DE69032495T2

DE69032495T2 - Vorrichtung zur Bereitstellung einer universellen Schnittstelle für ein Prozesssteuerungssystem

Info

Publication number: DE69032495T2
Application number: DE69032495T
Authority: DE
Inventors: Ravinder M. Montgomery Co Pa 19044 Bansal; Amand J. Montgomery Co Pa 19446 Hahn
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1989-09-05
Filing date: 1990-09-05
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: EP0416891B1; EP0416891A3; AU638476B2; EP0416891A2; JPH0399302A; DE69032495D1; AU6136490A; JPH0782367B2; CA2024534A1; CA2024534C

Description

Die vorliegende Anmeldung ist auf die folgenden Patente bezogen:
(a) US-A-4 959 763 mit dem Titel "APPARATUS FOR TRACKING PREDETERMINED DATA FOR UPDATING A SECONDARY DATA BASE" von P. Gerhart, angemeldet am 23. Januar 1989:
(b) US-A-4 958 270 mit dem Titel "METHOD FOR CONTROL DATA BASE UPDATING OF A REDUNDANT PROCESSOR IN A PROCESS CONTROL SYSTEM" von P. McLaughlin et al, angemeldet am 23. Januar 1989:
(c) US-A-4 937 575 mit dem Titel "A PRECISION A/D CONVERTER UTILIZING A MINIMUM OF INTERFACE INTERCONNECTIONS" von K. Kummer, angemeldet am 18. Oktober 1988;
(d) US-A-4 841 286 mit dem Titel "APPARATUS AND METHOD FOR DETECTION OF AN OPEN THERMOCOUPLE IN A PROCESS CONTROL NETWORK" von K. Kummer, angemeldet am 8. Februar 1988;
(e) US-A-4 872 186 mit dem Titel "APPARATUS AND METHOD FOR IDENTIFICATION OF MESSAGE INITIATION IN A PROCESS CONTROL NETWORK" von P. Gerhart et al. angemeldet am 17. November 1987;
(f) US-A-4 860 280 mit dem Titel "APPARATUS AND METHOD FOR A SECURE AND DIAGNOSABLE ANTI-JABBER COMMUNICATION CIRCUIT" von P. Gerhart, angemeldet am 17. November 1987;
(g) US-A-4 607 256, ausgegeben am 19. August 1986 (Reissue mit der Seriennummer 7/186 230 angemeldet am 26. April 1986); und
(h) US-A-4 296 464, ausgegeben am 20. Oktober 1981;
wobei alle obengenannten Patente Honeywell Inc. gehören, dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung.

