[发明专利]用于过程控制系统中使用的集成总线控制器和电源设备

说明书

技术领域

本专利主要涉及基于总线的过程通信系统，该过程通信系统用于在过程工厂或其他过程中执行过程控制操作，更具体地，涉及在过程控制通信系统中使用的集成总线控制器和基于总线的电源。

背景技术

过程控制系统广泛应用于工厂和/或过程工厂中，在这些地方制造产品或控制过程(例如，化学制造，发电厂控制，石油加工等)来生产某一类产品。过程控制系统也用于自然资源的开采中，例如石油和天然气钻井和处理过程等。事实上任何制造过程，资源开采过程等都能够通过一个或多个过程控制系统的应用而被自动化。

实现过程控制系统的方式已经历了多年的发展。较老一代的过程控制系统通常使用专用的、集中的硬件来实现。然而，现代过程控制系统通常使用工作站、智能控制器、智能现场设备等的高度的分布式网络来实现，某些或者所有的工作站、智能控制器、智能现场设备等可以执行整个过程控制策略或方案中的一部分。尤其地，最现代的过程控制系统包括智能现场设备和其他过程控制元件，这些元件彼此通信地耦合和/或通过一个或多个数字或组合的数字和模拟的数据总线通信地耦合到一个或多个过程控制器上。当然，许多现代过程控制系统也可以包括诸如，例如，4-20毫安(MA)设备，0-10伏直流(VDC)设备等的非智能现场设备，与使用共享数字数据的总线等相反，这些设备通常被直接耦合到控制器上。

更具体地，诸如分布的或可定标的过程控制系统的现代过程控制系统，通常包括一个或多个过程控制器，这些控制器通过模拟，数字或组合的模拟/数字总线通信地耦合到彼此、到至少一个主机或操作者工作站、到一个或多个现场设备。这些现场设备，它们可以是，例如，阀，阀定位器，开关和变送器(例如，温度、压力和流速传感器)，在过程内执行诸如打开和关闭阀和测量过程参数的功能。过程控制器接收表示由现场设备所做的过程测量的信号和/或关于现场设备的其他信息，并且使用这些信息实现一个或多个控制例程以产生控制信号，该控制信号通过总线被发送到现场设备以控制过程的操作。来自现场设备和控制器的信息通常可用于由操作者工作站执行的一个或多个应用，以使操作者能够执行关于此过程的任何期望的功能，例如查看此过程的当前状态，更改此过程的操作等。

一些过程控制系统，例如由爱默森过程管理出售的DeltaVTM系统，使用功能块或功能块组，被称为模块，其位于过程控制器中或不同的现场设备中或输入/输出(I/O)控制器设备中来执行控制操作。在这些情况下，过程控制器或其他设备能够包括和执行一个或多个功能块或模块，其中的每一个都接收来自其它功能块(在同一个设备中或在不同的设备中)的输入和/或提供到其它功能块的输出，并执行一些过程控制操作，诸如测量或检测过程参数、控制设备或执行控制操作，诸如实现比例微分积分(PID)控制例程。过程控制系统中的不同的功能块和模块通常被配置为彼此相互通信(例如，通过总线)以形成一个或多个过程控制回路。

在许多情况下，过程控制器被编程用于针对为过程限定的或者包含在过程中的例如流控制回路、温度控制回路、压力控制回路等的多个不同回路中的每一个执行不同的算法、子例程或者控制回路(它们都是控制例程)。一般来说，每个这样的控制回路包括一个或多个输入块，例如模拟输入(AI)功能块，包括控制块，例如比例微分积分(PID)或模糊逻辑控制功能块并包括输出块，例如模拟输出(AO)功能块。控制例程，和实现这些例程的功能块，已经根据很多控制技术配置，控制技术包括例如PID控制、模糊逻辑控制和例如史密斯预测器或模型预测控制(MPC)的基于模型的控制技术。

控制器功能增加的数量导致过程控制系统内不同设备间必须发生的数据传输水平的增加，以便支持控制器的功能。因此，现代过程控制系统设计的一个非常重要的方面包括现场设备以何种方式通信地耦合到彼此、到过程控制器、到过程控制系统或过程工厂内的其他系统或设备。通常，能够使现场设备在过程控制系统内运行的各种通信信道、链路和路径通常统称为输入/输出(I/O)通信网络。

用来实现I/O通信网络的通信网络拓扑和物理连接或路径能够对现场设备通信的鲁棒性或完整性产生重要的影响，尤其当I/O通信网络受制于环境因素或与过程控制系统相关的条件时。例如，很多工业控制应用经常使得现场设备和与其相关联的I/O通信网络受制于苛刻的物理环境(例如，高、低或变化剧烈的环境温度、振动、腐蚀性气体或液体等)、艰难的电子环境(例如，高噪声环境、差的电源质量，和瞬态电压)等。作为结果，开发了大量不同类型的I/O通信网络和通信协议用于给这些网络提供通信。