine erweiterte Positionierer-/Ventileinrichtung oder ein Ventil eines anderen Herstellers ersetzt wird. Zusätzlich kann die Konfigurationsinformation eine Anweisung zum Beenden des Speicherns eines Prozeßparameters und Neuzuweisen des Platzes in der Speichereinheit 114 aufweisen, wenn beispielsweise eine Feldeinrichtung vollständig aus dem Prozeßsteuerungsnetz 10 entfernt wird.
Der Betrachtungsfunktionsblock 100 hat ferner eine Ausgabe-Hostschnittstelle 120 zur Verarbeitung von Anforderungsmitteilungen von den Betrachtungseinrichtungen. Die von dem Hauptrechner 12 empfangenen Anforderungsmitteilungen können Anforderungen für einen oder mehrere Prozeßparameter, Anforderungen zum Umwandeln der Einheiten der Prozeßparameter und/oder Anweisungen zum Formatieren der aufgerufenen Prozeßparameter aufweisen. Die Ausgabe-Hostschnittstelle 120 empfängt die Anforderungen von dem Host 12 und überträgt an die Datenübertragungseinheit 112 die Anteile der Anforderungen, die von der Datenübertragungseinheit 112 verarbeitet werden. Beispielsweise kann die Datenübertragungseinheit 112 nur den Abruf der Prozeßparameterwerte aus der Speichereinheit 114 abwickeln, während die Ausgabe-Hostschnittstelle 120 alle Umwandlungs- und Formatierungsfunktionen abwickelt. In diesem Fall leitet die Ausgabe-Hostschnittstelle 120 die Prozeßparameteranforderung an die Datenübertragungseinheit 112 weiter, und bei Empfang des Prozeßparameterwerts von der Datenübertragungseinheit 112 führt die Ausgabe-Hostschnittstelle 120 die erforderlichen Umwandlungen und Formatierungen durch. Alternativ kann die Datenübertragungseinheit 112 die Prozeßparameterwerte aus der Speichereinheit 114 abrufen und auch Umwandlungen und die Formatierung ausführen. In diesem Fall lei tet die Ausgabe-Hostschnittstelle 120 die gesamte Anforderungsmitteilung an die Datenübertragungseinheit 112 weiter und gibt, nachdem die Datenübertragungseinheit 112 die Anforderung verarbeitet hat, die Antwortmitteilung an den Kommunikationsstapel des Hauptrechners 12 aus, damit sie zu der Betrachtungseinrichtung auf dem Bus 34 übertragen wird.
An dieser Stelle ist zu beachten, daß 7 ein Funktionsblockschema als Basis für die Beschreibung der Funktionalität des Betrachtungsfunktionsblocks 100 zeigt. Die hier beschriebene Funktionalität kann unter den Elementen des Betrachtungsfunktionsblocks 100 unterschiedlich zugewiesen sein. Beispielsweise können die von der Datensammeleinheit 116 ausgeführten Funktionen insgesamt in die Funktionalität der Datenübertragungseinheit 112 eingebunden sein. Die Funktionalität der Eingabe-Hostschnittstelle 118 und der Ausgabe-Hostschnittstelle 120 könnten in einer einzigen Hostschnittstelleneinheit kombiniert sein, die sowohl Eingabe- als auch Ausgabemitteilungen abwickelt. Außerdem können Bereiche der hier beschriebenen Funktionalität zwischen dem Betrachtungsfunktionsblock 100 und anderen Einrichtungen in dem Prozeßsteuerungsnetz 10 neu zugewiesen werden. Beispielsweise könnte der Betrachtungsfunktionsblock 100 ausschließlich als ein Aufbewahrungsort für die aktuellen Werte der Prozeßparameter wirksam sein, während die Feldeinrichtungen alle erforderlichen Umwandlungen und die Betrachtungseinrichtungen alle Anzeigeformatierungsfunktionen ausführen. Ferner kann die Betrachtungseinrichtung, die die Prozeßparameter anfordert, einen vorformatierten Bildschirm aufweisen und daher nur den Betrachtungsfunktionsblock 100 benötigen, um die gespeicherten Werte der Prozeßparameter ohne jede zusätzliche Manipulation der angeforderten Daten zur Verfügung zu stellen. Andere Funktionszuweisungen und -verteilungen sind für den Fachmann offensichtlich, und die Erfinder gehen davon aus, daß sie mit dem Betrachtungsfunktionsblock der vorliegenden Erfindung anwendbar sind.
Es wurde zwar beschrieben, daß der Betrachtungsfunktionsblock 100 eine Ventilschaftposition speichert und überträgt, die von einem PID-Funktionsblock 64 einer Positionierer-/Ventileinrichtung 16 geliefert wird, der Betrachtungsfunktionsblock 100 der vorliegenden Erfindung kann aber im Zusammenhang mit anderen Funktionsblöcken und anderen Feldeinrichtungen nach Wunsch verwendet und in Prozeßsteuerungsnetzen implementiert werden, die andere Konfigurationen als die in 6 gezeigte haben.
Beispielsweise könnte der Betrachtungsfunktionsblock 100 so konfiguriert sein, daß er die Prozeßparameter von einigen oder allen Funktionsblöcken in einem Prozeßsteuerungsnetz speichert und einige oder alle der gespeicherten Prozeßparameter an jede von einer Vielzahl von Betrachtungseinrichtungen überträgt.
