CN1997021A

CN1997021A - 多协议场设备和通信方法

Info

Publication number: CN1997021A
Application number: CNA2006101669916A
Authority: CN
Inventors: 史蒂夫·A·帕克伍德; 布伦特·H·拉森; 拉里·K·布朗
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Controls International LLC; Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: DE60222139D1; DE60222139T2; WO2003013104A1; JP4665068B2; CN1997021B; BRPI0211349B1; CA2451294C; EP1415451A1; CA2451294A1; CN1314255C; US20030023795A1; US6959356B2; JP2004537820A; BR0211349A; CN1533664A; EP1415451B1

Abstract

一种多协议智能场设备使用Fieldbus通信协议来传递过程控制信息，并且使用HART通信协议来允许经由手持式HART通信装置本地配置该场设备。该多协议智能场设备包含通信耦接到数字数据总线、适于处理从HART手持式通信装置接收的和发送给HART手持式通信装置的HART通信的第一通信接口。该多协议智能场设备进一步包含通信耦接到数字数据总线、适于处理Fieldbus通信的第二通信接口。另外，该多协议智能场设备包含耦接在第一通信接口和数字数据总线之间、实质上衰减具有与Fieldbus通信有关的频率的信号的第一滤波器，和耦接在第二通信接口和数字数据总线之间、实质上衰减具有与HART通信有关的频率的信号的第二滤波器。

Description

多协议场设备和通信方法

本申请是申请日为2002年7月10日、申请号为02814641.7、发明名称为“多协议场设备和通信方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及场设备(field devices)，并且更具体地说，涉及使用第一和第二通信协议以传递过程控制信息和配置信息的智能场设备。

背景技术

现代过程控制系统通常是基于微处理器的分布式控制系统(distributedcontrol systems，DCSs)。传统的DCS配置包含一个或多个通过数据总线(例如以太网)连接到一个或多个控制器的用户接口设备，诸如工作站。控制器通常物理上接近于一个受控过程，并且连接到遍及该过程分布的很多电子监控设备和场设备，诸如电子传感器、发射机、电流到压力转换器、阀门定位器等。

在传统的DCS中，通过在每一个控制器内提供一种控制算法来分配控制任务。控制器独立地执行控制算法以控制连接到该控制器的场设备。控制任务的这个分散(decentralization)提供了更大的整个系统灵活性。例如，如果用户希望增加一个新过程或者一个过程的一部分到DCS，则用户能够连接一个附加控制器(具有一种适当的控制算法)到过程控制系统内的传感器、致动器等。作为选择，如果用户希望修改一个现有的过程，则可以例如经由数据总线从一用户接口向一个适当的控制器下载新的控制参数或者控制算法。

为了提供改善的模块性和制造商之间的(inter-manufacturer)兼容性，过程控制制造商近年来已经进一步致力于过程内的控制分散。这些较新的方案基于使用开放(即非专有的)协议，诸如HART、PROFIBUS、WORLDFIP、Device-Net、CAN和Foundation^TM Fieldbus(在下文中称为“Fieldbus”)协议进行通信的智能场设备。这些智能场设备是有时候诸如具有Fieldbus设备的、基于微处理器的设备，诸如传感器、致动器等，并且还执行传统上由DCS控制器执行的控制环功能。由于智能场设备使用开放协议提供控制性能和通信，所以来自各个制造商的智能场设备通常能够经由一条共同的数字数据总线彼此通信，并且能够互相操作(interoperate)以执行一控制循环而不必插入DCS控制器。

智能场设备的配置通常是从过程控制系统内的中央单元、诸如主系统或者工作站中实现的，或者作为选择，可以是在场设备处使用便携式配置工具、诸如个人计算机(例如膝上型计算机)在本地实现的，其中便携式配置工具通常包含一个用于使用由智能场设备使用的特定通信协议来向场设备发送和接收通信的通信接口卡。另外，由于在本地配置一个场设备以确保场设备被适当得配置和起到期望的作用，经常是非常有益的或者是一种需求，所以某些制造商提供了一种可以被用来在本地配置某些类型的智能场设备的特定目的手持式通信装置。例如，使用HART通信协议的手持式通信装置是可广泛利用的。

