工业控制系统中的无中断消息捕获技术方案

本公开涉及工业控制系统中的无中断消息捕获。捕获在工业过程中与现场设备交换的消息，而不中断消息的通信。嵌入在网关设备中的诊断驱动器检测网关设备和现场设备之间的连接中的异常状况。诊断驱动器捕获指示异常状况的消息而不中断消息通信。驱动器能够按需将捕获的消息发送到工作站计算设备，用于诊断异常状况。

Non interrupt message capture in industrial control system

The present disclosure relates to non disruptive message capture in an industrial control system. Capture messages exchanged with field devices in industrial processes without interrupting message communication. The diagnostic driver embedded in the gateway device detects abnormal conditions in the connection between the gateway device and the field device. The diagnostic drive captures messages indicating abnormal conditions without interrupting message communication. The driver is able to send the captured messages to the workstation computing device on demand for diagnosing abnormal conditions.

【技术实现步骤摘要】
工业控制系统中的无中断消息捕获
本公开的各方面一般而言涉及联网的计算机化工业控制自动化系统领域。更具体而言，本公开的各方面涉及一种诊断驱动器，其捕获与工业控制自动化系统的现场设备交换的电子数据消息，而不中断设备通信。
技术介绍
工业控制和自动化系统一般而言包括过程控制器设备，其通常经由网络连接到整个过程控制系统中的大量现场设备。过程中的现场设备具有各种类型和功能并且可以由许多不同的供应商公司创建。一起控制大量不同现场设备是确保过程控制系统的生产率和有效操作的重要任务。当今的典型工业过程及其复杂并且涉及许多智能设备，诸如发送器、定位器、马达驱动器、限位开关和其它通信使能设备。举例来说，有数千个传感器和控制元件(例如，阀门致动器)监视/控制工业工厂内的多级过程的各方面并不是没有听说过。随着现场设备随着时间的推移变得越来越先进，控制和同步现场设备的过程也增加了复杂性。例如，前几代工业过程控制设备中的发送器和定位器是相对简单的组件。在引入数字(智能)发送器之前，与现场设备相关联的活动相对简单。行业标准(如用于气动仪表的3-15psi或用于电子仪器为4-20ma)允许一定程度的互操作性，其最小化模拟发送器的设置、配置和操作。但是，更现代的现场设备包括数字数据发送能力和设备上数字处理器。这些现代设备(一般被称为“智能”现场设备)在设置新的现场设备时需要更多的配置工作。管理复杂的智能设备需要各种不同的软件接口、协议和驱动器，以确保与每种类型的设备进行高效的交互。网关设备提供现场设备和过程自动化系统之间的控制和输入/输出(I/O)接口。遗憾的是，用于诊断或调试现场设备和网关设备之间的接口问题的常规技术是麻烦的过程。例如，调试串行端口的接口问题需要断开设备接口并连接特殊的硬件窥探器。而调试以太网端口的接口问题需要在与网关接口的网络交换机上配置镜像端口，在那个端口上连接站，以及在站上运行包捕获工具以捕获网关和现场设备之间交换的消息。不利的是，这些常规技术需要中断与设备的通信和/或在到设备的通信路径中添加额外的硬件。
技术实现思路
本公开的各方面利用嵌入在网关设备内的诊断驱动器，其捕获通过工业控制自动化系统内的网关设备与现场设备交换的消息，而不中断设备通信或需要添加额外硬件。有利地，以这种无中断的方式捕获的消息可以按需发送到工作站计算设备，以诊断工业控制自动化系统内的设备接口问题。根据本公开的各方面，不需要物理断开或者添加用于串行接口或用于在交换机上设置镜像端口的特殊硬件。用于实施本公开的各方面的工业控制系统内的无中断消息捕获的系统包括设备集成器处理器、存储器设备、诊断驱动器、串行接口和以太网接口。串行接口被配置为将设备集成器处理器通信地耦合到串行现场设备，以用在过程控制系统的工业过程中。通信耦合支持根据串行电子数据通信协议与串行现场设备的电子数据消息的通信。以太网接口被配置为根据以太网电子数据通信协议将诊断驱动器通信地耦合到计算设备。诊断驱动器包括存储在存储器设备上的处理器可执行指令。