專利名稱：靈活的功能塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動控制系統(tǒng)體系。更確切地說，本發(fā)明涉及在U.S.專利號 NO. 6，424，872和U. S.專利申請?zhí)?9/598，697中描述的擴展自動控制系統(tǒng)體系，以包括新的“靈活的功能快”，該靈活的功能快增加了申請兼容性以包括復雜的離散/混合/分批以及PLC應用。
背景技術(shù)：
工廠控制系統(tǒng)已經(jīng)迅速地從專有的、集中體系轉(zhuǎn)向開放、分散的基于現(xiàn)場總線的體系，諸如來自Fieldbus財團(德克薩斯州的奧斯汀)的F0UNDAT0N 現(xiàn)場總線。 F0UNDAT0N 現(xiàn)場總線指定用于過程控制的較低速現(xiàn)場總線(Hl)，以及用于高性能控制的高速以太網(wǎng)(HSE)現(xiàn)場總線骨干鏈路，子系統(tǒng)集成，和管理信息系統(tǒng)集成。分別在 NO. 6，424，872專利和09/598，697申請中描述了示意Hl和HSE。由于F0UNDAT0N 現(xiàn)場總線是開放的和可通用的、分布式控制體系，因而來自不同出售商的控制設備能夠在Hl或HSE 現(xiàn)場總線上共同使用并且共享控制功能(例如，將控制分配到現(xiàn)場總線設備中)。由于減少或者消除了對集中控制計算機和I/O子系統(tǒng)的需要，因而將控制分配到現(xiàn)場總線設備減少了系統(tǒng)安裝成本。由于設備中的功能塊提供了更多關(guān)于過程測量和設備狀態(tài)的信息，因而將控制分配到現(xiàn)場總線設備減少了系統(tǒng)操作和維護成本。設備供應商和用戶促進了對開放、可共同使用、分布式控制現(xiàn)場總線系統(tǒng)的需求。供應商需要開放和可通用、分布式控制現(xiàn)場總線系統(tǒng)，因為這允許供應商將他們的產(chǎn)品銷售給更多的用戶，替代僅僅銷售給操作特定專用系統(tǒng)。用戶需要開放和可通用的、分布式控制現(xiàn)場總線系統(tǒng)以便用戶能夠從多個供應商中選擇最好的控制設備，而不是僅僅為專有系統(tǒng)特定設計的設備。Hl為現(xiàn)場級別控制能力和集成提供開放和可通用解決方案，并且HSE為在非常高性能通信系統(tǒng)上的分布式控制(通常稱作現(xiàn)場總線“骨干鏈路”網(wǎng)絡)提供開放和可通用解決方案。HSE控制骨干鏈路聚集來自較低速控制設備(例如Hl設備和其它控制設備)的信息，HSE控制骨干鏈路用于管理的和高級的控制應用中。HSE控制骨干鏈路聚集來自高速控制設備(例如，HSE設備和其它子系統(tǒng))的數(shù)據(jù)，并由控制系統(tǒng)計算機提供Hl和HSE控制信息的訪問/改變。多數(shù)工廠自動應用問題可以使用如在NO. 6，424，872專利中描述的標準功能塊來得到解決。NO. 6，424，872功能塊具有固定I/O配置和固定控制算法。然而，某種應用需要這樣的功能塊，其中可以由終端用戶來配置輸入/輸出(I/O)的數(shù)目和種類和功能塊算法。 這些用戶可配置功能快需要更復雜的離散/混合/分批以及PLC應用，其中I/O和算法是特定應用的。在本發(fā)明之前，沒有方法生成離散/混合/分批以及PLC應用所需要的可通用的終端用戶可配置塊。終端用戶不得不開發(fā)定制控制軟件和特殊I/O網(wǎng)關(guān)，這是昂貴和難于維護的。需要的是開放的可通用現(xiàn)場總線，其能夠提供在NO. 6，424，872專利和 09/598，697申請中描述的功能塊以及終端用戶可配置塊，從而消除對昂貴和難于維護的定制控制軟件和特殊I/O網(wǎng)關(guān)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
在此描述的實施例克服了上述以及其它缺陷等等。實施例滿足上述需要。實施例提供了新的和改善的控制系統(tǒng)體系，其提供了新的、終端用戶可配置功能塊，從而消除對在離散/混合/分批以及PLC應用中的昂貴和難于維護的定制控制軟件和特殊I/O網(wǎng)關(guān)的需要。在此所描述的實施例一起稱作“靈活功能塊”(FBB)。例如，通過用于在開放控制系統(tǒng)中操作的裝置來達到這些和其它優(yōu)點，所述裝置包括存儲器(其包括系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)和靈活功能塊)、可操作地連接到存儲器的處理器、以及介質(zhì)連接單元(Medium Attachment Unit)，介質(zhì)連接單元在處理器和傳送介質(zhì)之間翻譯輸入消息和輸出消息。該系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)包括系統(tǒng)調(diào)度，靈活功能塊包括終端用戶可配置參數(shù)和終端用戶可配置算法計算機程序，并且處理器基于系統(tǒng)調(diào)度執(zhí)行靈活功能塊。例如，也可以通過允許包括多個設備的設備之間的互用性的系統(tǒng)來達到這些和其它優(yōu)點，至少一個設備包括資源塊和靈活功能塊和可操作連接到靈活功能塊的介質(zhì)連接單元。資源塊唯一地標識各個設備，靈活功能塊處理參數(shù)以產(chǎn)生輸出消息，并且介質(zhì)連接單元將輸入消息從傳送介質(zhì)翻譯到靈活功能塊并且將輸出消息從靈活功能塊翻譯到傳送介質(zhì)。例如，也可以通過在控制系統(tǒng)中操作的裝置來達到這些和其它優(yōu)點。該裝置包括用戶層，用戶層包括封裝的靈活功能塊以提供功能性給物理層，物理層將消息從傳送介質(zhì)翻譯到用戶層適用的格式，并從用戶層翻譯到用于在傳送介質(zhì)上傳送的信號，已經(jīng)連接到用戶層和物理層的通信棧。通信棧包括數(shù)據(jù)鏈路層和應用層。數(shù)據(jù)鏈路層控制到傳送介質(zhì)上多個消息的傳送。應用層允許用戶層在傳送介質(zhì)上通信。同樣，例如，通過存儲器來達到這些和其它優(yōu)點，所述存儲器用于存儲數(shù)據(jù)以便通過在控制系統(tǒng)內(nèi)設備中操作的應用框架進行訪問。存儲器包括存儲在存儲器中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括資源塊，資源塊使得設備的硬件特定特征電子地可讀，以及封裝的靈活功能塊，和至少一個轉(zhuǎn)換(transducer)塊。靈活功能塊包括終端用戶配置的程序和參數(shù)以及至少一個轉(zhuǎn)換塊控制對靈活功能塊的訪問。


連同附圖，根據(jù)以下發(fā)明詳細描述的閱讀，本發(fā)明上述目的和優(yōu)點以及通過其使用可以獲得的其它好處和優(yōu)點，可以變得顯而易見。在附圖中，參考數(shù)字表示系統(tǒng)的相應部分。圖1是擴展控制系統(tǒng)的視圖概。圖2示出與本發(fā)明通信模型相比的開放系統(tǒng)互連層的通信模型。
圖3舉例說明現(xiàn)場設備的硬件實施例。圖4總結(jié)由現(xiàn)場總線訪問子層提供的虛擬通信關(guān)系。圖5舉例說明經(jīng)由通信服務互連的兩個設備。圖6舉例說明對象字典。圖7舉例說明在本發(fā)明通信模型內(nèi)的虛擬通信設備。圖8舉例說明現(xiàn)場設備內(nèi)的功能塊應用結(jié)構(gòu)。圖9舉例說明在總線上與現(xiàn)場設備互連的外部設備。圖10舉例說明對象字典目錄對象的優(yōu)選層。圖11舉例說明單個循環(huán)互連的參數(shù)的實例。圖12舉例說明本發(fā)明優(yōu)選系統(tǒng)體系。圖13舉例說明帶有用戶配置輸入、用戶配置輸出、和用戶配置算法的靈活功能塊。圖14舉例說明使用標準和靈活功能塊的應用。圖15是舉例說明使用標準和靈活功能塊的應用的實例的框圖。