Ferner wurde der hier beschriebene Betrachtungsfunktionsblock zwar in Form eines Fieldbus-"Funktionsblocks" implementiert, es ist aber zu beachten, daß die Betrachtungsfunktion der vorliegenden Erfindung unter Verwendung anderer Arten von Blöcken, Programmen, Hardware, Firmware usw. implementiert werden kann, die anderen Arten von Steuersystemen und/oder Kommunikationsprotokollen zugeordnet sind. Das Fieldbus-Protokoll verwendet zwar den Ausdruck "Funktionsblock", um eine bestimmte Art von Entität zu beschreiben, die eine Prozeßsteuerungsfunktion ausüben kann, tatsächlich ist aber zu beachten, daß der hier verwendete Ausdruck Funktionsblock nicht auf diese Weise eingeschränkt ist und jede Art von Einrichtung, Programm, Routine oder sonstige Entität umfaßt, die imstande ist, eine Prozeßsteuerungsfunktion auf irgendeine Weise an verteilten Stellen innerhalb eines Prozeßsteuerungsnetzes auszuführen. Die hier beschriebenen und beanspruchten Betrachtungsfunktionsblöcke können daher in anderen Prozeßsteuerungsnetzen implementiert werden oder andere Prozeßsteuerungs-Kommunikationsprotokolle oder -modelle verwenden (die es bereits gibt oder die zukünftig entwickelt werden), die nicht das verwenden, was das Fieldbus-Protokoll streng als einen "Funktionsblock" bezeichnet, solange diese Netze oder Protokolle vorsehen oder ermöglichen, daß Steuerfunktionen an verteilten Stellen innerhalb eines Prozesses ausgeführt werden.
Ferner wird zwar hier beschrieben, daß Betrachtungsfunktionsblöcke zum Speichern und Übertragen von Prozeßparametern für Positionierer-/Ventileinrichtungen verwendet werden, es ist aber zu beachten, daß diese Funktionsblöcke dazu dienen können, Prozeßparameter für andere Arten von Einrichtungen wie Register, Gebläse, Sensoren, Hosteinrichtungen, Steuereinrichtungen, Brückeneinrichtungen, Schnittstellen oder alle anderen Einrichtungen, die eine Komponente des Prozeßsteuerungsnetzes sein können, zu speichern und zu übertragen.
Ferner wird die hier beschriebene Betrachtungsfunktion zwar bevorzugt in Software implementiert, die in einer Prozeßsteuereinrichtung gespeichert ist, sie kann aber al ternativ oder zusätzlich in Hardware, Firmware usw. nach Wunsch implementiert werden. Wenn sie in Software implementiert ist, kann der Betrachtungsfunktionsblock der vorliegenden Erfindung in jedem computerlesbaren Speicher wie etwa auf einer Magnetplatte, einer Laserplatte oder einem anderen Speichermedium, in einem RAM oder ROM eines Rechners usw. gespeichert sein. Ebenso kann diese Software einem Benutzer oder einer Einrichtung mittels jeder bekannten oder gewünschten Liefermethode geliefert werden, beispielsweise über einen Nachrichtenübertragungskanal wie eine Telefonleitung, das Internet usw.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine neue Art von Busüberwacher bzw. -monitor bereitgestellt, um Echtzeitwerte für eine Vielzahl von Prozeßparametern zu gewinnen und anzuzeigen. Bekannte Busüberwacher haben Kommunikations- und Diagnoseinformation zur Bewertung des Leistungsvermögens des Busnetzes erfaßt, dagegen ist der Betrachtungsbusüberwacher der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, daß er Prozeßdaten erfaßt, speichert und anzeigt, die auf dem Bus übertragen werden, um das Leistungsvermögens des Prozeßsteuerungsnetzes zu bewerten. Prozeßdaten sind als die eindeutigen Parameter definiert, die auf die Operation und Steuerung des Prozesses bezogen sind und die Unterhaltung der Einrichtungen betreffen, die dem Prozeß direkt zugeordnet sind. Prozeßdaten umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Daten wie Sollwerte, Prozeßvariablen, Alarme, Trendbildungsinformation und dergleichen oder jede sonstige Information, die direkt auf die Prozeßaktivität oder auf Sensoren in dem Prozeß oder auf Einrichtungen, die direkt mit dem Prozeß verbunden ist, bezogen ist.
Der Betrachtungsbusüberwacher gemäß der vorliegenden Erfindung ist so konfiguriert, daß er sämtliche Daten, die über den Bus 34 übertragen werden, erfaßt und die erfaßten Daten filtert, um die Prozeßdaten über das Netz zu erhalten und die Kommunikations- und Diagnoseinformation zu verwerfen. Die erhaltenen Prozeßdaten können weiter gefiltert werden, um Echtzeitwerte für einen signifikanten Anteil oder eine relevante Untermenge von Prozeßparametern zu ergeben. Der Betrachtungsbusüberwacher speichert einen oder mehrere Werte der Prozeßparameter und zeigt die gespeicherte Information nach Anforderung durch einen Benutzer über eine Benutzerschnittstelle an. Auf diese Weise kann der Betrachtungsbusüberwacher Echtzeitwerte für Prozeßparameter gewinnen, ohne Anforderungsmitteilungen an jede einzelne Feldeinrichtung zu senden. Ferner kann der Benutzer die aktuellen Werte aller Prozeßparameter abrufen, die von Interesse sind, indem er die Information an der Benutzerschnittstelle des Betrachtungsbusüberwachers anfordert.
