DE19940230A1 - Interface in Form eines Schattenfunktionsblockes für die Verwendung in einem Prozessregelnetzwerk - Google Patents
Interface in Form eines Schattenfunktionsblockes für die Verwendung in einem ProzessregelnetzwerkInfo
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Abstract
Ein Prozeßkontroller, der kommunikativ mit einer externen Bereichsvorrichtung über ein Kommunikationsnetzwerk gekoppelt ist, verwendet einen Schattenfunktionsblock, der innerhalb eines Prozeßkontrollers angeordnet ist, um eine Implementierung einer Steuer- oder Regelroutine zu ermöglichen, die sowohl einen internen Funktionsblock, der innerhalb des Prozeßkontrollers angeordnet ist, als auch einen externen Funktionsblock, der innerhalb der externen Bereichsvorrichtung angeordnet ist, verwendet. Der Schattenfunktionsblock enthält einen Kommunikationsport, der mit dem externen Funktionsblock über das Kommunikationsnetzwerk kommuniziert, um dadurch Daten, die den externen Funktionsblock betreffen, zu empfangen, enthält einen Speicher, der die empfangenen Daten gemäß einem Konfigurationsprotokoll des internen Funktionsblocks separiert, und einen Ausgang, der die gespeicherten externen Funktionsblockdaten in den internen Funktionsblock gemäß dem Konfigurationsprotokoll des internen Funktionsblocks liefert. Der Kommunikationsport des Interface-Funktionsblocks kann einen Ausgang enthalten, der Daten, die durch den Kontroller oder den internen Funktionsblock erzeugt worden sind, zu dem externen Funktionsblock unter Verwendung des Kommunikationsprotokolls sendet, welches dem externen Funktionsblock zugeordnet ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Prozeßregelnetzwerke und
spezieller einen Prozeßkontroller, der Schattenfunktionsblöc
ke verwendet, um Informationen wiederzugeben, die externen
Funktionsblöcken zugeordnet sind, welche in einem Prozeßre
gelnetzwerk verteilt sind.
Prozeßregelnetzwerke, wie beispielsweise solche, die in che
mischen, Mineralöl- oder anderen Prozessen verwendet werden,
enthalten im allgemeinen einen zentralisierten Prozeßkontrol
ler, der kommunikativ mit einer oder mehreren Gebiets- oder
Bereichsvorrichtungen gekoppelt ist, die beispielsweise Ven
tilstellglieder, Schalter, Sensoren (wie z. B. Temperatur-,
Druck- und Strömungsratensensoren) usw. sein können. Diese
Bereichsvorrichtungen können Steuerfunktionen innerhalb des
Prozesses durchführen (wie das Öffnen oder Schließen eines
Ventils), können Messungen innerhalb des Prozesses vornehmen,
die für die Steuerung oder Regelung der Arbeitsweise des Pro
zesses verwendet werden, oder können irgendeine andere ge
wünschte Funktion innerhalb des Prozesses ausführen. Prozeß
regler wurden in historischer Weise an die Bereichsvorrich
tungen über eine oder mehrere analoge Signalleitungen oder
Busse angeschlossen, die beispielsweise 4-20 mA (Milliampere)
Signale zu und von den Bereichsvorrichtungen leiten. Allge
mein gesagt, empfängt der Prozeßkontroller Signale, welche
die Messungen angeben, die durch einen oder durch mehrere Be
reichsvorrichtungen vorgenommen wurden und/oder andere Infor
mationen anzeigen, die zu einer oder zu mehreren Bereichsvor
richtungen gehören, und er verwendet diese Informationen, um
eine typische komplexe Steuerroutine zu implementieren, und
erzeugt dann Steuersignale, die über die analogen Signalbusse
zu einer oder mehreren der Bereichsvorrichtungen gesendet
werden, um dadurch den Betrieb des Prozesses zu steuern.
Kürzlich kam Bewegung in die Prozeßregel- oder -steuer- indu
strie, um bereichsbasierende digitale Kommunikationen in der
Prozeßregelumgebung zu implementieren. Beispielsweise hat die
Prozeßregelindustrie eine Anzahl von offenen, digitalen oder
kombinierten digitalen und analogen Standardkommunikations
protokollen entwickelt, wie beispielsweise die HART®,
PROFIBUS®, WORLDFIP®, Device-Net® und CAN-Protokolle. Diese
digitalen Kommunikationsprotokolle ermöglichen es mehreren
Bereichsvorrichtungen, an einen bestimmten Bus angeschlossen
zu werden, sie unterstützen mehrere und schnelle Kommunika
tionen zwischen den Bereichsvorrichtungen und dem Kontroller
und/oder ermöglichen es den Bereichsvorrichtungen, mehrere
und unterschiedliche Typen von Informationen, wie beispiels
weise Informationen, die den Status und die Konfiguration der
Bereichsvorrichtung selbst betreffen, zu dem Prozeßkontroller
zu senden. Ferner ermöglichen es diese digitalen Standardpro
tokolle den Bereichsvorrichtungen, die von unterschiedlichen
Herstellern hergestellt wurden, zusammen mit dem gleichen
Prozeßregelnetzwerk verwendet zu werden.
Auch gibt es nunmehr Bewegung innerhalb der Prozeßregelindu
strie, die Prozeßregelung oder -steuerung zu dezentralisie
ren, wodurch die Prozeßkontroller vereinfacht werden. Eine
dezentralisierte Steuerung oder Regelung wird dadurch erhal
ten, daß bereichsmontierte Prozeßsteuervorrichtungen, wie
beispielsweise Ventilstellglieder, Sender usw., eine oder
mehrere Prozeßsteuerfunktionen durchführen, und zwar unter
Verwendung von Einrichtungen, die in typischer Weise als
Funktionsblöcke bezeichnet werden, und indem dann Daten über
eine Busstruktur für die Verwendung durch andere Prozeßsteu
ervorrichtungen (oder Funktionsblöcke) bei der Ausführung an
derer Steuerfunktionen übertragen werden. Um diese Steuer
funktionen zu implementieren, enthält jede Prozeßsteuervor
richtung in typischer Weise einen Mikroprozessor mit der Fä
higkeit, einen oder mehrere Funktionsblöcke zu implementie
ren, als auch die Fähigkeit, mit anderen Prozeßsteuervorrich
tungen zu kommunizieren, und zwar unter Verwendung eines of
fenen Standardkommunikationsprotokolls. In dieser Weise kön
nen Bereichsvorrichtungen innerhalb eines Prozeßregelnetz
werks miteinander verbunden werden, um miteinander zu kommu
nizieren und um eine oder mehrere Prozeßsteuerfunktionen un
ter Bildung einer Regelschleife durchzuführen, und zwar ohne
Einschreiten eines zentralisierten Prozeßkontrollers. Das ge
samtdigitale Zweidraht-Busprotokoll, welches durch die Field
bus Foundation entworfen wird, bekannt als FOUNDATION (einge
tragene Marke) Fieldbus- (im folgenden als "Fieldbus" be
zeichnet) Protokoll bekannt ist, ist ein offenes Kommunikati
onsprotokoll, welches es den Vorrichtungen, die von unter
schiedlichen Herstellern stammen, ermöglicht, untereinander
zusammenzuarbeiten und zu kommunizieren, und zwar über einen
Standardbus, um eine dezentralisierte Steuerung innerhalb es
Prozesses zu bewirken.
Da digitale Kommunikationsprotokolle und dezentralisierte
Steuerungsschemata (wie solche, die in der Fieldbus-Steuer- oder
-Regelumgebung verwendet werden) so neu sind, verwenden
Prozesse, welche diese Protokolle implementieren, diese le
diglich in einem eingeschränkten Ausmaß. Als ein Ergebnis un
terstützen neuere Prozeßkontroller, wie der Delta V- (einge
tragene Marke) Prozeßkontroller, der durch Fisher-Rosemount
Systems hergestellt wird, sowohl analoge als auch digitale
Kommunikationsprotokolle und es kann eine Hardware so pro
grammiert werden, um die Steuerung in einem Prozeß zu imple
mentieren, der Bereichsvorrichtungen enthält, die unter Ver
wendung von analogen Standardprotokollen kommunizieren, wie
beispielsweise einem 4-20 mA Protokoll, und unter Verwendung
von einem oder mehreren neueren digitalen Protokollen, wie
dem Fieldbus-Protokoll.
Es stellten sich jedoch Probleme ein, wenn versucht wurde,
die Steuerung von analogen und digitalen Bereichsvorrichtun
gen zu integrieren, und zwar speziell bei den Fieldbus-Be
reichsvorrichtungen in einem Prozeßregelnetzwerk, welches
einen zentralisierten Kontroller verwendet. Da die Steuer
funktionen für analoge Bereichsvorrichtungen und einige digi
tale Bereichsvorrichtungen innerhalb des zentralisierten Pro
zeßkontrollers implementiert sind, werden alle erforderlichen
Informationen über diese Bereichsvorrichtungen innerhalb des
zentralisierten Prozeßkontrollers empfangen und gespeichert.
Dies macht es seinerseits möglich, daß der zentralisierte
Prozeßkontroller die Steuerung unterschiedlicher analoger und
digitaler Bereichsvorrichtungen integriert, die die momentane
Konfiguration und Zustand von Abschnitten des Prozeßregel
netzwerks darstellt, in welchem diese Vorrichtungen gelegen
sind, um Änderungen in der Prozeßregelnetzwerkkonfiguration
in bezug auf diese Vorrichtungen usw. vorzunehmen. Wenn je
doch ein dezentralisiertes Steuerschema, wie beispielsweise
das Fieldbus-Steuerschema in einem Teil des Prozesses verwen
det wird, braucht der zentralisierte Prozeßkontroller keinen
direkten Zugriff mehr auf all die laufenden Informationen zu
haben, die durch die Prozeßsteuervorrichtungen verwendet wer
den oder diesen zugeordnet sind, die der dezentralisierten
Steuerung unterworfen sind. Tatsächlich sind einige dezentra
lisierte Prozeßsteuerprotokolle, wie beispielsweise das
Fieldbus-Protokoll, spezifisch so ausgelegt, daß es nicht er
forderlich ist, Informationen zu einem zentralisierten Pro
zeßkontroller auf einer regulären Grundlage zu senden. Diese
Tatsache macht es für den zentralisierten Prozeßkontroller
schwierig, die Steuerung von analogen oder anderen digitalen
Bereichsvorrichtungen mit den Bereichsvorrichtungen zu inte
grieren, die der dezentralisierten Steuerung unterworfen
sind. Es macht es auch für den zentralisierten Prozeßkontrol
ler schwierig, den laufenden oder momentanen Zustand der Vor
richtungen als Modell nachzubilden oder darzustellen, die der
dezentralisierten Steuerung unterworfen sind, oder dies in
nerhalb eines dezentralisierten Abschnitts des Prozeßregel
netzwerks durchzuführen.
Tatsächlich müssen für den zentralisierten Prozeßkontroller,
der die Informationen von dem dezentralisierten Steuerab
schnitt des Prozeßregelnetzwerks empfängt, die Bereichsvor
richtungen (oder Funktionsblöcke) innerhalb dieses Abschnitts
des Prozesses spezifisch konfiguriert sein, um Informationen
direkt zu dem zentralisierten Prozeßkontroller zu senden (was
bedeutet, daß der zentralisierte Prozeßkontroller all diese
Informationen empfangen und handhaben muß, wobei der größte
Teil derselben für die Betriebsweise des zentralisierten Pro
zeßkontrollers nicht erforderlich ist). Alternativ muß der
zentralisierte Prozeßkontroller aktiv anfragen, um die von
ihm benötigten Informationen zu empfangen. Da solch einer An
frage keine höhere Priorität in beispielsweise dem Field
bus-Protokoll gegeben wird, und zwar zu der Zeit, in der der zen
tralisierte Prozeßkontroller die angefragten Informationen
empfängt, können diese Information veraltet sein. Es ist fer
ner für den zentralisierten Prozeßkontroller schwierig, wenn
nicht unmöglich, Daten anzufragen und zu empfangen, die zu
einer spezifizierten Zeit oder Zeitpunkt aktiv oder momentan
vorhanden sind. Statt dessen empfängt der zentralisierte Pro
zeßkontroller lediglich die Daten zu dem Zeitpunkt, zu wel
chem die Anfrage die Bereichsvorrichtung erreicht. Darüber
hinaus ist die Kommunikation zwischen dem zentralisierten
Prozeßkontroller und den Bereichsvorrichtungen innerhalb des
dezentralisierten Abschnitts des Prozesses hoch spezialisiert
und erfordert ein beträchtliches Wissen über das dezentrali
sierte Steuerprotokoll, was es für den Konstrukteur oder Ent
wickler der zentralisierten Prozeßsteuerroutine schwierig
macht, diese Kommunikation auf einer gewünschten Basis zu im
plementieren.
Die vorliegende Erfindung zielt auf die Verwendung von Schat
tenfunktionsblöcken ab, um in einem zentralisierten Prozeß
kontroller die Steuerung der Funktionsblöcke, die in dem zen
tralisierten Kontroller vorherrschen, mit solchen zu inte
grieren, die in einer externen Vorrichtung vorherrschen, wie
beispielsweise einer Bereichsvorrichtung. Die vorliegende Er
findung kann auch dafür verwendet werden, einem Kontroller
die Möglichkeit zu geben, Vorrichtungen oder Funktionsblöcke
zu steuern oder mit diesen zu kommunizieren, die in einem
Kommunikationsnetzwerk gelegen sind oder die ein Kommunikati
onsprotokoll verwenden, welches von demjenigen verschieden
ist, welches der Kontroller verwendet. Speziell wird ein
Schattenfunktionsblock in dem zentralisierten Kontroller er
stellt oder eingerichtet, um die Daten, die einem externen
Funktionsblock zugeordnet sind, der in einer externen Vor
richtung, wie beispielsweise einer Bereichsvorrichtung, gele
gen ist, zu spiegeln, und zwar in Einklang mit einem dezen
tralisierten Steuer- und Kommunikationsprotokoll. Die Steuer
routine des zentralisierten Kontrollers kommuniziert mit dem
externen Funktionsblock über den Schattenfunktionsblock, so
als ob der externe Funktionsblock durch den zentralisierten
Kontroller implementiert wäre. Der Schattenfunktionsblock er
hält automatisch die momentanen Informationen, die dem exter
nen Funktionsblock zugeordnet sind, und sendet Befehle zu dem
externen Funktionsblock unter Verwendung des Protokolls, wel
ches dem externen (z. B. dezentralisierten) Steuerprotokoll
zugeordnet ist. Im Falle eines Fieldbus-Protokolls wird diese
Kommunikation unter Verwendung von sowohl synchronen als auch
asynchronen Kommunikationen erreicht. Jedoch kommuniziert der
Schattenfunktionsblock mit anderen Funktionsblöcken innerhalb
des zentralisierten Kontrollers so, als ob der externe Funk
tionsblock vollständig durch den zentralisierten Kontroller
implementiert wäre.
Unter Verwendung des Schattenfunktionsblockes der vorliegen
den Erfindung kann die zentralisierte Prozeßsteuerroutine auf
den neuesten Stand gebrachte Informationen um den tatsächli
chen Funktionsblock herum in einer Realzeit oder nahezu auf
Realzeitbasis empfangen, da diese Informationen in dem Schat
tenfunktionsblock gespiegelt werden, der immer für die zen
tralisierte Prozeßsteuerroutine zugänglich ist. In ähnlicher
Weise kann die zentralisierte Prozeßsteuerroutine Befehle zu
dem tatsächlichen Funktionsblock dadurch senden, indem sie
einen Befehl zu dem Schattenfunktionsblock ungeachtet des
Typs oder der Lage der Vorrichtung sendet, in welcher der
tatsächliche Funktionsblock gelegen ist. Der Schattenfunkti
onsblock setzt dann diesen Befehl unmittelbar in Verbindung
zu dem tatsächlichen Funktionsblock unter Verwendung geeigne
ter Kommunikationsbefehle, die dem dezentralisierten Prozeß
steuerprotokoll zugeordnet sind. Auf diese Weise braucht die
zentralisierte Prozeßsteuerroutine keine signifikante Daten
basissteuerung in bezug auf die Bereichsvorrichtungen durch
zuführen, und zwar innerhalb des dezentralisierten Steuerab
schnitts des Prozesses, da die Informationen, die sie für die
Bereichsvorrichtungen innerhalb des dezentralisierten Ab
schnitts des Prozeßregelnetzwerks, in dem Schattenfunktions
block bzw. den Schattenfunktionsblöcken gelegen sind. In ähn
licher Weise braucht die zentralisierte Prozeßsteuerroutine
nicht spezifische programmiert zu werden, um mit den komple
xen und fordernden Aufgaben der Kommunikation in dem dezen
tralisierten Prozeßsteuerprotokoll fertig zu werden, da diese
Kommunikation automatisch durch den Schattenfunktionsblock
durchgeführt wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Inter
face oder Schattenfunktionsblock dafür ausgebildet, um in ei
nem Prozeßkontroller verwendet zu werden, der kommunikativ
mit einer externen Vorrichtung über ein Kommunikationsnetz
werk gekoppelt ist, um dem Prozeßkontroller die Möglichkeit
zu geben, eine Steuerroutine unter Verwendung von sowohl dem
internen Funktionsblock, der in dem Prozeßkontroller vor
herrscht, als auch eines externen Funktionsblockes, der in
nerhalb der externen Vorrichtung vorhanden ist, zu implemen
tieren. Das Interface oder der Schattenfunktionsblock gemäß
diesem Aspekt der Erfindung enthält einen Kommunikationsport
mit einem Eingang, der mit dem externen Funktionsblock über
das Kommunikationsnetzwerk kommuniziert, um dadurch Daten zu
empfangen, die zum externen Funktionsblock gehören, und ent
hält einen Speicher, der die empfangenen Daten, die zu dem
externen Funktionsblock gehören, gemäß einem Konfigurations
protokoll des internen Funktionsblockes speichert. Wenn es
erwünscht ist, kann der Interface-Funktionsblock auch einen
Ausgang aufweisen, der die gespeicherten externen Funktions
blockdaten zu dem internen Funktionsblock liefert, und zwar
unter Verwendung des Konfigurationsprotokolls des internen
Funktionsblocks. In ähnlicher Weise kann der Kommunikati
onsport des Interface-Funktionsblocks einen Ausgang enthal
ten, der Daten (wie beispielsweise verkettete Daten oder Be
fehle) zu dem externen Funktionsblock sendet, und zwar unter
Verwendung eines Kommunikationsprotokolls, welches dem exter
nen Funktionsblock zugeordnet ist.
In bevorzugter Weise empfängt der Kommunikationsport des In
terface-Funktionsblocks die Daten, die zu dem externen Funk
tionsblock gehören, unabhängig von der Operation der internen
Funktionsblöcke. In ähnlicher Weise kommuniziert bei einer
Ausführungsform der externe Funktionsblock über das Kommuni
kationsnetzwerk unter Verwendung eines ersten Kommunikations
protokolls, welches verschieden ist von einem zweiten Kommu
nikationsprotokoll, welches dem internen Funktionsblock zuge
ordnet ist, und in diesem Fall kommuniziert der Kommunikati
onsport mit dem externen Funktionsblock unter Verwendung des
ersten Kommunikationsprotokolls und der Ausgang des Inter
face-Funktionsblocks kommuniziert mit dem internen Funktions
block gemäß dem zweiten Kommunikationsprotokoll.
Wenn es gewünscht wird, kann das erste Kommunikationsproto
koll, welches dem externen Funktionsblock zugeordnet ist, ein
Fieldbus-Kommunikationsprotokoll sein. In diesem Fall kann
der Kommunikationsport eine Interfacevorrichtung (wie bei
spielsweise eine Interfacekarte) verwenden, die dafür konfi
guriert ist, um mit der externen Vorrichtung unter Verwendung
des Fieldbus-Kommunikationsprotokolls zu kommunizieren, um
dadurch eine Kommunikation mit dem externen Funktionsblock
vorzunehmen. Der Kommunikationsport kann beispielsweise mit
dem externen Funktionsblock unter Verwendung synchroner Kom
munikationen kommunizieren, wie beispielsweise die Herausge
ber-/Teilnehmerbeziehungen des Fieldbus-Kommuni
kationsprotokolls und/oder kann asynchrone Kommunika
tionen verwenden, wie z. B. die Betrachtungsobjekte in dem
Fieldbus-Kommunikationsprotokoll. Allgemeiner kann die exter
ne Vorrichtung unter Verwendung eines Vorrichtungs-Kommuni
kationsprotokolls kommunizieren, welches die Kommuni
kation der logisch verketteten Pakete an Daten unter Verwen
dung von standardisierten Kommunikationsrufen unterstützt,
wie beispielsweise die Betrachtungsobjekte und die Betrach
tungswarnungen des Fieldbus-Kommunikationsprotokolls, und es
kann der Kommunikationsport mit dem externen Funktionsblock
unter Verwendung der standardisierten Kommunikationsrufe kom
munizieren. In ähnlicher Weise kann der Kommunikationsport
Alarmanzeigen von dem externen Funktionsblock empfangen und
kann diese Alarmanzeigen in dem Speicher für die Verwendung
durch den Kontroller speichern.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält
ein Kontroller, der dafür geeignet ist, um kommunikativ an
eine Vielzahl von Bereichsvorrichtungen gekoppelt zu werden,
einen Speicher und eine Steuerroutine enthalten, die in dem
Speicher abgespeichert ist und die durch den Prozessor imple
mentiert ist, um die Vielzahl der Bereichsvorrichtungen zu
steuern. Die Steuerroutine enthält eine Vielzahl von mitein
ander verbundenen internen Funktionsblöcken, die unter Ver
wendung eines Kontrollerprotokolls konfiguriert sind, so daß
sie durch den Kontroller implementiert werden, und kann einen
Interface-Funktionsblock enthalten, der mit einem der mitein
ander verbundenen internen Funktionsblöcken kommuniziert, un
ter Verwendung des Kontrollerprotokolls und der mit einem ex
ternen Funktionsblock kommuniziert, der in einer externen Be
reichsvorrichtung vorhanden ist, und zwar unter Verwendung
eines Bereichsvorrichtungs-Kommunikationsprotokolls. Der In
terface-Funktionsblock speichert Daten, die zu dem externen
Funktionsblock gehören und von dem externen Funktionsblock
für die Verwendung durch die Steuerroutine empfangen werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung spei
chert ein Verfahren zum Implementieren einer Steuerroutine
innerhalb eines Prozeßkontrollers, innerhalb des Kontrollers
eine Vielzahl von miteinander verbundenen internen Funktions
blöcken, die gemäß einem Kontrollerprotokoll konfiguriert
sind, um einen Teil der Kontrollerroutine zu implementieren.
