过程自动化方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种过程自动化系统，其具有至少一个无线知晓组件，以用于检测从可能是无线非知晓组件的至少一个其它组件的无线大量数据传递的发生、即开始和结束，其中在这种检测时，至少一个无线知晓组件代表那个无线非知晓组件来请求带宽以减少通信时间，并且随后再次释放这个带宽。此外，本发明涉及一种用于操作过程自动化系统的方法，其中上传/下载一般通过无线知晓组件中的上传/下载的发起或者通过无线知晓组件中的自动检测来检测。
【专利说明】过程自动化方法和系统
[0001]本发明涉及一种过程自动化系统，其中具有用于自动性能优化、特别是多协议通信系统(其中，在该系统中使用至少两种不同的通信协议Pl和P2)中的非循环数据(acyclic data)访问的自动优化的部件。此外，本发明涉及一种用于操作过程自动化系统的方法。
[0002]按照所提出的系统,从第一 Pl知晓组件(PI aware component),来执行通过使用标准化Pl协议数据访问请求、从第二 Pl非知晓组件(使用协议P2的组件)的大量数据传递的发生、即开始和结束的检测，特别是以便检测使用标准化HART命令、从无线非知晓组件的无线大量数据传递的开始和结束。
[0003]当今在全球安装的智能现场装置的大多数是实现了 HART的，其中HART (HighwayAddressable Remote Transducer:可寻址远程传感器高速通道)协议是用于跨智能装置与控制或监测系统之间的模拟线路来发送和接收数字信息的全球标准。更具体来说，HART是双向通信协议，其提供智能现场设备与主机系统之间的数据访问。
[0004]在当今的网络中，广泛使用无线通信，以及因此WirelessHART (无线HART)技术相应地同样广泛使用，并且为全范围的过程测量、控制、资产管理应用、装置参数化以及装置监测和诊断提供健壮无线协议。
[0005]基于已证实和熟悉的HART通信协议，WirelessHART使用户能够快速轻松地获得无线技术的有益效果，同时保持与现有装置、工具和系统的兼容性。
[0006]在WirelessHART中，设备操作期间的典型业务由到或来自各装置的少量但是周期循环突发命令来组成 。通过多个这样的装置共享同一(无线)介质，相当大总量的带宽仍然被静态地保留和/或因而对其它应用阻止，同时单独装置只能访问这个总带宽的一小部分。现有WirelessHART网络管理器对这种通信模式优化网格带宽。
[0007]相比之下，当用户或系统功能运行调试、诊断或监测使用情况时，这可在无法预测的时间点要求对单个装置的大量可使用带宽，并且仍然期望快速响应。这仅非循环地发生，并且现有WirelessHART网络管理器没有对这种通信模式进行优化；它们仅为其保留极少带宽。
[0008]在任一种情况下，带宽的实际使用对调度没有任何明显效果；特别是，网络管理器没有动态调整对非循环访问的带宽。带宽只能通过多个标准HART命令来显式请求。
[0009]换言之，当前WirelessHART实现的问题在于，没有对非循环数据访问来优化WirelessHART中的调度；网络管理器也没有动态调整到这种通信模式(至少具有充分自适应时间)。本地WirelessHART装置或者其装置工具能够请求来自网络管理器的附加带宽，以便仍然加速偶发非循环数据访问，因为它们知道WirelessHART协议的这些细节。
[0010]在适配器改型情况中，或者当使用通用HART装置DTM/FDI封装件时，装置工具不了解无线网络。唯一无线知晓组件是网关/适配器或者其相应的软件工具。
[0011]这意味着，不存在能够通过使用上述显式命令来将装置与网关之间的带宽自动调整到所传送数据量的装置特定组件。对各装置静态分配非循环数据传递的更大带宽仍然是未达最佳标准的解决方案，因为甚至更大的带宽则被持久保留和/或对其它用途被阻止；此外，各装置仍然获得仅对理论上可用的总带宽的一小部分/份额的访问。
