CN1280684A

CN1280684A - 具有分布式控制功能的过程控制网中的远程诊断

Info

Publication number: CN1280684A
Application number: CN98811648A
Authority: CN
Inventors: B·H·拉松; H·A·伯恩斯; L·K·布朗
Original assignee: Fisher Controls International LLC
Current assignee: Fisher Controls International LLC
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2001-01-17
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: BR9812586B1; DE69803866T2; AR016904A1; EP1019825A1; CN1158606C; CA2305328A1; JP2001519564A; WO1999018508A1; DE69803866D1; AU8671298A; EP1019825B1; US6014612A; BR9812586A; JP4739515B2; CA2305328C

Abstract

一种在具有在通信上链接在一总线上的多个过程控制装置的过程控制网中进行装置和过程诊断的诊断系统,其中,每一个装置能够执行过程控制功能和用规定的周期性通信在总线上进行通信。诊断系统位于第一个装置中,并且包括产生诊断控制信号的信号发生器、用规定的周期性通信而配置为用来将诊断控制信号传递到第二个装置的通信器,以及根据诊断控制信号接收第二装置产生的输出信号的输出信号接收器。诊断系统可以用接收的输出信号进行诊断,或者将该信号发送到主机装置用于诊断分析。

Description

具有分布式控制功能的过程控制网中的远程诊断

发明领域

本发明总的涉及过程控制网，尤其涉及在具有分布式控制功能的过程控制网中进行远程装置和过程诊断的方法和装置。

相关领域的描述

大的处理过程如化学、石油和其他的制造和提炼处理过程包括大量的现场装置，这些装置位于各个不同的地方，用以测量和控制过程的参数，从而对该过程实施控制。这些现场装置可以是如传感器，如温度传感器、压力传感器和流速传感器以及各种控制元件，如阀门和开关。传统上，过程控制业采用人工操作，如人工读取水平测量仪和压力计，转动阀轮等，操作过程中的测量装置和控制现场装置。在20世纪开始时，过程控制业开始采用本地气压控制，并且本地气压控制器、发射器和阀门电位器是放置在过程厂中的各个地方的，以实现某些厂地点的控制。随着70年代中微处理器分布式控制系统(DCS)的出现，分布式电子过程控制在过程控制工业中变得普遍起来。

众所周知，DCS包括一个模拟或数字计算机，如可编程逻辑控制器，它们与许许多多的电子监视装置和控制装置(如位于过程中的电子传感器、发射器、电流一压力传感器、阀门定位器等)相连。DCS计算机存储和实施中央化的并且通常是一个复杂的控制方案，进行测量和对过程中的装置进行控制，从而按照一些整体的控制方案控制过程参数。然而，通常DCS所实施的控制方案是DCS控制器制造商所专有的，这就又使得DCS在扩展、升级和再编程和服务时变得困难，并且成本高，这是因为DCS提供者必须在进行这些活动时始终存在。另外，由于DCS控制器的专有性质以及事实上DCS控制器提供者不会支持由其他销售商制造的某些装置或功能，所以特定的DCS中所使用或连接的设备是有限的。

为了克服DCS使用中所固有的某些问题，过程控制业已经开发了几种标准的开放式通信协议，包括如HART^、PROFIBUS^、WORLDFIT^、Device-Net^和CAN协议，使得不同制造商制造的现场装置能够一起被用在相同的过程控制网中。事实上，符合这些协议中的一个的任何现场装置可以用在一种与支持该协议的DCS控制器或其他控制器进行通信并受控于这些控制器的过程中，即使该现场装置是由不是DCS控制器的其他制造商制造的也是这样。

然而，现在过程控制工业中有变化，即，去掉对过程控制的中央控制，从而简化了DCS控制器，并且在很大程度上无需DCS控制器。去掉中央化的控制是通过使安装在现场的过程控制装置如阀门定位器、发送器等执行一个或多个过程控制功能并且随后在总线结构上传送数据，由其他的过程控制装置用在执行其他的控制功能中。为了执行这些控制功能，每一过程控制装置包括一个微处理器，该微处理器具有执行控制功能的能力，以及用标准开放式通信协议与其他的过程控制装置进行通信的能力。采用该方法，不同制造商制造的现场装置可以在过程控制网中互联起来，相互进行通信，并执行一个或多个过程控制功能，形成一个控制环路，而无需有DCS控制器的介入。全数字的双线总线协议现在已由FielbusFoundation(现场总线基金会)公布，也称为FOUNDATION Fieldbus(下文中称为“Fielbus”)协议，它是一种开放式的通信协议，使得不同制造商制造的装置能够通过标准总线相互合并和通信，去掉过程中的控制中央化。

如上所述，去掉过程控制功能的中央化简化并且在某种程度上无需专有的DCS控制器，这接着又减少了过程操作员对DCS控制器制造商变更或升级DCS控制器实施的控制方案的依赖性。但是，去掉中央化控制还使得通常由DCS控制器执行的诊断如过程诊断更难。

在一种标准的DCS环境中，计算机(如个人计算机)与网络耦合在一起，并通过向定位器发送诊断控制信号，并且随后强迫阀门通过与诊断控制信号相关的测试行程或测试循环，对例如阀门或定位器／阀门的组合进行装置的诊断。在这期间计算机测量定位器和／或阀门的输出，如响应于诊断控制信号时出现的阀门位置的变化，并随后对测得的输出进行分析，以确定阀门或定位器／阀门装置的工作状态。标准的DCS控制器或其他的计算机装置通常通过向装置(如定位器)发送诊断控制信号进行过程的诊断，使得在一过程中产生一受控的变化，在过程中的其他地方测量一个或多个过程参数，并且随后分析测得的过程参数，以确定过程的工作状态。

在一标准的DCS环境中，由于DCS控制器(或其他的计算机)已经被配置好以控制过程中各种装置的设置点(或其他的输入)以测量装置输出和其他的过程参数从而实施与过程的正常运行相关的控制策略，因而可以在没有对系统重新连线或重新配置时进行诊断。结果，在标准DCS环境中进行诊断实际上就是采用DCS控制器或专门配置的计算机，以略有不同的方式控制一个或多个装置，并用DCS控制器或计算机读过程或装置参数，就象配置好要做的那样。结果，在标准的DCS环境中，诊断程序可以存储在中央集中化的DCS控制器或其他的计算机中，并由它们使用，执行装置诊断和过程诊断，并且这些诊断程序可以在不以任何一种显著的方式构成过程控制网的时候使用。不幸的是，由于这些诊断程序的中央化性质，它们不提供更多的有关各个现场装置的详细信息。

然而，在具有分布式控制功能的过程控制网中，中央化的系统控制器在很大程度上不是配置用来单独控制过程中所有的现场装置的，并且也不是配置用来接收有关所有执行装置和过程诊断所必须的合适装置或过程参数的数据的。相反，控制策略不同的过程控制环路是由几个位于过程控制网中分布点处的在通信上链接的装置实现的。通常，这些装置是配置采用计划的周期性通信，来传送与过程控制环路相关的特定控制功能所必须的数据的，并用非周期的或异步通信传送其他的数据(如设置点变化)。结果，在具有用规定的周期性通信实施的分布式控制功能的过程控制网中，主机是不能够在系统被配置为实施普通控制策略时向过程控制装置发送严格确定的诊断控制信号的，这是因为主机必须用异步通信传递诊断控制信号，并且因此无法控制诊断控制信号(或其不同的部分)到达正被测试的或受控的装置的精确时间。事实上，采用异步通信，主机无法知道诊断控制信号(或其任何特定的部分)实际上到达正被控制的装置的输入端的时间。结果，对于一具有分布式控制功能的过程控制网中向一装置发送确定的诊断控制信号的主机，必须重新配置网络的控制结构，这需要进行离线处理。具有分布式控制功能的过程控制网中的一些装置还能够进行自诊断，从而无需在执行诊断时受主机的控制。然而，这些装置通常很贵，不能够对其他的装置进行诊断。