通常应当理解，在本地配置场设备实质上最小化或者消除了被不恰当配置的或者非正常工作的场设备将引起对人员的伤害和/或对财产的损害的可能性。此外，与便携式个人计算机相比较，传统的手持式通信装置通常价格更低廉、更加小型、更轻、对环境压力更有抵抗力等，并且因此，这些手持式通信装置可以被用来以更加成本有效的和方便的方式有效地监督智能场设备的本地配置。

然而，在使用Fieldbus通信协议的智能场设备(即Fieldbus设备)的情况下，本地配置是特别困难的，因为使用Fieldbus协议(其类似于可用来和使用HART协议进行通信的智能场设备一起使用的那些)进行通信的手持式通信装置目前是不可得到的。因此，为了在本地配置使用Fieldbus通信协议的智能场设备，技术人员必须使用一个具有专门的Fieldbus接口卡的便携式个人计算机，其中该Fieldbus接口卡允许个人计算机使用Fieldbus协议发送和接收信息。

不幸地，由于与不得不使用便携式个人计算机来实现常规Fieldbus设备的本地配置有关的相对高的成本、环境稳定性的缺乏和不方便之处，所以场技术人员、系统操作员等可以不考虑以上提到的危险，反而决定根据在过程控制系统内的中央单元、诸如可用的主机或者工作站来配置智能场设备、诸如Fieldbus设备。然而，在其中过程控制系统没有中央主机或者工作站的情况下、或者在其中系统主机或者工作站不起作用的情况下，场技术人员仍然可能被迫使用便携式个人计算机来实现智能场设备的配置，而不考虑产生的高成本和不方便之处。

发明内容

智能场设备使用第一通信协议来传递过程控制信息，但是可以使用不同于该第一通信协议的第二通信协议进行配置。一般说来，在此描述的多协议场设备可以使用一个可容易得到的和便宜的手持式通信装置、诸如HART通信装置在本地配置，并且可以使用另一种通信协议、诸如Fieldbus协议传递过程控制信息和执行过程控制动作。因此，在此描述的多协议场设备使得过程控制系统设计者能使用这样的智能场设备来实现系统，其中该智能场设备能够使用一种相对高速的数字协议(诸如Fieldbus协议)彼此以及向中央主机或者工作站传递过程控制信息，并且能够使用一种相对低速的通信协议(诸如HART协议)在本地进行配置。由于在此描述的多协议场设备可以使用一种低速的通信协议、诸如HART协议进行配置，所以多协议场设备不必使用便携式个人计算机进行配置。相反，在此描述的多协议场设备可以使用一个便宜的和小型的手持式通信装置、诸如可很容易得到的并且通常被用来在本地配置使用HART协议的常规单协议智能场设备的HART通信装置进行配置。

依据本发明的一个方面，一种用于在具有一条数字数据总线的过程控制系统中使用的场设备包含一个通信耦接到数字数据总线的第一通信接口，其适于处理具有第一协议的通信。该场设备进一步包含一个通信耦接到数字数据总线的第二通信接口，其适于处理具有不同于第一协议的第二协议的通信。

另外，该场设备包含一个存储器和一个通信耦接到该存储器、所述第一通信接口和第二通信接口的处理器。该处理器被编程用来处理具有第一协议的通信和具有第二协议的通信，并且可以被进一步编程用来使用具有用于过程控制的第一协议的通信和使用具有用于配置场设备的第二协议的通信。在某些实施例中，该第一通信接口可以进一步适于处理具有第一频带的通信，而第二通信接口可以进一步适于处理具有不同于第一频带的第二频带的通信。

依据本发明的另一个方面，一种和连接到数字数据总线的场设备进行通信的方法，包含以下步骤：在场设备中经由数字数据总线接收具有第一协议的通信，和在场设备中经由数字数据总线接收具有不同于第一协议的第二协议的通信。该方法进一步包含步骤：在通信耦接到数字数据总线的第一通信接口内处理具有第一协议的通信，和在通信耦接到数字数据总线的第二通信接口内处理具有第二协议的通信。

