專利名稱：無線現場總線管理的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于在自動化設備中進行數據交換從而在中心裝置和外圍設備裝置之間進行通信的通信系統。
背景技術：
已知的是，為了在自動化設備的現場層面上通信，采用所謂的現場總線系統。在現場總線系統中，在現場設備中或在分散的輸入/輸出組件中對測量值進行數字化，并且接著通過一個現場總線網絡將測量值送至一個上級的控制器。為此需要至少一個通信連接和組件的饋電。存在這樣的總線系統，其中饋電和通信可以通過同一個導線對進行(例如PR0FIBS PA，基礎現場總線)。與網絡結構有關，所有的現場設備與現場總線網絡電流連接。這樣，一個僅涉及一個用戶的故障會影響到整個網絡，從而使所有其它用戶的數據傳輸同樣變得不再可能，至少明顯地被干擾。在極端情況下干擾可能非常強烈，導致不可修復的損傷。在工藝流程設備中屬于這類典型干擾的主要有短路、導線斷開、EMV干擾和雷擊。此外操作者對自動化部件進行的有意介入也被視為干擾。這種介入例如為了維護的目的是必需的，它常常對于生產過程所需要的設備連續運行構成風險。除此之外特別是還有自動化設備的功能擴展，這例如對于設備管理系統的集成是必需的。這種設備管理系統用于收集和處理關于外圍設備狀態的信息。自動化設備的中央控制器原本是為處理過程值而設計的，不適合于處理和提供通過一個0/4. . 20毫安的接口模擬連接的外圍設備的這種信息。這個問題同樣存在于具有模擬信息傳輸和上級的HART通信的過程控制，這時用于連接外圍設備的輸入/輸出組件不能用于HART通信，并且現場總線系統不提供非周期性的服務。在這種過程控制中用于設備管理所需的信息在中央控制器中不可用，并且從而不能訪問上級的設備管理系統。Fa. Pepperl+Fuchs 的出版物 “H. I. S. HART INTERFACES0LUTI0NS” 分冊號 475215公開了有HART能力的設備采用所謂的多路復用方案來提供資產管理信息。它們被設置在通信路徑中，以把所希望的信息傳送到中央控制器。然而附加的結構是一種顯著的介入，這幾乎總是導致設備接通。通常這種對通信路徑結構的介入是不希望有的，因為它與高的存檔和測試開銷相聯系，或者由于用于沿著通信路徑所需附加部件的安放空間不可用或其提供費用極高。多路復用方案的另一缺點是設備拓撲和設備管理拓撲之間經常出現的不希望的關聯。從而用一個多路復用器使得只有個別信號用于提供設備管理信息通常是行不通的，因為多路復用器的布線服從輸入/輸出組件通常的8或16通道的變換。此缺點也存在用于連接外圍設備的輸入/輸出組件，這些外圍設備能進行HART通信，并且現場總線系統支持非周期性服務。發表在Computer&AUTOMATION的傳感器指南2005第14至18頁的文件“Dasdrahtlose Sensornetzwerk”公開了無線的且必要時通過多個傳感器節點傳輸傳感器信號。其缺點在于過程值不再以模擬值或者說作為總線信號提供。但是這里為了供應能量仍然需要電纜導線。至于替代的用電池或太陽能供應能量，其維護很麻煩或者依賴于氣候，并因此不能被自動化設備的運營商所接受。還已知有其它的總線系統，其中光波導體線路或無線線路被用來在兩個裝置間以一對一連接方式進行信號傳輸。在現場中分布式放置的組件仍然以傳統方式通過電流連接的總線網絡連接
發明內容
