Интерфейсный модуль для использования с сетью устройств modbus и сетью устройств fieldbus

Интерфейсный модуль для использования с сетью устройств modbus и сетью устройств fieldbus

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в основном к автоматизированным системам управления технологическими процессами, а более конкретно к интерфейсному модулю для обмена данными между сетью устройств Fieldbus и сетью устройств Modbus.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Автоматизированные системы управления технологическими процессами, подобные тем, которые используются в химических, нефтяных или других процессах, типично включают в себя по меньшей мере один централизованный контроллер процесса, коммуникативно связанный по меньшей мере с одной главной вычислительной машиной или рабочей станцией оператора и с одним или более полевым устройством через аналоговые и/или цифровые шины или другие линии или каналы связи. Полевые (периферийные) устройства, которые могут быть, например, клапанами, позиционирующими устройствами клапанов, переключателями, датчиками (например, датчики температуры, давления и скорости потока) и т.д., выполняют функции внутри процесса, таком как открытие и закрытие клапанов, и измеряют параметры процесса. Контроллер процесса принимает сигналы, показывающие измерения процесса, сделанные полевыми устройствами и/или другую информацию, принадлежащую полевым устройствам, через устройство ввода/вывода (I/O), использует эту информацию, чтобы осуществлять операцию управления и затем генерирует управляющие сигналы, которые отправляет по шинам или другим каналам связи через устройство ввода/вывода полевым устройствам, чтобы управлять операцией процесса. Информация от полевых устройств и контроллера в типичном варианте сделана доступной одному или более приложениям, выполняемым рабочей станцией оператора, чтобы разрешить оператору выполнять любую желаемую функцию в отношении процесса, такую как просмотр текущего состояния процесса, модификация операции процесса, конфигурирование процесса, документирование процесса и т.д.

В прошлом стандартные протоколы связи были разработаны, чтобы дать возможность контроллерам и полевым устройствам от разных производителей обмениваться данными, используя стандартные форматы. Один такой стандартный протокол связи, протокол Modbus, используется в автоматизированных системах управления технологическими процессами в течение более чем двадцати лет. Протокол Modbus определяет структуру сообщения, которую контроллеры будут распознавать и использовать независимо от типов сетей, по которым они связываются. Он устанавливает общий формат для разметки и содержимого полей сообщения. Modbus определяет процесс для контроллеров так, чтобы запросить доступ к другим устройствам, для контроллеров и устройств, чтобы ответить на запросы, и для обнаружения ошибок и предоставления отчетов. В процессе связи по сети Modbus протокол определяет, как каждый контроллер или устройство будут узнавать свой адрес устройства, распознавать сообщение, адресованное им, определять вид действия, которое будет сделано, и извлекать любые данные или другую информацию, содержащуюся в сообщении. Если требуется ответ, контроллер или устройство составят ответное сообщение и отправят его, используя протокол Modbus. Протокол Modbus известен в данной области техники и детально описан в многочисленных статьях, брошюрах и спецификациях, опубликованных, распространенных и доступных, среди других, от производителей устройств, использующих протокол Modbus. В этой связи детали протокола связи Modbus не будут описаны подробно, а в той степени, в которой они относятся к настоящему изобретению.

Modbus применяет цикл запроса-ответа ведущий-ведомый для обмена информацией между контроллерами и полевыми устройствами. Каждому устройству назначен адрес, располагающийся между 1 и 255. Одно устройство, ведущее, инициирует транзакции, такие как запросы, изменения точек установки, диагностика и т.п., передавая сообщение, адресованное другому устройству - ведомому. По протоколу Modbus сообщение, переданное ведущим, форматируется, чтобы включить в себя адрес ведомого устройства, код функции, определяющий запрошенное действие, любые данные, которые должны быть посланы ведомому устройству и информацию контроля ошибок. Ведомое устройство обнаруживает и принимает сообщение от ведущего, основанное на адресе в сообщении, и обрабатывает транзакцию или функцию, указанную кодом функции в сообщении. После обработки транзакции или выполнения запрошенной функции ведомый передает ответное сообщение, построенное с использованием протокола Modbus и содержащее информацию, подтверждающую выполненное действие, любые данные, которые должны быть возвращены ведущему, и информацию контроля ошибок. Протокол Modbus поддерживает и режим ASCII, в котором сообщения передаются как ASCII-символы, и режим RTU, в котором сообщения передаются как шестнадцатеричные символы.

