用于工业过程网络的通信单元制造技术

现场设备被配置为在工业过程网络上发送和接收数据。现场设备包括处理器和与工业过程网络通信连接的通信单元。通信单元被配置为：经由第一通信协议以第一数据速率在工业过程网络上发送并接收数据。连接通信单元，以经由第二通信协议以大于第一数据速率的第二数据速率与处理器通信。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于工业过程网络的通信单元相关申请交叉引用本申请要求于2013年3月14日递交的题为“MODEMASICARCHITECTUREFORHARTCOMMUNICATIONSPROTOCOL”的美国临时申请No.61/781,348的优先权，其全部内容在此一并引入作为参考。
技术介绍
本公开一般涉及在工业过程网络中使用的现场设备。更具体地，本公开涉及使用现场设备的通信单元的消息处理和数据传输。在典型的工业设备(plant)中，分布控制系统(DCS)用于控制在设备处执行的多个工业过程。通常，该设备具有具备有用户输入输出(I/O)、光盘I/O以及其他外设的计算机系统的中央控制室。控制器和过程I/O子系统与计算系统相耦合。过程I/O子系统包括遍布于设备连接至各种现场设备的I/O端口。现场设备包括各种类型的分析设备、硅压力传感器、电容式压力传感器、电阻式温度检测器、热电耦、应变测试仪、限位开关、通断开关、流量变送器、压力变送器、电容电平开关、磅秤(weighscales)、换能器、阀门定位器、阀门控制器、致动器、螺线管和指示灯。术语“现场设备”包括这些设备以及在分布控制系统中执行功能的任何其他设备。传统地，模拟现场设备已经通过两线制双绞线电流环连接至控制室，每个设备通过单个两线制双绞线连接至控制室。模拟现场设备能够响应于或发送特定范围内的电信号。在典型配置中，通常在双绞线的两条线之间具有约20-25伏的压差以及流经环的4-20毫安的电流。向控制室发送信号的模拟现场设备调制流经电流环的电流，电流与所感测到的过程变量成比例。另一方面，在控制室的控制下执行动作的模拟现场设备由通过环的电流幅度控制，电流幅度通过过程I/O系统的I/O端口调制，I/O系统的I/O端口由控制器控制。具有激活的电子器件的传统两线制模拟设备还可以从环中接收高达40毫瓦的功率。要求更高的功率的模拟现场设备通常使用四条线连接至控制室，两条线向设备发送功率。在现有技术中这种设备称作四线制设备，并且不像两线制设备那样功率受限。历史上，大多数传统现场设备已经具有直接与由现场设备执行的基本功能直接相关的单个输入或单个输出。例如，由传统模拟电阻式温度传感器实现的唯一功能是：通过调制流经两线制双绞线的电流来发送温度，而由传统模拟阀门定位器实现的唯一功能是：基于流经两线制双绞线的电流的幅度，在开和关位置之间(含开和关位置)定位阀门。最近，在电流环上叠加数字数据的混合系统已经被用于分布控制系统中。一种混合系统在控制技术中被称为可寻址远程传感器高速通道(HART)并且与贝尔202调制解调器规范相类似。HART系统使用半双工主-从协议。通常，主机发送命令并期待应答。用互补的方式，从机方通常等待命令并在响应中发送应答。每个命令或应答可以被认为是长度从几字节变化到269字节的消息。该消息由以1,200比特每秒(BPS)发送的异步串行数据组成。传输是通过频移键控(FSK)完成的，使得逻辑1由1,200赫兹(Hz)信号表示并且逻辑0用2,200Hz信号表示。这些HART协议信号被调制到承载直流电源的两线制通信线上。使用HART通信协议，消息交易由中央或控制站向指定现场设备发送命令，通常通过以唯一地址寻址现场设备来发起。该命令可以例如指示现场设备以关于其状态的信息(例如感测的电流压力或者其他状态信息)来应答。一旦从控制站接收到该命令，现场设备向控制站发送所接收到的并处理的应答。HART系统允许控制站进行每秒约两个或三个交易。因此，当使这种数字消息能够在模拟介质上发送的数字消息时，HART协议可以相对慢地发送和接收这种消息。输入和输出HART消息的数据速率可以要求处理器在间隔中服务于这种消息，以避免处理器的其他高优先权任务的额外延迟。这进而可以对每个消息要求处理器的多个中断，由此增加处理器上的多任务切换和其他负载，并增加在处理器上实现通信协议的复杂度。