[0012]特别是对于全上传/下载序列，即使大量带宽在网络中可以是可用的，用户也面临大的等待时间。
[0013]知道这些缺陷，对于当前网络环境，本发明的一个目的是协调数据业务，以便提供安全和完整数据传递，而与可能必要的工作量无关。
[0014]这个目的通过一种使用至少两种不同通信协议Pl-Pn、具有至少一个Pl知晓组件的过程自动化系统来实现，其中Pi特别涉及无线协议，用于检测从至少一个其它组件(其可能是Pi非知晓组件、特别是无线非知晓组件)的Pi相关大量数据传递(特别是无线大量数据传递)的发生，其中在这种检测时，至少一个Pi知晓组件、特别是无线知晓组件代表那个Pl非知晓组件(特别是无线非知晓组件)来请求带宽以减少通信时间，并且随后再次释放这个带宽。
[0015]按照本发明的过程自动化系统的一个优选实施例的特征在于，在开始从装置下载时，Pl网关或者特别是无线网关的通信DTM(Device-Type-Manager:装置类型管理器)将所指定数量的命令的第一序列与它对特定装置类型(其特别指示大量数据的传递)持久存储的命令列表进行比较。这个列表能够由制造商或者由先前下载期间已经了解它并且在所指定时间间隔之内检查匹配的通信装置类型管理器来提供。通过使用比实际完全大量数据传递要短的检测列表来实现性能增进。
[0016]此外，可预备通信DTM(装置类型管理器)，以在命令与命令列表中的命令匹配的情况下发出HART带宽服务请求。
[0017]按照一个有 利特征，通信DTM (Communication DTM)在命令与命令列表中的命令匹配的情况下使用标准化HART服务请求命令来请求附加带宽，或者从DUST网络(DUSTNetwork)实现专有功能、例如由无线网络管理器所提供的快速管道(Fast-Pipe)功能性，以获取附加带宽。
[0018]补充该请求，在命令与内部列表结束处的所定义数量的命令匹配的情况下，或者如果在所指定时间间隔之内不再发送命令，则比较命令的通信DTM使用标准化HART命令来释放带宽，或者关闭快速管道。
[0019]按照另一个实施例，过程自动化系统同样具有至少一个Pl知晓(特别是无线知晓)组件，所述Pi知晓组件用于检测从至少一个其它组件(其可能是Pi非知晓、特别是无线非知晓组件)的Pi相关(特别是无线)大量数据传递的发生、即开始和结束，其中在这种检测时，至少一个Pl知晓(特别是无线知晓)组件代表Pi非知晓(特别是无线非知晓)组件来请求带宽以减少通信时间，并且随后再次释放这个带宽，所述过程自动化系统的特征在于，下载检测在Pl-HART适配器(特别是WirelessHART适配器)内部实现，并且带宽使用对应标准化HART命令来请求/释放。
[0020]根据按照本发明的过程自动化系统的一个具体实施例，Pl知晓组件是无线装置、例如网关、无线适配器或现场装置或者一个装置的装置管理系统中的软件组件、例如FDT装置DTM、FDT (Field Device Tool:现场装置工具)通信DTM、DFI (Field Device Integration:现场装置集成)通信服务器或者FDI (通信)装置封装件(FDI (Communication) DevicePackage)。
[0021]此外，本发明涉及一种用于操作按照上述特征和实施例之一的过程自动化系统的方法，其中上传/下载一般通过无线知晓组件中的上传/下载的显式发起来检测。
[0022]在这种情况下，无线知晓组件首先引起带宽请求，然后运行上传/下载，并且请求带宽的释放。
[0023]备选地，自动检测在无线知晓组件中提供，其中无线知晓组件在正进行上传/下载期间引起带宽请求，并且在确定访问结束之后请求带宽的释放。
[0024]根据用于操作按照本发明的过程自动化系统的方法的一个优选实施例，上传/下载的自动检测通过如下任一个步骤来执行
