КОНТРОЛЬ ПОЛЕВЫХ УСТРОЙСТВ ПОСРЕДСТВОМ КОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ Российский патент 2020 года по МПК H04L12/26 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение в основном относится к системам управления технологическим процессом и, в частности, к контролю технического состояния полевых устройств посредством коммуникационной сети с использованием промежуточных устройств, выполненных с возможностью сбора информации о состоянии устройства и других данных от полевых устройств.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Описание уровня техники изобретения приводится в данном документе с целью общего представления о контексте настоящего изобретения. Работа упомянутых в настоящий момент изобретателей в рамках описания в данном разделе уровня техники изобретения, а также аспекты описания, которые в противном случае не могут относиться к предыдущему уровню техники на момент подачи заявки, ни в том, ни в другом случае явным образом также не подразумевает признания в качестве предыдущего уровня техники в сравнении с настоящим изобретением.

Распределенные системы управления технологическими процессами, подобные тем, которые используются в химических, нефтяных или других технологических установках, как правило, содержат один или более технологических контроллеров, соединенных с возможностью обмена данными с одним или более полевыми устройствами посредством аналоговых, цифровых или комбинированных аналоговых/цифровых шин, или посредством беспроводного коммуникационного канала или сети. Полевые устройства, которые могут быть, к примеру, клапанами, позиционерами клапана, переключателями и передатчиками (например, датчиками температуры, давления, уровня и скорости расхода), расположены внутри технологической среды и, как правило, выполняют физические функции или функции управления технологическим процессом, например, открытия и закрытия клапанов, измерения параметров технологического процесса и т.д., для управления одним или более процессами, выполняемыми внутри технологической установки или системы. Интеллектуальные полевые устройства, например, полевые устройства, соответствующие общеизвестному протоколу Fieldbus, также могут выполнять управление расчетами, функциями выдачи аварийных сигналов, и другими функциями управления, которые обычно реализованы внутри контроллера. Технологические контроллеры, которые, как правило, также расположены внутри технологической среды, принимают сигналы, относящиеся к измерениям технологических показателей, выполняемые датчиками и/или полевыми устройствами, и/или другую информацию, которая относится к полевым устройствам, и выполняют приложение контроллера, которое запускается, к примеру, различными модулями управления, отвечающими за принятие решений в отношении технологического процесса, генерируют сигналы управления, основанные на полученной информации, и выполняют согласование с модулями управления или блоками, выполненными в полевых устройствах, например, в полевых устройствах HART^®, Wireless HART^® и FOUNDATION^® Fieldbus. Модули управления в контроллерах отправляют сигналы управления посредством коммуникационных линий или каналов на полевые устройства для управления работой по меньшей мере части технологической установки или системы.

Информация от полевых устройств и контроллера, как правило, становится доступной одному или более другим аппаратным устройствам посредством скоростного канала передачи данных, например, рабочим станциям оператора, персональным компьютерам или вычислительным устройствам, архивным хранилищам данных, генераторам отчетов, централизованным базам данных или другим централизованным административным вычислительным устройствам, которые, как правило, расположены в комнатах управления или других местах, вдали от неблагоприятных условий технологической среды. Каждое из этих аппаратных устройств, как правило, сосредоточено на территории технологической установки или на территории части технологической установки. Эти аппаратные устройства выполняют приложения, которые, к примеру, позволяют оператору выполнять функции в отношении управления процессами и/или работы технологической установки, например, изменение настроек алгоритма работы технологической установки, изменение работы модулей управления внутри контроллеров или плевых устройств, просмотр текущего состояния процессов, просмотр аварийных сигналов, сгенерированных полевыми устройствами и контроллерами, имитация работы процесса для обучения персонала или тестирования программного обеспечения технологической установки, поддержка и обновление конфигурации базы данных, и т.д. Скоростные каналы передачи данных, используемые аппаратными устройствами, контроллерами и полевыми устройствами, могут содержать проводные коммуникационные каналы, беспроводные коммуникационные каналы, или комбинацию проводных и беспроводных коммуникационных каналов.

Распределенные системы управления технологическими процессами могут содержать один или более блоков удаленного терминала (БУТ), которые могут быть реализованы в виде компьютеров расхода, подключенных к полевым устройствам. БУТ может содержать, к примеру, один или более модулей ввода/вывода для подключения к проводным полевым устройствам с поддержкой стандарта магистрального адресуемого дистанционного передатчика (HART) и один или более модулей ввода/вывода для подключения к беспроводному устройству HART. В более широком смысле, БУТ могут поддерживать любой подходящий промышленный протокол, включая такие промышленные протоколы автоматизации как HART, Fieldbus или Profibus.

