用于确定和/或监测自动化技术中的化学或物理过程变量的设备

摘要

本发明涉及一种用于确定和/或监测自动化技术中的化学或物理过程变量的设备，该设备包括：上级控制单元（1）；传输器电子器件（2），该传输器电子器件（2）具有第一接口（3）、第二接口（4）、第三接口（6）和映射逻辑（M）；以及多个数据源组件（F1、F2、…、Fn）。其中传输器电子器件（2）经由总线协议借助于第一接口（3）与上级控制单元（1）通信；其中传输器电子器件（2）可以经由第二接口（4）与服务单元（5）相连接；其中传输器电子器件（2）可经由第三接口（6）与数据源组件（F1、F2、…、Fn）中的至少一个相连接；其中映射逻辑（M）经由对应的映射规范（6a、6b、…、6n）把对应的数据通道（11a、11b、…、11n）与已连接的数据源组件（F1、F2、…、Fn）相连接，并且其中作为已连接的数据源组件（F1、F2、…、Fn）的函数的各个映射规范（6a、6b、…、6n）是经由服务单元（5）可寻址的和可设定的，使得选自数据（C1、C2、…Cn，具有D1、D2、…Dx）的用于已连接的数据源组件（F1、F2、F3、…Fn）的数据可以在至少一个电报中被同时传输到上级控制单元（1）。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在自动化技术中确定和/或监测化学或物理过程变量的设备。 

背景技术

在自动化技术中，尤其是在过程自动化技术中，常常应用现场装置来记录和/或影响过程变量。为了记录过程变量，集成在例如灌装高度测量装置、流量测量装置、压力和温度测量装置、pH和氧化还原电位测量装置、电导率测量装置等中的传感器被用来记录对应的过程变量灌装高度、流量、压力、温度、pH值或电导率。执行器被用来影响过程变量；这样的执行器例如可以是阀或泵，经由阀或泵可以改变管线段中液体的流量或容器中的灌装高度。原则上，靠近这种过程和递送或者过程、过程相关信息而应用的所有装置被称为现场装置。结合本发明，远程I/O、无线适配器，或更一般地，布置在现场级的电子组件，被看做是现场装置。可以从恩德莱斯和豪瑟尔集团公司（Endress+Hauser group of firms）获得许多这样的现场装置。 

在现代工业工厂中，在至少一个上级控制单元和现场装置之间的通信通常经由HART技术或总线系统发生，所述总线系统例如是 PA、Foundation 等。可以将总线系统实现为有线的以及无线的。上级控制单元被用于过程控制、过程可视化、过程监控、过程存档，以及被用于起动和操作现场装置，并且还被称为配置/管理系统。从恩德莱斯和豪瑟尔集团公司（Endress+Hauser group of firms）下的商标FieldCare可获得在上级单元上独立运行的操作工具。 

通常使用电子装置描述（description）来把现场装置集成到上级控制单元中。电子装置描述使得上级控制单元可以检测并解释由现场装置传送的数据。为了可以把现场装置集成到不同的现场总线系统中，必须为不同的现场总线系统建立装置描述。除电子装置描述之外，在越来越多的测量当中，还应用了根据FDT标准的装置驱动器或装置类型管理器（DTM），这需要框架应用——尤其是FDT框架——作为运行时环境。装置驱动器被用于与现场装置的可理解交互。 

可从受让人的商标Liquiline CM42下获得测量传输器。通常，单个现场装置在现场级或过程级被连接到测量传输器。在特定实施例中，还可以用两个已连接的现场装置来操作CM42传输器。 

在系统级，把CM42传输器与上级控制单元相连接。在已知的解决方案中，在起动现场装置之后，可在控制单元和传输器电子器件之间进行交换的数据由与现场装置相关联的装置固件和存储在上级控制单元中的对应的电子装置描述或对应的装置驱动器（DTM：装置类型管理器）事先规定。仅当修改固件以及对应的电子装置描述或对应的装置驱动器时，可在以后改变这种默认情况。改变是相对劳动密集的并且消耗大量时间，并且通常仅可以由装置制造商执行。无法在以后由用户进行灵活的适应性调节。 