依据本发明的又一个方面，提供了一种用于在具有数字数据总线的过程控制系统中使用的场设备，包括：第一通信接口，通信耦接到该数字数据总线，适于处理具有第一协议的通信；第二通信接口，通信耦接到该数字数据总线，适于处理具有不同于该第一协议的第二协议的通信；存储器；以及处理器，通信耦接到所述存储器、第一通信接口和第二通信接口，其中该处理器被编程用来处理具有第一协议的通信和具有第二协议的通信，该处理器还被编程以使用具有用于过程控制的第一协议的通信、和使用具有用于配置场设备的第二协议的通信。

依据本发明的又一个方面，提供了一种用于在具有数字数据总线的过程控制系统中使用的场设备，包括：第一通信接口，通信耦接到该数字数据总线，适于处理具有第一协议的通信；第二通信接口，通信耦接到该数字数据总线，适于处理具有不同于该第一协议的第二协议的通信；存储器；以及处理器，通信耦接到所述存储器、第一通信接口和第二通信接口，其中该处理器被编程用来处理具有第一协议的通信和具有第二协议的通信，该第一通信接口还适于处理具有第一频带的通信，以及该第二通信接口还适于处理具有不同于第一频带的第二频带的通信。

依据本发明的又一个方面，提供了一种与耦接到数字数据总线的场设备进行通信的方法，该方法包括以下步骤：在场设备中经由该数字数据总线接收具有第一协议的通信；在场设备中经由该数字数据总线接收具有不同于第一协议的第二协议的通信；在通信耦接到该数字数据总线的第一通信接口内处理具有第一协议的通信，其中处理第一协议的步骤包括使用具有用于过程控制的第一协议的通信；以及在通信耦接到该数字数据总线的第二通信接口内处理具有第二协议的通信，其中处理第二协议的步骤包括使用具有用于配置场设备的第二协议的通信。

依据本发明的又一个方面，提供了一种与耦接到数字数据总线的场设备进行通信的方法，该方法包括以下步骤：在场设备中经由该数字数据总线接收具有第一协议的通信，其中接收具有第一协议的通信的步骤包括接收在第一频带中的通信；在场设备中经由该数字数据总线接收具有不同于第一协议的第二协议的通信，其中接收具有第二协议的通信的步骤包括接收在不同于该第一频带的第二频带中的通信；在通信耦接到该数字数据总线的第一通信接口内处理具有第一协议的通信；以及在通信耦接到该数字数据总线的第二通信接口内处理具有第二协议的通信。

依据本发明的另一个方面，一种使用便携式配置工具在本地配置场设备的方法包含步骤：通信耦接便携式配置工具到场设备，并且使用第二通信协议从便携式配置工具向场设备发送配置信息，其中该场设备具有一个用于处理具有第一协议的通信的第一通信接口、和一个用于处理具有第二协议的通信的第二通信接口。

附图说明

图1是使用智能场设备执行过程控制活动的过程控制系统的示范性示意方框图；

图2是可以在如图1所示的过程控制系统内使用的多协议智能场设备的示范性示意方框图；

图3是如图2所示的第一通信接口块的更详细的示意方框图；

图4是如图2所示的第二通信接口块的更详细的示意方框图；

图5A到图5B是显示了可以实现如图3所示的多协议智能场设备内的几个功能块的一种方式的示范性电路图；以及

图6是可以由如图2所示的滤波器块提供的频率响应特性的示范性图形表示。

具体实施方式

虽然多协议智能场设备和与多协议智能场设备通信的方法在此被描述为使用Fieldbus和HART通信协议，但是在没有脱离本发明的范围和精神的情况下，能够使用其他的和/或不同的通信协议作为替代。在讨论本发明的细节之前，将提供对Fieldbus协议、依据这种协议配置的场设备、和在使用Fieldbus协议的过程控制系统中进行通信的方式的一般说明。然而，应当理解，虽然Fieldbus协议是被开发用于在过程控制系统中使用的相对新的数字通信协议，但是这种协议在本领域中是非常公知的，并且在公开的、分发的、和尤其可从在得克萨斯Austin的非营利组织总部Fieldbus Foundation中获得的很多文章、手册和说明书中进行了详细描述。

Fieldbus协议是全数字的、串行、双向通信协议，它提供了与场设备诸如传感器、致动器、控制器、阀门等互连的双线或者四线回路或者总线的标准化物理接口，其中所述场设备可以例如位于工厂或者车间的测试或者过程控制环境中。Fieldbus协议为在一个过程内的场设备提供了局域网以允许这些场设备互相操作、并且在遍布该过程中的位置处执行控制功能，和在执行这些控制功能前后彼此通信，以实现整体控制策略。

