專利名稱：在高速以太網(wǎng)上的面向塊控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。尤其是，本發(fā)明涉及一個(gè)在高性能網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的開放、可互操作的分布式控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自動(dòng)控制系統(tǒng)對于諸如工藝控制、離散控制、批處理控制(組合的過程和離散)、機(jī)床控制、傳動(dòng)控制以及機(jī)器人等的工業(yè)的所有部分是決定性的。在現(xiàn)代的控制系統(tǒng)中強(qiáng)烈需要的是開發(fā)和使用″開放″和″可互操作″的系統(tǒng)。開放、可互操作的系統(tǒng)允許由不同的制造商制造的控制設(shè)備在相同的系統(tǒng)中相互通信和工作，而無需自定義編程。″Fieldbus″是用于描述這些控制系統(tǒng)的通常的術(shù)語。
朝著開放、可互操作的Fieldbus系統(tǒng)方向的變化是由設(shè)備制造商和終端用戶推動(dòng)的。制造商想要開放、可互操作的系統(tǒng)，因?yàn)樗试S他們在降低開發(fā)費(fèi)用的同時(shí)去銷售他們的產(chǎn)品給更多的終端用戶。終端用戶想要開放、可互操作的系統(tǒng)，以便可以不考慮設(shè)備制造商而選擇最好的控制設(shè)備用于他們的系統(tǒng)。
也有一種傾向?qū)⒖刂乒δ艿姆植歼M(jìn)入智能設(shè)備之內(nèi)。在集中控制系統(tǒng)中，中央控制器實(shí)施所有的控制功能。
在分散式控制系統(tǒng)中，工作在系統(tǒng)中多于一個(gè)的控制裝置在控制功能中承擔(dān)能動(dòng)的作用。雖然集中和分散制兩者都使用通信網(wǎng)絡(luò)，分散系統(tǒng)通過降低或者消除在控制設(shè)備和人機(jī)接口之間的集中控制器的功能來降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。
為了使分散式控制系統(tǒng)真正地開放和可互操作，通信系統(tǒng)和用戶層(在通信系統(tǒng)層之上)兩者都必須進(jìn)行規(guī)定和開放。一種真正的開放和可互操作分散的系統(tǒng)是由Fieldbus FOUNDATION提供的Fieldbus系統(tǒng)。FOUNDATIONTMFieldbus用戶層被例如在1997，8月21日申請的，標(biāo)題為″面向塊的控制系統(tǒng)″的美國專利申請08/916,178(此后稱為″’178″申請)中描述，并且轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人。
由FOUNDATIONTMFieldbus使用的Fieldbus(H1)31.25千位/秒低速在國際電氣技術(shù)委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61158部分描述，因此其整體合并在此處作為參考。
雖然FOUNDATIONTMFieldbus提供開放和可互操作解決H1控制能力的方法，在一般地被稱為Fieldbus″骨干″網(wǎng)的很高性能的通信系統(tǒng)上存在巨大的需要，即提供一種開放和可互操作解決分布式控制的方案。骨干網(wǎng)從例如H1及其他控制設(shè)備的低速控制設(shè)備中集合信息，用于監(jiān)控和超前控制應(yīng)用。該骨干網(wǎng)也需要綜合控制信息進(jìn)入到企業(yè)的管理信息系統(tǒng)(MIS)之內(nèi)。
一種廣泛接受的、用于高性能通信信令的標(biāo)準(zhǔn)是以太網(wǎng)。由Xerox在20世紀(jì)70年代發(fā)明的以太網(wǎng)已經(jīng)從每秒10兆位的起始速度發(fā)展到每秒100兆位，每秒十億比特及其更高。以太網(wǎng)信令在電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 802.3)中規(guī)定。以太網(wǎng)信令是由因特網(wǎng)使用的基礎(chǔ)技術(shù)。網(wǎng)際協(xié)議是由因特網(wǎng)(IETF)工程工作小組規(guī)定的，并且作為征求意見(RFC)說明規(guī)范頒布。
雖然以太網(wǎng)/因特網(wǎng)技術(shù)提供基本業(yè)務(wù)用于高性能Fieldbus骨干網(wǎng)，但是它不提供在分散式控制系統(tǒng)中需要使用的所有功能。尤其是，IEEE和IETF不具有適當(dāng)?shù)拈_放和可互操作，來解決綜合分散式控制系統(tǒng)(例如H1子系統(tǒng))、系統(tǒng)時(shí)間同步和故障容忍的方法。
由諸如Open DeviceNetTMVendor Association，Inc.(″以太網(wǎng)/IP″)和PROFIBUS International(″PROFINet″)機(jī)構(gòu)使用的從低速Fieldbuses傳送信息給以太網(wǎng)的方法是不宜在高性能環(huán)境中使用，因?yàn)樗麄冊谝蕴W(wǎng)幀中壓縮低速協(xié)議數(shù)據(jù)分組。被稱為″隧道″的這種方法在集中控制系統(tǒng)中是常用的，但是對于高性能分散式控制系統(tǒng)是不適當(dāng)?shù)摹ｋm然更加簡化了規(guī)定，但是在連接于Fieldbus骨干網(wǎng)的設(shè)備上隧道將要求太多傳送控制協(xié)議(TCP)連接，使用結(jié)果中斷處理和存儲器開銷。此外，隧道浪費(fèi)許多的以太網(wǎng)帶寬，因?yàn)榈退賲f(xié)議數(shù)據(jù)分組(例如H1數(shù)據(jù)分組)是很小的，并且在多數(shù)情況下開銷的以太網(wǎng)信息包將大于低速協(xié)議數(shù)據(jù)分組。
連接于以太網(wǎng)的設(shè)備必須有一個(gè)用于時(shí)間戳和功能塊程序表(控制)目的的一般常識的系統(tǒng)時(shí)間。對于高性能分布式控制，系統(tǒng)時(shí)間常常需要精確到在小于1毫秒之內(nèi)。迄今為止，使用商業(yè)流行的(COTS)以太網(wǎng)設(shè)備的沒有已知的方法提供這種精確度。
高性能分布式控制應(yīng)用，需要以太網(wǎng)通信媒質(zhì)和連接于以太網(wǎng)的設(shè)備的故障容忍。沒有已知的方法使用標(biāo)準(zhǔn)COTS以太網(wǎng)設(shè)備提供需要的故障容限。在提供需要的故障容忍中所有的在先的嘗試需要專門的以太網(wǎng)/因特網(wǎng)電子硬件和/或軟件，和/或增加給以太網(wǎng)的非標(biāo)準(zhǔn)的″冗余管理″設(shè)備。
因此，需要一種開放、可互操作的用于在高性能Fieldbus骨干網(wǎng)中綜合分散式控制系統(tǒng)及其他控制設(shè)備的優(yōu)化方案。
也需要一種開放、可互操作的方案，提供適用于經(jīng)高性能Fieldbus骨干網(wǎng)可互操作的分布式控制操作的系統(tǒng)時(shí)間同步。
也需要一種開放、可互操作的方案，提供故障容忍的高性能Fieldbus骨干網(wǎng)以及連接于Fieldbus骨干網(wǎng)的故障寬容的設(shè)備。
發(fā)明概述本發(fā)明克服如上所述的缺點(diǎn)，并且提供一個(gè)新的和改進(jìn)的分布式控制系統(tǒng)，它在例如標(biāo)準(zhǔn)COTS以太網(wǎng)和因特網(wǎng)技術(shù)的高性能骨干網(wǎng)上運(yùn)行。本發(fā)明的實(shí)施例總起來說在此處被稱為″高速以太網(wǎng)″(HSE)。HSE包含由’178申請和FOUNDATIONTMFieldbus規(guī)范(它被作為參考集1列出在附錄A中)，并且進(jìn)一步包含在其支持的規(guī)范中描述的三個(gè)新的協(xié)議，它被作為參考集2列出在附錄A中。尤其是，涉及在此處新的協(xié)議如HSE領(lǐng)域設(shè)備訪問FDA主體，HSE系統(tǒng)管理核心(SMK)以及HSE局域網(wǎng)冗余實(shí)體(LRE)。