具體實施例方式以下描述帶有的提高的互用性、改善的開放控制系統(tǒng)，以及改善的分布式控制其提供新的、終端用戶可配置功能塊(靈活功能塊)?？刂葡到y(tǒng)能夠支持各種類型的現(xiàn)場設備包括變換器和激勵器，或者高速現(xiàn)場設備諸如單元控制、發(fā)動機、驅(qū)動器和遠程輸入/輸出 (I/O)。靈活功能塊使能功能塊輸入/輸出(I/O)的數(shù)目和類型，以及可由終端用戶配置的功能塊算法。以下首先提供控制系統(tǒng)的實施例描述(圖1-12)，接著描述靈活功能塊(圖 13-15)。如圖1所示，在控制系統(tǒng)上操組的現(xiàn)場設備一般地分類為連接有效調(diào)度器100，連接主設備105，或者基本設備110。如何分類現(xiàn)場設備取決于其控制性能和可靠性。例如， 如果現(xiàn)場設備用作總線120的網(wǎng)絡控制器，那么它被分類為鏈接有效調(diào)度器100。如果現(xiàn)場設備能夠用作網(wǎng)絡控制器或者鏈接有效調(diào)度器但是不假設其具有可靠性，那么它被分類為鏈接主設備105。基本設備110不能夠用作網(wǎng)絡控制器?，F(xiàn)場設備可以電子地耦合或者通過傳送介質(zhì)120來連接，所述傳送介質(zhì)可以是單獨輸入和輸出導線或者各種總線配置。如圖1所示，實施例使用總線配置?？偩€的吞吐率可以變化。少數(shù)示意性總線是31. 25kbit/s總線，10Mbit/s總線，和2. 5Mbit/s總線。31. 25kbit/s總線一般用于過程控制應用，諸如溫度、級別和流控制。1. OMbit/s 總線和2. 5Mbit/s總線通常用于高速應用。在1. OMbit/s總線和2. 5Mbit/s總線上操作的設備通常自動力的或者從現(xiàn)場總線電纜(即4根電纜)上的分離電源總線汲取電力，然而， 它們同樣能夠從現(xiàn)場總線上直接提供動力。在所示實施例中，在同一總線120上操作有幾個鏈路主設備105。當這些鏈路主設備105被激活時，這些鏈路主設備105就負責支持變?yōu)殒溌坊顒诱{(diào)度器100。在所示實施例中，變?yōu)殒溌坊顒诱{(diào)度器100的鏈路主設備105是帶有最低網(wǎng)絡地址的設備。在可選實施例中，特定設備可以是“優(yōu)選的”鏈路主設備。在這種情況下，當該系統(tǒng)被激活時，帶有最低網(wǎng)絡地址的鏈路主設備105將假設為鏈路活動調(diào)度器100的責任。然后，“優(yōu)選的”鏈路主設備105將發(fā)送消息至鏈路活動調(diào)度器100，將其傳送到發(fā)送控制。根據(jù)消息的接收，鏈路活動調(diào)度器100將控制發(fā)送到優(yōu)選鏈路主設備105。然而，存在各種各樣的方法來指導所述支持處理。例如，在于1996年6月11日發(fā)布的U。S。專利號5，526，358中示出了一種支持處理，在此合并以供參考。如果控制總線 120的鏈路活動調(diào)度器100發(fā)生故障或者被刪除那么指導該支持處理。控制系統(tǒng)也可以包括橋130以便與個別總線互連并創(chuàng)建較大的網(wǎng)絡?？梢酝ㄟ^操作員站150來監(jiān)視個別總線之間的通信。為了詳細地描述該控制系統(tǒng)，只需要描述鏈接主設備105因為它包含與鏈接有效調(diào)度器100—樣的控制容量。鏈接主設備105合并包含以下三個層的程序接口 (1)物理層，⑵通信站，和⑶用戶層。如圖2所示，從開放系統(tǒng)互連(OSI)模型中導出物理層(PHY) 200和通信棧205。 物理層(PHY) 200與OSI層1相同，而通信棧205對應于OSI層2和7。用戶層235不由OSI 模型來定義。在可選實施例中，物理層200和通信棧205可以從各種不同聯(lián)網(wǎng)層標準來導出，諸如傳送控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(TCP/IP)和UNIX。這些層的各個層的詳細描述如下。I.物理層如1和2所示，物理層200從通信棧205接收消息，并將該消息轉(zhuǎn)換為傳送介質(zhì)上的物理信號，反之亦然。物理層200用國際電工委員會(IEC)和國際測量和控制協(xié)會(ISA) 通過的標準來定義。對于關(guān)于物理層200的更多信息，參見ISA文檔S50。02-1992和IEC 文檔1158-2，其在此合并以供參考。在所示實施例中，使用公知的曼徹斯特雙相L技術(shù)來編碼消息，并且將時鐘信號嵌入串行數(shù)據(jù)流。需要翻譯來自總線120的進入消息和來自設備內(nèi)處理器的出去消息的硬件通稱作介質(zhì)連接單元，諸如網(wǎng)絡適配器。在物理層200翻譯了來自總線120的進入消息之后，它前進到通信棧205。以下描述通信棧205。II、通信棧圖2示出優(yōu)選通信棧205。在該實施例中，通信棧205包括數(shù)據(jù)鏈路層210，現(xiàn)場總線訪問子層220和現(xiàn)場總線消息說明230。數(shù)據(jù)鏈路層與OSI層2相同?，F(xiàn)場總線訪問子層220和現(xiàn)場總線消息說明230是OSI應用層，OSI層7內(nèi)的子層。通信棧205不使用層3-6。以下描述通信棧205的層。A.數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層210基于網(wǎng)絡控制器或鏈路活動調(diào)度器100的指令控制來自鏈路活動調(diào)度器100、鏈路主設備105或基本設備110的、在總線120上的消息的傳送。在優(yōu)選實施例中，數(shù)據(jù)鏈路層210是IEC和ISA數(shù)據(jù)鏈路層標準的子集。鏈路活動調(diào)度器(Link Active kheduler) 100根據(jù)存儲在存儲器中的網(wǎng)絡調(diào)度控制數(shù)據(jù)鏈路層210。網(wǎng)絡調(diào)度是系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)緩沖器的傳送時間的列表。數(shù)據(jù)緩沖器存儲現(xiàn)場設備采集的數(shù)據(jù)。例如，如果現(xiàn)場設備是溫度計，那么數(shù)據(jù)緩沖器存儲溫度，并且基于命令公布溫度讀數(shù)到總線120上。另外，鏈路活動調(diào)度器100能夠標識所有在系統(tǒng)上操作的現(xiàn)場設備，因為它保持“有效列表(live list)”。通過周期發(fā)送通行令牌消息，鏈路活動調(diào)度器100保持有效列表。任何響應于通行令牌的現(xiàn)場設備都保持有效列表。如果在預先確定數(shù)據(jù)的嘗試之后現(xiàn)場設備無法對應于通行令牌，那么從有效列表中刪除該設備。也可以將新的設備增加到有效列表。鏈路活動調(diào)度器100周期地發(fā)送探針結(jié)點消息至未在有效列表中列出的網(wǎng)絡地址。如果網(wǎng)絡地址存在現(xiàn)場設備并接收探針結(jié)點消息， 那么現(xiàn)場設備立即返回探針響應消息。如果現(xiàn)場設備利用探針響應消息來回答，那么鏈路活動調(diào)度器100將現(xiàn)場設備增加到有效列表中，并通過發(fā)送現(xiàn)場設備到結(jié)點激活消息來確認現(xiàn)場設備的增加。每當增加現(xiàn)場設備或者將現(xiàn)場設備從有效列表中刪除時，列表有效調(diào)度器100就廣播對有效列表的這種改變至所有現(xiàn)場設備。這允許各個現(xiàn)場設備維護有效列表的當前副本。鏈路活動調(diào)度器100也調(diào)度來自系統(tǒng)中其它現(xiàn)場設備操作的通信。通過在預定時間發(fā)布強迫數(shù)據(jù)消息，鏈路活動調(diào)度器100調(diào)整各個通信的時序。根據(jù)強迫數(shù)據(jù)消息的接收，所請求的現(xiàn)場設備廣播或公布其數(shù)據(jù)至在系統(tǒng)中操作的其它現(xiàn)場設備。為了確保正確的同步，鏈路活動調(diào)度器100也在總線120上周期地廣播時間分布消息，以便所有的現(xiàn)場設備與數(shù)據(jù)鏈路時間完全相同。時間分配消息是包括數(shù)據(jù)鏈路時間的消息。