CN102365596A - 无线现场维护适配器 - Google Patents
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Abstract
一种无线现场维护适配器(114)包括电源(132)、控制器(130)、低功率射频通信模块(122)和无线过程通信协议模块(120)。控制器(130)与电源(132)耦合。低功率射频通信模块(122)还与控制器(130)耦合。无线过程通信协议模块(120)与控制器(130)耦合。控制器(130)被配置为：基于从低功率射频通信模块(122)接收的信息，通过无线过程通信协议模块(120)进行通信。
Description
背景技术
手持式现场维护工具是已知的。这种工具在过程控制和测量业中非常有用，在指定过程安装中允许操作者方便地与现场设备进行通信和/或询问。这种过程安装的例子包括石油、制药、化工、制浆和其他流体处理安装。在这种安装中，过程控制和测量网络可包括几十甚至几百种不同的现场设备，其需要周期性地维护以确保这些设备运转正常和/或已校准。此外，当检测到过程控制和测量安装中一个或多个错误时，手持式现场维护工具的使用允许技术人员快速诊断出现场中的这种错误。
由于至少一些过程安装可能涉及易挥发的、或者甚至爆炸性的环境，因此使现场设备和用于该现场设备的手持式现场维护工具符合本质安全要求通常是有利的、甚至是必需的。这些要求有助于保证兼容电子设备甚至在故障条件下也不会产生点火源。本质安全要求的一个例子在以下文献中提出：APPROVAL STANDARD INTRINSICALLY SAFE APPARATUS ANDASSOCIATED APPARATUS FOR USE IN CLASS I，II and III，DIVISIONNUMBER 1 HAZARDOUS(CLASSIFIED)LOCATIONS，CLASS NUMBER 3610，1998年10月由Factory Mutual Research颁布。符合本质安全要求的手持式现场维护工具的一个例子包括以商品名称型号475 Field Communicator销售的手持式现场维护工具，可以从位于Eden Prairie，Minnesota的Fisher-Rosemount Systems公司获得。
假设考虑现场设备独特的环境，传统上通信信令已被精心控制。工业过程通信协议的例子包括高速可寻址远程换能器(HART
)协议和FoundationTM现场总线协议。由于对每个现场设备进行物理布线连接，认为这两种协议是有线协议。
近来，将一些现场设备设计为进行无线通信，因此，这些现场设备不需要任何通信或电源配线，从而简化了现场配线以及与设备的交互。然而，具有以下端子的手持式现场维护工具不能简单地与这些新的无线现场设备进行通信，所述端子被设计为与现场设备的配线端物理耦合。
发明内容
一种无线现场维护适配器包括电源、控制器、低功率射频通信模块以及无线进程通信协议模块。控制器与电源耦合。低功率射频通信模块也与控制器耦合。无线过程通信协议模块与控制器耦合。控制器被配置为基于从低功率射频通信模块接收的信息来与无线过程通信协议模块通信。
附图说明
图1A和1B是根据现有技术与现场设备耦合的手持式现场维护工具的示意图。
图2是根据本发明实施例与无线现场设备交互的手持式现场维护工具的示意图。
图3是根据本发明实施例无线现场维护适配器的示意图。
图4是根据本发明实施例确定和/或记录相对于无线现场设备的“校准前(as found)/校准后(as left)”数据的方法的流程图。
图5是根据本发明实施例的执行无线过程通信环和/或设备的环和/或段测试的方法的流程图。
具体实施方式
图1A和1B是根据现有技术与现场设备耦合的手持式现场维护工具22的示意图。如图1A所示，手持式现场维护工具22包括分别与测试导线30、32耦合的一对端子25、27，所述测试导线30、32进而与现场设备20的端子24耦合。端子24可以是专用端子，以允许这种手持式现场维护工具与设备20耦合并且与之交互。
