具有自动时间加戳的通信控制器制造技术

过程控制系统中的设备通过通信介质网段上的数据消息进行通信。每个设备包括通信控制器，通信控制器对与接收和发送消息相关的事件进行自动时间加戳。

【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(I/O)、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已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，或者说竞争者不能获得。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。H1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H1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
本专利技术提供了对网络(例如，过程控制系统)中的设备发送和接收的消息进行自动时间加戳的方法。设备生成与发送和接收消息相关的选定事件相对应的事件脉冲。响应于这些事件脉冲，将设备中的当前计时器值存储作为事件戳值。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是用于在图4的通信控制器中实现自动时间加戳的时钟发生、网段计时器和寄存器的功能方框图。图6是表示包含自动时间戳的时间分配(TD)数据链路协议数据单元(DLPDU)的消息格式的图。图7是表示带有自动时间戳的往返延迟查询(RQ)DLPDU的消息格式的图。图8是表示带有自动时间戳的往返延迟应答(RR)DLPDU的消息格式的图。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H1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的固有安全性要求。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图示了典型的过程控制系统10，其中包括网段12、电源14和5个设备：链路活动调度器(LAS)设备20、链路主站(LM)设备22以及基本设备24、26和28。在单一的导线对上，网段12最多-->可以支持32个设备。通常，基于环路运行速率、功率和固有的安全性要求，网段12有4到16个设备。LAS设备20保持对网段12上所有设备间通信的中央调度。LAS设备20通过向每个设备发送强制数据(CD)数据链路协议数据单元(D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其用于在通信介质上通信，所述设备包括：　介质连接单元（ＭＡＵ），用于在通信介质上接收和发送消息；　中央处理单元（ＣＰＵ），用于处理包含在接收消息中的数据，并创建要包含在待发送消息中的数据；和　通信控制器，用于ＭＡＵ和ＣＰＵ之间的接口，通信控制器生成与接收和发送消息相关的事件相对应的事件脉冲，并响应事件脉冲，自动存储时间戳值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-7-30 10/903,3171.一种设备，其用于在通信介质上通信，所述设备包括：介质连接单元(MAU)，用于在通信介质上接收和发送消息；中央处理单元(CPU)，用于处理包含在接收消息中的数据，并创建要包含在待发送消息中的数据；和通信控制器，用于MAU和CPU之间的接口，通信控制器生成与接收和发送消息相关的事件相对应的事件脉冲，并响应事件脉冲，自动存储时间戳值。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述通信控制器在正在发送的消息中插入存储的时间戳值。3.根据权利要求2所述的设备，其中事件脉冲包括消息开始事件脉冲，并且插入在消息中的存储的时间戳值表示在消息开始事件脉冲发生时设备的本地时间。4.根据权利要求2所述的设备，其中所述通信控制器检测正在发送的消息的类型，并根据消息的类型，在消息中选择插入时间戳值的位置。5.根据权利要求1所述的设备，其中事件脉冲包括当接收消息结束时，通信控制器产生的消息结束事件脉冲。6.根据权利要求1所述的设备，其中事件脉冲包括当发送消息结束时，通信控制器产生的发送结束事件脉冲。7.根据权利要求1所述的设备，其中事件脉冲包括当开始解码接收消息时，通信控制器产生的激活开始事件脉冲。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述通信控制器包括：第一计时器，用于提供第一时间值；和第二计时器，用于提供分辨率比第一时间值高的第二时间值。9.根据权利要求8所述的设备，其中通信控制器响应事件脉冲，存储从第一和第二计时器获取的时间戳值。10.根据权利要求8所述的设备，其中第一计时器是节点计时器，其提供节点时间作为第一时间值。11.根据权利要求10所述的设备，其中通信控制器基于节点时间，获取数据链路时间和链路调度时间。12.根据权利要求11所述的设备，其中通信控制器响应事件脉冲，在寄存器中存储节点时间、数据链路时间和链路调度时间作为时间戳值。13.根据权利要求8所述的设备，其中第二计时器是8位位组计时器，其产生8位位组时间作为第二时间值。14.根据权利...

【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]