Обмен данными между устройствами в сети Modbus происходит, используя номера регистров. Каждому параметру управления процессом, используемому в сети Modbus, назначен номер регистра внутри установленного диапазона доступных номеров регистров. Устройства в сети Modbus сконфигурированы для того, чтобы хранить и обменивать параметры управления процессом согласно их назначенным номерам регистров. Для того, чтобы получить значение параметра управления процессом от ведомого устройства, ведущее устройство форматирует и передает сообщение-запрос, включающее в себя адрес ведомого устройства и номер регистра для параметра управления процессом. После приема сообщения-запроса ведомое устройство читает текущее значение номера регистра и форматирует и передает ответное сообщение с номером регистра и сохраненным значением.

В прошлом десятилетии интеллектуальные полевые устройства, включающие в себя микропроцессор и память, стали преобладать в индустрии управления технологическими процессами. В дополнение к выполнению первичной функции внутри процесса интеллектуальные полевые устройства могут сохранять данные, принадлежащие устройству, связываться с контроллером и/или другими устройствами в цифровом или комбинированном цифровом и аналоговом формате и выполнять вторичные задачи, такие как самокалибровка, идентификация, диагностика и т.д. Ряд стандартных и открытых протоколов связи интеллектуальных устройств, такие как HART®, PROFIBUS®, Actuator Sensor Interface (в дальнейшем "AS-Interface" или "ASI"), WORLDFIP®, Device-Net®, CAN, и Foundation™ Fieldbus (в дальнейшем "Fieldbus") протоколы, были разработаны, чтобы дать возможность интеллектуальным полевым устройствам, сделанным разными производителями, использоваться вместе в одной сети управления процессом.

Вообще говоря, протокол Fieldbus - это полностью цифровой, последовательный, двухсторонний протокол связи, который обеспечивает стандартизированный физический интерфейс к двухпроводным контуру или шине, которые связывают полевые устройства. Протокол Fieldbus обеспечивает, в сущности, локальную сеть для полевых устройств внутри процесса, которая дает возможность этим полевым устройствам выполнять функции управления процессом (используя функциональные блоки) в местоположениях, распределенных по всему оборудованию процесса, и связываться друг с другом перед или после выполнения этих функций управления процессом для того, чтобы осуществить общую стратегию управления. Протокол Fieldbus известен в данной области техники и описан в деталях в многочисленных статьях, брошюрах и спецификациях, опубликованных, распространенных и доступных, среди других, от Fieldbus Foundation, некоммерческой организации, расположенной в Остине, штат Техас. В этой связи детали протокола связи Fieldbus не будут здесь описаны подробно, а лишь в той степени, в которой они относятся к настоящему изобретению.

Сеть Fieldbus управления процессом может включать в себя один или более взаимосвязанных сегментов Fieldbus с каждым сегментом, имеющим одно или более полевых устройств, связанных вместе через шину. Для того, чтобы произошел обмен данными, одно из устройств в каждом сегменте шины задействует активный планировщик связи (LAS), который активно планирует и управляет связью в ассоциативно связанном сегменте шины. LAS для каждого сегмента шины хранит и обновляет расписание связи (активное расписание связи), содержащее время, в котором каждый функциональный блок каждого устройства запланирован для начала периодической активности связи по шине, и продолжительность времени, в течение которого эта активность связи должна происходить. LAS также управляет асинхронными активностями связи, которые могут происходить, когда никакой синхронной связи нет в сегменте шины. В течение времени, когда синхронная передача данных не происходит, каждому полевому устройству позволено, в свою очередь после приема сообщения-маркера передачи от LAS, передать аварийные данные, обзорные данные и т.д. асинхронным способом.

Согласно протоколу Fieldbus полевые устройства способны соединяться друг с другом по шине, используя уникальные адреса, которые назначаются каждому полевому устройству. Полевые устройства подсоединяются к узлам шины, а каждый узел имеет назначенный физический адрес, который идентифицирует полевое устройство, подсоединенное к нему, чтобы использоваться во взаимодействии с другими полевыми устройствами в сети управления процессом. Уникальный адрес для полевого устройства включается в сообщения, публикуемые устройством по шине. Полевое устройство или устройства, для которых сообщения опубликованы, конфигурируются так, чтобы прослушивать сегмент шины, к которому они подключены, на предмет сообщений, содержащих адрес полевого устройства-издателя. Когда полевые устройства-подписчики обнаруживают сообщения с адресом полевого устройства-издателя, они декодируют и обрабатывают сообщения по мере необходимости, чтобы осуществить управление процессом.