因此本發明的目的在于給出一種通信系統，其中一個中心站用多個現場總線與用戶建立連接，并且與它們沒有直接的、電流耦合的連接。按照本發明，上述任務由權利要求I所述裝置完成。從屬權利要求給出本發明具有優點的實施例。本發明的出發點是一個自動化設備具有多個外部裝置，它們與一個中心控制裝置形成通信連接。這里測量值和診斷數據從外部裝置傳輸到中心控制裝置，并且調節值和參數從中心控制裝置傳送到外部裝置。本發明的實質在于連接在通信路徑之間的變換器，可預定數目的外部裝置被唯一地配置給它。此變換器被設計成用于與配置給它的外部設備進行無線通信。在變換器和中心裝置之間的通信連接則是導線連接。根據本發明的通信系統被構造在用于過程控制的已有的導線連接的通信網絡之夕卜，是對現有通信網絡的補充，這避免了前面所述的缺點。本發明具有優點地使本說明書開始處所述的一個外部裝置的故障的影響被限制在這個單元，并從而避免了其它外部裝置受這個故障的牽連而損傷。此外，通過對外部裝置的限制，使得用于過程控制的導線連接的通信網絡與本發明所述的通信系統在邏輯上不同且可相互隔離，從而使這兩個通信系統在規劃和運行中可有相互不同的特性。設備管理信息的訪問可局限于可預定數目或可預定種類的外圍設備。具有優點的是，本發明所述通信系統允許以邏輯上不同的總線系統對外圍設備進行中央訪問，這些總線系統可被配置給不同的控制器。此外本發明無需附加的連接空間位置，因為實施本發明的指導所需的部件分散安裝在外圍設備附近。通過本發明所述的通信系統，具有優點地避免了對中心控制器的影響，因為其上被傳輸的信息在中心控制器旁邊通過。以這種方式，無需設備停機就可以完成自動化設備復雜的擴展。無線通信路徑上的裝置的能量供給通過用于過程控制的導線連接的通信網絡進行。具有優點的是，可以不需要附加的電纜和太陽能電池用于外圍設備的能量供應。并行的設備管理系統也對過程值進行訪問，這在用于過程控制的導線連接的通信網絡發生故障時是冗余實現的。此外，昂貴的電流隔離的數量被限制到為傳輸過程值所需的最小值上。
下面借助實施例說明本發明。唯一的附圖示出一個通信系統的原理結構。
具體實施例方式變換器20恰好被唯一地配置給η個外部裝置31至3η。外部裝置31至3η和變換器20具有一個發送和接收裝置，用它可以以無線方式交換它們的數據。在本發明的優選實施例中數據交換通過無線電來完成。在本發明的第一個實施例中，外部裝置31至3η被實現為現場設備。這里在一個優選的實施方式中所選擇的外部裝置31和32作為現場設備被配置給第一個過程控制器71， 其它的外部裝置3η被配置給獨立于第一個過程控制器的第二個過程控制器72。在示意圖中裝置31至3η為模擬的現場設備，它們通過常規的設備連線60經由一個電流回路與配置給過程控制器71和72的相應輸入/輸出組件81和82相連接。過程控制器71和72分別通過各自的導線連接的通信連接41和42與輸入/輸出組件81和82相連接。變換器20通過一個導線連接的通信連接40與中心控制器10相連接。在本發明的優選實施例中，導線連接的通信連接40被實現為常規的導線連接。在本發明的一個替代實施例中，導線連接的通信連接40也可以是光波導體連接。在中心裝置10中用于設備管理的不同過程控制71和72的外部裝置31至3η的狀態數據被收集和分析。用于設備管理的通信系統與用于控制工藝流程的通信系統無關地被迭加在其上。在本發明的另一實施例中，用于設備管理的通信系統和用于控制工藝流程的通信系統可以相互連接。為此，過程控制器71和72與中心裝置90連接在一個共用的系統總線90上。變換器20把從現場接收的輸入值轉發給中心裝置10，或者將由中心裝置10接收到的輸出值發送到外部裝置31至3η。此外，這個雙向通信還被用于外部裝置31至3η的配置和參數化。為此目的，變換器20將中心裝置10所提供的數據發送到與這些數據相對應的外部裝置31至3η。然后在外部裝置31至3η中以已知的方式進行數據的處理。在結構上，每個外部裝置31至3η配置有一個無線通信部件。在本發明的一個實施方式中，無線通信部件作為單獨的裝置被嵌入到引向通信外部裝置31至3η的電流回路中。這里無線通信部件由此電流回路饋電。