用于過程網(wǎng)絡(luò)的專用網(wǎng)絡(luò)診斷模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于實時分布式控制的控制系統(tǒng)，更具體地，涉及用于控制系統(tǒng)的診斷設(shè)備或模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]自動工業(yè)系統(tǒng)具有監(jiān)測、控制、和操作工業(yè)過程的現(xiàn)場設(shè)備。每個現(xiàn)場設(shè)備檢測或控制工業(yè)過程的過程變量。
[0003]通過將電力傳輸?shù)浆F(xiàn)場設(shè)備并且在控制處理器與現(xiàn)場設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)信號(可包括操作命令)的干線，現(xiàn)場設(shè)備與控制處理器或頭部通信?，F(xiàn)場設(shè)備各自經(jīng)由支線或分支連接附連至干線?，F(xiàn)場設(shè)備可分布于整個工廠，并且數(shù)據(jù)傳輸速率基本上允許對進程的實時控制。
[0004]對于包括標(biāo)準(zhǔn)化電力與通信協(xié)議的分布式控制系統(tǒng)，開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)配置，諸如現(xiàn)場總線或Profibus PA?。例如，F(xiàn)OUNDAT1N?現(xiàn)場總線Hl協(xié)議是全數(shù)字、串行、雙向通信網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)在扭絞雙線干線電纜上發(fā)送DC電力和AC信號，并且使得控制處理器能與數(shù)個現(xiàn)場設(shè)備通信并控制該數(shù)個現(xiàn)場設(shè)備。
[0005]開發(fā)了診斷設(shè)備以監(jiān)測和診斷通信網(wǎng)絡(luò)的物理層的問題。在啟動期間，這些設(shè)備有利于確認(rèn)新網(wǎng)絡(luò)的正確安裝或現(xiàn)場設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)上的最新安裝，從更長遠(yuǎn)來看，有利于提供現(xiàn)場設(shè)備錯誤的早期診斷和監(jiān)測互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)本身的健康。
[0006]用于分布式控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)診斷設(shè)備諸如FOUNDAT1N?現(xiàn)場總線Hl網(wǎng)絡(luò)或Profibus TA?落入兩個主要類別:
[0007](a)旨在用于與網(wǎng)絡(luò)的臨時附連的手持診斷工具，以及
[0008](b)安裝在控制箱中的網(wǎng)絡(luò)電源處的永久安裝的診斷工具。
[0009]手持工具提供了顯示屏以顯示診斷數(shù)據(jù)并且可包括將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絺€人電腦的USB串口。診斷數(shù)據(jù)不傳輸回通信網(wǎng)絡(luò)上的控制處理器，而且手持工具不是為了在網(wǎng)絡(luò)上永久安裝而設(shè)計。
[0010]永久安裝診斷工具通常位于與網(wǎng)絡(luò)電源相同的箱中并且需要它們的自己的電源。毗鄰電源使得將工具遠(yuǎn)離惡劣操作環(huán)境放置，現(xiàn)場設(shè)備位于該惡劣操作環(huán)境中而且其中發(fā)生最多錯誤和物理層網(wǎng)絡(luò)問題，從而限制了這些設(shè)備的有效靈敏度和有效性。永久安裝診斷工具可監(jiān)測數(shù)個不同的網(wǎng)絡(luò)且不連續(xù)地監(jiān)測任意一個網(wǎng)絡(luò)，并且可使用不同于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的通信協(xié)議。
[0011]Eryurek等美國專利6，859，755公開了在網(wǎng)絡(luò)上的現(xiàn)場設(shè)備內(nèi)納入網(wǎng)絡(luò)診斷工具。該診斷工具包括電源模塊、網(wǎng)絡(luò)通信接口和診斷電路。電源模塊從網(wǎng)絡(luò)引出電力以對診斷工具和現(xiàn)場設(shè)備供電。診斷電路測量關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)個參數(shù)，并且通過網(wǎng)絡(luò)通信接口，診斷數(shù)據(jù)能在網(wǎng)絡(luò)上被傳輸?shù)娇刂铺幚砥鳌?br>[0012]將網(wǎng)絡(luò)診斷工具納入現(xiàn)場設(shè)備存在多種缺點。具有納入網(wǎng)絡(luò)診斷工具的現(xiàn)場設(shè)備比沒有這樣工具的現(xiàn)場設(shè)備更加昂貴。此外，網(wǎng)絡(luò)診斷工具能附連到的網(wǎng)絡(luò)位置僅限于現(xiàn)場設(shè)備能附連到的那些網(wǎng)絡(luò)位置，因此限于支線端或分支連接端。這些位置對于網(wǎng)絡(luò)診斷可能不是最優(yōu)的。
[0013]在網(wǎng)絡(luò)上提供冗余診斷工具會是昂貴的，因為必須提供更多具有如此工具的現(xiàn)場設(shè)備，而且冗余診斷工具是沿著網(wǎng)絡(luò)分開的，這會妨礙將多個診斷工具置于網(wǎng)絡(luò)上最優(yōu)的位置。
