用于控制和自动化系统中的高度通用现场设备的发布-订阅通信架构技术方案

一种用于控制和自动化系统中的高度通用(HV)现场设备的发布

【技术实现步骤摘要】
用于控制和自动化系统中的高度通用现场设备的发布
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订阅通信架构


[0001]本申请总体上涉及过程控制和工厂自动化系统，具体而言，涉及在这些系统中使用的增强的现场设备，其能够在不同的情境中同时执行各种不同的功能，并且能够使用一个或多个不同的通信协议与不同的或单独的客户端设备或应用进行通信。

技术介绍

[0002]分布式过程控制系统，例如那些在化学、石油、工业或其他过程工厂中使用的用于制造、精炼、转换、生成或生产物理材料或产品的分布式过程控制系统，通常包括一个或多个过程控制器，这些过程控制器通过物理层通信地耦合到一个或多个现场设备，这些物理层可以是模拟、数字或组合模拟/数字总线，或者可以包括一个或多个无线通信链路或网络。现场设备可以是例如阀、阀定位器、开关和变送器(例如，温度、压力、液位和流速传感器)，它们位于过程环境内，并且通常执行物理过程控制功能，例如开启或关断阀，测量过程和/或环境参数，例如流量、温度或压力等，以控制在过程工厂或系统内执行的一个或多个过程。智能现场设备，例如符合众所周知的Fieldbus协议的现场设备，也可以执行控制计算、报警功能和通常在控制器内执行的其他控制功能。过程控制器通常也物理地位于工厂环境中，接收指示由现场设备进行的过程测量的信号和/或与现场设备有关的其他信息，并且执行运行例如不同控制模块的控制应用，所述不同控制模块进行过程控制决策，基于所接收的信息生成过程控制信号，并且与现场设备中正在执行的控制模块或块协调，所述现场设备诸如和Fieldbus现场设备。为了执行这种通信，过程控制器中的控制模块将控制信号发送到各种不同的输入/输出(I/O)设备，然后这些输入/输出设备通过专用通信线路或链路(通信物理层)将这些控制信号发送到实际的现场设备，从而控制过程工厂或系统的至少一部分的操作，例如，控制在工厂或系统内运行或执行的一个或多个工业过程的至少一部分。通常也位于工厂环境中的I/O设备通常设置在过程控制器和一个或多个现场设备之间，并且例如通过将电信号转换为数字值以及将数字值转换为电信号来实现其间的通信。提供不同的I/O设备以支持使用不同的专用通信协议的现场设备。具体而言，在过程控制器和使用特定通信协议的每个现场设备之间提供不同的I/O设备，以便第一I/O设备用于支持HART现场设备，第二I/O设备用于支持Fieldbus现场设备，第三I/O设备用于支持Profibus现场设备等。如本文所使用的，现场设备、控制器和I/O设备通常被称为“过程控制设备”，并且通常位于、设置或安装在过程控制系统或工厂的现场环境中。
[0003]更进一步，来自现场设备和过程控制器的信息通常通过过程控制器经由数据高速通道或通信网络可用于一个或多个其他硬件设备，例如操作员工作站、个人计算机或计算设备、数据历史记录装置、报告生成器、集中式数据库或其他集中式管理计算设备，这些设备通常放置在控制室或远离工厂的较恶劣的现场环境的其他位置，例如，在过程工厂的后端环境中。这些硬件设备中的每一个通常跨整个过程工厂或过程工厂的一部分而集中。这
些硬件设备运行应用，这些应用可以例如使操作员能够执行关于控制过程和/或操作过程工厂的功能，诸如改变过程控制例程的设置、修改控制器或现场设备内的控制模块的操作、查看过程的当前状态、查看由现场设备和控制器生成的警报、出于培训人员或测试过程控制软件的目的而仿真过程的操作、保持和更新配置数据库等。硬件设备和过程控制器所使用的数据高速通道可以包括有线通信路径、无线通信路径、或有线和无线通信路径的组合，并且通常使用基于分组的通信协议和非时间敏感通信协议，例如以太网或IP协议。
[0004]如上所述，过程控制系统可以包括多个现场设备，这些现场设备在工厂内提供许多不同的功能能力，并且这些现场设备通常使用各种不同类型的专门物理接口或专门为过程控制开发的通信接口的物理层之一通信地耦合到过程控制器。例如，一种通用过程控制通信物理接口使用一个双线接口，该双线接口建立在点对点布线连接布置(例如，只有一个现场设备通信地耦合到一个特定的有线接口)或在多分支(multi
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drop)布线连接布置(例如，多个现场设备通信地耦合到一个有线接口)中。然而，一些现场设备可以使用无线通信物理层与控制器连接，该无线通信物理层可以包括无线网关和发射机/接收机设备。更进一步，现场设备通常被配置为使用各种不同的高度专用的通信协议中的一种与过程控制器通信。这些通信协议通常是数字信号协议，但可以是模拟协议(例如，4