HSE FDA主體允許由H1設(shè)備使用的系統(tǒng)管理(SM)和Fieldbus消息規(guī)范(FMS)業(yè)務(wù)，經(jīng)以太網(wǎng)使用標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)協(xié)議(UDP)和傳送控制協(xié)議(TCP)被傳送。這允許在以太網(wǎng)上的HSE設(shè)備去與經(jīng)″HSE鏈接設(shè)備″連接的H1設(shè)備通信。HSE FDA主體也被在HSE設(shè)備或者HSE鏈接設(shè)備中的局部功能程序塊應(yīng)用過程(FBAP)使用。因此，HSE FDA主體能使通過公用接口遠(yuǎn)程操作去訪問HSE設(shè)備和/或H1設(shè)備。
HSE SMK確保在每個(gè)設(shè)備中的系統(tǒng)級功能被協(xié)調(diào)。這些功能包含系統(tǒng)定時(shí)、從網(wǎng)絡(luò)添加和移去設(shè)備，以及功能塊程序表。HSE SMK使用起保持本地時(shí)間作用的本地時(shí)鐘，并且保持在本地時(shí)間和由時(shí)間服務(wù)器提供的系統(tǒng)時(shí)間之間、在由時(shí)間同步分類(見在此處附錄A的參考集1)指定的值內(nèi)的差值。本地時(shí)間用于為事件加時(shí)間戳，使得來自設(shè)備的事件消息可以通過該系統(tǒng)相關(guān)。本地時(shí)間也用于局部功能塊執(zhí)行的程序表。
HSE故障容忍通過操作的透明度獲得，即冗余操作對于HSE應(yīng)用是看不見的。這是必要的，因?yàn)镠SE應(yīng)用需要與標(biāo)準(zhǔn)MIS應(yīng)用共存。HSE LRE協(xié)調(diào)冗余功能。每個(gè)HSE設(shè)備周期性地發(fā)送一個(gè)表示其網(wǎng)絡(luò)視圖的診斷消息，給在其以太網(wǎng)接口(通常被稱為以太網(wǎng)″端口″)上的其它HSE設(shè)備。每個(gè)設(shè)備使用該診斷消息去保持網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)列表(NST)，用于故障檢測和以太網(wǎng)發(fā)送端口選擇。沒有中央″冗余管理″。代之以，每個(gè)設(shè)備確定其應(yīng)該如何運(yùn)轉(zhuǎn)響應(yīng)其檢測的故障。
附圖的簡要說明從下面參考附圖的說明中本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)對那些本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將變得顯而易見，其中

圖1是一個(gè)方框圖，示出一個(gè)按照本發(fā)明的原理的高性能分布式控制系統(tǒng)示范的實(shí)施例；圖2是一個(gè)方框圖，示出一個(gè)按照本發(fā)明的原理的高性能分布式控制系統(tǒng)的設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示范的實(shí)施例；圖3是一個(gè)方框圖，示出一個(gè)在圖2中示出的設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高速以太網(wǎng)管理信息數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)的示范的實(shí)施例；圖4是一個(gè)方框圖，示出一個(gè)在圖2中示出的設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示范的實(shí)施例，示出高速以太網(wǎng)領(lǐng)域設(shè)備訪問主體的各種各樣的本機(jī)接口；
圖5是一個(gè)方框圖，示出一個(gè)按照本發(fā)明的原理，在時(shí)間同步過程中涉及的高性能分布式控制系統(tǒng)的有關(guān)的部分的示范的實(shí)施例；圖6是一個(gè)流程圖，說明按照本發(fā)明的原理的一個(gè)實(shí)施例的時(shí)間同步過程的示范的實(shí)施例；圖7A是一個(gè)時(shí)序圖，說明按照本發(fā)明的原理的一個(gè)實(shí)施例，在時(shí)間同步過程之前開始時(shí)間偏移量；圖7B是一個(gè)時(shí)序圖，說明按照本發(fā)明的原理的一個(gè)實(shí)施例，在時(shí)間同步過程之后開始時(shí)間偏移量；和圖8是一個(gè)方框圖，示出一個(gè)按照本發(fā)明的原理的高性能分布式控制系統(tǒng)的冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示范的實(shí)施例。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明為簡單起見和說明的目的，通過主要地參考示范的實(shí)施例描述本發(fā)明的原理，尤其是以在以太網(wǎng)中特定的分布式控制系統(tǒng)示范的實(shí)施。然而，一個(gè)普通的本領(lǐng)域技術(shù)人員將不難理解，同樣的原理同樣適用于和可以實(shí)施于其他的使用任何其他的高速網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施和設(shè)計(jì)中，而且在這樣的改進(jìn)內(nèi)的任何這樣的變化不脫離本發(fā)明的實(shí)際的精神和范圍。
AHSE分布式控制系統(tǒng)概述參考圖1，示出了一個(gè)高性能控制系統(tǒng)100的例子，這里標(biāo)準(zhǔn)COTS以太網(wǎng)設(shè)備130用來相互連接HSE鏈接設(shè)備110和HSE設(shè)備120到以太網(wǎng)140。HSE鏈接設(shè)備110依次連接使用H1網(wǎng)絡(luò)150的H1設(shè)備170。諸如個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)160的其他類型的設(shè)備也可以連接到以太網(wǎng)140。
實(shí)際的以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和COTS以太網(wǎng)設(shè)備配置將取決于特定的應(yīng)用需要。然而，可以使用除在圖1示出的示范的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以外的任何使用標(biāo)準(zhǔn)COTS以太網(wǎng)設(shè)備的以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或者配置，并且這樣的變化將在不脫離本發(fā)明的實(shí)際的精神和范圍的這樣的改進(jìn)之內(nèi)。
A.1HSE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按照本發(fā)明的原理的一個(gè)實(shí)施例的HSE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在圖2中示出。HSE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成能滿足分配制造和工藝控制環(huán)境的高性能的實(shí)用需求，例如在高速以太網(wǎng)中。允許由不同的賣主根據(jù)各種各樣的控制和制造的測量設(shè)備而建造去分配自動(dòng)化系統(tǒng)。HSE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通過已用于H1和HSE環(huán)境兩者的特定地結(jié)構(gòu)部件描述。
在下文中公開的引用各種各樣的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)被在此處的附錄A中列出的手冊和規(guī)范中詳細(xì)描述，它來自Fieldbus FOUNDATION是可用的，一個(gè)非營利組織總部設(shè)立在德克薩斯州的奧斯汀，并且作為本發(fā)明所有的申請日期相應(yīng)的常用型，因此所有的這些合并在其整體中作為引用?，F(xiàn)在將更詳細(xì)地描述HSE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(在圖2中示出的)的每個(gè)結(jié)構(gòu)部件。
A.2功能塊應(yīng)用過程虛擬字段設(shè)備(FBAP VFD)應(yīng)用過程(AP)是一個(gè)由國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)定義的開放系統(tǒng)相互連接(OSI)參考模型(RM)術(shù)語，ISO 7498，去描述在單個(gè)設(shè)備中駐留的分布式應(yīng)用部分。在下文說明書中使用的該術(shù)語是指在設(shè)備內(nèi)實(shí)施相關(guān)功能設(shè)置諸如功能塊過程、網(wǎng)絡(luò)管理和系統(tǒng)管理的實(shí)體。