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Schnittstellenbildung mehrerer Signale mit einem Prozessor und insbesondere auf eine Schnittstellenvorrichtung zur Schnittstellenbildung einer auswählbaren Vielzahl von unterschiedlichen Arten von Signalen mit einem Prozeßregelsystem.
In heutigen Prozeßregelsystemen werden Schnittstelleneinrichtungen verwendet, um vorbestimmte Arten von Signalen mit dem Prozeßregelsystem zu koppeln, wobei die vorbestimmten Arten von Signalen Analogsignale mit hohem Pegel, mit niedrigem Pegel, Digitalsignale,... sind. Auf Grund einer starren Struktur dieser heutigen Schnittstelleneinrichtungen können nur vorbestimmte Arten von Signalen an diese heutigen Schnittstelleneinrichtungen angeschlossen werden. Die starre Struktur gibt ebenfalls nur eine vorbestimmte Anzahl von Regelschleifen und zweitens nur eine vorbestimmte Anzahl von Ein/Ausgängen (E/A) für die Regelschleifen vor. Da einige Regelaufgaben verarbeitungsintensiver als andere sind und einige Aufgaben E/A-intensiver als andere sind, ist es erwünscht, eine Schnittstelle für selektive Aufgaben mit dem Prozeßregelsystem über die Schnittstelleneinrichtung zu bilden, die eine effektive und effiziente Erledigung dieser Aufgaben, d. h. der Regelverarbeitung und der E/A- Verarbeitung sicherstellt. Die durch die Struktur der heutigen Schnittstelleneinrichtungen vorgegebene Konfiguration ist im wesentlichen festgelegt, d. h. beschränkt im Hinblick darauf, was der Anwender machen kann, um die Konfiguration auf spezifische Anforderungen des Anwenders effektiv zurechtzuschneidern, wodurch die Anzahl und die Arten der Aufgaben beschränkt wird, die an die Schnittstelleneinrichtung angeschlossen werden kann.
Die Schnittstellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung gestattet die Schnittstellenbildung (mit dem Prozeßregelsystem) einer flexiblen Anzahl von unterschiedlichen Arten von E A-Signalen über die Schnittstellenvorrichtung auf Grund der Architektur der Schnittstellenvorrichtung, welche im wesentlichen die Regelverarbeitung von der E/A- Steuerung trennt, wodurch dem Anwender gestattet wird, das System so zu konfigurieren, daß eine definierte Regelstrategie ohne Einschränkungen, wie sie durch vorangegangene Systeme auferlegt wurden, erfüllt wird. Ferner kann die Regelverarbeitung insgesamt in der Schnittstellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung eliminiert werden. In diesem Fall wird die Regelverarbeitung durch einen Regler außerhalb der Schnittstellenvorrichtung ausgeführt, was der Schnittstellenvorrichtung gestattet, als eine Datensammeleinheit zu arbeiten, was zu der Flexibilität der Konfiguration beiträgt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung gibt ein Prozeßsteuersystem mit einem Anlagen-Steuernetzwerk vor zur Ausführung der Gesamtüberwachung eines gesteuerten Prozesses, wobei das Anlagen-Steuernetzwerk wenigstens einen externen Bus für die betriebsmäßige Verbindung einer entsprechenden Schnittstelleneinrichtung mit dem Anlagen- Steuernetzwerk aufweist, jede Schnittstelleneinhrichtung eine Schnittstelle mit wenigstens einem Feldgerät bildet jedes Feldgerät von einem vorbestimmten Typ ist und jede Schnittstelleneinrichtung gekennzeichnet ist durch:
a) eine Steuereinrichtung, die betriebsmäßig mit dem externen Bus verbunden ist, um eine Schnittstelle zwischen dem Anlagen-Steuernetzwerk und den Feldgeräten vorzugeben, die betriebsmäßig an die Schnittstelleneinrichtung angeschlossen sind, so daß eine Steuerfunktion der Feldgeräte vorgegeben wird und Anweisungen von dem Anlagen-Steuernetzwerk angenommen und beantwortet werden und der Status und der Verlauf der Steuerfunktion auf einer vorbestimmten Basis an das Anlagen- Steuernetzwerk berichtet werden, was dem Anlagen-Steuernetzwerk die Ausführung seiner Gesamt-Überwachungsfunktion gestattet, wobei die Steuereinrichtung umfaßt:
i) eine erste Schnittstelleneinrichtung, die betriebsmäßig mit dem externen Bus verbunden ist, um eine Schnittstelleneinrichtung mit dem externen Bus und eine Dialogverbindung mit dem externen Bus gemäß einem ersten vorbestimmten Protokoll vorzugeben;
ii) eine Dialogeinrichtung, die betriebsmäßig mit der ersten Schnittstelleneinrichtung verbunden ist, um einen Dialog mit dem Anlagen-Steuernetzwerk über die erste Schnittstelleneinrichtung auszuführen;
iii) eine Steuereinheit, die betriebsmäßig mit der Dialogeinrichtung verbunden ist, um eine Steuerverarbeitung der an die Schnittstelleneinrichtung angeschlossenen Feldgeräte, basierend auf Daten auszuführen, die durch Feldgeräte vom Eingangstyp eingegeben werden, wobei die Ergebnisse der Steuerverarbeitung an vorbestimmte Feldgeräte vom Ausgangstyp ausgegeben werden, wodurch die Steuerfunktion des gesteuerten Prozesses erzielt wird und wobei die Steuereinheit Anweisungen von dem Anlagen-Steuernetzwerk annimmt und auf diese antwortet und Status- und Verlaufsdaten des gesteuerten Prozesses berichtet;
iv) eine zweite Schnittstelleneinrichtung, die betriebsmäßig mit der Dialogeinrichtung und der Steuereinheit verbunden ist, um eine Schnittstelle mit einem internen Bus zu bilden und eine Dialogverbindung mit dem internen Bus gemäß einem zweiten vorbestimmten Protokoll vozugeben; und
v) eine Global-Speichereinrichtung, die betriebsmäßig an die erste und zweite Schnittstelleneinrichtung, an die Dialogeinrichtung und an die Steuereinheit angeschlossen ist, um Information zu speichern, die der Steuereinheit und der Dialogeinrichtung gemeinsam ist und um ferner ein Dialogmittel vorzugeben; und
b) wenigstens einen Ein/Ausgabe (E/A)-Modul, der betriebsmäßig an die Steuereinrichtung über den internen Bus angeschlossen ist und wobei jeder E/A- Modul eine Schnittstelle mit wenigstens einem Feldgerät bildet, jeder E/A-Modul von einem ersten vorbestimmten Typ ist, der einen analogen Eingangstyp (A/E), einen analogen Ausgangstyp (A/A), einen digitalen Eingangstyp (D/E), oder einen digitalen Ausgangstyp (DIA) umfaßt, wobei jedem Feldgerät ein zweiter vorbestimmter Typ zugeordnet ist, der A/E-, A/A-, D/E- oder D/A-Typen umfaßt und wobei jedes Feldgerät vom zweiten vorbestimmten Typ betriebsmäßig an einen E/A-Modul vom ersten vorbestimmten Typ angeschlossen ist, so daß sich der erste vorbestimmte Typ des E/A-Moduls und der zweite vorbestimmte Typ des Feldgerätes einander entsprechen, um Daten von oder Daten zu einem Feldgerät vom Eingangs- oder Ausgangstyp zu erhalten oder auszugeben, wodurch Daten zwischen der Steuereinrichtung und den Feldgeräten fließen können und die Steuereinrichtung ihre Steuerfunktion ausführen kann.
Vorzugsweise umfaßt jeder E/A-Modul:
a) eine Sende/Empfangseinrichtung, die betriebsmäßig an den internen Bus angeschlossen ist, um eine Schnittstelle mit dem internen Bus zu bilden und eine Dialogverbindung mit dem internen Bus gemäß dem zweiten vorbestimmten Protokoll vorzugeben;
b) eine Mikrokontrollereinrichtung, die betriebsmäßig mit der Sende/Empfangseinrichtung verbunden ist, um eine Steuerung der durch den E/A-Modul fließenden Information vorzugeben, die eine Vorverarbeitung der durch den E/A-Modul fließenden Information umfaßt, so daß sich die Information in einem vorbestimmten Format befindet; und
c) eine Logikeinrichtung, die betriebsmäßig mit der Mikrokontrollereinrichtung verbunden ist, um eine Schnittstelle mit einem vorbestimmten Typ von Feldgeräten zu bilden und Daten an das Ausgangs-Feldgerät von der Mikrokontrollereinrichtung vorzugeben oder Daten von dem Eingangs-Feldgerät an die Mikrokontrollereinrichtung in einem vorbestimmten Format vorzugeben.
Vorzugsweise umfaßt die Vorverarbeitung der durch den E/A-Modul fließenden Information die Auswahl aus einer Nullpunktsdrift, einer Linearisierung, einer Hardwarekorrektur, einer Kompensation von Kalibrierkorrekturen, einer Grenzwertüberprüfung, einer Skalierung, einer Maßeinheitswandlung und einer Normierung. Die Ergebnisse der Steuerverarbeitung können in dem Globalspeicher für die nachfolgende Ausgabe an vorbestimmte Feldgeräte vom Ausgabetyp gespeichert werden, wobei die nachfolgende Ausgabe unter Steuerung der Dialogeinrichtung auf Grund einer Anweisung von der Steuereinheit ausgeführt wird, wodurch die Steuereinheit von einer Eingabe/Ausgabe-Verwaltungsfunktion befreit wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Prozeßsteuersystems, in welchem eine Schnittstellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kam;
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Prozeßreglers gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Schnittstellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuerung des Prozeßreglers des bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm des E/A-Moduls des bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung; und Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispieles eines Prozeßsteuersystems, das die Schnittstellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält.