數(shù)據(jù)鏈路時間是鏈路活動調(diào)度器100的系統(tǒng)時間。當由鏈路主設備105接收時間分布消息時，鏈路主設備 105重置或?qū)⑺鼈兏髯韵到y(tǒng)時間再校準為數(shù)據(jù)鏈路時間。剩余操作在調(diào)度消息或者數(shù)據(jù)交換之間執(zhí)行。鏈路活動調(diào)度器100通過發(fā)布通行令牌消息至個別設備以授權(quán)允許其它現(xiàn)場設備使用總線120。當個別現(xiàn)場設備接收通信令牌時，允許現(xiàn)場設備發(fā)送消息直至現(xiàn)場設備完成發(fā)送消息或者直至最大令牌持有時間已經(jīng)過期，無論哪個都比較短。令牌持有時間是設備在接收令牌之間能夠發(fā)送消息的時間量。該控制管理的方法通常稱作令牌通行控制。用于實現(xiàn)令牌通行控制的各種技術(shù)對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的。為了控制數(shù)據(jù)交換，各個設備優(yōu)選地包括輸入快照M0，處理器250，存儲器255， 所包含的參數(shù)257和輸出快照沈0，以及介質(zhì)連接單元612，如圖3和8所示。在塊執(zhí)行期間，輸入快照240和輸出快照260保護來自寫訪問或其它外部干擾的參數(shù)值。處理器250 處理所存儲的塊的執(zhí)行以及算法和塊內(nèi)的程序?？煺盏膮?shù)和所包含的參數(shù)257存儲在存儲器255中。存儲器優(yōu)選是EEPROM或FLASHR0M，以允許設備的編程，而沒有斷電而丟失數(shù)據(jù)的危險。在可選實施例中，存儲器255可以是ROM、RAM、或EPR0M。B.現(xiàn)場總線訪問子層在通信棧205中的下一層是現(xiàn)場總線訪問子層220?，F(xiàn)場總線訪問子層220使用數(shù)據(jù)鏈路層210的調(diào)度的和未調(diào)度的數(shù)據(jù)交換以提供現(xiàn)場總線消息說明230的服務。現(xiàn)場總線訪問子層220提供的服務是通常發(fā)送的消息的有效訪問?，F(xiàn)場總線訪問子層服務的一些實例稱作虛擬通信關(guān)系(VCR)。圖4示出三種類型的VCR 客戶/服務器251、報告分配 252、和發(fā)布者/訂購者254。客戶/服務器VCR 251用于操作者消息，諸如在圖4中列出的消息的類型。特別地，客戶/服務器VCR 251是現(xiàn)場設備之間的隊列、未調(diào)度、用戶啟動的一對一通信。排列意味著按順序發(fā)送和接收消息，并提交消息以便發(fā)送而無需覆蓋先前消息。在優(yōu)選實施例中， 當現(xiàn)場設備從鏈路活動調(diào)度器100接收通行令牌消息時，現(xiàn)場設備能夠發(fā)送請求數(shù)交換的消息。請求設備稱作客戶機。接收請求的設備稱作服務器。當服務器接收來自鏈接有效調(diào)度器100的消息時做出響應。報告分配VCR 252用于事件通知，諸如對操作者控制臺和趨勢報告的警報通知。特別地，報告分配VCR是排隊、未調(diào)度、用戶啟動、一對一的通信。報告分配VCR252允許設備發(fā)送消息至普通地址，諸如“ALL OPERATOR CONSOLE (所有操作者控制臺)”。發(fā)布者/定購者VCR 2M用于發(fā)布數(shù)據(jù)。特別地，發(fā)布者/定購者VCR 2M被緩沖存儲一對多通信。緩沖意味著僅僅最新版本地數(shù)據(jù)保留在網(wǎng)絡中。新的數(shù)據(jù)覆蓋先前數(shù)據(jù)。在優(yōu)選實施例中，當現(xiàn)場設備接收來自鏈接有效調(diào)度器100的強迫數(shù)據(jù)消息時，現(xiàn)場設備發(fā)布或廣播消息至總線120上的其它現(xiàn)場設備。發(fā)布者/定購者VCR 2M由現(xiàn)場設備使用，以便用戶層功能塊輸入和輸出的調(diào)度公布。以下更詳細地描述用戶層功能塊輸入和輸出的公布。C.現(xiàn)場總線消息說明通信棧205中的另一個層是現(xiàn)場總線消息說明230?，F(xiàn)場總線消息說明230允許功能塊應用程序使用消息格式的標準集合來彼此發(fā)送消息。如圖5所示，現(xiàn)場總線消息說明230描述通信服務270，用于建立用戶層240的消息所需的消息格式和協(xié)議行為。在優(yōu)選實施例中，現(xiàn)場總線消息說明消息的格式由國際電報電話咨詢委員會開發(fā)的、稱作摘要語法注釋(AbstractSyntaxNotation)I的形式語法描述語言來定義。在總線120上通信的數(shù)據(jù)由對象描述符來描述。將對象描述符280 —起搜集在稱作對象字典的結(jié)構(gòu)中，如圖6所示。對象描述符觀0由索引序號285來標識。索引序號是位置的交叉參考，在所述位置中特定對象描述符存儲在存儲器中。索引起點，稱作對象字典首部，提供字典本身的描述符并定義功能塊應用程序440的對象描述的第一索引。在優(yōu)選實施例中，索引序號1-225定義標準數(shù)據(jù)類型，諸如布爾、積分、浮點、位串、和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其用于建立所有其它對象描述符觀0。索引序號255之上的索引序號交叉參考用戶層對象描述符觀0。如圖5所示，通信服務270提供為用戶層235標準化方法以便在現(xiàn)場總線上通信。 通信服務270的一些例子是語境管理服務、對象字典服務、和變量訪問。在優(yōu)選實施例中， 語境管理服務用于建立和釋放與虛擬現(xiàn)場設備的虛擬通信關(guān)系。對象字典服務允許用戶層 235訪問和改變虛擬現(xiàn)場設備中的對象描述符。變量訪問服務允許用戶層235訪問和改變與對象描述符相關(guān)的變量。此外，通信服務270允許現(xiàn)場總線消息說明230與用戶層235中的虛擬現(xiàn)場設備 310,400通信。如圖7所示，現(xiàn)場設備將具有至少兩個虛擬現(xiàn)場設備，網(wǎng)絡和系統(tǒng)管理虛擬現(xiàn)場設備310和用戶虛擬現(xiàn)場設備400。網(wǎng)絡和系統(tǒng)管理虛擬現(xiàn)場設備310典型地存儲網(wǎng)絡管理數(shù)據(jù)320和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù) 330。網(wǎng)絡管理數(shù)據(jù)包括網(wǎng)絡管理信息基礎(WIB)對象描述符部分322和匪IB對象數(shù)據(jù)部分325。系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)330包括系統(tǒng)管理信息基礎(SMIB)對象描述符部分332，和SMIB 對象數(shù)據(jù)部分335。用戶虛擬現(xiàn)場設備400包括塊對象數(shù)據(jù)327，其包括塊對象描述符326。系統(tǒng)和網(wǎng)絡管理信息基礎對象描述符322，335描述了用于系統(tǒng)和網(wǎng)絡管理信息基礎對象數(shù)據(jù)325、332的系統(tǒng)和網(wǎng)絡格式。在優(yōu)選實施方式中，少數(shù)標準通信簡檔用于允許現(xiàn)場設備在同一傳送介質(zhì)120上一起通信和工作。在功能塊應用程序440中優(yōu)選地使用的通信簡檔根據(jù)現(xiàn)場設備分類或類別來定義。同樣，為了配置和維護現(xiàn)場設備及其功能塊應用程序，推薦普通文件格式。III.用戶層
