СПОСОБ АВТОНОМНОЙ ПАРАМЕТРИЗАЦИИ ПОЛЕВОГО ПРИБОРА ТЕХНИКИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ Российский патент 2007 года по МПК G06F9/455 G05B19/42 

Изобретение относится к способу автономной параметризации полевого прибора техники автоматизации процессов согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

В технике автоматизации процессов часто используются полевые приборы, которые служат для измерения и/или влияния на переменные величины процесса. Примерами таких полевых приборов являются измерительные устройства уровня заполнения, измерители массового расхода, измерители давления, измерители температуры и т.д., которые в качестве датчиков измеряют соответствующие переменные величины процесса, такие как уровень заполнения, массовый расход, давление или температура, и управляют так называемыми исполнительными устройствами, которые, например, в виде клапанов управляют потоком жидкости в отрезке трубопровода, или в виде насосов управляют уровнем заполнения среды в резервуаре.

Полевые приборы часто соединены через соответствующие связные соединения, как правило, через полевую шину, с управляющим блоком (например, программируемый логический контроллер PLC), который управляет ходом процесса. В этом управляющем блоке оцениваются измерительные данные различных датчиков и осуществляется управление соответствующими исполнительными устройствами.

В большинстве случаев полевая шина соединена с сетью связи, которая служит для обмена данными с системой управления (Siemens Simatic S7, Fischer-Rosemount Delta V, ABB Symphonic) и при необходимости также с административными системами (например, SAR R/3).

В системе управления контролируется и отображается ход выполнения процесса. Из системы управления возможен также непосредственный доступ для обслуживания, параметризации или конфигурации отдельных полевых приборов. За счет этого доступа можно изменять специальные отдельные регулировки (например, параметры) полевых приборов или вызывать функции диагностики.

Наряду с доступом через систему управления возможен также временный доступ на месте, например, через устройство обслуживания, такое как переносной персональный компьютер или переносное устройство для ручного обслуживания. Установленные в устройствах обслуживания или в системах управления операционной программы называются также инструментами обслуживания.

В прошлом каждый изготовитель полевых приборов разрабатывал также соответствующие инструменты обслуживания для своих полевых приборов. Это приводило к наличию на рынке множества различных инструментов обслуживания. Поскольку современные инструменты обслуживания должны обеспечивать обслуживание не только собственных полевых приборов, но также полевых приборов других изготовителей, то соответствующий инструмент обслуживания должен получать информацию о функциях подлежащего обслуживанию полевого прибора. Функции полевого прибора приводятся в описании прибора. Для этого существуют специальные стандартные языки для описания приборов. Примерами их являются CAN-EDS Controll Area Network-Electronic Data Shield, HART-DDL, HART Device Descriptions Language, FF-DDL (Fieldbus Foundation-Device Descriptions Language), Profibus-GSD (Profibus - основные данные прибора), Profibus-EDD (Profibus-Electronic Device Descriptions).

Передача данных между полевыми приборами и системами управления осуществляется в соответствии с известными международными стандартами для полевых шин, таких как, например, В.HART®, Foundation Fieldbus FF, Profibus, CAN и т.д.

Как указывалось выше, можно с помощью соответствующей операционной программы изменять отдельные параметры полевых приборов.

Примерами таких параметров являются измерительный диапазон, предельные значения, единицы измерения и т.д.

Как правило, полевой прибор, подлежащий обслуживанию, физически соединен с вычислительной системой (устройством обслуживания, системой управления), в которой установлена операционная программа (программа управления), взаимодействующая с прибором через шину передачи данных. Это называется также обслуживанием в диалоговом режиме (режиме on-line). Параметры считываются из полевого прибора и непосредственно после изменения передаются в полевой прибор и заносятся в его память. При этом непосредственно учитываются зависимости между параметрами. Изменение одного параметра может повлечь за собой изменение других параметров или отображение другого параметра. Например, при установке «Общий сброс» на «да», в полевом приборе стирается действие «Установка параметра общей суммы на ноль». Соответствующее описание прибора для работы в диалоговом режиме гласит: после записи полного сброса считывать параметр общая сумма. При этом прибор устанавливает общую сумму на ноль и выдает желаемое значение.