当由设备集成器处理器执行时，指令将诊断驱动器配置为捕获经由串行接口使用串行通信协议与串行现场设备交换的电子数据消息，而不中断消息的通信。执行指令还将诊断驱动器配置为使用专有通信协议经由以太网接口将捕获的电子数据消息发送到计算设备。捕获的消息指示设备集成器处理器和串行现场设备经由串行接口的通信耦合中的异常状况。用于实施本公开的各方面的工业控制系统内的无中断消息捕获的另一个系统包括设备集成器处理器、存储器设备、诊断驱动器和以太网接口。以太网接口被配置为将设备集成器处理器通信地耦合到以太网现场设备，以用在过程控制系统的工业过程中。通信耦合支持根据一个或多个以太网电子数据通信协议与以太网现场设备的电子数据消息的通信。以太网接口还被配置为根据以太网电子数据通信协议将诊断驱动器通信地耦合到诊断计算设备。诊断驱动器包括存储在存储器设备上的处理器可执行指令。当由设备集成器处理器执行时，指令将诊断驱动器配置为捕获使用一个或多个以太网通信协议经由以太网接口与以太网现场设备交换的电子数据消息，而不中断消息的通信。捕获的电子数据消息指示设备集成器处理器和以太网现场设备经由以太网接口的通信耦合中的异常状况。在一方面，一种计算机可读介质存储处理器可执行指令，所述处理器可执行指令在被执行时配置网关设备的设备集成器处理器，用于工业控制系统内的无中断消息捕获。指令包括将网关设备的设备集成器处理器耦合到过程控制系统中的串行现场设备。经由网关设备的串行接口实现与串行现场设备的耦合，并且支持根据至少一个串行电子数据通信协议与串行现场设备的串行电子数据消息的通信。指令还包括经由网关设备的以太网接口将设备集成器处理器耦合到过程控制系统中的以太网现场设备。与以太网现场设备的耦合支持根据以太网数据通信协议与以太网现场设备的以太网电子数据消息的通信。处理器可执行指令包括经由以太网接口将网关设备的诊断驱动器耦合到工作站计算设备，其支持诊断驱动器和工作站计算设备之间的诊断以太网电子数据包的通信。指令还包括在网关设备内初始化诊断驱动器。诊断驱动器捕获经由串行接口与串行现场设备通信的串行电子数据消息中的一个或多个，而不中断串行电子数据消息的通信。诊断驱动器还捕获经由以太网接口与以太网现场设备通信的以太网电子数据消息中的一个或多个，而不中断以太网电子数据消息的通信。捕获的串行电子数据消息指示设备集成器处理器经由串行接口耦合到串行现场设备的异常状况，并且捕获的以太网电子数据消息指示设备集成器处理器经由以太网接口耦合到以太网现场设备的异常状况。实施本公开的各方面的过程控制通信回弹(resilience)的方法包括在控制器处从一个或多个连接的设备接收可配置的多协议数据流(CMDS)、处理接收到的CMDS以用于一个或多个过程错误事件代码、基于一个或多个过程事件错误代码处理通信相关性错误，并基于通信相关性错误利用一个或多个连接的设备在控制器处执行通信回弹过程。附加的实施例还可以包括多个控制器。此外，一个或多个过程错误事件代码可以是错误帧、应用错误和/或设备错误状况中的至少一个。本公开的原理还可以包括来自一个或多个连接的设备的至少一个或多个过程控制改变。此外，一个或多个过程控制改变可以是过程改变、设备状态改变和/或环境改变中的至少一个。在另一方面，用于工业控制系统内的无中断消息捕获的系统包括设备集成器处理器、存储器设备、诊断驱动器、串行接口和网状网络接口。串行接口被配置为将设备集成器处理器通信地耦合到串行现场设备，以用在过程控制系统的工业过程中。通信耦合支持根据串行电子数据通信协议与串行现场设备的电子数据消息的通信。网状网络接口被配置为根据网状网络电子数据通信协议将诊断驱动器通信地耦合到计算设备。诊断驱动器包括存储在存储器设备上的处理器可执行指令。当由设备集成器处理器执行时，指令将诊断驱动器配置为捕获经由串行接口使用串行通信协议与串行现场设备交换的电子数据消息，而不中断消息的通信。执行指令还将诊断驱动器配置为使用专有通信协议经由网状网络接口将捕获的电子数据消息发送到计算设备。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于工业控制系统内的无中断消息捕获的系统，包括：/n设备集成器处理器；/n存储器设备；/n诊断驱动器；/n多个串行接口，多个串行接口被配置为将设备集成器处理器通信地耦合到一组两个或更多个串行现场设备，以在过程控制系统的工业过程中用于支持与串行现场设备的电子数据消息的通信，电子数据消息的通信根据至少一种串行电子数据通信协议；以及/n以太网接口，被配置为根据以太网电子数据通信协议将诊断驱动器通信地耦合到计算设备；/n其中诊断驱动器包括存储在存储器设备上的处理器可执行指令，并且其中指令在由设备集成器处理器执行时将诊断驱动器配置为捕获经由串行接口根据串行通信协议与串行现场设备通信的电子数据消息中的一个或多个，而不中断电子数据消息的所述通信，并经由以太网接口将捕获的电子数据消息发送到计算设备，以及/n其中捕获的电子数据消息指示设备集成器处理器和串行现场设备经由串行接口的通信耦合中的异常状况。/n