Das Verfahren erzeugt auch innerhalb des Kontrollers einen
Interface-Funktionsblock, der gemäß dem Kontrollerprotokoll
konfiguriert ist, der jedoch mit einem externen Funktions
block kommuniziert, der in einer externen Bereichsvorrichtung
gelegen ist, und zwar unter Verwendung eines Vorrichtungs-Kommuni
kationsprotokolls, welches der externen Vorrichtung
zugeordnet ist. Das Verfahren erzeugt dann eine Steuerrouti
ne, welche die Vielzahl der miteinander verbundenen internen
Funktionsblöcke und den Interface-Funktionsblock verwendet,
um den Prozeß zu steuern oder zu regeln und während der Im
plementierung der Steuerroutine werden Daten gespeichert, die
dem externen Funktionsblock zugeordnet sind und von diesem
empfangen werden, und zwar in dem Interface-Funktionsblock
für die Verwendung durch die Steuerroutine, so als ob der ex
terne Funktionsblock durch den Kontroller als einer der in
ternen Funktionsblöcke implementiert wäre.
Das Verfahren kann einem Anwender auch erlauben, die Steuer
routine dadurch zu konfigurieren, indem jeder eine Anzahl von
Funktionsblöcken, die in der Steuerroutine verwendet werden
sollen, spezifiziert wird, die Verbindungen zwischen den spe
zifizierten Funktionsblöcken, die in der Steuerroutine zu
verwenden sind, identifiziert werden und die Stelle oder Ort
eines bestimmten spezifizierten Funktionsblockes spezifiziert
wird, und zwar als ein interner Funktionsblock, der in dem
Kontroller implementiert ist, oder als ein externen Funkti
onsblock, der durch eine Bereichsvorrichtung implementiert
ist. In dem Fall, bei welchem ein Funktionsblock in einer ex
ternen Vorrichtung zu implementieren ist, enthält das Verfah
ren den Schritt gemäß einer Auswahl einer externen Vorrich
tung aus einer Liste oder einem Satz von Vorrichtungen, die
in dem System verbunden oder angeschlossen sind.
Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines bei
spielhaften Prozeßregelnetzwerks, welches zentrali
sierte und dezentralisierte Prozeßsteuerabschnitte
darin enthält;
Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild von drei
Standardfunktionsblöcken, die einer oder mehreren
Fieldbus-Bereichsvorrichtungen zugeordnet sind;
Fig. 3 ist ein Zeitsteuerschema für einen Makrozyklus ei
nes Segments eines Fieldbus-Busses, der innerhalb
des Prozeßregelnetzwerks von Fig. 1 gelegen ist;
Fig. 4 ist ein schematisches Blockschaltbild, welches die
Verbindung eines Schattenfunktionsblockes mit ande
ren Funktionsblöcken herausgreift, die einer zen
tralisierten Prozeßsteuerroutine zugeordnet sind
und innerhalb eines zentralisierten Prozeßkontrol
lers gelegen sind;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm eines Teiles eines Prozeßre
gelsystems unter Verwendung des Schattenfunktions
blockes der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, welches die Installation ei
nes Steuermoduls innerhalb des Kontrollers von Fig.
1 veranschaulicht;
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, welches die Installation ei
nes aktiven Verbindungsgliedplans in dem Fieldbus-Ab
schnitt des Prozeßregelnetzwerks von Fig. 1 ver
anschaulicht;
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, welches die Installation von
Veröffentlicher-Bindegliedern in dem Fieldbus-Ab
schnitt des Prozeßregelnetzwerks von Fig. 1 veran
schaulicht;
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, welches die Installation ei
ner Vorrichtungskonfiguration in einer Vorrichtung
innerhalb des Fieldbus-Abschnitts des Prozeßregel
netzwerks von Fig. 1 veranschaulicht;
Fig. 10 ist ein Flußdiagramm, welches die Installation ei
nes Funktionsblockes innerhalb einer Vorrichtung in
dem Fieldbus-Abschnitt des Prozeßregelnetzwerks von
Fig. 1 veranschaulicht;
Fig. 11 ist ein Flußdiagramm, welches die Betriebsweise des
Funktionsblocks und darauf bezogener Komponenten
während des Betriebs eines zentralisierten Steuer
moduls veranschaulicht, und zwar unter Verwendung
des Schattenfunktionsblockes; und
Fig. 12 ist ein Flußdiagramm, welches die Kommunikation von
Daten und von Schreibanfragen von einem Block in
einem zentralisierten Kontroller oder einem Anwen
der zu einem externen Funktionsblock in einer Be
reichsvorrichtung unter Verwendung des Schatten
funktionsblockes der Erfindung veranschaulicht.
Gemäß Fig. 1 ist ein Prozeßregelnetzwerk 10 in Blockdiagramm
form veranschaulicht. Das Prozeßregelnetzwerk 10 enthält ei
nen zentralisierten Prozeßkontroller 12, der eine Prozeßsteu
erroutine, die in diesem gespeichert ist, implementieren
kann. Der Kontroller 12 kann, um hier lediglich ein Beispiel
zu nennen, der DeltaV (eingetragene Marke) Kontroller sein,
der durch Fisher-Rosemount Systems vertrieben wird, und kann
an verschiedene Workstations, wie beispielsweise Personalcom
puter (PCs) 14 über einen Hub 16 und Ethernet-Verbindungen 18
verbunden sein. In dieser Konfiguration können die PCs 14
durch eine oder mehrere Bedienungspersonen oder Anwender ver
wendet werden, um mit dem Prozeßkontroller 18 eine Kommunika
tion herzustellen, um dadurch Informationen zu erhalten, die
das Prozeßregelnetzwerk 10 betreffen, um den Status des Pro
zeßregelnetzwerks 10 zu überblicken oder zu ändern, um Infor
mationen zu erhalten, die die einzelnen Bereichsvorrichtungen
innerhalb des Prozeßregelnetzwerks 10 betreffen usw. Wenn der
Kontroller 12 aus einem DeltaV-Kontroller besteht, kann er
einen graphischen Ausschnitt der Prozeßsteuer- oder -regel
routine innerhalb des Kontrollers 12 zu dem Anwender liefern,
und zwar über einen der PCs 14, wobei die Funktionsblöcke
oder Steuerblöcke innerhalb der Prozeßsteuerroutine veran
schaulicht werden und auch die Art, in welcher diese Funkti
onsblöcke miteinander verkettet sind, um die Steuerung oder
Regelung eines Prozesses zu bewirken. Der Anwender hat die
Möglichkeit, die Prozeßsteuer- oder -regelroutine zu ändern,
und zwar innerhalb des zentralisierten Prozeßreglers 12, in
dem er den graphischen Ausschnitt der Funktionsblöcke inner
halb der Steuer- oder Regelroutine manipuliert, um Funktions
blöcke von dieser Steuerroutine wegzulassen oder zu dieser
hinzuzufügen und/oder den Weg zu ändern, in welchem die Funk
tionsblöcke, die der Steuerroutine zugeordnet sind, verkettet
sind, das heißt den Weg oder die Art, in welcher sie verbun
den sind.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist der zentralisierte Kon
troller 12 mit zahlreichen Bereichsvorrichtungen (field devi
ces) verbunden, die über einen Prozeß hinweg verteilt gelegen
sind (allgemein durch das Bezugszeichen 19 angezeigt) . Der
zentralisierte Kontroller 12 kann über irgendwelche Standard
typen I/O-Karten 20 und 22 mit den Bereichsvorrichtungen 26,
28, 30, 32, 34 und 36 kommunizieren, die der zentralisierten
Steuerung von dem Kontroller 12 unterworfen sind. Die
I/O-Karte 20 kann beispielsweise eine analoge I/O-Karte sein, die
den Kontroller 12 mit analogen Bereichsvorrichtungen 24 und
26 verbindet, die über 4-20-mA-Busse 38 kommunizieren. In
ähnlicher Weise kann die I/O-Karte 22 eine digitale oder kom
binierte digitale und analoge I/O-Karte sein, die mit digita
len oder gemischten digitalen und analogen Bereichsvorrich
tungen in irgendeinem gewünschten Format kommuniziert, inklu
sive beispielsweise dem 4-20-mA-Analogformat oder irgendeinem
bekannten oder standardisierten Digitalformat. Natürlich kön
nen die Bereichsvorrichtungen 26, 28, 30, 32, 34 und 36 von
irgendeinem gewünschten Typ von Bereichsvorrichtungen beste
hen, beispielsweise aus Sendern, Sensoren, Ventilstellglie
dern, Ventilsteuervorrichtungen usw. Es sei in Verbindung mit
dem Beispiel des in Fig. 1 veranschaulichten Prozeßregelnetz
werks 10 darauf hingewiesen, daß die Bereichsvorrichtungen
26-36 Abschnitten des Prozesses 19 zugeordnet sind, die einer
zentralisierten Steuerung durch die Steuerroutine innerhalb
des Kontrollers 12 unterworfen sind.
Der Kontroller 12 ist ebenfalls kommunikativ mit einer Inter
facekarte 40 verbunden, die ihrerseits mit (oder Teil ist
von) einem externen Prozeßregelnetzwerk, in welchem die Pro
zeßregelung in einer verteilten Weise durchgeführt wird, oder
welcher Vorrichtungen enthält, die Funktionsblöcke haben, die
unter Verwendung eines Kommunikationsprotokolls kommunizie
ren, welches verschieden ist von demjenigen, welches inner
halb des Kontrollers 12 verwendet wird. Bei der in Fig. 1
veranschaulichten Ausführungsform enthält der dezentralisier
te Prozeßsteuerabschnitt des Prozesses 19 die Interfacekarte
40, einen Bus 42 und zahlreiche Bereichsvorrichtungen 43, 44,
46, 48 und 50, die an den Bus 42 angeschaltet sind. Das ver
teilte Prozeßregelnetzwerk von Fig. 1 kann beispielsweise ein
Fieldbus-Netzwerk sein, welches das Fieldbus-Kommunika
tionsprotokoll verwendet. Wie im folgenden noch mehr in Ein
zelheiten erläutert werden wird, kann die Interfacekarte 40
eine aktive Verbindungsglied-Ablaufsteuerung sein, die dem
Fieldbus-Kommunikationsprotokoll zugeordnet ist.
Die zentralisierte Prozeßsteuerroutine, die innerhalb des
Kontrollers 12 gelegen ist, empfängt Eingangsgrößen von den
Bereichsvorrichtungen 26-36 und möglicherweise 43-50, führt
Berechnungen und andere Aktivitäten durch, die mit der Steu
erroutine verbunden sind, und sendet dann Befehle zu den Be
reichsvorrichtungen über die I/O-Karten 20 und 22 und die In
terfacekarte 40, um irgendeine gewünschte Steuerung oder Re
gelung des Prozesses 19 zu implementieren. Es sei jedoch dar
auf hingewiesen, daß der dezentralisierte Prozeßsteuer- oder
-regelabschnitt des Prozeßregelnetzwerks 10 (das heißt derje
nige, der dem Bus 42 in Fig. 1 zugeordnet ist) seine eigene
Prozeßsteuerroutine in einer dezentralisierten Weise imple
mentieren kann, wie dies hier noch beschrieben wird, und zwar
in Verbindung mit der Steuerung, die durch den Kontroller 12
ausgeführt wird. Während somit der Kontroller 12 mit einer
Steuerung gekoppelt sein kann und eine gewisse Steuerung über
die Vorrichtungen 43-50, die an den Bus 42 angeschlossen
sind, ausführen kann, können diese Vorrichtungen auch Steuer
funktionen implementieren oder Funktionsblöcke, die mit der
Steuerung verbunden sind, welche durch den Kontroller 12 im
plementiert wird, die jedoch statt dessen über die Vorrich
tungen, die an den Bus 42 angeschlossen sind, verteilt sind.
Während bei der bevorzugten Ausführungsform der dezentrali
sierte Abschnitt des Prozeßregelnetzwerks 10 das Field
bus-Kommunikations- und -Steuerprotokoll verwendet, kann irgend
ein anderes oder gewünschtes Protokoll ebenso verwendet wer
den, inklusive den Protokollen, die in der Zukunft entwickelt
werden. Ferner kann der Schattenfunktionsblock, der hier of
fenbart ist, dazu verwendet werden, um eine Kommunikation
zwischen irgendwelchen zwei unterschiedlichen Steuer- oder
Kommunikationsprotokollen durchzuführen, und es liegt keine
Beschränkung auf die Verwendung zwischen einer zentralisier
ten Steuerroutine und einem dezentralisierten Steuer- oder
Regelnetzwerk, wie beispielsweise auf eines, welches das
Fieldbus-Protokoll verwendet, vor. Es kann beispielsweise
zwischen zwei unterschiedlichen zentralisierten Steuerrouti
nen oder Protokollen, die Steuerblöcke enthalten, verwendet
werden. Mit anderen Worten ist der hier beschriebenen Schat
tenfunktionsblock nicht darauf beschränkt, mit Funktionsblöc
ken in dem Fieldbus-Protokoll verwendet zu werden oder sogar
mit einem Protokoll, welches einer dezentralisierten Steuer
routine zugeordnet ist, sondern kann auch dazu verwendet wer
den, einen Kontroller (oder andere Vorrichtung) dazu zu befä
higen, mit irgendeiner anderen externen Vorrichtung zu kommu
nizieren, die irgendeinen unterschiedlichen Typ eines Kommu
nikationsprotokolls verwendet.
Bevor Einzelheiten des Schattenfunktionsblockes der vorlie
genden Erfindung erläutert werden und die Art, in welcher der
zentralisierten Prozeßkontroller 12 solch einen Schattenfunk
tionsblock verwendet, um eine Steuerung in einem Prozeßregel
netzwerk zu implementieren, folgt eine allgemeine Beschrei
bung des Fieldbus-Protokolls, der Bereichsvorrichtungen, die
gemäß diesem Protokoll konfiguriert sind, und die Art, in
welcher die Kommunikation in dem Abschnitt des Prozeßregel
netzwerks 10 erfolgt, der das Fieldbus-Protokoll verwendet.
Es sei darauf hingewiesen, daß, obwohl des Fieldbus-Protokoll
bereits ein relativ neues gesamtdigitales Kommunikationspro
tokoll ist, welches für die Verwendung in einem Prozeßregel
netzwerk entwickelt wurde, dieses Protokoll auf dem Gebiet
bekannt ist und in Einzelheiten in vielerlei Artikeln, Bro
schüren und Beschreibungen beschrieben ist, die veröffent
licht, verteilt und von der Fieldbus Foundation unter anderem
verfügbar sind, einer nicht auf Profit basierenden Organisa
tion, die ihren Sitz in Austin, Texas, hat. Speziell ist das
Fieldbus-Protokoll und die Art der Kommunikation mit und die
Art der Speicherung von Daten in Vorrichtungen, die das
Fieldbus-Protokoll verwenden, in Einzelheiten in den Bedie
nungsanleitungen beschrieben, mit dem Titel "Communications
Technical Specification" und "User Layer Technical Specifica
tion" von der Fieldbus Foundation.
Allgemein gesagt, besteht das Fieldbus-Protokoll aus einem
insgesamt digitalen, seriellen Zweiwege-Kommunikationsproto
koll, welches eine standardisierte physikalische Schnittstel
le für eine Zweidrahtschleife oder Bus schafft, die "Feld"-
Ausrüstungen, wie beispielsweise Sensoren, Stellglieder, Kon
troller, Ventile usw., miteinander verbindet, die in einer
Meßgeräteausrüstung oder einer Prozeßsteuer- oder
-regelumgebung gelegen sind, beispielsweise in einer Fabrik
oder Anlage. Das Fieldbus-Protokoll betrifft im Prinzip ein
örtliches Bereichsnetzwerk für Bereichsmeßgeräte (Bereichs
vorrichtungen) innerhalb eines Prozesses, welches diese Be
reichsvorrichtungen dazu befähigt, Steuerfunktionen an Stel
len auszuführen, die über eine Prozeßeinrichtung hinweg ver
teilt sind, und mit einer anderen zu kommunizieren, vor und
nach der Ausführung dieser Steuerfunktionen, um eine Ge
samtsteuer- oder -regelstrategie zu realisieren. Da das
Fieldbus-Protokoll es den Steuerfunktionen ermöglicht, über
ein Prozeßregelnetzwerk hinweg verteilt zu sein, reduziert es
die Arbeitslast des zentralisierten Prozeßkontrollers für
diese Bereichsvorrichtungen oder für die Bereiche des Prozes
ses.
Ein Prozeßsteuer- oder -regelnetzwerk, welches das Field
bus-Protokoll verwendet, kann einen Host enthalten, der mit einer
Anzahl von anderen Vorrichtungen verbunden ist, wie bei
spielsweise logischen Programmkontrollern, anderen Hostvor
richtungen und Bereichsvorrichtungen (field devices) über ei
ne Zweidraht-Fieldbus-Schleife oder -Bus, wie beispielsweise
den Bus 42 von Fig. 1. Der Fieldbus-Bus kann unterschiedliche
Abschnitte oder Segmente enthalten, die durch Brückenvorrich
tungen getrennt sind, wobei jeder Abschnitt des Busses einen
untergeordneten Satz der Vorrichtungen verbindet, die an den
Bus angebracht sind, um Kommunikationen zwischen den Vorrich
tungen in einer Weise zu ermöglichen, wie sie im folgenden
beschrieben wird. In typischer Weise ist eine Konfiguriervor
richtung in einer der Vorrichtungen gelegen, wie beispiels
weise einem Host, und ist für die Einrichtung oder Konfigu
rierung jeder der Vorrichtungen verantwortlich (die "Smart"-Vor
richtungen insofern sind, als sie jeweils einen Mikropro
zessor enthalten, der eine Kommunikation durchführen kann und
in einigen Fällen Steuerfunktionen durchführen kann), der
aber ebenso erkennen kann, wenn neue Bereichsvorrichtungen an
den Fieldbus-Bus angeschlossen werden, wenn die Bereichsvor
richtungen von dem Bus entfernt werden, der Daten erkennen
kann, die durch die Bereichsvorrichtungen, welche an den Bus
angeschlossen sind, erzeugt werden, und der eine Kopplung mit
einer oder mit mehreren Anwenderterminals bewirkt, die in dem
Host oder irgendeiner anderen Vorrichtung gelegen sein kön
nen, welche in irgendeiner Weise an den Host angeschlossen
sind.
Der Fieldbus-Bus unterstützt oder erlaubt zweierlei: eine
rein digitale Kommunikation und er kann auch ein Stromversor
gungssignal zu irgendeiner oder zu all den Vorrichtungen, die
an ihn angeschlossen sind, übertragen, wie beispielsweise an
die Bereichsvorrichtungen. Alternativ kann irgendeine oder
können alle Fieldbus-Vorrichtungen ihre eigene Stromversor
gung besitzen oder können über separate Leitungen mit exter
nen Stromversorgungen verbunden sein. Das Fieldbus-Protokoll
erlaubt es vielen Vorrichtungen/Verdrahtungstopologien, in
klusive Vielfachvorrichtungen, an das gleiche Paar von Dräh
ten oder Leitungen angeschlossen zu werden, erlaubt Punkt-zu-
Punkt-Verbindungen, in welchen jede Vorrichtung an einen Kon
troller oder einen Host über ein getrenntes Zweidrahtpaar an
geschlossen ist (ähnlich den typischen 4-20 mA Analogsyste
men) und Baum- oder "spur"-Verbindungen realisiert sind, in
denen jede Vorrichtung mit einem gemeinsamen Punkt in einem
Zweileitungsbus verbunden ist, der beispielsweise aus einem
Kabelkasten oder Verzweigungsstück oder einem Abschlußbereich
in einer der Bereichsvorrichtungen innerhalb eines Prozeß
steuer- oder -regelnetzwerks bestehen kann.
Es können Daten über die Bussegmente in irgendeiner einer An
zahl von unterschiedlichen Kommunikationsbauraten oder Ge
schwindigkeiten gemäß dem Fieldbus-Protokoll gesendet werden.