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20mA协议)或组合的数字和模拟协议(例如，HART协议)。这些协议中的一些使用相对简单的命令和/或通信(例如，CAN协议中使用的ON命令和OFF命令)来操作，而其他协议更复杂，需要更多的命令和/或更多的通信信息，其可以包括或不包括简单的命令。例如，更复杂的协议可以使用例如高速可寻址远程换能器通信协议来传送模拟值，其中数字通信叠加在模拟值上。其他现场设备可以使用提供许多类型的通信的完全数字通信(例如，Fieldbus通信协议)。其他过程控制通信协议包括PROFIBUS通信协议，尽管另外的过程控制通信协议已经被开发并且也正在被使用。这些通信协议中的每一个都要求或需要由特定的物理层支持，该物理层可以包括双线、四线等物理层、特定的开关等。此外，物理层可以指定最大或最小的线长度、线厚度、线类型、终端类型、其他电气特性等等。然而，重要的是，现场设备被配置为使用单个协议进行通信，并且具有使用该通信协议和与该协议相关联的物理层进行通信的统一接口。
[0005]由于这些各种不同的现场设备通信协议的发展，其中每个现场设备通信协议通常使用不同的通信线路(物理层)和信令格式，各种不同的现场设备(例如，使用不同协议的现场设备)通过不同的输入/输出设备(I/O设备)通信连接到过程控制器，每个不同的I/O设备符合过程控制协议中的一个不同的协议，并支持特定类型的物理层。即，典型的工厂可以具有耦合到多个不同I/O设备的控制器，所述I/O设备包括Fieldbus I/O设备(其又经由符合FOUNDATION Fieldbus的两线或四线总线耦合到一个或多个FOUNDATION Fieldbus现场设备)、经由单独的两线或四线单分支连接耦合到一个或多个符合HART的现场设备中的每一个的HART I/O设备、经由符合CAN的布线连接耦合到一个或多个符合CAN的现场设备的CAN I/O设备等等。
[0006]此外，将现场设备的通信端口耦合到I/O设备的终端块，并最终耦合到过程工厂中的过程控制器通常是复杂的过程。现场设备必须耦合到I/O卡，所述I/O卡将从现场设备接收的信号转换为可以由过程控制器处理的信号，并且将从控制器接收的信号转换为可以由现场设备处理的信号。因此，对应于特定现场设备的每个I/O卡的每个通道必须与适当的信
号类型相关联(以便由I/O卡适当地处理信号)，并且I/O卡必须通信地耦合到控制器或多个控制器，控制器或多个控制器将最终从耦合到该I/O卡的现场设备接收信号和/或向耦合到I/O卡的现场设备发送信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，包括：在高度通用(HV)现场设备处从第一客户端设备或应用接收指示对多个发布类别中的第一发布类别的选择的消息，所述多个发布类别中的所述第一发布类别对应于所述第一客户端设备或应用所期望的信息的类型；从所述HV现场设备向所述第一客户端设备或应用传送与所述多个发布类别中的所述第一发布类别相对应的多个发布列表中的每一个发布列表的标识，所述多个发布列表存储在所述HV现场设备上并且每个发布列表包括与所述HV现场设备相关联的参数集；在所述HV现场设备处从所述第一客户端设备或应用接收对由所述HV现场设备识别的所述多个发布列表中的第一发布列表的选择；从所述HV现场设备向所述第一客户端设备或应用传送与所述多个发布列表中的一个发布列表中的所述第一发布列表相关联的所述参数集。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述HV现场设备是过程控制现场设备，并且其中，所述第一客户端设备或应用是过程控制器。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述HV现场设备是机器人工厂自动化设备，并且其中，所述第一客户端设备或应用是工厂自动化控制器。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一客户端设备或应用是在通过边缘网关与所述HV现场设备通信的处理器上执行的应用。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一客户端设备或应用是在云端计算平台上执行的应用。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一客户端设备或应用是另一HV现场设备。