所以，为了在具有分布式控制功能的过程控制网中进行装置的诊断，过程操作员必须对要执行诊断的每一个地方中购买具有自诊断的价格昂贵的装置，或者，过程操作员必须重新配置网络的通信连接，使得主机能够无论是在进行装置诊断或过程诊断时，用定时的通信向正受测试的装置发送诊断控制信号，由于它需要重新配置网络的控制策略，因而是不希望的。

另外，主机很难在具有分布式控制功能的过程控制网中进行精确的过程诊断，这是因为，如上面所说的那样，必须重新配置过程的正常控制策略，使得主机能够确定地控制装置，这接着又改变了产生测得的过程变量的方式。换言之，当重新配置过程控制方案使得主机能够以确定的方式控制装置时，诊断期间测得的过程变量不再表示普通操作中的过程，而仅仅表示诊断控制方案中的过程。结果，过程诊断的结果不再表示过程的普通操作中过程的特性。

发明概述

本发明涉及一种对具有分布式控制功能的过程控制网中的另一装置或用该装置进行装置诊断和过程诊断的装置或方法，以及一种与在普通的过程操作期间一个过程受到基本上是相同的控制策略控制时执行过程诊断的方法和装置。本发明的方法和装置可以由过程维护人员对不具备自诊断特性的所述装置进行装置的诊断，并且使得过程维护人员能够在过程控制网中许多地方使用价格低廉的装置。另外，本发明的方法和装置提供了一种能够在过程控制网中执行的装置和过程诊断能力，而无需影响过程控制网的控制策略或性能。

按照本发明的一个方面，具有多个通信链接在总线上的装置的过程控制网中使用的诊断系统位于第一个装置中，并且包括产生诊断控制信号的信号发生器、用规定的周期通信将诊断控制信号传递到第二个装置的输入端的通信器，以及接收由另一个装置如第二个装置响应于诊断控制信号而产生的输出信号。

诊断系统还包括用来从其他过程控制装置接收一个或多个过程信号的过程信号接收器以及存储一个或多个过程信号、接收的输出信号和／或诊断控制信号的存储单元。诊断系统可以在已经运行了过程或装置诊断后用存储的过程、输出和／或控制信号将存储的过程、输出和／或控制信号传递到能够进行诊断分析活动第三个装置。

另外，诊断系统还包括用来接收由第四个装置产生的过程控制信号的控制信号输入端和与控制信号输入端和将一个过程控制信号或诊断控制信号传递到第二个装置的发生器耦合的开关。这时，诊断系统中的反馈单元将接收的输出信号传递到第四个装置、由第四个装置用来产生过程控制信号。

当装置接收反馈信号时(即第四个装置)包括一个控制功能，该控制功能能够以不同的方式工作，诊断系统最好包括一个模式处理单元，该单元至少在将诊断控制信号发送到第二个装置时，直接地控制第四个装置中的控制功能模式。

按照本发明的另一个方面，所提供的诊断功能块用在具有与总线通信耦合的多个装置的过程控制网中，其中，每一个装置包括一个或多个功能块，这些功能块能够执行过程控制网中的输入功能、输出功能或控制功能，并且其中，每一个装置能够用规定的周期性通信在总线上进行通信。按照本发明的诊断功能块包括一个产生诊断控制信号的信号发生器、用规定的周期性通信将诊断控制信号传递到不同过程控制装置中的第二功能块的配置的通信器，以及接收另一个功能块如第二功能块根据诊断控制信号产生的输出信号的信号接收器。

按照本发明的又一个方面，执行诊断的方法用在具有通信链接在总线上的多个装置的过程控制网中，其中，每一个装置包括一个或多个功能块，这些功能块能够在过程控制网中执行过程控制功能，并能够用规定的周期性通信在总线上进行通信。按照本发明的诊断方法包括将具有产生诊断控制信号的诊断功能块的第一装置与过程控制网的总线相连、用规定的周期性通信将诊断功能块的输出与第二装置中的第二功能块通信链接起来，以及将诊断功能块的输入端与另一个功能块如第二功能块的输出通信链接起来，从而根据诊断控制信号接收另一个功能块产生的输出信号。该方法还包括用定时的周期通信将诊断的控制信号发送到第二功能块的步骤，从而按照诊断控制信号控制第二功能块的操作。

附图简述

图1是采用Fiedbus协议的典型过程控制网的示意方框图；

图2是具有一组三个功能块的Fieldbus装置的示意方框图；

图3是描述图1所示过程控制网的某些装置中的功能块的示意图；

图4是图1所示过程控制网中过程控制环路的控制环路示意图；

图5是图1所示过程控制网的总线段宏循环(macrocycle)的时序示意图；

图6是包括按照本发明的远程装置诊断功能块的控制循环示意图；

图7是包括按照本发明的远程装置或过程诊断功能块的控制循环示意图；以及

图8是图7所示诊断功能块的示意方框图。

较佳实施例的描述

尽管本发明的远程诊断是采用Fieldbus装置以去掉中央化或分布式方式下结合实施过程控制函数的过程控制网详细描述的，但应当注意，本发明的远程诊断可以用于采用其他类型的现场装置和通信协议包括依赖于双线总线以外的协议和支持模拟和数字通信的协议执行分布式控制功能的过程控制网。因此，例如，本发明的远程诊断可以用在执行分布式控制功能的任何一种过程控制网中，即使该过程控制网采用HART、PROFIBUS等通信协议或现有的或会在将来开发的其他通信协议也是这样。

在讨论本发明的远程诊断细节之前，先给出一种Fieldbus协议、按照该协议构成的现场装置以及采用Fieldbus协议的过程控制网中出现通信的方式的一般性描述。然而，应当理解，尽管Fieldbus协议是一种相当新的用于过程控制网中的数字通信协议，但该协议在本领域中是人们知道的，并且已在许许多多的论文、出版的、散发的以及相互从Fieldbus Foundation(一种总部位于德克萨斯的非盈利机构)得到的小册子和技术文献中详细描述过。特别是，现场协议和采用Fielbus协议与装置中的数据进行通信并存储起来的方式在从Fielbus Foundation得到的标题为“通信技术规范和用户层技术规范”中有详细描述，在此引述供参考。

Fieldbus协议是一种全数字的、串行的双向通信协议，它提供了一种与位于工厂的仪器中或过程控制环境中连接“现场”设备如传感器、致动器、控制器、阀门等的双线环路或总线。该Fielbus协议实际上提供了一种用于过程中的现场仪器(现场装置)的本地网，使得这些现场装置能够在整个处理设施中分布的地方执行控制功能，并在这些控制功能执行整个控制策略前后相互进行通信。由于Fildbus协议使得控制功能能够在整个过程控制网中分布，因而它减小了或完全消除了特别与DCS相关的中央化过程控制器的工作负载。

参见图l，采用Fielbus协议的过程控制网10包括一个主机12，该主机与几个其他的装置如程序逻辑控制器(PLC)13、几个控制器14、另一个主机装置15和一组现场装置16、18、20、22、24、26、28、30和32通过双线Fieldbus环路或总线34相连的主机12。总线34包括不同的部分或段34a、34b和34c，它们由网桥装置30和32分开。每一部分34a、34b和34c将附装在总线34上的装置的一分组互联起来，使得以下述方式在装置间进行通信。当然，图1所示的网络仅是描述性的，还有其他的方式可以采用Fielbus协议配置过程控制网。通常，在一个装置如主机12中有一个构成器(confugurer)，并负责设立或配置每一个装置(这些装置是智能化的装置，这些装置中的每一个包括一个能够进行通信并且在某些情况下是控制功能的微处理器)以及识别新的现场装置是何时与总线34相连以及何时从总线34中去掉现场装置、识别由现场装置16-32产生的数据并与一个或多个用户终端接口连接，这些用户终端可以位于主机12中或者以任何一种方式位于与主机12相连的其他装置中。