技术实现思路
在一个示例中，现场设备被配置为：在工业过程网络上发送并接收数据。所述现场设备包括：处理器；以及通信连接到工业过程网络的通信单元。所述通信单元被配置为：经由第一通信协议以第一数据速率在工业过程网络上发送并接收数据。通信单元被连接以经由第二通信协议以大于第一数据速率的第二数据速率与处理器通信。另一个示例中，通信单元配置为在工业过程网络上发送并接收数据。所述通信单元包括：第一通信接口、第二通信接口、第一接收缓冲器和第二接收缓冲器。第一通信接口被配置为：经由第一通信协议以第一数据速率在工业过程网络上发送和接收数据。第二通信接口被配置为：经由第二通信协议以大于第一数据速率的第一数据速率与处理器通信。第一接收缓冲器被配置为：存储与在工业过程网络上接收的第一消息相对应的第一消息对象。第二接收缓冲器被配置为：存储与在工业过程网络上接收的第二消息相对应的第二消息对象。另一个示例中，在工业过程网络上发送和接收数据的方法包括：现场设备的通信单元经由第一通信协议以第一数据速率接收第一消息。所述方法还包括：通信单元在通信单元的第一接收缓冲器中存储第一消息，并通信单元根据第一通信协议确定第一消息包括完整消息。所述方法还包括：通信单元响应于确定第一消息包括完整消息，向现场设备的处理器通知已经收到第一消息；通信单元经由第二通信协议以大于第一数据速率的第二数据速率向处理器发送第一消息。附图说明图1是包括通信单元的现场设备的框图，所述通信单元经由第一接口通信连接至工业过程网络并且经由第二接口连接以与处理器进行通信。图2是被连接以经由串行外围接口(SPI)协议与处理器通信并经由可寻址远程传感器高速通道协议在工业过程网络上发送和接收数据的通信单元的示意图。图3是包括用于处理器和工业过程网络之间的通信的消息缓冲器的通信单元的框图。具体实施方式根据本公开的技术，通信单元(例如现场设备或其他仪器的通信单元)通信耦合到工业过程网络。通信单元包括第一通信接口和第二通信接口。第一接口被配置为经由第一通信协议(例如，HART协议)以第一数据速率(例如1,200比特每秒)在工业过程网络上通信。第二接口被配置为经由第二通信协议(例如串行外围接口(SPI)协议)以大于第一数据速率的第二数据速率与处理器通信。通信单元和处理器之间的更高速率接口可以使处理器能够在每个给定的时间单元检索更大量的数据，由此允许处理器更少次的中断以检索在工业过程网络上接收到的消息。此外，通信单元可以确定接收到的消息的错误状态，并且能够中断处理器以仅检索那些被确定为具有非致命错误的消息，由此进一步减少处理器的中断的数量。在工业过程网络上接收到的消息可以存储在通信单元的一个或更多个消息缓冲器中。因此，通信单元可以在接收到完整的消息之后中断处理器以检索消息，而不是每个消息多次中断处理器。用这种方式，实现本公开的技术的通信单元可以降低处理器上的任务切换负载，由此使处理器能够把更多的时间和/或处理功率专用于非通信任务，例如数据操作和处理。此外，多个消息缓冲器可以例如当在处理器检索先前消息之前接收后续消息时使通信单元能够存储多个接收到的消息。以类似的方式，在某些示例中，通信单元可以将要在工业过程网络中发送的完整消息存储在发送缓冲器中，由此使通信单元能够从处理器卸载发送任务并发送完整消息，而无需要求处理器多次中断来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种现场设备，被配置为：在工业过程网络上发送并接收数据，所述现场设备包括：处理器；以及与工业过程网络通信连接的通信单元，所述通信单元被配置为：经由第一通信协议以第一数据速率在工业过程网络上发送并接收数据，并且所述通信单元被连接以经由第二通信协议以大于第一数据速率的第二数据速率与处理器通信。