?使用环境指示符、例如FDT或FDI连接请求(Connection Request)或上传/下载(Upload/Download)功能，或者
?试探地测量对通信端点的平均数据速率和访问持续时间，并且使用给定阈值，或者 ?将所有访问序列与一组现有触发命令序列进行比较，
?保持最近命令的历史，并且查看参考命令集合中的命中的给定百分比、即没有特定序列是否存在，特别是“命中列表”，
?使用命中列表，其中命令由装置系列或简档来确定，例如存在温度变送器(temperature transmitter)的特性命令集合，
?使用命中列表，其 中命令完全是装置特定的。
[0025]按照用于操作过程自动化系统的方法的另一个优选实施例，通过经由比较已知访问序列的所有命令，或者经由仅包括命令的一部分(其可从任意子序列或者从最早可能的检测的序列开始所得出)，以将所有访问序列与一组现有触发命令序列进行比较，来执行上传/下载的自动检测。
[0026]用于操作过程自动化系统的方法的另一个有利实施例的特征在于，上传/下载的自动检测通过先前分别给出的备选方案的组合来执行，其中至少一种检测方法传递肯定结果O
[0027]按照如上所述用于操作过程自动化系统的方法的另一个实施例，触发命令序列通过观测来替代地了解，从而保持访问历史、例如命令历史，其在上传/下载检测的情况下被存储或者通过在装置制造期间预先定义。
[0028]作为一个最终备选方案，触发命令序列通过在特定系统中从可用现场装置描述得到它们来了解，其中作为一个特性，这些描述取自装置目录，其中装置描述是EDD (Electronic Device Description:电子装置描述)，通过在运行时间期间从可能已经得到该序列的另一个源插入或下载它，其命令序列经过分析和/或将它作为特定Pl网络(特别是特定无线网络)的一部分来例示。
[0029]相应地，在另一个细化中，查找序列的装置描述，和/或分析序列的装置目录中的EDD,和/或从另一个源下载序列。
[0030]有利地，用于操作按照本发明的过程自动化系统的方法能够应用于其它使用和触发序列的应用方法，其中提供两种形式的实现。
[0031]按照第一形式，触发序列经过加权，并且权重在各确认/未确认检测时修改，使得在匹配被判定为肯定之前是匹配的子序列能够具有动态长度；因而优化检测速度(与所比较的序列长度直接相关)和序列可靠性。
[0032]备选地，按照第二形式，触发序列经过加权，并且权重在各确认/未确认检测时修改，但是其中具有序列存储的实际减少/增加，以节省存储器。
[0033]此外，用于操作过程自动化系统的方法关心带宽，其通过使用网关的专有机制、例如DUST快速管道或者通过实现Pl适配器(特别是无线适配器)中的专有命令来替代地请求和释放，这使它们按照标准化方式、例如标准化HART “服务请求”命令或者最后通过直接向网关网络管理器发送对应服务请求命令，来向网关、例如网络管理器请求带宽。
[0034]前面详细示出的方法的所有这些特定形式和版本丰富了本发明的广义领域，以便自动地使工程师或维护人员在非循环地访问大量装置数据时遇到的等待时间为最小，和/或如果这类数据由自动系统功能(即，系统无法了解这种情况并且不预先执行这种方法，同时对带宽资源进行节省)来访问，则自动增加系统检测速度。
[0035]由于人员在上传/下载发生的同时依靠工程客户端，所以使等待时间为最小减少调试时间，并且主观地改进装置管理的可使用性。
[0036]因此，本发明影响非循环数据访问的优化。
[0037]本发明的这些及其它实施例和改进是从属权利要求的主题。
[0038]通过附图所示的示范实施例，本发明本身、本发明的优选实施例和改进以及本发明的具体优点将更详细说明和示出。
[0039]在图1至图4中示出:
图1是过程自动化系统的示范实施例 图2是通过使用系统侧的FDT/DTM组件的过程自动化系统的示范实施例 图3a是通过使用系统侧的FDT组件和以太网通信服务器的过程自动化系统的示范实