Полевые устройства способны публиковать или передавать данные и сообщения по шине, используя один из трех типов виртуальных отношений связи (VCR), определенных в каждом полевом устройстве. VCR типа клиент/сервер используется для связей с очередями, незапланированных, инициированных пользователем, «один к одному» связей между устройствами на шине. Полевое устройство может использовать VCR типа клиент/сервер, когда оно принимает сообщение-маркер о передаче от LAS, чтобы отправить сообщение-запрос другому устройству на шине. Запрашивающая сторона называется «клиент», а устройство, которое принимает запрос, называется «сервер». Сервер отправляет ответ, когда принимает сообщение-маркер о передаче от LAS и обрабатывает клиентский запрос. VCR типа клиент/сервер используются, например, чтобы выполнять инициированные оператором запросы, такие как изменения точек установки, доступ и изменение параметра настройки, подтверждения тревоги и выгрузки и загрузки устройства.

VCR распределения отчета используется для связей с очередями, незапланированных, инициированных пользователем, «один ко многим» связей. Например, когда полевое устройство с отчетом о событии или тенденции принимает маркер о передаче от LAS, это полевое устройство отправляет это сообщение «адресу группы», определенному в устройстве. Устройства, которые сконфигурированы, чтобы слушать этот VCR, будут принимать отчет. Тип VCR распределения отчета в типичном варианте используется устройствами Fieldbus, чтобы отправлять аварийные предупреждения на операторские консоли.

В заключение тип VCR издатель/подписчик используется для буферизированных, «один ко многим» связей. Буферизованные связи единственные, которые сохраняют и отправляют только последнюю версию данных и, таким образом, новые данные полностью перезаписывают предыдущие данные. Функциональный блок выводов, например, содержит буферизованные данные. Полевое устройство-«издатель» публикует или ретранслирует сообщение, используя VCR типа издатель/подписчик, всем полевым устройствам-«подписчикам» на шине, когда устройство-издатель принимает принуждающее информационное сообщение от LAS или от устройства-подписчика. Отношения издатель/подписчик предопределяются и определяются и сохраняются в каждом полевом устройстве.

Как указано ранее, протокол Modbus используется в автоматизированных системах управления технологическими процессами более двадцати лет, в то время как протокол Fieldbus был разработан и осуществлен в автоматизированных системах управления технологическими процессами недавно. В результате могут возникать условия, при которых сети управления процессом, использующие протокол Modbus, могут сосуществовать с сетями управления процессом, использующими протокол Fieldbus, в одном объекте управления или оборудовании. Например, установка, имеющая сети управления процессом, работающие по протоколу Modbus, может конвертировать часть сети управления процессом, чтобы работать по протоколу Fieldbus, чтобы осуществить отдельную стратегию управления, которая поддерживается протоколом Fieldbus. Однако несмотря на частичное преобразование, часть Modbus протокола управления процессом может все же требовать информацию и данные из части Fieldbus сети управления процессом. В качестве дополнительного примера, объект управления или оборудование с существующей сетью управления процессом, работающей по протоколу Modbus, может быть расширен, чтобы включить в себя дополнительные процессы, имеющие сети управления процессом, работающие по протоколу Fieldbus. В предыдущем примере может быть необходимо связать данные и информацию из сети Fieldbus с сетью Modbus. В текущих реализациях данные не могут быть переданы непосредственно из устройства Fieldbus в устройство Modbus. Поэтому существует необходимость в интерфейсном модуле, который может быть связан между сетью Modbus управления процессом и сетью Fieldbus управления процессом, чтобы позволить информации и данным из сети Fieldbus быть переданными в устройства в сети Modbus управления процессом.

Раскрытие изобретения

Интерфейсный модуль оперативно связан с сетью Fieldbus управления процессом и сетью Modbus управления процессом для того, чтобы облегчить обмен информацией управления процессом между сетями. Интерфейсный модуль хранит базу данных карты регистров, в которой параметры управления процессом функциональных блоков в полевых устройствах сети Fieldbus управления процессом отображаются в номера регистров сети Modbus управления процессом. После того, как параметры Fieldbus управления процессом отображены в регистры Modbus, интерфейсный модуль адаптирован для того, чтобы передавать сообщения-запросы по сети Fieldbus управления процессом полевым устройствам Fieldbus для текущих значений параметров управления процессом, принимать ответные сообщения от полевых устройств Fieldbus и сохранять текущие значения параметров управления процессом в базе данных карты регистров.

