[发明专利]具有多通道串行通信链路的过程控制器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2012年6月6日提交的题为“PROCESS CONTROLLER HAVING MULTI-CHANNEL SERIAL COMMUNICATIONS LINK”的临时申请序号61/656,368的权益，通过引用其全部将其并入本文。

技术领域

公开的实施例涉及使能在过程控制系统与被控制的多个场器件之间的通信的通信接口，以及包括过程控制器和通信接口两者的混合过程控制器。

背景技术

图1是包括对接到被示为IO模块120₁、120₂、...120_n的多个输入/输出（IO）模块120的过程控制器110的常规过程控制系统100的示意框图。虽然未示出，但每个IO模块120一般地在与过程控制器110相对的一侧上连接到IO场器件以允许控制由过程控制器110控制的过程。如本领域中已知的那样，IO场器件可以包括运行生成有形产品的物理（工业或制造）过程的在工厂处的量表、阀、传感器。过程控制器110包括具有内部存储器111a（例如，寄存器存储器）以及串行通信引擎112的中央处理单元（CPU）/中央计算机111。串行外围接口（SPI）总线提供在过程控制器110与IO模块120₁、120₂、...120_n之间的以全双工模式操作的同步串行数据链路。IO模块120₁、120₂、...120_n中的每个具有SPI端口。

SPI指定四个逻辑信号。这些信号是（i）从控制器/主控（master）（控制器）输出的CLK（串行时钟）；（ii）MOSI；SIMO；控制器/主控输出、IO模块/从属输入（来自控制器/主控的输出）；（iii）MISO；SOMI控制器/主控输入、IO模块/从属输出（来自从属的输出）；以及（iv）被示为MS1、MS2、MSn的分离/独立IO模块/从属选择信号（低态有效、来自控制器/主控的输出）。

以菊花链（daisy chain）配置连接IO模块120₁、120₂、...120_n，其中，可以看到各个IO模块120₁、120₂、...120_n的输出端（MISO）全部被连接在一起。各个IO模块120以主控/从属模式通信，其中，充当主控设备的过程控制器110在其存储器111a中形成将被发送到从属设备的消息以发起数据帧形成多帧消息。

该多帧消息然后被每次发送到单个所选从属IO模块120₁、120₂、...120_n，其由串行通信引擎112提供的单独的从属选择（芯片选择）线MS1、MS2、MSn使能。另外，由过程控制器110从IO模块120…120_n中的任何一个接收的消息被放置到过程控制器110的存储器111a中。针对控制系统100的串行数据传送速率由基于介质（例如，在背板上的铜迹线或其他类型的有线连接）的数据传送速率的在IO模块120之间的数据传送以及最坏情况的IO模块120₁、120₂、...120_n的数据传送时间的持续时间主要设置。在诸如在工厂处的通用控制系统100的已知过程控制系统之间的数据传送通常基于IO模块的数量和类型随着IO模块120₁、120₂、...120_n的数量的增长而减少（de-rate）。该数据传送限制增加控制系统100的复杂性和成本两者。

此外，在菊花链IO模块120之间的串行通信固有地具有单个故障点，即介质。该方面限制系统100的总体可用性，降低其在故障之间的平均时间，并且还可以增加修理的平均时间。此外，从IO模块120₁、120₂、...120_n到过程控制器110的数据不可以是流式传输数据（背靠背），因为在数据被串行通信引擎112接收之后，在CPU 111处的微处理器或微控制器需要某些数据处理时间来执行数据处理。该处理时间进一步限制在选择的时间窗中可以传送的数据量。

发明内容