图1说明了使用智能场设备执行过程控制活动的一个示范性过程控制系统10。该过程控制系统10包含用户接口12和14，其可以是例如在通信网络中经由系统级数据总线20连接到许多其它设备、诸如数据存储设备16和控制器18的工作站。该系统级数据总线20可以是以太网数据总线或者其它任何适于传输数据的数据总线。该控制器18可以是例如DCS控制器，并且可以使用一种专有的通信协议或者以其它任何适当的方式经由系统级数据总线20和用户接口12和14进行通信。例如，控制器18可以经由系统数据总线20向用户接口12和14发送警报和状态信息，并且另外可以从用户接口12和14接收用户命令/请求。控制器18可以进一步包含用于在以任何常规或者其它任何期望的方式控制连接到控制器18的场设备中使用的控制算法。

具体说，控制器18经由链接设备28与智能场设备22-26通信，其中该链接设备28可以是例如用于Fieldbus协议的输入/输出(I/O)卡。场设备22-26经由使用非专有通信协议的数字数据总线30连接在一个通信网络中。场设备22-26彼此以及和链接设备28进行通信，以和控制器18一起或者是独立于控制器18执行一个或多个过程控制回路。智能场设备22-26可以是例如Fieldbus兼容设备，在这样的情况下数据总线30使用Fieldbus信号协议。然而，也能够使用其它类型的设备和协议。例如，Profibus兼容设备可以被用于某些或者全部的场设备22-26。在那种情况下，Profibus兼容设备可以被配置为仅仅响应于来自控制器18的命令。换句话说，设备22-26可能没有被配置为彼此发送命令(即相互操作)。

虽然在标准的多站(multi-drop)配置中如图1所示的智能场设备22-26连接到数据总线30，在该多站配置中多个设备并联连接到同一对数据总线线路，但是Fieldbus协议允许包含点到点连接、和树或者“分支(spur)”连接的其它设备/线路拓扑结构(topologies)，其中在点到点连接中每个设备经由一个分离的双线对连接到一控制器或者一主机(与4-20mA模拟DCS系统类似)，而在树或者“分支(spur)”连接中每个设备连接到在双线或者四线的总线中的公共点，该公共点可以是例如在过程控制系统内的场设备之一中的接线盒或者终端区。

每一个智能场设备22-26能够经由数字数据总线30进行通信，并且能够使用经由在总线30上的通信信号由场设备从过程或者从不同的场设备中获得的数据，来独立地执行一个或多个过程控制功能。具体说，Fieldbus设备能够直接实现过去完全在DCS控制器内执行的整体控制策略的一部分。

如以下将更详细讨论的那样，智能场设备22-26中的一个或多个可以是使用例如Fieldbus协议传递过程控制信息并且使用另一种用于配置目的的通信协议的多协议场设备。仅仅举例来说，用于配置多协议智能场设备的通信协议可以是HART通信协议。因此，在此描述的多协议智能场设备能够传递过程控制信息，并且能够使用Fieldbus协议以相对高的速度和高精度实现过程控制活动，并且能够使用一种可很容易得到的、便宜的、相对低速的HART通信装置在本地进行配置，由此消除了对使用便携式个人计算机实现本地配置的需要。当然，在此描述的多协议智能场设备例如可以使用Profibus通信协议而不是HART通信协议、或者是在HART通信协议之外使用Profibus通信协议执行配置活动。

图2是可以在如图1所示的过程控制系统10内使用的多协议智能场设备50的示范性示意方框图。该场设备50包含功率调节单元52、第一和第二滤波器54和56、第一和第二通信接口块58和60、处理器62、通信耦接到处理器62的存储器64、和总线驱动器块66。

众所周知，在总线30使用Fieldbus协议的情况下，未调整的总线电压可以在大约9伏直流电(VDC)和32VDC之间变化。功率调节单元52接收这个未调整的电压，并且使用常规的或者其它任何适当的分流和稳压(regulation)技术，以向在场设备50内的、一般说来要求来自总线30的相对恒定的电流的电路提供相对恒定的电流和电压。例如，可以向处理器62、存储器64、通信接口块58和60、或者在场设备50内的其它任何电路或者功能块提供大约5VDC的调整后的电压。另外，功率调节单元52可以在需要时使用常规的或者其它任何功率调节技术来提供额外的和/或不同的调整电压和电流。