总线34支持或允许双向的、纯数字的通信，并且还可以向与其连接的任何一个或全部装置如现场装置16-32提供电源信号。任何一个或全部装置12-32也可以具有它们自己的电源，或者可以通过分开的导线(未示出)与外部电源相连。尽管图l中的装置12-32与总线34的连接是标准总线型的，其中多个装置与组成总线段34a、34b和34c的相同一对导线相连，但Fieldbus协议允许采用其他的装置／导线技术，包括点对点连接，其中，每一个装置通过分开的双线对和树形或“树根形”连接(与典型的4-20mA模拟DCS系统相似)与控制器或主机相连，树形或树根形连接中，每一个装置与公共点连接成双线总线，它可以是过程控制网中一个现场装置中的接线盒(junction box)或终端区域。

数据可以按照Fieldbus协议在相同或不同的通信波特速率下在不同的总线段34a、34b和34c上发送。例如，Fielbus协议提供如图1所示总线段34b所使用的那样的31．25千位／秒的通信速率(H1)，以及通常用作先进的过程控制、远程输入／输出和高速工厂自动应用并且如图1中总线段34a所使用的1．0兆位／秒和／或2．5兆位／秒(H2)的通信速率。与此类似，数据可以用电压模式信令或电流模式信令在总线段34a、34b和34c上发送。当然，总线34的每一段的最大长度并不是严格限制的，而是由该部分的通信速率、电缆类型、导线尺寸、总线功率选择等决定的。

Fieldbus协议将可以与总线34相连的装置分成三种基本的种类，即，基本装置、链路主控装置和网桥装置。基本装置(如图1所示的装置18、20、24和28)可以进行通信，即，在总线34上发送和接收通信信号，但不能控制总线34上出现的通信的次序或时序。链路主控装置(如图1中所示的装置16、22和26以及主机12)是在总线34上进行通信的装置，并且能够控制总线34上通信信号流和时序。网桥装置(如图所示的装置30和32)是构成构成Fieldbus互联各段或分支并在其上进行通信以产生更大的过程控制网的装置。根据需要，网桥装置可以在总线34不同段上使用的不同数据速率和／或不同数据信令格式之间进行转换、可以放大在总线34各段之间传播的信号、可以对在总线34不同段之间流动的信号进行滤波以及在网桥所耦合的总线一段上由某一装置所接收的目标信号，和／或可以采取链接总线34不同段所必须的行动。连接在不同速度下操作的总线段的网桥装置必须具有在网桥更低速度段一侧链接主机的能力。主机12和15、PLC 13和控制器14可以是任何一种类型的现场总线(fieldbus)装置，并且通常是链接主控机装置。

每一装置12-32能够在总线34上进行通信，并且重要的是，能够独立地通过总线34上的通信信号，用装置所需的来自过程或来自不同装置的数据，执行一个或多个过程控制功能。因此Fieldbus装置能够直接执行整个控制策略的一部分，这在过去是由DCS集中化的数字控制器执行的。为了执行这些控制功能，每一个Fieldbus装置包括一个或多个标准化的“块”，它们由装置中的微处理器实现的。尤其是，每一Fieldbus装置包括一个资源块、零个或多个功能块，以及零个或多个传感器块。这些块被称为块目标。

资源块存储和传送有关Fieldbus某些特征的特定装置的数据，包括如装置类型、装置修订指示以及装置的存储器中可以得到的其他装置特定的信息指示。尽管不同的装置制造商可以在现场装置的资源块中存储不同类型的数据，但每一符合Filedbus协议的现场装置包括一个存储某些数据的资源块。

功能块定义和实现与现场装置相关的输入功能、输出功能或控制功能，因此，功能块通常称为输入功能块、输出功能块和控制功能块。然而将来还可以有其他种类的功能块，如混合功能块。每一输入或输出功能块产生至少一个过程控制输入(如从过程测量装置得到的过程变量)或过程控制输出(如发送到执行装置的阀门位置)，而每一控制功能块用一种算法(本质上是专有的)来产生从一个或多个过程输入和控制输入得到的一个或多个过程输出。标准功能块的例子包括模拟输入(AI)、模拟输出(AO)、偏置(B)、控制选择器(CS)、离散输入(DI)、离散输出(DO)、人工装载器(ML)、比例／微分(PD)、比例／积分／微分(PID)、比值(RA)和信号选择器(SS)功能块。然而，还有其他类型的功能块，并且可以定义或产生新的功能块，在Fieldbus环境中工作。

传感器块将功能块的输入和输出与本地硬件装置如传感器和装置执行机构耦合，使得功能块能够读取本地传感器的输出，并指令本地装置执行一个或多个功能如移动阀门构件。传感器块通常包含这样的信息，即解释本地装置所传递的信号，并恰当地控制本地硬件装置，例如，识别本地装置类型的信息、有关本地装置的校准信息。单个的传感器块通常与每一输入或输出功能块相关。

大多数功能块能够根据预定的标准产生告警或事件指示，并且能够在不同的方式下产生不同的动作。一般说来，功能块可以在自动方式下工作，例如，功能块的算法自动工作；操作员方式，这时，功能块的输入或输出是人工控制的；串接模式，这时块的工作受不同块的输出的影响(或由其决定)；以及一个或多个远程模式，这时远程计算机决定块的模式。当然，Fieldbus协议中还有其他的工作模式。

重要的是，每一块能够用由Fieldbus协议定义的标准消息格式，在Fieldbus总线34上与相同或不同的现场装置进行通信。结果，(相同或不同装置中的)功能块的组合可以相互通信，以产生一个或多个控制环路。所以，例如，一个现场装置中的PID功能块可以通过总线34相连，以接收第二个现场装置中AI功能块的输出，将数据传送到第三现场装置中的AO功能块，并接收AO功能块的输出，作为反馈，产生与DCS控制器分开的过程控制环路。采用这种模式，功能块的组合从集中化DCS环境移出控制功能，使得DCS多功能控制器能够对功能进行观察或协调，或一起删除。另外，功能块提供对过程配置方便的图形的、面向块的结构，并使得能够在来自不同供货商的现场装置之间进行功能的分布，这是因为这些块采用的一致的通信协议。

除了含有和实现块目标外，每一现场装置包括一个或多个其他的目标，包括链路目标、趋势目标、告警目标和观察目标。链路目标定义现场装置内部以及跨越在Fieldbus总线34上块输入和输出之间的链路。

趋势目标使得能够由其他装置如图1所示的主机12或控制器14访问的功能块参数的本地趋势。趋势目标保留有关某些如功能块参数的短期历史数据，并以异步模式通过总线34将该数据向其他的装置或功能块报告。告警目标在总线34上报告告警和事件。这些告警或事件涉及装置中或装置中的一个块内的任何事件。观察目标是标准的人／机接口中使用的块参数预定的编组，并且可以被发送到其他的装置，供随时观察。

现在参见图2，图中示出了三个Fieldbus装置，它可以是图1中现场装置16-28中的任何一个，它包括资源块48、功能块50、51或52和传感器块53和54。在第一个装置中，功能块50(它可以是输入功能块)通过传感器块53与传感器55耦合，传感器55可以是如温度传感器、设定点指示传感器等。在第二个装置中，功能块5l(它可以是一输出功能块)通过传感器块54与输出装置如阀门56耦合。在第三个装置中，功能块52(它可以是一个控制功能块)有一个与之相关的趋势目标57，用来形成功能块52的输入参数的趋势。

链路目标58定义了每一相关块的块参数，而告警目标59提供用于每一相关块的告警或事件通知。观察目标60与功能块50、51和52中的每一个相关，并包括与它们相关的功能块的数据表或将数据表分组。这些表含有一组不同定义的观察中的每一个所必需的信息。当然，图2所示的装置仅仅是例子，所有的现场装置中必须提供块目标、链路目标、告警目标、趋势目标和观察目标的数量和类型。