БУТ могут работать в сети контроля технологических и производственных процессов (SCADA). Сеть SCADA может быть централизованной или распределенной управляющей сетью или системой, которая соединяет один или множество узлов, на которых выполняются программные приложения для контроля процессов, оборудования, переменных и т.д. с помощью устройств специального назначения, управляющих работой системы управления технологическими процессами (или, в более широком смысле, промышленной системой управления). Например, узел, который реализует систему учета материальных ценностей (AMS) может обмениваться данными с одним или более БУТ для сбора информации, относящейся к полевым устройствам, подключенным к БУТ, для построения структуры полевых устройств и предоставления описания структуры оператору посредством интерфейса пользователя AMS. Узел также может реализовать или быть подключенным с возможностью обмена данными к модулю, который поддерживает промышленный протокол автоматизации для туннелирования команд посредством БУТ на полевое устройство. Например, узел может содержать модуль сервера HART.

Для оценки технического состояния полевого устройства узел посылает сообщение посредством сети SCADA и БУТ на полевое устройство, принимает ответ или обнаруживает задержку и предоставляет соответствующую информацию оператору посредством интерфейса пользователя. Другими словами, доступный на сегодняшний день подход основан на непосредственном доступе к полевому устройству из удаленного узла посредством коммуникационной сети. Сбор информации таким способом может занимать несколько секунд для каждого полевого устройства, при этом оператор ощущает достаточно длительные задержки, когда полевое устройство не обменивается данными, а узел обнаруживает факт задержки. Кроме того, такой подход генерирует большой объем трафика в сети, который иногда создает помехи при передаче других данных, например при сборе телеметрических данных системой SCADA.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Блок удаленного терминала (БУТ) подключен с возможностью обмена данными с удаленным узлом и полевыми устройствами, которые выполняют соответствующие функции в технологической установке. БУТ собирает информацию, указывающую на состояние полевых устройств, например, аварийный сигналы и сохраняет (или «кэширует») эту информацию в локальной памяти. Затем, БУТ предоставляет эту информацию удаленному узлу по запросу посредством сети SCADA, которая может содержать проводные и/или беспроводные коммуникационные каналы. Удаленный узел может накапливать информацию от БУТ в соответствии с расписанием, настраиваемым оператором. Таким образом, количество сообщений, перемещающихся между удаленным узлом отдельным полевым устройством, значительно снижается, а информация о состоянии для множества полевых устройств может быстро и эффективно предоставляться оператору посредством интерфейса пользователя удаленного узла. Кроме того, узел может предоставлять информацию о состоянии для полевых устройств стороннему программному обеспечению, к примеру, в соответствии со стандартом OLE для управления технологическим процессом для аварийных сигналов и событий.

Один вариант реализации этих технологий представляет собой способ контроля состояния полевых устройств, работающих на технологической установке. Способ включает (i) получение БУТ, подключенным к полевому устройству, данных, указывающих на состояние полевого устройства, (ii) сохранение полученной информации в памяти БУТ, (i) получение БУТ запроса о состоянии полевого устройства от удаленного узла посредством коммуникационной сети, и (iv) предоставление БУТ удаленному узлу информации в ответ на запрос, указывающей на состояние полевого устройства на основе данных, сохраненных памяти БУТ.

Другой вариант реализации этих технологий представляет собой систему контроля полевых устройств, работающих на технологической установке. Система содержит блок удаленного терминала (БУТ), подключенный к нескольким полевым устройствам, каждое из которых выполнено с возможностью выполнять соответствующую функцию в технологической установке, и узел, расположенный удаленно от БУТ и подключенный к БУТ посредством коммуникационной сети. БУТ содержит (i) первый модуль интерфейса, выполненный с возможностью обмениваться данными в соответствии с промышленным протоколом автоматизации, посредством которого БУТ получает данные, указывающие на соответствующие состояния полевых устройств, (ii) память для хранения полученных данных, и (iii) второй модуль интерфейса, выполненный с возможностью обмениваться данными с удаленными узлами посредством коммуникационной сети. Узел выполнен с возможностью (i) запрашивать состояния полевых устройств и (ii) получать от БУТ информацию о состоянии на основе данных, сохраненных в памяти БУТ.