虛擬字段設(shè)備(VFD)是一個(gè)由Fieldbus Foundation(見此處在附錄A中列出的參考集1的Fieldbus消息規(guī)范FF-870)定義的術(shù)語。VFD使AP的參數(shù)對于通信網(wǎng)絡(luò)是直觀的。
按照本發(fā)明的原理，HSE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(在圖2中示出的)支持功能塊應(yīng)用過程虛擬字段設(shè)備(FBAP VFD)260。FBAP VFD 260提供一個(gè)公用的裝置，用于限定自動(dòng)化系統(tǒng)的輸入、輸出、算法、控制變量和行為。在一個(gè)設(shè)備中為了滿足一個(gè)應(yīng)用特定的需要可能有多個(gè)FBAP VFD 260，例如如圖所示n個(gè)FBAP VFD。FBAP VFD可以或者可以不必存在于一個(gè)HSE設(shè)備或者HSE鏈接設(shè)備中。如果存在HSE FBAP VFD，該設(shè)備時(shí)常也被稱為″HSE領(lǐng)域設(shè)備.″。然而在下面的說明書中，即使未使用術(shù)語″HSE領(lǐng)域設(shè)備″，將假設(shè)為FBAP VFD存在于HSE設(shè)備和HSE鏈接設(shè)備中。
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的功能塊分類和參數(shù)的設(shè)置是由Fieldbus Foundation限定的，例如，此處在附錄A中列出的一個(gè)或更多詳細(xì)說明?？刂圃O(shè)備的制造商可以添加他們自己的參數(shù)到參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置中，去作為新的需要和作為技術(shù)發(fā)展提供附加功能塊限定。可以找到功能塊分類和參數(shù)的更詳細(xì)的說明，例如在附錄A此處的參考集1中FF-890列出的功能塊應(yīng)用過程部分1說明。
A.3H1接口附著于HSE鏈接設(shè)備110(在圖1中示出的)的每個(gè)H1網(wǎng)絡(luò)150需要一個(gè)H1接口240。橋路250用來直接在同一的HSE鏈接設(shè)備110(在圖1中示出的)內(nèi)其他的H1接口240之間傳送H1網(wǎng)絡(luò)消息。一個(gè)HSE鏈接設(shè)備可以包括，例如一個(gè)包含至少一個(gè)H1接口240的HSE設(shè)備120(在圖1中示出)。
在Fieldbus消息詳細(xì)說明FF-870、Fieldbus訪問底層詳細(xì)說明FF-821、數(shù)據(jù)鏈路業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議詳細(xì)說明FF-821，822，以及用于橋路操作附錄的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議詳細(xì)說明FF-806中可以找到H1接口的更詳細(xì)的說明，所有的這些在此處附錄A的參考集1中列出。
A.4以太網(wǎng)/因特網(wǎng)組HSE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使用標(biāo)準(zhǔn)COTS以太網(wǎng)/因特網(wǎng)(″組″)280用于在以太網(wǎng)140上和其他的設(shè)備通信。由HSE使用的以太網(wǎng)/因特網(wǎng)組由分配的主機(jī)控制協(xié)議(DHCP)285、簡單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(SNTP)286以及簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)287構(gòu)成，它們依次使用傳送控制協(xié)議(TCP)283和用戶數(shù)據(jù)協(xié)議(UDP)284業(yè)務(wù)。
TCP 283和UDP 284依次使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)際協(xié)議(IP)282業(yè)務(wù)，其使用標(biāo)準(zhǔn)IEEE以太網(wǎng)802.3媒體存取控制(MAC)和物理(PHY)層281。在281中的PHY層連接于一個(gè)或多個(gè)以太網(wǎng)140。
因特網(wǎng)DHCP、SNTP、SNMP、TCP、UDP以及IP協(xié)議是由Internet工程任務(wù)組征求意見(RFC)說明規(guī)范規(guī)定的。IETF RFC此處在附錄B中列出，因此通過引用在它們的全部而結(jié)合于此。電氣與電子工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(IEEE 802.3)描述以太網(wǎng)MAC和PHY層，因此所有的這些整體引用結(jié)合于此。每個(gè)層和協(xié)議的具體的使用在此處附錄A的參考集2FF-586列出的以太網(wǎng)存在規(guī)范中詳述。
通過保留以太網(wǎng)/因特網(wǎng)組的標(biāo)準(zhǔn)使用，HSE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確保在不同的組制造商之中的互操作性。
A.5HSE管理主體再次參考圖2，通常HSE管理主體270使用DHCP 285用于獲得一個(gè)用于該設(shè)備的IP地址，使用SNTP 286用于保持和時(shí)間服務(wù)器的時(shí)間同步，以及使用SNMP 287用于管理TCP、UDP和IP協(xié)議層。HSE管理主體定期的使用DHCP、SNTP和SNMP，并且遵守為那些熟悉的網(wǎng)際協(xié)議所知的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程，例如按照IEEE 802.3。
HSE管理主體使用SNMP 287用于管理Internet層協(xié)議。具體地，HSE管理主體270提供在RFC 1213和RFC 1643(見附錄B)中由SNMPv2定義的以太網(wǎng)訪問標(biāo)準(zhǔn)管理信息庫II(MIB II)，以及也通過此處附錄A的參考集2FF-586列出的以太網(wǎng)存在定義的。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，為了遵守ISO標(biāo)準(zhǔn)，HSE管理信息數(shù)據(jù)庫(HSE MIB)271包括一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部分和一個(gè)HSE特定部分，標(biāo)準(zhǔn)部分是MIB-II的第二版，在RFC 1213定義，特定部分(它是在專用企業(yè)水平上定義的)。為理解方便起見，HSE MIB 271的詳細(xì)結(jié)構(gòu)在圖3中示出。HSE MIB 271的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)提供了概貌，允許互操作使得設(shè)備作為性質(zhì)良好的節(jié)點(diǎn)。
BHSE核心再次參考圖2，HSE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的HSE核心部分200標(biāo)識了按照本發(fā)明的原理的新的HSE能力。HSE核心200提供需要實(shí)現(xiàn)高性能分布式控制基本的能力和集成，使用HSE設(shè)備、HSE鏈接設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)COTS以太網(wǎng)設(shè)備。
B.1網(wǎng)絡(luò)管理主體虛擬字段設(shè)備該HSE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含一個(gè)用于每個(gè)HSE設(shè)備和每個(gè)HSE鏈接設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)管理主體VFD(NMA VFD)210。NMA VFD提供用于從網(wǎng)絡(luò)配置、控制和監(jiān)控HSE設(shè)備及HSE鏈接設(shè)備操作的手段。