6 zeigt einen Betrachtungsbusüberwacher 130, der mit dem Bus 34 an dem Segment 34b verbunden ist. Der Betrachtungsbusüberwacher 130 hört konstant den Busverkehr auf dem Segment 34b ab und erfaßt sämtliche Transaktionen, die auf dem Segment 34b übertragen werden. Der Betrachtungsbusüberwacher 130 verwirft Kommunikations- und Diagnosemitteilungen in dem Busverkehr und entfernt Dateianfangs- und -endetiketten und dergleichen von den Prozeßdaten enthaltenden Mitteilungen. Die verbleibenden Prozeßdaten werden von dem Betrachtungsbusüberwacher 130 gefiltert oder sortiert, um Echtzeitwerte für einen Prozeßparameter, einen signifikanten Anteil von Prozeßparametern oder eine relevante Untermenge von Prozeßparametern zu erhalten, für deren Überwachung der Betrachtungsbusüberwacher 130 konfiguriert ist. Der Betrachtungsbusüberwacher 130 ist mit dem Bus 34 kommunikativ gekoppelt, so daß der Betrachtungsbusüberwacher 130 Mitteilungen erfassen kann, die auf dem Bus 34 von sämtlichen anderen Einrichtungen in dem Prozeßsteuerungsnetz 10 übertragen werden. Beispielsweise können die Benutzer des Prozeßsteuerungsnetzes 10 Zugang zu dem Echtzeitwert für die Ventilschaftposition der Positionierer-/Ventileinrichtung 16 wünschen, die in dem AO-Funktionsblock 63 gespeichert und zu einem Funktionsblock in der Positionierer-/Ventileinrichtung 24 übertragen ist. Um den neuesten Meßwert der Ventilschaftposition zu sammeln, ist der Betrachtungsbusüberwacher 130 so konfiguriert, daß er die Mitteilung, die die Ventilschaftposition enthält und von dem AO-Funktionsblock 63 zu der Positionierer-/Ventileinrichtung 24 übertragen wird, erkennt. Wenn die Meldung von dem AO-Funktionsblock 63 übertragen wird, erfaßt der Betrachtungsbusüberwacher 130 die Mitteilung, unterscheidet die Mitteilung von anderen Kommunikations-, Diagnose- und Prozeßdatenmitteilungen und speichert den Wert der darin enthaltenen Ventilschaftposition.
Der Betrachtungsbusüberwacher 130 ist so konfiguriert, daß er den Bedürfnissen der Benutzer des Prozeßsteuerungsnetzes 10 entspricht. Der Betrachtungsbusüberwacher 130 kann so konfiguriert sein, daß er gleichzeitig Daten von einer Vielzahl von Funktionsblöcken des Prozeßsteuerungsnetzes 10 empfängt und speichert. Diese können Daten von sämtlichen Funktionsblöcken, von einem signifikanten Anteil der Funktionsblö cke oder von einer relevanten Untermenge der Funktionsblöcke umfassen. Zusätzlich kann der Betrachtungsbusüberwacher 130 so konfiguriert sein, daß er eine Vielzahl von Prozeßparametern von einem einzigen Funktionsblock empfängt und speichert. Ferner kann das Prozeßsteuerungsnetz 10 eine Vielzahl von Betrachtungsbusüberwachern aufweisen, von denen jeder eine relevante Untermenge der Prozeßparameter des Netzes empfängt und speichert.
Die in dem Betrachtungsbusüberwacher 130 gespeicherte Information kann vom Benutzer durch Anfordern der Werte von einem oder mehreren Prozeßparametern an einer Benutzerschnittstelle an dem Betrachtungsbusüberwacher 130 abgerufen werden. Beispielsweise verwendet ein Benutzer an dem Betrachtungsbusüberwacher 130 eine Benutzerschnittstelle oder eine grafische Benutzeroberfläche, um einen oder mehrere Prozeßparameter zur Betrachtung auszuwählen, von denen einer die Ventilschaftposition der Positionierer-/Ventileinrichtung 16 sein kann. Die gespeicherten Werte der ausgewählten Prozeßparameter werden aus dem Speicher innerhalb des Betrachtungsbusüberwachers 130 abgerufen und an der Benutzerschnittstelle angezeigt.
Der Betrachtungsbusüberwacher 130, der im einzelnen in 8 gezeigt ist, umfaßt eine Datenübertragungseinheit 132, die allgemein den Betrieb des Betrachtungsbusüberwachers 130 steuert. Die Datenübertragungseinheit 132 ermöglicht einer Datenerfassungseinheit 134, die Mitteilungen im Busverkehr auf dem Bus 34 zu erfassen und die Kommunikations- und Diagnosemitteilungen zu verwerfen und nur die Prozeßdatenmitteilungen zu der Datenübertragungseinheit 132 zu übertragen, die von den Funktionsblöcken innerhalb des Prozeßsteuerungsnetzes 10 publiziert werden. Die Datenübertragungseinheit 132 empfängt die Prozeßdatenmitteilungen von der Datenerfassungseinheit und verwirft Komponenten der Prozeßdatenmitteilungen wie Dateianfangs-, Dateiende-Etiketten, Zeitinformation und dergleichen. Die Datenübertragungseinheit 132 filtert die Werte der Prozeßparameter aus, für deren Überwachung der Betrachtungsbusüberwacher 130 konfiguriert ist, und speichert die publizierten Werte der Prozeßparameter in einer Speichereinheit 136. Bei Anforderungen von einer Benutzerschnittstelle 138 oder 140 ruft die Datenübertragungseinheit 132 angeforderte Prozeßparameter aus der Speichereinheit 136 ab und überträgt sie zu der anfordernden Benutzerschnittstelle 138 oder 140 zum Zweck der Anzeige.