Beispielsweise schafft das Fieldbus-Protokoll eine 31,25-Kbit/
s-Kommunikationsrate (H1) oder eine 1,0-Mbits- und/oder
eine 2,5-Mbit/s-(H2)-Kommunikationsrate, die in typischer
Weise für eine fortschrittliche Prozeßsteuerung oder
-regelung, Ferneingabe-/-ausgabe und für Hochgeschwindig
keits-Fabrikautomatisationsanwendungen angewendet werden. In
gleicher Weise können über den Fieldbus-Bus Daten unter Ver
wendung einer Spannungsmode-Signalgebung oder einer Strommo
de-Signalgebung übertragen werden. Die maximale Länge von ir
gendeinem Fieldbus-Bus oder -Segment ist nicht strikt be
grenzt, sondern wird statt dessen durch die Kommunikationsra
te, den Kabeltyp, die Leitungsgröße, Busleistungsoptionen
usw. festgelegt.
Das Fieldbus-Protokoll klassifiziert die Vorrichtungen, die
an den Bus angeschlossen werden können, in drei primäre Kate
gorien, nämlich die Basisvorrichtungen, die Verbindungsma
stervorrichtungen und die Brückenvorrichtungen. Die Basisvor
richtungen können kommunizieren, das heißt Kommunikations
signale auf den Bus senden oder von diesem empfangen, sind
jedoch nicht dazu befähigt, die Reihenfolge oder Zeitsteue
rung der Kommunikation zu steuern, die auf dem Bus auftreten.
Die Verbindungsmastervorrichtungen bestehen aus Vorrichtun
gen, die über dem Bus kommunizieren und die Fähigkeit haben,
den Fluß und die Zeitsteuerung der Kommunikationssignale auf
den Bus zu steuern. Die Brückenvorrichtungen bestehen aus
Vorrichtungen, die dafür konfiguriert sind, um mit einzelnen
Segmenten oder Zweigen eines Fieldbus-Busses zu kommunizieren
oder diese einzelnen Segmente oder Zweige miteinander zu ver
binden, um ein größere Prozeßsteuer- oder -regelnetzwerk zu
erzeugen. Wenn es gewünscht wird, können die Brückenvorrich
tungen zwischen unterschiedlichen Datengeschwindigkeiten
und/oder unterschiedlichen Datensignalisierungsformaten eine
Umwandlung vornehmen, die auf den unterschiedlichen Segmenten
des Busses verwendet werden, können Signale verstärken, die
zwischen den Segmenten des Busses wandern, können die Signale
filtern, die zwischen unterschiedlichen Segmenten des Busses
verlaufen, und können lediglich solche Signale durchlassen,
die dafür bestimmt sind, durch eine Vorrichtung an einem der
Bussegmente empfangen zu werden, an welches die Brücke gekop
pelt ist und/oder können andere Aktionen vornehmen, die er
forderlich sind, um unterschiedliche Segmente des Busses zu
verbinden. Die Brückenvorrichtungen, welche die Bussegmente
verbinden, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten arbei
ten, müssen Verbindungsmasterfähigkeiten auf der Seite des
Segmentes mit niedrigerer Geschwindigkeit der Brücke besit
zen.
Jede der Fieldbus-Vorrichtungen besitzt die Fähigkeit, über
den Bus zu kommunizieren, und, was wichtig ist, die Fähigkeit
unabhängig eine oder mehrere Prozeßsteuerfunktionen durchzu
führen unter Verwendung von Daten, die durch die Vorrichtung
von dem Prozeß erworben wurden, oder von einer unterschiedli
chen Vorrichtung erworben wurden, und zwar über die Kommuni
kationssignale auf dem Bus. Die Fieldbus-Vorrichtungen besit
zen daher die Fähigkeit, direkt Abschnitte einer Gesamtsteu
er- oder -regelstrategie zu implementieren, die in der Ver
gangenheit durch einen zentralisierten digitalen Kontroller
durchgeführt wurden. Um Steuerfunktionen durchzuführen, ent
hält jede Fieldbus-Vorrichtung einen oder mehrere standardi
sierte "Blöcke", die in einem Mikroprozessor innerhalb der
Vorrichtung implementiert sind. Speziell enthält jede Field
bus-Vorrichtung einen Ressourcenblock, Null- oder Mehrfunk
tionsblöcke und Null- oder Mehrwandlerblöcke. Diese Blöcke
werden als Blockobjekte bezeichnet.
Ein Ressourcenblock speichert und überträgt spezifische Vor
richtungsdaten, die einige Charakteristika einer Field
bus-Vorrichtung betreffen, inklusive beispielsweise einem Vor
richtungstyp, einer Vorrichtungsrevisionsanzeige und Anzeigen
darüber, wo andere spezifische Vorrichtungsinformationen in
nerhalb eines Speichers der Vorrichtung erhalten werden kön
nen. Während verschiedene Vorrichtungshersteller unterschied
liche Typen der Daten in dem Ressourcenblock einer Bereichs
vorrichtung speichern können, enthält jede Bereichsvorrich
tung, die mit dem Fieldbus-Protokoll konform ist, einen Res
sourcenblock, der einige Daten speichert.
Ein Funktionsblock definiert und implementiert eine Eingabe
funktion, eine Ausgabefunktion oder eine Steuerfunktion, die
der Bereichsvorrichtung zugeordnet ist und es werden somit
Funktionsblöcke allgemein als Eingabe-, Ausgabe- und Steuer
funktionsblöcke bezeichnet. Es können jedoch andere Kategori
en von Funktionsblöcken existieren, wie beispielsweise Hy
brid-Funktionsblöcke, oder können auch in der Zukunft entwic
kelt werden. Jeder Eingabe- oder Ausgabefunktionsblock er
zeugt wenigstens eine Prozeßsteuereingangsgröße (wie bei
spielsweise eine Prozeßvariable aus einer Prozeßmeßvorrich
tung) oder eine Prozeßsteuerausgangsgröße (wie beispielsweise
eine Ventilposition, die zu einer Stellvorrichtung gesendet
wird), während jeder Steuerfunktionsblock einen Algorithmus
verwendet (der in seiner Natur geschützt oder firmeneigen
sein kann), um eine oder mehrere Prozeßausgangsgrößen aus ei
ner oder aus mehreren Prozeßeingangsgrößen und aus Steuerein
gangsgrößen zu erzeugen. Beispiele von Standardfunktionsblöc
ken umfassen Analogeingangs(AI)-, Analogausgangs(AO)-, Vor
spann(B)-, Steuerwähl(CS)-, Diskreteingangs(DI)-, Diskretaus
gangs(DO)-, Handlade(ML)-, Proportional/Differential(PD)-,
Proportional/Integral/Differential(PDI)-, Verhältnis(RA)- und
Signalwähl(SS)-Funktionsblöcke. Es existieren jedoch andere
Typen von Funktionsblöcken und neue Typen von Funktionsblöc
ken können festgelegt oder hergestellt werden, um in der
Fieldbus-Umgebung zu arbeiten.
Ein Wandlerblock koppelt die Eingangsgrößen und Ausgangsgrö
ßen eines Funktionsblockes an die örtlichen Hardwarevorrich
tungen, wie beispielsweise an Sensoren und Vorrichtungsstell
glieder, um die Funktionsblöcke dazu zu befähigen, die Aus
gangsgrößen von örtlichen Sensoren zu lesen und die örtlichen
Vorrichtungen mit Befehlen zu versehen, um eine oder mehrere
Funktionen, wie beispielsweise das Bewegen eines Ventilteiles
auszuführen. Wandlerblöcke enthalten in typischer Weise In
formationen, die erforderlich sind, um Signale zu interpre
tieren, die durch eine örtliche Vorrichtung abgeleitet wur
den, und um in richtiger Weise die örtlichen Hardwarevorrich
tungen zu steuern, wobei diese Informationen beispielsweise
Information enthalten, die den Typ einer örtlichen Vorrich
tung identifizieren, Eichungsinformationen, die einer örtli
chen Vorrichtung zugeordnet sind, betreffen usw. Ein einzel
ner Wandlerblock ist in typischer Weise jedem Eingabe- oder
Ausgabefunktionsblock zugeordnet.
Die meisten Funktionsblöcke sind dazu befähigt, Alarm oder
Ereignisanzeigen zu generieren, basierend auf vorbestimmten
Kriterien, und haben die Fähigkeit unterschiedlich in ver
schiedenen Modi zu arbeiten. Allgemein gesagt, können Funkti
onsblöcke in einem automatischen Modus arbeiten, in welchem
beispielsweise der Algorithmus eines Funktionsblockes automa
tisch arbeitet; in einem Operatormodus arbeiten, in welchem
der Eingang oder der Ausgang eines Funktionsblockes von Hand
gesteuert wird; einem Außer-Servicemodus arbeiten, in welche
der Block nicht arbeitet; in einem Kaskadenmodus arbeiten, in
welchem die Operation des Blockes von der Ausgabegröße eines
verschiedenen Blockes beeinflußt wird (durch diesen bestimmt
wird); und in einem oder mehreren Entfernungsmodi arbeiten,
in welchen ein entfernt gelegener Computer den Modus des
Blocks bestimmt. Es existieren jedoch in dem Fieldbus-Proto
koll andere Betriebsmodi.
Als wichtiges Merkmal besitzt jeder Block die Fähigkeit, mit
anderen Blöcken in der gleichen oder unterschiedlichen Be
reichsvorrichtungen über den Fieldbus-Bus zu kommunizieren,
und zwar unter Verwendung von Standardnachrichtenformaten,
die durch das Fieldbus-Protokoll festgelegt sind. Als ein Er
gebnis können Kombinationen von Funktionsblöcken (in den
gleichen oder unterschiedlichen Vorrichtungen) miteinander
kommunizieren, um eine oder mehrere dezentralisierte Regel
schleifen zu erzeugen. Es kann somit beispielsweise ein
PID-Funktionsblock in einer Bereichsvorrichtung über den Field
bus-Bus angeschlossen sein, um eine Ausgangsgröße eines
AI-Funktionsblocks in einer zweiten Bereichsvorrichtung zu emp
fangen, um Daten an einen AO-Funktionsblock in einer dritten
Bereichsvorrichtung zu liefern, um eine Ausgangsgröße eines
AO-Funktionsblocks als Rückkopplungsgröße zu empfangen, um
eine Prozeßregelschleife getrennt und neben irgendeinem zen
tralisierten Kontroller zu erzeugen. Auf diese Weise bewegen
Kombinationen von Funktionsblöcken die Steuerfunktionen aus
einer zentralisierten DCS-Umgebung heraus, was die Möglich
keit schafft, daß DCS-Vielfunktionskontroller Überwachungs- oder
Koordinationsfunktionen durchführen. Ferner erlauben es
die Funktionsblöcke, eine graphische blockorientierte Struk
tur zu verwenden, und zwar eine einfache Konfiguration eines
Prozesses, und ermöglichen die Verteilung der Funktionen un
ter den Bereichsvorrichtungen von unterschiedlichen Zuliefe
rern, da diese Blöcke ein konsistentes Kommunikationsproto
koll verwenden.
Zusätzlich zu dem Merkmal, daß Bereichsvorrichtungen Blockob
jekte enthalten und implementieren, enthält jede Bereichsvor
richtung ein oder mehrere andere Objekte, inklusive Verbin
dungsobjekten, Trendobjekten, Warnobjekten und Betrachtungs
objekten. Verbindungsobjekte definieren die Verbindungen zwi
schen den Eingängen und Ausgängen der Blöcke (wie den Funkti
onsblöcken), und zwar sowohl intern in der Bereichsvorrich
tung als auch über den Fieldbus-Bus hinweg. Trendobjekte er
lauben einen örtlichen Trend von Funktionsblockparametern für
den Zugriff auf andere Vorrichtungen, wie beispielsweise ei
nen Host oder einen Kontroller. Trendobjekte halten histori
sche Kurzzeitdaten, die einige, beispielsweise den Funktions
blockparameter, betreffen und berichten diese Daten an andere
Vorrichtungen oder Funktionsblöcke, und zwar über den Field
bus-Bus in einer asynchronen Weise. Warnobjekte berichten
über Alarme und Ereignisse über den Fieldbus-Bus. Diese Alar
me oder Ereignisse können irgendein Ereignis betreffen, wel
ches innerhalb einer Vorrichtung stattfindet oder innerhalb
einem der Blöcke einer Vorrichtung. Betrachtungsobjekte sind
vordefinierte Gruppierungen von Blockparametern, die in stan
dardisierten Mensch/Maschine-Schnittstellenbereichen verwen
det werden und die zu anderen Vorrichtungen gesendet werden
können, und zwar unter Verwendung von asynchronen Übertragun
gen, um eine Betrachtung von Zeit zu Zeit zu ermöglichen.
In Fig. 2 sind drei Fieldbus-Vorrichtungen veranschaulicht,
die beispielsweise aus irgendeiner der Bereichsvorrichtungen
43-50 von Fig. 1 bestehen, und diese enthalten Ressourcen
blöcke 58, Funktionsblöcke 60, 61 oder 62 und Wandlerblöcke
63 und 64. In der ersten Vorrichtung ist der Funktionsblock
60 (der aus einem Eingabefunktionsblock besteht) über den
Wandlerblock 63 mit einem Sensor 65 gekoppelt, der beispiels
weise aus einem Temperatursensor, einem Sollpunkt
anzeigesensor usw. bestehen kann. In der zweiten Vorrichtung
ist der Funktionsblock 61 (der aus einem Ausgabefunktions
block bestehen kann) über den Wandlerblock 64 an eine Ausga
bevorrichtung, wie beispielsweise ein Ventil 66, gekoppelt.
In der dritten Vorrichtung enthält der Funktionsblock 62 (der
aus einem Steuerfunktionsblock bestehen kann) ein Trendobjekt
67, welches diesem zugeordnet ist, um den Trend des Eingangs
parameters des Funktionsblocks 62 zu ermitteln.
Die Verbindungsobjekte 68 definieren die Verbindungen von
Blockparametern von jedem der zugeordneten Blöcke und die
Warnobjekte 69 erzeugen Alarme oder Ereignisbenachrichtigun
gen für jeden der zugeordneten Blöcke. Betrachtungsobjekte 70
sind mit jedem der Funktionsblöcke 60, 61 und 62 zugeordnet
und enthalten Gruppendatenlisten für die Funktionsblöcke, zu
denen sie zugeordnet sind. Diese Listen enthalten Informatio
nen, die für jeden eines Satzes von unterschiedlich definier
ten Betrachtungen erforderlich sind. Natürlich stellen die
Vorrichtungen von Fig. 2 lediglich Beispiele dar und andere
Zahlen und Typen von Blockobjekten, Verbindungsobjekten,
Warnobjekten, Trendobjekten und Betrachtungsobjekten können
in irgendeiner Bereichsvorrichtung vorgesehen sein.
Um eine Kommunikation und Steueraktivitäten zu implementieren
und auszuführen, verwendet das Fieldbus-Protokoll drei allge
meine Kategorien der Technologie, die als eine physikalische
Schicht, als ein Kommunikations-"Stapel" und eine Anwender
schicht definiert sind. Die Anwenderschicht enthält die Steu
er- und Konfigurationsfunktionen, die in Form der Blöcke vor
gesehen werden (wie beispielsweise den Funktionsblöcken) und
Objekte innerhalb irgendeiner bestimmten Prozeßsteuervorrich
tung oder Bereichsvorrichtung. Die Anwenderschicht ist in ty
pischer Weise in einer geschützten Weise ausgelegt oder kon
struiert, und zwar durch den Hersteller der Vorrichtung, muß
jedoch die Fähigkeit haben, Nachrichten zu empfangen und aus
zusenden, und zwar in Einklang mit dem Standardnachrichten
format, welches durch das Fieldbus-Protokoll festgelegt ist,
und muß durch einen Anwender in der standardisierten Weise
konfigurierbar sein. Die physikalische Schicht und der Kommu
nikationsstapel sind erforderlich, um eine Nachrichtenverbin
dung zwischen unterschiedlichen Blöcken unterschiedlicher
Feld- oder Bereichsvorrichtungen in einer standardisierten
Weise zu bewirken, und zwar unter Verwendung eines Zweidraht
busses, und können durch das gut bekannte Open-Systems-Inter
connect-(OSI)-Schicht-Kommunikationsmodell modelliert
sein.
Die physikalische Schicht, die der OSI-Schicht 1 entspricht,
ist in jeder Bereichsvorrichtung und in dem Bus eingebettet
und arbeitet dahingehend, um elektromagnetische Signale, die
von dem Fieldbus-Übertragungsmedium (dem Fieldbus-Zwei
drahtbus) empfangen werden, in Nachrichten umzusetzen,
die durch den Kommunikationsstapel der Bereichsvorrichtung
verwendet werden können. Die physikalische Schicht kann als
ein Fieldbus-Bus und elektromagnetischen Signalen, die auf
dem Bus an den Eingängen und Ausgängen der Bereichsvorrich
tungen vorhanden sind, betrachtet werden.
Der Kommunikationsstapel, der in jeder Fieldbus-Vorrichtung
vorhanden ist, enthält eine Datenverbindungsschicht, die der
OSI-Schicht 2 entspricht, eine Fieldbus-Zugriffs-Sub-Schicht
und eine Fieldbus-Nachricht-Spezifikationsschicht Die Anwen
derschicht des Fieldbus-Protokolls besteht aus einer Schicht,
die in dem OSI-Protokoll nicht definiert ist. Jede Schicht in
dem Kommunikationsstapel ist für die Kodierung und Dekodie
rung eines Abschnitts der Nachricht oder des Signals verant
wortlich, welches über den Fieldbus-Bus übertragen wird. Als
ein Ergebnis addiert oder entfernt jede Schicht des Kommuni
kationsstapels gewisse Abschnitte des Fieldbus-Signals, wie
beispielsweise die Präambeln, Startbegrenzer und Endebegren
zer, und in einigen Fällen, dekodiert sie Bandabschnitte des
Fieldbus-Signals, um eine Identifizierung darüber durchzufüh
ren, ob der Rest des Signals oder der Nachricht gesendet wer
den sollte oder ob das Signal gelöscht werden sollte, da es
beispielsweise eine Nachricht oder Daten für Funktionsblöcke
enthält, die nicht innerhalb der empfangenden Bereichsvor
richtung vorhanden sind.
Die Datenverbindungsschicht steuert die Übertragung von Nach
richten auf dem Fieldbus-Bus und managt den Zugriff auf den
Bus gemäß einer deterministischen zentralisierten Busablauf
steuerung (scheduler), der als ein verbindungsaktiver Abwick
ler bezeichnet wird, der im folgenden noch mehr in Einzelhei
ten beschrieben wird. Die Datenverbindungsschicht entfernt
eine Präambel von den Signalen auf dem Übertragungsmedium und
kann die empfangene Präambel verwenden, um den internen Takt
der Bereichsvorrichtung mit dem ankommenden Fieldbus-Signal
zu synchronisieren. In ähnlicher Weise wandelt die Datenver
bindungsschicht die Nachrichten auf dem Kommunikationsstapel
in physikalische Fieldbus-Signale um und kodiert diese Signa
le mit der Taktinformation, um ein "synchrones serielles" Si
gnal mit einer richtigen Präambel für die Übertragung auf dem
Zweidrahtbus oder -schleife zu erzeugen. Während des Dekodie
rungsprozesses erkennt die Datenverbindungsschicht spezifi
sche Kodes innerhalb der Präambel, wie beispielsweise Start
begrenzer und Endebegrenzer, um den Anfang und das Ende einer
bestimmten Fieldbus-Nachricht zu identifizieren, und kann ei
ne Prüfsumme erstellen, um die Integrität des Signals oder
der Nachricht, die von dem Bus empfangen wurde, zu verifizie
ren. In ähnlicher Weise überträgt die Datenverbindungsschicht
die Fieldbus-Signale auf den Bus, indem sie Start- und Ende
begrenzer zu den Nachrichten auf dem Datenkommunikationssta
pel hinzufügt und indem sie diese Signale auf das Übertra
gungsmedium zu einer geeigneten Zeit setzt.
Die Fieldbus-Nachrichten-Spezifikationsschicht erlaubt es der
Anwenderschicht (das heißt den Funktionsblöcken, Objekten
usw. einer Bereichsvorrichtung), über den Bus zu kommunizie
ren, und zwar unter Verwendung eines Standardsatzes von Nach
richtenformaten und beschreibt den Kommunikationsservice, die
Nachrichtenformate und die Protokollverhaltensweisen, die er
forderlich sind, um Nachrichten herzustellen, die auf den
Kommunikationsstapel zu setzen sind und die für die Anwender
schicht vorzusehen sind. Da die Fieldbus-Nachrichten-Spezi
fikationsschicht standardisierte Kommunikationen für die
Anwenderschicht liefert, sind spezifische Fieldbus-Nach
richten-Spezifikations-Kommunikationsdienste für jeden
Typ des oben beschriebenen Objekts festgelegt. Beispielsweise
enthält die Fieldbus-Nachrichten-Spezifikationsschicht Ob
jektwörterbuchdienste, die es dem Anwender ermöglichen, in
einem Objektwörterbuch einer Vorrichtung zu lesen. Das Ob
jektwörterbuch speichert Objektbeschreibungen, welche jedes
der Objekte beschreiben oder identifizieren (wie beispiels
weise Blockobjekte), und zwar von einer Vorrichtung. Die
Fieldbus-Nachrichten-Spezifikationsschicht ermöglicht auch
variable Zugriffsdienste, die es einem Anwender ermöglichen,
Kommunikationsbeziehungen, die als virtuelle Kommunikations
beziehungen (VCRs) bekannt sind und im folgenden beschrieben
werden, die einer oder mehreren Objekten einer Vorrichtung
zugeordnet sind, zu lesen und zu ändern. Darüber hinaus
schafft die Fieldbus-Nachrichten-Spezifikationsschicht ein
Kontextmanagement, variable Zugriffsdienste, Ereignisdienste,
Hochlade- und Herunterladedienste und Programmaufrufdienste,
die alle in Verbindung mit dem Fieldbus-Protokoll gut bekannt
sind und daher hier nicht in Einzelheiten beschrieben werden.