Ведущие устройства в сети Modbus управления процессом могут получать значения параметров Fieldbus управления процессом, передавая сообщения-запросы интерфейсному модулю для текущих значений регистров Modbus, в которые отображены параметры управления процессом. После приема запросов интерфейсный модуль читает в базе данных карты регистров вхождения согласно регистру Modbus, чтобы получить значение параметра управления процессом. Форматы и передачи интерфейсного модуля являются ответом запрашивающему ведущему устройству Modbus, содержащий номер регистра и значение параметра управления процессом из таблицы карты регистров. Для того, чтобы сконфигурировать базу данных карты регистров, чтобы ассоциативно связать параметры управления процессом с регистрами Modbus, интерфейсный модуль может включать в себя Ethernet-соединение, по которому пользовательский интерфейс, такой как персональный компьютер, может быть подключен. Программное обеспечение Web-сервера в интерфейсном модуле и программное обеспечение web-браузера в пользовательском интерфейсе может быть использовано для того, чтобы обеспечить графический интерфейс для процесса конфигурации базы данных карты регистров.

В одном аспекте изобретения интерфейсный модуль предусмотрен для использования в автоматизированной системе управления технологическими процессами, включающей в себя сеть Fieldbus управления процессом, которая имеет множество полевых устройств Fieldbus, и сеть Modbus управления процессом, которая имеет множество полевых устройств Modbus. Интерфейсный модуль может оперативно соединять сеть Fieldbus управления процессом с сетью Modbus управления процессом и может быть адаптирован так, чтобы облегчить обмен информацией управления процессом между сетью Fieldbus управления процессом и сетью Modbus управления процессом. Интерфейсный модуль может включать в себя модуль ввода/вывода Fieldbus, оперативно связанный с сетью Fieldbus управления процессом и адаптированный, чтобы передавать и принимать сообщения протокола Fieldbus по сети Fieldbus управления процессом, модуль ввода/вывода Modbus, оперативно связанный с сетью Modbus управления процессом и адаптированный, чтобы передавать и принимать сообщения протокола Modbus по сети Modbus управления процессом, и контроллер, оперативно связанный с модулем ввода/вывода Fieldbus и модулем ввода/вывода Modbus, причем контроллер включает в себя процессор и память, оперативно связанную с процессором.

Контроллер интерфейсного модуля может быть запрограммирован, чтобы хранить в памяти базу данных карты регистров, в которой по меньшей мере один параметр Fieldbus управления процессом сети Fieldbus управления процессом ассоциативно связан с номером регистра Modbus сети Modbus управления процессом, и может быть запрограммирован, чтобы заставлять модуль ввода/вывода Fieldbus запрашивать текущее значение по меньшей мере одного параметра Fieldbus управления процессом от соответствующего одного из полевых устройств Fieldbus. Контроллер может дополнительно быть запрограммирован так, чтобы сохранять текущее значение по меньшей мере одного параметра Fieldbus управления процессом в базе данных карты регистров с ассоциативно связанным номером регистра Modbus, и может быть запрограммирован так, чтобы заставлять модуль ввода/вывода Modbus передавать ответные сообщения одному из полевых устройств Modbus с текущим значением по меньшей мере одного параметра Fieldbus управления процессом и ассоциативно связанным номером регистра Modbus в ответ на получение сообщения-запроса от одного из полевых устройств Modbus в модуле ввода/вывода Modbus для текущего значения ассоциативно связанного номера регистра Modbus.

Согласно другому аспекту изобретения автоматизированная система управления технологическими процессами включает в себя сеть Fieldbus управления процессом, имеющую множество полевых устройств Fieldbus, сеть Modbus управления процессом, имеющую множество полевых устройств Modbus, и интерфейсный модуль, оперативно связывающий сеть Fieldbus управления процессом с сетью Modbus управления процессом, который может быть адаптирован, чтобы облегчить обмен информацией управления процессом между сетью Fieldbus управления процессом и сетью Modbus управления процессом. Интерфейсный модуль может включать в себя модуль ввода/вывода Fieldbus, оперативно связанный с сетью Fieldbus управления процессом и адаптированный, чтобы передавать и принимать сообщения протокола Fieldbus по сети Fieldbus управления процессом, модуль ввода/вывода Modbus, оперативно связанный с сетью Modbus управления процессом и адаптированный, чтобы передавать и принимать сообщения протокола Modbus по сети Modbus управления процессом, и контроллер, оперативно связанный с модулем ввода/вывода Fieldbus и модулем ввода/вывода Modbus, который может включать в себя процессор и память, оперативно связанную с процессором.