Die Speichereinheit 136 ist ein Speicher zur Speicherung der Prozeßparameter, die aus den Prozeßdatenmitteilungen extrahiert werden. Die Speichereinheit 136 hat eine Kapazität, die zur Überwachung einer Vielzahl von Prozeßparametern geeignet ist, und ihre Größe ist abhängig von der Anzahl der zu überwachenden Prozeßparameter, der Anzahl von Werten der zu speichernden überwachten Parameter, der Informationsmenge, die den überwachten Parametern zugeordnet und mit den überwachten Parametern gespeichert ist, der Auflösung oder Abtastrate der gespeicherten Daten und dergleichen. Die Funktionsblöcke aktualisieren die Werte und publizieren Mitteilungen für ihre jeweiligen Prozeßparameter während jedes Makrozyklus. In manchen Fällen überwacht der Betrachtungsbusüberwacher 130 einen Prozeßparameter mit hoher Auflösung, wobei die Datenübertragungseinheit 132 den Wert des Parameters in der Speichereinheit 134 häufig aktualisiert. Die Aktualisierung kann mit einer Häufigkeit von einmal je Makrozyklus stattfinden, so daß jeder publizierte Wert in der Speichereinheit 134 gespeichert wird. In anderen Fällen überwacht der Betrachtungsbusüberwacher 130 einen Prozeßparameter mit niedriger Auflösung, wobei die Datenübertragungseinheit 132 den Wert des Parameters in der Speichereinheit 134 weniger häufig als in jedem Makrozyklus aktualisiert, so daß in der Speichereinheit 134 nicht alle publizierten Werte des Parameters gespeichert werden. In beiden Fällen kann ein Zeitstempel, der den Zeitpunkt bezeichnet, zu dem ein Wert gemessen wurde, ebenfalls gemeinsam mit dem Wert eines Prozeßparameters in der Speichereinheit 136 gespeichert werden. Ferner kann die Speichereinheit 136 einen Speicheralgorithmus speichern, der einem überwachten Prozeßparameter zugeordnet ist. Der Speicheralgorithmus kann eine Operation an dem überwachten Parameter ausführen, um Funktionen wie Filtern, Antialiasing, Datenkompression und dergleichen auszuführen.
Wie oben erörtert wird, verwaltet die Datenübertragungseinheit 132 den Speicherplatz in der Speichereinheit 136. Für jeden gegebenen Prozeßparameter weist die Datenübertragungseinheit 132 ausreichend Platz in der Speichereinheit 136 zu, um einen oder mehrere Werte des Prozeßparameters zu speichern. Wenn die Datenübertragungseinheit 132 den Wert des Prozeßparameters aus der Prozeßdatenmitteilung extrahiert, die von der Datenerfassungseinheit 134 übertragen wird, überschreibt die Datenübertragungseinheit 132 den gespeicherten Wert des Prozeßparameters in der Speichereinheit 36 mit dem Wert aus der publizierten Mitteilung oder hängt den Wert aus der Mitteilung an die darin gespeicherten Werte an. Die Datenübertragungseinheit 132 kann auch den Prozeßparameter manipulieren durch Ausführen eines Speicheralgorithmus, der dem Parameter zugeordnet und in der Speichereinheit 136 gespeichert ist. Wenn die Datenübertragungseinheit 132 eine Anforderung von einer der Benutzerschnittstellen 138, 140 nach dem Prozeßparameter empfängt, werden der gespeicherte Wert oder die Werte des Prozeßparameters aus der Speichereinheit 136 von der Datenübertragungseinheit 132 aufgerufen und der anfordernden Benutzerschnittstelle 138 oder 140 zur Anzeige zugeführt. Falls gewünscht, kann in der Speichereinheit 136 auch ein Zeitstempel oder eine andere Information, die den gespeicherten Prozeßparametern zugeordnet ist, gespeichert und von der Datenüberführungseinheit 132 abgerufen werden.
Die Benutzerschnittstelle 138 in dem Betrachtungsbusüberwacher 130 ist so ausgebildet, daß sie einem Benutzer die Eingabe von Konfigurationsinformation für den Betrachtungsbusüberwacher 130 gestattet. Die Konfigurationsinformation kann aufweisen: Erkennungsinformation des zu speichernden Prozeßparameters, der dem Prozeßparameter zugeordneten Feldeinrichtung und/oder des Funktionsblocks, der Einheiten für den Parameter, den für den Parameter und andere zugehörige Daten erforderlichen Speicherplatz sowie Anweisungen oder Speicheralgorithmen für eine Datenmanipulation des Prozeßparameters, welche die Datenübertragungseinheit 132 vielleicht ausführen soll. Die Benutzerschnittstelle 138 überträgt die Konfigurationsinformation zu der Datenübertragungseinheit 132, die ihrerseits Platz in der Speichereinheit 136 für den Prozeßparameter und die zugehörige Information zuweist. Die Konfigurationsinformation kann auch Revisionen an Prozeßparametern aufweisen, die aktuell von dem Betrachtungsbusüberwacher 130 gespeichert werden, wenn beispielsweise eine Feldeinrichtung wie die Positionierer-/Ventileinrichtung 16 durch eine erweiterte Positionierer-/Ventileinrichtung oder eine Ventileinrichtung eines anderen Herstellers ersetzt wird. Außerdem kann die Konfigurationsinformation eine Anweisung aufweisen, das Speichern eines Prozeßparameters zu beenden und den Platz in der Speichereinheit 136 neu zuzuweisen, wenn beispielsweise eine Feldeinrichtung überhaupt aus dem Prozeßsteuerungsnetz 10 entfernt wird.