管理信息被包含在網(wǎng)絡(luò)管理信息庫(NMIB)213和系統(tǒng)管理信息庫(SMIB)212中。利用NMA VFD的配置管理能力，參數(shù)被設(shè)置在NMIB和SMIB中去支持在該系統(tǒng)中與其他設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。這個(gè)過程包括定義在設(shè)備之間的傳送，然后選擇期望的通信特性去支持該傳送。
NMA VFD還可以被配置為收集性能和相關(guān)的故障信息，以用于選擇傳送。這個(gè)信息在運(yùn)行時(shí)間期間是可訪問的，這使查看和分析設(shè)備通信的性狀成為可能。如果檢測到問題，性能需要被優(yōu)化或裝置通信需要被改變，那么當(dāng)該設(shè)備仍然運(yùn)行時(shí)，可以動(dòng)態(tài)地實(shí)施重新配置。
NMA VFD參數(shù)和性狀，進(jìn)一步在此處附錄A的參考集2中FF-803列出的HSE網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范中定義。
B.2HSE領(lǐng)域設(shè)備訪問主體現(xiàn)在將參考圖4描述HSE領(lǐng)域設(shè)備訪問(FDA)主體，除了示出的用于HSE領(lǐng)域設(shè)備訪問(FDA)主體290的局部交互作用(291-299)之外，它是與圖2的圖一樣的?，F(xiàn)在將通過這些局部交互作用描述HSE FDA主體的操作。
HSE FDA主體290的一個(gè)主要功能是映射已經(jīng)定義用于FoundationTMFieldbus系統(tǒng)管理(SM)(見此處附錄A的參考集1FF-880列出的)的業(yè)務(wù)和Fieldbus消息規(guī)范(FMS)(見此處附錄A的參考集1FF-870列出的)往返于標(biāo)準(zhǔn)的COTS以太網(wǎng)/因特網(wǎng)280部件。
通常，HSE FDA主體290模擬由Foundation Fieldbus定義的映射Fieldbus訪問底層規(guī)范(見此處附錄A的參考集1FF-875列出的)。HSEFDA主體290提供公用接口，其使遠(yuǎn)程應(yīng)用能夠訪問在H1網(wǎng)絡(luò)150和HSE網(wǎng)絡(luò)140上任何類別的設(shè)備。
因此，按照本發(fā)明的原理的HSE FDA主體290，允許根據(jù)由特定的終端用戶應(yīng)用的需要系統(tǒng)，其中控制布在各種各樣的HSE設(shè)備和/或H1設(shè)備以及任何其組合的系統(tǒng)中。
B.2.1HSE FDA主體本機(jī)接口B.2.1(a)本機(jī)接口291TCP-TCP本機(jī)接口291允許HSE FDA主體290使用TCP 283去發(fā)送和/或接收FMS消息。TCP 283提供作為套接口(socket)的接口，經(jīng)由它HSE FDA主體290提交包含一個(gè)或多個(gè)消息的緩沖器。
B.2.1(b)本機(jī)接口292UDP-UDP本機(jī)接口292允許HSE FDA主體290使用UDP 284去發(fā)送和/或接收SM消息和某些FMS消息。UDP 284提供作為套接口的接口，經(jīng)由它HSE FDA主體290提交包含一個(gè)或多個(gè)消息的緩沖器。
B.2.1(c)本機(jī)接口293HSE NMIB-HSE FDA主體290提供一個(gè)本機(jī)接口給在NMA VFD 210中的HSE NMIB 213。HSE FDA主體經(jīng)HSENMIB本機(jī)接口293能夠提供配置和只讀存取給NMA VFD 210。
B.2.1(d)本機(jī)接口294HSE SMIB-HSE FDA主體290提供一個(gè)本機(jī)接口給在NMA VFD 210中的HSE SMIB212。HSE FDA主體290經(jīng)HSESMIB本機(jī)接口294能夠提供配置和只讀存取給NMA VFD 210。
B.2.1(e)本機(jī)接口295HSE SMK-HSE FDA主體290經(jīng)由HSE SMK本機(jī)接口295傳送HSE SM業(yè)務(wù)往返于HSE SMK 220。按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在HSE鏈接設(shè)備中，HSE SMK 220在本地與每個(gè)H1接口240通信，并且不使用HSE FDA主體290。
B.2.1(f)本機(jī)接口296HSE LRE-HSE FDA主體290經(jīng)由HSELRE本機(jī)接口296保持與該設(shè)備的HSE LAN冗余實(shí)體(HSE LRE)230本地連接。稍后將更詳細(xì)地描述HSE LRE本機(jī)接口296的使用。
B.2.1(g)本機(jī)接口297H1接口-僅有HSE鏈接設(shè)備的HSE FDA主體290與H1接口(s)240進(jìn)行交互以訪問H1網(wǎng)絡(luò)150。H1本機(jī)接口經(jīng)由HSE SMK 220提供HSE FDA主體FMS和SM訪問。
HSE FDA主體轉(zhuǎn)發(fā)FMS請求，并且經(jīng)由H1接口(s)240將從TCP交互作用291和UDP交互作用292接收的回覆給H1網(wǎng)絡(luò)150。HSE FDA主體也轉(zhuǎn)發(fā)H1請求，并且使用TCP交互作用291和UDP交互作用292經(jīng)由H1接口交互作用297將從H1網(wǎng)絡(luò)接收的回覆給以太網(wǎng)140。
因此，在H1網(wǎng)絡(luò)中以和任何其他應(yīng)用程序同樣的方法，HSE FDA主體290通常將與H1網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)相互作用。
B.2.1(h)本機(jī)接口298FBAP VFD-HSE FDA主體290使用FBAPVFD本機(jī)接口298去訪問FBAP VFD 260。FMS和SM消息兩者都使用FBAPVFD本機(jī)接口298進(jìn)行通信。
B.2.1(i)本機(jī)接口299HSE管理主體-HSE FDA主體290保持HSE管理主體本機(jī)接口299和HSE管理主體270去訪問某些與其UDP/TCP連接有關(guān)的業(yè)務(wù)質(zhì)量參數(shù)。由HSE FDA主體290使用的這些參數(shù)對于特定的UDP/TCP實(shí)施是局部的。
B.2.2HSE FDA主體輸入/輸出操作再次參考圖4，在系統(tǒng)配置期間，HSE SMK 220使用本機(jī)接口295用于添加HSE和/或H1設(shè)備給分布式系統(tǒng)，以及從該分布式系統(tǒng)刪除HSE和/或H1設(shè)備。一個(gè)SM消息的交換用來標(biāo)識在該系統(tǒng)中新的(或者去刪除)HSE和/或H1設(shè)備。
例如，在新的HSE設(shè)備接收一個(gè)網(wǎng)際協(xié)議(IP)地址以后，該新的HSE設(shè)備周期性地公布其在以太網(wǎng)140上的存在。HSE鏈接設(shè)備也公布在其H1網(wǎng)絡(luò)150上檢測的變化。以同樣的方法，HSE SMK使用本機(jī)接口295去確定功能塊″tags″的位置，功能塊″tags″可以存在于HSE設(shè)備和/或H1設(shè)備中。
在系統(tǒng)輸入/輸出操作期間，一般在連接到以太網(wǎng)140的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)上執(zhí)行的數(shù)據(jù)獲取、顯示和監(jiān)視控制功能將需要在連接到H1網(wǎng)絡(luò)150的HSE設(shè)備、HSE鏈接設(shè)備和/或H1設(shè)備中訪問數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存取一般使用″客戶/服務(wù)器″和/或″發(fā)行者/用戶″消息實(shí)施。這些數(shù)據(jù)存取方式對那些精通Fieldbus消息的人是公知的。