Detaillierte Beschreibung

Bevor die Schnittstellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, ist es hilfreich, eine Systemumgebung zu verstehen, in der die Schnittstellenvorrichtung verwendet werden kann. Bezug nehmend auf Fig. 1 ist dort ein Blockdiagramm eines Prozeßsteuersystems 10 gezeigt, in welchem die Schnittstellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung angetroffen werden kann. Das Prozeßsteuersystem 10 umfaßt ein Anlagen- Steuernetzwerk 11 und hiermit verbunden einen Datenhighway 12, der den Anschluß einer Prozeßsteuerung 20' gestattet. In dem vorliegenden Prozeßsteuersystem 10 können zusätzliche Prozeßsteuerungen 20' operativ mit dem Anlagen-Steuernetzwerk 11 über ein entsprechendes Highway-Gateway 601 und einen entsprechenden Datenhighway 12 angeschlossen werden. Eine Prozeßsteuerung 20, die Schnittstellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung, ist operativ an das Anlagen-Steuernetzwerk 11 über ein universelles Steuernetzwerk (UCN) 14 mit einem Netzwerk-Schnittstellenmodul (NIM) 602 verbunden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Prozeßsteuersystems 10 können zusätzliche Prozeßsteuerungen 20 operativ mit dem Anlagen-Steuernetzwerk 11 über ein entsprechendes UCN 14 und einen entsprechenden NIM 602 angeschlossen werden. Die Prozeßsteuerungen 20, 20' bilden eine Schnittstelle für analoge Eingangs- und Ausgangssignale und digitale Eingangs- und Ausgangsignale (A/E, A/A, D/E und D/A) mit dem Prozeßsteuersystem 10, welche von der Vielzahl von Feldgeräten (nicht dargestellt) kommen, die Ventile. Druckschalter, Druckmeßgeräte, Thermoelemente, ... umfassen.
Das Anlagen-Steuernetzwerk 11 gibt eine Gesamtüberwachung eines gesteuerten Prozesses zusammen mit dem Anlagenbediener vor und erhält alle Information, die für die Ausführung der Überwachungsfunktion erforderlich ist und es umfaßt eine Schnittstelle zu der Bedienungsperson. Das Anlagen-Steuernetzwerk 11 umfaßt eine Vielzahl physikalischer Module, welche eine universelle Bedienstation (US) 122, einen Anwendungsmodul (AM) 124, einen Verlaufsmodul (HM) 126 und einen Computermodul (CM) 128 umfassen und es umfaßt Duplikate dieser Module (und zusätzliche Arten von Modulen, nicht dargestellt) falls erforderlich, um die geforderte Steuer-Überwachungs funktion des gesteuerten Prozesses auszuführen. Jeder dieser physikalischen Module ist im Betrieb an ein lokales Steuernetzwerk (LCN) 1210 angeschlossen, welches jedem dieser Module den Dialog mit jedem anderen Modul in der erforderlichen Weise gestattet. Der NIM 602 und das HG 601 geben eine Schnittstelle zwischen dem LCN 120 und dem UCN 14 und dem LCN 120 und dem Datenhighway 12 entsprechend vor. Eine vollständigere Beschreibung des Anlagen-Steuernetzwerkes 11 und der physikalischen Module kann der US-A-4 607 256 entnommen werden, die zuvor als bezogene Anmeldung (h) bezeichnet wurde. Eine vollständigere Beschreibung der Prozeßsteuerung 20' kann der US-A- 4 296 464 entnommen werden, die zuvor als bezogene Anmeldung (i) bezeichnet wurde.
Bezug nehmend auf Fig. 2 ist dort ein Blockdiagramm der Prozeßsteuerung 20 d. h. der Schnittstellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Prozeßsteuerung 20 des bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Steuerung A 30 und eine Steuerung B 40, welche effektiv als eine primäre und sekundäre Steuerung arbeiten. Die Steuerung A 30 und die Steuerung B 40 sind an das UCN 14 angeschlossen, wobei das UCN 14 im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für die Zwecke des redundanten Dialoges ein UCN(A) 14A und ein UCN(B) 14B umfaßt. Ein/Ausgabe (E/A)-Module 21 bilden eine Schnittstelle zu Feldgeräten, wobei die Feldgeräte verschiedene Ventile. Druckschalter, Druckanzeigen. Thermoelemente.... umfassen, die analoge Eingänge (A/E), analoge Ausgänge (A/A), digitale Eingänge (D/E) und digitale Ausgänge (D/A) sein können. Die Steuerung A 30 bildet eine Schnittstelle mit jedem E/A-Modul 21 über einen Bus A 22 und die Steuerung B 40 bildet eine Schnittstelle mit jedem E/A-Modul 21 über einen Bus B 23. Zusätzlich ist erneut für die Zwecke des redundanten Dialogs die Steuerung A 30 ebenfalls mit dem Bus B 23 und die Steuerung B 40 mit dem Bus A 22 verbunden.