本发明的一个目的是提供一种设备，该设备使得用户可以灵活地使传输器电子器件和上级控制单元之间交流的数据适应于当前的应用。 

发明内容

该目的通过以下设备实现，该设备包括：上级控制单元；传输器电子器件，该传输器电子器件具有第一接口、第二接口和第三接口；以及多个数据源组件，这多个数据源组件经由第一总线系统与传输器电子器件交换数据。经由总线系统的通信优选地使用自动化技术的常 规总线协议之一来进行。当然，数据交换还可以使用专有总线协议进行。 

数据源组件可以是硬件组件和/或软件组件。典型的硬件组件是现场装置，尤其是传感器或执行器，以及继电器、电流输入端/电流输出端等。同样地，还可以将在说明书中命名的组件归入术语“现场装置”。软件组件尤其是数学关系模型。例如，数学关系模型是由两个pH传感器提供的pH值之间的差。 

传输器电子器件使用第二总线协议经由第一接口与上级控制单元通信。当然，第一总线协议和第二总线协议可以完全相同。如果情况不是这样的，则设置网关来执行协议转换。 

经由第二接口，传输器电子器件连接到或者可以连接到服务单元。服务单元可以是例如PC、膝上型计算机或其它服务工具，可以经由USB接口或专有服务接口（例如，设置在Endress+Hauser现场装置上的所谓的CDI接口、相应地服务接口）连接到传输器电子器件。当然，还可以经由诸如例如SD卡（安全数字存储卡）的数据载体进行被交流的数据的选择。 

用于对应的数据源组件的多个数据通道与第三接口相关联，其中取决于已连接的数据源组件，各个数据通道经由服务单元和映射逻辑是可寻址的且可调的。而且，来自于已连接的数据源组件的数据在每种情况下在至少一个电报中被同时传输到上级控制单元。 

原则上，本发明的设备包括一组任何期望复杂度的硬件组件和软件组件。数据可以是例如测量值、操纵变量、状态信息、诊断数据、校正/参数数据等。在自动化技术中，例如一个传感器提供大量数据时也并不少见。取决于传感器的类型，数据的量可以大于1000。然而，这些广泛的数据并不总是在每种应用情况下与用户有关。相反，常常 是，仅少量数据就完全满足用户的需要。而且，如果将多个传感器连接到传输器电子器件，如在本发明的设备的情况下，则由硬件组件和软件组件提供的数据的量相应地成倍增加。本发明的解决方案提供一种用于如何以简单的方式从大量数据中对于应用特定选择可管理数量的数据的方法。在传输器电子器件中经由映射逻辑对该选定数量的数据寻址，使得可以针对所应用的总线协议——优选地在一个电报或少量电报中——把数据连贯地且有效地传输到上级控制单元。 

本发明设备的传送灵活性相当好。如果例如在以后的时间点用另一类型的现场装置取代现场装置中的至少一个，则用户可以现场选择将被通信的数据。关于本发明，被视为有利的是，使用菜单驱动选择能够直接在传输器电子器件上进行参数化。不需要对上级控制单元的软件进行改变。仅需把用于新装置的装置描述或DTM提供给上级控制单元。 

本发明的设备的有利的实施例提供了：传输到上级控制单元的至少一个电报被配置成使得各个数据源组件的选定的主变量和辅助变量在电报中被同时传输到上级控制单元。在这样的情况下，主变量和辅助变量选自通过数据源组件传送的各种数据。如先前所陈述的，选择经由服务单元来进行。服务单元是例如可以连接到传输器电子器件的PC、膝上型计算机或任何手持服务工具。 

如上所述，在自动化技术中使用的常规总线协议中的一个，诸如HART、Profibus PA或Fieldbus Foundation协议，优选地充当传输器电子器件和上级控制单元之间的通信协议。当应用ModBus协议作为协议时，结合本发明被认为是尤其有利的。而且，当然，还可以将任何基于互联网的协议结合本发明使用。 