Еще один вариант реализации этих технологий представляет собой БУТ для использования в технологической установке. БУТ содержит первый модуль интерфейса, выполненный с возможностью обмениваться данными с полевыми устройствами в соответствии с цифровым промышленным протоколом автоматизации, память для хранения данных, указывающих на соответствующие состояния полевых устройств, второй модуль интерфейса, выполненный с возможностью обмениваться данными с удаленным узлом посредством коммуникационной сети, и модуль обработки, выполненный с возможностью предоставлять посредством второго модуля интерфейса информацию о соответствующих состояниях полевых устройств на основе данных, сохраненных в памяти.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На Фиг. 1 проиллюстрирована функциональная схема части примера технологической установки или системы управления технологическими процессами, в которых БУТ кэширует данные состояния для полевых устройств и предоставляет кэшированные данные или информацию на основе кэшированных данных удаленному узлу в соответствии с одним вариантом реализации технологий данного изобретения.

На Фиг. 2 проиллюстрирована функциональная схема примера удаленного узла, который может работать в системе на Фиг. 1, а также пример диспетчера устройства, соединенного с возможностью обмена данными с удаленным узлом.

На Фиг. 3 проиллюстрирована блок-схема примера способа для извлечения информации о состоянии для полевых устройств в соответствии с настраиваемым расписанием, который может быть реализован в примере узла на Фиг. 1 или Фиг. 2.

На Фиг. 4 проиллюстрирована блок-схема примера способа управления состоянием устройства с использованием локальной памяти, который может быть реализован в БУТ на Фиг. 1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 иллюстрирует функциональную схему примера системы 10, в которой БУТ 12 собирает данные о состоянии от полевого устройства 20 и предоставляет информацию о соответствующих состояниях удаленному узлу 14. Полевые устройства 20 могут содержать проводные устройства HART 20А – 20Е и/или беспроводные устройства HART 22А – 22D. Проводные полевые устройства 20А – 20Е могут обмениваться данными посредством проводных каналов 24А – 24С. Беспроводные устройства HART 22А – 22D работают в беспроводной многосвязной сети 26 посредством множества коммуникационных каналов между парами устройств. Полевые устройства 20 могут быть устройствами любого типа, например, клапанами, позиционерами клапанов, переключателями, датчиками (например, датчиками температуры, давления, вибрации, скорости расхода или рН), насосами, вентиляторами и т.д. Полевые устройства 20 выполняют функции управления, контроля и/или физические функции внутри процесса или циклов управления технологическим процессом, например, открытие или закрытие клапанов, или, к примеру, выполнение измерений параметров процесса. В дополнение к полевым устройствам 20 БУТ 12 может подключаться к другим удаленным блокам, к примеру, адаптерам или шлюзам к другим сетям.

БУТ 12 может подключаться у удаленному узлу 14 посредством сети SCADA, которая может содержать проводной и/или беспроводной канал, например, канал 13. В примере реализации, сеть SCADA содержит широкополосную сеть передачи больших данных, к которой подключено множество узлов, включая узел 14. Эти узлы могут содержать рабочие станции, базы данных, архивные хранилища данных и т.д.

БУТ 12 может содержать вычислительное устройство 30, которое может содержать один или несколько подходящих процессоров общего назначения, микропроцессоров или встраиваемых процессоров. БУТ также может содержать память 32, которая может содержать любые подходящие постоянные и/или непостоянные элементы хранения данных, считываемые процессором 30, проводную карту HART 34 и беспроводную карту HART 36. Каждая из карт 34 и 36 может быть выполнена с возможностью передачи и приема сообщений, соответствующих протоколу обмена данными HART. По меньшей мере в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения, БУТ 12 может получить доступ к проводным полевым устройствам 20А – 20Е посредством карты 34, к беспроводным полевым устройствам 22А – 22D посредством карты 36 и к беспроводной точке доступа 40.

Для простоты, Фиг. 1 иллюстрирует только одну машину узла, один БУТ и полевые устройства, подключенные к БУТ посредством одной проводной карты и одной беспроводной карты. В большинстве случаев, система 10 может содержать дополнительные устройства, коммуникационные каналы и коммуникационные сети. Например, в некоторых вариантах реализации, система 10 может содержать точки доступа, шлюзы к другим технологическим установкам (например, посредством сети Интранет или корпоративной распределенной сети), шлюзы к внешним системам (например, Интернет), устройства интерфейса человек-машина (HMI), сервера, системы данных (включая технологические базы данных, архивные хранилища и т.д.), контроллеры, карты ввода/вывода, работающие в контроллерах, маршрутизаторы, дополнительные проводные коммуникационные сети, дополнительные беспроводные коммуникационные сети и т.д.