Die Fieldbus-Zugriffs-Sub-Schicht bildet die Fieldbus-Nach
richten-Spezifikationsschicht in der Datenverbindungs
schicht ab.
Um einen Betrieb dieser Schichten zuzulassen oder zu ermögli
chen, enthält jede Fieldbus-Vorrichtung eine Managementinfor
mationsbasis (MIB), die aus einer Datenbasis oder Datenbank
besteht, die VCRs, dynamische Variable, statistische Größen,
Zeitsteuerpläne, Funktionsblockausführungszeitsteuerpläne und
eine Vorrichtungsetikette (device tag) und Adresseninforma
tionen speichert. Natürlich können die Informationen inner
halb der MIB zugegriffen werden oder zu irgendeiner Zeit un
ter Verwendung der Standard-Fieldbus-Nachrichten oder
-Befehle geändert werden. Ferner ist gewöhnlich eine Vorrich
tungsbeschreibung für jede Vorrichtung vorgesehen, um einem
Anwender oder einem Host einen weiten Überblick an Informa
tionen in der VFD zu geben. Eine Vorrichtungsbeschreibung,
die in typischer Weise in Form einer Sendeerlaubnis, um von
einem Host verwendet zu werden, festgelegt ist, speichert In
formationen, die für den Host erforderlich sind, um die Be
deutung der Daten in den VFDs einer Vorrichtung zu verstehen.
Wie ersehen werden kann, muß die Implementierung von irgend
einer Steuerstrategie unter Verwendung der Funktionsblöcke,
die über ein Prozeßregelnetzwerk verteilt angeordnet sind,
die Ausführung der Funktionsblöcke präzise geplant werden,
und zwar in bezug auf die Ausführung von anderen Funktions
blöcken in einer bestimmten Regelschleife. In ähnlicher Weise
muß die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Funktions
blöcken in präziser Weise auf dem Bus geplant werden, so daß
die richtigen Daten zu jedem Funktionsblock übertragen wer
den, bevor dieser Block ein Programm ausführt.
Der Weg, mit welchem unterschiedliche Bereichsvorrichtungen
(und unterschiedliche Blöcke innerhalb den Bereichsvorrich
tungen) über das Fieldbus-Übertragungsmedium kommunizieren,
soll nun beschrieben werden. Damit eine Kommunikation statt
findet, arbeitet eine der Verbindungsmastervorrichtungen auf
jedem Segment der Fieldbus-Schleife als ein verbindungsakti
ver Abwickler (LAS), der aktiv die Kommunikation auf dem zu
geordneten Segment des Busses abwickelt und steuert. Das LAS
für jedes Segment des Busses speichert einen Kommunikations
plan (einen verbindungsaktiven Plan), der Zeitpunkte enthält,
bei denen jeder Funktionsblock von jeder Vorrichtung geplant
ist, periodisch die Kommunikationsaktivität auf dem Bus zu
starten und auch die Länge der Zeit geplant ist, während wel
cher diese Kommunikationsaktivität stattfinden muß. Während
lediglich eine und nur eine aktive LAS-Vorrichtung auf jedem
Segment des Busses vorhanden sein kann, können andere Verbin
dungsmastervorrichtungen als Backup-LASs dienen und können
beispielsweise dann aktiv werden, wenn die momentane LAS aus
fällt. Die Basisvorrichtungen haben nicht die Fähigkeit, eine
LAS zu irgendeinem Zeitpunkt zu werden.
Allgemein gesagt, werden die Kommunikationsaktivitäten über
den Bus eingeteilt in Wiederholungsmakrozyklen, die den syn
chronen Kommunikationsplan für den Bus definieren. Eine Vor
richtung kann aktiv sein, das heißt Daten zu irgendeinem Seg
ment des Busses senden oder von diesem empfangen, und zwar
selbst wenn sie physikalisch an ein unterschiedliches Segment
des Busses angeschlossen ist, und zwar durch eine koordinier
te Operation der Brücken und der LASs auf dem Bus.
Während jedes Makrozyklusses führt jeder der Funktionsblöcke,
die auf einem bestimmten Segment des Busses aktiv sind, ge
wöhnlich zu einem unterschiedlichen, jedoch präzise geplanten
(synchronen) Zeitpunkt oder Zeit ein Programm durch. Wenn der
Funktionsblock einen Ausgangsparameter hat, der mit einem an
deren Parameter extern zu der Vorrichtung verkettet ist, so
veröffentlicht der Funktionsblock seine Ausgangsdaten in ei
ner präzise geplanten Zeit im Ansprechen auf einen Erzwin
gungsdatenbefehl, der durch die LAS erzeugt wurde. In bevor
zugter Weise ist jeder Funktionsblock so eingeplant, daß er
seine Ausgabedaten kurz nach dem Ende der Ausführungsperiode
des Funktionsblockes veröffentlicht. Ferner sind die Daten
veröffentlichungszeitpunkte der verschiedenen Funktionsblöcke
in serieller Form geplant oder einer Ablaufsteuerung unter
worfen, so daß keine zwei Funktionsblöcke auf einem bestimm
ten Segment des Busses Daten zur gleichen Zeit veröffentli
chen. Während der Zeit, während welcher eine synchrone Kommu
nikation nicht stattfindet, hat jede Bereichsvorrichtung die
Möglichkeit, ihrerseits Alarmdaten, Betrachtungsdaten usw. in
einer asynchronen Weise zu senden, und zwar unter Verwendung
von sendeanfrage-angetriebenen Kommunikationen. Der Ausfüh
rungs- oder Ablaufplan ist in einer Mangementinformationsba
sis (MIB) abgespeichert, es sind die Ausführungszeitpunkte
der Blöcke in den Funktionsblöcken gespeichert und es sind
die Zeitpunkte zum Senden der Zwangsdatenbefehle zu jeder der
Vorrichtungen auf einem Segment des Busses in der MIB der
LAS-Vorrichtung für dieses Segment gespeichert. Diese Zeit
punkte werden in typischer Weise als Offsetzeiten gespei
chert, da sie die Zeiten oder Zeitpunkte identifizieren, zu
welchen Funktionsblock ein Programm ausführen oder Daten sen
den muß, und zwar in einer Versetzung (Offset) vom Anfang ei
ner "absoluten Verbindungsplanstartzeit", die allen Vorrich
tungen, die an den Bus angeschlossen sind, bekannt ist.
Um Kommunikationen zwischen jedem Makrozyklus zu bewirken,
sendet die LAS einen Zwangsdatenbefehl zu jeder der Vorrich
tungen auf dem zugeordneten Bussegment gemäß der Liste der
Sendezeitpunkte, die in dem verbindungsaktiven Plan gespei
chert sind. Nach dem Empfang eines Zwangsdatenbefehls veröf
fentlicht ein Funktionsblock einer Vorrichtung seine Ausgabe
daten auf dem Bus. Da jeder der Funktionsblöcke typischerwei
se einer Ablaufsteuerung unterliegt, um ein Programm aus zu
führen, so daß die Ausführung des Programms dieses Blocks
vervollständigt wird, kurz bevor der Block im Plan dafür vor
gesehen ist, einen Zwangsdatenbefehl zu empfangen, sollten
die Daten, die im Ansprechen auf einen Zwangsdatenbefehl ver
öffentlicht werden, die allerletzten Ausgangsdaten des Funk
tionsblockes sein. Wenn jedoch ein Funktionsblock in der Pro
grammausführung langsam ist und keine neuen Ausgangsgrößen
verriegelt hat, wenn er den Zwangsdatenbefehl empfängt, ver
öffentlicht der Funktionsblock die Ausgangsdaten, die während
des letzten Laufes des Funktionsblockes erzeugt wurden.
Während der Perioden, in welchen die Zwangsdatenveröffentli
chungen nicht geplant sind, kann die LAS asynchrone Kommuni
kationsaktivitäten aktivieren. Um eine asynchrone Kommunika
tion zu bewirken, sendet die LAS eine Durchlaß-Token-Nach
richt zu einer bestimmten Bereichsvorrichtung. Wenn eine
Bereichsvorrichtung eine Durchlaß-Token-Nachricht empfängt,
erlangt diese Bereichsvorrichtung vollen Zugriff auf den Bus
(oder ein Segment desselben) und kann asynchron Nachrichten
senden, wie beispielsweise Alarmnachrichten, Trenddaten, Ope
rator-Sollpunktänderungen usw., bis die Nachrichten vervoll
ständigt sind oder bis eine maximal zugewiesene "Token-Halte
zeit" verstrichen ist. Danach gibt die Feldvorrichtung
den Bus frei (oder irgendein bestimmtes Segment desselben)
und die LAS sendet eine Durchlaß-Token-Nachricht zu einer an
deren Vorrichtung. Dieser Prozeß wird wiederholt, bis die LAS
entweder gemäß dem Plan einen Zwangsdatenbefehl aussendet, um
eine synchrone Kommunikation zu bewirken, oder die LAS eine
Netzwerkwartung durchzuführen hat. Natürlich kann abhängig
vom Ausmaß des Nachrichtenverkehrs und der Zahl der Vorrich
tung und der Blöcke, die an ein bestimmtes Segment des Busses
gekoppelt sind, nicht jede Vorrichtung eine Durchlaß-Token-Nach
richt während jedes Makrozyklusses empfangen.
Fig. 3 veranschaulicht ein Zeitsteuerschema, welches die
Zeitpunkte herausgreift, bei den die Funktionsblöcke (mit
ALLOOP1, PIDLOOP1, AILOOP2, AOLOOP1, SSLOOP2 und PIDLOOP3) ein Programm
ausführen, und zwar während jedes Makrozyklusses eines Bus
segmentes, und die Zeitpunkte, bei denen eine synchrone Kom
munikation während jedes Makrozyklusses stattfindet, der dem
Bussegment zugeordnet ist. In dem Zeitsteuerplan von Fig. 3
ist die Zeit auf der horizontalen Achse aufgetragen und die
Aktivitäten, die den unterschiedlichen Funktionsblöcken zuge
ordnet sind, sind auf der vertikalen Achse veranschaulicht.
Die Regelschleife (die zum Zwecke der Erläuterung willkürlich
ist), in welcher jeder der Funktionsblöcke arbeitet, ist in
Fig. 3 als Indexangabe identifiziert. Somit verweist AILOOP1
auf den AI-Funktionsblock von beispielsweise einem Sender,
der innerhalb einer ersten Regelschleife arbeitet, PIDLOOP1
verweist auf den PID-Funktionsblock in beispielsweise einem
Stellwerk/Ventil, welches innerhalb der ersten Regelschleife
arbeitet, usw. Die Blockausführungsperiode von jedem der ver
anschaulichten Funktionsblöcke ist durch ein kreuz
strichliertes Kästchen herausgestellt, während jede geplante
synchrone Kommunikation durch einen vertikalen Balken in Fig.
3 identifiziert ist.
Somit führt gemäß dem Zeitsteuerplan von Fig. 3 während ir
gendeines bestimmten Makrozyklusses des Bussegments der
AILOOP1-Funktionsblock zuerst ein Programm aus, und zwar für
die Zeitperiode, die durch das Kästchen 71 spezifiziert ist.
Dann, während der Zeitperiode, die durch den vertikalen Bal
ken 72 angezeigt ist, wird die Ausgangsgröße des AILOOP1-Funktions
blockes auf dem Bussegment im Ansprechen auf einen
Zwangsdatenbefehl von der LAS für das Bussegment veröffent
licht. In ähnlicher Weise zeigen die Kästchen 74, 76, 78, 80
und 80 die Ausführungszeiten der jeweiligen Funktionsblöcke
PIDLOOP1, AILOOP2, AOLOOP1, SSLOOP2 und PIDLOOP3, die für jeden der
unterschiedlichen Blöcke verschieden sind, an, während die
vertikalen Balken 82, 84, 86, 88 und 89 die Zeiten anzeigen,
zu welchen die jeweiligen Funktionsblöcke PIDLOOP1, AILOOP2,
AOLOOP1, SSLOOP2 und PIDLOOP3 Daten auf dem Bussegment veröffent
lichen.
Wie zu erkennen ist, veranschaulicht das Zeitsteuerschema von
Fig. 3 auch die Zeitpunkte oder Zeiten, die für asynchrone
Kommunikationsaktivitäten verfügbar sind, die während der
Ausführungszeiten von irgendeinem der Funktionsblöcke auftre
ten können und während der Zeit am Ende des Makrozyklusses,
während welcher keiner der Funktionsblöcke ein Programm aus
führt und wenn keine synchrone Kommunikation auf dem Busseg
ment stattfindet. Wenn es natürlich gewünscht wird, können
unterschiedliche Funktionsblöcke beabsichtigt so eingeplant
werden, daß sie ein Programm zur gleichen Zeit ausführen und
daß nicht alle Funktionsblöcke Daten auf dem Bus veröffentli
chen müssen, wenn beispielsweise keine andere Vorrichtung an
den Datenteil hat, die durch einen Funktionsblock erzeugt
werden.
Bereichsvorrichtungen können Daten veröffentlichen oder über
tragen und können Nachrichten über den Fieldbus-Bus übertra
gen, und zwar unter Verwendung von einer der drei virtuellen
Kommunikationsbeziehungen (VCRs), die in der Fieldbus-Zu
griffs-Sub-Schicht des Stapels von jeder Bereichsvorrich
tung definiert sind. Ein Client/Server-VCR wird für in eine
Warteschlange eingereihte, nicht geplante, vom Anwender in
itialisierte Eins-zu-Eins-Kommunikationen zwischen den Vor
richtungen auf dem Bus verwendet. Solche in eine Warteschlan
ge eingereihten Nachrichten werden in der Reihenfolge gesen
det und empfangen, wie sie für die Aussendung geliefert wer
den, und zwar gemäß deren Priorität, ohne daß dabei frühere
Nachrichten überschrieben werden. Somit kann eine Bereichs
vorrichtung einen Client/Server-VCR verwenden, wenn sie eine
Durchlaß-Token-Nachricht von einem LAS empfängt, um eine An
fragenachricht zu einer anderen Vorrichtung auf dem Fieldbus-
Bus zu senden. Der Anfrager wird als "Client" bezeichnet und
die Vorrichtung, die die Anfrage empfängt, wird als "Server"
bezeichnet. Der Server sendet eine Antwort, wenn er eine
Durchgangs-Token-Nachricht von dem LAS empfängt. Der Cli
ent/Server-VCR wird beispielsweise dazu verwendet, um opera
tor-initialisierte Anfragen, wie beispielsweise Sollpunktän
derungen, Abstimmparameter, Zugriff und Änderungen, Alarmbe
stätigungen und Vorrichtungs-up und -downloads zu bewirken.
Ein Reportverteiler VCR wird für die in eine Warteschlange
eingereiht, nicht geplanten, anwenderinitialisierten Kommuni
kationen von einer bis mehreren Kommunikationen verwendet.
Wenn beispielsweise eine Bereichsvorrichtung mit einem Ereig
nis- oder einem Trendreport ein Durchgangs-Token von einer
LAS empfängt, so sendet diese Bereichsvorrichtung ihre Nach
richt zu einer "Gruppenadresse", die in der Fieldbus-Zu
griffs-Sub-Schicht des Kommunikationsstapels dieser Vor
richtung definiert ist. Die Vorrichtungen, die dafür konfigu
riert sind, um auf dieses VCR zu horchen, werden den Report
empfangen. Der Reportverteilungs-VCR-Typ wird in typischer
Weise durch die Fieldbus-Vorrichtungen verwendet, um Alarmbe
nachrichtigungen zu Bedienungskonsolen zu senden.
Ein Herausgeber/Benutzer-VCR-Typ wird dazu verwendet, um eine
bis viele Kommunikationen zu puffern. Die gepufferten Kommu
nikationen sind solche, die lediglich die späteste Version
der Daten speichern und senden und es überschreiben daher
neue Daten vollständig die früheren Daten. Die Funktionsaus
gangsgrößen umfassen beispielsweise gepufferte Daten. Eine
"Veröffentlicher"-Bereichsvorrichtung veröffentlicht oder
sendet eine Nachricht unter Verwendung des Veröffentli
cher/Benutzer-VCR-Typs an alle die "Benutzer"-Bereichs-vor
richtungen an den Fieldbus-Bus, wenn die Veröffentlichervor
richtung eine Zwangsdatennachricht von der LAS oder von einer
Benutzer- oder Teilnehmervorrichtung empfängt. Die Veröffent
licher-/Benutzerbeziehungen sind vorbestimmt und sind inner
halb der Fieldbus-Zugriffs-Sub-Schicht des Kommunikationssta
pels von jeder Bereichsvorrichtung definiert und gespeichert.
Um richtige Kommunikationsaktivitäten über den Fieldbus-Bus
sicherzustellen, sendet jede LAS periodisch eine Zeitvertei
lungsnachricht an alle Bereichsvorrichtungen, die an ein Seg
ment des Busses angeschlossen sind, was des den empfangenden
Vorrichtungen ermöglicht, ihre örtliche Datenverbindungszeit
so einzustellen, daß sie miteinander synchronisiert sind.
Zwischen diesen Synchronisationsnachrichten wird die Taktzeit
unabhängig in jeder Vorrichtung beibehalten, und zwar basie
rend auf deren eigenem internem Takt. Eine Taktsynchronisati
on erlaubt es den Bereichsvorrichtungen, die Funktions
block-Programmausführung mit dem Netzwerk zu synchronisieren.
Wie aus der oben gegebenen Erläuterung des Fieldbus-Kommuni
kationsprotokolls hervorgeht, erfordert eine Kommunikation
mit irgendeiner speziellen Vorrichtung oder einem Funktions
block, der innerhalb des Fieldbus-Abschnitts des Prozeßregel
netzwerks 10 gelegen ist, das heißt an den Bus 42 angeschlos
sen ist, detailliertes Wissen darüber, auf welche Weise die
Kommunikation innerhalb des Fieldbus-Protokolls im allgemei
nen bewirkt wird, als auch eine Betrachtung darüber und ein
Wissen davon, wie der Fieldbus-Bus 42 speziell aufgebaut ist
und wann Kommunikationen, die diesem zugeordnet sind, geplant
sind und erlaubt werden. Dies macht es seinerseits für den
Designer der Prozeßregelroutine schwierig, die in dem Kon
troller 12 implementiert ist, Kommunikationen mit den Vor
richtungen innerhalb des Fieldbus-Abschnitts des Prozeßregel
netzwerks zu implementieren und zu planen, das heißt den Vor
richtungen, die an den Bus 42 angeschlossen sind. Da darüber
hinaus Standard- oder reguläre Kommunikationen zwischen den
Funktionsblöcken in einer synchronen Weise über den Bus 42
erfolgen, muß der Kontroller 12 so konfiguriert sein, um all
diese Kommunikationen oder Nachrichten oder wenigstens die
einen zu empfangen, die er zur Ausführung der Steuer- oder
Regelroutine benötigt. Es kann eine entmutigende Aufgabe auf
Seiten des Kontrollers 12 werden, den Empfang und die Spei
cherung von all den Informationen zu koordinieren, die auf
dem Bus 42 fließen, und zwar in einer Weise, die effizient
durch den Kontroller 12 verwendet werden kann, um die Steue
rung des gesamten Prozesses 19 zu bewirken. Um ferner Infor
mationen zu empfangen, die nicht synchron über den Bus 42 ge
sendet werden, muß der Kontroller 12 eine Anfrage nach dieser
Information aussenden, die, wie oben erläutert wurde, asyn
chron über den Bus 42 gesendet wird. Da es für den Kontroller
12 keinen Weg gibt, zu bestimmen oder zu bewirken, wann die
asynchrone Anfrage an die geeignete Vorrichtung übergeben
wird (da die Zeitsteuerung diese Anfrage direkt durch die an
deren asynchronen Kommunikationen beeinflußt wird, die auf
dem Bus 42 stattfinden), kann der Kontroller 12 Informationen
empfangen, die nicht mehr aktuell sind, und zwar zu dem Zeit
punkt, wenn sie den Kontroller 12 erreichen. In ähnlicher
Weise hat der Kontroller 12 keine Möglichkeit zu bestimmen,
welche Daten es zu einem spezifischen Zeitpunkt sein sollen
oder waren, was bei der Steuerung anderer Vorrichtungen in
nerhalb des Prozesses 19 wichtig sein kann, die nicht an den
Bus 42 angeschlossen sind. Darüber hinaus kann es schwierig
oder unmöglich für den Kontroller 12 sein, wichtige Informa
tionen zu empfangen, die den Status einer Vorrichtung oder
eines Funktionsblockes betreffen, und zwar innerhalb des
Fieldbus-Abschnitts des Prozesses 19, wie beispielsweise
Alarme, die durch solche Funktionsblöcke erzeugt werden.