现在参见图3，图中示出了过程控制网络10的方框图，它将装置16、18和24绘成定位器／阀门装置，并且作为发送器的将装置20、22、26和28还绘出了与定位器／阀门16、发送器20和网桥30相关的功能块。如图3所示，定位器／阀门16包括资源(RSC)块61、传感器(XDCR)块62，和几个包括模拟输出(AO)功能块63、两个PID功能块64和65以及信号选择(SS)功能块69的几个功能块。发送器20包括资源块6l、两个传感器块62和两个模拟输入(AI)功能块66和67。并且网桥30包括资源块61和PID功能块68。

正如人们能够理解的那样，图3所示不同的功能块可以在几个控制环路中一起工作(在总线34上进行通信)，并且具有定位器／阀门16、发送器20和网桥的控制环路在图3中由与这些功能块的每一个相连的环路标识块表示。因此，如图3中所示，定位器／阀门16的A0功能块63和PID功能块与发送器20的AI功能块66在用LOOP1表示的控制环路中是相连的，而定位器／阀门16的SS功能块、发送器20的AI功能块67以及网桥30的PID功能块68在用LOOP2表示的控制环路中是相连的。定位器／阀门16的其他PTD功能块65在用LOOP3表示的控制环路中是相连的。

组成图3中用LOOP1表示的控制环路的互联功能块在图4中所示的该控制环路示意图中示出了更多的细节。正如从图4中可以看到的那样，控制互联LOOP1是完全由定位器／阀门16的AO功能块63和PID功能块64以及发送器20(图3)的AI功能块之间的通信链路组成的。图4所示的控制环路图绘出了采用将这些功能块的过程和控制输入和输出的连线在这些功能块之间的通信联系。因此，可以包含过程测量或过程参数信号的AI功能块66的输出在通信上是通过总线段34b与PID功能块64的输入耦合的，而PID功能块64有一个包含在通信上与AO功能块63的输入耦合的控制信号。AO功能块63的输出与PID功能块64的控制输入相连，而AO功能块63包含一个反馈信号，它表示例如阀门16的位置。PID功能块64采用该反馈信号与来自AI功能块66的过程测量信号一起实施AO功能块63的恰当控制。当然，图4控制环路图中的线段表示的连接可以是与AO和PID功能块63和64一样在功能块是在同一现场装置(如定位器／阀门16)中时在现场装置内部实现的，或者，这些连接可以是用标准Fieldbus同步通信在双线通信总线34上实现。当然，其他的控制环路是在通信上用其他的结构由其他的功能块实现的。

为了进行和执行通信和控制活动，Fieldbus协议采用三种通用的技术，即物理层、通信“堆栈”和用户层。用户层包括以特定的过程控制装置或现场装置中块(如功能块)和目标提供的控制和配置功能。用户层通常是由装置制造商以专有的模式设计的，但必须能够按照由Fieldbus协议定义的标准消息格式接收和发送消息，并且能够以标准模式由用户来配置。物理层和通信堆栈必须用双线总线以标准化模式实施不同现场装置不同块之间的通信，并且可以采用众所周知的开放系统互联层的通信模式来形成。

物理层对应于OSI层1，是嵌入在每一现场装置和总线34中的，并且能够将从Fieldbus传输介质(双线总线34)接收的电磁信号转换成能够被现场装置使用的消息。物理层可以被看作是总线34和在现场装置的输入和输出处总线34上出现的电磁信号。

通信堆栈是在每一Fieldbus装置中的，包括对应于OSI层2的数据链路层、Fieldbus访问分层以及对应于OSI层6的Fieldbus消息技术说明层。Fieldbus协议中没有OSI层3-5相应的层。然而，Fieldbus装置的应用包含层7，而用户层是层8，它是OSI协议中没有定义的。通信堆栈中的每一层负责对一部分在Fieldbus总线34上传送的消息或信号进行编码和译码。结果，每一层通信堆栈加上或去除某些部分的Fieldbus信号如先导序列部分、开头定界符和结尾定界符，并且在某些情况下，对抽取的部分Fieldbus信号进行译码，以识别应当在哪里发送其余的信号或消息，或者，是否因包含不是在接收现场装置中的功能块的消息或数据而应当废弃该信号。

数据链路层按照确定的称为链路工作定时器的集中化总线定时器(scheduler)控制总线34上消息的传送和总线34上的消息访问，这将在下文中更详细描述。数据链路层从传输介质上的信号中去掉先导序列部分，并且可以用接收的先导序列部分使现场装置的内部时钟与输入的Fieldbus信号同步。与此类似，数据链路层将通信堆栈上的消息转换成物理Fieldbus信号，并用时钟信息对这些信号进行编码，产生具有在双线总线34上传输的恰当先导序列部分的“同步串行”信号。在译码过程中，数据链路层识别先导序列部分中特定的编码，如开头定界符和结尾定界符，以识别特定Fieldbus消息的开头和结尾，并且可以进行和检查，以验证从总线34接收的信号或消息的完整性。与此类似，数据链路层通过将开头定界符和结尾定界符加到通信堆栈上的消息上并且在合适的时间里将这些信号放到传输介质上，可以在总线34上发送Fieldbus信号。

Fieldbus消息技术说明层允许用户层(即现场装置的功能块、目标等)用标准的一组消息格式在总线34上进行通信，并描述建立要放到通信堆栈上和要提供到用户层所需的通信服务、消息格式和协议性能。因为Fieldbus消息技术说明层提供用于用户层的标准化通信，特定的Fieldbus消息技术说明通信服务是为上述每一种类型的目标定义的。例如，Fieldbus消息技术说明层包括使用户能够读取装置的目标目录的目标目录服务。目标目录存储描述和标识装置每一目标(如块目标)的目标描述。Fieldbus消息技术说明层还提供上下文管理服务，使得用户能够读取和变更通信关系，即与装置的一个或多个目标相关的虚拟通信关系(VCR)。另外，Fieldbus消息技术说明层提供变量存取、事件服务、上载和下载服务和程序调用服务，所有这些在Fieldbus协议中是众所周知的，所以，这里将不再详述。Fieldbus存取子层将Fieldbus消息技术说明层变换成数据链路层。

为了启动这些层的工作，每一Fieldbus装置包括管理信息库(MIB)，它是一个存储VCR、动态变量、统计值、链路工作定时时间表、功能块执行定时时间表和装置标记和地址信息的数据库。当然，MIB中的信息可以在任何时候用标准的Fieldbus消息或命令访问。另外，装置的说明通常是用每一装置提供的，向用户或主机提供一扩展的VFD中的信息。装置描述通常必须是被标记为由主机使用的，它存储使主机理解装置的VFD中数据的含义所需的信息。

正如读者将会知道的那样，为了用分布在过程控制网中的功能块来实现控制策略，必须相对于特定控制环路中其他功能块的执行，精确地安排功能块执行的时间。与此类似，必须精确地安排不同功能块之间的通信时间，从而在块执行前将合适的数据提供到每一功能块。

下面参照图1描述在Fieldbus传输介质上不同现场装置(现场装置中不同的块)进行通信的模式。为了能够进行通信，总线34每一段上的一个链路主装置(例如装置12、16和26)作为链路工作定时器(LAS，link active scheduler)，它主动进行定时，并控制总线34上相关段上的通信。总线34每一段的LAS存储并更新通信定时(链路主动定时)，它包含将每一装置的每一功能块的时间定时成总线34上开始的周期通信活动和出现该通信活动的时间长度。尽管在总线34的每一段上可以有一个并且只有一个工作的LAS，但其他的链路主装置(如段34b上的装置22)可以用作备份的LAS，并且在如当前LAS失效时变成是工作的。基本装置不具有在任何时间里变成LAS的能力。

一般说来，总线34上的通信活动被分成重复的宏循环，每一个都包括一个在总线34给定的任何一段上工作的用于每一功能块的同步通信和在总线34一段上工作的用于一个或多个功能块或装置的一个或多个异步通信。装置可以是工作的，即，将数据发送到总线34的任何一段并从该段接收数据，即使它在物理上是通过总线34上的网桥和LAS的协调工作是与总线34不同段相连的。