[0014]因此存在對能被永久安裝在遠(yuǎn)離電源的網(wǎng)絡(luò)上并且獨立于現(xiàn)場設(shè)備放置、并具有使多個診斷工具在彼此獨立且獨立于現(xiàn)場設(shè)備的位置處耦合到網(wǎng)絡(luò)的能力的診斷工具的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明是網(wǎng)絡(luò)診斷模塊，該網(wǎng)絡(luò)診斷模塊可耦合到經(jīng)由耦合到網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場設(shè)備控制工業(yè)過程的分布式過程控制網(wǎng)絡(luò)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)診斷模塊包括:電源塊，可耦合到網(wǎng)絡(luò)并且配置為對網(wǎng)絡(luò)診斷模塊提供從網(wǎng)絡(luò)接收的能量；通信塊，可耦合到網(wǎng)絡(luò)并且配置為在網(wǎng)絡(luò)上雙向通信，以及診斷塊，可耦合到網(wǎng)絡(luò)并且配置為測量和獲取網(wǎng)絡(luò)的電參數(shù)和協(xié)議參數(shù)。
[0017]網(wǎng)絡(luò)診斷模塊的重要特征是它不是現(xiàn)場設(shè)備一網(wǎng)絡(luò)診斷模塊專用于診斷并且沒有被配置為檢測或控制工業(yè)過程的任何過程變量。
[0018]因為網(wǎng)絡(luò)診斷模塊不是現(xiàn)場設(shè)備，所以模塊能被安裝在獨立于現(xiàn)場設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)上。這使該模塊能夠沿著網(wǎng)絡(luò)的幾乎任何位置耦合到網(wǎng)絡(luò)，包括遠(yuǎn)離現(xiàn)場設(shè)備。因為現(xiàn)場設(shè)備一般位于網(wǎng)絡(luò)的支線端或分支端，這使網(wǎng)絡(luò)診斷模塊能夠位于沿著網(wǎng)絡(luò)更適于獲取網(wǎng)絡(luò)診斷或?qū)τ脩粼L問更加方便的地點。
[0019]在優(yōu)選實施例中，根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)診斷模塊被配置為在FOUNDAT1N?現(xiàn)場總線Hl網(wǎng)絡(luò)中使用，并且被控制處理器視為網(wǎng)絡(luò)上的另一個現(xiàn)場設(shè)備或節(jié)點。診斷模塊像傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)-供電的現(xiàn)場設(shè)備從通信網(wǎng)絡(luò)獲取其電力，利用基本現(xiàn)場總線Hl協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)上與控制處理器通信，并且能被控制處理器輪詢。
[0020]本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)診斷模塊能被配置為僅當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)上檢測到錯誤時或當(dāng)控制處理器請求網(wǎng)絡(luò)診斷模塊的數(shù)據(jù)時，與控制處理器通信。
[0021]在活動中的網(wǎng)絡(luò)診斷模塊可能失效或出故障的情況下，出于備用目的，本發(fā)明的多個網(wǎng)絡(luò)診斷模塊能被安裝為網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點。
[0022]在可能的實施例中，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)診斷模塊能被耦合到能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的支線或分支的設(shè)備耦合器。
[0023]在進一步可能的實施例中，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)診斷模塊能被提供有用于連接到通信網(wǎng)絡(luò)的雙絞線的兩個端子。在可選實施例中，本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)診斷模塊能被設(shè)計為與通信總線(比如PHOENIX CONTACT T-BUS?)連接，該通信總線傳達(dá)與現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的通信，并且可被配置為安裝在DIN(德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))導(dǎo)軌上的“搭鎖(snap on)”模塊。
[0024]當(dāng)繼續(xù)進行描述、特別是結(jié)合示出本發(fā)明的一個或多個實施例的附圖時，本發(fā)明的其他目的和特征將變得明顯。
【附圖說明】
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)診斷模塊的框圖。
[0026]圖2示出形成模塊化控制系統(tǒng)的一部分的一對圖1所示的網(wǎng)絡(luò)診斷模塊；以及
[0027]圖3示出附連到從設(shè)備耦合器延伸出的支線的根據(jù)本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)診斷模塊。
【具體實施方式】
[0028]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的專用網(wǎng)絡(luò)診斷模塊10。所示診斷模塊10被配置為用于FOUNDAT1N?現(xiàn)場總線Hl網(wǎng)絡(luò)并且包括用于將模塊10耦合到網(wǎng)絡(luò)的干線接口 12。所示干線接口 12包括用于連接到現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的雙線干線電纜的F+線和F-線的兩個端子14a、14b和用于附連到屏蔽線(若存在)的第三端子14c。診斷模塊10被示為具有與網(wǎng)絡(luò)干線16的信號線、地線和屏蔽線連接的端子14a、14b和14c。