Um diese Probleme zu überwinden, kann der Kontroller 12 so
ausgelegt sein, um die Schattenfunktionsblöcke zu verwenden,
um die Kommunikation mit den Vorrichtungen und den Funktions
blöcken innerhalb des Fieldbus-Abschnitts des Prozeßregel
netzwerks 10 zu implementieren. Spezieller gesagt, kann die
Steuerroutine innerhalb des Kontrollers 12 direkt mit einem
Schattenfunktionsblock innerhalb des Kontrollers 12 kommuni
zieren, der dann automatisch mit einem zugeordneten aktuellen
externen Funktionsblock innerhalb einer Bereichsvorrichtung
kommuniziert, die an den Bus 42 angeschlossen ist. Der Schat
tenfunktionsblock innerhalb des Kontrollers 12 ist so konfi
guriert, um den Stand der und die Daten, die dem aktuellen
externen Funktionsblock zugeordnet sind, innerhalb einer Vor
richtung nach unten zu spiegeln, die an den Bus 42 ange
schlossen ist, so daß es für die Prozeßsteuerroutinen inner
halb des Kontrollers 12 so scheint, als ob der tatsächliche
externe Funktionsblock zugreifbar ist, ohne vermittels des
Fieldbus-Protokolls über den Bus 42 kommunizieren zu müssen.
Mit anderen Worten erscheint es für die Prozeßsteuerroutine
innerhalb des Kontrollers 12 so, als ob der tatsächliche
Funktionsblock innerhalb des Prozeßkontrollers 12 gelegen wä
re, anstatt unten innerhalb einer externen Bereichsvorrich
tung, die an den Bus angeschlossen ist, und die Prozeßsteuer
routine verwendet den Schattenfunktionsblock so wie sie ande
re Funktionsblöcke innerhalb des Kontrollers 12 verwendet.
Fig. 4 veranschaulicht eine graphische Einzelheit einer Pro
zeßregelschleife oder eines Moduls 100, der der Prozeßsteuer
routine zugeordnet ist und durch diese implementiert ist, und
zwar innerhalb des Prozeßkontrollers 12. Um die Steuerung des
gesamten Prozesses 19 zu implementieren, kann die Prozeßsteu
er- oder -regelroutine innerhalb des Kontrollers 12 viele
solcher Schleifen oder Module implementieren, die in irgend
einer gewünschten Weise miteinander verbunden sein können.
Die herausgegriffene Prozeßregelschleife 100 enthält eine Re
präsentation eines Aspektes (Flusses) des Prozesses 101, der
durch eine Anzahl von Kontrollerblöcken oder Einheiten ge
steuert wird, speziell durch einen PID-Block 102, der an ei
nen AO-Block 104, einen ersten AI-Block 106 und einen zweiten
AI-Block 108 gekoppelt ist. Jeder der Blöcke 102, 104 und 106
ist eine graphische Einzeldarstellung einer Regelsubroutine
(oder eines Objektes innerhalb einer objektorientierten Pro
grammierumgebung), die der Prozeßregelroutine zugeordnet ist,
die in dem Kontroller 12 gespeichert ist, konfiguriert gemäß
einem Kontrollerprotokoll, welches dem Kontroller 12 zugeord
net ist und dazu verwendet wird, um einen Abschnitt einer Ge
samtregelstrategie in bezug auf den Prozeß 101 zu implemen
tieren. Jeder der Blöcke der Prozeßregelroutine 100 enthält
Eingänge und Ausgänge (durch Eingänge auf der linken und
rechten Seite der Blöcke jeweils veranschaulicht) und kann
einen Steuer- oder Regelalgorithmus enthalten, der eine ge
wisse Steuer- oder Regelfunktion durchführt. Verbindungen un
tereinander oder Verbindungen zwischen den Funktionsblöcken
sind als Leitungen oder Linien dargestellt, die von einem
Ausgang von einem Block zu einem Eingang eines anderen Blocks
verlaufen. Diese Verbindungen geben die Art wieder, in wel
cher die Kommunikation zwischen den einzelnen Blöcken inner
halb der Steuerroutine oder Modul implementiert wird, um eine
Prozeßregelschleife gemäß einem Kontrollerprotokoll auszufüh
ren. Somit veranschaulicht die Einzelheit von Fig. 4 nicht
nur die Elemente der Regelschleife, die ausgeführt werden,
sondern auch die Art, in welcher die Prozeßregelroutine in
nerhalb des Kontrollers 12 ausgelegt ist, um diese Schleife
zu implementieren. Die Prozeßregelroutine kann automatisch
geändert oder erneut konfiguriert werden, und zwar durch Be
wegen der Verbindungen zwischen den Blöcken, durch Addieren
oder Weglassen von Blöcken davon usw., wie dies durch den
Delta V-Prozeßkontroller ausgeführt wird.
Der PID-Funktionsblock 102, der in Fig. 4 veranschaulicht
ist, enthält einen Algorithmus (durch den Kontroller 12 im
plementiert), der beispielsweise eine Proportional/Inte
gral/Differential-Regelberechnung ausführt, basierend auf den
Eingangsgrößen, die er von den AI-Blöcken 106 und 108 und dem
AO-Block 104 empfängt, und der ein Ausgangssteuersignal für
den AO-Block 104 erzeugt, welcher seinerseits eine Vorrich
tung (28 beispielsweise ein Ventil) innerhalb des Prozesses
101 veranlaßt, eine Funktion durchzuführen, wie beispielswei
se bewirken, daß ein Ventil bewegt wird, um die Strömung ei
nes Mediums zu erhöhen. Der AO-Block 104 kann einem tatsäch
lichen Ventil zugeordnet sein und dieses steuern, z. B. das
Ventil 28 von Fig. 1, und zwar über die IO-Vorrichtung 20 und
die 4-20-mA-Kommunikationsleitung 38. Der AO-Block 104 emp
fängt eine Messung der tatsächlichen Position des Ventils und
liefert diese Messung als eine Rückkopplungsgröße zu dem
PID-Funktionsblock 102 über die Verbindung 110. Darüber hinaus
empfängt der PID-Funktionsblock 102 Eingangsgrößen von dem
AI-Block 106, der beispielsweise einem Sensor, wie einem Tem
peratursensor, zugeordnet ist, der innerhalb des Prozesses 19
gelegen ist. Dieser Sensor kann beispielsweise der Sensor 34
von Fig. 1 sein, in welchem Fall der AI-Block 106 die Sensor
meßgrößen über die I/O-Vorrichtung 22 empfängt, und zwar un
ter Verwendung von Standardnachrichtenübertragungen. Solch
eine Verbindung ist in Fig. 4 durch die Verbindung zwischen
dem Ausgang, der mit "Fluß" in dem Prozeß 101 bezeichnet ist,
und dem Eingang des AI-Blocks 106, der mit "simulate_in" be
zeichnet ist, veranschaulicht. Die Verarbeitung und die
Steuerung der Information, die dem PID-Funktionsblock 102,
dem AO-Block 104 und dem AI-Block 106 zugeordnet ist, wird
innerhalb des Kontrollers 12 durchgeführt.
Allgemein gesagt, ist innerhalb des Delta V-Steuersystems,
das heißt Verwendung des Delta V-Kontrollerkonfigurations
protokolls jeder der Blöcke 102, 104 und 106 spezifisch kon
figuriert, um all die Informationen und Daten zu unterstüt
zen, die den ähnlichen Funktionsblöcken in dem Field
bus-Protokoll zugeordnet sind und somit für alle Absichten und
Zwecke, und ist sehr ähnlich einem Funktionsblock innerhalb
des Fieldbus-Protokolls mit der Ausnahme, daß die Steuerfunk
tionen oder Regelfunktionen durch den zentralen Prozessor 12
durchgeführt werden und daß die Informationen von speziellen
Bereichsvorrichtungen über Standardkommunikationsleitungen
von dem Prozeßkontroller 12 empfangen und übergeben werden.
Somit sind die Abschnitte der Steuer- oder Regelroutine, die
in Fig. 4 herausgegriffen ist, welche die Blöcke 102, 104 und
106 enthält, momentan in der Delta V-Umgebung vorgesehen und
sind bekannt.
Um die Fieldbus-Integration innerhalb des Kontrollers 12 zu
unterstützen, kann die folgende Annäherung versucht werden,
und zwar unter Verwendung eines Delta V-Steuersystems (oder
eines anderen zentralisierten Steuersystems), bei dem der Ba
sissatz an Funktionsblöcken, die in dem Steuersystem oder Re
gelsystem verwendet werden, ähnlich denjenigen ist, die durch
das Fieldbus-Protokoll definiert sind. Die externen Fieldbus- oder
herstellerspezifischen Funktionsblöcke sind individuell
zugeordnet, um in Verbindung mit dem Steuer- oder Regelsystem
(oder einem Teil des Steuer- oder Regelsystems) ein Programm
auszuführen und die Funktionsblöcke der Fieldbus-Vorrich
tungen sind in dem Steuer- oder Regelsystem als Schattenfunk
tionsblöcke wiedergegeben oder reflektiert, welche interne
und externe Referenzen unterstützen, so als ob die externen
Funktionsblöcke in dem Steuer- oder Regelsystem vorhanden wä
ren. Das Steuer- oder Regelsystem erneuert automatisch die
dynamischen und die statischen Parameter des Schattenfunkti
onsblocks und leitet Änderungsanfragen zu den geeigneten ex
ternen Funktionsblöcken unter Verwendung der Schattenfunkti
onsblöcke. Alarmsignale, die in den externen Vorrichtungen
(oder Funktionsblöcken) detektiert werden, werden in den
Schattenfunktionsblöcken reflektiert und werden in der Alarm
verarbeitung des Steuer- oder Regelsystems integriert. Natür
lich kommuniziert der Schattenfunktionsblock mit den externen
Funktionsblöcken unter Verwendung des Kontrollerprotokolls,
welches den externen Funktionsblöcken zugeordnet ist, welches
verschieden von dem Kontrollerkonfigurationsprotokoll sein
kann und typischerweise verschieden ist, welches von dem Kon
troller verwendet wird, um die Kommunikationen zwischen den
Funktionsblöcken intern zu dem Kontroller zu implementieren.
Auch können Verbindungen zwischen internen und externen Funk
tionsblöcken durch den Anwender in einer Weise bestimmt wer
den, die davon abhängt, wo der Funktionsblock vorhanden ist.
Als ein Ergebnis erscheinen während der Steuerdefinition und
der Online-Diagnose die Funktionsblöcke als die gleichen, ob
sie nun interne (in dem Steuer- oder Regelsystem vorhanden)
oder externe (in einer Fieldbus-Vorrichtung vorhanden) sind
oder nicht.
Somit ist gemäß der vorliegenden Erfindung der AI-Block 108,
der in Fig. 4 so dargestellt ist, daß er ähnlich dem AI-Block
106 ist, tatsächlich ein Schattenfunktionsblock, der so kon
figuriert ist, daß er mit einem externen Funktionsblock 112
kommuniziert, der beispielsweise innerhalb des Sensors 48 ge
legen ist, der an den Fieldbus 42 von Fig. 1 angeschlossen
ist. Der Schattenfunktionsblock 108 liefert gemessene oder
andere Signale, die dem externen Funktionsblock 112 zugeord
net sind, an den PID-Block 102 über die Verbindungen, die da
zwischen erstellt wurden. Um anzuzeigen, daß der Block 108
ein Schattenfunktionsblock ist, der einem externen Funktions
block 112 zugeordnet ist und mit diesem kommuniziert, unter
Verwendung des Kommunikationsprotokolls des externen Funkti
onsblockes 112, ist der Block 108 so dargestellt, daß er eine
strichlierte Linie besitzt, die an den AI-Funktionsblock 112
innerhalb der Fieldbus-Vorrichtung 48 angehängt ist. Jedoch
kann der Schattenfunktionsblock 108 so dargestellt sein, daß
er eine Vorrichtungsetikette (device tag) und/oder einen
Blocknamen am Boden desselben besitzt, oder kann in irgendei
ner anderen gewünschten Weise dargestellt sein, wobei darauf
hingewiesen sei, daß die Art, in welcher der Schattenfunkti
onsblock für einen Anwender als Einzelheit dargestellt ist,
nicht kritisch ist, und zwar in Verbindung mit dem Betrieb
des Schattenfunktionsblocks. Ferner werden die Eingangsgrößen
und Ausgangsgrößen, die dem AI-Funktionsblock 112 zugeordnet
sind, innerhalb des Fieldbus-Netzwerks gemäß dem Weg überge
ben, in welchem das Netzwerk konfiguriert worden ist.
Während der Schattenfunktionsblock 108 auf alle oder die mei
sten der Informationen zugreift oder spiegelt, die dem tat
sächlichen Funktions 58041 00070 552 001000280000000200012000285915793000040 0002019940230 00004 57922block 112 zugeordnet sind und/oder durch
diesen erzeugt werden, erfolgt irgendeine Verarbeitung, die
in bezug auf die AI-Funktionsblock 112 stattfindet (oder in
bezug auf irgendeinen anderen Funktionsblock, für den ein
Schattenfunktionsblock existiert) in dieser Weise unten in
der externen Vorrichtung, nicht in dem Schattenfunktionsblock
108 oder selbst in dem Kontroller 12. Als ein Ergebnis kann
der Schattenfunktionsblock 108 so betrachtet werden, als ob
er eine Röhre von Informationen zwischen dem PID-Block 102
(oder irgendeinem anderen Block innerhalb des zentralisierten
Kontrollers 12) und dem tatsächlichen Funktionsblock 112 bil
den würde. Der Schattenfunktionsblock 108 ist nicht ein Funk
tionsblock, der vollständig durch den Kontroller 12 betreib
bar ist, in dem Sinn, daß der AI-Block 106 und der PID-Block
102 durch den Kontroller 12 betreibbar sind, da der Schatten
funktionsblock 108 lediglich die Informationen innerhalb des
tatsächlichen externen Funktionsblocks 112 spiegelt oder an
sonsten eine Nachrichtenübertragung zwischen dem Kontroller
12 und dem tatsächlichen externen Funktionsblock 112 vor
sieht. Nichtsdestoweniger kann durch eine geeignete Operation
des Schattenfunktionsblockes der Kontroller 12 den tatsächli
chen Funktionsblock 112 steuern und mit diesem kommunizieren,
so als ob dieser vollständig in dem Kontroller 12 implemen
tiert wäre. Indem beispielsweise eine Kommunikation mit dem
Schattenfunktionsblock 108 durchgeführt wird, unter Verwen
dung des Kontrollerkonfigurationsprotokolls, kann die Prozeß
steuer- oder -regelroutine innerhalb des Kontrollers 12 auf
den neuesten Stand gebrachte Informationen von dem Funktions
block 112 empfangen und kann Befehle zu dem Funktionsblock
112 so schnell wie möglich senden, ohne sich darum kümmern zu
müssen, wo der tatsächliche Funktionsblock 112 gelegen ist
oder auf welche Weise Kommunikationen mit dem tatsächlichen
Funktionsblock 112 bewirkt werden. Statt dessen erfolgen die
Kommunikationen zwischen dem tatsächlichen Funktionsblock 112
und dem Schattenfunktionsblock 108 automatisch ohne Eingrei
fen durch die Prozeßsteuerroutine, die lediglich die Schritte
ausführen muß, die sie in typischer Weise ausführt, um die
Kommunikationen zwischen den Steuer- oder Funktionsblöcken zu
implementieren, die innerhalb des Kontrollers 12 gelegen
sind. In dieser Weise ermöglicht es der Schattenfunktions
block einem Kontroller, der Funktionsblöcke innerhalb des
Kontrollers implementiert, Funktionsblöcke zu verwenden und
mit zu integrieren, die unterschiedliche Kommunikations- oder
Konfigurationsprotokolle verwenden und die nicht innerhalb
des Kontrollers gelegen sind, sondern die statt dessen in ei
ner externen Vorrichtung gelegen und in diese implementiert
sind, wie beispielsweise einer mikroprozessor-unterstützten
Bereichsvorrichtung, die in einer Prozeßumgebung angeordnet
ist. Diese hinzugefügte Fähigkeit wird von dem Kontroller 12
in transparenter Weise erreicht, so daß dann, sobald der
Schattenfunktionsblock in dem Kontroller 12 aufgebaut ist,
die Steuer- oder Regelroutine nicht nachzusuchen braucht, wo
der tatsächliche Funktionsblock gelegen ist, um komplexe Kom
munikationen oder Datenbasismanipulationen durchzuführen, um
den externen Funktionsblock 112 zu verwenden.
Wie hervorgeht, speichert der Schattenfunktionsblock 108 die
Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen der parametrischen Updates,
die dem AI-Funktionsblock 112 in einer Datenbasis in dem Kon
troller 12 zugeordnet sind, und zwar in irgendeinem gewünsch
ten Format, speichert jedoch in bevorzugter Weise diese in
dem gleichen oder einem ähnlichen Format wie die Informatio
nen, die den Steuerblöcken zugeordnet sind, die durch den
Kontroller implementiert sind, das heißt unter Verwendung des
Kontrollerkonfigurationsprotokolls. Dies macht die Kommunika
tion mit dem Schattenfunktionsblock 108 für den Kontroller 12
transparent, das heißt die Prozeßsteuer- oder -regelroutine
100 schafft eine Kommunikation in bezug auf den Schattenfunk
tionsblock 108 (und somit mit dem tatsächlichen Funktions
block 112) über die Verbindung in der gleichen Weise wie sie
eine Kommunikation in bezug auf die anderen Funktionsblöcke
104 und 106 erzeugt. Während es wünschenswert ist, daß die
Funktionsblöcke innerhalb des Kontrollers 12 logisch konfigu
riert sind, um all die Informationen (oder die meisten) zu
unterstützen, die durch das dezentralisierte oder externe
Prozeßregelnetzwerk unterstützt werden (wie dies bei dem Del
ta V-Kontroller und dem Fieldbus-Kommunikationsprotokoll der
Fall ist), so ist diese Konfiguration nicht erforderlich.
Tatsächlich kann irgendein Kontrolleraufbau unter Verwendung
des Schattenfunktionsblockes unterstützt werden, der hier of
fenbart ist, indem die Daten, die in dem externen Funktions
block unterstützt werden und in diesem verfügbar sind, in den
Daten abgebildet werden, die in der Kontrollerroutine verwen
det und verfügbar sind.
Allgemein gesagt, um den Betrieb des Schattenfunktionsblockes
108 in dem Fieldbus-Netzwerk zu bewirken, wird der tatsächli
che Funktionsblock 112 so konfiguriert, um die verketteten
Daten zu veröffentlichen und an den Prozeßkontroller 12 (das
heißt die Daten, die mit einem anderen Block innerhalb des
Kontrollers 12 über eines der Verbindungsglieder, die in Fig.
4 veranschaulicht sind, verbunden sind) oder zu veröffentli
chen, und zwar über die Schnittstellenkarte 40, unter Verwen
dung des Veröffentlicher/Teilnehmer-VCR's (das heißt synchro
nen Kommunikationen) in dem Fieldbus-Kommunikationsprotokoll.
Andere nicht verkettete Daten, die dem tatsächlichen Funkti
onsblock 112 zugeordnet sind, werden an die Schnittstellen
karte 40 unter Verwendung von asynchronen Kommunikationen
bzw. Nachrichtenübertragungen übergeben, unter Verwendung von
beispielsweise den Betrachtungsobjekt- oder Warnobjektfunk
tionen innerhalb des Fieldbus-Protokolls, was in der Modulab
tastrate des Steuermoduls innerhalb des Kontrollers 12 statt
findet. Es werden daher in typischer Weise verkettete Daten
zu dem Kontroller 12 von dem Funktionsblock 112 in einer sehr
viel schnelleren Rate gesendet als andere Daten (weniger
zeitsensitive Daten). Umgekehrt werden verkettete Daten, die
durch einen Block innerhalb des Kontrollers 12 zu dem Schat
tenfunktionsblock 108 gesendet werden, unmittelbar an die
Schnittstellenvorrichtung 40 weitergeleitet, wo sie auf dem
Fieldbus-Bus 42 unter Verwendung von synchronen Standardnach
richtenübertragungen veröffentlicht werden.
Die Informationen, die von dem tatsächlichen Funktionsblock
112 gesendet werden, werden automatisch in den Schattenfunk
tionsblock 108 gesetzt und stehen somit für die Steuer- oder
Regelroutine in dem Kontroller 12 zu jeder Zeit zur Verfü
gung. Um diese Operation zu bewirken, nimmt die Schnittstel
lenkarte 40 (die Teil eines Kommunikationsports des Schatten
funktionsblockes sein kann) teil an den veröffentlichten Ver
bindungsparameterdaten, die durch den Funktionsblock 112 er
zeugt wurden, und liefert diese Informationen zu dem Prozeß
kontroller 12 in der Rate, die durch die Ausführungsrate des
Funktionsblockes innerhalb des Makrozyklusses des Field
bus-Segments festgelegt ist, an welches der externe Funktions
block 112 angeschlossen ist. In ähnlicher Weise erhält die
Schnittstellenkarte 40 (die typischerweise das LAS des Field
bus-Segments ist) die Betrachtungsobjekte und/oder Warnobjek
te des tatsächlichen Funktionsblocks in einer Rate, die durch
die Abtastrate des Kontrollermoduls festgelegt ist, in wel
chem der Schattenfunktionsblock 108 vorhanden ist, das heißt
in der Rate, in welcher die Steuer- oder Regelroutine 100 in
dem Kontroller 12 die Blöcke implementiert, die dieser zuge
ordnet sind. Wie dies bekannt ist, enthält das Field
bus-Protokoll vier Typen von Betrachtungsobjekten, die die norma
lerweise dynamischen (Betrachtungsobjekt 1), normalerweise
statischen (Betrachtungsobjekt 2), alle dynamischen (Betrach
tungsobjekt 3) und alle statischen (Betrachtungsobjekt 4) Va
riablen speichern. Die Schnittstellenkarte 40 ist so konfigu
riert, um automatisch auf einer periodischen Grundlage oder
durch Aussenden einer Anfrage nach solchen Informationen das
dynamische Betrachtungsobjekt 3 zu empfangen, welches die
Werte für alle die dynamischen Variablen enthält, die dem
tatsächlichen Funktionsblock 112 zugeordnet sind. Nach Emp
fangen dieser Betrachtungsobjektinformationen speichert die
Schnittstellenkarte 40 die Informationen in einer Datenbasis
oder Datenbank, die durch den Schattenfunktionsblock zugreif
bar ist, und der Schattenfunktionsblock 108 erneuert die Va
riablen, die sich dadurch geändert haben, wodurch diese va
riablen Werte für die Prozeßsteuer- oder -regelroutine inner
halb des Kontrollers 12 verfügbar werden. Wenn eine der dyna
mischen Variablen (die statische Revisionsvariable) eine Än
derung an einer statischen Variablen anzeigt, kann der Schat
tenfunktionsblock oder die Software innerhalb der Schnitt
stellenkarte 40 anfragen, daß das Betrachtungsobjekt 4 (alle
statischen Variablen) zu dem Schattenfunktionsblock 108 ge
sendet werden, um die statischen Variablen auf den neuesten
Stand zu bringen. Bei der bevorzugten Ausführungsform emp
fängt die H1-Schnittstellenkarte 40 fortlaufend das Betrach
tungsobjekt 3 in der Modulabtastrate des Steuermoduls 100 in
nerhalb des Kontrollers 12.