Наряду с обслуживанием в диалоговом режиме желательно также обслуживание в автономном режиме, например, когда во время обслуживания невозможна связь с полевым прибором; например, когда соответствующий полевой прибор в момент обслуживания не соединен с шиной передачи данных или же в данный момент выполняет важные функции процесса, которые нельзя прерывать. Такая автономная параметризация возможна, например, с помощью операционной программы CommunWin® фирмы Endress + Hauser.

Для обеспечения автономной параметризации определенного полевого прибора необходимо либо расширять уже имеющееся описание этого полевого прибора, которое дополнительно описывает поведение этого полевого прибора в автономном режиме, или создавать новое описание прибора, которое содержит поведение этого полевого прибора в автономном режиме. Для простых полевых приборов это легко выполнимо. Для полевых приборов, которые имеют многочисленные функции и поэтому имеют множество параметров с соответствующими зависимостями, это невозможно без значительных затрат на программирование. В частности, очень трудно поддаются описанию присваивание значений переменным и вычисления. Часто также невозможно полностью описывать поведение в автономном режиме сложного полевого прибора с помощью известных языков для описания приборов. Вследствие больших затрат на программирование в настоящее время невозможно выполнять параметризацию в автономном режиме полевых приборов серии PNG фирмы Endress + Hauser®.

Поэтому задачей изобретения является создание способа автономной параметризации полевого прибора техники автоматизации процессов, который не требует больших затрат на программирование и который можно выполнять просто и экономично.

Эта задача решена с помощью способа, согласно п.1 формулы изобретения. Существенная идея изобретения состоит в том, что при автономной параметризации операционная программа связана не с программой программного обеспечения прибора, которая выполняется микропроцессором в полевом приборе, а с выполняемой в отдельном вычислительном блоке копией программы программного обеспечения прибора, и тем самым нет необходимости в описании прибора, которое специально описывает поведение полевого прибора в автономном режиме, поскольку операционная программа рассматривает полевой прибор как находящийся в диалоговом режиме.

В одной модификации изобретения операционная программа и копия программы программного обеспечения прибора устанавливаются в одном вычислительном блоке. Таким образом, обе программы могут совместно выполняться, например, в переносном персональном компьютере, при этом пользователь этого не замечает при выполнении операционной программы.

Операционная программа и копия программы программного обеспечения прибора предпочтительно связаны друг с другом через виртуальный интерфейс СОМ.

Устройство управления предпочтительно имеет платформу Windows®. Для этого необходима просто программируемая оболочка Windows® для программы программного обеспечения прибора.

Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на показанный на чертежах пример выполнения, на которых изображено:

фиг.1 - принципиальная схема системы техники автоматизации процессов;

фиг.2 - схема устройства обслуживания;

фиг.3 - полевая шина с несколькими полевыми приборами,

Показанная на фиг.1 система автоматизации содержит программируемый логический контроллер PLC, который через шину D передачи данных соединен с несколькими полевыми приборами F1, F2, F3 и т.д. Полевые приборы могут быть, например, измерителями давления, измерители температуры или измерители давления и т.д. Полевые приборы F1, F2, F3 являются «умными» приборами с соответствующими микропроцессорами, в которых выполняются соответствующие программы программного обеспечения прибора, которые определяют функции полевых приборов.

Контроллер PLC связан через шину D передачи данных с соответствующим полевым прибором, так что между полевыми приборами F1, F2, F3 и контроллером PLC можно передавать данные.

Обмен данными через шину передачи данных осуществляется в соответствии с соответствующими международными стандартами, такими как CAN, Profibus, HART® или FF.

С шиной D передачи данных соединено устройство В управления, в котором установлена операционная программа (например, FieldTool® фирмы Endress + Hauser).

Шина D передачи данных, которая является так называемой полевой шиной, через шлюз G соединена с вышестоящей фирменной сетью N. К фирменной сети N подключены различные управляющие системы L1 (SCADA), L2 (отображение) и L3 (технология). Вышестоящая фирменная сеть N содержит также сетевое соединение с административными системами, такое как, например, SAP R/3.

