[发明专利]无线现场总线管理

说明书

本发明涉及用于在自动化设备中进行数据交换从而在中心装置 和外围设备装置之间进行通信的通信系统。

已知的是，为了在自动化设备的现场层面上通信，采用所谓的现 场总线系统。在现场总线系统中，在现场设备中或在分散的输入/输出 组件中对测量值进行数字化，并且接着通过一个现场总线网络将测量 值送至一个上级的控制器。为此需要至少一个通信连接和组件的馈电。

存在这样的总线系统，其中馈电和通信可以通过同一个导线对进 行(例如PROFIBS PA，基础现场总线)。

与网络结构有关，所有的现场设备与现场总线网络电流连接。这 样，一个仅涉及一个用户的故障会影响到整个网络，从而使所有其它 用户的数据传输同样变得不再可能，至少明显地被干扰。在极端情况 下干扰可能非常强烈，导致不可修复的损伤。在工艺流程设备中属于 这类典型干扰的主要有短路、导线断开、EMV干扰和雷击。

此外操作者对自动化部件进行的有意介入也被视为干扰。这种介 入例如为了维护的目的是必需的，它常常对于生产过程所需要的设备 连续运行构成风险。除此之外特别是还有自动化设备的功能扩展，这 例如对于设备管理系统的集成是必需的。

这种设备管理系统用于收集和处理关于外围设备状态的信息。自 动化设备的中央控制器原本是为处理过程值而设计的，不适合于处理 和提供通过一个0/4..20毫安的接口模拟连接的外围设备的这种信息。 这个问题同样存在于具有模拟信息传输和上级的HART通信的过程 控制，这时用于连接外围设备的输入/输出组件不能用于HART通信， 并且现场总线系统不提供非周期性的服务。在这种过程控制中用于设 备管理所需的信息在中央控制器中不可用，并且从而不能访问上级的 设备管理系统。

Fa.Pepperl+Fuchs的出版物“H.I.S.HART INTERFACE SOLUTIONS”分册号475215公开了有HART能力的设备采用所谓 的多路复用方案来提供资产管理信息。它们被设置在通信路径中，以 把所希望的信息传送到中央控制器。然而附加的结构是一种显著的介 入，这几乎总是导致设备接通。通常这种对通信路径结构的介入是不 希望有的，因为它与高的存档和测试开销相联系，或者由于用于沿着 通信路径所需附加部件的安放空间不可用或其提供费用极高。

多路复用方案的另一缺点是设备拓扑和设备管理拓扑之间经常 出现的不希望的关联。从而用一个多路复用器使得只有个别信号用于 提供设备管理信息通常是行不通的，因为多路复用器的布线服从输入/ 输出组件通常的8或16通道的变换。此缺点也存在用于连接外围设备 的输入/输出组件，这些外围设备能进行HART通信，并且现场总线 系统支持非周期性服务。

发表在Computer & AUTOMATION的传感器指南2005第14 至18页的文件“Das drahtlose Sensornetzwerk”公开了无线的且必要 时通过多个传感器节点传输传感器信号。其缺点在于过程值不再以模 拟值或者说作为总线信号提供。但是这里为了供应能量仍然需要电缆 导线。至于替代的用电池或太阳能供应能量，其维护很麻烦或者依赖 于气候，并因此不能被自动化设备的运营商所接受。

还已知有其它的总线系统，其中光波导体线路或无线线路被用来 在两个装置间以一对一连接方式进行信号传输。在现场中分布式放置 的组件仍然以传统方式通过电流连接的总线网络连接。

因此本发明的目的在于给出一种通信系统，其中一个中心站用多 个现场总线与用户建立连接，并且与它们没有直接的、电流耦合的连 接。

按照本发明，上述任务由权利要求1所述装置完成。从属权利要 求给出本发明具有优点的实施例。

本发明的出发点是一个自动化设备具有多个外部装置，它们与一 个中心控制装置形成通信连接。这里测量值和诊断数据从外部装置传 输到中心控制装置，并且调节值和参数从中心控制装置传送到外部装 置。

本发明的实质在于连接在通信路径之间的变换器，可预定数目的 外部装置被唯一地配置给它。此变换器被设计成用于与配置给它的外 部设备进行无线通信。在变换器和中心装置之间的通信连接则是导线 连接。

根据本发明的通信系统被构造在用于过程控制的已有的导线连 接的通信网络之外，是对现有通信网络的补充，这避免了前面所述的 缺点。