施例
图3b是通过使用系统侧的FDT组件、以太网通信装置实例和以太网通信服务器的过程自动化系统的示范实施例
图4是包括上传/下载检测和/或从现场侧的QoS等级请求的过程自动化系统的示范实施例。
[0040]图1公开按照本发明的过程自动化系统的一个示范实施例，其具有至少一个无线知晓组件，以用于检测从至少一个其它组件(其可能是无线非知晓组件)的无线大量数据传递的发生、即开始和结束，其中在这种检测时，至少一个无线知晓组件代表那个无线非知晓组件来请求带宽以减少通信时间，并且随后再次释放这个带宽。
[0041]此外，公开用于操作过程自动化系统的对应方法，其中上传/下载一般通过无线知晓组件中的上传/下载的发起或者通过无线知晓组件中的自动检测来检测。
[0042]按照图1的示范过程自动化系统使用至少两个通信协议Pl和P2，并且其具有固有地支持P2的至少两个装置(2)。此外，提供这些装置的至少一个装置集成组件(1)，以及建立系统(特别是不仅有相应的集成组件(I)、而且相应地还有实际通信通路，其中集成组件
(I)、(6)、⑷“仅”表示这个通路)，因此P2装置集成组件⑴与P2装置⑵之间的通信通路至少使用协议Pl和P2。作为另一个实施例，特别是在装置集成组件(I)与装置(2)”之间也可涉及和使用其它协议。
[0043]装置集成组件(Device Integration Component)可特设地或者通过首先建立到装置的显式连接进行通信，并且可将通信协议Pl和P2改为变体Ρ1'和P2’，以在系统内部运行它们，特别是通过数据处理管理装置和可执行程序代码部件，例如通过将其包装在另一个协议或通信层、例如物理或链路层内部。
[0044]功能(10)(特别是资源管理功能)和(3)(特别是体传递检测功能)各可在装置和组件(2)、(4)-(9)、(11)其中之一中实现，以及可单独实现，并且与组件和装置(2)、
(4)-(9)、(11)中的至少一个进行通信以完成其任务。
[0045]组件(4)(特别是Pl主控集成组件)和(6)(特别是P1/P2转换组件)可以相结合，因此所产生的单个组件(11)支持多个协议。
[0046]在图2至图4中公开按照本发明的系统以及方法的其它实施例。
[0047]相应地，所述附图公开:
按照本发明的过程自动化系统，其特征在于，在开始从装置下载时，Pl网关或者特别是无线网关的通信DTM(装置类型管理器)将所指定数量的命令的第一序列与它对特定装置类型持久存储的命令列表进行比较。这个列表能够由制造商或者由先前下载期间已经了解它并且在所指定时间间隔之内检查匹配的通信装置类型管理器来提供。通过使用比实际完全大量数据传递要短的检测列表来实现性能增进。
[0048]此外，可预备通信DTM，以在命令与命令列表中的命令匹配的情况下发出HART带宽服务请求。
[0049]此外，按照一个有利特征，通信DTM在命令与命令列表中的命令匹配的情况下使用标准化HART服务请求命令来请求附加带宽，或者从DUST网络实现专有功能、例如快速管道，以获取附加带宽。
[0050]补充该请求，通信DTM (其比较命令)在命令与内部列表结束处的命令匹配的情况下或者如果不再发送命令，则请求带宽的释放或者关闭快速管道。
[0051]按照一种不同的过程自动化系统，其同样具有至少一个Pl知晓(特别是无线知晓)组件，所述Pi知晓组件用于检测从至少一个其它组件(其可能是Pi非知晓、特别是无线非知晓组件)的Pi相关(特别是无线)大量数据传递的发生、即开始和结束，其中在这种检测时，至少一个Pl知晓(特别是无线知晓)组件代表Pi非知晓(特别是无线非知晓)组件来请求带宽以减少通信时间，并且随后再次释放这个带宽)，所述过程自动化系统特征在于，下载检测在Pl-HART适配器(特别是WirelessHART适配器)内部实现，并且带宽使用对应标准化HART命令来请求/释放。