Контроллер интерфейсного модуля может быть запрограммирован, чтобы сохранять в памяти базу данных карты регистров, в которой по меньшей мере один параметр Fieldbus управления процессом сети Fieldbus управления процессом ассоциативно связан с номером регистра Modbus сети Modbus управления процессом, и вызывать модуль ввода/вывода Fieldbus запрашивать текущее значение по меньшей мере одного параметра Fieldbus управления процессом от соответствующего одного из полевых устройств Fieldbus. Контроллер может дополнительно быть запрограммирован так, чтобы сохранять текущее значение по меньшей мере одного параметра Fieldbus управления процессом в базе данных карты регистров с ассоциативно связанным номером регистра Modbus, и заставлять модуль ввода/вывода Modbus передавать ответное сообщение одному из полевых устройств Modbus с текущим значением по меньшей мере одного параметра Fieldbus управления процессом и ассоциативно связанным номером регистра Modbus в ответ на получение сообщения-запроса от одного из полевых устройств Modbus в модуле ввода/вывода Modbus для текущего значения ассоциативно связанного номера регистра Modbus.

Согласно еще дополнительному аспекту изобретения способ обмена информацией управления процессом между сетью Fieldbus управления процессом, имеющей множество полевых устройств Fieldbus, и сетью Modbus управления процессом, имеющей множество полевых устройств Modbus, может включать этапы, на которых оперативно связывают интерфейсный модуль с сетью Fielbdus управления процессом и сетью Modbus управления процессом, интерфейсный модуль адаптируют, чтобы передавать и принимать сообщения протокола Fieldbus по сети Fieldbus управления процессом и чтобы передавать и принимать сообщения протокола Modbus по сети Modbus управления процессом, и хранить в интерфейсном модуле базу данных карты регистров, в которой по меньшей мере один параметр Fieldbus управления процессом ассоциативно связан с номером регистра Modbus сети Modbus управления процессом. Способ может дополнительно включать в себя этап, на котором вызывают интерфейсный модуль, чтобы запросить текущее значение по меньшей мере одного параметра Fieldbus управления процессом из соответственного одного из полевых устройств Fieldbus, и сохраняют текущее значение по меньшей мере одного параметра Fieldbus управления процессом в базе данных карты регистров с ассоциативно связанным номером регистра Modbus. Дополнительно способ может включать в себя этап, на котором вызывают интерфейсный модуль, чтобы передать ответное сообщение одному из полевых устройств Modbus с текущим значением по меньшей мере одного параметра Fieldbus управления процессом и ассоциативно связанным номером регистра Modbus в ответ на прием сообщения-запроса из одного из полевых устройств Modbus в интерфейсном модуле для текущего значения ассоциативно связанного номера регистра Modbus.

Признаки и преимущества изобретения будут очевидны обычным специалистам в данной области техники в просмотре описания вариантов осуществления, которое сделано по отношению к чертежам, краткое описание которых представлено ниже.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - это блок-схема автоматизированной системы управления технологическим процессом, имеющей сеть Modbus управления процессом, соединенную с сетью Fieldbus управления процессом интерфейсным модулем;

Фиг.2 - это функциональная блок-схема интерфейсного модуля Фиг.1; и

Фиг.3 - это часть базы данных карты регистров, отображающая параметры Fieldbus управления процессом в регистрах Modbus.

Осуществление изобретения

Хотя следующий текст формулирует в дальнейшем детальное описание многочисленных разных вариантов осуществления изобретения, необходимо понимать, что допустимые границы изобретения определены формулой изобретения. Детальное описание должно быть истолковано только как типичное и не описывает каждый возможный вариант осуществления изобретения, поскольку описание каждого возможного варианта осуществления будет непрактично, если не невозможно. Многочисленные альтернативные варианты осуществления могут быть выполнены, используя либо известную технологию, либо технологию, разработанную после даты регистрации этой предварительной патентной заявки, которые будут еще попадать в пределы формулы изобретения, определяющей изобретение.