用戶層235處理通過在系統(tǒng)中操作的現(xiàn)場設備聚集的信息。如圖2所示，用戶層 235是增加到OSI模型的附加層。如圖7所示，用戶層通常由網(wǎng)絡和系統(tǒng)管理應用程序430 以及至少一個功能塊應用程序440構(gòu)成。各個應用程序都具有其自己的上述虛擬現(xiàn)場設備。功能塊應用程序440定義現(xiàn)場設備的功能性。功能塊應用程序440包括一個或多個資源550，如圖8所示。資源550是設備的軟件和/或硬件結(jié)構(gòu)內(nèi)的邏輯細分。資源550 具有其操作的獨立控制，并且可以修改其定義而不會影響其相關(guān)資源。A.導論如圖8所示，資源500是由塊和對象構(gòu)成，諸如資源塊510，轉(zhuǎn)換塊520，功能塊 530，趨勢對象560，視圖(view)對象565，鏈接對象570，警報對象585，系統(tǒng)時間601，功能塊調(diào)度器602，和網(wǎng)絡通信量。網(wǎng)絡通信量包括調(diào)度的和未調(diào)度的通信量。以下提供在優(yōu)選實施例中使用的塊和對象的簡潔描述。功能塊530表示資源所執(zhí)行的基礎自動功能，諸如模擬輸入、模擬輸出、或者比例 /導出(PD)、或者用于處理或生產(chǎn)控制設備所需的任何其它功能。各個功能塊530根據(jù)特定算法和包含的參數(shù)的內(nèi)部集合來使用輸入?yún)?shù)。輸入?yún)?shù)由包括值域和狀態(tài)域的參數(shù)構(gòu)成。輸入?yún)?shù)指定的數(shù)據(jù)類型取決于其值域的數(shù)據(jù)類型。 狀態(tài)域等同于所有輸入?yún)?shù)。所包含的參數(shù)可以用于提供值給塊算法。所包含的參數(shù)值可以由生產(chǎn)商來設置或者作為部分配置。所包含的參數(shù)也可以在操作期間進行設置。輸入?yún)?shù)和所包含的參數(shù)根據(jù)特定算法來處理以產(chǎn)生輸出參數(shù)。輸出參數(shù)可以在同一功能塊530 或者由其它功能塊530中利用。轉(zhuǎn)換塊520能夠預處理和后處理功能塊和硬件530設備之間的數(shù)據(jù)，所述設備諸如傳感器、激勵器、和開關(guān)。轉(zhuǎn)換塊520能夠控制經(jīng)由功能塊530使用的設備獨立接口對輸入/輸出設備的訪問。轉(zhuǎn)換塊520也能夠執(zhí)行諸如校準和線性化之類的功能。鏈接對象570在資源500內(nèi)的功能塊530之間或者在資源之間交換數(shù)據(jù)。由鏈接對象570交換的數(shù)據(jù)可以包括處理數(shù)據(jù)或者事件。此外，鏈接對象570可以交換趨勢報告數(shù)據(jù)或者警報通知數(shù)據(jù)。資源塊510使得硬件具有可訪問網(wǎng)絡的設備的特定特征。資源塊510通過包括一組實現(xiàn)獨立硬件參數(shù)，將功能塊530從資源硬件隔離開。視圖對象565和趨勢對象560提供對功能塊應用程序440內(nèi)的參數(shù)數(shù)據(jù)的有效訪問。視圖對象565允許通過執(zhí)行單個通信請求來訪問參數(shù)組。趨勢對象560允許將在單個通信傳送中報告的參數(shù)采樣的集合。警報對象585支持事件的報告至接口設備和其它現(xiàn)場設備。根據(jù)有意義的事件的探測，功能塊530可以使用警報對象585發(fā)送警報消息。有意義的事件是影響系統(tǒng)操作的事件。結(jié)果，在此描述的開放系統(tǒng)可以報告其自身錯誤，警告操作者在“實時”基礎上的問題。因此，在此描述的開放系統(tǒng)通過減少時間、和操作者以及工廠安全性來改善生產(chǎn)率。系統(tǒng)時間601由系統(tǒng)管理來提供給功能塊應用程序(例如，一個或多個資源)440， 以便在同步現(xiàn)場設備之間的操作中使用。各個設備100，105，110保持其自身的系統(tǒng)時間 601。各個設備100，105，110使用其系統(tǒng)時間來控制其內(nèi)部功能塊的執(zhí)行。警報、事件、和趨勢信息的時間戳是基于各個設備所維護的系統(tǒng)事件601。
系統(tǒng)管理根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度來調(diào)整功能塊530的執(zhí)行。系統(tǒng)調(diào)度是用于設備內(nèi)功能塊的執(zhí)行事件的列表。此外，功能塊530的執(zhí)行也可以通過完成另一功能塊530的執(zhí)行來調(diào)用。下面更加詳細地描述系統(tǒng)管理。B、應用程序框架一旦實現(xiàn)了組件(例如，塊和對象)，它們就通過應用程序框架完成或連接。應用程序框架內(nèi)部地或外部地調(diào)整組件之間的通信。內(nèi)部通信意味著功能塊530之間的通信， 而不管它們是不是在同一現(xiàn)場設備中。外部通信意味著帶有功能塊530的現(xiàn)場設備和不帶功能塊的現(xiàn)場設備之間的通信。這些由應用框架進行的塊的連接導致了允許應用程序的功能性的模塊化的系統(tǒng)變得更加可擴展和便攜。從附加功能性能夠輕易添加到現(xiàn)有功能的意義上說，功能性是可擴展的。從功能性能夠輕易地從系統(tǒng)的一個位置移動到另一個位置或者甚至從一個系統(tǒng)移動到另一個系統(tǒng)的意義上說，功能性是便攜的。圖9示出外部通信的一些實例。特別地，圖9示出現(xiàn)場設備620和監(jiān)視器設備650、 臨時設備660、和接口設備670的通信。不同于現(xiàn)場設備620，其他設備650，660，670包含應用程序，其不作為功能塊而實現(xiàn)。監(jiān)視器設備650連接到應用程序框架，但是不具有網(wǎng)絡地址。監(jiān)視器設備監(jiān)視網(wǎng)絡上的通信(例如診斷工具可以是監(jiān)視設備)。臨時設備660支持診斷和參數(shù)值的調(diào)整。接口設備670提供操作者接口，控制應用程序，和/或配置和診斷支持。除外部和內(nèi)部交互作用之外，各種其它可能交互作用都是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的。例如，可能存在與配置應用程序的交互作用，與人接口應用程序的交互作用，與其它控制應用程序的交互作用，用于功能塊鏈接的建立的交互作用，與其它資源的交互作用，與系統(tǒng)管理的交互作用，以及更多。1.功能塊應用程序結(jié)構(gòu)如上所述，功能塊應用程序440定義現(xiàn)場設備的功能性，并且包括一個或多個資源500。資源是設備的軟件和/或硬件結(jié)構(gòu)的邏輯細分。盡管未示出，但是功能塊應用程序440通常使用多個資源來實現(xiàn)。如圖8所示，構(gòu)成功能塊應用程序440的資源500可以模塊化為一組調(diào)整以執(zhí)行相關(guān)操作組的塊或?qū)ο蟆K是軟件邏輯處理單元，包括由功能類型指定的塊和參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指定拷貝。 塊的指定拷貝是封裝的軟件處理單元，諸如算法或計算機程序。塊是封裝以創(chuàng)建具有靈活性的模塊化系統(tǒng)以便升級或改善。軟件處理單元可以包括計算機程序和參數(shù)。軟件單元設計以獨立于其它塊并執(zhí)行可以在許多不同功能塊應用程序中使用的功能。塊是可由其類別或子類別來標識的。塊的類別表示其參數(shù)，以及參數(shù)如何影響軟件處理單元的執(zhí)行。塊類別指定由該類別的所有實例共享的普通屬性，包括塊元素(例如， 輸入和輸出事件，所包含的參數(shù)，和普通功能)以及與資源功能(例如，警報通知程序和功能塊服務程序)的聯(lián)系。各個塊子類別假定由類別指定所有的參數(shù)，以及歸因于子類別的附加參數(shù)。塊類別被分類為基本的(elementary)和復合的(composite)。復合塊類別是這樣的類別其算法需要功能和/或復合塊的組成塊的調(diào)用?；緣K具有固定算法并且不需要復合功能或功能塊的使用。以下將詳細描述基本和復合塊的特定實例。2.功能塊應用硬件