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.14 US 61/781,3481.一种现场设备，被配置为：在工业过程网络上发送并接收数据，所述现场设备包括：处理器；以及与工业过程网络通信连接的通信单元，所述通信单元被配置为：经由第一通信协议以第一数据速率在工业过程网络上发送并接收数据，并且所述通信单元被连接以经由第二通信协议以大于第一数据速率的第二数据速率与处理器通信，其中所述通信单元包括：第一接收缓冲器，被配置为：存储与所述通信单元在工业过程网络上接收的第一消息相对应的第一消息对象，所述第一消息对象包括：第一消息和与所述第一消息相对应的信息；以及第二接收缓冲器，被配置为：存储与所述通信单元在工业过程网络上接收的第二消息相对应的第二消息对象，所述第二消息对象包括：第二消息和与所述第二消息相对应的信息；其中所述通信单元被配置为：确定与所述第一消息相对应的信息的至少一部分和与所述第二消息相对应的信息的至少一部分；以及所述通信单元被配置为：在所述第一消息对象中插入与所述第一消息相对应的信息的所确定部分，以及在所述第二消息对象中插入与所述第二消息相对应的信息的所确定部分。2.根据权利要求1所述的现场设备，其中所述通信单元实现接收状态机，所述接收状态机被配置为确定与所述第一消息相对应的信息的所述部分和与所述第二消息相对应的信息的所述部分。3.根据权利要求1所述的现场设备，其中所述通信单元被配置为：输出收到消息的通知，所述收到消息的通知被配置为使处理器调用中断服务例程，以经由第二通信协议从所述通信单元检索第一消息对象和第二消息对象中的至少一个。4.根据权利要求3所述的现场设备，其中所述通信单元被配置为：基于第一消息对象和第二消息对象中激活的消息对象的错误状态，确定是否输出所述收到消息的通知。5.根据权利要求4所述的现场设备，其中所述通信单元被配置为：基于确定第一现场消息对象和第二现场消息对象中激活的现场消息对象的错误状态包括非致命错误状态，确定输出所述收到消息的通知。6.根据权利要求4所述的现场设备，其中所述通信单元被配置为：基于确定第一消息对象和第二消息对象中激活的消息对象的错误状态包括致命错误状态，确定避免输出所述收到消息的通知。7.根据权利要求3所述的现场设备，其中所述通信单元被配置为：响应于在工业过程网络上接收完整消息，向处理器输出所述收到消息的通知。8.根据权利要求7所述的现场设备，其中所述通信单元被配置为：响应于确定所述收到消息的通知尚未由处理器确认，在第二消息缓冲器中存储第二消息。9.根据权利要求3所述的现场设备，其中所述通信单元经由中断端连接至处理器；以及所述通信单元被配置为：通过调整所述中断端上的电压来输出所述收到消息的通知。10.根据权利要求1所述的现场设备，其中所述通信单元包括：发送缓冲器，被配置为：存储与由所述通信单元经由第二通信协议从处理器接收到的消息相对应的消息对象，所述消息对象包括从处理器接收到的消息和与从处理器接收到的消息相对应的信息；以及其中所述通信单元被配置为：经由第一通信协议在工业过程网络上发送所述消息对象。11.根据权利要求10所述的现场设备，其中所述发送缓冲器被配置为：存储要在工业过程网络上发送的完整消息；以及所述通信单元被配置为：响应于从处理器接收所述完整消息，在工业过程网络上发送所述完整消...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴尔·沃伦·博格松，伽波路·阿萨德·马洛夫，罗格·罗博·本森，卡罗·利尼尔·伯伊德，
申请(专利权)人：罗斯蒙特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US