Необходимо понимать, что если термин явно не определен в этой предварительной патентной заявке, используется предложение «При использовании в данном документе термин '______________' настоящим определен, чтобы подразумевать...» или подобное предложение, нет никакого намерения ограничить значение этого термина, или явно или подразумевая, вне его плоскости или обычного значения, и такой термин не будет интерпретирован так, чтобы быть ограниченным в пределах, основанных на любом утверждении, сделанным в любой части этой предварительной патентной заявки.

Обратимся теперь к Фиг.1, автоматизированная система 10 управления технологическим процессом включает в себя сеть 12 Modbus управления процессом, соединенную с сетью 14 Fieldbus управления процессом интерфейсным модулем 16. Сеть 12 Modbus управления процессом может включать в себя хост-устройство или контроллер 18, соединенный с множеством полевых устройств 20-24 Modbus, и пользовательский интерфейс 26, который может функционировать как объект-историк для сети 12 Modbus управления процессом и/или автоматизированной системы 10 управления технологическим процессом. В этой системе хост 18 может быть использован, чтобы осуществить управление процессом в сети 12 Modbus управления процессом и служит как ведущее устройство Modbus, инициирующее транзакции, которые принимаются устройствами 20-24 и пользовательским интерфейсом 26. Устройства 20-24 и пользовательский интерфейс 26 отвечают, поставляя запрошенные данные хосту 18 или предпринимая действие, требуемое запросом.

Сеть 14 Fieldbus управления процессом может включать в себя хост или контроллер 28, соединенный с рядом других устройств, такими как контроллер 30 программной логики (PLC), некоторым количеством контроллеров 32, другим хост-устройством 34 и набором полевых устройств 36-66 через двухпроводной контур Fieldbus или шину 68. Сеть 14 Fieldbus управления процессом может включать в себя разные участки или сегменты 68a, 68b, 68c и 68d. Некоторые сегменты, такие как сегмент 68b, могут быть соединены непосредственно с шиной 68, тогда как другие сегменты, такие как сегменты 68a и 68c, могут быть соединены с шиной 68 мостами 70,74. Дополнительно сеть 14 Fieldbus управления процессом может включать в себя сегменты, такие как 68d, соединенные с сетью 14 Fieldbus управления процессом интерфейсным модулем 16. Каждый из участков 68a, 68b, 68c и 68d связывает поднабор устройств, чтобы разрешить связи между устройствами ранее описанным способом. Чтобы произошла связь, одно из устройств каждого сегмента шины 68 функционирует как активный планировщик связи (например, контроллер 28 и устройства 36, 48, 56 и 64), которые активно планируют и управляют связью в ассоциативно связанном сегменте шины 68.

Сеть 12 Modbus соединена с сетью 14 Fieldbus интерфейсным модулем 16. Интерфейсный модуль 16 соединен с сетью 12 Modbus через Modbus-совместимый порт ввода/вывода (I/O) и с узлами в одном или более из сегментов 68a, 68b, 68c и 68d сети 14 Fieldbus через Fieldbus-совместимые порты ввода/вывода. Чтобы облегчить связи к и от интерфейсного модуля 16 в сети 12 Modbus, интерфейсному модулю 16 назначен адрес устройства Modbus, и хост 18, и другие ведущие устройства Modbus, и интерфейсный модуль 16 сконфигурированы так, что ведущие устройства могут форматировать и передавать сообщения для интерфейсного модуля 16, а интерфейсный модуль 16 может принимать, идентифицировать и обрабатывать сообщения, выполнять запрошенное действие и передавать ответные сообщения ведущим устройствам через порт ввода/вывода Modbus тем же способом, что и другие устройства Modbus.

Интерфейсный модуль 16 может также быть сконфигурирован как ведущее устройство связи так, что интерфейсный модуль 16 может функционировать как активный планировщик связи для одного или более сегментов сети 14 Fieldbus управления процессом, присоединенных к нему. Кроме того, как ранее обсуждено, интерфейсный модуль 16 может также функционировать как мост, чтобы облегчить связи между сегментами, такими как сегмент 68d, который может быть не подсоединен непосредственно к шине 68, и/или другими сегментами 68a, 68b и 68c сети 14 Fieldbus управления процессом.