实际上来说，尽管多协议智能场设备50能够使用一种以上的协议实现通信，但是场设备50最好而不是必须适合于与至少一种特定协议的主要物理兼容性。换句话说，因为向场设备提供电源的方式实质上可以随正在使用的特定协议而改变，所以场设备50可能必须采用一个特定的物理接口以从总线30获得电力。此外，通信线、电源线等的数目可能随协议、并且有时候诸如随Fieldbus协议显著地改变，甚至可能随协议的实现而改变。例如，可以使用常规回路供电的技术连同通信信号一起提供Fieldbus电源。作为选择，可以使用和通信线分离的一条或多条线提供Fieldbus电源。

第一通信接口58通过第一滤波器54通信耦接到总线30。最好，而不是必须地，第一通信接口块58适合于处理基于HART通信协议的通信。众所周知，HART通信协议规定了在数字分组(即HART分组)中排列数字信息的方式，以及通过传输介质、通常是线路物理传送数字分组的方式。因为在可广泛得到的文献中很好地提供了HART协议的细节，所以在此不提供对HART协议的更详细的讨论。处理(即解调、解码等)由第一通信接口58接收的HART通信，并且把包含在HART通信内的消息发送给处理器62用于进一步的处理。使用HART通信发送的消息可以用来配置场设备50的操作，可以通过场设备50启动某些动作，可以使场设备50停止执行某些动作等。当然，第一通信接口58能够适合于处理基于类似于HART协议或者不同于HART协议的另一种通信协议的通信。

如以下将更详细讨论的那样，为了防止出现在总线30上的非HART信号妨碍第一通信接口58的动作，滤波器54适合于实质上衰减具有超出通常与HART通信有关的频带或者频率范围的频率的信号。例如，滤波器54可以适合于连接具有在大约1千赫(kHz)和2.2kHz之间的范围内的频率的通信，而没有任何重要的衰减，其中在大约1kHz和2.2kHz之间的范围是与HART通信有关的频率范围，而具有大于大约2.2kHz以及小于大约1kHz的频率的信号可能实质上被衰减了。

第二通信接口60通过第二滤波器56通信耦接到数字数据总线30。最好，而不是必须地，第二通信接口60适合于处理基于Fieldbus协议的通信。如同HART协议的情况一样，Fieldbus协议规定了在分组中排列数字数据的方式、以及物理上经由数据总线30传输分组的方式。如以下更详细讨论的那样，第二通信接口60包含从Fieldbus数据流中恢复(retrieve)数字信息并且把该数字信息传送到处理器62用于进一步处理的电路。另外，第二通信接口60包含能够处理从处理器62接收的数字通信以依据Fieldbus协议创建一个可经由总线30传输的数据流的电路。

第二滤波器56适合于实质上衰减出现在总线30上的非Fieldbus信号(例如，HART通信)，并将任何实质上未被衰减的Fieldbus通信耦接到第二通信接口60。众所周知，Fieldbus协议通常使用大约31.25千位/秒的数据传输速率，其中该数据传输速率显著地大于与HART通信有关的数据速率和频带。因此，由于第一滤波器54实质上衰减了具有与Fieldbus通信有关的频率的信号，以及由于第二滤波器实质上衰减了具有与HART协议有关的频率的信号，所以HART和Fieldbus通信可能同时出现在总线30的同一对线路上，而不干扰任何一个通信接口58和60的处理动作。

处理器62可以经由一个或多个数据端口从通信接口58和60接收通信。例如，来自第一通信接口58的通信可以通过第一串行端口进入处理器62，而来自第二通信接口60的通信通过第二串行端口进入处理器62。作为选择，处理器62可以主动地控制一个选择电路(例如多路复用器)以将来自第一和第二通信接口58和60中任何一个的通信定线(route)到单个输入端口。无论如何，处理器62能够基于哪一个端口正在接收通信、和/或通信接口58和60中的哪一个目前正在由选择电路定线到处理器62，来区分Fieldbus和HART通信。

