[发明专利]过程控制输入/输出设备中的多个通信物理层和协议的集成

说明书

一种过程控制输入/输出(I/O)设备采用与传统过程控制通信协议相关联的直接物理层或接口提供传统的I/O支持，而同时支持高级物理层或其它基于IP的物理层以及在它们之上运行的通信协议。此外，当诸如安全协议之类的协议需要附加的握手、确认等时，新的I/O设备能够将协议嵌套在其它协议内以供使用。更进一步，新的I/O设备包括硬件可配置能力，该硬件可配置能力使能使用多个不同物理层(包括由诸如HART和FOUNDATION Fieldbus协议之类的传统过程控制通信协议所使用的那些层)和更高级的物理层(包括由基于IP、基于以太网、基于分组和其它类型的高级通信协议使用的那些层)的过程控制系统的简易配置。

技术领域

本申请总体上涉及过程控制系统，并且更具体而言，涉及用于使用支持不同通信协议的多个物理层将现场设备通信地耦合到过程控制系统中的过程控制器的过程控制系统。

背景技术

分布式过程控制系统，如在化学、石油、工业或其它过程工厂中使用的用于制造、精炼、转换、生成或生产物理材料或产品的那些系统，通常包括经由物理层通信地耦合到一个或多个现场设备的一个或多个过程控制器，该物理层可以是模拟、数字或组合的模拟/数字总线，或者可以包括一个或多个无线通信链路或网络。可以是例如阀、阀定位器、交换机和变送器(例如，温度、压力、液位和流速传感器)的现场设备，位于过程环境内并且通常执行物理过程控制功能，诸如打开或关闭阀、测量过程和/或环境参数(例如，流量、温度或压力等)，以控制在过程工厂或系统内执行的一个或多个过程。智能现场设备(诸如符合公知的Fieldbus协议的现场设备)也可以执行控制计算、报警功能和通常在控制器内实施的其它控制功能。通常还位于工厂环境中的过程控制器，接收指示由现场设备进行的过程测量的信号和/或与现场设备有关的其它信息，并且执行控制器应用，该控制器应用运行例如作出过程控制决策、基于所接收的信息生成过程控制信号，并且与在现场设备(诸如现场设备、无线现场设备和Fieldbus现场设备)中执行的控制模块或块协调而生成过程控制信号。为了执行这种通信，过程控制器中的控制模块将控制信号发送到各种不同的输入/输出(I/O)设备，然后，这些输入/输出设备通过通信线路或链路(通信物理层)将这些控制信号发送到实际的现场设备，从而控制过程工厂或系统的至少一部分的操作，例如，以控制在工厂或系统内运行或执行的一个或多个工业过程的至少一部分。通常还位于工厂环境中的I/O设备通常被设置在过程控制器与一个或多个现场设备之间，并且例如通过将电信号转换为数字值以及将数字值转换为电信号来实现在其间的通信。提供不同的I/O设备以支持使用不同通信协议的现场设备。具体而言，在过程控制器与使用特定通信协议的现场设备中的每一个现场设备之间提供不同的I/O设备，使得第一I/O设备用于支持HART现场设备，第二I/O设备用于支持Fieldbus现场设备，第三I/O设备用于支持Profibus现场设备等。如本文所使用的，现场设备、控制器和I/O设备通常被称为“过程控制设备”，并且通常位于、设置或安装在过程控制系统或工厂的现场环境中。

更进一步，来自现场设备和过程控制器的信息通常通过数据高速通道或通信网络可用于一个或多个其它硬件设备，诸如操作员工作站、个人计算机或计算设备、数据历史记录机、报告生成器、集中式数据库或其它集中式管理计算设备，这些设备通常放置在控制室或远离工厂的更恶劣的现场环境的其它位置，例如，在过程工厂的后端环境中。这些硬件设备中的每一个都通常在整个过程工厂或过程工厂的一部分上集中。这些硬件设备运行应用，这些应用可以例如使操作员能够执行关于控制过程和/或操作过程工厂的功能，诸如改变过程控制例程的设置、修改控制器或现场设备内的控制模块的操作、查看过程的当前状态、查看由现场设备和控制器生成的警报、出于培训人员或测试过程控制软件的目的仿真过程的操作、保持并更新配置数据库等。硬件设备和过程控制器所使用的数据高速通道可以包括有线通信路径、无线通信路径、或有线和无线通信路径的组合，并且通常使用基于分组的通信协议和非时间敏感通信协议，诸如以太网或IP协议。