Die Steuerung A 30 und die Steuerung B 40 können miteinander über drei Medien, das UCN 14, eine Verbindung 13 zwischen den Steuerungen und die Busse A 22. B 23 einen Dialog ausführen, wobei der Bus A und der Bus B im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung serielle E/A-Verbindungsn sind. Eine Steuerung (Steuerung A 30 oder Steuerung B 40) arbeitet als eine primäre Steuerung und die andere Steuerung arbeitet als eine sekundäre Steuerung (mehr in einem Reservemodus als in einem Stützmodus insofern als beim Ausfall der Steuerung A 30 die Steuerung B 40 bereit ist, die Steuerungsfunktion mit im wesentlichen keiner Start- bzw. Auslösezeit zu übernehmen).
Auf einer vorbestimmten Zeitbasis wird eine Punktverarbeitung durch die Steuerung ausgeführt, die als die primäre Steuerung bezeichnet ist und im Dialog mit den E/A- Modulen 21 steht. Zusätzlich steht die als die primäre Steuerung wirkende Steuerung im Dialog mit dem Anlagen-Steuernetzwerk 11 und berichtet den Status und den Verlauf und nimmt Eingänge von dem Anlagen-Steuernetzwerk, wie beispielsweise Anweisungen von der Bedienungsperson über die Universalstation 122 an. Zusätzlich wird eine durch die primäre Steuerung unterhaltene Datenbank der sekundären Steuerung über die Verbindung 13 mitgeteilt. Die Fortschreibung der Datenbank in der sekundären Steuerung ist ferner beschrieben in den zuvor erwähnten bezogenen Anmeldungen (a) und (b). Im bevorzugten Ausführungsbeispiel arbeitet, wie zuvor erwähnt, eine Steuerung als eine sekundäre Steuerung; es versteht sich jedoch durch den Fachmann, daß eine sekundäre Steuerung für die Prozeßsteuerung 20 nicht notwendig ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die sekundäre Steuerung wahlweise vorhanden und arbeitet in CC einem Modus, der durch die Erfindung beabsichtigt ist. Es versteht sich ferner durch den Fachmann, daß verschiedene Konfigurationen vorliegen können für die Schnittstellenbildung der Steuerungen A 30. B 40 mit dem UCN 14A, 14B. Die Steuerung A 30 kann eine Schnittstelle mit dem UCN 14A bilden und die Steuerung B 40 kann eine Schnittstelle mit dem UCN 14B bilden: in diesem Fall kann jedoch ein Busereignis, das den Ausfall des UCN 14A hervorruft, eine Umschaltung zu der Stützsteuerung, d. h. zu der Steuerung B 40 hervorrufen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist aber die Steuerung A 30 sowohl mit dem UCN 14A als auch mit dem UCN 14B verbunden. In gleicher Weise ist die Steuerung B 40 sowohl mit 14A als auch mit 14B verbunden. Bei dieser Konfiguration zwingt ein Dialogereignis das System nicht in die Situation einer Prozessor-Sicherheitsumschaltung.
Gemäß Fig. 3 ist ein Blockdiagramm der Steuerung 30, 40 gezeigt. Ein Modem 50 ist an das UCN 14 angeschlossen, wobei das Modem zwei Eingänge besitzt, von denen einer an das UCN 14A und das andere an das UCN 14B angeschlossen ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Modem ein Modem der Fa. Concord Data Systems mit einem 5 Megabit Trägerband, das zwei Anschlüsse besitzt, die eine Schnittstellenbildung sowohl mit UCN 14A als auch mit UCN 14B gestatten. Das Modem 50 bildet eine Schnittstelle mit einer Dialogeinheit (COMM) 60, welche ihrerseits eine Schnittstelle mit einem globalen Speicher 70, einer E/A-Schnittstelleneinheit 80 und einer Steuereinheit 90 über einen globalen Bus 72 bildet. Die Dialogeinheit 60 umfaßt eine Dialog-Steuereinheit, im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Token-Bussteuerung (TBC) 61 vom Motorola-Typ 68824, die an einen lokalen Bus 62 angeschlossen ist. Ein Prozessor A 63 (der im wesentlichen die Dialogfunktion ausführt) ist an den lokalen Bus 62 und an einen lokalen Speicher A 64 angeschlossen, der ebenfalls mit dem lokalen Bus 62 verbunden ist. Der Prozessor A 63 führt einen Dialog mit dem Anlagen-Steuernetzwerk 11 über das Modem 50 und die TBC 61 aus. Der lokale Speicher A64 speichert Information einschließlich eines Persönlichkeitsbildes, welches aus dem Anlagen- Steuernetzwerk 11 geladen wird zur Verwendung durch den Prozessor A 63 und die TBC 61. Der globale Speicher 70 speichert Information, die sowohl dem Prozessor A 63 als auch dem Prozessor B 91 gemeinsam ist. Er speichert ebenfalls alle Daten, die von dem Bus A 22 und dem Bus B 23 empfangen werden. Der globale Speicher 70 dient ebenfalls der Dialogförderung zwischen den Prozessoren A 63 und B 91. Die Steuereinheit 90 umfaßt den Prozessor B 91 und einen lokalen Speicher B 92. Der Prozessor B 91 führt die Steuerfunktion aus (d. h. die Steuerverarbeitung) bezüglich der Feldgeräte. Dies umfaßt im wesentlichen die Ausführung der Meßpunktverarbeitung und die Fortschreibung des lokalen Speichers B 92 und des globalen Speichers 70. Ebenfalls an den lokalen Bus 93 der Steuereinheit 90 angeschlossen ist eine Verfolgungseinheit 94, welche verwendet wird, um die Datenbankübertragung über die Verbindung 13 zu der anderen Steuerung 30, 40 der Prozeßsteuerung 20 zu verwirklichen. Eine detailliertere Beschreibung der Verfolgungseinheit 94 kann den bezogenen Anmeldungen entnommen werden, die zuvor als bezogene Anmeldungen (a) und (b) bezeichnet wurden. Die E/A-Schnittstelleneinheit 80 umfaßt eine Empfangs/Sendeeinrichtung, wobei im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung diese Einrichtung ein UART 81 (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) ist. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der verwendete UART ein Schaltkreis innerhalb des Intel-Mikrokontrollers 80C31. Der UART 81 ist über Treiber 82. 83 an den Bus A 22 und den Bus B 23 entsprechend angeschlossen. (Wie zuvor erwähnt, kann die Steuereinheit 90 entfallen, die Steuerverarbeitung durch einen anderen Prozessor innerhalb des Anlagen- Steuernetzwerkes 11, wie beispielsweise den AM 124 ausgeführt werden. Bei dieser Konfiguration arbeitet die Schnittstellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung als eine Daten-Sammeleinheit).
Der Prozessor B 91 empfängt Daten von verschiedenen Feldgeräten über den globalen Speicher 70, führt die erforderliche Meßpunktverarbeitung und Steuerfunktion aus und schreibt sodann den lokalen Speicher B 92 und den globalen Speicher 70 in der erforderlichen Weise fort. Die Dialogeinheit 60 gibt auf Grund von Anweisungen von der Steuereinheit 90 über den globalen Speicher 70 Daten zwischen den E/A-Modulen 21 (über die E/A-Schnittstelleneinheit 80) und den globalen Speicher 70 ein und aus, wodurch die Steuereinheit 90 von der Last der E/A-Modulverwaltung befreit wird. Auf diese Weise wird die Steuerverarbeitung durch die Steuereinheit 90 innerhalb der Prozeßsteuerung 20 für die im voraus definierten angeschlossenen Feldgeräte ausgeführt und der Dialog (d. h. die E/A-Steuerung) wird durch die Dialogeinheit 60 über den UART 81 gehandhabt.
Bezug nehmend auf Fig. 4 ist dort ein Blockdiagramm eines E/A-Moduls dargestellt. Ein Sender/Empfänger 201 (Entprellschaltkreis) bildet eine Schnittstelle mit dem Bus A 22 und dem Bus B 23. Der Sender/Empfänger des bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung ist von der Art, wie er in den zuvor erwähnten bezogenen Anmeldungen (g) und (f) beschrieben ist. Der Sender/Empfänger 201 bildet eine Schnittstelle mit einem Mikrokontroller (u-Kontroller) 202. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Mikrokontroller 202 vom Typ 80C31 der Firma Intel. Der Mikrokontroller ist an einen lokalen Bus 203 angeschlossen und umfaßt einen EPROM 204 und einen RAM 205, die ebenfalls an den lokalen Bus 203 angeschlossen sind. Der RAM 205 enthält die Information, die die Datenbank für den E/A- Modul 21 bildet. Der EPROM 204 enthält die Programminformation, die durch den Mikrokontroller 202 verwendet wird. (Es sei durch den Fachmann vermerkt, daß der EPROM und der RAM eine Speichereinheit umfaßt und daß irgendeine Speichereinheit verwendet werden kann, die eine Schnittstelle mit dem Mikrokontroller 202 bilden kann). Ebenfalls mit dem lokalen Bus 203 ist ein Eingangspuffer verbunden, der die E/A- Verbindungsadreßinformation von der E/A-Verbindung (Bus A 22, Bus B 23) empfängt. Verbunden mit dem Eingangspuffer (PUFFER EIN) 206 ist eine Hardware-Revision- Codeeinheit 207, welche die Hardware und die Revision des E/A-Moduls 21 identifiziert, die durch den Mikrokontroller 202 gelesen werden kann, um die Revision der Hardware zu beglaubigen. Der Ausgangspuffer (PUFFER AUS) 208 ist ebenfalls an den lokalen Bus 203 angeschlossen. Die anwendungsspezifischen Schaltkreise 209 sind ebenfalls an den lokalen Bus 203 angeschlossen und sie bilden Schnittstellen mit den Eingangs- und Ausgangspuffern 206, 208 und dem Mikrokontroller 202 über den lokalen Bus 203. Die anwendungsspezifischen Schaltkreise 209 variieren von E/A-Modul zu E/A-Modul in Abhängigkeit von dem Feldgerät, an das der E/A-Modul angeschlossen ist. Wenn das Feldgerät von einem Typ ist, der einen digitalen Eingang erfordert, so umfassen die anwendungsspezifischen Schaltkreise 209 die Logik, um den digitalen Eingang in ein im voraus definiertes Format zu bringen, das mit dem Rest des E/A-Moduls eine Schnittstelle bildet. Wenn das Feldgerät solcher Art ist, daß es einen analogen Eingang erfordert, so enthalten in gleicher Weise die anwendungsspezifischen Schaltkreise eine Logik, die das analoge Eingangssignal (über einen A/D-Wandler) in ein Format umwandelt, das erneut mit den im voraus