[发明专利]具有物理层诊断系统的电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有物理层诊断系统的电路，所述物理层诊断系统尤其但并非唯一地被用作改进的现场总线物理层诊断系统。

背景技术

现场总线(Fieldbus或field bus)是用于实时分布式控制的工业计算机网络协议系列的名称，现在被标准化为IEC 61158。复杂的自动化工业系统，例如燃油精炼厂，通常需要有组织的控制器系统体系来运作。在此体系顶层存在人机接口(HMI)，其中操作者可以监视或操作系统。这一般经由时间不关键的通信系统(例如以太网)链接到可编程逻辑控制器(PLC)的中间层。在控制链底层是现场总线，所述现场总线把PLC链接到实际上完成工作的组件，诸如传感器、致动器、电动机、控制台照明灯、开关、阀和接触器。

现场总线常常用在本质安全环境中，例如易燃气氛，并且特别是气体族类别IIC、氢气和乙炔，并且下面例如是针对气体和/或灰尘的气体族IIB和IIA。使用现场总线协议，在这种环境中的现场仪器和设备由本质安全电路来供电，该电路也用于远程控制和监视现场仪器。

近几年用于IEC 61158类型网络的现场总线物理层诊断已经被成功引入主流加工产业。例如，图1示出了典型的电力和通信电路，包括电源1、中继线部分(trunk section)2、设备耦合器3和与之连接的支路部分(spur section)4。设备5被安装在支路部分4上，并且在使用中它们向安装在中继线部分2上一定距离处的控制系统6发送数据信号。诊断模块7也被安装到中继线部分2上(通常位于与控制系统6相同的位置)，并且它通过测量与网络硬件相关联以及部分地与用于通信的物理软件或协议相关联的物理层变量来工作。

然而，像模块3那样的已知诊断模块只是测量物理层变量并且向控制系统6发送此信息以用于进一步诊断，或者如果监视的变量突破了一个或多个预定阈值则产生简单警报。为了建立这种功能，这些阈值必须被编程到诊断模块3中，这是费时的。还可能产生人为错误。

当在实现之前设计像在图1中所示出的现场总线电路时，设计者使用软件工具来建立电路模拟，其可以被测试。这种软件工具是分段检查器(Segment Checker)开放软件工具。分段检查器支持用于基础现场总线H1和Profibus PA的集中和分布式现场总线体系结构，并且它便于设计和模拟测试可能的现场总线分段以便检查它们的真实性。在分段检查器上建立的模拟电路设计或其它类似的程序包括设计电路的物理层属性，例如总计分段电流、设备标签、电缆长度、电缆类型等。

然而，像上面描述的那样建立的电路设计并未结合到实际电气电路的操作功能中。通常电路设计被电子存储到实际电路的控制系统中，但是其仅用于将来的人工参考和维修记录。

因此，迄今为止IEC61158物理层设计软件和实际监视的物理层数据从未以自动方式被相关，并且没有诊断系统具有用于执行这种相关的基础结构。用于针对电路设计验证所监视的物理层数据的唯一方式是在已经进行监视一段时间之后手动进行，这不允许瞬时的故障检测和校正。另外，当手动比较数据时可能出现错误。

发明内容

本发明旨在克服上述一些问题。

因此，根据本发明，一种电路包括电源、一个或多个设备、和诊断系统，其中所述诊断系统包括监视装置，适合于监视电路的物理层特征；数据库，包含用于所述电路的电路设计数据；和比较器装置，适合于通过把监视的所述电路的物理层特征与所述电路设计数据相比较来诊断监视的所述电路的物理层特征的状态。

利用此方案，诊断模块可以直接把监视的电路的物理层特征与该电路的原始设计相比较。因而诊断模块具有有效的信息数据库，据此比较实时的输入数据并且诊断比原先可以诊断的更多类型的故障。例如，电路设计可以包括三个现场设备，每个现场设备抽取不同的电流。如果电路中的监视的电流下降的量基本上与那些设备之一相同，那么诊断模块可以通过参照电路设计数据来诊断该特定设备的故障。

电路设计数据可以包括由电路设计工具产生的电路设计，并且可以包括多个正常操作基准(normal operating reference)。这些基准可以是以下中的一个或多个：电路设计的电压和/或电流电平；电路设计的电缆的长度和/或类型和/或电阻和/或身份(identity)；结合到所述电路设计中的设备的信号幅度和/或身份；结合到所述电路设计中的设备耦合器的操作参数。