Память 32 может хранить программные и/или встроенные программные инструкции, выполняемые на процессоре 30, которые реализуют модуль генерации структурированных отчетов HART 50. Во время работы модуль 50 форматирует и передает команды HART полевым устройствам 20, получает ответные сигналы на команды HART от полевых устройств 20, передает транзитные команды между узлом 14 и полевыми устройствами 20, и обслуживает запросы на выборку данных, полученных от узла 14. Точнее, модуль 50 может кэшировать информацию о состоянии для полевых устройств 20 в памяти 32 и после получения запроса от узла 14 форматировать сообщение в соответствии с заданным форматом для передачи информации о состоянии устройства на основе кэшированных данных, или просто пересылать кэшированные данные узлу 14. Пример работы модуля 50 описан более подробно со ссылкой на Фиг. 4. Следует снова отметить, что устройства HART и команды HART являются всего лишь примером стандарта для передачи информации о технологическом процессе, с которым могут использоваться технологии данного изобретения.

Модуль 50 может хранить информацию о полевых устройствах 20 в кэш-памяти 52 состояния устройства HART, которым может служить любая подходящая часть памяти 32. Кэш-память 52 может быть реализована как одна или несколько таблиц реляционной базы данных или использовать любую другую подходящую структуру данных. В примере реализации изобретения, для каждого полевого устройства 20 кэш-память 52 хранит соответствующую запись 60, которая указывает на состояние соответствующего полевого устройства, к примеру, в виде битовой маски состояния устройства HART. В более широком смысле, запись 60 может хранить данные о состоянии в любом подходящем формате. Для ясности, биты в битовой маске состояния устройства HART проиллюстрированы и кратко описаны в Таблице 1 ниже. Как будет понятно специалисту в данной области техники, битовая маска в каждой строке указывает на то, как выделяется соответствующий бит (например, значение 0x84, замаскированное с помощью 0x01, выделяет наименьший значащий бит, который равен нулю, а то же значение, замаскированное с помощью 0х20 выделяет второй наименьший значащий бит, который равен единице), а определение указывает значение выделенных битов, когда бит установлен.

БИТОВАЯ МАСКА ОПРЕДЕЛЕНИЕ 0x80 Неисправность устройства: устройство обнаружило серьезную ошибку или неисправность, которая нарушает работу устройства. 0x40 Конфигурация изменена: была выполнена операция, которая изменила конфигурацию устройства. 0x20 Холодный старт: сбой электропитания или произошел сброс устройства. 0x10 Доступна дополнительная информация о состоянии: доступна дополнительная информация о состоянии посредством команды 48, чтение дополнительной информации о состоянии. 0x08 Постоянный ток в контуре: ток в контуре удерживается на постоянном значении и не реагирует на изменения в технологическом процессе. 0x04 Ток в контуре достиг предельного значения: ток в контуре достиг своего верхнего (или нижнего) конечного предельного значения и больше не может повышаться (или понижаться). 0x02 Выход за пределы допустимых значений не первичной переменной: переменная устройства, не соответствующая первичной переменной, превысила свой эксплуатационный предел. 0x01 Выход за пределы допустимых значений первичной переменной: первичная переменная превысила свой эксплуатационный предел.

Таблица 1

В дополнение к сбору данных о состоянии устройства, в ответ на команду от узла 14 модуль 50 или другой компонент, работающий с БУТ 12, может поддерживать кэш-память 52 в обновленном состоянии в соответствии с информацией от устройств 20. В большинстве случаев, БУТ 12 может получать обновления состояния, инициализированное полевыми устройствами 20, или, к примеру, периодически опрашивать полевые устройства 20 для обновления информации.

Узел 14 может быть реализован аналогично клиенту/серверу SCADA или просто «узлу» 100, проиллюстрированному на Фиг. 2. Далее со ссылкой на Фиг. 2, сервер 100, в общем случае, представляет собой сервер и компонент базы данных, позволяющие реализовать архитектуру клиент/сервер за счет интеграции с определенными клиентами SCADA. Сервер 100 также поддерживает интеграцию со службой учета материальных ценностей (AMS) и поддерживает интеграцию со сторонними компонентами.

Сервер 100 может содержать компонент интерфейса удаленных данных (RDI) 102 для обмена данными с одним или несколькими БУТ посредством коммуникационного канала 110, который может быть частью сети SCADA. Например, возвращаясь к Фиг. 1, канал 110 может соответствовать каналу 13, а сервер 100 может получать доступ к БУТ 12 посредством RDI 102. RDI 102 может быть выполнен с возможностью периодически собирать данные от БУТ согласно определенному расписанию, например, предварительно заданной частоты опроса. В некоторых вариантах реализации, сервер 100 содержит множество экземпляров RDI 102, по одному для каждого типа протокола БУТ. Пример работы RDI 102 описан более подробно ниже со ссылкой на Фиг. 3.