Die Benutzerschnittstelle 138 erlaubt einem Benutzer auch die Eingabe von Anforderungen für die Anzeige von Information, die in dem Betrachtungsbusüberwacher 130 gespeichert ist. Die Anforderungsmitteilungen können Anforderungen für einen oder mehrere Prozeßparameter, Anforderungen zur Umwandlung der Einheiten der Prozeßparameter und/oder Anweisungen zur Formatierung der abgerufenen Prozeßparameter aufweisen. Die Benutzerschnittstelle 138 überträgt zu der Datenübertragungseinheit 132 die Anteile der Anforderungen, die von der Datenübertragungseinheit 132 verarbeitet werden. Beispielsweise kann die Datenübertragungseinheit 132 nur das Abrufen der Prozeßparameterwerte aus der Speichereinheit 136 abwickeln, während die Benutzerschnittstelle 138 alle Umwandlungs- und Formatierungsfunktionen abwickelt. In diesem Fall leitet die Benutzerschnittstelle 138 die Prozeßparameteranforderung an die Datenübertragungseinheit 132, und bei Empfang des Prozeßparameterwerts von der Datenübertragungseinheit 132 führt die Benutzerschnittstelle 138 die erforderlichen Umwandlungen und Formatierungen aus. Alternativ kann die Datenübertragungseinheit 132 die Prozeßparameterwerte aus der Speichereinheit 136 abrufen und außerdem Umwandlungen und Formatierungen ausführen. In diesem Fall leitet die Benutzerschnittstelle 138 die gesamte Anforderungsmitteilung an die Datenübertragungseinheit 132, und nachdem die Datenübertragungseinheit 132 die Anforderung verarbeitet hat, wird die umgewandelte und formatierte Information an der Anzeige des Betrachtungsbusüberwachers 130 angezeigt.
Die externe Benutzerschnittstelle 140 kann vorgesehen sein, um einem Benutzer zu erlauben, Konfigurationsinformation, Informationsanforderungen oder beide von einem Ort aus einzugeben, der von dem Betrachtungsbusüberwacher 130 entfernt ist. Die externe Benutzerschnittstelle 140 ist auf die gleiche Weise wie die interne Benutzerschnittstelle 138 wie oben beschrieben wirksam. Die Benutzerschnittstelle 140 kann mit dem Betrachtungsbusüberwacher 130 über jedes bekannte Medium verbunden sein und kommuniziert mit der Datenübertragungseinheit 132 zur Übertragung von Daten unter Anwendung jedes bekannten Datenübertragungsprotokolls wie etwa TCPIP, Datenstrombildung, Ethernet oder dergleichen. Außerdem kann der Betrachtungsbusüberwacher 130 sowohl eine interne Benutzerschnittstelle 138 als auch eine externe Benutzerschnittstelle 140 gemäß 8 aufweisen, oder er kann nur eine einzige Benutzerschnittstelle 138 oder 140 in Abhängigkeit von dem Bedürfnissen einer bestimmten Anwendung aufweisen.
Es ist hier zu beachten, daß 8 ein Funktionsblockbild als Grundlage zur Beschreibung der Funktionalität des Betrachtungsbusüberwachers 130 darstellt. Die hier be schriebene Funktionalität kann unter den Elementen des Betrachtungsbusüberwachers 130 auf andere Weise aufgeteilt sein. Beispielsweise könnten die von der Datenerfassungseinheit 134 ausgeführten Funktionen vollständig in die Funktionalität der Datenübertragungseinheit 132 eingebunden sein. Ferner könnten die von der Datenerfassungseinheit 134 und der Benutzerschnittstelle 138 ausgeführten Funktionen auf die oben beschriebenen Weisen oder in anderen alternativen Konfigurationen zugewiesen sein. Weitere Funktionszuweisungen und -verteilungen sind für den Fachmann offensichtlich, und die Erfinder gehen davon aus, daß sie mit dem Betrachtungsbusüberwacher gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich sind.
Es wurde zwar beschrieben, daß der Betrachtungsbusüberwacher 130 eine Ventilschaftposition speichert und anzeigt, die von dem PID-Funktionsblock 64 einer Positionierer-/Ventileinrichtung 16 geliefert wird, aber der Betrachtungsbusüberwacher 130 der vorliegenden Erfindung kann in Verbindung mit anderen Funktionsblöcken und anderen Feldeinrichtungen nach Wunsch in Prozeßsteuerungsnetzen benutzt und implementiert werden, deren Konfigurationen nicht der in 6 gezeigten entsprechen. Beispielsweise könnte also der Betrachtungsbusüberwacher 130 so konfiguriert sein, daß er Prozeßparameter von einigen oder allen Funktionsblöcken in einem Prozeßsteuerungsnetz speichert und einige oder alle gespeicherten Prozeßparameter an den Benutzerschnittstellen 138, 140 anzeigt.
Ferner ist zwar der hier beschriebene Betrachtungsbusüberwacher in einem Prozeßsteuerungsnetz implementiert, das nach einem Fieldbus-Protokoll arbeitet, es ist aber zu beachten, daß die Betrachtungsfunktionalität der vorliegenden Erfindung unter Anwendung anderer Arten von Programmen, Hardware, Firmware usw. implementiert werden kann, die anderen Arten von Steuersystemen und/oder Kommunikationsprotokollen zugeordnet sind. Das Fieldbus-Protokoll verwendet zwar den Ausdruck "Funktionsblock" zur Beschreibung eines bestimmten Typs von Entität, die imstande ist, eine Prozeßsteuerfunktion auszuüben, es ist aber zu beachten, daß der hier verwendete Ausdruck Funktionsblock nicht derart eingeschränkt ist und jede Art von Einrichtung, Programm, Routine oder sonstige Entität umfaßt, die imstande ist, eine Prozeßsteuerfunktion auf jede Weise an verteilten Stellen innerhalb eines Prozeßsteuerungsnetzes auszuführen. So kann der hier beschriebene und beanspruchte Betrachtungsbusüberwacher in Prozeßsteuerungsnetzen implementiert werden, die andere Prozeßsteue rungs-Kommunikationsprotokolle oder -modelle verwenden (die es bereits gibt oder die zukünftig entwickelt werden), solange diese Netze oder Protokolle die Ausführung von Steuerfunktionen an verteilten Stellen innerhalb eines Prozesses zulassen oder vorsehen.