在每一宏循环中总线34的特定段上工作的每一功能块通常在不同的但是是精确定时的(同步)时间里以及在另一精确定时的时间里工作，根据由合适的LAS产生的强迫数据命令在总线34的该段上公布其输出数据。最好将每一功能块的时间安排成在功能块执行周期结束以后立即公布其输出数据。另外，串行安排不同功能块数据公布时间，从而不会在同一时间里在总线34特定的段上有两个功能块公布数据。在不出现同步通信的时间里，允许每一现场装置用标记驱动通信以异步模式发送告警数据、观察数据等。将完成每一功能块执行所必须的执行时间和时间长度存储在功能块所在装置的管理信息库(MIB)里，如上所述，将强迫数据命令发送到总线34一段上每一装置的时间被存储在该段的LAS装置的MIB中。这些时间通常是存储作为偏移时间的，因为它们表示功能块执行和发送数据作为与“绝对链路定时起始时间”的时间，这是所有与总线34相连的装置知道的。

为了在每一宏循环期间进行通信，LAS例如总线段34b的LAS 16按照链路工作时间表中存放的发送时间表，将强迫数据命令发送到总线段34b上的每一个装置。在接收到强迫数据命令以后，装置的功能块在特定的时间里在总线34上公布其输出数据。由于每一功能块通常其执行是被定时从而该块的执行是在该块被定时立即接收强迫数据命令之前立即完成的，所以根据强迫数据命令公布的数据应当是功能块最近的输出数据。然而，如果功能块执行缓慢，并且在它接收强迫数据命令时没有锁住新的输出，那么该功能块公布在最后一轮功能块期间产生的输出数据，并用时戳指示所公布的数据是老的数据。

在LAS已经在总线34的特定段上将强迫数据命令发送到每一功能块以后以及在功能块的执行时间里，LAS会使得出现异步通信活动。为了实现异步通信，LAS向特定的现场装置发送一个通行标记消息。当现场装置接收到通行标记消息时，该现场装置就完全进入了总线34(或其一段)，并且可以发送异步消息，如告警消息、趋势数据、操作员设定点变更等，直到消息全部结束或者直到最大分配的“标记保持时间”已经超时为止。随后，现场装置释放总线34(或其任何一特定的段)，并且LAS向另一装置发送一通行标记消息。该过程一直重复，直到宏循环结束，或者LAS被时间安排成发送强迫数据命令以进行同步通信为止。当然，根据消息业务量和与总线34的任何一个特定段耦合的装置和块的数量，并不是每一个装置都会在每一宏循环期间接收通行标记消息。

图5描绘的是定时示意图，它描绘的是图1所示总线段34b上功能块执行总线段34b每一个宏循环的时间和在与总线段34b相关的每一宏循环期间出现同步通信的时间。在图5所示的定时时间里，时间是用横轴表示的，而与定位器／阀门16的不同功能块以及发送器20(图3)相关的活动用纵轴表示。每一功能块工作的控制环路在图5中用下标表示。所以，AI_LOOP1指的是发送器20的AI功能块66，而PID_LOOP1指的是定位器／阀门16的PID功能块64。所描绘的每一功能块的块执行周期是用交叉阴影的长方形表示，而每一定时同步通信在图5中用纵向条形表示。

因此，按照图所示的定时，在段34b的任一特定的宏循环期间(图1)，AI_LOOP1功能块在用长方形70表示的时间里首先执行。随后，在由纵向条形72表示的时间周期中，根据来自总线段34b的强迫数据命令，AI_LOOP1功能块的输出在总线段34b上公布。与此类似，交叉阴影长方形74、76、78、80和81分别表示功能块PID_LOOP1、AI_LOOP2、AO_LOOP1、SS_LOOP2和PID_LOOP3的执行时间(随不同的功能块而不同)，而纵向条形82、84、86、88和89分别表示功能块PID_LOOP1、AI_LOOP2、AO_LOOP1、SS_LOOP2和PID_LOOP3在纵向段34b上公布数据的时间。

正如人们所知道的那样，图5所示的定时示意图还表示异步通信活动的时间，而这些异步通信活动可能是在任一功能块的执行时间内以及在功能块执行的宏循环结束时以及总线段34b上没有发生异步通信时出现的。当然，根据需要，可以有意图地安排不同功能块在同一时间执行，并且不是所有的功能块都必须在总线上公布数据的，例如，如果没有其他的装置调用功能块所产生的数据。

现场装置还能够用每一现场装置堆栈的Fieldbus子访问层中定义的三个虚拟通信关系(VCR)中的一个，在总线34上公布或传送数据和消息。客户／服务器VCR用在总线34上的装置之间的排队的、非定时的、用户启动的一对一通信。这样的排队消息是按照它们的优先顺序以传输递送的顺序发送和接收的，而不对先前的消息进行重写。所以，现场装置可以在它从LAS接收一通行标记消息时采用一客户／服务器VCR将一请求消息发送到总线34上的另一个装置。请求方称为是“客户”，而接收该请求的装置称为是“服务器”。服务器在从LAS接收一通行标记消息时发送一响应。客户／服务器VCR用来如实施操作员所启动的请求，如设置点变更、调谐参数访问和变更、告警确认以及装置上载和下载。

报告分布VCR用于排队的、非定时的、用户启动的一个对多个的通信。例如，当具有一个事件或趋势报告的现场装置从LAS接收一通行标记时，该现场装置将其消息发送到该装置的通信堆栈Fieldbus子访问层中所定义的“分组地址”。配置用来在该VCR上倾听的装置将接收该报告。报告分布VCR类型通常由Fieldbus装置用来将告警通知发送到操作员操纵台。

公布方(publisher)／用户VCR类型用于缓冲的、一个对多个的通信。缓冲通信是仅仅存储和发送最新版本的数据的通信，因此，新数据完全重写了前面的数据。当公布方装置从LAS或从用户装置接收强迫数据消息时，功能块输出例如包含缓冲的数据。“公布方”现场装置将采用公布方／用户VCR类型的消息公布或传播到总线34上全部的“用户”现场装置。公布方／用户关系是预定的，并且是定义和存储在每一装置通信堆栈的Fieldbus子访问层的。

为了确保在总线34上进行合适的通信活动，每一LAS周期性地将时间分布消息发送到与总线34的段相连的全部现场装置，使得接收装置能够将它们的本地应用时间调整成相互同步。在这些同步消息之间，时钟时间是根据其自身的内部时钟独立保持在每一装置中的。时钟同步使得现场装置能够对整个Fieldbus网中的数据进行时间标记，以指示何时产生数据。

另外，每一总线段上的每一个LAS(以及其他的链路主控装置)存储“存活表”，这是一个与总线34的段相连的所有装置的列表，即，所有对通行标记消息恰当作出响应的装置的表。LAS通过将探测节点消息定期地发送到不在存活表上的地址，连续地确认加到总线段上的新的装置。事实上，要求每一LAS在完成将通行标记消息发送到存活表中所有的现场装置的一个周期以后，探测至少一个地址。如果一现场装置出现在该探测地址处，并接收该探测节点消息，那么该装置立即返回一探测响应消息。在接收到一个探测响应消息时，LAS将该装置加到该存活表上，并通过将节点启动消息发送到探测的现场装置而进行确认。只要现场装置对通行标记消息作出恰当的响应，则现场装置保留在存活表上。然而，如果现场装置在三次顺序的测试以后，或者不使用标记，或者立即将标记返回给该LAS，则LAS从存活表中去掉一个该现场装置。当一个现场装置被加到该存活表或从该存活表中去掉时，LAS将存活表中的变化传播到总线34合适段上所有其他的链路主控装置，使得每一链路主控装置能够保持存活表的当前副本。