definierten Formaten übereinstimmt. Auf diese Weise werden die E/A- Module als ein spezifischer E/A-Modultyp bezeichnet. Der Mikrokontroller 202 führt die E/A-Verarbeitung (oder Vorverarbeitung) für die anwendungsspezifischen Schaltkreise 209 aus. Die Vorverarbeitung variiert zwischen jedem E/A-Modul 21 in Abhängigkeit von dem Typ (d. h. A/E, A/A, ...), wobei die Vorverarbeitung im wesentlichen in der Umsetzung der Signale von den anwendungsspezifischen Schaltkreisen in ein Format besteht, das mit der Steuerung 30, 40 (und speziell mit der Steuereinheit 90) kompatibel ist und in der Umsetzung der Signale von der Steuerung 30, 40 in ein Format besteht, das mit dem E/A-Modul 21 kompatibel ist. Die ausgeführte Vorverarbeitung umfaßt eine Nullpunktdrift, eine Linearisierung (Linearisierung von Thermoelementen), eine Hardwarekorrektur, eine Kompensation (Verstärkungskompensation und Nullpunktkompensation), eine Referenzverbindungs-Kompensation, eine Kalibrierkorrektur, Umwandlungen. Alarmprüfungen (Grenzwerte)... und die Erzeugung eines Signales in einem vorbestimmten Format mit vorbestimmter Skalierung (d. h. Reduziereinheiten, normierte Einheiten, Skalierungsprozente, ...).Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sieben Typen von anwendungsspezifischen Schaltkreisen vorgesehen, wobei diese umfassen einen analogen Eingang mit hohem Pegel, einen analogen Eingang mit niedrigem Pegel, einen analogen Ausgang, einen digitalen Eingang, einen digitalen Ausgang, eine intelligente Transmitter-Schnittstelle und einen Impuls-Eingangszähler. Beispielsweise kann eine detaillierte Beschreibung des anwendungsspezifischen Schaltkreises für einen analogen Eingang mit niedrigem Pegel durch Bezugnahme auf die bezogene Anmeldung erhalten werden, die zuvor als bezogene Anmeldung (c) und ebenfalls als bezogene Anmeldungen (d) und (e) identifiziert wurden.
Bezug nehmend auf Fig. 5 ist dort ein Blockdiagramm eines alternativen Ausführungsbeispieles eines Prozeßsteuersystems gezeigt, das die Schnittstellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält. Der Netzwerk-Schnittstellenmodul (NIM) 602 ist an das universelle Steuernetzwerk (UCN) 14 angeschlossen. Ebenfalls an das UCN 14 sind mehrere Prozeßsteuerungen (PC) 20A, 20B, ... 20N, d. h. die Schnittstellenvorrichtungen der vorliegenden Erfindung angeschlossen. Die Prozeßsteuerungen 20A, 20B, ... 20N können einen Dialog mit dem Anlagen-Steuernetzwerk 11 auslösen oder sie können einen Dialog mit irgendeiner anderen Prozeßsteuerung führen, die an das UCN 14 angeschlossen ist, anders als die vorhergehenden Prozeßsteuerungen 20'. Diese vorhergehenden Prozeßsteuerungen 20' befanden sich im Nebenbetrieb mit dem Highway Gateway (HG) 601 und sie konnten nur einen Dialog auf Grund einer Nachricht von dem HG 601 führen. Somit geben die Prozeßsteuerungen 20A, 20B, ... 20N der vorliegenden Erfindung einen ebenbürtigen Dialog vor.
Bezug nehmend zurück auf Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Prozeßsteuerung 20 ein Maß an Flexibilität besitzt, die bislang nicht verfügbar war. Wenn die Feldgeräte für den speziellen gesteuerten Prozeß alle vom analogen Eingangstyp sind, so können die E/A-Module 21 A, 21B. 21C, 21D alle vom gleichen E/A-Modultyp sein; im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jedoch der anwendungsspezifische Schaltkreis für den Modul 21 verändert, um in geeigneter Weise eine Schnittstelle mit dem Signal zu bilden, das durch das Feldgerät geliefert wird. Auf diese Weise ist die Prozeßsteuerung 20 auf die Konfiguration des Feldgerätes konfigurierbar, indem einfach der richtige Modul eingesetzt wird, d. h. der E/A-Modultyp ist mit dem Feldgerät kompatibel. Daher ist leicht erkennbar, daß die Architektur der Schnittstellenvorrichtung der vorliegenden Erfindung, dem Anwender die Flexibilität der Systemkonfigurierung an den gesteuerten Prozeß gestattet, indem einfach die erforderlichen E/A-Module in Aufnahmen eingesetzt werden, die zugeteilt sind, um die E/A-Module ohne irgendwelche elektrischen, mechanischen oder physikalischen Änderungen an der Schnittstellenvorrichtung aufzunehmen.
Während gezeigt worden ist, was als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angesehen wird, liegt es auf der Hand, daß viele Änderungen und Modifikationen hier gemacht werden können, ohne daß von dem Rahmen der Erfindung abgewichen wird. Es ist daher beabsichtigt, in den angefügten Ansprüchen alle solche Änderungen und Modifikationen abzudecken, die in den wahren Rahmen der Erfindung fallen.