Как и с сетью 12 Modbus, интерфейсный модуль 16 способен связывать сегменты 68a, 68b, 68c и 68d шины 68, к которой он подключен через порты ввода/вывода Fieldbus. Интерфейсному модулю 16 назначают адрес устройства Fieldbus так, что интерфейсный модуль 16 распознается устройствами 36-66 в сегментах 68a, 68b, 68c и 68d, к которым он подключен. Расписания ведущего связи в LAS-устройствах 36, 48, 56 и 64 сконфигурированы так, что сообщения-маркеры передачи будут переданы интерфейсному модулю 16 во время асинхронных периодов расписаний ведущего связи. VCR в устройствах 36-66 и интерфейсном модуле 16 сконфигурированы так, что интерфейсный модуль 16 может передавать сообщения полевым устройствам 36-66, запрашивающим значения параметров управления процессом, для которых интерфейсный модуль 16 сконфигурирован для хранения, и полевые устройства 36-66 могут передавать ответные сообщения интерфейсному модулю 16, содержащие в себе текущие значения запрошенных параметров Fieldbus управления процессом.

Чтобы сконфигурировать интерфейсный модуль 16 и отобразить на экране данные, собранные в нем, интерфейсный модуль 16 может быть запрограммирован с помощью программного обеспечения web-сервера. Конфигурация интерфейсного модуля 16 может быть совершена по порту ввода/вывода Ethernet, используя стандартное программное обеспечение web-браузера, доступное в любом персональном компьютере, такое как пользовательский интерфейс 78. Web-страницы, предоставленные программным обеспечением web-сервера интерфейсного модуля 16 программному обеспечению web-браузера пользовательского интерфейса 78, позволяют монитору процесса или оператору отображать параметры управления процессом устройств 36-66 сети 14 Fieldbus в регистрах сети Modbus. Web-страницы могут также позволять монитору или оператору просматривать текущие значения параметров Fieldbus управления процессом, отображенных в регистрах Modbus и сохраненных в интерфейсном модуле 16.

Обратимся теперь к чертежу 2, интерфейсный модуль 16 может включать в себя контроллер 80, соединенный с памятью 82, модулем 84 ввода/вывода Modbus, модулями 86-92 ввода/вывода Fieldbus и модулем 94 ввода/вывода Ethernet. Контроллер 80 может быть осуществлен в аппаратных средствах, которые коммерчески доступны, такие как 16- или 32- битные, 16 МГц (MHZ) микроконтроллер 80C960SA, который коммерчески доступен от Intel, или может быть осуществлен в любом другом подходящем микроконтроллере. Контроллер 80 может включать в себя процессор 96, который коммуникационно соединен с памятью 98 через шину 100. Память 98 контроллера 80 может быть оперативной памятью (RAM), постоянной памятью (ROM), такой как полупроводниковая ROM, или любой подходящей комбинацией их. Альтернативно или дополнительно, память 98 может включать в себя любую из, или любую подходящую комбинацию из: электрически стираемого программируемого постоянного запоминающего устройства (EEPROM), одноразово программируемого электрически программируемого постоянного запоминающего устройства (OTP EPROM), статического оперативного запоминающего устройства (SRAM), флэш-памяти или любого другого подходящего элемента памяти, может быть внешне соединена с процессором 96 контроллера 80. Более того, память может быть осуществлена в других компьютерно-читаемых носителях, таких как оптические носители, например CD-диски, перезаписываемые CD, DVD и т.п. или магнитные носители, например, гибкие диски, жесткие диски, zip-диски и т.п.

Модуль 84 ввода/вывода Modbus соединяет контроллер 80 с хостом 18 сети 12 Modbus, используя, например, последовательный порт RS485, порт для Ethernet-соединения, такой как стандартный RJ 45/10/100bt разъем, или любое другое подходящее соединение с сетью Modbus, известное в данной области техники. Модуль 84 ввода/вывода Modbus сконфигурирован, чтобы соединяться с хостом 18, используя протокол Modbus. Например, модуль 84 ввода/вывода Modbus сконфигурирован, чтобы принимать сообщения, переданные по сети 12 Modbus, и определять сообщения, переданные хостом 18 или другими ведущими устройствами, содержащими адрес Modbus, назначенный интерфейсному модулю 16. После определения модуль 84 ввода/вывода Modbus способен извлекать и, если необходимо, переформатировать данные, содержащиеся в сообщении, и передавать информацию контроллеру 80 для выполнения запроса из хоста 18. Модуль 84 ввода/вывода Modbus дополнительно сконфигурирован, чтобы принимать данные из контроллера 80, которые могут быть предоставлены в ответе на запрос из хоста 18, форматировать соответствующее сообщение протокола Modbus и передавать сообщение по сети 12 Modbus.

