CN101395452B - 带有可拆卸本地操作者接口的变送器 - Google Patents
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Abstract
一种与可拆卸操作者接口(202)一起使用的过程变量变送器(100),具有非易失性存储器(204)和锁定部件(210)。该非易失性存储器(204)存储设备设置(206)。如果可拆卸操作者接口(202)不存在,则锁定部件(210)禁止改变变送器的设置。变送器(100)中的电路检测可拆卸操作者接口(202)的存在。可拆卸操作者接口(202)可以包括零点和量程设置。
Description
技术领域
本发明涉及在工业过程中使用的现场设备,尤其涉及用于使操作者与这种现场设备交互作用的可拆卸操作者接口。
背景技术
工业现场设备(有时称为工业过程变送器)典型地包括适于感测与工业过程相关的过程变量的位于现场设备中的电路。取决于特殊的执行过程,过程变量可以包括温度、压力(包括绝对或测量压力)、流体流速、粘滞性、pH以及各种其他过程变量。
这种变送器典型地包括用于校准的机构。例如,在4-20mA的变送器中,可以将感测参数的最小值或零值调整成对应于最小的输出(例如4mA的电流)。类似地,可以将感测参数的最大值设置成最大输出(例如20mA的电流)。可以使用调零和量程(span)电位计校准变送器的最小和最大设置。
由于最小和最大参数值可能随着设备的不同而变化,因而工业现场设备的制造者通常提供使用者可以在每一个现场设备上本地使用的按钮或螺钉,以便设置其零点和量程参考点。取决于特殊的现场设备,按钮或螺钉的位置可以在现场设备的外壳内,例如在现场设备的盖子内,或者可以在设备外部,该设备的顶部或侧面。可选择地,可以使用与该现场设备连接的本地操作者接口(LOI),如键盘,来选取零点和量程设置。
在过程工业如制药、生物工艺或食品和饮料工业中使用的工业现场设备或过程变送器经常需要满足与用于制造产品的过程的校验和批准有关的特别需求。校验和批准过程中包括的是对变送器日常和定期校准的需求。典型地控制对这种系统的访问以防止未经许可的访问,而在每个现场设备或者变送器上提供这种调整设备会使得对该设备设置进行的不希望和/或未经许可的改变成为可能。
因此,在监视和过程控制现场设备中持续需要一种用于调整变送器的设置的设备,其使得操作者调整容易和简单,同时最小化经过许可做出该调整的操作者的数量。本发明的实施例提供对这些和其他问题的解决方案,并且提供胜于现有技术的优点。
发明内容
一种过程设备,包括适于存储过程设备设置的非易失性存储器,以及用于与可拆卸设备通信的通信电路。该可拆卸设备用于配置过程设备设置。闩锁部件被配置成锁定过程设备设置。
附图说明
图1是依据本发明实施例的变送器和特征模块的分解图。
图2是连接到图1的变送器的可拆卸本地操作者接口的简化框图。
图3是工业过程变量变送器的简化示意图,以局部截面图示出了可拆开的LOI电路。
图4是变送器电路基于存在的LOI电路管理变送器设置的过程的简化流程图。
具体实施方式
在本发明的具体实施例中,配置工业过程变量变送器,以便测试连接的可拆卸接口模块,例如LOI(本地操作者接口)模块。如果可拆卸接口模块是未连接的,则该变送器中的电路适于相对于随后的变化锁定变送器的设置。
图1是其中可实现本发明实施例的两线制模块化差压变送器100的分解图。变送器100是两线制变送器,其使用相同的两个导线98将功率和信号传递到远程监视和控制中心96。变送器100仅仅是适当的过程监视和控制设备的一个例子,并且不是为了限制本发明的用途或功能的范围。
变送器100包括特征模块102和压力感测模块106。压力感测模块106例如通过法兰108和螺纹管(threaded pipe)116连接到工业过程的导管或管道。
将特征模块102密封到压力感测模块106,并且适于封闭变送器100的电子电路,在下文中将更加详细的表示和论述。电连接器112优选是气密的,其包括提供图2所示的电互连208的多个触点。一种类型的可拆卸输入接口是本地操作者接口120(LOI),其具有带有按钮122的液晶显示(LCD)电路,该按钮电连接到电互连208。LOI 120经由特征模块102内的互连板连接到变送器100。LOI 120用于控制变送器100中的设置。
图2是表示变送器100的简化框图200。所示的可拆卸连接的可拆卸输入接口202可拆卸地连接到变送器100。可拆卸输入接口202连接到变送器100中的电子电路,并且用于设置变送器100的参数。图2中示出了非易失性存储器204,在其中存储设备设置206。可拆卸输入接口202通过电互连208连接到变送器100。配置变送器100中的闩锁/锁定电路210,以便锁定开关状态或者来自可拆卸输入接口202的其他输入,从而可拆卸送输入接口202可以与变送器100断开连接。例如,可以锁定可拆卸输入接口202上最后状态的开关,并且将适当的输入给予变送器100中的电路。可以在硬件或软件中执行这种锁定。可拆卸输入接口202是“热插拔的(swappable)”,并且在不使变送器100中的电路断电的情况下,能够选择性地连接到变送器100。锁定电路210可以包括配置成执行存储在存储器(如存储器204)中的软件指令的微处理器。