如上所述，现场装置及其功能块之间的通信互联是由用户决定的，并且是用位于如主机12中的配置应用在过程控制网10中实现的。然而，在配置以后，过程控制网10的工作是不考虑装置或过程诊断的，因此是与主机12接口相连，以执行标准的I／O功能，而不是诊断功能。

当用户希望进行诊断时，用户会使主机12将设置点变化发送到如控制LOOP1的AO功能块63，并用与AO功能块63相关的趋势目标将反馈记录在AO功能块63内。然而，为了进行这种类型的通信，主机12必须采用异步(非公布的)通信，使主机12仅在主机12从LAS接收通行标记消息时访问总线34。结果，主机12所产生的诊断信号的不同备份不会在精确确定的时间(或精确定时的时间)里到达AO功能块63，这意味着在AO功能块63处接收的诊断信号具有总线34通信存储所决定的(至少是部分地)形状。为此，用异步通信发送的任何诊断信号将不是严格确定性的，因此在执行对装置或过程的诊断时不会是很有效的。另外，主机12无法确保由趋势目标所收集的反馈数据不会因重写等而丢失。所以，主机12不具体改变该块的模式无法控制LOOP1中其他功能块如PID功能块64的模式。

至此，为了确保在过程中的完整和严格的决定性诊断，用户必须使过程控制网10离线，并使其中的通信接口重新配置，使得主机12能够通过同步通信，将设定点变化发送到合适的装置，并接收合适的装置所测得的数据。然而，如上所述，该过程使过程关闭，并要求一操作员无论在什么时候执行诊断时重新配置过程控制网，这两种情况都是不希望的。另外，该诊断过程中主机12所进行的控制是与过程的正常进行期间在通信上链接功能块所进行的控制是不同的，所以，收集的过程数据不表示过程在正常受控时过程的操作。结果，主机装置通常不包括使用户能够在正常操作和诊断操作之间进行切换的能力，从而使诊断得以进行。

为了克服这些问题，例如Fieldbus过程控制网中的问题，新的类型的功能块是按照本发明提供的，使得能够进行装置和／或过程的诊断，或采用除新诊断功能块所在的装置以外的装置。本发明的远程诊断功能块的配置使得能够用同步周期通信(如Fieldbus协议的公布方／用户VCR)在总线34上与其他装置的功能块进行通信，并用同步周期通信接收数据，如装置参数或其他过程参数的测量。通过这种模式，本发明的诊断功能块能够将确定性的诊断控制信号发送到不同的功能块，并且能够采用周期模式接收和存储有关装置或过程参数的数据。另外，本发明的远程诊断功能块可以被存储在除进行诊断的装置以外的装置上，使得能够用诊断功能块进行诊断，或使用过程控制网中任何数量的不同的装置。所以，例如，按照本发明的远程诊断功能块可以存储在图3所示的定位器／阀门装置的定位器中，并且用来对定位器／阀门16、18和24中的任何一个进行诊断。与此类似，按照本发明的诊断功能块可以被存储在主机12内，使得可以在总线34的任何一段中的任何一个装置上使用该功能块。

一般说来，本发明的远程诊断功能块在通信上可以在进行装置诊断期间与另一个装置(或同一装置)的功能块链接，并且随后在不进行装置诊断时与其他的功能块去掉耦合。本发明的远程诊断功能块也可以被放置在控制环路内，从而即使不进行诊断如装置或过程诊断时，它在通信上也与控制环路中的其他功能块链接。

现在参见图6，图中，诊断功能块90在通信时是与定位器／阀门16(图3)的AO功能块63链接或耦合的，从而诊断功能块90的输出与AO功能块63的输入相连，而AO功能块63的输出与诊断功能块的反馈输入相连。工作时，诊断功能块90通过规则地定时的周期通信(例如，采用公布方／用户VCR)，在总线段34b上发送指定AO功能块63的设定点中的变化的诊断控制信号，并且通过规则地定时的周期通信，在总线段34b上，从AO功能块63接收表示阀门16的阀门构件的位置的反馈信号。诊断功能块90存储由AO功能块63产生的所接收的反馈信号，并且在诊整个诊断信号被发送到AO功能块63以后，或者在诊断期间的一个或多个中间时间里，发送所接收的反馈信号，并且如果需要，将一个用于控制AO功能块63的诊断控制信号的指示发送到主机12用于处理。当然，如果需要，诊断功能块90还可以有一个处理器或其他的装置，用于采用诊断控制信号和从AO功能块63接收的反馈信号进行装置诊断。

如上所述，图6所示的诊断控制环路的内装置通信连接是用同步周期通信实现的，所以，就确保了功能块90所产生的诊断控制信号是在AO功能块63的输入处接收的相同的信号。与此类似，这些同步信号确保了AO功能块63所产生的输出数据被跟踪，并以周期模式存储起来。

当然，为了实现图6所示的诊断控制环路，一主机(如主机12)必须重新配置过程控制网10，以图6中所示的模式，将诊断功能块90与AO功能块63相连，并且必须随后指令诊断功能块90对AO功能块63进行诊断测试。在诊断测试完成并且功能块90已经将所有存储的数据发送到主机12(或其他的装置)用于处理以后，主机12必须重新配置过程控制网10，以重新安装在过程控制网10的正常工作期间所使用的控制方案。主机12(或其他的配置器)最好在图6所示的诊断环路实施或运行时存储正常的或已有的控制方案。

尽管图6中所示的诊断功能块90是位于装置18中用以对定位器／阀门装置16进行装置诊断的，该功能块可以位于过程控制网10中的任一装置进行诊断，包括任一输出装置象定位器、定位器／阀门装置、阻尼器(damper)、风扇，等。

然而，如上所述，按照本发明的诊断功能块可以在该过程控制环路的工作的所有时间内在过程控制环路配置中相连，使得装置和过程诊断得以实施或进行，而无需重新配置过程控制网。现在参见图7，图中示出了包括AI功能块66、PID功能块64、AO功能块63和诊断功能块92的控制环路。正如从图7中可以看到的那样，诊断功能块92插入在(在通信上是链接)控制环路91，在AO功能块63和PID功能块64之间。

在过程控制环路91的正常工作期间，AI功能块66将过程测量或过程参数PID传递到PID功能块64，该PID功能块64随后将产生的过程控制信号发送到诊断功能块92。诊断功能块92将该过程控制信号一直传送到定位器／阀门装置16内的AO功能块63的输入，并从AO功能块63接收表示例如阀门位置的反馈信号。诊断功能块92随后将反馈信号传送到PID功能块64的控制输入，采用该反馈信号(与AI功能块66的输入)来计算新的过程控制信号。所以，在过程控制环路91的正常工作期间，诊断功能块92仅仅在PID功能块64和AO功能块63之间传送信号，使得这些功能块能够以与图4的控制环路中相连时相同的模式工作。

然而，当用户希望进行装置或过程诊断时，主机12将开始信号发送到诊断功能块92(通过异步通信)，使得诊断功能块92将PID功能块64产生的过程控制信号与AO功能块63的输入端断开，并将诊断控制信号传送到AO功能块63的输入端。当然，诊断控制信号可以是用来实施装置诊断或过程诊断的任一一种所要求的信号。同时，诊断功能块92开始存储从AO功能块63接收的反馈数据，和／或存储从例如AI功能块66和／或过程中任一其他过程测量装置或功能块接收的其他取样过程测量，如图7中用方框94所表示的那样。当然，来自方框94和AI功能块66的过程参数可以用趋势目标或所要求的存储单元存储在诊断功能块92中，用来最终传递到主机12，供执行诊断分析时使用。

在装置或过程诊断的进行期间，诊断功能块92可以向PID功能块64发送反馈数据，并且如果需要，可以改变该反馈信号，向PID功能块64指示正在进行诊断。采用这种模式，在进行这种或过程诊断时，诊断功能块92控制PID功能块64的行为(模式)和／或控制环路91中其他功能块的行为(模式)，这有助于避免终止。