RDI 102 может быть подключен с возможностью обмена данными к коммуникационному контроллеру 104, который поддерживает обмен данными на низком уровне посредством канала 110, а база данных устройства и системы 106 может хранить структуру устройства, последнее переданное состояние для каждого устройства и т.д. RDI 102 может хранить вновь полученные данные о состоянии, включая аварийные сигналы, события и т.д. В базе данных системы 106, доступ к которой имеют другие компоненты сервера 100, как описано ниже. Кроме того, в некоторых случаях, RDI 102 может получать «необработанные» данные HART от БУТ, генерировать новый аварийный сигнал или событие в соответствии с заданным форматом, и хранить вновь отформатированный аварийный сигнал или событие в базе данных 106.

Сервер 100 также может реализовать шлюз удаленной автоматизации AMS 120. Например, шлюз 120 может быть частью продукта для решений удаленной автоматизации (RAS), поставляемой Emerson™ Process Management. Шлюз 120 может содержать XML-сервер 122 и HART/IP-сервер 124. Шлюз 120 может быть подключен с возможностью обмена данными к базе данных устройства и системы 106. Во время работы XML-сервер 122 может обмениваться данными с другими модулями, например, менеджером устройств AMS 200, посредством разделения на уровни протокола TCP. HART/IP-сервер 124 может передавать данные HART менеджеру устройства AMS 200 через канал TCP/IP.

Кроме того, сервер 100 может содержать сервер стандарта OLE для управления технологическим процессом для аварийных сигналов и событий 130. Сервер стандарта OLE для управления технологическим процессом для аварийных сигналов и событий 130 может предоставлять аварийные сигналы и события компоненту клиента стандарта OLE для событий технологического процесса 204, работающему в менеджере устройства AMS 200 посредством каналов стандарта OLE для управления технологическим процессом для аварийных сигналов и событий 160. Другими словами, сервер 130 может предоставлять данные аварийных сигналов и событий, сохраненные в базе данных 106, другим службам и сторонним компонентам событий с использованием широко распространенных промышленных стандартов.

Менеджер устройства AMS 200 может содержать интеллектуальный менеджер устройства/интерфейс системы узла удаленной автоматизации (HSI) 202 в дополнение к клиенту стандарта OLE для аварийных сигналов и событий технологического процесса 204. Используя компоненты 202 и 205, менеджер устройства AMS 200 может предоставлять дополнительную информацию об активах посредством соответствующего интерфейса пользователя.

Следует отметить, что менеджер устройства AMS 200 не обязан отправлять, получать и обрабатывать сообщения, полученные от полевых устройств, и оправляемые полевым устройствам. Например, менеджер устройства AMS 200 не должен обмениваться данными HART с полевыми устройствами: вместо этого менеджер устройства AMS 200 может получить доступ к информации о состоянии из базы данных 106, которая, в свою очередь, использует кэшированные данные в БУТ. Таким образом, значительно снижается общее количество сообщений, переданных через сеть SCADA 13 (см. Фиг. 1).

Компоненты 102, 104, 106, 120 и 130 могут быть реализованы как соответствующие наборы инструкций, сохраненные в машиночитаемой памяти, и выполняемые одним или более процессорами. Чтобы избежать перегруженности, процессор(ы) и память не проиллюстрированы отдельно на Фиг. 2. Память сервера 100 может быть любым подходящим носителем информации, считываемым одним или более процессорами, и может содержать постоянные и/или непостоянные элементы. Менеджер устройства AMS 200 может быть реализован аналогичным способом. В зависимости от реализации, сервер 100 и менеджер устройства AMS 200 может быть реализован на отдельном физическом компьютерном узле или распределенных узлах.

Фиг. 3 иллюстрирует блок-схему примера способа 300 для извлечения информации о состоянии для полевого устройства в соответствии с настраиваемым расписанием. Способ 300 может быть реализован, к примеру, на удаленном узле 14 или в RDI 102 сервера 100. В общем случае, способ 300 может быть реализован в любом подходящем узле или группе узлов. Тем не менее, для облегчения иллюстрации, данный способ описан ниже со ссылкой на RDI 102.

