具有物理层诊断系统的电路技术方案

一种电路，包括电源、一个或多个设备、和诊断系统，其中所述诊断系统包括：监视装置，适合于监视所述电路的物理层特征；数据库，包含用于所述电路的电路设计数据；和比较器装置，适合于通过把监视的所述电路的物理层特征与所述电路设计数据相比较来诊断所述物理层特征的状态。

【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具有物理层诊断系统的电路，所述物理层诊断系统尤其但并非唯 一地被用作改进的现场总线物理层诊断系统。
技术介绍
现场总线(Fieldbus或field bus)是用于实时分布式控制的工业计算机网络协 议系列的名称，现在被标准化为IEC 61158。复杂的自动化工业系统，例如燃油精炼厂，通常 需要有组织的控制器系统体系来运作。在此体系顶层存在人机接口(HMI)，其中操作者可以 监视或操作系统。这一般经由时间不关键的通信系统(例如以太网)链接到可编程逻辑控 制器(PLC)的中间层。在控制链底层是现场总线，所述现场总线把PLC链接到实际上完成 工作的组件，诸如传感器、致动器、电动机、控制台照明灯、开关、阀和接触器。现场总线常常用在本质安全环境中，例如易燃气氛，并且特别是气体族类别IIC、 氢气和乙炔，并且下面例如是针对气体和/或灰尘的气体族IIB和IIA。使用现场总线协议， 在这种环境中的现场仪器和设备由本质安全电路来供电，该电路也用于远程控制和监视现 场仪器。近几年用于IEC 61158类型网络的现场总线物理层诊断已经被成功引入主流 加工产业。例如，图1示出了典型的电力和通信电路，包括电源1、中继线部分(trunk section) 2、设备耦合器3和与之连接的支路部分(spur section) 4 设备5被安装在支路 部分4上，并且在使用中它们向安装在中继线部分2上一定距离处的控制系统6发送数据 信号。诊断模块7也被安装到中继线部分2上(通常位于与控制系统6相同的位置)，并且 它通过测量与网络硬件相关联以及部分地与用于通信的物理软件或协议相关联的物理层 变量来工作。然而，像模块3那样的已知诊断模块只是测量物理层变量并且向控制系统6发送 此信息以用于进一步诊断，或者如果监视的变量突破了一个或多个预定阈值则产生简单警 报。为了建立这种功能，这些阈值必须被编程到诊断模块3中，这是费时的。还可能产生人 为错误。当在实现之前设计像在图1中所示出的现场总线电路时，设计者使用软件工具来 建立电路模拟，其可以被测试。这种软件工具是分段检查器(Segment Checker)开放软件 工具。分段检查器支持用于基础现场总线HI和Profibus PA的集中和分布式现场总线体 系结构，并且它便于设计和模拟测试可能的现场总线分段以便检查它们的真实性。在分段 检查器上建立的模拟电路设计或其它类似的程序包括设计电路的物理层属性，例如总计分 段电流、设备标签、电缆长度、电缆类型等。然而，像上面描述的那样建立的电路设计并未结合到实际电气电路的操作功能 中。通常电路设计被电子存储到实际电路的控制系统中，但是其仅用于将来的人工参考和 维修记录。因此，迄今为止IEC61158物理层设计软件和实际监视的物理层数据从未以自动方式被相关，并且没有诊断系统具有用于执行这种相关的基础结构。用于针对电路设计验 证所监视的物理层数据的唯一方式是在已经进行监视一段时间之后手动进行，这不允许瞬 时的故障检测和校正。另外，当手动比较数据时可能出现错误。
技术实现思路
本专利技术旨在克服上述一些问题。因此，根据本专利技术，一种电路包括电源、一个或多个设备、和诊断系统，其中所述诊 断系统包括监视装置，适合于监视电路的物理层特征；数据库，包含用于所述电路的电路设 计数据；和比较器装置，适合于通过把监视的所述电路的物理层特征与所述电路设计数据 相比较来诊断监视的所述电路的物理层特征的状态。利用此方案，诊断模块可以直接把监视的电路的物理层特征与该电路的原始设计 相比较。因而诊断模块具有有效的信息数据库，据此比较实时的输入数据并且诊断比原先 可以诊断的更多类型的故障。例如，电路设计可以包括三个现场设备，每个现场设备抽取不 同的电流。如果电路中的监视的电流下降的量基本上与那些设备之一相同，那么诊断模块 可以通过参照电路设计数据来诊断该特定设备的故障。电路设计数据可以包括由电路设计工具产生的电路设计，并且可以包括多个正常 操作基准(normal operating reference)。这些基准可以是以下中的一个或多个电路 设计的电压和/或电流电平；电路设计的电缆的长度和/或类型和/或电阻和/或身份 (identity)；结合到所述电路设计中的设备的信号幅度和/或身份；结合到所述电路设计 中的设备耦合器的操作参数。在本专利技术的增强版本中，监视装置能够适合于监视外部影响，所述外部影响可能 对电路操作有影响，例如像电路周围的气温、压力和湿度的大气条件，以及像一天或一年的 时间的因素。用于提供这种信息的传感器和时钟是已知的。