在優(yōu)選實施例中，各個設備包含至少一個功能塊應用程序440。為了執(zhí)行功能塊應用程序440，設備通常包含輸入快照M0、處理器250、存儲器225、輸出快照沈0、執(zhí)行控制 265,如圖3所示，以及通信棧205和介質(zhì)連接單元612，如圖8所示。介質(zhì)連接單元612，諸如網(wǎng)絡適配器，在傳送介質(zhì)120上接收來自其它設備的信號，并將該信號翻譯成用于處理器250的消息。例如，介質(zhì)連接單元612將來自處理器250 的消息轉(zhuǎn)化或翻譯成用于在傳送介質(zhì)120上傳送的信號，或者將來自傳送介質(zhì)120的信號轉(zhuǎn)化或翻譯成用于處理器250的消息。輸入快照(input snap)對0、處理器250、存儲器225、輸出快照260用于執(zhí)行變換塊、功能塊、和功能塊應用程序內(nèi)的資源塊。具體地說，輸入快照240接收并保存輸入?yún)?shù)。 這些輸入?yún)?shù)可以是恒量或者從其它功能塊接收而來。處理器250根據(jù)這些輸入?yún)?shù)和任何所包含或存儲的參數(shù)來執(zhí)行或處理軟件程序或算法。下文將更加詳細地描述這些參數(shù)。 處理器250優(yōu)選地是微處理器或可編程邏輯陣列。處理器250所使用地任何軟件程序或參數(shù)都存儲在存儲器255中，其優(yōu)選是EEPROM或FLASHROM。功能塊應用程序440的功能性僅僅由存儲器255的大小和處理器250的處理速度來限制。然后將處理器250的輸出發(fā)送到輸出快照260。當處理器250執(zhí)行時，輸入快照240和輸出快照沈0負責保護來自外部干擾的參數(shù)值，諸如寫訪問。換句話說，一旦處理器250開始處理和輸入，那么輸入快照240和輸出快照260就存儲輸入和輸出恒量直至處理完成。3.參數(shù)參數(shù)定義輸入、輸出、和用于控制塊操作的數(shù)據(jù)。參數(shù)可通過網(wǎng)絡進行訪問。輸入?yún)?shù)從該塊以外的源獲得其值。輸入?yún)?shù)可以鏈接到其源500內(nèi)或者另一個設備內(nèi)的另一個塊的輸出參數(shù)。輸入?yún)?shù)是輸入變量或恒量，其由算法或功能塊530的程序來處理。輸出參數(shù)是可以鏈接到一個或多個塊的輸入?yún)?shù)的參數(shù)。輸出參數(shù)包含值和狀態(tài)屬性這兩者。輸出狀態(tài)屬性表示所生成的參數(shù)值的性質(zhì)。所包含的參數(shù)是由操作者或者更高級別設備來配置、計算、或設置的參數(shù)。在優(yōu)選實施例中，所包含的參數(shù)無法鏈接到另一個功能塊輸入或輸出，并因此無法包含狀態(tài)屬性。i.參數(shù)標識符各個參數(shù)是由其標識符、存儲、用途和與其它參數(shù)的關(guān)系來表示其特征的。各個參數(shù)可以由多個一個的標識符來表示其特征。例如，塊內(nèi)的參數(shù)是由其參數(shù)設備標識來唯一標識的，并且系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)是由其設備標識和標簽來唯一標識的。標簽提供系統(tǒng)內(nèi)各個塊的
唯一符號參考。參數(shù)的數(shù)據(jù)類型是由其數(shù)據(jù)類型索引來指定的。數(shù)據(jù)類型索引是數(shù)據(jù)類型的對象字典索引。數(shù)據(jù)類型索引指定參數(shù)的機器獨立語法。優(yōu)選地，參數(shù)的機器獨立語法是摘要語法。用戶層235根據(jù)現(xiàn)場總線消息說明230中的傳送語法規(guī)則來編碼/解碼數(shù)據(jù)。另外， 各種其它參數(shù)也可以存儲在對象字典中并由其對象字典索引序號來參考。ii.參數(shù)存儲參數(shù)屬性可以歸類為動態(tài)、靜態(tài)、或非易使性。動態(tài)參數(shù)是塊算法計算的值，并且因此，在斷電后不需要恢復。
靜態(tài)屬性是特定配置的值，其在斷電之后必須恢復。接口設備670或者臨時設備 660可以基于稀有而寫為靜態(tài)參數(shù)屬性。靜態(tài)參數(shù)屬性可以由配置設備來跟蹤。非易失性參數(shù)屬性是頻繁寫入的，并且在斷電之后最后保存的值必須由設備來修復。由于這些參數(shù)屬性值是不斷改變的，因而可以由配置設備來追蹤這些值。4.參數(shù)關(guān)系塊的執(zhí)行包括輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)、包含參數(shù)和算法或存儲在塊內(nèi)的計算機程序。 塊的算法的執(zhí)行時間被定義為塊的屬性。執(zhí)行時間的長度取決于硬件和軟件實現(xiàn)。在簡單塊中，在塊執(zhí)行之前接收輸入?yún)?shù)。當塊開始執(zhí)行時，輸入值被快照以便防止其在算法使用這些輸入值時被更新。然而，在處理這些輸入?yún)?shù)之前，輸入?yún)?shù)用于確定算法是否能夠達到想要的模式。在優(yōu)選實施例中，功能塊應用程序能夠達到各種模式，諸如設備輸出(0/ 、手動初始化 (IMan)、本地超馳(LO)手動(Man)、自動(Auto)，級聯(lián)(Cas)、遠程級聯(lián)(RCas)以及遠程輸出(Rout)模式。以下描述服務輸出、手動初始化，和本地超馳模式。當塊處于服務模式之外時，不對該塊賦值，并且輸出維護在上次的值。當塊處于手動初始化模式時，設置塊輸出以響應反演計算輸入?yún)?shù)狀態(tài)。當狀態(tài)表示沒有路徑到最后輸出元素時，那么當條件清零時控制塊初始化以提供無波動的傳送。 反演計算輸出參數(shù)由所有輸出和控制級別功能塊來支持。設置點可以維護或者可選地初始化至處理變量參數(shù)值。本地超馳模式應用于支持追蹤輸入?yún)?shù)的控制和輸出塊。本地超馳模式可以通過設備上的通知開關(guān)活則會各種其它方式來使能。在本地超馳模式中，將塊輸出設置為追蹤追蹤輸入?yún)?shù)的值。設置點可以維護或者優(yōu)選地初始化到處理變量參數(shù)值。通過比較實際模式屬性和目標模式屬性來做出該塊是否能夠達到想要的模式的決定。實際模式屬性反映了該塊能夠達到的操作模式。目標模式屬性表示該塊想要什么操作模式。目標模式通常由控制應用程序或者由操作者通過人接口應用程序來設置。一旦確定了實際模式，就生成塊執(zhí)行進程和輸出。如果探測到警報條件，那么就更新警報和事件輸出參數(shù)以便由警報對象進行報告。當完成執(zhí)行時，對輸出快照以便外部訪問可以進行。在對輸出快照前，僅僅先前值可以由外部進行訪問。C.資源組件如上所述，功能塊應用程序440包含一個或多個資源，并且資源500包括一個或多個塊。塊可由其類別或子類別來標識。塊的類別標識其參數(shù)，以及這些參數(shù)如何影響其算法或程序的執(zhí)行。資源組件部分為優(yōu)選類別提供形式模式。優(yōu)選類別包括資源類別、目錄對象類別、塊對象類別、參數(shù)對象類別、鏈接對象類別、警報對象類別、趨勢對象類別、視圖對象類別、域?qū)ο箢悇e、程序調(diào)用對象類別、和行為對象類別。在可選實施例中，本領(lǐng)域一些技術(shù)人員能夠定義具有更多、更少或不同類別的系統(tǒng)。1.資源類別在優(yōu)選實施例中定義的資源類別指定資源的描述屬性。各個資源的對象字典包括包含在資源內(nèi)的組件的描述。資源類別包括以下屬性資源名、供應商名、型號名、修訂、邏輯狀態(tài)、物理狀態(tài)、和對象字典。供應商名標識與資源相關(guān)聯(lián)的軟件和/或硬件的供應商。型號名指定與資源相關(guān)聯(lián)的軟件和/或硬件的型號。修訂屬性是與資源相關(guān)聯(lián)的軟件和/或硬件的修訂級。邏輯狀態(tài)屬性包含關(guān)于與資源相關(guān)聯(lián)的通信功能性的信息。物理狀態(tài)屬性給出與資源相關(guān)的硬件組件的大致概要。對象字典包含對象字典目錄對象、資源塊、和其他指定給功能塊應用程序440處理的對象的屬性。這些屬性中的每一個都可以通過現(xiàn)場總線消息說明230進行訪問。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，這些屬性數(shù)字。