[0052]根据按照本发明的过程自动化系统的一个具体实施例，Pl知晓组件是无线装置、例如网关、无线适配器或现场装置或者一个装置的装置管理系统中的软件组件、例如FDT装置DTM、FDT通信DTM、DFI通信服务器或者FDI (通信)装置封装件。
[0053]此外，附图还公开一种用于操作按照本发明的过程自动化系统的方法，其中上传/下载一般通过无线知晓组件中的上传/下载的显式发起来检测。
[0054]无线知晓组件首先可引起带宽请求，然后运行上传/下载，并且请求带宽的释放。
[0055]在另一个细化中，自动检测也在无线知晓组件中提供，其中无线知晓组件在正进行上传/下载期间引起带宽请求，并且在确定访问结束之后请求带宽的释放。
[0056]根据用于操作按照本发明的过程自动化系统的方法的另一个优选实施例，上传/下载的自动检测通过如下任一个步骤来执行
?使用环境指示符、例如FDT或FDI连接或断开请求,或者
?试探地测量对通信端点的平均数据速率和访问持续时间，并且使用给定阈值，或者?将所有访问序列与一组现有触发命令序列进行比较，
?保持最近命令的历史，并且查看参考命令集合中的命中的给定百分比、即没有特定序列是否存在，特别是“命中列表”，
?使用命中列表，其中命令由装置系列或简档来确定，例如存在温度变送器的特性命令
隹A:? 口，
?使用命中列表，其中命令完全是装置特定的。
[0057]公开用于操作过程自动化系统的方法的另一个实施例，其中通过经由比较已知访问序列的所有，或者经由仅包括命令的一部分(其可从任意子序列或者从最早可能的检测的序列开始所得出)，以将所有访问序列与一组现有触发命令序列进行比较，来执行上传/下载的自动检测。
[0058]此外，上传/下载的自动检测可通过前面分别给出的备选方案的组合来执行，其中至少一种检测方法传递肯定结果。 [0059]本发明还包括优选实施例的任何组合以及单独特征和开发，只要它们没有相互排除。
【权利要求】
1.一种过程自动化系统，使用特别是作为通信层级结构的一部分的至少两个通信协议Pl和P2，其中一个“通过”另一个来传送，以及具有使用所述Pl和/或可选的所述P2协议的至少一个Pl知晓和可选的P2知晓组件或者使用所述Pl和/或可选的所述P2协议的至少一个Pl和P2知晓组件，以用于检测从使用所述P2协议的、可能是Pl非知晓组件的至少一个其它组件的大量数据传递、特别是包括至少两个命令的数据传递的发生、特别是开始和结束，其中在这种检测时，所述至少一个Pl知晓组件代表那个Pl非知晓组件来请求带宽以减少通信的总持续时间，并且随后再次释放这个带宽。
2.如权利要求1所述的过程自动化系统，其特征在于，在开始与装置的数据传递时，用于所述Pl协议的标准化或专有装置集成组件、例如FDT通信DTM、FDI服务器、FDI通信管理器、FDI网关装置实例、FDI通信装置实例、FDI通信服务器将特定数量的命令的序列与它对特定装置类型持久存储的命令列表进行比较，其中所述命令列表特别是可由制造商来提供或者可从先前下载来得出或者按照先前下载，和/或在所指定时间间隔之内检查匹配，特别是以便肯定地检测大量数据传递。
3.如权利要求2所述的过程自动化系统，其中，在所述命令与所述命令列表中的命令匹配的情况下，标准化或专有装置集成组件经过Pl资源管理功能、特别是无线资源管理功能来请求用于所述命令的带宽。
4.如权利要求2或3所述的过程自动化系统，其中，在所述命令与所述内部列表中、特别是在所述内部命令列表结束处的命令匹配的情况下，或者如果在所指定时间间隔中不再发送命令，则标准化或专有装置集成组件经过Pl资源管理功能、特别是无线资源管理功能来请求先前请求的带宽的部分或全部的释放。
5.如权利要求3或4所述的过程自动化系统，其中，对Pl资源管理功能、特别是无线资源管理功能的所述请求使用在 所述Pi协议、特别是无线协议中标准化的命令进行。