對于客戶/服務(wù)器和發(fā)行者/用戶消息在HSE設(shè)備和/或HSE鏈接設(shè)備中開始或者終止，HSE FDA主體290在本機(jī)接口291上發(fā)送和接收以太網(wǎng)140消息，如先前如上所述提供適當(dāng)?shù)挠成浣oFMS業(yè)務(wù)，并且使用本機(jī)接口293、294、296、298和299分別去訪問HSE NMIB 213、HSE SMIB212、HSE LRE 230、FBAP VFD(s) 260以及HSE管理主體270。如先前描述的，因?yàn)橛衅渥约旱腟M消息，HSE SMK 220未被訪問。
對于客戶/服務(wù)器、發(fā)行者/用戶和/或SM消息在H1網(wǎng)絡(luò)150中開始或者終止，HSE FDA主體290使用本機(jī)接口297去從H1接口(s)240發(fā)送和/或接收消息。
如果來自H1網(wǎng)絡(luò)150的消息是到/來自以太網(wǎng)140，以及被客戶/服務(wù)器或者發(fā)行者/用戶消息，HSE FDA主體290使用FMS映射和本機(jī)接口291。如果到/從以太網(wǎng)140的H1消息是SM消息，HSE FDA主體使用SM映射和本機(jī)接口292。
如果到/從H1網(wǎng)絡(luò)150的消息是到/來自HSE鏈接設(shè)備，以及是客戶/服務(wù)器或者發(fā)行者/用戶消息，HSE FDA主體將使用FMS映射和適當(dāng)?shù)谋緳C(jī)接口(除本機(jī)接口291和292之外)。
如果到/從H1網(wǎng)絡(luò)150的消息是到/來自HSE鏈接設(shè)備，以及是SM消息，HSE FDA主體將使用SM映射和適當(dāng)?shù)谋緳C(jī)接口(除本機(jī)接口291和292之外)。
B.3HSE系統(tǒng)管理核心再次參考圖2，HSE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含一個(gè)用于每個(gè)HSE設(shè)備和/或每個(gè)HSE鏈接設(shè)備的系統(tǒng)管理核心(SMK)220。HSE SMK 220保持信息和協(xié)調(diào)水平，提供用于FBAP VFD 260的執(zhí)行和互操作的綜合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
如先前討論的，HSE SMK 220在設(shè)備運(yùn)行之前提供某些基本系統(tǒng)信息的例行配置。例如為此目的，HSE SMK通過一組預(yù)先確定的階段啟動(dòng)接受一個(gè)設(shè)備。在這個(gè)過程期間，系統(tǒng)配置設(shè)備確認(rèn)在網(wǎng)絡(luò)上存在該設(shè)備，并且配置基本信息進(jìn)入HSE SMIB 212。一旦該設(shè)備接收它的基本配置信息，它的HSE SMK使得其至一個(gè)操作的狀態(tài)，而不會(huì)影響在該網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備的操作。也能使HSE FDA主體290使用在該設(shè)備中的其他功能。
B.3.1HSE SMK系統(tǒng)時(shí)間同步現(xiàn)在參考圖5，在HSE鏈接設(shè)備110中的HSE管理主體270使用SNTP286去與在時(shí)間控制500中的遠(yuǎn)程SNTP服務(wù)器510相互作用，去使在HSEMIB 271’中的系統(tǒng)時(shí)間501’與在時(shí)間控制500中的系統(tǒng)時(shí)間501同步。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)間501’是和系統(tǒng)時(shí)間501同步時(shí)，在HSE MIB中的同步標(biāo)識(F)510被由標(biāo)準(zhǔn)SNTP協(xié)議設(shè)置為真。使用標(biāo)準(zhǔn)COTS以太網(wǎng)設(shè)備130，時(shí)間控制和HSE鏈接設(shè)備被相互連接。這個(gè)同步協(xié)議被在IETF RFC 2030中定義。
無論什么時(shí)候，在HSE SMIB 212中的本地時(shí)間502可以或者可以不必與系統(tǒng)時(shí)間501’同步。為了協(xié)調(diào)在分布式系統(tǒng)中的功能塊的執(zhí)行，以及為了提供恰當(dāng)?shù)墓δ軌K警告的時(shí)間戳，本地時(shí)間502必須與系統(tǒng)時(shí)間501’同步。
所有的功能塊與在HSE SMIB 212中的Macrocycle的起始″To″520同步。在系統(tǒng)中的每個(gè)HSE鏈接設(shè)備和HSE設(shè)備具有相同的值To。當(dāng)HSESMK 220在本地發(fā)出一個(gè)功能塊(FB)起始221消息用于程序塊時(shí)，執(zhí)行功能塊。基于來自To的偏移量產(chǎn)生每個(gè)FB起始消息。
在macrocycle的起始To，以及對每個(gè)程序塊的偏移量是以本地時(shí)間502為基準(zhǔn)的。因此每個(gè)設(shè)備必須調(diào)整其本地時(shí)間502以等于用于系統(tǒng)系統(tǒng)時(shí)間501’，以正常工作。然而，因?yàn)槊總€(gè)設(shè)備有一個(gè)非理想的硬件時(shí)鐘振蕩器，本地時(shí)間502將最終漂移出與系統(tǒng)時(shí)間501’的同步。
圖6示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于校正漂移的過程。尤其是，當(dāng)在步驟601 macrocycle結(jié)束時(shí)，HSE SMK 220將在步驟602測試在HSEMIB 271’中的同步標(biāo)識510。如果F 510不為真，該過程在步驟606結(jié)束。
另一方面，如果在上述的步驟602確定F 510成立，在步驟603 HSESMK 220計(jì)算在本地時(shí)間502和系統(tǒng)時(shí)間501’之間的偏移量，并且在步驟604設(shè)置本地時(shí)間502等于系統(tǒng)時(shí)間501’，并且在期望時(shí)間同步分類中指定的值內(nèi)(見此處附錄A的參考集1)。
在步驟605，一旦本地時(shí)間502同步，開始時(shí)間(To)520(在圖5中示出的)被使與其他設(shè)備的開始時(shí)間一致。
現(xiàn)在參考圖7A和7B描述開始時(shí)間校準(zhǔn)。圖7A示出設(shè)備的macrocycle偏移量，例如設(shè)備N，在時(shí)間同步之前，其中偏移量720表示在HSE設(shè)備N中必須進(jìn)行校正的誤差。如圖所示，HSE設(shè)備N現(xiàn)在具有正確的本地時(shí)間，但是系統(tǒng)Macrocycle 700’的開始時(shí)間(To)520’不與在分布式系統(tǒng)中其他的設(shè)備對準(zhǔn)。
圖7B示出例如設(shè)備N在時(shí)間同步以后，設(shè)備的macrocycle偏移量。設(shè)備N的HSE SMK 220利用偏移量720延遲系統(tǒng)Macrocycle 700’的開始時(shí)間(To)520’，使得系統(tǒng)Macrocycle在相同的時(shí)間(To)520開始，例如在HSE裝置1中的系統(tǒng)Macrocycle 700。HSE設(shè)備N系統(tǒng)Macrocycle現(xiàn)在與系統(tǒng)時(shí)間同步，并且在步驟606(在圖6中示出)結(jié)束同步過程。
B.4局域網(wǎng)冗余實(shí)體參考圖4，每個(gè)HSE設(shè)備和HSE鏈接設(shè)備具有一個(gè)HSE局域網(wǎng)(LAN)冗余實(shí)體(HSE LRE)230。HSE LRE通過使用冗余提供單一故障的故障容忍。
HSE LRE經(jīng)本機(jī)接口296周期性地發(fā)送和接收冗余診斷消息。HSEFDA主體290在本機(jī)接口291和292上(見此處在附錄A的參考集2 FF-593列出的用于冗余診斷消息格式的HSE冗余規(guī)范)映射診斷消息。
冗余診斷信息被同時(shí)在以太網(wǎng)140和以太網(wǎng)140’上發(fā)送。每個(gè)設(shè)備在以太網(wǎng)140和以太網(wǎng)140’上接收冗余診斷消息，并且構(gòu)成一個(gè)本地網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)列表(NST)231。NST針對每個(gè)連接于以太網(wǎng)140和以太網(wǎng)140’的HSE設(shè)備的狀況提供詳細(xì)的狀態(tài)。HSE LRE 230控制哪個(gè)以太網(wǎng)140或者140’HSE設(shè)備將被用作消息傳輸。