图3是更加详细地表示特征模块102的变送器100的截面图。在图3的结构中,所示的可拆卸输入接口(LOI)202连接到特征模块102的端子,并且通过电互连208连接到传感器模块106中承载的传感器模块电路230。图2中示出的非易失性存储器204、设备设置206、闩锁/锁定电路210和测试电路212可以在传感器模块电路230中实现。传感器196连接到传感器模块电路230。将该传感器配置成感测过程变量。
如图3中所说明的,将特征模块102拧(thread)到传感器模块106上。在特征模块102中示出连接端子198A和198B、232、234和236。端子198A和198B用于连接到两线制过程控制回路98,并且提供通过电阻238到传感器模块电路230的连接。端子198B还连接到零点开关252。通过端子198B、232、234和236提供连接到本地操作者接口202的电互连208。端子232可以呈现本地数据总线连接,例如与CAN(控制器区域网络)标准一致的数据总线。端子234和236用于调整变送器100的设备设置。端子198B提供电路公共端(common)。
可拆卸输入接口202包括开关250、零点开关252、量程开关254和二极管256。开关250包括写保护开关251和警报开关253。零点和量程开关252、254用于设定变送器100的零点和量程设置。写保护开关251可以用于使设备处于硬件写保护状态。在这种状态下,不能改变变送器100的设备设置(图2中的206)。警报开关254控制变送器100输出的警报条件为警报高输出或警报低输出信号。
在运行中,例如使用盲配对(blind mate)连接器将本地操作者接口202插入电互连208。优选地,可以在不干扰过程控制回路98的连接的情况下出现该连接。将二极管256配置成连接在数据总线232与开关线路234和236之一之间。将传感器模块电路230中的软件配置成感测二极管256的存在。例如,可以将该软件配置成实现测试电路212,以便通过检测二极管256的存在来识别本地操作者接口250的存在。依据本发明的一个方面,将传感器模块电路230中的软件配置成周期性地询问电互连208,以便在变送器100正常运行期间,检测二极管256的存在。通过监视二极管256的存在或不存在,该软件能够确定开关,如零点和量程开关252或254以及警报开关250和写保护开关251,的存在或不存在。如果存在,则该软件可以确定开关250、251、252和254的状态。如果不存在,则该软件可以锁定并保持最后获知的设置。
配置连接198、232、234和236,以便当将本地操作者接口202插入到特征模块102时,到两线制过程控制回路98的连接没有切断,并且变送器电路不会失去电力。由于这种结构,可拆卸输入接口202是“热插拔的”,并且在变送器100的运行期间,可以选择性地连接或从特征模块102断开。此外,通过拆卸本地操作者接口202,可以选择性地将有源器件(如LCD等)插入电互连208。
图4是在配置成依据本发明运行的传感器模块电路230中运行的软件的简化框图300。在块302,软件300通过检测图3所示的二极管256来测试本地操作者接口202的存在。如果在块304没有响应返回,则在块306闩锁/锁定电路210锁定当前的变送器设置,并且将控制返回块302(要注意的是,闩锁/锁定电路210可以以软件、硬件或者两者的组合来实现)。
如果在块204返回响应,则将控制传到块308,并且闩锁电路210解锁图2中所示的设备设置206。在这种结构中,在块310,操作者可以通过使用本地操作者接口202随意改变变送器的设置。在另一个示例结构中,可以使用从例如监视和控制中心96或便携式配置工具通过两线制过程控制回路98传递的控制设置来改变变送器的设置。
当变送器100进行其自身的初始化例程时,变送器100中的软件在加电时询问数据总线和SW2线路。在初始化例程期间检测到二极管的存在以及一旦变送器到达运行模式时,该软件周期性地询问数据总线和SW2线路,以便确定零点或量程按钮是否被按下,或者模式开关是否已经改变状态(开或关)。如果在初始化期间未检测到二极管的存在,则变送器认为没有安装LOI,并且不能实现手动输入例程。然而,变送器中的电路可以周期性地检查二极管256的存在,并且与此响应地实现手动输入例程。
