用于工业控制的I/O数据的高速顺序采样制造技术

一个Ｉ／Ｏ模块对一个工业过程进行采样以采集表示该工业过程的性能的数据。该Ｉ／Ｏ模块具有一个内存，其中来自多个样本的数据被存储直到由一个工业控制器读出或者被提交到一个工业控制器上。当由该工业控制器读出时，该Ｉ／Ｏ模块将一个时间标志的标识符分配给这些存储的样本，由此向工业控制器提供用于该存储数据的时间信息。

High speed sequential sampling of I/O data for industrial control

A I / O module samples an industrial process to collect data that represents the performance of the industrial process. The I / O module has one memory in which data from multiple samples is stored until it is read out by an industrial controller or is submitted to an industrial controller. When read by the industrial controller, the I / O module assigns an identifier of a time flag to the stored samples, thereby providing an industrial controller with time information for storing the data.

【技术实现步骤摘要】
用于工业控制的1/0数据的高速顺序采样
技术介绍
本专利技术涉及用于工业过程的实时控制的一种工业控制系统，并且具 体地涉及一个输入/输出(I/O)模块，该1/0模块对来自工业过程的一个部件的信号进行采样，将来自该部件的多个样本存储为一个数据块，并且然后将该 数据块同步地输出到一个工业控制器上。 工业控制器是在一种实时基础上用于控制工业过程以及制造设备的 特殊目的计算机。在一个存储的程序的指导下，工业控制器检测反映受控过程 状态的一个输入的集合并且改变控制该工业过程的一个输出的集合。这些输入 和输出可以是作为开或关的二进制的、或是在一个连续的范围内提供一个值的 模拟的。典型的模拟信号被转换为二进制的字来进行处理。工业控制器与常规 计算机不同之处在于，它们的硬件配置从一个应用到另一个应用而显著地变 化，反映出它们的广范的用途。通过在一种模块式的基础上构建工业控制器来 适应这种可变化性，该模块式基础具有可去除的输入和输出(I/O)模块，它 们可以根据受控过程来容纳不同数目的输入和输出点。将这些1/0模块连接到 可能在空间上相分离的不同的机器上的需要已经导致一个远程1/0架的开发， 该I/O架在一个远程位置上支持多个I/O模块，以便通过一个适配器模块与该工业控制的一个中央处理器进行通信，该适配器模块进而与链接到该中央处理器的一个高速网络连接。该适配器在网络与这些1/0模块之间交换信息。 工业控制器进一步不同于常规计算机之处还在于，它们必须在一个 可预计的实时基础上处理大量的输入和输出数据。这不仅要求工业控制器的响 应时间极快，而且要求在一个变化的输入与一个反应输出的响应之间的处理延 迟是一致的，以便该控制器在时间上可预期地进行操作。为满足速度和一致性的这些需求，许多工业控制器使用一个基于"扫描" 的体系结构，其中每个输入和输出在重复扫描的规则的持续时间上被顺序地进 行读和写。当被采样而不是等待一个控制器扫描时，较新型的工业控制器可以使用一种生产者/消费者模型，该模型允许多个I/O模块在采样时而不是等到一次控制器扫描时提交数据。这一生产/消费协议还可以被用于一个适配器模块与一个远程1/0架的这些1/0模块之间的通信。直接提交数据使得数据尽快地有可能在系统中可供使用并且减少了即使在没有新数据可供使用时控制器 主动地扫描所有输入的系统开销。在一个工业过程的运行过程中，工业控制器使用由这些I/O模块提交的 数据，该工业控制器在一个定时的循环中对来自该工业过程的不同部件的数据 进行采集或者采样。常规地，每个I/0模块已经包括了一个缓存器，它存储来 自该工业过程的一个部件的一个单独的数据样本。当该1/0模块被该工业控制 器轮询时，或者在一个生产者/消费者模型中当该I/O模块确定到了发送该数 据的时间时，该缓存器的内容被输出到工业控制器；然而，因为I/0模块是在 连续地或者周期性地对该受控的部件进行采样，采集的多个样本从未提供给工 业控制器或者被工业控制器处理。即，，常规的1/0模块以快于该工业控制器 的扫描率(典型地是程序扫描时间)的一个采样率对这些受控的部件进行采样，无论该扫描率是该工业控制器的轮询率或者是该工业控制器数据处理率。 例如，图1展示了用于一个常规的1/0模块的数据流。