和為任何類別或子類別所定義的屬性僅僅是用于示意能夠使用的屬性。在可選實施例中，資源類別或者任何其它類別或子類別能夠包括更多、更少或者不同的屬性。該概念應用到在該說明書中描述的所有類別和子類別。2.目錄對象另一優(yōu)選類別是目錄對象類別。目錄對象用作資源或功能塊應用程序440內(nèi)的其它塊和對象的導向。目錄對象包含其它塊的參考的列表以及構(gòu)成資源或功能塊應用程序 440的對象。該信息可以由接口設備或者想要訪問對象目錄中的對象的臨時設備讀出。目錄對象類別被定義為包括以下屬性成員標識；靜態(tài)對象目錄的開始索引；數(shù)據(jù)類型；子索引實體；數(shù)據(jù)長度；用途；存儲；有效值列表；初始值；和項標識。成員標識屬性是標識目錄功能的唯一數(shù)字。索引是對象目錄中目錄對象的索引。 各種數(shù)據(jù)類型包括元類型或者類型名。元類型標識對象類型。類型名指定對象的數(shù)據(jù)類型名。子索引實體允許通過讀取和寫入服務來分別地訪問目錄對象的屬性。數(shù)據(jù)長度屬性指定預留以標識目錄中子索引值的字節(jié)數(shù)。用途屬性表示這是被包含的對象并且不能通過鏈接對象來參考以便鏈接到功能塊參數(shù)。存儲屬性表示參數(shù)是否存儲在靜態(tài)存儲器中。有效值的列表指定允許目錄對象的子索引屬性的值。初始值指定分配給對象目錄的子索引屬性初始值，并且項標識表示對象的描述。3.塊對象塊對象優(yōu)選類別指定功能塊、轉(zhuǎn)換塊、和資源塊共有的特征。在對象字典中，參數(shù)不斷地接著塊對象，每個參數(shù)具有索引。塊對象類別由以下屬性來定義成員標識；塊索引；數(shù)據(jù)類型；子索引；數(shù)據(jù)長度；用途；存儲；參數(shù)列表；有效值列表；和項標識。成員標識表示塊的功能。塊索引是在對象目錄中的塊對象的索引。數(shù)據(jù)類型包括元類型和類型名。 元類型表示對象類型。類型名指定塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)名。子索引包括屬性，諸如塊標簽、成員標識、項標識、修訂、簡檔、簡檔修訂、執(zhí)行時間、執(zhí)行時間段、參數(shù)成員、要執(zhí)行的下一個塊、開始視圖、視圖3個對象的數(shù)目、以及視圖4個對象的數(shù)目。數(shù)據(jù)長度屬性等于62。參數(shù)列表包括靜態(tài)修訂、標記描述、策略、警報密鑰、模式、和塊錯誤。剩余的屬性已經(jīng)在上文中描述了。在優(yōu)選實施例中使用的塊對象類別的三個子類別是資源塊對象、轉(zhuǎn)換塊對象、和功能塊對象。i.資源塊資源塊對象定義與其相關(guān)資源的硬件特定特征。由于資源塊對象是塊對象模型的子類別，因而資源塊對象假定，參數(shù)列表歸因于塊對象，以及其自己附加屬性。資源塊子類別的附加屬性是資源狀態(tài)、測試、資源、附加包含參數(shù)；執(zhí)行時間=0，執(zhí)行時間段=0，以及要執(zhí)行的下一塊=0。
資源塊將功能塊與包含一組實現(xiàn)獨立硬件參數(shù)的物理硬件分離。資源塊是生產(chǎn)商指定的；而其所有的參數(shù)是定義為包含的。ii.轉(zhuǎn)換塊塊對象類別的另一個子類別是轉(zhuǎn)換塊對象。定義轉(zhuǎn)換塊以從需要讀取傳感器硬件和命令硬件的本地I/O功能分離功能塊。這允許轉(zhuǎn)換塊按照需要頻率執(zhí)行以從傳感器獲得數(shù)據(jù)而無需負擔使用數(shù)據(jù)的功能塊。它也可以將功能塊從I/O設備的生產(chǎn)商指定特征分離開。轉(zhuǎn)換塊對象是塊對象的子類別，它假定塊類別的所有屬性。轉(zhuǎn)換塊子類別的附加屬性是附加包含的參數(shù)；執(zhí)行時間=0 ；執(zhí)行時間段=0 ；以及要執(zhí)行的下一塊=0。iii.功能塊功能塊代表資源執(zhí)行的基本自動功能，諸如模擬輸入或離散輸出。功能塊是定義功能塊應用程序中的監(jiān)視和控制的主要手段。將它們設計成盡可能與I/O設備和網(wǎng)絡的指定一樣獨立。它們通過根據(jù)指定算法和所包含參數(shù)的內(nèi)部集合來處理輸入?yún)?shù)和來自轉(zhuǎn)換塊(或者其它功能塊)的輸入來工作。它們也生成輸出參數(shù)和輸出到轉(zhuǎn)換塊或者其它功能塊的輸入。根據(jù)處理算法，可以提供想要的監(jiān)視、計算或控制功能。來自功能塊執(zhí)行的結(jié)果可以在值轉(zhuǎn)換塊或者至可以鏈接到其它功能塊或者直接鏈接到設備硬件的一個或多個參數(shù)的輸出中得到反映。功能塊是對象類別的子類別。在功能塊子類別中定義的附加屬性是執(zhí)行時間、執(zhí)行時間段、參數(shù)序號、要執(zhí)行的下一個塊、以及附加參數(shù)的子索引。子索引屬性定義對象的屬性，所述對象可以通過使用具有對象索引序號的子索引序號來讀取和寫入服務來單獨地訪問。子索引序號基于元類型來定義。功能塊對象的執(zhí)行時間參數(shù)標注用于執(zhí)行功能塊所需的時間。執(zhí)行時間可以劃分成三個部分預處理(例如，參數(shù)值快照)；執(zhí)行；和后期處理(例如，更新的塊輸出值，警報，和相關(guān)的趨勢參數(shù))。為了提供一致的行為，在執(zhí)行組件期間執(zhí)行的塊算法被分解成以下步驟。首先，算法確定模式參數(shù)的實際模式屬性。該計算將基于目標模式和上述輸入的屬性的狀態(tài)。其次， 如果為功能塊定義設置點，那么算法計算設置點。設置點的計算將基于實際模式、設置點輸入?yún)?shù)(諸如級聯(lián)和遠程級聯(lián))、以及任何反向路徑輸入狀態(tài)。同樣，所控制的參數(shù)、處理變量的值可以用于設置點追蹤。在設置點參數(shù)中示出了結(jié)果設置點。設置點實例是溫度計的溫度設置(例如，72° )。在其它實例中，設置點將改變頻率。第三，算法執(zhí)行算法的控制或計算以確定輸出參數(shù)的值和狀態(tài)。確定輸出參數(shù)的狀態(tài)屬性的條件。在該算法中使用塊的輸入?yún)?shù)和所包含的參數(shù)、實際模式、和工作設置點的值屬性。通常，算法中實際模式的計算和實際模式的使用說明關(guān)鍵輸入的狀態(tài)。第四，執(zhí)行階段計算輸出參數(shù)。該步驟僅僅應用于設計用于級聯(lián)路徑中的輸出塊、 控制塊、和計算塊。功能塊的執(zhí)行時間段通常調(diào)度在周期基礎上。執(zhí)行時間段是用戶根據(jù)控制或監(jiān)視特定于應用程序的需要而指定的。系統(tǒng)管理服務調(diào)整功能塊執(zhí)行。管理信息基礎，其包括系統(tǒng)調(diào)度，存儲在其自己的設備資源中。執(zhí)行的功能塊時間段是為在數(shù)據(jù)鏈路層時間中的塊指定的。設備中塊的執(zhí)行時間的時間段相同或者彼此積分倍數(shù)時，通過調(diào)度系統(tǒng)管理提供的容量，可以分階段或者錯開設備中塊的執(zhí)行。在下文中將更加詳細地討論系統(tǒng)管理。功能塊對象內(nèi)的“參數(shù)數(shù)目，，屬性是與功能塊相關(guān)聯(lián)的參數(shù)對象的全部數(shù)目，包括塊對象。功能塊對象的“要執(zhí)行的下一個塊”屬性指定設備內(nèi)要執(zhí)行以實現(xiàn)設備內(nèi)最小延遲的下一個功能塊。如果沒有下一個功能塊，那么要下一個塊是零。因而，當設備內(nèi)多個功能塊需要串行執(zhí)行時，用戶能夠指定在該鏈(chain)中要執(zhí)行的第一功能塊。通過要執(zhí)行屬性的下一塊，可以預先確定執(zhí)行的順序。功能塊對象的“參數(shù)列表”屬性列出功能塊內(nèi)輸入、輸出和所包含的參數(shù)。根據(jù)公共參數(shù)和行為，優(yōu)選實施例也定義功能塊子類別的以下子類別，包括輸入功能塊；輸出功能塊；控制功能塊；和計算功能塊。輸入功能塊子類別從轉(zhuǎn)換塊接收物理測量或者值。