Claims

1. Prozeßsteuersystem mit einem Anlagen-Steuernetzwerk (11) zur Ausführung der Gesamtüberwachung eines gesteuerten Prozesses, wobei das Anlagen-Steuernetzwerk wenigstens einen externen Bus (14) für die betriebsmäßige Verbindung einer entsprechenden Schnittstelleneinrichtung (20) mit dem Anlagen-Steuernetzwerk aufweist, jede Schnittstelleneinrichtung eine Schnittstelle mit wenigstens einem Feldgerät bildet, jedes Feldgerät von einem vorbestimmten Typ ist und jede Schnittstelleneinrichtung gekennzeichnet ist durch:

a) eine Steuereinrichtung (20, 20'), die betriebsmäßig mit dem externen Bus verbunden ist, um eine Schnittstelle zwischen dem Anlagen-Steuernetzwerk und den Feldgeräten vorzugeben, die betriebsmäßig an die Schnittstelleneinrichtung angeschlossen sind, so daß eine Steuerfunktion der Feldgeräte vorgegeben wird und Anweisungen von dem Anlagen-Steuernetzwerk angenommen und beantwortet werden und der Status und der Verlauf der Steuerfunktion auf einer vorbestimmten Basis an das Anlagen-Steuernetzwerk berichtet werden, was dem Anlagen-Steuernetzwerk die Ausführung seiner Gesamt-Überwachungsfunktion gestattet, wobei die Steuereinrichtung umfaßt:

i) eine erste Schnittstelleneinrichtung (50), die betriebsmäßig mit dem externen Bus verbunden ist, um eine Schnittstelleneinrichtung mit dem externen Bus und eine Dialogverbindung mit dem externen Bus gemäß einem ersten vorbestimmten Protokoll vorzugeben;

