[发明专利]双线过程控制回路诊断

说明书

技术领域

本发明涉及工业过程控制和监控系统。更具体地，本发明涉及利用双线过程控制回路(loop)来发送信息的工业过程控制和监控系统的诊断。

背景技术

在许多应用中使用工业过程控制和监控系统来控制和/或监控工业过程的操作。例如，炼油厂、化工厂、或造纸厂可能具有大量必须受到监控和控制的过程。

在这样的工业过程中，在整个过程中，在远程位置对过程变量进行测量。示例过程变量包括温度、压力、流量等。将该信息通过双线过程控制回路发送至中央位置(例如，控制室)。类似地，可以使用置于过程中的控制器来控制过程变量。控制器从双线过程控制回路接收控制信息，并作为响应通过例如打开或关闭阀门、加热过程流体等，来控制过程变量。

已经使用各种协议在双线过程控制回路上通信。一种协议使用4-20mA的信号来在回路上承载信息。4mA的信号可以代表过程变量的零值或低值，而20mA可以代表高值或全量程值。过程变量发射机可以将电流控制在4和20mA之间，来代表过程变量的中间值。更复杂的通信技术是HART通信协议，其中，将数字信息叠加在4-20mA信号之上。通常，在这样的配置中，每一现场设备需要分离的双线过程控制回路。

在双线过程控制回路上所使用的更复杂的通信技术通常被称作基于现场总线的协议(例如，Foundation^TM现场总线)。在现场总线协议中，所有信息以数字方式发送，并且不需要过程控制回路上的模拟电流电平来承载信息。这样的配置的一个优势在于：多个过程变量发射机或控制器可以以串联的方式耦合在单个过程控制回路上。回路上的每一设备具有一个地址，从而可以识别发往其自身的消息。类似地，由现场设备发送的消息可以包括该设备的地址，从而可以识别发送者。

发明内容

耦合至过程控制回路的诊断设备包括：被配置为从过程控制回路接收数字通信信号的数字通信电路。数字通信信号是过程控制回路上被调制成代表数字值的多个离散模拟信号电平的数字调制模拟信号。诊断电路基于所述数字调制模拟信号对过程控制回路的操作进行诊断。

附图说明

图1是包括双线过程控制回路的过程控制或监控设施的简化图。

图2是过程控制回路诊断设备的简化框图。

图3A和3B是回路电流I与时间的关系曲线图。

图4更详细地示出了图2的数字通信电路。

图5更详细地是出了过程控制回路诊断设备。

具体实施方式

本发明涉及过程控制回路中的诊断，所述诊断包括：诊断使用在双线过程控制回路本身中的接线(wiring)，以及诊断与过程控制回路连接的其他设备。具体地，本发明提供的诊断包括：检测根据基于现场总线的协议操作的双线过程控制回路中的故障或潜在故障组件，在基于现场总线的协议中，多个设备可以连接至单个双线过程控制回路。

图1是示出了过程控制或监控系统10的简化图，过程控制或监控系统10包括耦合至过程管道16的现场设备12和14。设备12和14耦合至单个双线过程控制回路18，单个双线过程控制回路18继而耦合至控制室20。图1还示出了耦合至回路18的双线过程控制回路诊断设备22。回路18承载电流I，电流I可以用来向回路18上的所有现场设备供电，并且能够在控制室20处产生。通过将数字信号调制在回路电流I上，在回路18上以数字方式发送信息。例如，设备12和14可以包括唯一地址，从而能够唯一地识别其发送的消息，并且识别发往它们的接收消息。设备12和14可以包括任何类型的现场设备，所述现场设备包括过程变量发射机和控制器。过程控制回路18在段终止器24处终止。术语“段(segment)”是指双线过程控制回路18的全部或一部分。

图2是类似于图1所示的设备22的、根据本发明的双线过程控制回路诊断设备50的简化框图。诊断设备50耦合至双线过程控制回路18，并包括数字通信电路52和诊断电路54。在一些配置中，可以以现场设备12、现场设备14、独立的诊断设备22和/或控制室20实现双线过程控制回路诊断设备50。