6.一种过程自动化系统，具有至少一个Pl知晓组件，以用于检测从使用P2的至少一个其它组件、特别是Pl非知晓组件的大量数据传递的发生、特别是开始和结束，其中在这种检测时，所述至少一个Pl知晓组件代表那个Pi非知晓组件来请求带宽以减少通信时间，并且随后再次释放这个带宽，所述过程自动化系统的特征在于下载检测在P1/P2链接装置或代理内部来实现，以及带宽经过Pi资源管理功能、使用Pi中标准化的对应命令来请求/释放。
7.如以上权利要求中的一项所述的过程自动化系统，其中，所述无线知晓组件是: a.Pl主控、Pl从动或者P1/P2链接装置/代理，如无线网关或无线适配器或无线装置 b.管理系统中的装置集成组件，表示Pl主控、Pl从动或者P1/P2链接装置/代理，如无线网关或无线适配器或无线装置，特别是FDT装置DTM、FDT通信DTM、FDI通信装置实例、FDI网关装置实例、FDI通信服务器、FDI通信管理器或者FDI装置封装件。
8.一种用于操作以上权利要求中的一项所述的过程自动化系统的方法，其中，上传/下载一般通过如下任一个步骤来检测: a.所述Pl知晓组件中的所述上传/下载的显式发起，或者 b.所述Pl知晓组件中的自动检测。
9.如权利要求8所述的用于操作权利要求1至7中的一项所述的过程自动化系统的方法，其中，上传/下载的所述自动检测通过下列步骤来执行:a.使用环境指示符，如面向连接的通信中的连接请求，特别是FDT或FDI连接请求， b.试探地测量对通信端点的平均数据速率和访问持续时间，并且使用给定阈值，或者 c.将所有访问序列与一组现有触发命令序列进行比较， d.将所述访问序列中的所有命令与特性命令的集合、特别是无序集合进行比较，并且将命中的数量/百分比与所指定阈值进行比较。
10.如权利要求8或9中的一项所述的方法，其中，上传/下载的所述自动检测通过将所有访问序列与一组现有触发命令序列进行比较来执行，其特征在于: a.包括已知访问序列的所有命令 b.仅包括所述命令的一部分。
11.如权利要求8至10中的一项所述的方法，其中，上传/下载的所述自动检测通过权利要求9或10分别给出的备选方案的任何组合来执行，其中至少一个检测传递肯定结果。
12.如权利要求8至11中的一项所述的方法，其中，通过以下来替代地得出所述触发命令序列: a.通过观测，保持在上传/下载检测的情况下存储的访问历史、例如命令历史； b.通过在装置制造期间对其预定 义，或者 c.通过在所述特定系统中从可用现场装置描述得到它 d.通过在运行时间期间从可能已经得到所述序列的另一个源来插入/下载它， e.从对装置系列或简档的标准化通信请求，特别是HART温度或压力变送器的标准化命令。
13.如权利要求8至12中的一项所述的用于所述触发序列的进一步使用和应用方法的方法，其中 a.所述触发序列经过加权，并且权重在各确认/未确认检测时修改 b.所述触发序列经过加权，并且所述权重在各确认/未确认检测时修改，但是其中具有所比较元素的实际减少/增加，以便减少触发时间， c.所述触发序列经过加权，并且所述权重在各确认/未确认检测时修改，但是其中具有所述序列存储的实际减少/增加，以便节省存储器。
14.如权利要求8至13中的一项所述的方法，其中，通过以下来替代地请求和释放带宽: a.通过使用Pl通信主控的专有机制、如网关或链接装置或者它们的集成组件，如Π)Τ通信DTM、FDI网关装置封装件、FDI通信服务器、…或者(?) b.通过在所述P1/P2链接装置或现场装置中实现专有命令，其使它们从所述Pl主控或者它们的集成组件、如FDT通信DTM、FDI网关装置封装件、FDI通信来请求带宽，或者 c.通过直接向Pl资源管理功能发送对应标准化的请求命令，例如服务请求发送给所述Pl主控内部的网络管理器。
【文档编号】H04L29/06GK104025547SQ201280064890
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月27日
【发明者】D.舒尔茨, M.鲁珀特 申请人:Abb 技术有限公司