Способ 300 начинается в блоке 302, где RDI 102 запрашивает состояние устройства посредством опроса соответствующего БУТ в соответствии с определенным расписанием. Например, RDI 102 может реализовать запуск периодического таймера и инициировать опрос по окончанию каждого события. Как указано выше, оператор может задавать необходимое расписание опроса в зависимости от его или ее потребностей и предпочтений. Кроме того, в дополнение к настройке расписания опроса, оператор может указать RDI 102, какой БУТ необходимо опросить, после чего сервер 100 может получить доступ к множеству БУТ, а также устройствам HART, подключенным к БУТ, который необходимо опросить. Таким образом, если определенный БУТ подключен к двум датчикам потока и двум датчикам температуры, оператор может настроить RDI 102, указав, что датчики потока необходимо опрашивать каждые 10 секунд, при этом датчики температуры необходимо опрашивать каждые 30 секунд. В таком случае, система данного изобретения может дополнительно снижать количество излишних сообщений, передаваемых внутри сети SCADA.

Таким образом, запрос, передаваемый в блоке 302, может относиться ко всем полевым устройствам, доступным на БУТ, указанной группе полевых устройств или указанным отдельным полевым устройствам, в зависимости от варианта реализации.

В блоке 304 принимаются запрашиваемые данные о состоянии для запрашиваемых полевых устройств(а). Следует отметить, что пока сам БУТ отключен, RDI 102 не будет обнаруживать значительных задержек в зависимости от того, отвечают ли полевые устройства медленно или нет. В частности, БУТ может определять, отвечают ли полевые устройства, и что полевые устройства передают данные до получения запроса от RDI 102. Таким образом, RDI 102 может быстро получать ответ в блоке 304, даже когда запрос относится к множеству полевых устройств.

В соответствии с одним примером реализации, БУТ, с которым установлена связь в блоке 302, отвечает посредством битовой маски каждому полевому устройству, к которому относится запрос. Если битовая маска не задана, т.е. каждый бит маски равен нулю, информация в кэш-памяти БУТ не доступна для полевого устройства. Соответственно, в блоке 306 RDI 102 проверяет, задана ли битовая маска. Если битовая маска задана, выполнение переходит к блоку 308. В противном случае, выполнение возвращается в блок 302 (по меньшей мере, для данного полевого устройства).

В блоке 308 RDI 102 проверяет, задан ли бит, указывающий на доступность дополнительных данных для полевого устройства. Согласно Таблице 1 выше, RDI 102 может применить маску 0x10. Если никакие другие данные о состоянии больше не доступны, выполнение переходит в блок 314. В противном случае, выполнение переходит в блок 310.

В блоке 310 RDI 102 извлекает дополнительную информацию за счет форматирования соответствующей команды HART и туннелирует команду HART на полевое устройство посредством БУТ. В блоке 312 принимается дополнительная информация от БУТ.

Далее, в блоке 314 описание аварийных сигналов и событий форматируется с использованием данных, полученных в блоке 304, а затем, если это возможно, с использованием данных, полученных в блоке 312. Как указывалось выше, сервер 100 может предоставлять аварийный сигнал и событие оператору посредством соответствующего интерфейса пользователя, а также делает доступными сгенерированный аварийный сигнал и событие для других служб, сторонних программных компонентов и т.д. Затем выполнение возвращается в блок 302, где RDI 102 инициирует новый опрос в соответствии с расписанием.

Теперь, согласно Фиг. 4, пример способа 400 для управления состоянием устройства с использованием локальной памяти может быть реализован в БУТ 12 на Фиг. 1, или в любом другом подходящем БУТ. Для удобства, способ 400 описан ниже со ссылкой на БУТ 12.

Способ начинается в блоке 402, где БУТ считывает состояние полевого устройства. С этой целью БУТ может передавать команду HART на полевое устройство, в ответе на которую содержится битовая маска, описанная выше по отношению к Фиг. 1. Другими словами, БУТ 12 может опросить полевое устройство для получения данных о текущем состоянии.

Затем, БУТ 12 может кэшировать полученные данные о состоянии в локальной памяти в блоке 404. Далее, в блоке 406 БУТ 12 может принимать запрос на получение информации о состоянии от удаленного узла посредством сети SCADA. В ответ БУТ 12 может предоставить кэшированные данные в блоке 408. В зависимости от реализации, БУТ 12 может предоставить кэшированные данные в соответствии с форматом, в котором состояние было получено от полевого устройства. В другом варианте реализации, БУТ 12 может генерировать сообщение в соответствии с различными форматами на основе кэшированных данных.