[0029]診斷工具10包括電源塊18、通信塊20、診斷塊22以及控制器或處理器24。
[0030]電源塊18從網(wǎng)絡(luò)干線16引出用于診斷模塊10的電能量并且對如使電源塊18與其他塊互相連接的電連接26、28、30所指示的診斷模塊的其他塊20、22、24以及任何附加內(nèi)部組件提供電力。電源塊18不會對網(wǎng)絡(luò)上的任何現(xiàn)場設(shè)備或其他設(shè)備提供電力。
[0031]通信塊20被配置為理解FOUNDAT1N?現(xiàn)場總線Hl網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且能讀取沿著網(wǎng)絡(luò)干線16傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和能沿著網(wǎng)絡(luò)干線16傳輸數(shù)據(jù)。通信塊20被配置為使診斷模塊10能夠被網(wǎng)絡(luò)的控制處理器視為網(wǎng)絡(luò)上的另一個現(xiàn)場設(shè)備或節(jié)點。
[0032]診斷塊22包括必要的電路和當(dāng)診斷模塊10連接到干線16時，用于測量和數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)干線16的數(shù)個電參數(shù)和協(xié)議參數(shù)的模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器。測量的示例包括但不限于:
[0033]區(qū)段DC電壓；
[0034]對屏蔽線短路到F+或F-的檢測；
[0035]LAS 地址；
[0036]活動設(shè)備的數(shù)量；
[0037]最低設(shè)備信號幅度，包括值、地址和日期/時間；
[0038]通過頻帶的噪聲，包括LF、FF和HF帶中的平均值、峰值和峰值的日期/時間；
[0039]設(shè)備添加/移除(add/drop)，包括最近添加/移除地址、設(shè)備添加/移除和設(shè)備添加/移除的日期/時間；以及
[0040]各設(shè)備測量(對于所示實施例達(dá)到24個設(shè)備)包括設(shè)備ro標(biāo)簽、設(shè)備地址、信號電平、已添加/已移除和重傳。
[0041]處理器24通過相應(yīng)的連接32、34被耦合到通信塊20和診斷塊22兩者。處理器24從診斷塊22接收數(shù)字化數(shù)據(jù)，能夠通過通信塊20從網(wǎng)絡(luò)14發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，以及能夠響應(yīng)通過網(wǎng)絡(luò)16傳輸并且導(dǎo)向診斷模塊10的輪詢請求。處理器24能可選擇地被配置為僅當(dāng)檢測到錯誤時或當(dāng)從控制處理器接收到對數(shù)據(jù)的請求時與網(wǎng)絡(luò)控制處理器通信。
[0042]處理器24可被配置為執(zhí)行對從診斷塊22接收到的診斷數(shù)據(jù)的一些初始分析并且將如此分析的結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)到控制處理器44。處理器24也可被配置為當(dāng)診斷塊22檢測到協(xié)議參數(shù)超出預(yù)定限值或處于預(yù)定范圍之外時，對干線網(wǎng)絡(luò)16的控制處理器產(chǎn)生和傳輸警報。
[0043]處理器24優(yōu)選地包括微處理器、相關(guān)存儲器和操作軟件(未示出)以執(zhí)行處理器24的功能并且儲存與診斷模塊10本身的操作相關(guān)的操作參數(shù)。
[0044]通過網(wǎng)絡(luò)16能提供對診斷模塊10的軟件與固件更新。如果需要，處理器24能被連接到構(gòu)建到模塊10內(nèi)的USB端口(未示出)或其他I/O端口，以用于按需更新軟件和固件。
[0045]因為診斷模塊10不是現(xiàn)場設(shè)備(盡管診斷模塊10 “隱藏”本身以被控制處理器視為現(xiàn)場設(shè)備)，即，診斷模塊10本身不檢測或控制過程變量，所以存在可用于在網(wǎng)絡(luò)上安置診斷模塊10的大量通用性。例如，圖2示出兩個相似的診斷模塊10a、10b，形成了FOUNDAT1N?現(xiàn)場總線Hl網(wǎng)絡(luò)的一部分。
[0046]該網(wǎng)絡(luò)包括模式化控制系統(tǒng)42，其用于在沿著干線46接收和傳輸信號的控制處理器44與現(xiàn)場設(shè)備48a、48b、48c和48d之間傳輸電力和數(shù)據(jù)。每個現(xiàn)場設(shè)備48a_c位于風(fēng)險區(qū)域50。現(xiàn)場設(shè)備48d位于安全區(qū)域52。
[0047]盡管干線46被示出從控制處理器44直接延伸到控制系統(tǒng)42，但可存在位于控制系統(tǒng)42下游或沿著干線46位于控制處理器44與控制系統(tǒng)42之間的其他設(shè)備耦合器(未示出)或與控制系統(tǒng)42相似的其他控制系統(tǒng)。
[0048]控制系統(tǒng)42被連接在干線46與現(xiàn)場設(shè)備48之間并且從干線46傳輸電力到現(xiàn)場設(shè)備48以及在干線46與現(xiàn)場設(shè)備48之間傳輸數(shù)據(jù)信號?，F(xiàn)場設(shè)備48可以是過程控制器、測量設(shè)備以及如本領(lǐng)域公知的類似物。
[0049]控制系統(tǒng)42包括將系統(tǒng)42連接到干線46的干線模塊54。干線模塊54被連接到具有雙線(分