На фиг.2 более подробно показана схема устройства В управления. В данном случае устройством управления является персональный компьютер PC (переносной), который имеет по существу два внешних порта связи СОМ1 и COM2 и слот расширения PCMCI, например, для карты интерфейса Profibus®. Другие обычные компоненты персонального компьютера, такие как клавиатура, экран и т.д., для ясности не изображены.

Через порты СОМ, соответственно, карты интерфейса можно соединять устройство управления с различными шинами передачи данных. В показанном случае порт СОМ1 соединен через модем НМ HART® с шиной Н HART®.

В персональном компьютере PC установлена операционная программа В и программа GS программного обеспечения прибора, которые, например, работают в системе Windows®. Операционная программа В соединена с памятью S1, которая содержит описания для различных полевых приборов, и памятью S2 для хранения значений параметров. Она имеет виртуальный интерфейс СОМ8, который соединен с виртуальным интерфейсом СОМ9 программы программного обеспечения прибора. Программа GS программного обеспечения прибора является копией осуществляемого в полевом приборе программного обеспечения. Это программное обеспечение называют также «встроенным программным обеспечением». Для того чтобы это программное обеспечение могло работать в Windows, программа GS программного обеспечения прибора заключена в оболочку WH Windows.

На фиг.3 показана шина D передачи данных, к которой подключены два полевых прибора F1, F2, система PCS управления процессом, сервисное вычислительное устройство SR и сервер S. В качестве модельной программы в вычислительных устройствах PCS, SR и S служит операционная программа FieldCare® фирмы Endress + Hauser, которая работает в соответствии со стандартом FDT/DTM, Спецификации FDT можно получать в виде соглашения о программных связях Profibus №2, 162 в версии 1,2.

В системе PCS управления процессом и в сервисном вычислительном устройстве SR содержаться в качестве описаний приборов приборные драйверы F1-DTM, F2-DTM и COM-DTM. Приборный драйвер F1-DTM относится к полевому прибору F1, драйвер F2-DTM - к полевому прибору F2. COM-DTM отвечает за связь с шиной D передачи данных.

В сервере S имеется COM-DTM и виртуальный приборный драйвер VF-DTM для определенного полевого прибора F3.

Это означает, что с шиной D передачи данных соединены в режиме диалога два полевых прибора F1 и F2, Полевой прибор F3 физически не соединен с шиной D передачи данных, он имитируется виртуальным приборным драйвером VF-DTM. Кроме того, сервер S через Интернет соединен с изготовителем Е+Н полевого прибора F3.

Ниже приводится описание способа, согласно изобретению, для автономной параметризации на примере полевого прибора F1.

Оператор в операционной среде пользователя выполняемой в устройстве управления операционной программы выбирает подлежащий управлению полевой прибор F1 и режим управления автономная параметризация. При выборе автономного режима становится возможным через соответствующий интерфейс СОМ1, COM2 или карту интерфейса прямая связь с программой GS программного обеспечения прибора, которая имеется в микропроцессоре полевого прибора F1.

Операционная программа В связывается в автономном режиме через интерфейсы СОМ8 и СОМ9 с копией программы GS программного обеспечения прибора и рассматривает тем самым полевой прибор F1 как находящийся в режиме диалога. Оригинал программы GS программного обеспечения прибора обычно выполняется в микропроцессоре полевого прибора F1. Оператор может теперь обычным образом выполнять параметризацию. Изменения параметров с учетом зависимостей сохраняются в памяти S2, и как только снова станет возможна связь с полевым прибором F1 через полевую шину, то они после подтверждения оператора (загрузка измененных параметров, да/нет) передаются в полевой прибор F1 и сохраняются в нем.

Поскольку программа GS программного обеспечения прибора также имеет интерфейс СОМ1, то операционная программа В и программа GS программного обеспечения прибора могут выполняться в двух вычислительных блоках, которые соединены друг с другом через кабель нуль-модема.