В некоторых ситуациях, БУТ 12 также получает туннелированную команду, например, команду HART 48, адресованную полевому устройству (блок 408), если состояние, кэшированное в памяти БУТ и переданное на удаленный узел, указывает, что доступна дополнительная информация. БУТ 12 передает дальше туннелированную команду, получив ответ (блок 410) и передает дальше ответ на туннелированную команду на удаленный узел посредством сети SCADA (блок 412).

Общие положения

На основании вышеизложенного следует понимать, что технологии данного изобретения снижают количество сообщений, передаваемых посредством сети SCADA для контроля информации о состоянии полевых устройств при сборе данных о состоянии устройства. В определенных примерах, описанных выше, БУТ кэширует информацию о состоянии для полевых устройств и делает ненужным, в определенных ситуациях, для удаленного узла и полевых устройств непосредственный обмен командами HART/сообщениями. Кроме того, несмотря на то, что примеры выше в первую очередь относятся к устройствам HART и протоколу HART, аналогичные технологии могут использоваться с другими промышленными протоколами автоматизации, в которых информация о состоянии устройства передается аналогичным способом.

Если это не определено особым образом, используемые при обсуждении в данном документе слова, такие как «обработка», «вычисление», «подсчет», «определение», «идентификация», «представление», «отображение» или тому подобные могут обозначать действия или процессы машины (например, компьютера), манипулирующей или преобразующей данные, представленные в виде физических (например, электронных, магнитных или оптических) величин внутри одной или более памяти (например, энергозависимой памяти, энергонезависимой памяти или их комбинации), регистров или других компонентов машины, которые получают, хранят, передают или отображают информацию.

При реализации в программном обеспечении любые приложения, службы, библиотеки функций, алгоритмы и модули, описанные в данном документе, могут быть сохранены в любой материальной, энергонезависимой машиночитаемой компьютерной памяти, например, на магнитном диске, лазерном диске, устройстве твердотельной памяти, накопительном устройстве молекулярной памяти, оптическом диске или другом носителе информации, в памяти RAM или ROM компьютера или процессора, и т.д. Несмотря на то, что примеры систем, описанных в данном документе, изложены, как включающие, помимо прочего, другие компоненты, программное и/или встроенное программное обеспечение, выполняемое на аппаратном обеспечении, следует отметить, что такие системы являются исключительно иллюстративными и их не следует рассматривать, как ограничивающие. Например, предполагается, что любые или все эти программные, аппаратные и встроенные программные компоненты могут быть реализованы исключительно в виде аппаратного обеспечения, исключительно в виде программного обеспечения или в виде любой комбинации аппаратного или программного обеспечения. Соответственно, специалистам в данной области техники будет легко понятно, что предоставленные примеры не являются единственным способом реализации таких систем.

Таким образом, хотя данное изобретение описано со ссылками на определенные примеры, которые имеют исключительно иллюстративный характер и не ограничивают собой данное изобретение, специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть выполнены изменения, дополнения или удаления для изложенных вариантов реализации изобретения без отступления от объема и сущности данного изобретения.

Группа изобретений относится к контролю полевых устройств. Технический результат – уменьшение объема трафика в сети и повышение точности контроля полевых устройств. Для этого предложена система для контроля полевых устройств, работающих в технологической установке, содержащая: блок удаленного терминала (БУТ), подключенный к нескольким полевым устройствам, каждое из которых выполнено с возможностью выполнять соответствующую функцию в технологической установке; и узел, расположенный удаленно от БУТ и подключенный к БУТ посредством коммуникационной сети. БУТ содержит: (i) первый модуль интерфейса, выполненный с возможностью обмениваться данными в соответствии с промышленным протоколом автоматизации, посредством которого БУТ получает данные, указывающие на соответствующие состояния полевых устройств; (ii) память для хранения полученных данных и (iii) второй модуль интерфейса, выполненный с возможностью обмениваться данными с удаленными узлами посредством коммуникационной сети. Узел выполнен с возможностью (i) запрашивать состояния полевых устройств и (ii) получать от БУТ информацию о состоянии на основе данных, сохраненных в памяти БУТ. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Способ контроля состояния полевых устройств, работающих в технологической установке, при этом способ включает:

получение данных, указывающих на состояние полевого устройства, на блоке удаленного терминала, подключенного к полевому устройству;

сохранение полученной информации в памяти блока удаленного терминала;

получение запроса о состоянии полевого устройства от удаленного узла посредством коммуникационной сети;

предоставление, в ответ на запрос, информации о состоянии полевого устройства на удаленный узел на основе данных, сохраненных в памяти блока удаленного терминала;

предоставление битовой маски для удаленного узла;

проверку на удаленном узле состояния битовой маски для того, чтобы определить, доступна ли дополнительная информация;