ii) eine Dialogeinrichtung (60), die betriebsmäßig mit der ersten Schnittstelleneinrichtung verbunden ist, um einen Dialog mit dem Anlagen- Steuernetzwerk über die erste Schnittstelleneinrichtung auszuführen;

iii) eine Steuereinheit (90), die betriebsmäßig mit der Dialogeinrichtung verbunden ist, um eine Steuerverarbeitung der an die Schnittstelleneinrichtung angeschlossenen Feldgeräte basierend auf Daten auszuführen, die durch Feldgeräte vom Eingangstyp eingegeben werden, wobei die Ergebnisse der Steuerverarbeitung an vorbestimmte Feldgeräte vom Ausgangstyp ausgegeben werden, wodurch die Steuerfunktion des gesteuerten Prozesses erzielt wird und wobei die Steuereinheit Anweisungen von dem Anlagen-Steuernetzwerk annimmt und auf diese antwortet und Status- und Verlaufsdaten des gesteuerten Prozesses berichtet;

iv) eine zweite Schnittstelleneinrichtung (80), die betriebsmäßig mit der Dialogeinrichtung und der Steuereinheit verbunden ist, um eine Schnittstelle mit einem internen Bus zu bilden und eine Dialogverbindung mit dem internen Bus gemäß einem zweiten vorbestimmten Protokoll vorzugeben; und

v) eine Global-Speichereinrichtung (70), die betriebsmäßig an die erste und zweite Schnittstelleneinrichtung, an die Dialogeinrichtung und an die Steuereinheit angeschlossen ist, um Information zu speichern, die der Steuereinheit und der Dialogeinrichtung gemeinsam ist und um ferner ein Dialogmittel vorzugeben; und

b) wenigstens einen Ein/Ausgabe(I/O)-Modul, der betriebsmäßig an die Steuereinrichtung über den internen Bus angeschlossen ist, und wobei jeder I/O-Modul eine Schnittstelle mit wenigstens einem Feldgerät bildet, jeder I/O-Modul von einem ersten vorbestimmten Typ ist, der einen analogen Eingangstyp (A/I), einen analogen Ausgangstyp (A/O), einen digitalen Eingangstyp (D/I), oder einen digitalen Ausgangstyp (D/O) umfaßt und wobei jedem Feldgerät ein zweiter vorbestimmter Typ zugeordnet ist, der A/I-, A/O-, D/I- oder D/O-Typen umfaßt und wobei jedes Feldgerät vom zweiten vorbestimmten Typ betriebsmäßig an einen I/O-Modul vom ersten vorbestimmten Typ angeschlossen ist, so daß sich der erste vorbestimmte Typ des I/O-Moduls und der zweite vorbestimmte Typ des Feldgerätes einander entsprechen, um Daten von oder Daten zu einem Feldgerät vom Eingangs- oder Ausgangstyp zu erhalten oder auszugeben, wodurch Daten zwischen der Steuereinrichtung und den Feldgeräten fließen können und die Steuereinrichtung ihre Steuerfunktion ausführen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder I/O-Modul umfaßt:

a) eine Sende/Empfangseinrichtung, die betriebsmäßig an den internen Bus angeschlossen ist, um eine Schnittstelle mit dem internen Bus zu bilden und eine Dialogverbindung mit dem internen Bus gemäß dem zweiten vorbestimmten Protokoll vorzugeben;

b) eine Mikrokontrollereinrichtung, die betriebsmäßig mit der Sende/Empfangseinrichtung verbunden ist, um eine Steuerung der durch den I/O-Modul fließenden Information vorzugeben, die eine Vorverarbeitung der durch den I/O-Modul fließenden Information umfaßt, so daß sich die Information in einem vorbestimmten Format befindet; und

c) eine Logikeinrichtung, die betriebsmäßig mit der Mikrokontrollereinrichtung verbunden ist, um eine Schnittstelle mit einem vorbestimmten Typ von Feldgeräten zu bilden und Daten an das Ausgangs-Feldgerät von der Mikrokontrollereinrichtung vorzugeben oder Daten von dem Eingangs-Feldgerät an die Mikrokontrollereinrichtung in einem vorbestimmten Format vorzugeben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverarbeitung der durch den I/O-Modul fließenden Information ausgewählt ist aus einer Nullpunktsdrift, Linearisierung, Hardwarekorrektur, Kompensation, Kalibrierkorrekturen, Grenzwertüberprüfung, Skalierung, Maßeinheitswandlung und Normierung.

4. Vorrichtung nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergebnisse der Steuerverarbeitung in dem Globalspeicher für die nachfolgende Ausgabe an vorbestimmte Feldgeräte vom Ausgabetyp gespeichert sind, wobei die nachfolgende Ausgabe unter Steuerung der Dialogeinrichtung aufgrund einer Anweisung von der Steuereinheit ausgeführt wird, wodurch die Steuereinheit von einer Eingabe/Ausgabe-Verwaltungsfunktion befreit wird.