為了在單獨的無線通信部件與外部裝置31至3η之間進行通信，一個交流電流被調制到供電的直流電流上。為此，特別是一個符合HART規范的協議是適用的。具有優點的是，這個實施方式對于現有的具有設備管理裝置的自動化設備增補設備特別適合。這里對外部裝置31至3η的影響保持局限于局部。在本發明的一個替代實施方式中，無線通信部件被實現為補充模塊。外部裝置31至3η被裝配有一個用于可選的補充模塊的接納裝置。無線通信部件被放入此接納裝置中，并且由外部裝置31至3η供電。例如一個局部的指示模塊可以由一個通信模塊所代替。這里具有優點的是，常規設備連接線60的導線連接的通信網絡不受到影響。在一個替代實施方式中，輸入/輸出組件81，82被實現為外部裝置31至3η。這里過程值通過模擬電流回路在現場設備與輸入/輸出組件81，82之間傳輸，一個交流信號被調制到電流回路上，用來傳輸設備管理信息。對此特別是一個符合HART規范的協議是適用的。在輸入/輸出組件81，82中設備管理信息在導線連接的交流電流傳輸和無線傳輸之間轉換，并且通過無線通信連接50和變換器20與中心裝置10交換設備管理信息。通過這種實施方式成功地克服了傳輸設備管理信息時在輸入/輸出組件81，82和過程控制器71和72之間通信時的對制造過程特定的不兼容性。此外，當現場設備接在一個現場總線上并且能夠在現場總線上進行數字通信時應用此實施方式也是具有優點的。
附圖標記列表10中心裝置20變換器31至3η外部裝置40，41，42導線連接的通信連接50無線通信連接60常規的設備連線71，72過程控制器81，82輸入/輸出組件90系統總線
權利要求
1.一種用于在自動化設備中進行數據交換從而在中心裝置與外部裝置之間進行通信的通信系統，所述通信系統包括 變換器， 中心裝置， 多個控制器； 其中，所述變換器接入在自動化設備中的外部裝置和中心裝置之間的第一路徑中，并且具有可預定數目的相配的外部裝置，所述變換器被實現為與中心裝置進行導線連接的通信，以及無線通信； 其中在自動化設備中的多個第二路徑的每一個與第一路徑去耦， 所述多個第二路徑的至少一個包括所述多個控制器的至少一個，所述控制器控制至少兩個外部裝置，所述多個控制器被通信系統的第一路徑繞過， 其中第一路徑用于自動化設備的設備管理， 其中每一個第二路徑用于控制至少一部分外部裝置。
2.如權利要求I所述的通信系統，其特征在于，外部裝置是現場設備。
3.如權利要求2所述的通信系統，其特征在于，現場設備能通過通信連接進行配置。
4.如權利要求I所述的通信系統，其特征在于，外部裝置為輸入/輸出組件。
5.如權利要求I所述的通信系統，其特征在于，所述變換器把從相配的外部裝置接收的輸入值轉發給中心裝置，并且將從中心裝置接收到的輸出值發送到相配的外部裝置。
6.如權利要求I所述的通信系統，其特征在于，被通信系統的第一路徑繞過的控制器與一個或多個外部裝置進行用于設備管理的信息的通信。
全文摘要
本發明涉及一種用于在自動化設備中進行數據交換從而在中心裝置與外部裝置之間進行通信的通信系統，所述通信系統包括變換器、中心裝置和多個控制器；其中，所述變換器接入在自動化設備中的外部裝置和中心裝置之間的第一路徑中并且具有可預定數目的相配的外部裝置，所述變換器被實現為與中心裝置進行導線連接的通信，以及無線通信；其中在自動化設備中的多個第二路徑的每一個包括多的至少一個，所述控制器控制至少兩個外部裝置，所述多個控制器被通信系統的第一路徑繞過，其中第一路徑用于自動化設備的設備管理，其中每一個第二路徑用于控制至少一部分外部裝置。
文檔編號H04L29/08GK102970335SQ201210421820
公開日2013年3月13日 申請日期2007年1月23日 優先權日2006年1月23日
發明者T·庫爾, R·胡克 申請人:Abb股份公司