在诊断功能块92结束了将诊断控制信号发送到AO功能块63以后，诊断功能块92切换到再次将PID功能块64产生的过程控制信号传递到AO功能块63，并将未改变的反馈信号从AO功能块63提供到PID功能块64。另外，在诊断期间或在完成诊断以后的一个或多个中间时间里，诊断功能块92可以用例如异步通信，将收集的反馈过程参数和／或诊断控制信号信息在总线34上发送到主机12(或其他的装置)。

正如人们将理解的那样，诊断功能块92在通信上是通过定时的周期通信与PID功能块64相连的，并且与AO功能块63相连的，所以，使得在与控制环路91相关的每一宏循环中，控制环路91的运行时间稍长。即，控制环路9l的每一宏循环必须用比图4所示控制环路宏循环更长的时间专门用于同步通信和功能块执行，这是因为诊断功能块92所需的附加周期通信定时的缘故。事实上，为了恰当地将诊断功能块92插入图4所示的控制环路，功能块92的执行周期必须在条形82以后被插入到图5中所示的定时时间内(与PID功能块64相关的定时通信)，并且在插入的功能块92执行周期以后和方框78之前(AO功能块63的执行周期)，诊断功能块92和AO功能块63中间的通信的定时通信(公布)周期必须被插入到图5所示的定时时间里。与此类似，实现诊断功能块92和PID功能块64中间的反馈通信的定时执行和通信周期必须在条形86以后插入到图5的定时时间内(AO功能块63的定时通信周期)。当然，AO功能块63和PID功能块64的VCR必须改变，以恰当执行这些功能块和诊断功能块92之间的定时通信。

尽管诊断功能块92可以在过程控制网10的正常工作期间(即不执行诊断的时候)保留在控制环路91中，但如果需要，诊断功能块92可以仅仅在进行诊断的时间里被插入到控制环路(如控制环路91)的定时内，从而配置过程控制网10的控制环路，使之在不进行诊断时尽可能够块。然而，该操作要求无论何时要进行过程诊断时，新的过程控制配置被下载到网络中。

如图8中更详细绘出的那样，诊断功能块92包括一诊断引擎95，该诊断引擎95对来自主机12的开始和停止信号进行接收和译码，将收集的数据发送到主机12，用于分析，并且通常还控制其余的诊断功能块92的操作。当诊断引擎95接收和译码开始信号时，诊断引擎95使诊断信号发生器96将存储的诊断控制信号传递到交换机97。同时，诊断引擎95使包含信号通信器的交换机97将其输出连接到诊断信号发生器96，从而将诊断信号发生器96提供的诊断控制信号提供到功能块92的控制信号输出，用于传递如AO功能块63的输入。在指挥将控制信号输出连接到诊断信号发生器96之前，交换机97将过程控制信号输入(被连接用于从如PID功能块64接收过程控制信号)与控制信号输出耦合。当然，交换机97通常是用软件实现的，所以，可以包含一个交换逻辑，用于控制是否将诊断控制信号或过程控制信号(位于过程控制信号输入处的)传递到诊断功能块92的控制信号输出处。

当进行装置或过程诊断时，诊断引擎95使数据捕获单元98能够收集和存储过程控制网10中其他功能块收集并用规定的周期性通信发送到诊断功能块92的过程测量或过程参数信号。正如人们将会理解的那样，任何数量的过程参数可以根据正进行的诊断的类型而被传递到数据捕获单元98。

反馈单元99接收由AO功能块63(或由诊断功能块92收集的其他功能块)产生的反馈信号，并且，如果是在诊断引擎95在指挥下这样做的，则将这些信号存储在存储器内。与此类似，反馈单元99可以将所接收的反馈信号发送到PID功能块64(或任何其他的功能块，如产生用来控制AO功能块63的过程控制信号的功能块)。

通常，在Fieldbus环境中，反馈单元99所接收的信号包括一个值和一个状态，其中，状态表示与所接收的反馈信号相关的控制环路91的不同的状态。如果需要，反馈单元99可以改变从AO功能块63接收的例如从表示控制环路91的正常操作的“良好串接非特定”状态到表示该本地重写已经发生的“良好串接重写”状态的信号的状态，并且该信号表示按照控制环路91的正常运行而产生的。当具有变更状态的反馈信号被传递到如PID功能块64时，PID功能块64对该信号的状态进行译码，并确认PID功能块64的输出不再用作控制AO功能块63了。PID功能块64随后可以去掉(shed)或改变到例如人工模式，而在人工模式中，PID功能块64锁住其输出，并停止计算来自AO反馈信号和AI功能块66的输出的新的过程控制信号。这一去掉过程模式避免了PID功能块64进入一种失控状态，在该失控状态下，PID功能块64产生的控制信号被快速地驱动到一个极点，这是因为PID功能块64试图将反馈信号迫使成为一个没有影响的受控值。正象人们将知道的那样，PID功能块64的模式改变会使控制环路91中或过程控制网10中的其他功能块也改变其模式。当然，当完成一项诊断并且控制环路91工作使得PID功能块64能够控制AO功能块63时，反馈单元99使反馈信号通过，而不改变该信号的状态。

为了实施恰当的模式处理，模式处理单元100存储有关对反馈信号或其他收集的信号进行合适的状态变化的逻辑和数据，从而在其他功能块中实施所需模式的变更，并将该信息传递到诊断引擎95。

当然，诊断引擎95可以开始和停止诊断，也可以根据任一要求的标准，控制要在诊断功能块92的控制信号输出下产生的几个不同的诊断控制信号中的一个，并且可以例如采用来自AO功能块63的一个或多个反馈信号和由数据捕获单元98收集的过程参数信号作为实施诊断测试时的限定因素。另外，在Fieldbus网中，最好将诊断控制信号存储起来作为数字信号，或按照诊断信号发生器96中存储的某些功能来产生。然而，诊断控制信号也可以以任一其他所要求的模式存储在诊断功能块92中或在其中产生。

正如人们将会理解的那样，所描述的诊断功能块90和92使得我们能够用同步的、定时的通信启动装置／或要执行的过程诊断，以确保在诊断过程中将确定性信号传递到一个装置。与此类似，上述诊断功能块92能够按过程的正常工作期间执行的同一过程控制配置，执行装置和过程诊断，从而使用户能够进行装置或过程诊断，而不必以任一显著的模式重新定时或重新配置过程控制网，并使得能够在诊断期间进行精确的过程测量。

尽管上面已经描述的诊断功能块90和／或92是用于进行诊断或采用下游AO功能块63的(它是一个输出功能块)，并且接收来自上游PID功能块64的输入，并将反馈传递到上游PID功能块64(它是控制功能块)，该上游PID功能块64被连接成简单的控制环路结构，本发明的诊断功能块或其他诊断功能程序可以根据需要用在与其他的输出功能或功能块以及其他的控制功能或功能块相连，并且可以以控制环路的形式实现，而该控制环路具有与图7中不同的结构。所以，例如，诊断功能块92可以被构建成控制一个功能块，从不同的功能块接收反馈信号，以及从另一个功能块接收过程控制信号。

另外，尽管上述诊断是以Fieldbus“功能块”的形式实现的，但应当注意，本发明的诊断可以用与其他类型的控制系统和／或通信协议相关的其他类型的块、程序、硬件、固件等来实现。事实上，尽管Fieldbus协议用术语“功能块”来描述能够执行一过程控制功能的特定类型的实体(entity)，但应当注意，这里所使用的术语功能块是不受限制的，并且包括任何一种装置、程序、例行程序，或其他能够在过程控制网中分布的地点处以任一一种模式执行过程控制功能的实体。所以，所描述并请求保护的诊断功能块可以在其他的过程控制网中实现，或用其他的过程控制通信协议或方案(可能是已有的，或者是将来待开发的)来实现，它们不采用Fieldbus协议所严格标识为“功能块”的东西，只要这些网络或协议提供或允许在过程中分布的地点处执行的控制功能。