7.根据权利要求1所述的方法，其中，接收指示对多个发布类别中的第一发布类别的选择的消息包括：接收指定监视和控制类别的消息。8.根据权利要求1所述的方法，其中，接收指示对多个发布类别中的第一发布类别的选择的消息包括：接收指定状况监视类别的消息。9.根据权利要求1所述的方法，其中，传送多个发布列表中的每一个发布列表的标识包括：传送一个或多个制造商定义的发布列表的标识，所述一个或多个制造商定义的发布列表中的每一个在所述设备的制造时存储在所述HV现场设备上。10.根据权利要求1所述的方法，其中，传送多个发布列表中的每一个发布列表的标识包括：传送一个或多个用户定义的发布列表的标识。11.根据权利要求1所述的方法，其中，传送多个发布列表中的每一个发布列表的标识包括：传送一个或多个定制的发布列表的标识。12.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述HV现场设备处从第二客户端设备或应用接收指示对所述多个发布类别中的第二发布类别的选择的消息；从所述HV现场设备向所述第二客户端设备或应用传送与从所述第二客户端设备或应用接收的所述多个发布类别中的所述第二发布类别相对应的第二多个发布列表中的每一个发布列表的标识；在所述HV现场设备处从所述第二客户端设备或应用接收对由所述HV现场设备识别的所述第二多个发布列表中的一个发布列表的选择；
从所述HV现场设备向所述第二客户端设备或应用传送与从所述第二客户端设备或应用接收的对所述第二多个发布列表中的所述一个发布列表的选择相关联的参数集。13.根据权利要求12所述的方法，其中，来自所述第二客户端设备或应用的、指示对所述多个发布类别中的所述第二发布类别的选择的消息是指示对所述多个发布类别中的与所述多个发布类别中的所述第一发布类别不同的发布类别的选择的消息。14.根据权利要求12所述的方法，其中，从所述第二客户端设备或应用接收对由所述HV现场设备识别的所述第二多个发布列表中的一个发布列表的选择包括：接收对所述多个发布列表中的不同的一个发布列表的选择。15.根据权利要求1所述的方法，其中：从所述第一客户端设备或应用接收对所述多个发布列表中的第一发布列表的选择还包括接收更新速率，所述更新速率指定与多个发布列表中的所述第一发布列表相关联的所述参数集将从所述HV现场设备被传送到所述第一客户端设备或应用的频率，和/或从所述第二客户端设备或应用接收对由所述HV现场设备识别的所述第二多个发布列表中的一个发布列表的选择包括接收更新速率，所述更新速率指定与所述第二多个发布列表中的所述一个发布列表相关联的所述参数集将从HV现场设备被传送到所述第二客户端设备或应用的频率。16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发布列表中的每一个发布列表包括更新速率参数，所述更新速率参数指定与对应的发布列表相关联的所述参数集将从所述HV现场设备被传送到订阅所述发布列表的客户端设备或应用的频率。17.一种高度通用(HV)现场设备，包括：处理器；存储器设备，耦合到所述处理器，所述存储器设备存储(i)多个预定义的发布列表，每个列表对应于至少两个可用的发布类别中的一个，每个发布列表包括与所述HV现场设备相关联的参数集，以及(ii)指令集，所述指令集可由所述处理器执行以使所述处理器执行以下操作：从客户端设备或应用接收指示所述至少两个可用的发布类别中的一个发布类别的消息，所述发布类别指示所述客户端设备或应用所期望的信息的类别；向所述客户端设备或应用传送与所指示的发布类别相对应的所述多个预定义的发布列表中的每一个发布列表的标识；从所述客户端设备或应用接收对由所述HV现场设备识别的所述多个预定义的发布列表中的一个发布列表的选择；向所述客户端设备或应用传送与所述多个发布列表中的所选择的一个发布列表相关联的参数集。18.根据权利要求17所述的HV现场设备，其中，所述第一客户端设备或应用是另一个HV现场设备。19.根据权利要求17所述的HV现场设备，其中，所述多个预定义的发布列表包括一个或多个制造商定义的发布列表。20.根据权利要求17所述的HV现场设备，其中，所述多个预定义的发布列表包括一个或多个用户定义的发布列表。
21.根据权利要求17所述的HV现场设备，其中，所述多个预定义的发布列表包括一个或多个定制的发布列表。22.根据权利要求17所述的HV现场设备，其中，所述至少两个可用的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：费希尔罗斯蒙特系统公司，
类型：发明
国别省市：