处理器62可以使用一个或多个软件例程68以处理从通信接口58和60接收的通信并对其做出响应。具体说，软件例程68可包含已知的、用于处理HART通信和Fieldbus通信的处理方法。这种处理方法在本领域中是众所周知的，并且因此，在此不会进一步进行描述。

响应于由例如手持式HART通信装置70发送给场设备50的HART通信，处理器62可以发送应答的HART通信到第一通信接口58，其可以进一步处理和/或信号调节应答的HART通信，然后发送处理了的和/或信号调节了的应答HART通信到总线驱动器66。类似地，响应于由例如在过程控制系统10(图1)内的其它场设备、工作站等发送给场设备50的Fieldbus通信，处理器62可以发送应答的Fieldbus通信到第二通信接口60，其可以在发送Fieldbus通信到总线驱动器66之前进一步处理和/或信号调节应答的Fieldbus通信。总线驱动器66可以使用常规的信号调节技术、诸如电平移动、电流放大等，或者其它任何适当的信号调节技术，以经由总线30传送应答的HART和Fieldbus通信。

仅仅举例来说，多协议智能场设备50可以实现过程控制活动，并且仅仅使用Fieldbus通信经由总线30传递过程控制信息。例如，一个或多个智能场设备22-26(图1)可以是一个如图2所示的场设备50那样的多协议智能场设备，并且因此，可以与其它多协议或者常规的单协议智能场设备互相操作以在系统10内执行过程控制活动。当然，如果期望的话，多协议场设备50可以使用Fieldbus通信用于其它任何标准或者已知的用途、诸如配置。另外，多协议智能场设备50可以和通信耦接到总线30的HART手持式通信装置70进行通信。最好，但是不一定，HART通信装置70可以被用来配置场设备50，而在这样的情况下，包含配置信息的HART通信经过第一滤波器54和第一通信接口58。

图3是可以在如图2所示的多协议智能场设备50内使用的第一通信接口58的更详细的示意方框图。如图3所示，第一通信接口58包含一个调制解调器100(即调制器/解调器)和一个振幅调整电路102。众所周知，HART通信协议使用频移键控技术发送数字信息，其中频移键控技术可以例如使用2.2kHz的信号发送逻辑低(即，“0”)，并且可以使用具有大约1.2kHz的频率的信号发送逻辑高(即，“1”)。众所周知，HART协议基于主-从通信方案，借此当从属设备被主设备寻址时从属设备仅仅与主设备通信。当然，本领域技术人员将会认识到，任何各种常规的调制解调器单元都可以被用来在第一通信接口58内实现该调制解调器100。

当经由总线30把HART通信发送给智能场设备50(使用，例如HART手持式通信装置70)时，第一通信接口58使用调制解调器100来解调HART信号以形成包含数字字的数字数据流，其中所述数字字能够由处理器62使用一个或多个例程68进行处理。相反地，当处理器62发送应答的HART通信到手持式通信装置70时，经由处理器62的输出端口把由配置信息或者其它任何已经使用HART协议编码的信息组成的数字数据流发送到调制解调器100。调制解调器100然后依据HART协议调制数字数据流(即使用不同频率来表示逻辑1和逻辑0)，并且把这个已调制的数据流发送到振幅调整电路102。振幅调整电路102控制发送给总线驱动器块66的已调制信号的电平，并且总线驱动器块66执行在总线30上驱动遵从HART的信号所要求的任何波形成形、电平移动、电流放大等。

图4是如图2所示的第二通信接口60的更详细的示意方框图。如图4所示，第二通信接口60包含连接到协议转换单元112的介质存取单元110。介质存取单元110从总线30接收一个Fieldbus信号(在它已经经过第二滤波器56之后)，并且象本领域中众所周知的那样提取作为Fieldbus信号分量的数字位流、时钟信号和数据有效信号。介质存取单元110可以滤波出直流电压、噪音信号、或者被包含在Fieldbus信号内的(或者耦接到Fieldbus信号的)、并且不需要对Fieldbus信号内包含的信息的后续处理的其它任何信号。

