具有无线地址域向现场设备地址域转换的控制系统技术方案

主机计算机经由包括网关和多个无线节点的无线网络与现场设备通信。至少一个现场设备与每个无线节点相关联，并且每个现场设备具有唯一的现场设备地址。网关把控制消息的现场设备地址转换成与该现场设备相关联的无线节点的无线地址。网关经由网络把无线消息发送至无线地址处的无线节点。该消息包含现场设备地址，所以当接收到无线消息并打开该无线消息时，基于现场设备地址能把来自主机计算机的控制消息路由至目的现场设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及无线网络。特别地，本专利技术涉及一种无线网状网络，其中，在主机和无线网状网络节点处的现场设备之间传送过程控制消息。
技术介绍
在许多工业环境中，控制系统被用来监测和控制存货、过程等。通常，这种控制系统包括具有主机计算机的集中式控制室，该主机计算机和控制室分离的或地理上有距离的现场设备通信。一般地，每个现场设备包括换能器，该换能器基于物理输入产生输出信号或基于输入信号产生物理输出。现场设备中所使用的换能器的类型包括各种分析仪、压力传感器、热敏电阻、热偶、应变仪、流传感器、定位器、致动器、螺线管、指示器等等。传统上，模拟现场设备由两线双绞线电流回路连接至过程子系统和控制室，每个设备由单个两线双绞线回路连接至控制室。典型地，在两线之间保持大约为20-25伏特的电压差，以及经过回路的4-20毫安(mA)的电流。模拟现场设备通过把经过电流回路的电流调制为与感测到的过程变量成比例的电流，向控制室发送信号。在控制器的控制下，过程子系统的端口调整经过回路的电流的大小，由此来控制模拟现场设备在控制室的控制下执行动作。然而历史上现场设备仅能执行一种功能，近年来，在电流回路上叠加数字数据的混合系统已经应用于分布式控制系统。高速可寻址远程换能器(HART)在电流回路信号上叠加数字载波信号。数字载波信号能被用来发送次级和诊断信息。载波信号上提供的信息的示例包括次级过程变量、诊断信息(如传感器诊断、设备诊断、配线诊断、过程诊断等)、操作温度、传感器温度、校准数据、设备ID号码、配置信息-->等。因此，单个现场设备可包括多种输入和输出变量以及可实现多种功能。另一方法使用数字通信总线把多个现场设备连接至控制室中的主机。把现场设备连接至数字总线所使用的数字通信协议的示例包括Foundation Fieldbus、Profibus、Modbus和DeviceNet。能够在与向现场设备供电的同一双线线路上提供主机计算机与多个现场设备之间的双向数字消息通信。典型地，通过从控制室到远程应用铺设很长的干线电缆(homeruncable)，向控制系统增加远程应用。例如，如果远程应用有半英里远，铺设这样一条长电缆涉及的成本会较高。如果需要铺设到远程应用的多条本地电缆，则成本变得甚至更高。无线通信提供了一种理想的选择，而且在工业过程控制系统中已经提出使用无线网状网络。然而，为了把成本减到最小，也希望保留现存控制系统和通信协议，从而减小与改变现存系统以适应无线通信相关联的成本。在为基于低功率传感器/致动器的应用设计的无线网状网络系统中，网络中的许多设备必须由长寿命电池或低功率能量采集(energy-scavenging)电源来供电。电源出口，比如120伏特交流电，典型地不是位于危险区域附近，或允许进入危险区域，仪器(传感器)和致动器必须位于没有带来巨大安装费用的区域。低安装成本的要求促使需要把电池供电设备通信作为无线网状网络的一部分。有效地利用有限的电源，如不能再充电的原电池，对于良好运转的无线设备来说是至关重要的。期望电池支持不少于5年，而且优选地与产品寿命一样长。在一个真实的无线网状网络中，每个节点必须能够为本身以及网状网络中的其它节点路由消息。消息经由网络从节点到节点跳跃的概念是有用的，原因是能使用低功率RF无线电装置，并且网状网络能跨越很大的物理区域，把消息从一端传送至另一端。在网状网络中不必使用大功率无线电装置，相反是使用点对点系统，该系统采用与集中式基站直接对话的远程节点。网状网络协议允许在节点之间以及节点与数据采集器、桥路或某-->些更高级别的更高速数据总线的网关之间形成消息传送的备选路径。提供备选、冗余的路径用于无线消息，通过保证至少有一条备选路径顺畅，即使其它路径由于环境影响或由于干扰变得拥塞或恶化，也能够提高数据的可靠性。某些网状网络协议的路由是确定的，使得每个节点被分配父亲(parent)和至少一个备选父亲。在网状网络的层级中，很像一个家庭，父亲有子女，子女有孙子女等。每个节点经由网络把其后代(descendant)的消息中继某个最终目的地，如网关。父亲节点可以是电池供电或有限能量供电的设备。节点的后代越多，其需要路由的通信量就越多，这直接增加了其本身的功耗，并缩减了其电池的寿命。为了节约电力，有些协议限制任何节点在任何时段能处理的通信量的数量，这通过仅在有限时间内开启该节点的无线电装置以监听消息来实现。这样，为了降低平均功率，协议可允许无线电装置在开启与关闭状态之间循环工作(duty-cycling)。有些协议使用全局循环工作来节约电力，这样整个网络同时处于开启和关闭。其它协议(如基于TDMA)使用局部循环工作，其中仅链接在一起的通信节点对才会以同步的方式在预定时间开启和关闭。典型地，通过向节点对分配用于通信的指定时隙以及在所述时刻进行接收(Rx)和发送(Tx)的无线电装置所使用的射频信道，而预先确定该链接。某些协议使用了按照定期的重复调度表给节点分配链路的概念，因而能从网络中的设备定期传送更新和消息。