Wie oben dargelegt ist, kann der Kontroller 12 (oder irgend
ein Funktionsblock desselben) Befehle zu dem aktuellen Funk
tionsblock 112 innerhalb des Fieldbus-Netzwerks über den
Schattenfunktionsblock 108 einfach dadurch senden, indem ein
Parameter innerhalb des Schattenfunktionsblockes 108 geändert
wird. Diese Parameteränderung wird automatisch nach unten zu
dem AI-Funktionsblock 112 über einen Ausgang des Schatten
funktionsblockes 108 gesendet, wo er dazu verwendet wird, um
die Konfiguration des AI-Funktionsblockes 112 zu ändern. Wäh
rend die Datenänderung oder der Einschreibbefehl in dem tat
sächlichen Funktionsblock 112 nicht zu exakt der gleichen
Zeit durchgeführt wird, zu der dieser durch den Schattenfunk
tionsblock 108 empfangen wird, und zwar vom Standpunkt des
Kontrollers 12 aus, erfolgt diese Änderung sehr schnell und
wird in den Schattenfunktionsblock 108 zurück reflektiert,
wenn die Änderung tatsächlich vorgenommen wurde. Diese Be
triebsweise ermöglicht es dem Kontroller 12 und speziell dem
PID-Funktionsblock 102, innerhalb des Kontrollers 12 eine Än
derung zu bewirken, indem lediglich diese Änderung in eine
Speicherstelle eingeschrieben wird, die dem Schattenfunkti
onsblock 108 zugeordnet ist und indem danach die Kommunikati
on automatisch vorgenommen wird, ohne daß dabei irgendwelche
speziellen Kommunikationsaktivitäten ausgeführt werden müs
sen, die erforderlich sind, um Daten in das Fieldbus-Netzwerk
hinein zu bekommen und heraus zu bekommen.
Neben den Eingangs- und Ausgangsparameterdaten können andere
Typen von Daten, wie beispielsweise Modus- und Statusdaten,
zwischen einem Kontrollerfunktionsblock (das heißt einem in
ternen Funktionsblock) und dem Schattenfunktionsblock 108
übertragen werden als auch zwischen dem Schattenfunktions
block 108 und dem tatsächlichen externen Funktionsblock 112.
Natürlich wird diese Information mit den Betrachtungsobjekt- oder
Warnobjektinformationen von dem externen Funktionsblock
112 zu dem Schattenfunktionsblock 108 gesendet. In ähnlicher
Weise können solche Modus- und Statusdaten an den Schatten
funktionsblock 108 von einem internen Funktionsblock inner
halb des Kontrollers 12 übermittelt werden und es können die
se Daten dann an den externen Funktionsblock 112 für die Ver
wendung geliefert werden. Der Statusparameter eines Funkti
onsblockes zeigt in typischer Weise die Qualität der Messung
oder der Daten an, die durch den Funktionsblock geliefert
werden, und kann Gründe liefern, warum eine schlechte Quali
tät existiert. Er kann auch eine Grenze anzeigen, wie bei
spielsweise eine hohe oder niedrige Grenze, welche die Daten
erreichen können. Der Modusparameter zeigt in typischer Weise
an, welcher Modus des Funktionsblocks eingeschaltet ist, wel
cher beispielsweise ein Handmodus, ein Automatikmodus oder
ein Kaskadenmodus sein kann, wie dies durch das Field
bus-Protokoll festgelegt ist.
Darüber hinaus wird eine Alarmdetektion basierend auf Alarm
signalen, die in dem tatsächlichen externen Funktionsblock
erzeugt werden, vorgesehen, da Ereignisse und Berichte durch
den externen Funktionsblock automatisch als dynamische Para
meter erzeugt werden, die dann durch die Betrachtungs- oder
Warnobjekte dem Schattenfunktionsblock 108 angeboten werden.
Als ein Ergebnis kann eine Alarminformation, die den externen
Funktionsblock betrifft, von dem Kontroller 12 betrachtet und
verwendet werden.
Obwohl natürlich der Block 108 hier als Schattenfunktions
block beschrieben wurde, können irgendwelche Blöcke innerhalb
der Fig. 4 ebenfalls oder alternativ Schattenfunktionsblöcke
sein.
Die Vorteile, die mit der Verwendung eines Schattenfunktions
blockes verbunden sind, wie beispielsweise dem Schattenfunk
tionsblock 108, der in Fig. 4 veranschaulicht ist, bestehen
darin, daß dieser es dem Prozeßregeldesigner ermöglicht, die
Steuerung oder Regelung innerhalb eines zentralisierten Pro
zeßkontrollers 12 zu implementieren unter Verwendung von ex
ternen Funktionsblöcken, das heißt Funktionsblöcken, die tat
sächlich innerhalb einer verschiedenen Vorrichtung implemen
tiert sind und die unterschiedlichen Kommunikationsprotokol
len unterworfen sind. In Verbindung mit dem Schattenfunkti
onsblock braucht ein Designer oder Konstrukteur sich nicht
darum zu kümmern, daß der externe Funktionsblock einem unter
schiedlichen Kommunikations- oder Steuer- oder Regelprotokoll
zugeordnet ist oder in einer unterschiedlichen Vorrichtung
gelegen ist, da die Nachrichtenübermittlung zwischen dem
Schattenfunktionsblock und dem externen Funktionsblock auto
matisch erfolgt und auch transparent für die Steuer- oder Re
gelroutine. Wenn ferner einmal ein Schattenfunktionsblock im
plementiert ist und läuft, ist es einfach ein Modell darüber
zu erstellen, was sich innerhalb des gesamten Prozeßregelsy
stems ereignet, und zwar ohne sich darum zu kümmern, ob Ak
tionen innerhalb einer Fieldbus- oder anderen externen Vor
richtung auftreten oder innerhalb des Kontrollers auftreten,
da der Schattenfunktionsblock für den Kontroller und den An
wender bewirkt, daß es so scheint, daß der tatsächliche Funk
tionsblock in dem Kontroller implementiert ist, obwohl dies
real nicht der Fall ist.
Wenn ein gemeinsamer Funktionsblocksatz und Schattenfunkti
onsblöcke in dem Steuer- oder Regelsystem verwendet werden,
um Funktionsblöcke wiederzugeben, die externen Vorrichtungen
zugeordnet sind, kann die Steuer- oder Regelstrategie zu Be
ginn ohne das Wissen ausgelegt werden, ob ein bestimmter
Funktionsblock dieser Strategie in dem Steuer- oder Regelsy
stem vorhanden sein wird oder in einer externen Vorrichtung
vorhanden sein wird, und es können Anwenderanwendungen auf
die Schattenfunktionsblöcke zugreifen (welche die externen
Funktionsblöcke wiedergeben oder als Modell darstellen), und
zwar in exakt der gleichen Weise wie sie auf die Steuer- oder
Regelsystemfunktionsblöcke zugreifen. Auch werden Alarme, die
durch die externe Vorrichtung detektiert werden, voll in die
Steuersystemalarmverarbeitung durch den Schattenblock inte
griert, mit der Möglichkeit, daß diese Alarme in exakt der
gleichen Weise für die externen Funktionsblöcke erscheinen
wie für Funktionsblöcke, die innerhalb des Steuer- oder Re
gelsystems vorhanden sind.
Die Konfiguration, Implementierung und Verwendung eines
Schattenfunktionsblockes wird nunmehr in Einzelheiten unter
Hinweis auf die Fig. 5-13 beschrieben. Fig. 5 veranschaulicht
den physikalischen Aufbau eines Abschnitts des Prozeßregel
netzwerks von Fig. 1 mehr in Einzelheiten. Die Anwenderwork
station 150, die aus irgendeinem der PCs 14 von Fig. 1 beste
hen kann, ist kommunikativ mit dem Kontroller 12 verbunden,
der seinerseits über die Schnittstellenkarte 40 mit der Be
reichsvorrichtung 48 verbunden ist, welche den Funktionsblock
112 darin enthält. Wie in Fig. 5 veranschaulicht ist, besitzt
der Kontroller 12 einen oberen Abschnitt 152, in welchem die
Steuerroutine 100 (enthaltend den Schattenfunktionsblock 108)
implementiert ist, und einen unteren Abschnitt, der eine Da
tenbasis oder Datenbank 156 enthält, um Eingangs- und Aus
gangsinformationen zu speichern, die von der Schnittstellen
karte 40 als auch von anderen I/O-Karten empfangen werden.
Allgemein gesagt, ist die Schnittstellenkarte 40 so konfigu
riert, um automatisch verkettete Daten zu empfangen, die
durch den Funktionsblock 112 veröffentlicht werden, und zwar
über den Veröffentlicher/Teilnehmer-VCR (in der Veröffentli
chungsrate, die durch den Makrozyklus des Fieldbus-Busses 42
festgelegt ist), und um diese Daten in der unteren Datenbank
156 zu speichern, wo sie dem Schattenfunktionsblock 108 in
der Abtastrate des Steuermodus 100 innerhalb des Kontrollers
12 angeboten werden. In ähnlicher Weise ist die Schnittstel
lenkarte 40 so konfiguriert, um die verketteten Daten, die
durch einen Funktionsblock innerhalb des Kontrollers 12 er
zeugt werden, auf dem Fieldbus-Bus 40 zu veröffentlichen, un
ter Verwendung synchroner Nachrichtenübermittlungen innerhalb
des Fieldbus-Netzwerks. Auch ist die Schnittstellenkarte 40
so konfiguriert, um periodisch anzufragen nach (unter Verwen
dung asynchroner Nachrichtenübertragungen) Betrachtungs- und/
oder Alarmdaten von dem Funktionsblock 112 und um diese
Informationen in der unteren Datenbank 156 zu speichern, um
sie an den Schattenfunktionsblock 108 in der Abtastrate des
Kontrollermoduls 100 zu liefern.
Die Schnittstellenkarte 40 und/oder die Datenbasis 156 kann
einen Kommunikationsport des Schattenfunktionsblockes 108 um
fassen, kann Teil von diesem sein oder kann durch diesen ge
steuert sein, der Kommunikationen zwischen dem Schattenfunk
tionsblock 108 und dem externen Funktionsblock 112 implemen
tiert. Der Kommunikationsport enthält einen Eingang, der von
dem externen Funktionsblock 112 Daten empfängt, und zwar un
ter Verwendung des Kommunikationsprotokolls des externen
Funktionsblocks 112, und enthält einen Ausgang, der mit dem
externen Funktionsblock 112 in Verbindung steht, um Daten
(inklusive Schreibbefehlen) an den externen Funktionsblock
112 unter Verwendung des Kommunikationsprotokolls des exter
nen Funktionsblocks 112 zu senden. Natürlich kann der Kommu
nikationsport des Schattenfunktionsblocks 108 in der Software
und/oder einer anderen Hardware in dem Kontroller zusätzlich
oder in Verbindung mit der Schnittstellenkarte 40 und der Da
tenbank 156 implementiert sein.
Um eine Steuer- oder Regelroutine unter Verwendung eines
Schattenfunktionsblocks zu konfigurieren, kann ein Anwender
bei der Workstation 150 irgendwelche Standardwerkzeuge ver
wenden, wie beispielsweise solche, die durch das Delta
V-Steuer- oder -Regelsystem geschaffen werden, um zu Beginn das
Prozeßregelsystem zu konfigurieren. Im allgemeinen ermögli
chen es die DeltaV-Konfigurationswerkzeuge einem Anwender,
Blöcke darzustellen, zu konfigurieren und miteinander zu ver
binden, wie beispielsweise diejenigen, die in Fig. 4 veran
schaulicht sind, um eine oder mehrere Regelschleifen zu im
plementieren oder zu konstruieren oder Module, die der Steu
er- oder Regelroutine zugeordnet sind. Zum Zwecke der Erläu
terung kann die Steuerroutine zum Steuern eines Prozesses ir
gendeine Anzahl von Modulen enthalten, von denen jeder ir
gendeine Anzahl von gewünschten Blöcken enthalten kann, die
eine Anzahl von Regelschleifen implementieren. Während der
Konfiguration oder der Konstruktion eines Prozeßregelmoduls
kann ein Anwender die Verwendung eines Funktionsblocks aus
wählen, der innerhalb einer Vorrichtung extern zum Kontroller
12 gelegen ist (wie beispielsweise einen Funktionsblock in
nerhalb einer der Fieldbus-Vorrichtungen des Prozeßregelsy
stems). In diesem Fall kann das Konfigurationswerkzeug, wel
ches dem Kontroller 12 zugeordnet ist, so konstruiert sein,
um den Anwender zu fragen, die physikalischen der Verbindun
gen der Vorrichtung zu dem Kontroller 12 zu spezifizieren und
andere Vorrichtungs- und Funktionsblockkonfigurationsinforma
tionen zu spezifizieren, die für die anfängliche Konfigurati
on der Vorrichtung und/oder des Funktionsblockes innerhalb
der Vorrichtung gemäß dem Kommunikationsprotokoll dieser Vor
richtung erforderlich sind (z. B. das Fieldbus-Kommunikations
protokoll). Der Anwender kann dann aufgefordert werden, diese
Informationen in irgendeiner gewünschten Weise zu liefern,
wie beispielsweise über die Verwendung von Dialogkästchen.
Natürlich hängt die exakte Information, die benötigt wird,
von dem Typ der Vorrichtung und des Funktionsblockes ab, der
spezifiziert wird, wie dies von einem Fachmann in Verbindung
mit dem Vorrichtungsprotokoll, welches verwendet wird, wie
beispielsweise dem Fieldbus-Protokoll, zu erkennen ist.
Ein Weg, um zu spezifizieren, daß ein Funktionsblock durch
eine bestimmte externe Vorrichtung (wie beispielsweise eine
Fieldbus-Vorrichtung) zu implementieren ist, besteht darin,
den Anwender dazu zu bringen, den Funktionsblock, der inner
halb einer externen Vorrichtung gelegen ist, zu spezifizie
ren, unter Verwendung eines Browsers (oder einer anderen
Software) oder einer Liste oder durch Herausgreifen der ex
ternen Vorrichtungen, die an den Kontroller angeschlossen
sind, und dann Auswählen von einer der aufgelisteten externen
Vorrichtungen als die Vorrichtung, in welcher der Funktions
block zu implementieren ist. Ein anderer Weg besteht darin,
den Funktionsblock auf dem Bildschirm auszuwählen und dann
diesen Funktionsblock auf eine Einzelheit eines Blocks in ei
ner externen Vorrichtung durch Drag and Drop zu bewegen. Ir
gendeine dieser oder irgendeine andere gewünschte Aktion kann
dem Konfigurationswerkzeug mitteilen, daß der Funktionsblock,
der implementiert werden soll, innerhalb der externen Vor
richtung liegt, und kann das Konfigurationswerkzeug veranlas
sen, den Anwender nach der spezifischen Vorrichtung und den
Funktionsblockkonfigurationsinformationen zu fragen, die er
forderlich sind, um den speziellen externen Funktionsblock zu
konfigurieren und auf diesen zuzugreifen. Beide diese Verfah
ren ermöglichen es einem Anwender, einen Funktionsblock in
einer externen Vorrichtung aus einer Liste von externen Vor
richtungen für die Ausführung eines Programms auszuwählen.
Wenn der Anwender spezifiziert, daß ein externer Funktions
block zu verwenden ist (das heißt extern vom Kontroller 12),
so erstellt die Konfigurationsroutine dann einen Schatten
funktionsblock in dem Kontroller und unternimmt Schritte, um
die Fieldbus-Vorrichtung und den Funktionsblock innerhalb der
Vorrichtung zu konfigurieren, wie dies im folgenden beschrie
ben wird. Natürlich erlaubt es das Konfigurationswerkzeug in
bevorzugter Weise dem Anwender, alle die Blöcke, die zu ver
wenden sind, zu spezifizieren, ebenso die Örtlichkeiten oder
Lagen solcher Blöcke (das heißt, ob irgendein Block in exter
nen Vorrichtungen gelegen ist) und auch die Verbindungen zwi
schen den Blöcken, bevor die Schattenblöcke implementiert
werden und die externen (z. B. Fieldbus-)Vorrichtungen initia
lisiert werden. Dies ermöglicht es, die Konfiguration des ex
ternen Netzwerks einmal auszuführen, nach dem die Örtlichkeit
oder Lage von allen den Blöcken und auch die Natur von allen
Verbindungen zwischen den Funktionsblöcken spezifiziert wor
den ist.
In Verbindung mit der Befähigung des Kontrollers, die Parame
terdaten für die Funktionsblöcke innerhalb der externen Vor
richtungen einzusehen oder Zugriff auf diese zu haben (über
den Schattenfunktionsblock), kann die Schnittstellenkarte 40
auch Vorrichtungs- und Segmentstatusinformationen an den Kon
troller für Diagnosezwecke liefern. Die Schnittstellenkarte
40 kann beispielsweise eine Liste empfangen, die eine Identi
fikation der Vorrichtungen enthält, die angenommenermaßen an
einem bestimmten Abschnitt oder Segment des Fieldbus-Netz
werks angehängt oder angeschlossen sind, und sachdienliche
Informationen über jede der identifizierten Vorrichtungen
enthalten. Die Schnittstellenkarte 40 kann dann periodisch
Informationen (über synchrone oder asynchrone Nachrichtenver
bindungen) erhalten, welche die Vorrichtungen betreffen, die
tatsächlich an das Fieldbus-Segment angeschlossen sind oder
die das Segment selbst betreffen, und kann diese Informatio
nen mit den Informationen innerhalb der empfangenen Liste
vergleichen. Auf diese Weise kann die Schnittstellenkarte 40
bestimmen, ob die Bereichsvorrichtungen fehlen oder nicht an
das Fieldbus-Netzwerk angeschlossen sind, ob falsche Be
reichsvorrichtungen an das Fieldbus-Netzwerk angeschlossen
sind, ob eine Bereichsvorrichtung sich dem Service entzieht,
usw. In ähnlicher Weise kann die Schnittstellenkarte 40 be
stimmen, ob Segmentwertprobleme auftreten, so als ob keine
Nachrichtenverbindung über den Fieldbus-Bus existiert. Wenn
es gewünscht wird, kann die Schnittstellenkarte 40 diese Vor
richtungs- und Segmentstatusdaten an den Kontroller (oder an
dere Vorrichtung) für Diagnosezwecke senden.
Ferner kann die Schnittstellenkarte 40 die Kommunikation und
den Zeitsteuerstatus eines Fieldbus-Segments für Diagnose
zwecke überwachen. Insbesondere kann die Schnittstellenkarte
40 automatisch an den Daten teilhaben, die durch die Be
reichsvorrichtungen auf dem Fieldbus-Bus veröffentlicht wer
den, und kann die empfangenen Daten analysieren, um bei
spielsweise Zeitsteuerprobleme oder andere Probleme auf dem
Fieldbus-Bus zu ermitteln. Wenn es gewünscht wird, kann die
Schnittstellenkarte 40 die ankommenden Daten zeitlich prägen
und speichern und dann Statistiken aufbewahren, die jeden
Funktionsblock oder Vorrichtung betreffen, der oder die an
den Bus angeschlossen ist und/oder Statistiken aufbewahren,
die das Segment des Busses betreffen. Beispielsweise kann die
Schnittstellenkarte 40 die minimalen und maximalen Zeiten
zwischen Datenerneuerungen bestimmen, und zwar für bestimmte
publizierte Daten, und kann bestimmen, ob diese Zeiten inner
halb eines zulässigen Bereiches liegen, um festzustellen, ob
Kommunikationsprobleme existieren. In ähnlicher Weise kann
die Schnittstellenkarte 40 die Zeiten, zu welchen bestimmte
Daten angenommenermaßen auf dem Bus zu veröffentlichen sind,
mit der tatsächlichen Zeit vergleichen, zu welcher diese Da
ten auf dem Bus veröffentlicht werden, kann verbrauchte Da
tenzählwerte für die Funktionsblöcke oder Vorrichtungen über
wachen und kann irgendwelche anderen gewünschten Statistiken
aufbewahren, um Zeitsteuerungs- oder andere Kommunikations
fehler auf dem Bus zu detektieren. Natürlich können irgend
welche anderen publizierten Daten überwacht werden, um die
Kommunikations- oder Zeitsteuerprobleme auf dem Bus zu be
stimmen. Wie oben dargelegt wurde, können die statistischen
Informationen, die durch die Schnittstellenkarte 40 erzeugt
oder gespeichert werden, für irgendeinen Funktionsblock, Vor
richtung oder Segment des Busses aufbewahrt werden und können
zu dem Kontroller (oder irgendeiner anderen Vorrichtung) für
Diagnosezwecke gesendet oder von dem Kontroller gelesen wer
den.