协议转换单元112从介质存取单元110接收提取的位流、数据有效信号和时钟信号，并且把位流转换成为能够由一个或多个例程68处理的数字字。一般说来，协议转换单元112可以使用市场上可买到的、使用已知技术解码从Fieldbus信号中提取的位流的集成电路来实现。从位流中解码的数字字然后可以由处理器62处理为Fieldbus命令、数据等，并且可以使用一个或多个例程68由处理器62生成适当的应答通信。

来自处理器62的应答通信还可以被定线到协议转换单元112和介质存取单元110以在总线30上生成应答的Fieldbus通信。为了发送这些应答通信，协议转换单元112依据Fieldbus协议把从处理器62接收的数字字转换成为位流，并且介质存取单元110使用已知的波形成形技术把这个位流嵌入在可兼容Fieldbus的信号中。众所周知，Fieldbus协议要求位流使用Manchester编码方案进行编码。另外，Fieldbus协议要求使用一个信号经由总线30传送的Manchester编码位流，其中该信号具有介于大约1伏和2伏峰峰值之间的振幅的近似梯形波形。

图5是显示了可以实现在如图2所示的多协议智能场设备50内的几个功能块的一种方式的示范性电路图。如图5所示，介质存取单元110可以使用集成电路200来实现。仅仅举例来说，集成电路200是在市场上可从日本Yokagawa买到的uSAA22Q。与uSAA22Q有关的功能、特征和应用信息的详细说明可以在由Yokagawa提供的可普遍得到的文献中找到。

除了执行介质存取单元110的功能之外，集成电路200还执行第二滤波器块56的功能。电容器C1和C2(分别连接到uSAA22Q的“SIGIN”和“HPF”端)是可以被调节以设置一个低截止频率的有源滤波器的一部分，其中该低截止频率超出与HART通信有关的数据传输速率和频带(即超出2.2kHz)。虽然集成电路200被描述为uSAA22Q，但是也可以使用其它可在市场上买到的、由诸如National Semiconductor、Siemens等公司制造的集成电路芯片作为替代。然而，本领域技术人员将会认识到，可以以各种方式实现集成电路200的功能而不背离本发明的范围。例如，介质存取单元110和第二滤波器56的功能可以使用分立电路，包含运算放大器、晶体管、电阻、电容器等来实现，而不背离本发明的范围。

图5还显示了振幅调整电路102、总线驱动器66和极性保护电路202的示范性实现。尽管这些电路被显示为由分立有源和无源元件构成，但是作为选择这些电路能够使用在半导体芯片内集成的电路来实现。如图5所示，极性保护电路202可以使用多个以桥接器配置连接的二极管D2、D3、和D5-D7连同transorb D4一起来实现，其中可以包含该transorb D4以抑制经由总线30传导到多协议智能场设备50的输入端(即，LOOP+和LOOP-端)、可能有破坏性的瞬变现象。如图5中所示的那样，总线驱动器66可以使用电流消耗(sink)晶体管Q4、和包含晶体管Q3和Q4的电流反射镜来实现。另外，图5显示了振幅调整电路102是使用包含电阻Ra和Rb的无源电阻网络(即分压器)而实现的。

图6是可以在如图2所示的第一和第二滤波器块54和56内使用的频率响应特性的示范性图形表示。如图6所示，第一滤波器块54具有有高截止频率302的第一频率响应特性300，而第二滤波器块56具有有低截止频率306的第二频率响应特性304。如能够在图6中看到的那样，与HART通信有关的频率或者频带308在第一频率响应特性300的通频带之内，并且实质上被第二滤波器块56的第二特性304衰减(例如大约-40dB)。此外，与Fieldbus通信有关的频带310在第二滤波器块56的第二响应特性304的通频带之内，并且实质上被第一滤波器块54的第一特性300衰减(即大约-40dB)。当然，本领域技术人员将会认识到，滤波器特性300和304可以不同于所示的那些，而没有背离本发明的范围。例如，可以使用在第一滤波器块54中的Fieldbus信号的或多或少的衰减、和/或在第二滤波器块56中的HART信号的或多或少的衰减。此外，可以使用例如无源滤波技术、有源滤波技术等以任何常规的或者其它任何方式实现滤波器块54和56，并且可以经由相应的接收电路、调制解调器、介质存取单元等来调整信号振幅。