【技术特征摘要】
20180529 US 62/677,4141.一种用于工业控制系统内的无中断消息捕获的系统，包括：
设备集成器处理器；
存储器设备；
诊断驱动器；
多个串行接口，多个串行接口被配置为将设备集成器处理器通信地耦合到一组两个或更多个串行现场设备，以在过程控制系统的工业过程中用于支持与串行现场设备的电子数据消息的通信，电子数据消息的通信根据至少一种串行电子数据通信协议；以及
以太网接口，被配置为根据以太网电子数据通信协议将诊断驱动器通信地耦合到计算设备；
其中诊断驱动器包括存储在存储器设备上的处理器可执行指令，并且其中指令在由设备集成器处理器执行时将诊断驱动器配置为捕获经由串行接口根据串行通信协议与串行现场设备通信的电子数据消息中的一个或多个，而不中断电子数据消息的所述通信，并经由以太网接口将捕获的电子数据消息发送到计算设备，以及
其中捕获的电子数据消息指示设备集成器处理器和串行现场设备经由串行接口的通信耦合中的异常状况。


2.如权利要求1所述的系统，其中捕获的电子数据消息的传输是按需的。


3.如权利要求1所述的系统，其中诊断驱动器还包括存储在存储器设备上的处理器可执行指令，当指令由设备集成器处理器执行时，在存储器设备内创建用于初始化诊断驱动器的循环队列并且创建用于捕获电子数据消息的专用任务。


4.如权利要求3所述的系统，其中诊断驱动器还包括存储在存储器设备上的处理器可执行指令，当指令由设备集成器处理器执行时，还将诊断驱动器配置为：
将捕获的电子数据消息存储在队列中；以及
通过从队列的前面弹出捕获的电子数据消息并将弹出的电子数据消息包括在用户数据报协议包内，将捕获的消息发送到计算设备。


5.如权利要求1所述的系统，
其中以太网接口还被配置为将设备集成器处理器通信地耦合到一个或多个以太网现场设备，以在过程控制系统的工业过程中用于支持根据以太网电子数据通信协议与以太网现场设备的电子数据消息的通信，
其中处理器可执行指令在由设备集成器处理器执行时还将诊断驱动器配置为捕获根据以太网电子数据通信协议经由以太网接口与以太网现场设备通信的电子数据消息中的一个或多个，而不中断电子数据消息的所述通信，以及
其中捕获的电子数据消息指示设备集成器处理器和以太网现场设备经由以太网接口的通信耦合中的异常状况。


6.如权利要求1所述的系统，其中处理器可执行指令在由设备集成器处理器执行时还将诊断驱动器配置为：
捕获串行接口的健康状态的快照，以及
经由以太网接口将捕获的快照发送到计算设备。


7.如权利要求1所述的系统，还包括计算设备，其中计算设备被配置为：
从诊断驱动器接收所发送的电子数据消息；
解析接收到的消息；
过滤解析的消息；以及
存储经过滤的消息，用于诊断经由串行接口的设备集成器处理器和串行现场设备的通信耦合中的异常状况。


8.一种用于工业控制系统内的无中断消息捕获的系统，包括：
设备集成器处理器；
存储器设备；
诊断驱动器；以及
以太网接口，以太网接口被配置为：
将设备集成器处理器通信地耦合到两个或更多个以太网现场设备，以在过程控制系统的工业过程中用于支持与以太网现场设备的电子数据消息的通信，电子数据消息的通信根据一个或多个以太网电子数据通信协议，以及
根据所述一个或多个以太网电子数据通信协议中的至少一个，将诊断驱动器通信地耦合到诊断计算设备；
其中诊断驱动器包括存储在存储器设备上的处理器可执行指令，并且其中指令在由设备集成器处理器执行时将诊断驱动器配置为捕获根据所述一个或多个以太网电子数据通信协议经由以太网接口与以太网现场设备通信的电子数据消息中的一个或多个，而不中断电子数据消息的所述通信，以及
其中捕获的电子数据消息指示设备集成器处理器和以太网现场设备经由以太网接口的通信耦合中的异常状况。


9.如权利要求8所述的系统，其中处理器可执行指令在由设备集成器处理器执行时还将诊断驱动器配置为按需将每个捕获的电子数据消息经由以太网接口发送到诊断计算设备。


10.如权利要求8所述的系统，其中诊断驱动器还包括存储在存储器设备上的处理器可执行指令，当指令由设备集成器处理器执行时，在存储器设备内创建用于初始化诊断驱动器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·R·门杜，C·胡，N·库马尔，R·L·林斯考特，
申请(专利权)人：施耐德电子系统美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US