在下文中，对作为传输器电子器件和上级控制单元之间的传输协议的ModBus作出特别参考。ModBus协议是基于主/从，或客户机/服 务器架构的通信协议。就ModBus协议应用的目前情况而论，上级控制单元充当ModBus客户机，而与传输器电子器件相关联的是ModBus服务器，该ModBus服务器对来自ModBus客户机的查询作出应答。 

当然，在应用诸如HART、Profibus PA或Fieldbus Foundation的其它协议的情况下，过程是类似的。 

优选地，把ModBus协议实现为使得它在线性地址空间即ModBus寄存器中，对各个数据源组件的由ModBus服务器提供的主变量和辅助变量寻址。此外，其中以结构化方式存储来自数据源组件的数据的数据库或数据模型与传输器电子器件相关联。由于把多个数据源组件连接到传输器电子器件，因此数据库包括来自多个数据源组件的数据，其中来自每个数据源组件的数据又由多个单独的数据元构成。 

而且，提供了信号处理能力与传输器电子器件相关联，其中将由信号处理能力产生的数据存储在对应的数据源组件的数据元中。 

如果数据源组件至少部分地是执行器，则将信号处理能力实现为使得它获取和处理来自数据库的数据并且将操纵的变量经由在传输器电子器件和数据源组件之间的接口传送至数据源组件。将接口布置成面向过程。经由所述接口来操作执行器。 

附图说明

现在将基于附图更详细地解释本发明，其中： 

图1是本发明的设备的实施例的示意图，以及 

图2是本发明设备的优选实施例。 

具体实施方式

图1示出本发明的设备的实施例的示意图。本发明的设备的基本组件是上级控制单元1、传输器电子器件2和服务单元5，该服务单元 5一般被称为HMI——人机接口。传输器电子器件2和上级控制单元1经由第一硬件/软件接口3彼此通信。在上级控制单元1和传输器电子器件2之间的通信经由自动化技术中使用的总线协议之一来进行。优选地，结合本发明使用的是ModBus协议。 

上级控制单元是例如PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）或PCS（过程控制系统）。结合本发明的解决方案的现场装置F1、F2、…、Fn被指定为数据源组件并且是经由多传感器或多执行器接口8连接到传输器电子器件2的那种。 

在服务单元5和传输器电子器件2之间的通信经由接口4进行。同样地，在这样的情况中所涉及的是软件/硬件接口。或者，服务单元5可以由数据载体取代，数据载体例如是SD存储卡，因此，通常是其中已经建立了关于现场装置F1、F2…Fn到数据通道11a、11b、…、11n的映射规范6a、6b、…、6n的信息的存储卡。 

图2示出本发明的系统的优选实施例，该优选实施例是可连接到现场装置的所谓的多通道装置，用于确定和/或监测自动化技术中的化学或/物理过程变量。 

该系统包括上级控制单元1、布置在壳体10中的传输器电子器件2，以及经由多传感器/执行器接口8可连接到传输器电子器件2的多个现场装置F1、F2…Fn。现场装置F1、F2…Fn在示出的情况中是布置在过程中的传感器。该过程（process）是例如澄清车间的活化槽。当然，还可以结合任何其它应用来应用本发明的解决方案。 

使用自动化技术中常用的现场总线协议中的一个，布置在壳体10中的传输器电子器件2经由第一接口3与上级控制单元1通信。现场装置和总线协议的示例已经在上文中给出。在示例性的情况中，总线协议是ModBus协议。在示出的情况中，将传输器电子器件2经由第二 接口4连接到服务单元5。在替换实施例中，服务单元5可以由数据载体取代。原则上，第三接口6包括映射规范6a、6b、…、6n。第三接口6从多个数据C1、C2、…、Cn中选择与相应的数据通道11a、11b、…、11n和已连接的数据源组件F1、F2、…、Fn适配的数据。 