一些先进的基于TDMA的协议可使用多个激活调度表的概念，这些多个调度表均在同时运行或当产生需要时由全局网络控制器激活/去激活(deactivated)特定的调度表。例如，慢速激活调度表把发送消息的节点与较长时间段(长的循环时间)链接，以实现低功耗。快速激活调度表为了较大的吞吐量和较小的等待时间而更快速地链接发送消息的节点，但导致节点中较大的功耗。对于允许多个激活调度表的协议，某些调度表可针对上游通信量而优化，某些可针对下游通信量而优化，而其它的协议可针对网络管理功能，如设备连接和配置，而进行优化。为了在不同的时间满足不同的需求，在整个网络中全局地激活/去激活各个调度表，从-->而提供少量的在功耗与小的等待时间之间达到有利平衡的灵活性，但是把相同的调度表应用于全部节点，这样不会提供局部优化。在同步系统中，节点在传送消息前必须等待，直到其下一个预定的开启时间才能发送。等待增加了等待时间，如果不能适当地限制和管理，在许多应用中可能非常有害。如果链接在一起的节点对没有正确地同步，由于无线电装置在错误的时间开启或在错误的时间处于错误的模式(Rx或Tx)，该节点对将不会成功地传送消息。如果仅有激活调度表具备长的循环时间，那么被调度的链接之间的时间将会长并且将经受等待时间。如果激活了快速调度表，则被调度的链接之间的时间将会短，但电池的寿命将随着时间显著地减少。某些协议允许在后台运行慢速调度表，而全局地激活/去激活额外的快速调度表。由于在整个网络中全局地激活快速调度表并从收到全局命令的全部节点返回确认需要时间，在转变时间期间，网络或子网络仍处于较差响应模式。另外，使用全局激活快速调度表会在网络中所有父亲节点中消耗电力，即使是那些其后代不会从快速调度表中受益的父亲节点也一样。这些无鉴别力(unappreciative)的父亲节点必须经常地监听全局快速激活调度表(也就是经常地把其无线电装置开启至Rx)；即使它们的后代没有额外消息发送，定期的有效调度表对于网络中的该部分也是不够的。某些协议可能限制节点拥有后代的数量，从而减小节点必须支持的负荷。其它协议可使用所有这些措施的组合以减小平均功耗。所有这些省电措施对网络中进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制系统，包括：　多个现场设备，每个所述现场设备具有唯一的现场设备地址；　主机计算机，用于向所述现场设备发送消息和从所述现场设备接收消息，针对所述现场设备之一的每个消息包括该现场设备的唯一的现场设备地址；以及　无线网络，包括：　网关，把所述无线网络与所述主机计算机接口连接，所述网关把所述现场设备地址转换成无线地址并产生包含所述无线地址和所述现场设备地址的无线消息；以及　多个无线节点，每个节点具有唯一的无线地址，并包括：发送与接收无线消息的无线电装置，以及基于包含在所接收的无线消息中的现场设备地址来把所接收的无线消息路由至所述现场设备的无线设备路由器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-1-11 60/758,1671.一种控制系统，包括：多个现场设备，每个所述现场设备具有唯一的现场设备地址；主机计算机，用于向所述现场设备发送消息和从所述现场设备接收消息，针对所述现场设备之一的每个消息包括该现场设备的唯一的现场设备地址；以及无线网络，包括：网关，把所述无线网络与所述主机计算机接口连接，所述网关把所述现场设备地址转换成无线地址并产生包含所述无线地址和所述现场设备地址的无线消息；以及多个无线节点，每个节点具有唯一的无线地址，并包括：发送与接收无线消息的无线电装置，以及基于包含在所接收的无线消息中的现场设备地址来把所接收的无线消息路由至所述现场设备的无线设备路由器。2.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述网关把所述现场设备地址转换成与所述现场地址对应的现场设备所处的无线节点的无线地址。3.如权利要求2所述的控制系统，其中，所述网关基于把无线地址内的现场设备地址进行关联的存储表，来转换所述现场设备地址。4.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述现场设备地址被嵌入所述无线消息作为有效载荷的一部分。5.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述现场设备地址被嵌入所述无线消息作为来自所述主机计算机的消息的一部分。6.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述网关维持对所述现场设备地址和与所述现场设备地址相对应的现场设备所处的无线节点的无线地址进行关联的存储表。7.一种通过具有多个节点的无线网络从主机向现场设备发送消息的方法，所述方法包括：把寻址至现场设备地址的控制消息从所述主机发送至所述无线网络；把所述现场设备地址转换成相应的无线地址；把包含所述控制消息的内容的无线消息经由所述网络发送至具有所述相应的无线地址的节点；以及把所述控制消息的内容传送至与所述现场设备地址相对应的现场设备。8.如权利要求7所述的方法，其中，所述无线消息包括所述现场设备地址...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕特里克W杜卜罗斯基，埃里克R勒弗格伦，凯利M奥思，科尔L斯托兹，
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]