与此相符，正常操作基准可以 根据这些外部影响的变化而改变。例如根据该设计，在80华氏度的正常电流可能不同于在 20华氏度的正常电流。然后比较器装置可以适合于通过把监视的电路的物理层特征与根据 所监视的主要的外部影响的正常操作基准相比较来诊断其状态。此方案提供了可适应的实 时及实际条件(real-time real-condition)的诊断。本专利技术的电路设计可以使用任何已知的软件程序来产生，然而在优选的构造中， 所述电路设计可以包括由分段检查器开放软件程序产生的分段检查器电路设计。此程序由 申请人:及其竞争对手用来为他们的客户设计和测试现场总线电路，因而电路设计对于任何 实施的电路来说始终是已经存在的。因此，由诊断系统所使用的正常操作基准不必作为独 立的过程被创建和输入。这有助于避免程序设计错误，并且减少了实现有效的诊断系统的 时间和成本。优选地是，诊断系统包括诊断模块，所述诊断模块包括其上加载有控制程序的操 作系统。数据库也可以被加载到操作系统上。控制程序可以包括监视子程序，适合于从电 路接收物理层数据；比较子程序，适合于把所述物理层数据与在数据库中存储的正常操作 基准相比较；和故障警告子程序，适合于当所述物理层数据与正常操作基准偏离预定余量 时产生故障信号。可以用来建立这种软件的方式是公知的，并且本领域技术人员能够在不 依靠创造性劳动的情况下实施这些功能。监视子程序还可以适合于从与该电路一起使用的外部传感器接收外部影响数据。 因此，故障警告子程序可以适合于当所述物理层数据与根据主要的被监视的外部影响的正 常操作基准偏离预定余量时产生故障信号。同样，本领域技术人员能够实施这些功能。在本专利技术的一个版本中，比较子程序可以适合于通过操作由监视子程序接收的物 理层数据和/或正常操作基准来对电路的一个或多个未知特征进行推断计算。例如，比较 子程序可以通过计算监视的设备信号电平的衰减，然后将其与形成电路设计一部分的已知 电缆和设备特征相比较，来计算实际的电缆长度。诊断模块可以进一步包括屏幕，并且控制程序可以包括图形界面子程序，适合于 在屏幕上产生与由监视子程序接收的物理层数据和外部影响数据、和/或在数据库中所存 储的电路设计的正常操作基准、和/或由故障警告子程序所产生的故障警告相关的图形。 这允许操作者直接访问诊断模块。作为上述方案的替代或除上面以外，所述电路可以包括适合于向和从一个或多个 设备发送和接收数据信号的控制系统，并且诊断模块可以包括被连接到所述控制系统的输 入/输出。诊断模块可以适合于向控制系统发送由监视子程序所接收的物理层数据和外部 影响数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路，包括电源、一个或多个设备、和诊断系统，其中所述诊断系统包括：监视装置，适合于监视电路的物理层特征；数据库，包含用于所述电路的电路设计数据；和比较器装置，适合于通过把监视的所述电路的物理层特征与所述电路设计数据相比较来诊断监视的所述电路的物理层特征的状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】GB 2007-11-30 0723481.8一种电路，包括电源、一个或多个设备、和诊断系统，其中所述诊断系统包括监视装置，适合于监视电路的物理层特征；数据库，包含用于所述电路的电路设计数据；和比较器装置，适合于通过把监视的所述电路的物理层特征与所述电路设计数据相比较来诊断监视的所述电路的物理层特征的状态。2.如权利要求1所述的电路，其中所述电路设计数据包括由电路设计工具产生的电路 设计，并且包括多个正常操作基准。3.如权利要求2所述的电路，其中所述正常操作基准包括以下中的一个或多个电路 设计的电压和/或电流电平；电路设计的电缆的长度和/或类型和/或电阻和/或身份；结 合到所述电路设计中的设备的信号幅度和/或身份；结合到所述电路设计中的设备耦合器 的操作参数。4.如权利要求3所述的电路，其中所述监视装置适合于监视外部影响，其中所述正常 操作基准根据外部影响的变化而改变，并且其中所述比较器装置适合于通过把监视的电路 的物理层特征与根据主要的所监视的外部影响的正常操作基准相比较来诊断监视的所述 电路的物理层特征的状态。5.如权利要求4所述的电路，其中由所述监视装置监视并且被结合到电路设计中的外 部影响包括以下中的一个或多个气温；气压；空气湿度；一天中的时间；一年中的时间。6.如权利要求5所述的电路，其中所述电路设计包括由分段检查器开放软件程序产生 的分段检查器电路设计。7.如权利要求6所述的电路，其中所述诊断系统包括诊断模块，所述诊断模块包括其 上加载有控制程序的操作系统，其中所述数据库被加载到所述操作系统上，其中所述控制 程序包括适...

【专利技术属性】
技术研发人员：G罗格尔，S格拉贝尔，R卡特彻内尔，
申请(专利权)人：倍加福有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]