通常,本发明利用通信总线,该通信总线可选择地连接到变送器电路,并且从变送器电路得到功率,以便能够可释放地连接到变送器,从而提供热插拔的本地操作者接口。本地操作者接口通过互连板连接到变送器电路,该互连板能够被扣或拧到变送器上,以便建立连接。通常,将该设备插入特征模块102的端子。本发明提供模块式可插入本地操作者接口(LOI),该本地操作者接口提供按键和锁定系统。LOI设备包括零点和量程按钮,其可以用于设置例如相对于已知输入的变送器的4-20毫安输出。LOI设备还能够包括其它开关或跳线,该开关或跳线可以用于设置警报,设置警报参数,校准现场设备以及实现写保护模式。LOI设备是与变送器的功率端子分开的,以便可以在不干扰变送器的功率的情况下增加或去除该LOI设备。此外,LOI是可以与本地LCD显示器或其他任意的电路互换的。LCD显示器可以或者不可以使用零点/量程按钮和模式开关。
该系统包括热插拔能力,这意味着其在运行期间可以在不干扰变送器的情况下安装和/或拆卸。这允许使用者将LOI/LCD插入工作变送器,做任何必要的调整,然后拆除LOI/LCD。在优选的实施例中,LOI/LCD的拆除使变送器的配置停留在最后已知的状态下,然后以软件不能调整的方式锁定该变送器设置。这样,在不用担心其它机构会改变现场设备的设置的情况下,可以将现场设备配置和锁定在最后已知的状态。虽然上面的描述关注于过程变量变送器,但是本发明可适用于任何在工业过程中使用的设备,以便控制和/或监视工业过程。在一个特殊的结构中,过程设备连接到两线制过程控制回路,接收功率,并且在两个相同导线过程控制回路上通信。
为了配置的目的,二极管允许将LOI板用作虚拟按键解锁。在加电时,在变送器100上运行的软件进行其初始化例程,并且如果检测到存在二极管,则指示连接了LOI板。该软件能够实现手动输入功能。该软件周期性地询问数据总线和SW2线路,以便确定二极管是否仍然存在。如果二极管不存在,则软件忽视输入,并且拒绝输入状态的任何改变。该软件将周期地继续,并且寻找二极管的存在,以便确定LOI202是否重新连接。
如果软件没有检测到二极管的存在,则其在数据总线上周期性地发送呼唤(hail)信息。如果外围数据总线设备(例如LCD)响应该呼唤信息,则软件使用数据总线协议与设备通信。使用数据总线通信,变送器软件能够确定连接的特征模块是否包括手动输入(例如本地零点和量程按钮以及模式开关)。使用数据总线协议将输入数据传回变送器软件。随后,如果特征板退出运行或者被物理拆卸,则变送器软件开始检查二极管,并且发送呼唤信息,以便重新建立通信。
虽然已经参考优选实施例描述了本发明,但本领域技术人员能够认识到:在不脱离本发明精神和范围的情况下,可以进行形式和细节的改变。例如,一种特殊的数据总线协议是CAN协议。
Claims (20)
1.一种过程控制设备,与可拆卸操作者接口一起用于监视或控制工业过程,所述过程控制设备包括:
非易失性存储器,适于响应所述可拆卸操作者接口而存储设备设置;以及
锁定部件,适于在所述可拆卸操作者接口与所述过程设备断开的情况下禁止改变已存储的设备设置。
2.如权利要求1所述的设备,其中,所述过程设备包括:
工业过程变送器,适于监视工业过程的过程变量。
3.如权利要求1所述的设备,进一步包括:
测试电路,适于检测所述可拆卸操作者接口的存在。
4.如权利要求1所述的设备,进一步包括:
双向通信总线,适于以通信方式将所述可拆卸操作者接口连接到所述设备。
5.如权利要求4所述的设备,其中,所述双向通信总线符合CAN协议。
6.如权利要求1所述的设备,其中,所述设备设置包括:
零点和量程设置,所述零点和量程设置限定与过程参数的测量值范围相对应的输出值范围。
7.如权利要求1所述的设备,其中,所述设备设置包括警报设置。
8.如权利要求1所述的设备,其中,所述设备设置包括写保护设置。
9.如权利要求1所述的设备,其中,所述锁定部件以软件实现。
10.如权利要求3所述的设备,其中,所述测试电路检测本地操作者接口中二极管的存在。
11.如权利要求3所述的设备,其中,所述测试电路周期地测试可拆卸操作者接口的存在。
12.一种用于存储设备设置的过程设备中的方法,包括:
将本地操作者接口连接到所述过程设备;
检测所述本地操作者接口与所述过程设备之间的连接;
读取来自所述本地操作者接口的手动输入;
响应于所述手动输入,在所述过程设备中存储设备设置;以及
锁定已存储的设备设置。
13.如权利要求12所述的方法,包括监视工业过程的过程变量。
14.如权利要求12所述的方法,进一步包括:
与适合的可拆卸操作者接口双向通信。
15.如权利要求14所述的方法,其中,所述双向通信符合CAN协议。
16.如权利要求12所述的方法,其中,所述设备设置包括:
零点和量程设置,所述零点和量程设置限定与过程参数的测量值范围相对应的输出值范围。
17.如权利要求12所述的方法,其中,所述设备设置包括警报设置。
18.如权利要求12所述的方法,其中所述设备设置包括写保护设置。
19.如权利要求12所述的方法,包括执行以软件实现锁定的步骤。
20.如权利要求12所述的方法,其中,检测连接的步骤包括检测所述本地操作者接口中的二极管。
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