Ferner werden Betrachtungsbusüberwacher hier zur Verwendung bei der Speicherung und Übertragung von Prozeßparametern für Positionierer-/Ventileinrichtungen beschrieben, es ist aber zu beachten, daß diese Busüberwacher zum Speichern und Übertragen von Prozeßparametern für andere Arten von Einrichtungen benutzt werden können, etwa für Register, Gebläse, Sensoren, Hosteinrichtungen, Steuereinrichtungen, Brückeneinrichtungen, Schnittstellen oder jede andere Einrichtung, die eine Komponente des Prozeßsteuerungsnetzes sein kann.

Claims

Verfahren zum Betrachten von Echtzeit-Prozeßinformationen in einem Prozeßsteuerungsnetz (10), das eine Vielzahl von Einrichtungen (16 bis 32) aufweist, die an einen Bus (34) kommunikativ angeschlossen sind, wobei jede der Einrichtungen (16 bis 32) mindestens ein Prozeßfunktionsmodul (50 bis 52) aufweist, das imstande ist, eine Prozeßsteuerfunktion innerhalb des Prozeßsteuerungsnetzes (10) unter Nutzung von Prozeßparametern auszuführen, und das imstande ist, auf dem Bus (34) unter Nutzung von planmäßiger periodischer Kommunikation zu kommunizieren, und wobei mindestens eine der Einrichtungen (16 bis 32) ein Betrachtungsprozeßfunktionsmodul (100) aufweist, das imstande ist, Werte von Prozeßparametern ohne Nutzung der Werte zur Ausführung der Prozeßsteuerung zu speichern, das ausgelegt ist, von einem Benutzer konfiguriert zu werden, um mindestens einen Prozeßparameter zu speichern, und das imstande ist, Werte der Prozeßparameter in Erwiderung auf eine Anforderung abzurufen, die von einem Benutzer erzeugt wird, der aus einer Vielzahl von wählbaren Prozeßparametern mindestens einen Prozeßparameter auswählt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Konfigurieren des Betrachtungsprozeßfunktionsmoduls (100), um mindestens einen Wert von jedem von mindestens einem Prozeßparameter zu speichern, wobei jeder von dem mindestens einen Prozeßparameter einem der Prozeßfunktionsmodule (50 bis 52) zugeordnet ist; kommunikatives Anschließen eines Ausgangs von jedem der Prozeßfunktionsmodule (50 bis 52), die jedem des mindestens einen Prozeßparameter zugeordnet sind, an einen Eingang des Betrachtungsprozeßfunktionsmoduls (100) unter Nutzung der planmäßigen periodischen Kommunikation; Übertragen eines Werts des mindestens einen Prozeßparameters von dem zugeordneten Prozeßfunktionsmodul (50 bis 52) zu dem Betrachtungsprozeßfunktionsmodul (100) unter Nutzung der planmäßigen periodischen Kommunikation; und Speichern des übertragenen Werts des mindestens einen Prozeßparameters in dem Betrachtungsprozeßfunktionsmodul (100).
Verfahren zum Betrachten von Echtzeit-Prozeßinformationen in einem Prozeßsteuerungsnetz (10) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Prozeßparameter eine Vielzahl von Prozeßparametern ist.
Verfahren zum Betrachten von Echtzeit-Prozeßinformationen in einem Prozeßsteuerungsnetz (10) nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte aufweist: Konfigurieren des Betrachtungsprozeßfunktionsmoduls (100), um Informationen zu speichern, die dem mindestens einen Prozeßparameter zugeordnet sind; und Übertragen von Informationen, die dem mindestens einen Prozeßparameter zugeordnet sind, zu dem Betrachtungsprozeßfunktionsmodul (100) gleichzeitig mit dem Wert des mindestens einen Prozeßparameters.
Verfahren zum Betrachten von Echtzeit-Prozeßinformationen in einem Prozeßsteuerungsnetz (10) nach Anspruch 1, wobei der Übertragungsschritt ferner den folgenden Schritt aufweist: Übertragen eines Werts des mindestens einen Prozeßparameters von dem zugeordneten Prozeßfunktionsmodul (50 bis 52) zu einer Vielzahl von Prozeßfunktionsmodulen (50 bis 52) unter Nutzung der planmäßigen periodischen Kommunikation.
Verfahren zum Betrachten von Echtzeit-Prozeßinformationen in einem Prozeßsteuerungsnetz (10) nach Anspruch 1, wobei das Betrachtungsprozeßfunktionsmodul (100) ein Betrachtungsfunktionsblock (100) in einem Fieldbus-Protokoll ist.