借助于此方法，所有的網(wǎng)絡(luò)傳輸和設(shè)備切換決定，被分發(fā)到HSE設(shè)備和使用標(biāo)準(zhǔn)COTS以太網(wǎng)設(shè)備系統(tǒng)。
圖8舉例說明由本發(fā)明的冗余方面支持的一般的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。示出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)僅是一個(gè)例子，示出了許多可能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一個(gè)。只要提供以太網(wǎng)140和140’的設(shè)備是標(biāo)準(zhǔn)COTS以太網(wǎng)設(shè)備，任何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都可以使用。
HSE冗余既支持以太網(wǎng)冗余又支持HSE鏈接設(shè)備冗余。
B.4.1以太網(wǎng)冗余參考圖8，HSE設(shè)備對120’和HSE鏈接設(shè)備對110’兩者都聯(lián)接于以太網(wǎng)140和以太網(wǎng)140’。在這個(gè)例子中，以太網(wǎng)140由COTS以太網(wǎng)設(shè)備130提供，以及以太網(wǎng)140’由COTS以太網(wǎng)設(shè)備130’提供。在HSE設(shè)備上任何一個(gè)以太網(wǎng)或者以太網(wǎng)接口的一個(gè)的單一故障將導(dǎo)致先前描述的HSE LRE通信轉(zhuǎn)移到其它的工作網(wǎng)絡(luò)。
B.4.2HSE鏈接設(shè)備冗余HSE LRE 230支持HSE鏈接設(shè)備冗余。冗余HSE鏈接設(shè)備對160包括主用的HSE鏈接設(shè)備110和備用的HSE鏈接設(shè)備110’。H1設(shè)備170由H1網(wǎng)絡(luò)150連接于冗余HSE鏈接設(shè)備對160。如果主用的HSE鏈接設(shè)備110出故障，備用的HSE鏈接設(shè)備110將承擔(dān)控制。除了在HSE設(shè)備中不存在H1接口(s)之外，HSE設(shè)備120’可以以和HSE鏈接設(shè)備110同樣的方法進(jìn)行冗余。
本發(fā)明提供必要的診斷消息格式去允許一個(gè)開放和可互操作的高速以太網(wǎng)冗余切換和/或HSE鏈接設(shè)備(或者HSE設(shè)備)冗余。
用于每個(gè)H1網(wǎng)絡(luò)備份的冗余方法在’178申請中以及由此處附錄A的參考集1列出的規(guī)范中描述。
可以理解的，在上述說明書中的分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)在高性能骨干網(wǎng)中開放、可互操作的優(yōu)化方案用于綜合分布式控制系統(tǒng)及其他控制設(shè)備的方法，提供了一個(gè)開放、可互操作的方案適合于經(jīng)高性能骨干網(wǎng)可互操作的分布式控制應(yīng)用的系統(tǒng)時(shí)間同步的方法，以及提供一個(gè)開放、可互操作的方案，用于提供故障容忍的高性能骨干網(wǎng)以及連接于該骨干網(wǎng)的故障容忍的設(shè)備的方法。
上面提出的優(yōu)選實(shí)施例是舉例說明本發(fā)明，并不打算限制本發(fā)明。在本發(fā)明要求的范圍內(nèi)附加的實(shí)施例和優(yōu)點(diǎn)對普通的本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。
此外，雖然參考示范的實(shí)施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，那些本領(lǐng)域技術(shù)人員將能對于描述的本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行各種各樣的改進(jìn)而不脫離本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍。此處使用的術(shù)語和說明僅作為舉例提出，不意味著限制。尤其是，雖然本發(fā)明的方法已經(jīng)舉例描述，但是該方法的步驟除舉例說明的之外可以以不同的順序或者同時(shí)實(shí)施。那些本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到這些及其他的變化可以在如在本發(fā)明和其等效所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
附錄AA.1 參考集1編號修訂版詳細(xì)說明FF - 801 FS 1.4網(wǎng)絡(luò)管理FF - 806 FS 1.0數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議-橋路操作附錄FF - 821 FS 1.4數(shù)據(jù)鏈路業(yè)務(wù)子集FF - 822 FS 1.4數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議子集FF - 870 FS 1.4Fieldbus消息詳細(xì)說明FF - 875 FS 1.4Fieldbus訪問子層FF - 880 FS 1.4系統(tǒng)管理FF - 890 FS 1.4功能塊應(yīng)用過程-部分1A.2參考集2編號修訂版詳細(xì)說明FF - 803 FS 1.0HSE網(wǎng)絡(luò)管理FF - 586 FS 1.0HSE以太網(wǎng)FF - 588 FS 1.0HSE領(lǐng)域設(shè)備訪問主體FF - 589 FS 1.0HSE系統(tǒng)管理FF - 593 PS 2.0HSE冗余附錄B

權(quán)利要求
1.一種在分布式控制系統(tǒng)中的裝置，包括一個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)接口，用于和具有通信協(xié)議組的第一網(wǎng)絡(luò)通信；和一個(gè)設(shè)備訪問主體，用于將所述分布式控制系統(tǒng)的至少一種傳統(tǒng)格式業(yè)務(wù)消息映射為與所述通信協(xié)議組兼容的網(wǎng)絡(luò)格式消息。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其中所述第一網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)現(xiàn)有的商業(yè)以太網(wǎng)。
3.按照權(quán)利要求2的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)高速以太網(wǎng)管理主體，用于管理傳送控制協(xié)議、用戶數(shù)據(jù)協(xié)議，以及所述通信協(xié)議組的網(wǎng)際協(xié)議層；和一個(gè)高速以太網(wǎng)管理主體接口，經(jīng)由它所述設(shè)備訪問主體與所述高速以太網(wǎng)管理主體進(jìn)行通信。
4.按照權(quán)利要求3的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)用戶數(shù)據(jù)協(xié)議本地接口，經(jīng)由它所述設(shè)備訪問主體與所述通信協(xié)議組的用戶數(shù)據(jù)協(xié)議層進(jìn)行通信。
5.按照權(quán)利要求4的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)傳送控制協(xié)議本地接口，經(jīng)由它所述設(shè)備訪問主體與所述通信協(xié)議組的傳送控制協(xié)議層進(jìn)行通信。
6.按照權(quán)利要求5的裝置，其中所述高速以太網(wǎng)管理包括一個(gè)以標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)成的管理信息數(shù)據(jù)庫，因此允許一種開放和可互操作的側(cè)面，以及使所述裝置作為一個(gè)性能良好的節(jié)點(diǎn)。
