用于调度消息和非调度消息协调发送的通信控制器制造技术

一种过程控制网络上的设备定时发送调度消息，并在调度消息发送之间发送非调度消息。每次计时器递增时，从下一调度事件时间减去当前计时器值，就产生了动态的时间剩余值。如果发送非调度消息所需的时间大于时间剩余值，就不发送该消息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种通信控制器，其用于现场仪表和其他过程控制系 统设备。具体地，本专利技术是用于通信控制器中低等待时间数据包接收 和处理的系统与方法。
技术介绍
在典型的工业车间中，使用分布式控制系统(DCS)控制完成车 间内的众多工业过程。典型的是，车间内有集中控制室，控制室内有 计算机系统，其中包含用户输入输出(1/0)、磁盘I/O和其他众所周 知的计算机外围设备。连接计算机系统的是控制器和过程I/O子系统。过程I/O子系统包括与遍布在车间内的各种现场设备连接的I/O 端口。现场设备包括各种类型的分析装置、硅压力传感器、电容压力 传感器、电阻式温度检测器、热电耦、应变计、限位开关、通断开关、 流量变送器、压力变送器、电容式物位开关、计重器、变换器、阀门 定位器、阀门控制器、执行机构、螺线管和指示灯。术语现场设备 包括这些设备，也包括分布式控制系统中履行功能的其他设备。传统上，模拟现场设备是通过两芯双绞线电流环路连接到控制 室，每个设备通过单独的两芯双绞线与控制室相连。模拟现场设备能 在指定的范围内响应或发送电信号。在典型的配置中，通常是在双绞 线两芯之间有接近20-25伏的电压差，通过环路的电流为4-20毫安。 传送信号到控制室的模拟现场设备，按检测到的工艺参数成比例的调 制通过电流环路的电流。另一方面，在控制室的控制下执行动作的模 拟现场设备，受环路中电流的大小控制，该电流由控制器控制的过程 I/O系统的I/O端口调制。传统的具有有源电子器件的两芯模拟设备， 可以从环路中获得多达40毫瓦的功率。需要更大功率的模拟现场设 备，典型的是用四芯线连接到控制室，其中两条用于给设备传送功率。 如同两芯设备一样，本领域众所周知的这种设备是四芯设备，并且不 受功率限制。相反，传统的离散现场设备发送或响应二进制信号。典型的是，离散现场设备在24伏信号(或者AC或者DC)、 110或240伏AC信 号或5伏DC信号下工作。当然，离散现场设备也可被设计成在特殊 控制环境要求的电气规格下工作。离散输入现场设备是简单的开关， 其或是闭合或是断开与控制室的连接，而离散输出现场设备根据控制 室信号的存在或不存在执行动作。历史上，大多数传统的现场设备或是有单一的输入或是有单一的 输出，其直接与现场设备实现的主要功能有关。例如，传统的模拟电 阻式温度传感器实现的单一功能是，通过调制流过两芯双绞线的电流 传送温度，而传统的模拟阀门定位器实现的单一功能是，根据通过两 芯双绞线电流的大小，在开、关位置之间定位阀门。近来，在电流环路中增加了数字数据的混合系统己经在分布式控 制系统中应用。 一种在控制领域公知的混合系统是可寻址远程变换器 高速链路(HART)，其与贝尔202调制解调器的规范相似。HART系 统通过电流环路中电流大小检测工艺参数(如同在传统的系统中一 样)，但是也在电流环路信号上增加数字载波信号。该载波信号相对缓 慢，可以在每秒约2 — 3次更新的速率下，提供次要工艺参数的更新。 通常，数字载波信号用于发送次要的诊断信息，不用于实现现场设备 的主要控制功能。载波信号所能提供的信息包括次要工艺参数、诊断 信息(包括传感器诊断信息、设备诊断信息、线路诊断信息和过程诊 断信息)、工作温度、传感器温度、校准信息、设备ID号、结构材料、 配置或编程信息等。因此，单一的混合现场设备可以有多种输入输出 变量，实现多种功能。HART是工业标准的公开系统。然而，它相对缓慢。行业中的其 他公司已经开发出更快的专有数字传输方案，但是，这些方案一般不 会被竞争对手使用，或者说竞争者不fe获得。近来，美国设备协会(ISA)定义了更新的控制协议。新的控制 协议通常被称之为现场总线。现场总线是多路串行数字双向通信协议， 其意图用于连接现场仪表和其他过程设备，例如分布式控制系统中的 监视和仿真单元。现场总线允许通过在先的过程控制环路方法进行增 强的数字通信，同时保持向与现场总线环路连接的过程设备供电的能 力，并满足固有的安全性要求。基金会现场总线(Foundation Fieldbus )和过程现场总线(Profibus ) 是两种相当标准化的工业现场总线协议。美国设备协会标准 ISA-S50.02-1992及其1995年发表的草案2扩展定义了现场总线协议 的物理层。现场总线协议定义了 2个子协议。Hl现场总线网络以高达 31.25千比特每秒(Kbps)的速率传输数据，并给与网络连接的现场 设备供电。1992年9月核准的ISA标准部分2中的条款11定义了 HI 物理层子协议。H2现场总线网络以高达2.5兆比特每秒(Mbps)的速 率传输数据，不向与网络连接的现场设备供电，其配备有冗余传输介 质。现场总线提供了数字地传输大量过程数据的重要能力。因而，开 发能够使得现场总线的通信效率最大化的过程控制设备，是持续不断 的需求。
技术实现思路