Подобным образом модули 86-92 ввода/вывода Fieldbus соединяют контроллер 80 с сегментами 68a, 68b, 68c и 68d, используя, например, карты ввода/вывода HI, и облегчают связи между контроллером 80 и полевыми устройствами 36-66 Fieldbus. Один или более из модулей 86-92 ввода/вывода Fieldbus подсоединяют к узлам сегментов 68a, 68b, 68с и 68d соответственно, а интерфейсному модулю 16 назначают адрес Fieldbus, чтобы использоваться в связи с полевыми устройствами 36-66, подключенными к сегментам 68a, 68b, 68c и 68d. Активные расписания связи конфигурируют так, что сообщения-маркеры передачи для интерфейсного модуля 16 передаются LAS полевыми устройствами 36, 48, 56 и 64 во время асинхронных периодов связи расписаний. Модули 86, 88, 90 и 92 ввода/вывода Fieldbus определяют сообщения-маркеры передачи для интерфейсного модуля 16 и любые другие сообщения для интерфейсного модуля 16, переданные по сегментам 68a, 68b, 68c и 68d, и передают информацию в сообщениях контроллеру 80 для обработки. Когда интерфейсный модуль 16 связывается с полевыми устройствами 36-66 сети 14 Fieldbus, контроллер 80 вызывает модули 86, 88, 90 и 92 ввода/вывода Fieldbus, чтобы отформатировать сообщения протокола Fieldbus и передать сообщения по соответствующему сегменту 68a, 68b, 68c и 68d Fieldbus.

Как ранее обсуждалось, интерфейсный модуль 16 может быть запрограммирован с помощью стандартного программного обеспечения web-сервера так, что компьютер с web-браузером, подключенный к нему, может быть использован, чтобы сконфигурировать интерфейсный модуль 16 и чтобы просмотреть информацию управления процессом, сохраненную в нем. Модуль 94 ввода/вывода Ethernet подключен к контроллеру 80 и включает в себя порт для Ethernet-соединения, такой как, например, стандартный RJ 45/10/100bt разъем. В зависимости от специфического осуществления интерфейсного модуля 16 Ethernet-подключение может быть использовано, чтобы подключить интерфейсный модуль 16 непосредственно к пользовательскому интерфейсу 78 или, альтернативно, к локальной вычислительной сети, в которой множество связанных в сеть устройств с программным обеспечением web-браузера могут быть предоставлены с доступом к информации, содержащейся в интерфейсном модуле 16.

В одном варианте осуществления интерфейсный модуль сконфигурирован, чтобы получать и сохранять информацию управления процессом из сети 14 Fieldbus управления процессом и чтобы предоставлять сохраненную информацию Fieldbus управления процессом сети 12 Modbus управления процессом после приема запроса из одного из ведущих устройств, таких как хост 18, сети 12 Modbus управления процессом. Для того, чтобы позволить устройствам в сети 12 Modbus запрашивать значения параметров управления процессом, используемых в сети 14 Fieldbus, параметры управления процессом, используемые в сети 14 Fieldbus, отображены в регистрах Modbus со значениями параметров управления процессом, сохраняемых в интерфейсном модуле 16 в базе данных карты регистров в памяти 98. После того как параметры Fieldbus управления процессом отображены в регистрах Modbus, ведущие устройства Modbus конфигурируют так, чтобы передать сообщения интерфейсному модулю 16, запрашивающему значения регистров Modbus, в которых отображены параметры Fieldbus управления процессом. После получения сообщений-запросов в интерфейсном модуле 16, процессор 96 контроллера 80 отыскивает значения, сохраненные в базе данных карты регистров в памяти 98, соответствующие номерам регистров в сообщениях-запросах, и вызывает модуль 84 ввода/вывода Modbus, чтобы отформатировать и отправить ответные сообщения Modbus с номерами регистров и соответствующими значениями параметра Fieldbus управления процессом. Ведущие устройства Modbus принимают и обрабатывают ответные сообщения тем же способом, что и любые ответные сообщения, переданные ведомыми устройствами Modbus.

Как ранее обсуждалось, параметры Fieldbus управления процессом отображаются в регистрах Modbus в базе данных карты регистров, сохраненной в памяти 98 интерфейсного модуля 16. Фиг. 3 иллюстрирует один пример базы 100 данных карты регистров, которая может быть создана в интерфейсном модуле 16 и сохранена в памяти 98 контроллера 80. Для каждого параметра Fieldbus управления п