7.按照權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理信息庫，用于存儲為管理所述分布式控制系統(tǒng)的操作所必需的信息；和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理信息庫本機(jī)接口，經(jīng)由它所述設(shè)備訪問主體與所述網(wǎng)絡(luò)管理信息庫進(jìn)行通信。
8.按照權(quán)利要求7的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)系統(tǒng)管理信息庫，用于存儲所述裝置的系統(tǒng)配置信息；和一個(gè)系統(tǒng)管理信息庫本機(jī)接口，經(jīng)由它所述設(shè)備訪問主體與所述系統(tǒng)管理信息庫進(jìn)行通信。
9.按照權(quán)利要求8的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)系統(tǒng)管理核心，用于在所述系統(tǒng)管理信息庫中配置所述裝置和存儲系統(tǒng)配置信息；和一個(gè)系統(tǒng)管理核心本機(jī)接口，經(jīng)由它所述設(shè)備訪問主體與所述系統(tǒng)管理核心進(jìn)行通信。
10.按照權(quán)利要求9的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)本地時(shí)間時(shí)鐘，用于提供在所述裝置內(nèi)使用的本地時(shí)間；和一個(gè)系統(tǒng)時(shí)間時(shí)鐘，用于提供跨越所述分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)間；其中所述系統(tǒng)管理核心使所述本地時(shí)間時(shí)鐘和所述系統(tǒng)時(shí)間時(shí)鐘同步。
11.按照權(quán)利要求10的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)經(jīng)所述第一網(wǎng)絡(luò)用于發(fā)送和接收診斷信息的冗余實(shí)體；和一個(gè)冗余實(shí)體本機(jī)接口，經(jīng)由它所述設(shè)備訪問主體與所述冗余實(shí)體進(jìn)行通信。
12.按照權(quán)利要求11的裝置，其中所述第一網(wǎng)絡(luò)接口包括冗余的多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)接口；其中所述第一網(wǎng)絡(luò)包括冗余的多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)；和其中所述冗余實(shí)體保持表示所述分布式控制系統(tǒng)的診斷狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)列表，以便基于所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)列表選擇所述冗余的多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)接口中可操作的一個(gè)。
13.按照權(quán)利要求10的裝置，進(jìn)一步包括至少一個(gè)功能塊應(yīng)用處理虛擬字段設(shè)備，用于提供所述分布式控制系統(tǒng)的輸入、輸出、工作步驟、控制變量和行為的標(biāo)準(zhǔn)化定義；和至少一個(gè)功能塊應(yīng)用處理虛擬字段設(shè)備接口，經(jīng)由它所述設(shè)備訪問主體與所述至少一個(gè)功能塊應(yīng)用處理虛擬字段設(shè)備進(jìn)行通信。
14.按照權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)第二網(wǎng)絡(luò)接口，其使用所述至少一種傳統(tǒng)格式業(yè)務(wù)消息與第二網(wǎng)絡(luò)通信。
15.按照權(quán)利要求14的裝置，其中所述第二網(wǎng)絡(luò)接口包括多個(gè)第二網(wǎng)絡(luò)接口。
16.一種在分布式控制系統(tǒng)中開放的可互操作的裝置，包括一個(gè)本地時(shí)間時(shí)鐘，用于提供在所述裝置內(nèi)使用的本地時(shí)間；一個(gè)系統(tǒng)時(shí)間時(shí)鐘，用于提供跨越所述分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)間；和一個(gè)系統(tǒng)管理核心，用于使所述本地時(shí)間時(shí)鐘和所述系統(tǒng)時(shí)間時(shí)鐘同步。
17.按照權(quán)利要求16的開放的可互操作的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)接口，用于和具有通信協(xié)議組的第一網(wǎng)絡(luò)通信；一個(gè)設(shè)備訪問主體，用于將所述分布式控制系統(tǒng)的至少一種傳統(tǒng)格式業(yè)務(wù)消息映射為與所述通信協(xié)議組兼容的網(wǎng)絡(luò)格式消息；和一個(gè)系統(tǒng)管理核心本機(jī)接口，經(jīng)由它所述設(shè)備訪問主體與所述系統(tǒng)管理核心進(jìn)行通信。
18.一種在分布式控制系統(tǒng)中開放的可互操作的裝置，包括冗余的多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)接口，用于和相應(yīng)的具有通信協(xié)議組的冗余多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)通信；和一個(gè)冗余的實(shí)體，配置為經(jīng)由所述冗余的多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送和接收診斷信息，所述冗余的實(shí)體保持表示所述冗余的多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)的診斷狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)列表，并且所述冗余的實(shí)體配置為基于所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)列表來選擇所述冗余的多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)的可操作的一個(gè)。
19.按照權(quán)利要求18的開放可互操作的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)設(shè)備訪問主體，用于將所述分布式控制系統(tǒng)的至少一個(gè)傳統(tǒng)格式業(yè)務(wù)消息映射為與所述通信協(xié)議組兼容的網(wǎng)絡(luò)格式消息；和一個(gè)冗余實(shí)體本機(jī)接口，經(jīng)由它所述設(shè)備訪問主體與所述冗余實(shí)體進(jìn)行通信。
20.按照權(quán)利要求19的開放可互操作的裝置，進(jìn)一步包括一個(gè)系統(tǒng)管理核心，用于配置所述裝置并且以系統(tǒng)時(shí)間時(shí)鐘使本地時(shí)間時(shí)鐘同步，本地時(shí)間時(shí)鐘為在所述裝置內(nèi)使用提供本地時(shí)間，系統(tǒng)時(shí)間時(shí)鐘提供跨越所述分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)間；和一個(gè)系統(tǒng)管理核心本機(jī)接口，經(jīng)由它所述設(shè)備訪問主體與所述系統(tǒng)管理核心進(jìn)行通信。
21.一種開放可互操作的分布式控制系統(tǒng)，包括至少一個(gè)具有通信協(xié)議組的第一網(wǎng)絡(luò)；和至少一個(gè)與所述至少一個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)備，所述至少一個(gè)設(shè)備具有一個(gè)訪問主體，用于將所述開放可互操作的分布式控制系統(tǒng)的至少一個(gè)傳統(tǒng)格式業(yè)務(wù)消息映射為與所述通信協(xié)議組兼容的網(wǎng)絡(luò)格式消息。
22.按照權(quán)利要求21的開放可互操作的分布式控制系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)商業(yè)現(xiàn)有的以太網(wǎng)。