本专利技术涉及一种通信控制器，用于网络上的设备，其可以定时发 送调度消息，而且还能发送非调度消息，非调度消息不要求在精确的 时间及时发送。通信控制器维护提供当前时间的内部计时器。对于每 条调度消息，在寄存器中载入下一调度事件时间。每次计时器递增时， 当前时间和下一调度事件时间相减，从而时间剩余值就会更新。当时 间剩余达到0或更小时，就生成下一调度事件触发，从而幵始调度消 息的发送。当需要发送非调度消息时，检测时间剩余值，以了解在下一调度 事件前还有多少时间剩余。该时间与发送非调度消息所需的时间进行 比较，如果该非调度消息足够短，以致可以在下一调度事件之前全部 发送，那么就立即进行发送。另一方面，如果在完全发送非调度消息之前，下一调度事件触发就发生了，那么将推迟非调度消息的发送， 直至下一调度事件触发之后。附图说明图1是在通过通信介质网段在设备间进行数字通信的过程控制系统。图2表示了用于在图1中过程控制系统的设备间进行通信的消息 格式。图3是过程控制系统中设备的方框图。 图4是图3中设备的通信控制器的功能方框图。 图5是用于控制发送调度消息和非调度消息定时的时钟生成、网 段计时器和寄存器的功能方框图。具体实施方式过程控制系统概述本专利技术涉及一种通信控制器，其用于过程控制系统中的现场仪表 和其他设备。通信控制器的用途在于实现消息的链路层处理和计时器 管理中的大部分，从而释放应用处理器或CPU以完成其他功能。为了 详尽描述的目的，将会描述使用基金会现场总线通信协议的系统环境 中的通信控制器，尽管，其通常也可应用于基于包的通信协议。现场总线物理层定义了物理层协议数据单元(PhPDU)形式的通 信协议数据的发送和接收物理装置的电气特性。此外，现场总线物理 层指定了符号编码、消息组帧和错误检测的方法。ISA现场总线标准 定义了三种信号传输速率和两种连接模式。为了描述的目的，本专利技术 将在ISA S50.02标准部分2中的条款11定义的HI物理层环境中进行 描述。该条款包括了低功率选项下的31.25Kbps速率、电压模式和导 线介质。该选项允许与传输介质连接的设备从传输介质中获得其工作 功率。物理层能够满足针对危险环境^固有安全性要求。依照标准中定义的电压和电流限制，协议可以在低等的双绞线电缆下工作，并支 持多路设备。 图1图示了典型的过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，用于通过发送调度消息和非调度消息进行网络通信，所述设备包括：　　　　中央处理单元（ＣＰＵ），用于生成将要发送的消息；　　　　介质连接单元（ＭＡＵ），用于连接网络；和　　　　通信控制器，其连接在ＣＰＵ和ＭＡＵ之间，用于提供表示在发送下一调度消息之前剩余的时间的时间剩余值，每次提供第一时间值的第一计时器递增时，通过从存储的下一调度事件时间中减去第一时间值，更新时间剩余值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-7-30 10/903,6981. 一种设备，用于通过发送调度消息和非调度消息进行网络通 信，所述设备包括中央处理单元(CPU)，用于生成将要发送的消息；介质连接单元(MAU)，用于连接网络；和通信控制器，其连接在CPU和MAU之间，用于提供表示在发送下一调度消息之前剩余的时间的时间剩余值，每次提供第一时间值的 第一计时器递增时，通过从存储的下一调度事件时间中减去第一时间 值，更新时间剩余值。2. 根据权利要求1所述的设备，其中如果时间剩余值大于发送 非调度消息所需的时间，CPU就发送非调度消息；如果时间剩余值小于发送非调度消息所需的时间，CPU就推迟发送非调度消息。3. 根据权利要求l所述的设备，其中当时间剩余值达到0时，发送调度消息。4. 根据权利要求1所述的设备，其中所述通信控制器在寄存器 中存储下一调度事件时间和时间剩余值。5. 根据权利要求1所述的设备，其中所述通信控制器还包括第二计时器，用于提供分辨率比第一时间值低的第二时间值。6. 根据权利要求5所述的设备，其中，所述通信控制器响应软 件命令，存储来自第一、第二计时器的时间戳值。7. 根据权利要求5所述的设备，其中所述第一计时器是8位位 组计时器，其提供8位位组时间作为第一时间值，所述第二计时器是 节点计时器，其提供节点时间作为第二时间值。8. 根据权利要求7所述的设备，其中所述通信控制器基于节点 时间获得数据链路时间和链路调度时间。9. 根据权利要求8所述的设备，其中所述通信控制器在寄存器 中存储8位位组时间、节点时间、数据链路时间和链路调度时间作为 时间戳值。10. 根据权利要求9所述的设备，其中根据时间戳值得到基于8 位位组时间的消息发送调度。11. 根据权利要求1所述的设备，其中所述通信控制器同时生成 多个时间值，并响应软件命令，存储每个时间值作为时间戳值。12. —种方法，用于控制网络上调度消息和非调度消息的定时，所述方法包括在硬件中保持表示在发送下一调度消息之前剩余的时间的时间剩余值；和...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩A弗朗查克，罗杰R本森，
申请(专利权)人：费希尔罗斯蒙德系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]