[发明专利]用于调度消息和非调度消息协调发送的通信控制器

说明书

技术领域

本发明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，本发明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。

背景技术

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。