Fig. 6 veranschaulicht ein Flußdiagramm 200, welches den Weg
anzeigt, in welchem ein Schattenfunktionsblock innerhalb des
Kontrollers 12 erstellt werden kann. Während die Flußdiagram
me der Fig. 6-12 eine Anzahl von Blöcken veranschaulichen,
sei darauf hingewiesen, daß diese Blöcke lediglich eine Se
quenz von Schritten angeben, die auszuführen sind, und daß
die Schritte in der Software oder in irgendeiner anderen ge
wünschten Weise ausgeführt werden können. Die Flußdiagramm
blöcke der Fig. 6-12 stellen jedoch nicht notwendigerweise
Funktionsblöcke oder Kontrollerblöcke dar, ähnliche den Funk
tionsblöcken, die in Fig. 4 veranschaulicht sind.
Bei einem Block 201 empfängt der Kontroller 12 ein
Modul-Installationsskript von der Anwenderworkstation, die auf ei
nem der PCs 14 von Fig. 1 bestehen kann. Das Modul-Instal
lationsskript wird durch das Konfigurationswerkzeug erzeugt,
welches durch die Anwenderworkstation abläuft oder auf dieser
Anwenderworkstation läuft, und enthält alle Informationen,
die erforderlich sind, um die Objekte (in einer objektorien
tierten Programmiersprache) zu erstellen, die den Funktions
blöcken eines Steuermoduls in dem Kontroller 12 zugeordnet
sind. Das heißt, das Installationsskript konfiguriert die
Blöcke (wie beispielsweise die Funktionsblöcke, die dem Steu
ermodul 100 von Fig. 4 zugeordnet sind) und die Verbindungen
zwischen solchen Blöcken, die durch die Verbindungen (Links)
definiert sind. Natürlich werden all diese Informationen
durch den Anwender geliefert, während dieser das Konfigurati
onswerkzeug verwendet. Wenn ein Funktionsblock durch einen
externen Funktionsblock zu implementieren ist, wie beispiels
weise einen in einer Bereichsvorrichtung, erzeugt ein Block
202 einen Schattenfunktionsblock innerhalb des Kontroller 12,
und zwar durch Erzeugen eines Objektes (innerhalb einer ob
jektorientierten Programmiersprache), welches ähnlich ist den
Funktionsblöcken für andere Vorrichtungen, die innerhalb des
Kontrollers gelegen sind, ausgenommenen dieses führt keiner
lei Steuerfunktionen durch. Während die Schattenfunktions
blöcke in bevorzugter Weise als ein Objekt in einer objekt
orientierten Programmierumgebung erzeugt werden, können sie
unter Verwendung irgendeiner anderen Programmierumgebung er
zeugt werden, die dem Kontroller 12 zugeordnet ist oder von
diesem verwendet wird.
Wenn ein Schattenfunktionsblock aufgebaut wird, veranlaßt der
Block 202 die Schnittstellenkarte 40, den tatsächlichen Funk
tionsblock innerhalb der Fieldbus-Vorrichtung abzutasten und
Informationen von dem tatsächlichen Funktionsblock zu erhal
ten, die erforderlich sind, um zu Beginn den Schattenfunkti
onsblock zu konfigurieren. Ferner erstellt der Block 202 die
Datenbankstellen innerhalb der unteren Datenbank 156 des Kon
trollers 12, an die die Schnittstellenkarte 12 Betrachtungs
objekt- und Warnobjektdaten als auch verkettete Parameterda
ten eingeben sollte, die von dem tatsächlichen Funktionsblock
erhalten werden. Der Block 202 informiert auch die Schnitt
stelle 40 darüber, wie oft Betrachtungsobjekt- und Warnobjek
tinformationen basierend auf der Abtastrate des Moduls 100
angefragt werden sollen.
Nachdem der Block 202 einen Schattenfunktionsblock in dem
Kontroller erzeugt hat und die geeigneten Verbindungen zwi
schen der Datenbank 156, dem Schattenfunktionsblock 108 und
der Schnittstellenkarte 40 identifiziert hat, konfiguriert
ein Block 203 die untere Datenbasis 156, um die gespeicherten
verketteten Parameterdaten (das heißt diejenigen, die durch
die Schnittstellenkarte 40 unter Verwendung des synchronen
Veröffentlicher/Teilnehmer-VCRs erhalten wurden) an den
Schattenfunktionsblock zu liefern, anstelle der Daten, die
für die verketteten Parameter unter Verwendung der Objektope
ration erhalten werden. Dies ist erforderlich, um sicherzu
stellen, daß die zuletzt erstellten Daten für die verketteten
Parameter (das heißt diejenigen, die durch die synchronen
Kommunikationen in dem Fieldbus-Netzwerk erhalten wurden) dem
Schattenfunktionsblock 108 angeboten werden anstelle der Da
ten, die für diese Parameter unter Verwendung der Betrach
tungslistenoperation erhalten werden (was asynchron erfolgt).
Wenn ein Steuermodul, der einen Schattenfunktionsblock ver
wendet, zu Beginn konfiguriert wird, muß das Fieldbus-Kommu
nikationsnetzwerk ebenfalls konfiguriert werden, um die er
forderlichen synchronen und asynchronen Nachrichtenübertra
gungen zwischen dem aktuellen Funktionsblock 112 und dem
Schattenfunktionsblock 108 zu unterstützen. Die Fig. 7-12
veranschaulichen Flußdiagramme, welche die Schritte heraus
greifen, die beim Konfigurieren des Fieldbus-Netzwerks invol
viert sind, um die Schattenfunktionsblöcke zu unterstützen.
Während die Fig. 7-10 als getrennte Flußdiagramme dargestellt
sind, können sie gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig ausge
führt werden.
Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm 210, welches dazu verwendet
werden kann, einen verbindungsaktiven Plan oder Ablaufsteue
rung in dem Fieldbus-Netzwerk zu erstellen. Ein Block 211 in
nerhalb des Kontrollers 12 empfängt das LAS-Plan-In
stallationsskript, wie es durch das Konfigurationswerkzeug
für das Fieldbus-Kommunikationsnetzwerk entwickelt wurde, und
zwar nach Inbetrachtziehung aller synchroner Nachrichtenüber
tragungen, die über den Fieldbus-Bus stattfinden müssen, in
klusive solcher, die für die Schattenfunktionsblöcke erfor
derlich sind. Natürlich kann dieses Installationsskript unter
Verwendung bekannter Werkzeuge erzeugt werden, die für das
Fieldbus-Kommunikationsprotokoll verfügbar sind, die auch in
dem Konfigurationswerkzeug des Kontrollers 12 integriert sein
können. Ein Block 212 installiert dann den LAS-Plan (Abwick
ler) an dem angepeilten Fieldbus-Port, der beispielsweise die
Schnittstellenkarte 40 aus Fig. 5 sein kann.
Danach erzeugt ein Block 213 automatisch Teilnehmerverbindun
gen und VCRs innerhalb des Fieldbus-Netzwerks basierend auf
den Daten, die durch die Fieldbus-Vorrichtungen veröffent
licht werden. Speziell werden diese Teilnehmerverbindungen
derart erzeugt, daß die Schnittstellenkarte 40 teil hat an
den verketteten Parametern der Fieldbus-Funktionsblöcke, für
Schattenfunktionsblöcke innerhalb des Kontrollers 12 existie
ren. In ähnlicher Weise gibt die Schnittstellenkarte 40 Daten
heraus, die durch die Funktionsblöcke innerhalb des Kontrol
lers 12 erzeugt werden und die zu den Schattenfunktionsblöc
ken innerhalb des Kontrollers 12 als ein verketteter Parame
ter gesendet werden. Allgemein gesagt, agiert die Schnitt
stellenkarte 40 als ein Funktionsblock-Proxy für die verket
teten Daten zu und von den Schattenfunktionsblöcken. Ferner
wirkt die Schnittstellenkarte 40 als ein Funktionsblock-
Proxy, um nach Betrachtungsobjekt- und Warnobjektinformatio
nen von den tatsächlichen oder aktuellen Funktionsblöcken an
zufragen, für welche Schattenfunktionsblöcke existieren, um
die nicht verketteten Daten zu erneuern, die den Schatten
funktionsblöcken innerhalb des Kontrollers 12 zugeordnet
sind.
Ein Block 214 bildet dann den LAS-Installationsstatus in dem
Kontroller (oder DeltaV-)Status ab, so daß der Kontroller 12
bestimmen kann, ob die LAS-Installation akzeptiert worden ist
oder durch das Fieldbus-Netzwerk abgewiesen wurde. Dies er
möglicht es dem Kontroller 12 zu verifizieren, ob die Instal
lation des Fieldbus-Netzwerks stattgefunden hat.
Fig. 8 veranschaulicht ein Flußdiagramm 220, welches die
Schritte zeigt, die dazu verwendet werden, um die Veröffent
licher-Verbindungen innerhalb des Fieldbus-Netzwerks zu er
stellen. Ein Block 221 in dem Kontroller 12 empfängt die Ver
öffentlicher-Verbindungen, die durch das Workstation-Konfi
gurationswerkzeug für das Fieldbus-Netzwerk erzeugt wur
den, und ein Block 222 sendet dann diese Veröffentlicher-Ver
bindungen (publisher links) zu der Schnittstellenkarte 40,
um die Veröffentlicher-Verbindungen zu erstellen und auch die
zugeordneten VCRs, die erforderlich sind, um die Schatten
funktionsblockkommunikationen als auch andere Kommunikationen
auf dem Funktionsblock 42 zu unterstützen.
Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm 230, welches die Schritte ver
anschaulicht, die der Installation einer Vorrichtungskonfigu
ration innerhalb einer Fieldbus-Vorrichtung zugeordnet sind.
Ein Block 231 empfängt das Vorrichtungskonfigurations-In
stallationsskript von der Workstation, konfiguriert durch
das Konfigurationswerkzeug, nachdem all die Verbindungs- und
anderen Informationen für diese Vorrichtung erstellt worden
sind. Ein Block 232 löscht dann die frühere Konfiguration in
der Vorrichtung, indem sie geeignete Befehle zu der Vorrich
tung über die Schnittstellenkarte 40 sendet. Während es nicht
strikt erforderlich ist, wurde es als wünschenswert gefunden,
die frühere Vorrichtungskonfiguration zu löschen, bevor ver
sucht wird, eine neue Vorrichtungskonfiguration in der Field
bus-Vorrichtung zu installieren, um dadurch Installationspro
bleme zu vermeiden.
Ein Block 233 installiert dann die VCRs und ein Block 234 in
stalliert die Verbindungen, die erforderlich sind, um die
Kommunikation gemäß dem verbindungsaktiven Plan und die Ver
öffentlicher/Teilnehmerbeziehungen, die für das Field
bus-Netzwerk erstellt wurden, zu implementieren. Ein Block 235
installiert dann die Fieldbus-Startliste in der Vorrichtung,
was die Funktionsblock-Programmausführung von dieser Vorrich
tung mit der Programmausführungen von anderen Funktionsblöc
ken in anderen Vorrichtungen des Fieldbus-Netzwerks synchro
nisiert. Danach installiert ein Block 236 den Makrozyklus der
Vorrichtung, nachdem dieser Makrozyklus berechnet worden ist
oder bestimmte worden ist, um all den synchronen Kommunika
tionen Rechnung zu tragen, die zwangsweise über den Bus 42
stattfinden müssen, welcher dem Fieldbus zugeordnet ist.
Fig. 10 zeigt ein Flußdiagramm 240, welches die Schritte ver
anschaulicht, die dazu verwendet werden, um einen speziellen
oder bestimmten Funktionsblock innerhalb einer bestimmten
Vorrichtung innerhalb des Fieldbus-Netzwerks zu erstellen.
Ein Block 241 empfängt zuerst ein Funktionsblock-In
stallationsskript, wie es durch das Konfigurationswerkzeug
entwickelt wurde. Ein Block 242 installiert dann den nächsten
Funktionsblock und Programmausführungsperiodenparameter, wie
dies in typischer Weise vorgenommen wird, wenn ein Field
bus-Funktionsblock konfiguriert wird. Danach setzt ein Block 243
den Funktionsblockmodus außer Service, was erforderlich ist,
um die Werte innerhalb des Funktionsblockes zu ändern. Ein
Block 244 installiert dann die gemäß dem Funktionsblockpara
meter konfigurierten Werte oder die Anwenderprioritäten
(overrides) (das heißt die anwenderdefinierten Werte) inner
halb des Funktionsblockes. Diese durch den Anwender konfigu
rierten Werte können in irgendeiner Weise erstellt werden,
wie beispielsweise durch die Verwendung von Dialogboxen in
der Workstation während der Konfiguration des Prozeßregelsy
stems. Danach stellt ein Block 245 den Funktionsblockmodus
auf den konfigurierten Wert ein, so daß der Funktionsblock in
Einklang mit der Art arbeitet, in welcher dieser konfiguriert
ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Flußdiagramme der Fig. 7-9
lediglich die normalen Schritte angeben, die dazu verwendet
werden, um ein Fieldbus-Netzwerk zu konfigurieren. In diesem
Fall trägt jedoch die Erstellung des Fieldbus-Netzwerks Rech
nung hinsichtlich der und enthält die Veröffentli
cher/Teilnehmerverbindungen und VCRs, die erforderlich sind,
um den Betrieb von irgendeinem der Schattenfunktionsblöcke
innerhalb des Kontrollers 12 zu unterstützen. Natürlich kann
die Anwenderworkstation oder der Kontroller 12 das Field
bus-Netzwerk automatisch konfigurieren, basierend auf den Infor
mationen, die durch den Anwender über die Erstellung des Re
gelsystems während der Konfiguration dieses Systems geliefert
werden.
Gemäß Fig. 11 veranschaulicht ein Flußdiagramm 250 die Be
triebsweise eines Schattenfunktionsblockes, wenn ein Steuer
modul, der diesen Schattenfunktionsblock enthält, auf dem
Kontroller 12 läuft, um die Prozeßsteuerung oder -regelung
durchzuführen. Wie zu erkennen ist, implementiert der Kon
troller 12 die Blöcke innerhalb eines bestimmten Moduls (wie
beispielsweise die Blöcke 102, 104, 106 und 108 von Fig. 4)
in der Modulabtastrate, die dem Modul zugeordnet ist. Die
Kommunikation von verketteten Daten (wie denjenigen, die
durch die Verbindungen in dem Diagramm von Fig. 4 definiert
sind) zwischen den aktuellen Fieldbus-Funktionsblöcken und
den Schattenfunktionsblöcken erfolgt in der synchronen Makro
zyklusrate des Fieldbus-Netzwerks, die verschieden sein kann
von der Modulabtastrate des Kontrollers 12. Als ein Ergebnis
werden die Daten für die verketteten Parameter in typischer
Weise in der unteren Datenbank 156 des Kontrollers 12 in ei
ner unterschiedlichen (gewöhnlich schnelleren) Rate als die
Daten für nicht verkettete Parameter gespeichert.
Wenn der Schattenfunktionsblock in dem Kontroller 12 imple
mentiert ist, tastet ein Block 252 die Betriebsdaten ab, die
innerhalb der unteren Datenbank 156 des Kontrollers 12 ge
speichert sind. Das heißt, es werden während jeder Modulperi
ode die Betriebsdaten, die in der unteren Datenbank 156 ge
speichert wurden, durch den Schnittstellenmodul 40 gelesen.
Ein Block 254 ermittelt, ob die Abtastung voranschreitet.
Wenn dies nicht der Fall ist, erneuert ein Block 256 den
Blockfehler in dem Schattenfunktionsblock, stellt den Schat
tenfunktionsblock-Ausgangsstatus auf schlecht ein und stellt
die Port-Integrität so ein, um dem Kontroller 12 anzuzeigen,
daß der Schattenfunktionsblock ausgefallen ist und daß daher
ein Problem in bezug auf den externen Funktionsblock oder in
bezug auf Nachrichtenübertragungen mit dem externen Funkti
onsblock innerhalb des Fieldbus-Netzwerks auftreten kann.
Wenn solch ein Fehler detektiert wird, werden die Schatten
funktionsblockdaten nicht erneuert (da diese Daten alt sind
oder in jedem Fall schlechte Daten sind) und es wird die Er
neuerungsoperation der Daten innerhalb des Schattenfunktions
blocks für diesen Modulabtastzyklus angehalten. Wenn jedoch
die Abtastung voranschreitet, kopiert ein Block 258 die emp
fangenen Betriebsdaten in dem Schattenfunktionsblock. Natür
lich enthalten die Betriebsdaten nicht nur die Daten, die
durch die Betrachtungs- und Warnobjekte in der Modulabtastra
te erhalten werden, sondern auch die Daten für die verkette
ten Parameter, die erhalten wurden und in die untere Daten
bank 156 in einer Rate eingeschrieben werden, die durch den
Makrozyklus des Fieldbus-Netzwerks festgelegt wird.
Ein Block 260 ermittelt dann, ob der statistische Revisions
parameter, der dem tatsächlichen Funktionsblock zugeordnet
ist (der durch die Betrachtungsobjektoperation geliefert
wird) zugenommen hat. Wenn dies der Fall ist, instruiert ein
Block 252 die Schnittstellenkarte 40, die statischen Daten,
die dem Fieldbus-Funktionsblock zugeordnet sind, zu lesen und
diese statischen Daten zu der unteren Datenbank 156 zu lie
fern, wo diese Daten gelesen werden und in den Schattenfunk
tionsblock eingesetzt werden. Wie dies bekannt ist, zeigt der
statische Visionsparameter an, ob irgendwelche statischen Da
ten, die normalerweise durch die statische Betrachtungsliste
vorgesehen werden, geändert wurden. Wenn der statische Revi
sionsparameter nicht erhöht wurde, werden keine der stati
schen Daten geändert und es ist nicht erforderlich, diese Da
ten während jedes Zyklusses des Steuermoduls zu lesen. Wenn
jedoch die statische Datenrevision zugenommen hat, dann haben
sich einige der statischen Daten geändert und es müssen diese
statischen Daten gelesen werden und in den Schattenfunktions
block gesetzt werden, so daß der Schattenfunktionsblock die
Daten spiegelt, die tatsächlich innerhalb des externen Funk
tionsblocks vorhanden sind.
Nachdem die statischen Daten erhalten worden sind oder die
statische Revision nicht zugenommen hat, bildet ein Block 264
die Fieldbus-Alarme (und andere Daten, wenn dies erforderlich
ist) in den Alarmen (oder anderen Datenbereichen) des Kon
trollers 12 ab. Diese Abbildung kann unter Verwendung einer
Nachschlagetabelle erreicht werden oder durch irgendeine an
dere Abbildungstechnik. Die abgebildeten Alarmgrößen (und an
dere Daten) werden dann in dem Schattenfunktionsblock gespei
chert, um durch andere Steuerblöcke des Steuermoduls verwen
det zu werden. Die Alarmgrößen können auch für einen Anwender
dargestellt werden oder in irgendeiner anderen gewünschten
Weise verwendet werden.
Danach ermittelt ein Block 266, ob die Daten für die verket
teten Parameter veraltet sind (das heißt nicht mehr aktuell
sind). Solch eine Anzeige wird in regulärer Weise in den
Fieldbus-Kommunikationen erzeugt und sie zeigt an, daß die
empfangenen Daten nicht in dem allerletzten Makrozyklus des
Fieldbus-Netzwerks erzeugt wurden, was anzeigen kann, daß ein
Zeitsteuerproblem oder ein anderes Problem innerhalb des
Fieldbus-Netzwerks existieren kann. Wenn die Verkettungspara
meterdaten veraltet sind, markiert ein Block 268 die Aus
gangsdaten als BadNotConnected, was den Modus oder Status von
anderen Funktionsblöcken innerhalb des Kontrollers 12 ändern
kann. Danach oder wenn die verketteten Daten nicht veraltet
sind, macht ein Block 270 die Betriebsdaten für andere Blöcke
innerhalb des Kontrollers 12 sichtbar und der Kontroller 12
fährt damit fort, basierend auf den neuen Betriebsdaten zu
arbeiten.
Wie ersehen werden kann, veranschaulicht das Flußdiagramm von
Fig. 11 die Betriebsweise der Erneuerung des Schattenfunkti
onsblocks, um sicherzustellen, daß dieser die Daten spiegelt,
die dem externen Funktionsblock innerhalb einer externen Vor
richtung zugeordnet sind. Jedoch kann der Schattenfunktions
block auch Daten zu dem externen Funktionsblock übertragen
und Schreibbefehle an den externen Funktionsblock senden.