在这个实例 中，数据是以采样间隔1所定义的一个采样率来进行采集。假设在采样间隔1 从该工业过程采集的数据与将该数据输出到该工业控制器之间没有延迟。这 样，在t。采集一个样本S。并且将用于该样本的数据A。被输出到工业控制器，为 了说明的目的该工业控制器在t。读取来自该I/O模块的数据。在L该I/O模块 再次对工业过程采样Si以采集数据A1Q然而，因为工业控制器在t。对于一个轮 询间隔2轮询了该1/0模块，在t,该工业控制器已经开始它的轮询循环以轮询 该循环中的下一个I/0模块。因此，在t,数据&未被输出到工业控制器。类似 地，对于在t2采集的样本S2的数据A2未被输出到工业控制器。类似地在一个生 产者/消费者模型中，该I/O模块可能已经为控制器提交了数据，但是在给定 其自身的内部程序扫描的条件下控制器可能没有时间来处理这些新数据，并因 此错过处理Ai和A2数据。在一个生产者/消费者系统中，新提交的数据将自动 地重写比较旧的数据。如果控制器不以一种及时的方式来处理A,，当I/0模块 提交A2时该数据将被重写并被丢失。此外，在常规的I/0模块中，仅用于一个单独样本的数据被存储在一个缓存器中。这样，在t2在下一个采样间隔l数据A^每被数据l改写。这个循环一直重复到工业控制器下一次轮询该1/0模块。 对于在长度20的时间间隔接受轮询一个I/O模块，提供给工业控制器的下一 个数据将是在t^在样本Si9中自受控部件采集的数据A,9。因此，常规的I/0模 块的缺陷之一是，如果控制器处理率与模块采样周期不是精确地同步，则丢失 在VO模块读出间隔之间的数据。 为将未使用的数据的影响最小化， 一提出的一个方案是增加工业控 制器的轮询率。通过这样做，例如，1/0模块能够以IO的时间间隔进行轮询， 从而减少被废弃的数据的量，但这要求控制器中有大得多的处理能力并将有限 的资源单独地集中于处理I/0数据。已提出的另一个方案是减少1/0模块的采 样率。因为两个方案均会有效地减少采集的但未被用于评估工业过程的性能的 数据量，两个方案对于高速应用都是不切实际的。 在后者的情况下，减小1/0模块的采样率降低了由1/0模块执行的 监控功能的精度。例如，可以对来自一个部件的信号进行采样以采集在一个给 定的时间周期中的数据从而确定该部件的性能上的任何趋势。通过减少从受控 部件采集的样本的数量，可能难以正确地确定趋势的变化或者任何这类变化的 原因。在前者的情况下，增加工业控制器的轮询率也许是不可能的，因为与在 工业控制器与1/0模块之间的数据转移相关联的通信系统开销限制了可以读取 数据的速度。
技术实现思路
本专利技术的诸位专利技术人已发现，当1/0模块与工业控制器之间的通信的容 量大小增加时，与在1/0模块与工业控制器之间的数据通信相关联的系统开销 的量值并不显著地增加。这样，诸位专利技术人已经发现，尽管在一个I/0模块与 工业控制器之间的传输的容量大小的显著增加，与该传输相关联的时间量并不 显著地增加。因而，可以利用这种在通信时间上缺乏显著的增加来传输超过通 过一个工业控制系统的I/O模块通常传输数据包的更大的数据包。 相应地，在一个方面，本披露是针对一个1/0模块，该I/0模块周 期性地对一个部件进行采样并且将来自这些多个样本的数据存储在一个内存中。然后，当1/o模块被工业控制器轮询时a/o模块读出)，或者在一个生 产者/消费者系统的情况下，当该内存的内容存满时，该内存的内容被输入到工业控制器。利用一个有适当大小的内存，样本块的大小可以是足以容纳在I/O模块读出之间取出的所有样本的数据。本专利技术的一个特征是它在一个轮询数据通信系统或在工业控制器与这些I/O模块之间的一个生产者/消费者系统的框架内允许对高速过程数据进行采样和通信。 在另一个方面，该I/O模块将一个时间标志的标识符分配给该内存 的内容。在一个实施方案中，该时间标志的标识符对应于由vo模块采集的最后样本的数据的时间。从该本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数据工业控制输入／输出系统（１０），包括：　一个底板（１８），该底板具有用于接收多个Ｉ／Ｏ模块（２０）的多个连接器槽（３４）；　一个连接到该底板（１８）的Ｉ／Ｏ模块（２０），该Ｉ／Ｏ模块（２０）接收来自一个工业过程（２６）的 信号，并且其中每个Ｉ／Ｏ模块（２０）将一个顺序采集的信号集合汇编成一个数据块并且对该数据块分配一个时间标志的标识符（５９），其中该集合包括至少两个信号；以及　一个联接到该底板（１８）的工业控制器，该工业控制器或者通过轮询或者通过由该Ｉ ／Ｏ模块（２０）启动的数据提交从每个Ｉ／Ｏ模块（２０）采集数据块，并且对这些数据块的顺序采集的信号集合进行处理以控制该工业过程。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：BS希尔德布兰，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]