根据本发明，经由服务单元5或存储在数据载体上作为已连接的数据源组件F1、F2、…、Fn的函数的映射规范，来对用于现场装置F1、F2、…、Fn的各个映射规范6a、6b、…、6n进行寻址和设置。进行寻址和设置，使得在至少一个电报中，从相应已连接的数据源组件F1、F2、…、Fn（在此是现场装置，相应为传感器）的数据C1、C2…Cn中选择的数据元D1、D2…DX可以被同时传输到上级控制单元1。例如，映射规范6a把寄存器——相应地为地址空间A2——与关联于现场装置F3的数据C3的数据元素D4相连接。如先前所提及的，数据源组件F1、F2、…、Fn是硬件组件和/或软件组件。硬件组件尤其是现场装置F1、F2…Fn，诸如传感器、执行器、继电器或电流输入端/电流输出端。软件组件优选地是在各个现场装置F1、F2…Fn的测量数据之间的数学关系模型。另外，结合本发明的解决方案，优选地应用基于受让人的Memosens技术操作的现场装置。 

结合本发明，每个电报被构造为使得各个数据源组件F1、F2、…、Fn的选定的主变量和/或辅助变量在该电报中被同时传输到上级控制单元1。在这样的情况下，已传输的主变量和辅助变量是从数据源组件F1、F2、…、Fn递送的多个数据C1、C2、…、Cn中选择的。 

具体地，图2示出如下。上级控制单元1代表ModBus客户机，该ModBus客户机使用ModBus协议向ModBus服务器2即传输器电子器件2发送数据，或从ModBus服务器2获得数据。使用标准ModBus命令（或功能码）No.23，这两个数据方向可以用ModBus客户机1的请求电报和ModBus服务器2的相关联的ModBus回复电报构成的一个事务取代。ModBus服务器2，优选地集成在独立的传输器壳体10中， 对ModBus客户机1的查询作出应答。 

在ModBus协议中，在线性地址空间A中对ModBus服务器2的数据寻址。将数据源组件F1、F2…Fn的数据C1、C2、…、Cn布置在ModBus地址空间A中使得从应用的观点来看还可以对相互关联的数据C1、C2、…、Cn进行相互关联的寻址。这意味着，例如，使ModBus服务器2在示出的情况下提供的主变量和/或辅助变量，诸如测量值或状态信息，与一个接一个的地址A1…An相关联，并且因此可以由ModBus客户机1以至少一个但是在任何情况下尽可能少的查询来获取。 

以结构化的方式把由数据源组件F1、F2、…、Fn即现场装置传送的数据C1、C2…Cn存储在传输器电子器件2中的一种数据库7中。数据库7，常常还被称为数据模型，包括与各个数据源组件F1、F2…F3相关联的数据C1、C2…Cn。每个数据集C1、C2…Cn又具有多个单独的数据元D1、D2…Dx。 

传输器电子器件2的核心组件是在数据模型——相应为数据库7——的数据元D1、D2…Dx和ModBus地址空间A之间的映射逻辑M。可以用两个步骤来限定映射逻辑M： 

1.选择数据组件F1、F2…Fn中的一个，例如F1。 

2.从与选定的数据源组件F1、F2…Fn相关联的适当的数据集C1、C2、…Cn中选择数据元D1、D2…Dx。 

附图标记清单 

1        控制单元/Modbus客户机 

2        传输器电子设备（Modbus服务器） 

3        接口传输器电子设备/控制单元 

4        接口传输器电子设备/服务单元 

5        服务单元 

6                 第三接口 

                  映射规范，其从多个数据中选择与相应的数据通道 

6a,6b,…,6n      （用于现场装置，相应地，数据源组件）适配的数 

                  据 

7                 数据库（数据模型） 

                  接口传感器或执行器或多传感器/多执行器接口/硬 

8 

                  件接口 

9                 信号处理 

10                多通道装置 

11a,11b,…,11n    数据通道 

C1,C2,…,Cn       数据 

D1,D2,…,Dn       数据元 

A1,A2,…,An       地址空间