Solche Daten und Schreibbefehle können von einem Anwender,
beispielsweise bei einer Workstation, vorgesehen werden oder
können an anderen Funktionsblöcken innerhalb des Kontrollers
12 entspringen und von diesen ausgesendet werden, und zwar
über die erstellten Verbindungen. Gemäß Fig. 12 veranschau
licht ein Flußdiagramm 280 die Schritte, die unternommen wer
den, um Daten oder Schreibbefehle zu einem externen Funkti
onsblock über den Schattenfunktionsblock zu senden. Bei einem
Block 281 schreibt ein Steuerblock innerhalb des Kontrollers
12 Daten über eine Eingangsverbindung in den Schattenfunkti
onsblock ein. Alternativ kann ein Anwender einen Schreibbe
fehl an den Schattenfunktionsblock über eine Anwenderschnitt
stelle senden, was es einem Anwender ermöglicht, z. B. von
Hand einen Sollwert oder einen anderen Wert, der dem externen
Funktionsblock zugeordnet ist, zu ändern. Der Schattenfunkti
onsblock sendet dann unmittelbar einen Schreibbefehl oder an
dere Daten an die Schnittstellenkarte 40. Wenn solche Daten
oder Befehl einem verketteten Parameter zugeordnet sind oder
ist, veröffentlicht die Schnittstellenkarte 40 die Daten auf
dem Fieldbus-Bus für den externen Funktionsblock zu einem ge
eigneten oder synchronen Zeitpunkt, wie dieser durch den Ma
krozyklus des Fieldbus-Netzwerks festgelegt ist. Wenn der
Schreibbefehl oder die Daten nicht einem verketteten Parame
ter zugeordnet ist bzw. sind, verwendet die Schnittstellen
karte 40 asynchrone Nachrichtenübertragungen, um den Befehl
oder die Daten an den externen Funktionsblock zu übermitteln.
Danach empfängt der externe Funktionsblock die Daten oder den
Befehl und erneut deren oder dessen Attributparameter ent
sprechend. Diese Änderungen werden dann über die Schnittstel
lenkarte 40 unter Verwendung von Veröffentlicher/Teil
nehmer-Kommunikationen zurück übertragen, als auch die Betrachtungs
objektoperation, und es werden die neuen Daten in die untere
Datenbank 156 gesetzt, wo dann während des nächsten Abtastzy
klusses des Steuermoduls diese Daten in den Schattenfunkti
onsblock eingesetzt werden.
Wenn der Block 282 eine Schreibanfrage an die Schnittstellen
karte 40 sendet und diese Anfrage zu dem externen Funktions
block gesendet wird, empfängt die Schnittstellenkarte 40 eine
Antwort von dem Funktionsblock, die anzeigt, ob der
Schreibvorgang vervollständigt worden ist oder ob die Daten
angenommen oder empfangen wurden. Die Schnittstellenkarte 40
sendet ihrerseits diese Antwort zu dem Schattenfunktions
block. Wenn der Schreibvorgang fehlgeschlagen ist, kann die
Status-, Alarm- oder Fehlereinstellung des Schattenfunktions
blocks geändert werden, um diesen Fehler zu reflektieren.
Wenn beispielsweise eine Schreibanfrage, die einem verkette
ten Parameter zugeordnet ist, nicht empfangen wurde oder
nicht richtig durch die Schnittstelle 40 implementiert wurde,
kann dies in dem Fehlerstatus des Schattenfunktionsblocks an
gezeigt werden. Wenn es gewünscht wird, wenn ein Schreibbe
fehl, der von einem Anwender stammt, fehlschlägt, implemen
tiert zu werden, kann ein Block 283 eine Anzeige über den
Fehlschlag für den Anwender bei der Workstation senden oder
zu irgendeiner anderen Anwenderschnittstelle, um dadurch den
Anwender über den fehlgeschlagenen Versuch zu unterrichten,
in den externen Funktionsblock zu schreiben.
Während sich die Beschreibung auf die Implementierung und die
Verwendung eines einzelnen Schattenfunktionsblockes 108 ge
richtet hat, sei darauf hingewiesen, daß viele Schattenfunk
tionsblöcke in dem gleichen Steuermodul oder Kontroller im
plementiert werden können, um es dem Steuermodul oder Kon
troller zu ermöglichen, viele externe Funktionsblöcke zu ver
wenden. Ferner können Schattenfunktionsblöcke implementiert
werden unter Verwendung irgendeines externen Prozeßsteuer- oder
-regel-Kommunikationsprotokolls (neben dem Fieldbus-Proto
koll) und können dazu verwendet werden, mit irgendeinem
Typ eines Funktionsblocks zu kommunizieren, inklusive irgend
einem Funktionsblock, der ähnlich ist mit oder der gleiche
ist wie irgendeiner der unterschiedlichen Funktionsblöcke,
die durch das Fieldbus-Protokoll spezifisch identifiziert und
unterstützt werden. Obwohl darüber hinaus Schattenfunktions
blöcke hier so beschrieben wurden, als ob sie einem externen
Funktionsblock zugeordnet sind, und zwar in der Form, in wel
cher das Fieldbus-Protokoll einen "Funktionsblock" definiert,
sei darauf hingewiesen, daß die Verwendung des Ausdrucks
"Funktionsblock" hier nicht auf das beschränkt ist, was das
Fieldbus-Protokoll als einen Funktionsblock definiert, son
dern statt dessen irgendein anderer Typ eines Blocks, Pro
gramms, einer Hardware, Firmware usw. enthalten ist, die mit
irgendeinem Typ eines Steuersystems oder Regelsystems
und/oder Kommunikationsprotokoll zugeordnet ist und die dazu
verwendet werden kann, um eine gewisse Steuerfunktion oder
Regelfunktion zu implementieren. Obwohl somit Funktionsblöcke
typisch die Form von Objekten annehmen, und zwar innerhalb
einer objektorientierten Programmierumgebung, muß dies nicht
der Fall sein und statt dessen können andere logische Einhei
ten dazu verwendet werden, um eine bestimmte Steuerung oder
Regelung (inklusive Eingabe- und Ausgabe-)Funktionen inner
halb einer Prozeßsteuerumgebung oder Prozeßregelumgebung aus
zuführen.
Obwohl ferner der Schattenfunktionsblock, der hier beschrie
ben wurde, in bevorzugter Weise in einer Software implemen
tiert wird, die beispielsweise in einem Kontroller oder einer
anderen Prozeßsteuervorrichtung gespeichert ist, kann sie al
ternativ oder zusätzlich in einer Hardware, Firmware usw. in
gewünschter Weise implementiert sein. Wenn sie in einer Soft
ware implementiert ist, kann der Schattenfunktionsblock der
vorliegenden Erfindung in irgendeinem computerlesbaren Spei
cher gespeichert sein, wie beispielsweise einer Magnetplatte,
einer Laserplatte oder einem anderen Speichermedium, in einem
RAM oder ROM eines Computers usw. In ähnlicher Weise kann
diese Software an einen Anwender oder eine Vorrichtung aus ge
liefert werden, und zwar über irgendein bekanntes oder ge
wünschtes Auslieferungsverfahren, inklusive beispielsweise
über einen Nachrichtenübertragungskanal, wie beispielsweise
eine Telefonleitung, das Internet usw.
Obwohl auch der Schattenfunktionsblock der vorliegenden Er
findung in Einzelheiten in Verbindung mit einem Prozeßregel
netzwerk beschrieben wurde, welches die Prozeßsteuerfunktio
nen in einer dezentralisierten oder verteilten Weise unter
Verwendung eines Satzes von Fieldbus-Vorrichtungen implemen
tiert, sei darauf hingewiesen, daß der Schattenfunktionsblock
der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit Prozeßregelnetz
werken verwendet werden kann, die Steuerfunktionen ausführen,
unter Verwendung von anderen Typen von Bereichsvorrichtungen
und Kommunikationsprotokollen, inklusive der Protokolle, die
auf anderen als den zwei Leitungsbussen basieren, und Proto
kollen, die analog und/oder digitale Nachrichtenübertragungen
unterstützen. Der Schattenfunktionsblock der vorliegenden Er
findung kann beispielsweise in irgendeinem Prozeßregelnetz
werk verwendet werden, welches Vorrichtungen verwendet, die
in Einklang mit dem HART-, PROFIBUS-, usw. Kommunikationspro
tokollen oder irgendeinem anderen Kommunikationsprotokoll
stehen, die es nunmehr gibt oder die in der Zukunft entwic
kelt werden können. In ähnlicher Weise kann, wenn dies ge
wünscht wird, der Schattenfunktionsblock der vorliegenden Er
findung in Prozeßregelnetzwerken verwendet werden, die keine
verteilten Steuerfunktionen haben, sondern statt dessen einen
zentralisierten Kontroller oder ein Steuer- oder Regelschema
verwenden, um die Vorrichtungen darin zu steuern oder zu re
geln.
Während die vorliegende Erfindung in bezug auf spezifische
Beispiele beschrieben wurde, die dazu dienen, die Erfindung
lediglich zu veranschaulichen, jedoch nicht einzuschränken,
ist es für Fachleute offensichtlich, daß Änderungen, Ergän
zungen oder Weglassungen bei den offenbarten Ausführungsfor
men vorgenommen werden können, ohne dadurch die Idee und den
Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Claims (29)
1. Interface-Funktionsblock für die Verwendung in einem
Prozeßkontroller, der kommunikativ mit einer externen
Vorrichtung über ein Kommunikationsnetzwerk gekoppelt
ist, wobei der Prozeßkontroller folgendes implementiert:
- - eine Steuerroutine unter Verwendung eines internen Funktionsblockes, welcher innerhalb des Prozeßkon trollers angeordnet ist, und
- - einen externen Funktionsblock, der in der externen Vorrichtung angeordnet ist, wobei der Interface-Funkti onsblock folgendes aufweist:
- - einen Kommunikationsport mit einem Eingang, der mit dem externen Funktionsblock über das Kommunikations netzwerk kommuniziert, um Daten, die den externen Funktionsblock betreffen, zu empfangen, und
- - einen Speicher, der die empfangenen Daten, die den ex ternen Funktionsblock betreffen, gemäß einem Kommuni kationsprotokoll des internen Funktionsblockes spei chert.
2. Interface-Funktionsblock nach Anspruch 1, der
ferner einen Ausgang umfaßt, der die Daten, die den ex
ternen Funktionsblock betreffen, an den internen Funkti
onsblock gemäß dem Kommunikationsprotokoll des internen
Funktionsblockes liefert.
3. Interface-Funktionsblock nach Anspruch 2,
bei dem der Eingang des Kommunikationsports die Daten,
die den externen Funktionsblock betreffen, unabhängig
von der Operation des internen Funktionsblockes emp
fängt.
4. Interface-Funktionsblock nach Anspruch 2,
bei dem der externe Funktionsblock über das Kommunikati
onsnetzwerk unter Verwendung eines ersten Kommunikati
onsprotokolls kommuniziert, welches verschieden ist von
einem zweiten Kommunikationsprotokoll, das dem Konfigu
rationsprotokoll des internen Funktionsblockes zugeord
net ist und bei dem der Eingang des Kommunikationsports
mit dem externen Funktionsblock unter Verwendung des er
sten Kommunikationsprotokolls kommuniziert und der Aus
gang mit dem internen Funktionsblock gemäß dem zweiten
Kommunikationsprotokoll kommuniziert.
5. Interface-Funktionsblock nach Anspruch 4,
bei dem das erste Kommunikationsprotokoll ein Field
bus-Kommunikationsprotokoll ist und bei dem der Eingang des
Kommunikationsports mit dem externen Funktionsblock un
ter Verwendung des Fieldbus-Kommunikationsprotokolls
kommuniziert.
6. Interface-Funktionsblock nach Anspruch 5,
bei dem der Eingang des Kommunikationsports eine
Schnittstellenvorrichtung verwendet, die konfiguriert
ist, um mit der externen Vorrichtung unter Verwendung
des Fieldbus-Kommunikationsprotokolls zu kommunizieren,
um mit dem externen Funktionsblock zu kommunizieren.
7. Interface-Funktionsblock nach Anspruch 1,
bei dem der Kommunikationsport mit dem externen Funkti
onsblock unter Verwendung synchroner Nachrichtenübertra
gungen kommuniziert.
8. Interface-Funktionsblock nach Anspruch 1,
bei dem der Kommunikationsport mit dem externen Funkti
onsblock unter Verwendung synchroner und asynchroner
Nachrichtenübertragungen kommuniziert.
9. Interface-Funktionsblock nach Anspruch 1,
bei dem die externe Vorrichtung unter Verwendung eines
Vorrichtungskommunikationsprotokolls Nachrichten über
mittelt, welches die Kommunikation von logisch verkette
ten Paketen von Daten unter Verwendung von standardi
sierten Kommunikationsanrufen unterstützt und bei dem
der Kommunikationsport mit dem externen Funktionsblock
unter Verwendung der standardisierten Kommunikationsan
rufe kommuniziert, die dem Vorrichtungskommunikations
protokoll zugeordnet sind.
10. Interface-Funktionsblock nach Anspruch 9,
bei dem das Vorrichtungskommunikationsprotokoll ein
Fieldbus-Kommunikationsprotokoll ist und bei dem der
Kommunikationsport mit der externen Vorrichtung unter
Verwendung von Betrachtungsobjekten innerhalb des Field
bus-Kommunikationsprotokolls kommuniziert.
11. Interface-Funktionsblock nach Anspruch 1,
bei dem der Kommunikationsport eine Alarmanzeige von dem
externen Funktionsblock empfängt und bei dem der Spei
cher die empfangene Alarmanzeige speichert.
12. Interface-Funktionsblock nach Anspruch 1,
bei dem der Kommunikationsport ferner einen Ausgang ent
hält, welcher Daten zu dem externen Funktionsblock unter
Verwendung eines Kommunikationsprotokolls sendet, wel
ches dem externen Funktionsblock zugeordnet ist.
13. Kontroller, der dafür ausgebildet ist, um kommunikativ
an eine Vielzahl von Bereichsvorrichtungen gekoppelt zu
werden, wobei eine der Bereichsvorrichtungen einen ex
ternen Funktionsblock enthält, der unter Verwendung ei
nes Vorrichtungskommunikationsprotokolls Nachricht über
trägt, wobei der Kontroller folgendes aufweist:
einen Prozessor;
einen Speicher; und
eine Steuerroutine, die in dem Speicher gespeichert ist und durch den Prozessor implementiert wird, um die Viel zahl der Bereichsvorrichtungen zu steuern, wobei die Steuerroutine folgendes enthält:
einen Prozessor;
einen Speicher; und
eine Steuerroutine, die in dem Speicher gespeichert ist und durch den Prozessor implementiert wird, um die Viel zahl der Bereichsvorrichtungen zu steuern, wobei die Steuerroutine folgendes enthält:
- - eine Vielzahl von miteinander verbundenen inter nen Funktionsblöcken, die so konfiguriert sind, um ein Kontrollerprotokoll zu verwenden und durch den Kontroller implementiert sind, und
- - einen Interface-Funktionsblock, der mit einer der Vielzahl der miteinander verbundenen inter nen Funktionsblöcke unter Verwendung des Kon trollerprotokolls kommuniziert, und der mit dem externen Funktionsblock innerhalb einer der Be reichsvorrichtungen unter Verwendung des Vor richtungskommunikationsprotokolls kommuniziert, wobei der Interface-Funktionsblock Daten spei chert, die den externen Funktionsblock betref fen, welche von dem externen Funktionsblock emp fangen wurden.
14. Kontroller nach Anspruch 13,
bei dem der Interface-Funktionsblock die Daten, die den
externen Funktionsblock betreffen, unabhängig von der
Operation der Vielzahl der internen Funktionsblöcke emp
fängt.
15. Kontroller nach Anspruch 13,
bei dem das Vorrichtungskommunikationsprotokoll ein
Fieldbus-Kommunikationsprotokoll ist und bei dem der In
terface-Funktionsblock mit dem externen Funktionsblock
unter Verwendung des Fieldbus-Kommunikationsprotokolls
kommuniziert.
16. Kontroller nach Anspruch 15,
bei dem der Interface-Funktionsblock mit dem externen
Funktionsblock unter Verwendung von Betrachtungsobjekten
innerhalb des Fieldbus-Kommunikationsprotokolls kommuni
ziert.
17. Kontroller nach Anspruch 15,
bei dem der Interface-Funktionsblock mit dem externen
Funktionsblock unter Verwendung von Teilneh
mer /Herausgeber-Nachrichtenübertragungen innerhalb des
Fieldbus-Kommunikationsprotokolls kommuniziert.
18. Kontroller nach Anspruch 13,
bei dem der Interface-Funktionsblock Daten, welche die
Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen des externen Funkti
onsblockes betreffen, empfängt und speichert.
19. Kontroller nach Anspruch 13,
bei dem der Interface-Funktionsblock Daten, die Alarm
größen betreffen, welche durch den externen Funktions
block erzeugt wurden, empfängt und speichert.
20. Kontroller nach Anspruch 13,
bei dem der Interface-Funktionsblock Daten, die den Mo
dus des externen Funktionsblockes betreffen, empfängt
und speichert.
21. Kontroller nach Anspruch 13,
bei dem der Interface-Funktionsblock Daten, die durch
eine der Vielzahl der internen Funktionsblöcke erzeugt
wurden, zu dem externen Funktionsblock sendet.
22. Kontroller nach Anspruch 13,
bei dem der Interface-Funktionsblock einen Befehl, der
durch den Kontroller erzeugt wurde, zu dem externen
Funktionsblock sendet.
23. Verfahren zum Implementieren einer Steuer- oder Regel
routine in einem Prozeßkontroller, der kommunikativ mit
einer Bereichsvorrichtung gekoppelt ist, wobei die Be
reichsvorrichtung einen externen Funktionsblock auf
weist, der in ihr angeordnet ist und unter Verwendung
eines Vorrichtungskommunikationsprotokolls Nachrichten
überträgt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte
umfaßt:
- - Speichern einer Vielzahl von miteinander verbundenen internen Funktionsblöcken in dem Kontroller, der gemäß einem Kontrollerprotokoll konfiguriert ist, um diese als Teil der Steuer- oder Regelroutine zu implementie ren;
- - Erzeugen eines Interface-Funktionsblockes innerhalb des Kontrollers, der gemäß dem Kontrollerprotokoll konfiguriert ist, wobei der Interface-Funktionsblock mit dem externen Funktionsblock unter Verwendung des Vorrichtungskommunikationsprotokolls kommuniziert;
- - Erzeugen einer Steuer- oder Regelroutine, welche die Vielzahl der miteinander verbundenen internen Funkti onsblöcke und den Interface-Funktionsblock verwendet, um den Prozeß zu steuern oder zu regeln; und
- - Speichern von Daten in dem Interface-Funktionsblock während der Implementierung der Steuer- oder Regelrou tine, die dem externen Funktionsblock zugeordnet sind und von diesem empfangen werden.
24. Verfahren nach Anspruch 23,
welches ferner den Schritt der Verwendung des Interface-Funkti
onsblockes für eine Kommunikation mit dem externen
Funktionsblock aufweist, um Daten, die dem externen
Funktionsblock zugeordnet sind, unabhängig von der Ope
ration der internen Funktionsblöcke zu erneuern.
25. Verfahren nach Anspruch 23,
welches ferner den Schritt einer Verwendung des Inter
face-Funktionsblockes umfaßt, um weitere Daten zu dem
externen Funktionsblock zu übertragen, um die Konfigura
tion des externen Funktionsblockes zu ändern.
26. Verfahren nach Anspruch 23,
welches ferner folgende Schritte enthält:
- - einem Anwender erlauben, die Steuer- oder Regelrouti ne dadurch zu konfigurieren, indem jeder eine Anzahl von Funktionsblöcken, die in der Steuer- oder Regel routine zu verwenden sind, spezifiziert wird,
- - die Verbindungen zwischen den spezifizierten Funkti onsblöcken, die in der Steuer- oder Regelroutine zu verwenden sind, zu identifizieren, und
- - die Lage eines bestimmten spezifizierten Funktions blockes als einen internen Funktionsblock zu spezifi zieren, der in dem Kontroller implementiert ist, oder als externen Funktionsblock zu spezifizieren, der durch die Bereichsvorrichtung implementiert ist.
27. Verfahren nach Anspruch 26,
bei dem der Schritt der Spezifizierung der Lage des be
stimmten spezifizierten Funktionsblockes als den exter
nen Funktionsblock den folgenden Schritt aufweist:
- - Auswählen einer externen Vorrichtung, in welcher der externe Funktionsblock zu implementieren ist, aus ei ner Liste von externen Vorrichtungen, die an den Kon troller angeschlossen sind.
28. Verfahren nach Anspruch 23,
bei dem der Schritt der Speicherung der Daten, die dem
externen Funktionsblock zugeordnet sind, den folgenden
Schritt aufweist:
- - Speichern einer Alarmanzeige, die durch den externen
Funktionsblock in dem Interface-Funktionsblock er
zeugt wird,
und bei dem das Verfahren des weiteren folgenden Schritt aufweist: - - Verwendung der Alarmanzeige, die in dem Interface-Funkti onsblock gespeichert ist, zum Triggern einer Alarmverarbeitung innerhalb des Kontrollers.
29. Verfahren nach Anspruch 23,
welches ferner den folgenden Schritt aufweist:
- - Darstellung der Steuer- oder Regelroutine durch Dar stellen einer Wiedergabe der internen Funktionsblöcke, einer Wiedergabe des Interface-Funktionsblocks und von Wiedergaben der Verbindungen zwischen den internen Funktionsblöcken und den Interface-Funktionsblöcken, so daß der Interface-Funktionsblock den externen Funk tionsblock repräsentiert.
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