Verfahren zum Betrachten von Echtzeit-Prozeßinformationen in einem Prozeßsteuerungsnetz (10) nach Anspruch 1, das ferner die folgenden Schritte aufweist: Verbinden von mindestens einer Einrichtung (102, 104), die ein Ausgabe-Prozeßfunktionsmodul aufweist, das eine Benutzeroberfläche hat, mit dem Bus; kommunikatives Anschließen eines Ausgangs des mindestens einen Ausgabe-Prozeßfunktionsmoduls an das Betrachtungsprozeßfunktionsmodul (100) unter Nutzung der unplanmäßigen Warteschlangen-Kommunikation; Übertragen von Anforderungen für mindestens einen gespeicherten Wert des mindestens einen Prozeßparameters von dem mindestens einen Ausgabe-Prozeßfunktionsmodul zu dem Betrachtungsprozeßfunktionsmodul (100) unter Nutzung der unplanmäßigen Warteschlangen-Kommunikation; kommunikatives Anschließen des Ausgangs des Betrachtungsprozeßfunktionsmoduls (100) an einen Eingang des mindestens einen Ausgabe-Prozeßfunktionsmoduls unter Nutzung der unplanmäßigen Warteschlangen-Kommunikation; Übertragen einer Antwort, die den mindestens einen gespeicherten Wert des mindestens einen Prozeßparameters enthält, von dem Betrachtungsprozeßfunktionsmodul (100) zu dem mindestens einen Ausgabe-Prozeßfunktionsmodul unter Nutzung der unplanmäßigen Warteschlangen-Kommunikation; und Anzeigen des mindestens einen gespeicherten Werts des Prozeßparameters an der Benutzeroberfläche des mindestens einen Ausgabe-Prozeßfunktionsmoduls (102, 104).
Verfahren zum Betrachten von Echtzeit-Prozeßinformationen in einem Prozeßsteuerungsnetz (10) nach Anspruch 6, wobei die mindestens eine Anzeigeeinrichtung (102, 104) eine Vielzahl von Anzeigeeinrichtungen (102, 104) aufweist, wobei jede der Anzeigeeinrichtungen (102, 104) ein Ausgabe-Prozeßfunktionsmodul aufweist, das eine Benutzeroberfläche hat.
Verfahren zum Betrachten von Echtzeit-Prozeßinformationen in einem Prozeßsteuerungsnetz (10) nach Anspruch 6, wobei die mindestens eine Anzeigeeinrichtung (102, 104) die mindestens eine von den Einrichtungen (102, 104) ist, die das Betrachtungsprozeßfunktionsmodul (100) aufweist.
Verfahren zum Betrachten von Echtzeit-Prozeßinformationen in einem Prozeßsteuerungsnetz (10) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist: Verbinden der mindestens einen Einrichtung der Einrichtungen (102, 104) mit einem zweiten Bus (34) eines zweiten Prozeßsteuerungsnetzes (10), wobei jede von den Einrichtungen (16 bis 32), die mit dem zweiten Bus (34) verbunden sind, imstande ist, auf dem zweiten Bus unter Nutzung von unplanmäßiger Warteschlangen-Kommunikation zu kommunizieren; Verbinden einer Anzeigeeinrichtung (102, 104), die ein Ausgabe-Prozeßfunktionsmodul aufweist, das eine Benutzeroberfläche hat, mit dem zweiten Bus (34) des zweiten Prozeßsteuerungsnetzes (10); kommunikatives Anschließen eines Ausgangs des Ausgabe-Prozeßfunktionsmoduls an das Betrachtungsprozeßfunktionsmodul (100) unter Nutzung der unplanmäßigen Warteschlangen-Kommunikation; Übertragen einer Anforderung für mindestens einen gespeicherten Wert des mindestens einen Prozeßparameters von dem Ausgabe-Prozeßfunktionsmodul zu dem Betrachtungsprozeßfunktionsmodul (100) unter Nutzung der unplanmäßigen Warteschlangen-Kommunikation; kommunikatives Anschließen eines Ausgangs des Betrachtungsprozeßfunktionsmoduls (100) an einen Eingang des Ausgabe-Prozeßfunktionsmoduls (100) unter Nutzung der unplanmäßigen Warteschlangen-Kommunikation; Übertragen einer Antwort, die den mindestens einen gespeicherten Wert des mindestens einen Prozeßparameters enthält, von dem Betrachtungsprozeßfunktionsmodul (100) unter Nutzung der unplanmäßigen Warteschlangen-Kommunikation; und Anzeigen des mindestens einen gespeicherten Werts des mindestens einen Prozeßparameters an der Benutzeroberfläche.
Informationsbetrachtungssystem zum Betrachten von Echtzeitwerten von Prozeßparametern in einem Prozeßsteuerungsnetz (10), das eine Vielzahl von Einrichtungen (16 bis 32) aufweist, die über einen Bus (34) kommunikativ angeschlossen sind, wobei jede von den Einrichtungen (16 bis 32) imstande ist, eine Prozeßfunktion auszuführen und auf dem Bus (34) unter Nutzung von planmäßiger und unplanmäßiger periodischer Kommunikation zu kommunizieren, wobei das Informationsbetrachtungssystem folgendes aufweist: einen in einer ersten Einrichtung (16 bis 32) angeordneten ersten Signalgenerator, der Eingangssignale erzeugt, die Werte von mindestens einem der ersten Einrichtung (16 bis 32) zugeordneten Prozeßparameter aufweisen; einen ersten Kommunikator, der mit dem ersten Signalgenerator gekoppelt und so konfiguriert ist, daß er die Eingangssignale an einen Eingang einer zweiten Einrichtung (12) unter Nutzung von planmäßiger periodischer Kommunikation liefert; eine in der zweiten Einrichtung (12) angeordnete Datenerfassungseinheit (116), die die Eingangssignale empfängt; eine Speichereinheit (114), die in der zweiten Einrichtung (12) angeordnet und an die Datenerfassungseinheit (116) kommunikativ angeschlossen ist, wobei die Speichereinheit (114) so ausgebildet ist, daß sie mindestens einen Wert von mindestens einem Prozeßparameter speichert, ohne den mindestens einen Wert zur Ausführung der Prozeßsteuerung zu nutzen; einen in einer der ersten Einrichtung (16 bis 32), der zweiten Einrichtung (12) und einer dritten Einrichtung (16 bis 32) angeordneten zweiten Signalgenerator, der Anforderungssignale erzeugt, die mindestens einen Wert von einem oder mehreren des mindestens einen Prozeßparameters anfordern, der in der Speichereinheit (114) gespeichert ist, wobei die Anforderungssignale in Erwiderung auf einen Benutzer erzeugt werden, der aus einer Vielzahl von wählbaren Prozeßparametern Prozeßparameter auswählt; einen zweiten Kommunikator, der mit dem zweiten Signalgenerator gekoppelt und so konfiguriert ist, daß er die Anforderungssignale an einen Eingang der zweiten Einrichtung (12) unter Nutzung der unplanmäßigen Warteschlangen-Kommunikation liefert, wobei die Anforderungssignale von der Datenerfassungseinheit (116) empfangen werden; eine in der zweiten Einrichtung (12) angeordnete Datenübertragungseinheit (112), die Antwortsignale erzeugt, die die angeforderten Werte des einen oder der mehreren von dem mindestens einen Prozeßparameter aus der Speichereinheit (114) aufweisen; einen dritten Kommunikator, der mit der Datenübertragungseinheit (112) gekoppelt und so konfiguriert ist, daß er die Antwortsignale an einen Eingang der einen von der ersten Einrichtung (16 bis 32), der zweiten Einrichtung (12) und der dritten Einrichtung (16 bis 32) unter Nutzung der unplanmäßigen Warteschlangen-Kommunikation liefert; einen Signalempfänger, der die von der Datenübertragungseinheit (112) erzeugten Antwortsignale empfängt; und eine in der einen von der ersten Einrichtung (16 bis 32), der zweiten Einrichtung (12) und der dritten Einrichtung (16 bis 32) angeordnete Anzeigeeinrichtung (102, 104), die die angeforderten Werte von dem einen oder den mehreren von dem mindestens einen Prozeßparameter an einer Benutzeroberfläche anzeigt.
Informationsbetrachtungssystem nach Anspruch 10, wobei die Datenübertragungseinheit (112) an die Datenerfassungseinheit (116) und die Speichereinheit (114) kommunikativ angeschlossen und so ausgebildet ist, daß sie die Werte des mindestens einen Prozeßparameters von der Datenerfassungseinheit (116) empfängt und bewirkt, daß die Speichereinheit (114) den gespeicherten Wert des mindestens einen Prozeßparameters mit den empfangenen Werten überschreibt.
Informationsbetrachtungssystem nach Anspruch 11, wobei die Datenübertragungseinheit (112) so ausgebildet ist, daß sie die Speichereinheit (114) so konfiguriert, daß diese mindestens einen Wert von mindestens einem Prozeßparameter speichert, und wobei das Informationsbetrachtungssystem ferner eine Host-Eingabeschnittstelle (118) aufweist, die in der zweiten Einrichtung (12) angeordnet und an die Datenübertragungseinheit (112) kommunikativ angeschlossen ist, wobei die Host-Eingabeschnittstelle (118) so ausgebildet ist, daß sie Prozeßparameter-Konfigurationsbefehle an die Datenübertragungseinheit (112) überträgt, so daß dadurch die Prozeßparameter-Konfigurationsbefehle bewirken, daß die Datenübertragungseinheit (112) die Speichereinheit (114) so konfiguriert, daß diese mindestens einen Wert von mindestens einem Prozeßparameter speichert.
Informationsbetrachtungssystem nach Anspruch 10, wobei der mindestens eine Prozeßparameter eine Vielzahl von Prozeßparametern ist und das Informationsbetrachtungssystem ferner eine Vielzahl von ersten Einrichtungen (16 bis 32) aufweist, in denen jeweils ein erster Signalgenerator angeordnet ist, der Eingangssignale erzeugt, die Werte von Prozeßparametern aufweisen, die der ersten Einrichtung (16 bis 32) zugeordnet sind, wobei die Datenerfassungseinheit (116) jedes von den Eingangssignalen empfängt und die Speichereinheit (114) einen gespeicherten Wert eines Prozeßparameters mit einem Wert des Prozeßparameters, der in dem entsprechenden Eingangssignal von der zugeordneten ersten Einrichtung (16 bis 32) übertragen wurde, entweder überschreibt oder komplementiert.
Informationsbetrachtungssystem nach Anspruch 10, wobei das Eingangssignal Informationen aufweist, die dem mindestens einen Prozeßparameter zugeordnet sind, und die Speichereinheit (114) einen gespeicherten Wert der darin gespeicherten zugeordneten Informationen mit dem Wert der zugeordneten Informationen in dem Eingangssignal entweder überschreibt oder komplementiert.
Informationsbetrachtungssystem nach Anspruch 10, wobei der erste Kommunikator so konfiguriert ist, daß er das Eingangssignal an eine Vielzahl von Einrichtungen (16 bis 32) unter Nutzung der planmäßigen periodischen Kommunikation liefert.
Informationsbetrachtungssystem nach Anspruch 10, das ferner eine Vielzahl von dritten Einrichtungen (16 bis 32) aufweist, in denen jeweils ein zweiter Signalgenerator angeordnet ist, der Anforderungssignale erzeugt, die Werte von einem oder mehreren des mindestens einen Prozeßparameters anfordern, der in der Speichereinheit (114) enthalten ist.
Informationsbetrachtungssystem nach Anspruch 10, wobei die dritte Einrichtung (16 bis 32) mit der zweiten Einrichtung (12) durch einen zweiten Bus (34) eines zweiten Prozeßsteuerungsnetzes (10) verbunden ist, wobei jede der Einrichtungen (16 bis 32) imstande ist, auf dem zweiten Bus (34) unter Nutzung von unplanmäßiger periodischer Kommunikation zu kommunizieren.