尽管多协议智能场设备在此被描述为使用两种不同的协议(例如，Fieldbus和HART)，但是可以使用两种以上的协议而没有背离本发明的范围。例如，如图2所示的智能场设备50能够很容易被修改，以便使每一个通信接口58和60处理具有相同物理层的多种协议。例如，第二通信接口60能够处理Fieldbus和Profibus信号，并且处理器62能够检查从通信接口60接收的数字字的格式以自动地确定或者检测哪一种协议正在被处理。更进一步，能够向场设备50增加额外的通信接口以允许场设备使用两种以上的协议。

另外，如果期望的话，在此描述的多协议场设备内使用的协议可以被使用用于各种不同的目的。例如，协议可以被用来实现过程控制动作、配置动作、测试动作等。此外，例如，每一种协议可以被用来实现超过一种类型的动作。因此，一种给定的协议可以被用来实现过程控制、配置和测试动作的任何期望的组合。

如果以软件实现，则在此讨论的功能块和方法可以被存储在诸如磁盘、激光盘、或者其它存储介质、计算机的RAM或者ROM、控制器、场设备等之类的任何计算机可读存储器中。同样地，可以经由任何已知的或者期望的传送方法、包含例如经由诸如电话线、因特网等之类的通信信道把这个软件传递给用户或者设备。

虽然已经参考仅仅用于说明而不是限制本发明的具体例子描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，显然可以对公开的实施例进行改变、补充或者删除而不背离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种用于在具有数字数据总线的过程控制系统中使用的场设备，包括：

第一通信接口，通信耦接到该数字数据总线，适于处理具有第一协议的通信；

第二通信接口，通信耦接到该数字数据总线，适于处理具有不同于该第一协议的第二协议的通信；

存储器；以及

处理器，通信耦接到所述存储器、第一通信接口和第二通信接口，其中该处理器被编程用来处理具有第一协议的通信和具有第二协议的通信，该处理器还被编程以使用具有用于过程控制的第一协议的通信、和使用具有用于配置场设备的第二协议的通信。

2.根据权利要求1的场设备，其中该第一通信接口进一步适于处理具有第一频带的通信，并且该第二通信接口进一步适于处理具有不同于第一频带的第二频带的通信。

3.根据权利要求2的场设备，进一步包括耦接在所述数字数据总线和第一通信接口之间的第一滤波器，其中该第一滤波器将具有第一频带和第一协议的通信耦接到第一通信接口，并且实质上衰减具有第二频带和第二协议的通信。

4.一种用于在具有数字数据总线的过程控制系统中使用的场设备，包括：

存储器；以及

处理器，通信耦接到所述存储器、第一通信接口和第二通信接口，其中该处理器被编程用来处理具有第一协议的通信和具有第二协议的通信，该第一通信接口还适于处理具有第一频带的通信，以及该第二通信接口还适于处理具有不同于第一频带的第二频带的通信。

5.根据权利要求4的场设备，进一步包括耦接在所述数字数据总线和第一通信接口之间的第一滤波器，其中该第一滤波器将具有第一频带和第一协议的通信耦接到第一通信接口，并且实质上衰减具有第二频带和第二协议的通信。

6.一种与耦接到数字数据总线的场设备进行通信的方法，该方法包括以下步骤：

在场设备中经由该数字数据总线接收具有第一协议的通信；

在场设备中经由该数字数据总线接收具有不同于第一协议的第二协议的通信；

在通信耦接到该数字数据总线的第一通信接口内处理具有第一协议的通信，其中处理第一协议的步骤包括使用具有用于过程控制的第一协议的通信；以及

在通信耦接到该数字数据总线的第二通信接口内处理具有第二协议的通信，其中处理第二协议的步骤包括使用具有用于配置场设备的第二协议的通信。

7.一种与耦接到数字数据总线的场设备进行通信的方法，该方法包括以下步骤：

在场设备中经由该数字数据总线接收具有第一协议的通信，其中接收具有第一协议的通信的步骤包括接收在第一频带中的通信；

在场设备中经由该数字数据总线接收具有不同于第一协议的第二协议的通信，其中接收具有第二协议的通信的步骤包括接收在不同于该第一频带的第二频带中的通信；

在通信耦接到该数字数据总线的第一通信接口内处理具有第一协议的通信；以及

在通信耦接到该数字数据总线的第二通信接口内处理具有第二协议的通信。