再有，尽管上面已经描述的过程和装置诊断功能块是用来对(或采用)定位器／阀门装置进行诊断的，但应当注意，这些功能块可以用来对其他类型的装置进行诊断(或使用其他类型的装置)，如具有活动元件如阻尼器、风扇等的装置的诊断。

另外，尽管上述诊断最好是用存储在过程控制装置中的软件实现的，但它们也可以根据需要，用硬件、固件等实现。如果是用软件实现的，那么本发明的诊断可以存储在任何计算机可读存储器中如，存储在磁盘、激光光盘或其他存储介质中，存储在计算机的RAM或ROM等中。与此类似，可以用任何一种已知的或要求的传递方法，包括如在诸如电话线、互联网等的通信信道上，将该软件传递到一个用户或装置。

尽管本发明是参照特例来描述的，但这些描述仅仅是描述性的，并非是对本发明的限制，本领域中的技术人员应当理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对所解释的实施例作各种变更、添加和删除。

Claims

1．一种具有多个装置在通信上链接在一总线上的过程控制网中所使用的诊断系统，其中，每一装置能够用定时的周期通信执行过程控制功能和在总线上进行通信，其特征在于，所述诊断系统包含：

位于第一个产生诊断控制信号的装置中的信号发生器；

与所述信号发生器耦合并用规定的周期性通信将所述诊断控制信号传递到第二个装置的输入的通信器；以及

根据所述诊断控制信号接收由另一装置产生的输出信号的信号接收器。

2．如权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，它还包括一个存储所接收的输出信号的存储单元。

3．如权利要求2所述的诊断系统，其特征在于，它还包括用存储的输出信号将存储的输出信号传递到能够进行诊断分析活动的第三个装置的装置。

4．如权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，所述信号接收器包括用所述定时的周期通信接收输出信号的装置。

5．如权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，所述诊断控制信号是一个数字信号，并且所述信号发生器包括存储所述数字诊断控制信号的存储器。

6．如权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，它还包括一个控制信号输入端，它被耦合用来接收由第三个装置产生的过程控制信号，并且其中的通信器包括一个与控制信号输入耦合的交换机，以及将所述过程控制信号或所述诊断控制信号中的一个传递到所述第二装置的信号发生器。

7．如权利要求6所述的诊断系统，其特征在于，所述第二装置是与所述第三装置相同的装置。

8．如权利要求6所述的诊断系统，其特征在于，它还包括一个将所述接收的输出信号传递到所述第三装置的反馈单元。

9．如权利要求8所述的诊断系统，其特征在于，所述反馈单元包括用所述规定的周期性通信将所述接收的输出信号传递到所述第三装置的装置。

10．如权利要求8所述的诊断系统，其特征在于，由所述第三过程控制装置执行的过程控制功能能够以不同的模式工作，并且还包括控制所述第三装置中所述过程控制功能的模式的一个模式处理单元。

11．如权利要求6所述的诊断系统，其特征在于，它还包括接收一个或多个过程信号的过程信号接收器，和存储一个或多个过程信号的存储单元。

12．如权利要求11所述的诊断系统，其特征在于，它还包括将所述存储的过程信号传递到能够用所述过程信号进行诊断分析活动的第四装置的装置。

13．如权利要求1所述的诊断系统，其特征在于，所述另一个装置是所述第二装置。

14．一种能够在过程控制装置中实现以及用在具有与一总线通信上耦合的多个装置的过程控制网中的诊断功能块，其中，每一个装置包括能够执行过程控制网中的输入功能、输出功能或控制功能并且能够用规定的周期性通信在总线上进行通信的一个或多个功能块，其特征在于，所述诊断功能块包含：

产生一个诊断控制信号的信号发生器；

配置为采用所述规定的周期性通信将所述诊断控制信号传送到所述过程控制网中的第二功能块的通信器；以及

根据所述诊断控制信号接收由另一功能块产生的输出信号的信号接收器。

15．如权利要求14所述的诊断功能块，其特征在于，它还包括存储所接收的输出信号的存储单元。

16．如权利要求14所述的诊断功能块，其特征在于，所述诊断控制信号是一个数字信号，并且所述信号发生器包括存储所述数字诊断控制信号的存储器。

17．如权利要求14所述的诊断功能块，其特征在于，它还包括采用所述规定的周期性通信与第三功能块的输出耦合的控制信号输入端，和与所述控制信号输入端耦合的开关，以及将所述第三功能块的上述或所述诊断控制信号中的一个交替地提供到所述第二功能块的信号发生器。

18．如权利要求17所述的诊断功能块，其特征在于，它还包括一个将所述接收的输出信号传递到所述第三功能块的反馈网络。

19．如权利要求18所述的诊断功能块，其特征在于，所述第三功能块能够在不同的模式下工作，并且还包括当所述交换机将所述诊断控制信号传递到所述第二功能块时控制所述第三功能块的模式的模式处理单元。

20．如权利要求17所述的诊断功能块，其特征在于，它还包括从所述过程控制网中的其他功能块接收一个或多个过程信号的过程信号接收器，以及存储一个或多个过程信号的存储单元。

21．一种在具有通信上链接在一总线上的多个装置的过程控制网中进行诊断的方法，其中，每一个装置包括一个或多个功能块，所述功能块能够执行所述过程控制网中的过程控制功能，并且能够用规定的周期性通信在所述总线上进行通信，其特征在于，所述方法包含下述步骤：

将一个包括具有产生诊断控制信号的信号发生器的诊断功能块的第一装置与所述过程控制网的所述总线相连；

用所述规定的周期性通信，将所述诊断功能块的输出与第二装置中的第二功能块在通信上链接；

将所述诊断功能块的输入与另一功能块的输出通信上链接，以根据所述诊断控制信号接收所述另一功能块所产生的输出信号；以及

用所述规定的周期性通信将所述诊断控制信号发送到所述第二功能块，从而按照所述诊断控制信号控制所述第二功能块的运行。

22．如权利要求21所述的在一过程控制网中进行诊断的方法，其特征在于，它还包括在所述诊断功能块中存储所述接收的输出信号的步骤。

23．如权利要求21所述的在一过程控制网中进行诊断的方法，其特征在于，它还包括下述步骤，即，将一第三功能块的输出与所述诊断功能块的过程控制信号输入端通信上链接，并操纵所述诊断功能块使之在所述诊断功能块向所述第二功能块发送所述第三功能块的输出的第一工作状态与所述诊断功能块向所述第二功能块发送所述诊断控制信号的第二工作状态之间切换。

24．如权利要求23所述的在一过程控制网中进行诊断的方法，其特征在于，它还包括这样一个步骤，即，将所述诊断功能块的反馈输出与所述第三功能块的反馈输入通信上链接，从而将从所述另一功能块接收到的输出信号传送到所述第三功能块。

25．如权利要求24所述的在一过程控制网中进行诊断的方法，其特征在于，它还包括这样一个步骤，即当所述诊断功能块向所述第二功能块传递所述诊断控制信号时，使所述诊断功能块控制所述第三功能块的工作模式。

26．如权利要求24所述的在一过程控制网中进行诊断的方法，其特征在于，它还包括这样的步骤，即，在通信上将所述诊断功能块的一个或多个信号输入与一个或多个其他的功能块链接以接收由一个或多个其他的功能块产生的一个或多个过程参数信号，并将所述接收的一个或多个过程信号存储在所述诊断功能块中。

27．如权利要求26所述的在一过程控制网中进行诊断的方法，其特征在于，它还包括这样的步骤，即，检索所述诊断功能块中存储的一个或多个过程信号，并用所述检索的一个或多个过程信号来执行过程诊断。

28．如权利要求21所述的在一过程控制网中进行诊断的方法，其特征在于，它还包括这样的步骤，即，将所述输出信号存储在所述诊断功能块中，检索所述诊断功能块中存储的输出信号，以及用所述检索的输出信号执行所述装置诊断。