輸入功能塊子類別包括模擬參數(shù)，其中變換器值和狀態(tài)可以通過該模擬參數(shù)超馳。輸入功能塊的其它參數(shù)優(yōu)選地包括處理變量；主要輸出；信號數(shù)目；和附加參數(shù)。輸出功能塊子類別用作來自其它功能塊的輸入并且將其結(jié)果向前傳送到輸出轉(zhuǎn)換塊。輸出功能塊子類別支持反計算輸出參數(shù)和模擬參數(shù)。附加輸出功能塊屬性是設置點，模擬參數(shù)，級聯(lián)輸入；反計算輸出；向內(nèi)遠程級聯(lián)；向外遠程級聯(lián)；以及信號數(shù)目。控制功能塊子類別用作來自其它功能塊的輸入，以產(chǎn)生發(fā)送到其他控制或輸出功能塊的值。用于控制功能塊的附加屬性是主要輸出；反計算；處理變量；設置點；主要輸入；級聯(lián)輸入；向內(nèi)遠程級聯(lián)；向內(nèi)遠程輸出；反計算輸出；向外遠程級聯(lián)；向外遠程輸出； 以及附加參數(shù)。附加計算功能塊參數(shù)是反計算輸入；反計算輸出；以及附加參數(shù)。4.參數(shù)對象返回到類別級，定義參數(shù)對象以允許功能塊、轉(zhuǎn)換塊和資源塊屬性能夠在總線上訪問。在基本參數(shù)對象模型中定義的屬性是成員標識；參數(shù)索引；相關(guān)索引；數(shù)據(jù)類型；子索引；數(shù)據(jù)長度；單元；用途；存儲；有效值列表；初始值；和項標識。在特定塊中并不是需要所列出的所有的參數(shù)。另外，優(yōu)選實施例也定義來自參數(shù)對象類別的幾個子類別，包括輸出參數(shù)對象、輸入?yún)?shù)對象、和所包含的參數(shù)對象。5.鏈接對象鏈接對象570提供資源和經(jīng)由如圖8所示通信網(wǎng)絡交換的信息之間的映射。要在資源內(nèi)或者資源之間的功能塊之間交換的進程數(shù)據(jù)和事件可以由鏈接對象來定義。此外， 用于支持趨勢和警報的通信交換可以使用鏈接對象來定義。鏈接對象570在與功能塊應用進程相關(guān)的現(xiàn)場設備中定義。鏈接對象570通過參照相應的VCR，可以用于訪問、分配或交換各個對象。此外，鏈接對象定義輸入和輸出參數(shù)與接口設備必須接收的趨勢報告之間的關(guān)聯(lián)。6.警報對象當探測到警報或事件時，警報對象用于傳達通知消息。事件是即時出現(xiàn)事件，其對于調(diào)度塊執(zhí)行和功能塊應用程序440的操作意圖有重要意義。警報是離開特定狀態(tài)的塊的探測。警報對象類別允許將警報和事件報告給負責警報管理的設備。根據(jù)可以由塊來報告的警報和事件信息的類型，優(yōu)選實施例指定三個警報對象的子類別。它們是模擬警報、離散警報、和更新警報。模擬警報用于匯報其值與浮動點相關(guān)的警報或者事件。離散警報用于匯報其相關(guān)值為離散的警報或事件。更新警報用于匯報在塊的靜態(tài)數(shù)據(jù)中的改變。7.趨勢對象趨勢對象通過提供對歷史信息的可視性來支持功能塊的管理和控制，以便審閱它們的行為。根據(jù)所采集信息的類型，優(yōu)選實施例定義三種趨勢對象的子類別。這些子類別是趨勢浮動子類別、趨勢離散子類別、和趨勢位串子類別。趨勢浮動子類別采集浮點輸入和輸出參數(shù)的值和狀態(tài)。趨勢離散子類別采集離散輸入和輸出參數(shù)的值和狀態(tài)。趨勢位串子類別采集位串輸入和輸出參數(shù)的值和狀態(tài)。8.視圖對象視圖對象通過提供對其配置和操作的“可視性”來支持功能塊的管理和控制。換句話說，視圖對象允許用戶監(jiān)視或“視圖”與系統(tǒng)的操作、診斷、和配置相關(guān)的數(shù)據(jù)，功能塊應用程序440或資源500。在優(yōu)選實施例中，有四個視圖對象類別的子類別。這些子類別是視圖1、視圖2、視圖3和視圖4。視圖1允許訪問動態(tài)操作參數(shù)值。視圖2允許訪問靜態(tài)操作參數(shù)值。視圖3允許訪問所有動態(tài)參數(shù)值。視圖4允許訪問其它靜態(tài)參數(shù)值。9.域?qū)ο笥驅(qū)ο?80支持下載服務，其可以用于從客戶機下載數(shù)據(jù)到服務器域中?？梢詫碜苑沼虻臄?shù)據(jù)通過域下載服務發(fā)送到客戶機。域?qū)ο笫遣糠执鎯ζ?。它們可以包含程序或?shù)據(jù)?？梢允褂贸绦蛘{(diào)用對象將帶有代碼和數(shù)據(jù)的域并到可執(zhí)行程序中。10.其它對象程序調(diào)用對象590將鏈接域的服務提供給程序，以便開始該程序、停止以及刪除它。行為對象可以可選地由資源來支持。通過行為對象，可以刪除資源內(nèi)的個別塊或?qū)ο蟆.功能塊-映射為了實現(xiàn)功能塊應用程序440，將功能塊應用程序440映射到現(xiàn)場總線消息說明 230的虛擬域設備中，如圖7所示。在描述功能塊應用程序440中是優(yōu)選工具的虛擬域?qū)ο笫亲兞繉ο?；事件管理對象；域?qū)ο?；和程序調(diào)用對象。變量對象是塊參數(shù)的類型。塊參數(shù)的其它類型是簡單、陣列或記錄。記錄對象支持趨勢、行為、和鏈接對象?？梢允褂米兞苛斜韺ο髞硗瓿捎糜谠L問的信息的分組。事件通知對象用于警報和事件通知。域?qū)ο笫强梢酝ㄟ^使用域下載服務程序裝載到存儲器中的計算機程序。程序調(diào)用服務可以控制功能塊應用程序初始化。這種服務包括 開始、停止和重置。下列表用于如何將表示功能塊應用模型直接映射到對象字典中定義的對象中。
權(quán)利要求
1.一種用于在控制系統(tǒng)中操作的裝置，包含存儲器，其存儲靈活功能塊，所述靈活功能塊包括至少一個終端用戶可配置參數(shù)和至少一個終端用戶可配置算法；以及處理器，其可操作地連接到所述存儲器，其中所述處理器執(zhí)行所述靈活功能塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中所述靈活功能塊包括至少一個設備說明。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中靈活功能塊接收模擬輸入數(shù)據(jù)，控制所述模擬輸入數(shù)據(jù)，并輸出數(shù)據(jù)至第二功能塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于在控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中所述第二功能塊是靈活功能塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中所述靈活功能塊接收離散輸入數(shù)據(jù)，控制所述離散輸入數(shù)據(jù)，并輸出離散數(shù)據(jù)至第二功能塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于在控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中所述第二功能塊是靈活功能塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中所述存儲器存儲多個功能塊，所述多個功能塊包括標準和靈活功能塊，并且其中標準功能塊和靈活功能塊是互連的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于在控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中所述處理器根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度控制所述多個功能塊的執(zhí)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中該裝置可操作地連接到數(shù)字總線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中所述靈活功能塊具有輸入和輸出并且所述存儲器還包括資源塊，第一轉(zhuǎn)換塊，和第二轉(zhuǎn)換塊，其中所述資源塊將靈活功能塊從物理硬件分離開，所述第一轉(zhuǎn)換塊去耦至所述靈活功能塊的所述輸入，并且第二轉(zhuǎn)換塊去耦至所述靈活功能塊的所述輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中所述存儲器還存儲多個功能塊，以及從由鏈接對象、趨勢對象、警報對象、和視圖對象構(gòu)成的組中選擇的至少一個對象，所述多個功能塊包括靈活和標準功能塊。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于在控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中多個功能塊和至少一個對象定義一個資源。