и запрос от удаленного узла дополнительной информации от полевого устройства посредством блока удаленного терминала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что запрос представляет собой один из множества запросов, полученных на блок удаленного терминала от удаленного узла посредством коммуникационной сети, при этом способ также включает передачу множества запросов в соответствии с расписанием, настраиваемым оператором на удаленном узле.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что запрос дополнительной информации содержит туннелирование запроса на полевое устройство посредством блока удаленного терминала.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает предоставление от удаленного узла информации о состоянии полевого устройства сторонним системам.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно включает сохранение на удаленном узле информации о состоянии полевого устройства в базе данных, доступ к которой имеют множество служб.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что блок удаленного терминала обменивается данными с полевым устройством посредством промышленного протокола автоматизации.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что цифровой промышленный протокол автоматизации представляет собой протокол HART.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что коммуникационная сеть представляет собой сеть контроля технологических и производственных процессов.

9. Система контроля состояния полевых устройств, работающих в технологической установке, при этом система включает:

блок удаленного терминала, подключенный к множеству полевых устройств, каждый из которых выполнен с возможностью выполнять соответствующую функцию в технологической установке, при этом блок удаленного терминала содержит:

первый модуль интерфейса, выполненный с возможностью обмениваться данными согласно цифровому промышленному протоколу автоматизации, посредством которого блок удаленного терминала получает данные, указывающие на состояния соответствующих полевых устройств,

память для хранения полученных данных

и второй модуль интерфейса, выполненный с возможностью обмениваться данными с удаленным узлом посредством коммуникационной сети; при этом система также включает:

узел, расположенный удаленно от блока удаленного терминала и подключенный к блоку удаленного терминала посредством коммуникационной сети, при этом узел выполнен с возможностью (i) запрашивать состояния полевых устройств, (ii) получать от блока удаленного терминала информацию о состояниях на основе данных, сохраненных в памяти блока удаленного терминала, (iii) предоставлять битовую маску для удаленного узла, (iv) проверять состояние битовой маски для того, чтобы определить, доступна ли дополнительная информация на соответствующем полевом устройстве, и (v) запрашивать посредством блока удаленного терминала дополнительную информацию от полевого устройства.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что дополнительно включает базу данных для хранения аварийных сигналов и событий, относящихся к полевому устройству, при этом узел дополнительно выполнен с возможностью (i) генерировать аварийные сигналы или события на основе полученной информации и (ii) хранить сгенерированные сигналы или события в базе данных.

11. Система по п.10, отличающаяся тем, что узел выполнен с возможностью запрашивать состояния полевых устройств согласно расписанию, настраиваемому оператором узла.

12. Система по п.9, отличающаяся тем, что блок удаленного терминала обменивается данными с полевыми устройствами посредством промышленного протокола автоматизации.

13. Система по п.9, отличающаяся тем, что коммуникационная сеть представляет собой сеть контроля технологических и производственных процессов.

14. Система по п.9, отличающаяся тем, что блок удаленного терминала периодически опрашивает полевые устройства для получения информации о состояниях.

15. Блок удаленного терминала для использования в технологической установке, содержащий:

первый модуль интерфейса, выполненный с возможностью обмениваться данными с полевыми устройствами в соответствии с цифровым промышленным протоколом автоматизации;

память для хранения данных, указывающих на соответствующие состояния полевых устройств;

второй модуль интерфейса, выполненный с возможностью обмениваться данными с удаленным узлом посредством коммуникационной сети;

и модуль обработки, выполненный с возможностью:

предоставлять посредством второго модуля интерфейса информацию о соответствующих состояниях полевых устройств на основе данных, сохраненных в памяти, в ответ на команды от удаленного узла,

и предоставлять битовую маску для удаленного узла, причем состояние одного из полевых устройств указывает, что дополнительная информация доступна на соответствующем полевом устройстве на основе этой битовой маски, туннелировать команду от удаленного узла, адресованную указанному одному из полевых устройств, и туннелировать ответ от этого одного из полевых устройств на удаленный узел.

16. Блок удаленного терминала по п. 15, отличающийся тем, что данные, указывающие на соответствующие состояния полевых устройств, содержат соответствующую битовую маску, передаваемую полевыми устройствами.

17. Блок удаленного терминала по п.15, отличающийся тем, что модуль обработки выполнен с возможностью предоставления информации о соответствующих состояниях в ответ на команды от удаленного узла.

18. Блок удаленного терминала по п.15, отличающийся тем, что коммуникационная сеть представляет собой сеть контроля технологических и производственных процессов (SCADA).