23.按照權(quán)利要求21的開放可互操作的分布式控制系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)設(shè)備進(jìn)一步包括一個(gè)系統(tǒng)管理核心，用于配置所述裝置并且以系統(tǒng)時(shí)間時(shí)鐘使本地時(shí)間時(shí)鐘同步，本地時(shí)間時(shí)鐘為在所述裝置內(nèi)使用提供本地時(shí)間，系統(tǒng)時(shí)間時(shí)鐘提供跨越所述分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)間；和一個(gè)系統(tǒng)管理核心本機(jī)接口，經(jīng)由它所述設(shè)備訪問主體與所述系統(tǒng)管理核心進(jìn)行通信。
24.按照權(quán)利要求21的開放可互操作的分布式控制系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)包括冗余多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)；和其中所述至少一個(gè)設(shè)備進(jìn)一步包括一個(gè)冗余實(shí)體，配置為發(fā)送診斷信息到所述冗余多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)并自所述冗余多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)接收診斷信息，所述冗余實(shí)體保持表示所述冗余多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)的診斷狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)列表，以及所述冗余實(shí)體配置為基于所述網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)列表而選擇所述冗余多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)的可操作的一個(gè)。
25.按照權(quán)利要求24的開放可互操作的分布式控制系統(tǒng)，其中所述冗余的多個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)包括冗余的多個(gè)商業(yè)現(xiàn)有的以太網(wǎng)。
26.按照權(quán)利要求21的開放可互操作的分布式控制系統(tǒng)，進(jìn)一步包括多個(gè)第二網(wǎng)絡(luò)，所述多個(gè)第二網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)使用所述至少一種傳統(tǒng)業(yè)務(wù)消息格式；其中所述至少一個(gè)設(shè)備包括冗余的多個(gè)設(shè)備，所述冗余的多個(gè)設(shè)備的每一個(gè)包括多個(gè)第二網(wǎng)絡(luò)接口，用于和所述多個(gè)第二網(wǎng)絡(luò)通信；和一個(gè)冗余實(shí)體，配置為基于表示所述冗余多個(gè)設(shè)備至少一個(gè)以及所述至少一個(gè)第一網(wǎng)絡(luò)的診斷狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)列表，而提供為選擇所述冗余多個(gè)設(shè)備中可操作的一個(gè)所必需的信息。
27.一種在開放可互操作的分布式控制系統(tǒng)中使多個(gè)設(shè)備特定的本地時(shí)間和系統(tǒng)時(shí)間同步的方法，所述多個(gè)設(shè)備特定的本地時(shí)間與在所述開放可互操作的分布式控制系統(tǒng)中相應(yīng)的一個(gè)設(shè)備有關(guān)，所述方法包括檢測先前的操作周期的一個(gè)端；為每一個(gè)所述多個(gè)設(shè)備的下一個(gè)操作周期提供開始時(shí)間；計(jì)算在所述多個(gè)設(shè)備的每一個(gè)的特定的本地時(shí)間和所述系統(tǒng)時(shí)間之間的偏移量；使用所述計(jì)算的偏移量，使所述多個(gè)設(shè)備的每一個(gè)的特定的本地時(shí)間和所述系統(tǒng)時(shí)間同步；和相對于彼此校準(zhǔn)所述多個(gè)設(shè)備特定的本地時(shí)間，使得所述多個(gè)設(shè)備的所述開始時(shí)間一致。
28.按照權(quán)利要求27的使多個(gè)設(shè)備特定的本地時(shí)間和系統(tǒng)時(shí)間同步的方法，進(jìn)一步包括在所述開放可互操作的分布式控制系統(tǒng)中提供一個(gè)時(shí)間控制器，所述時(shí)間控制器保持通用的時(shí)間；確定是否所述系統(tǒng)時(shí)間和所述通用的時(shí)間同步；和如果確定所述系統(tǒng)時(shí)間是和所述通用的時(shí)間同步的，設(shè)置一個(gè)同步標(biāo)識。
29.按照權(quán)利要求27的使多個(gè)設(shè)備特定的本地時(shí)間和系統(tǒng)時(shí)間同步的方法，其中所述校準(zhǔn)所述多個(gè)設(shè)備特定的本地時(shí)間的步驟包括計(jì)算在所述多個(gè)設(shè)備的每一個(gè)的特定的本地時(shí)間相對于彼此之間的偏移量；和增加時(shí)間延遲給至少所述多個(gè)設(shè)備的一個(gè)，使得所述多個(gè)裝置每一個(gè)的開始時(shí)間相對于彼此一致。
全文摘要
分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(HSE)提供了一個(gè)在高性能骨干網(wǎng)中開放、可互操作的優(yōu)化用于綜合分布式控制系統(tǒng)及其他控制設(shè)備的方法,提供了一個(gè)開放、可互操作的提供適合于經(jīng)高性能骨干網(wǎng)可互操作的分布式控制應(yīng)用的系統(tǒng)時(shí)間同步的方法,以及提供一個(gè)開放、可互操作的提供故障容忍的高性能骨干網(wǎng)以及連接于該骨干網(wǎng)的故障容忍的設(shè)備的方法。分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)高速以太網(wǎng)領(lǐng)域設(shè)備訪問(HSE FDA)主體,它映射例如fieldbus系統(tǒng)的分布式控制系統(tǒng)的業(yè)務(wù)往返于標(biāo)準(zhǔn)、商業(yè)上現(xiàn)有的(COTS)以太網(wǎng)/因特網(wǎng)部件。分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也包括一個(gè)起保持本地時(shí)間作用以及保持由時(shí)間服務(wù)器提供的在由時(shí)間同步分類指定的值內(nèi)的在本地時(shí)間和系統(tǒng)時(shí)間之間差值的高速以太網(wǎng)系統(tǒng)管理核心(HSE SMK)。本地時(shí)間用于時(shí)間戳事件,使得來自設(shè)備的事件消息可以通過該系統(tǒng)相關(guān)。該分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括一個(gè)高速以太網(wǎng)局域網(wǎng)冗余實(shí)體(HSE LRE),在該系統(tǒng)上提供對于運(yùn)行的應(yīng)用透明的冗余。每個(gè)設(shè)備的HSE LRE周期性地發(fā)送一個(gè)表示其網(wǎng)絡(luò)視圖的診斷消息給在該系統(tǒng)上的另一個(gè)設(shè)備。每個(gè)設(shè)備使用該診斷消息去保持網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)列表(NST),用于故障檢測和從冗余資源對進(jìn)行選擇。
文檔編號H04L12/46GK1357184SQ00809263
公開日2002年7月3日 申請日期2000年6月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月21日
發(fā)明者D·A·格蘭策, C·R·科利斯, S·K·博爾德曼, W·M·霍金斯, M·D·赫斯特, T·J·科茲利克, L·A·奈策爾, R·D·索耶, J·I·蒂格內(nèi)爾 申請人:菲爾德巴士基金