13.一種設備，其配置以與控制系統(tǒng)內(nèi)至少一個第二設備互操作，該設備包含至少一個靈活功能塊，該靈活功能塊利用至少一個終端用戶可配置參數(shù)和至少一個終端用戶可配置算法以產(chǎn)生輸出消息；以及介質(zhì)連接單元，其可操作地連接到至少一個靈活功能塊，其中所述介質(zhì)連接單元將輸入消息從傳送介質(zhì)翻譯到靈活功能塊，并將輸出消息從靈活功能塊翻譯到傳送介質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設備，還包含唯一地標識該設備的資源塊。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設備，其中該設備包括包含系統(tǒng)調(diào)度的存儲器，并且其中各個靈活功能塊是根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度來執(zhí)行的。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設備，其中設備包括利用至少一個靈活功能塊和至少一個標準功能塊的應用程序。
17.一種在面向塊的系統(tǒng)中使用的裝置，該裝置包含用于提供至少一個靈活功能塊的裝置；耦合到提供裝置的裝置，其用于處理所述靈活功能塊并產(chǎn)生輸出；以及耦合到處理裝置的裝置，其用于翻譯來自所述處理裝置的消息以便在傳送介質(zhì)上傳送。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的在面向塊的系統(tǒng)中使用的裝置，其中所述靈活功能塊包括至少一個被包含的參數(shù)和計算機程序。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的在面向塊的系統(tǒng)中使用的裝置，其中所述靈活功能塊包括至少一個終端用戶配置的參數(shù)和至少一個終端用戶配置的算法。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的在面向塊的系統(tǒng)中使用的裝置，還包含用于提供系統(tǒng)調(diào)度的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的在面向塊的系統(tǒng)中使用的裝置，其中還包含多個標準和靈活的功能塊，并且所述處理裝置根據(jù)所述系統(tǒng)調(diào)度控制所述多個功能塊的執(zhí)行。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的在面向塊的系統(tǒng)中使用的裝置，其中提供裝置也提供系統(tǒng)調(diào)度，并且處理裝置根據(jù)所述系統(tǒng)調(diào)度處理封裝的靈活功能塊。
23.一種在面向塊的開放控制系統(tǒng)中操作的裝置，該裝置包含其包括靈活功能塊以提供功能性的用戶層，其中所述靈活功能塊包括終端用戶配置的參數(shù)和終端用戶配置的算法；物理層，其將來自傳送介質(zhì)的消息翻譯成在所述用戶層適用的格式，并將來自用戶層的消息翻譯成在傳送介質(zhì)上傳送的信號；以及連接到所述用戶層和所述物理層的通信棧，其中所述通信棧包括數(shù)據(jù)鏈路層和應用層，其中所述數(shù)據(jù)鏈路層控制在傳送介質(zhì)上的消息的傳送，并且應用層允許用戶層在傳送介質(zhì)上通信。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的在面向塊的開放控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中所述用戶層包括多個互連的塊以便執(zhí)行希望的功能。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的在面向塊的開放控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中多個塊包括資源塊、靈活功能塊和轉(zhuǎn)換塊。
26.根據(jù)權(quán)利要求M所述的在面向塊的開放控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中多個塊包括與靈活功能塊互連的至少一個標準功能塊以便執(zhí)行想要的功能。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的在面向塊的開放控制系統(tǒng)中操作的裝置，其中在多個設備上分配與靈活功能塊互連的至少一個標準功能塊。
28.一種存儲器，其用于存儲數(shù)據(jù)以便由面向塊內(nèi)的開放控制系統(tǒng)內(nèi)的設備中操作的應用框架來訪問，該存儲器包含存儲在所述存儲器中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所述數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)包括資源塊，其使得可以所述設備的硬件特定特征電子可訪問；以及靈活功能塊，其中所述靈活功能塊包括終端用戶配置程序和輸入和輸出參數(shù)。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的存儲器，還包含至少一個轉(zhuǎn)換塊，其中至少一個轉(zhuǎn)換塊控制對所述靈活功能塊的訪問。
30.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的存儲器，其中所述數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)也包括目錄對象以存儲資源塊、靈活功能塊和轉(zhuǎn)換塊的參考列表。
31.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的存儲器，其中靈活功能塊是網(wǎng)關(guān)功能塊，所述網(wǎng)關(guān)功能塊將非功能塊設備的輸入和輸出映射到靈活功能塊的輸入和輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種靈活的功能塊。通過使用標準功能塊和新的靈活功能塊的結(jié)合提供了一種控制系統(tǒng)體系。靈活功能塊減少和/或消除了用戶控制軟件和用于離散/混合/分批的特殊I/O網(wǎng)關(guān)和PLC應用的昂貴和難于維護。用戶建構(gòu)通過輸入和輸出的數(shù)目和類型、以及塊算法來建構(gòu)特定應用的靈活功能塊。靈活功能塊和網(wǎng)關(guān)靈活功能塊、以及分布式控制體系內(nèi)的標準功能塊彼此互連和互用。
文檔編號G05B19/042GK102323785SQ201110176258
公開日2012年1月18日 申請日期2004年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月4日
發(fā)明者D·A·格蘭澤, M·馮·樂·敘爾, S·B·米奇克, S·H·塔特西, W·M·霍金斯 申請人:菲爾德巴士基金