В случае, когда полевой прибор F1 еще незнаком операционной программе, то оператор выбирает в меню изготовителя и тип полевого прибора F1, так что соответствующее описание может быть загружено из памяти S1 или же, в качестве альтернативного решения, с помощью дискеты. Таким образом, способ согласно изобретению является экономичным, поскольку программное обеспечение прибора (встроенное программное обеспечение) разрабатывается и тестируется в персональном компьютере независимо от автономной параметризации, и тем самым соответствующие программы уже имеются в распоряжении.

Программа GS программного обеспечения прибора может работать не только под оболочкой Windows, а так же под оболочкой DTM в соответствии со стандартом FDT/DTM.

Программное обеспечение GS и оболочка FDT образуют совместно виртуальный полевой прибор DTM, который в последующем обозначается позицией VF-DTM. Такой виртуальный приборный драйвер VF-DTM можно просто вводить в модельные программы FDT, такие как, например, FieldCare® фирмы Endress + Hauser. Вместе с обычным прибором DTM, который не имеет автономных функций, можно обслуживать такой соответствующий полевой прибор полностью в автономном режиме. Для автономной параметризации прибор DTM может связываться затем не с реальным полевым прибором, а с виртуальным полевым прибором VF-DTM.

Через соответствующий связной интерфейс COM-DTM можно с помощью виртуального приборного драйвера VF-DTM квази имитировать полевой прибор VF на шине D передачи данных.

Таким образом, можно полностью параметризировать в рамках проектирования установку с несколькими реальными полевыми приборами и одним или несколькими виртуальными полевыми приборами. При этом можно выдавать также обозначения измерительных мест в виде TAG-номеров и шинные адреса еще не подключенным к шине полевым приборам. Операционная программа В связывается при еще не подключенном полевом приборе просто с соответствующими виртуальными приборными драйверами VF-DTM.

В одной специальной модификации изобретения эта информация (номера TAG и шинные адреса) передаются непосредственно изготовителю приборов для предварительной конфигурации полевых приборов в процессе изготовления.

В этом случае оператор может устанавливать полевые приборы сразу после их поставки на шине D передачи данных.

Существенная идея изобретения состоит в том, что для автономной параметризации полевого прибора соответствующая операционная программа В связывается с копией программы GS программного обеспечения прибора, которая выполняется в независимом от полевого прибора вычислительном блоке.

Изобретение относится к автоматизации процессов с использованием полевых приборов. Использование изобретения позволяет получить технический результат в виде упрощения и удешевления программирования. Способ выполняется в устройстве управления с помощью операционной программы, которая для параметризации в диалоговом режиме связана с полевым прибором через шину передачи данных и которая не имеет доступа к описанию прибора, которое описывает поведение полевого прибора в автономном режиме. Технический результат достигается благодаря тому, что операционная программа связывается с копией программы программного обеспечения прибора, выполняемого в полевом приборе, обеспечивая тем самым имитацию полевого прибора в диалоговом режиме. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ автономной параметризации полевого прибора техники автоматизации процессов с помощью выполняемой в устройстве В управления операционной программы В, которая для параметризации в диалоговом режиме связана с полевым прибором через шину D передачи данных и которая не имеет доступа к описанию прибора, которое описывает поведение полевого прибора F1 в автономном режиме, отличающийся тем, что операционная программа В связывается с копией программы GS программного обеспечения прибора, выполняемого в полевом приборе F1, обеспечивая тем самым имитацию полевого прибора F1 в диалоговом режиме.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что копия программы GS программного обеспечения прибора и операционная программа В совместно выполняются в устройстве В управления.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что копия программы GS программного обеспечения прибора и операционная программа В связаны через виртуальный интерфейс СОМ.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что устройство управления имеет платформу Windows®.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что копия программы GS программного обеспечения прибора окружена оболочкой Windows®.6. Способ по п.4, отличающийся тем, что копия программы GS программного обеспечения прибора окружена оболочкой DTM.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что устройство В управления является вычислительным блоком в виде переносного персонального компьютера.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулировки параметризации в автономном режиме передаются изготовителю приборов для предварительной конфигурации полевых приборов.