图1B示出了一种备用结构，其中，手持式现场维护工具22直接与过程控制环34耦合，过程控制环34与现场设备23耦合。在任一情况下，手持式现场维护工具与现场设备之间的有线连接允许手持式现场维护工具与期望的现场设备20、23相互交互
图2是根据本发明实施例与无线现场设备交互的手持式现场维护工具的示意图。系统100包括经由无线现场维护适配器114与无线现场设备104进行无线通信的手持式现场维护工具102。将无线现场设备104演示为工业过程流体压力变送器，所述工业过程流体压力变送器具有与之耦合的压力管汇106和电子装置箱108。电子装置箱108还与能量源(在本例子中示作太阳能电池110)耦合，并且包括通过天线112进行无线通信的无线通信模块。仅以说明性的目的提供了无线现场设备104。实际上，无线现场设备104可以是任何工业用设备，例如，过程流体温度变送器、过程流体电平变送器、过程流体流量变送器、阀门控制器、或者对工业过程的测量和/或控制有用的任何其他设备。
无线现场设备104根据无线过程通信协议来进行通信。这种协议的一个例子是新WirelessHART标准。该标准使用2.4GHz频率的无线通信，其他采用与WiredHART
通信中使用的命令结构相同的命令结构。可以在HART Communication Foundation发布的WirelessHART
规范中找到关于WirelessHART
协议的更具体信息。WirelessHART
规范的相关部分包括HCF_Spec 13，revision7.0；HART规范65-无线物理层规范；HART规范75-TDMA数据链路层规范(涉及时分多址的TDMA)；HART规范85-网络管理规范；HART规范155-无线命令规范；和HART规范290-无线设备规范。尽管WirelessHART
协议是无线过程通信协议的一个例子，根据本发明实施例可以采用其他标准。
根据本发明实施例，手持式现场维护工具102包括相对近距离射频模块，例如根据已知蓝牙规范(例如额定为功率电平2的蓝牙规范2.1)的相对近距离射频模块。然而，因为蓝牙和无线HART
之间的命令语法和信令不一致，手持式现场维护工具102根据蓝牙规范进行通信的能力不允许与无线现场设备104进行无线交互。因此，本发明实施例通常采用适配器114来与手持式现场维护工具102进行双向通信，并且与无线现场设备104进行双向通信。如下面将更详细描述的一样，适配器114包括：经由硬件、软件或两者进行适配(adaption)，用于根据手持式现场维护工具102的相对低功率射频通信进行通信，以及用于根据例如WirelessHART
协议的至少一个无线过程通信协议来进行通信。本领域技术人员应认识到：因为适配器114与手持式现场维护工具102和无线现场设备104进行无线通信，所以不需要到任一设备的物理连接。因此，设想在现场维护期间，适配器114可以是技术人员携带的简单模块。此外，尽管提供具有直接无线HART
通信能力的手持式现场维护工具可以避免对适配器114的需求，不向技术人员当前使用的传统手持式现场维护工具提供与无线HART
现场设备进行通信的能力，传统手持式现场维护工具仅具有根据蓝牙协议进行通信的能力。此外，因为蓝牙规范提供相对标准化的通信，设想多个适配器114可用于根据现有或者可以稍后开发的多种不同无线过程通信协议来经由单个手持式现场维护工具进行通信。因此在某种程度上，提供无线过程通信适配器允许：当与适当的适配器114结合使用时，手持式现场维护工具102实质上被用作通用无线配置器。根据本发明实施例，可以使用的其它适当无线过程通信协议的例子包括由Instrument Society of Automation保持为ISA-SP100.11协议的协议，或者任何其他适当的无线过程通信协议。最终还设想：除蓝牙规范之外，适配器114还可以包括任何适当的附加或备选射频通信协议，例如，根据WLAN协议的IEEE 802.11族的已知Wi-Fi协议，和/或已知的RFID信令协议。
图3是根据本发明实施例无线现场维护适配器的示意图。优选地，适配器114通过使用可再充电电池进行自供电。此外，优选地，适配器114的物理性质使得设备可以被放置在口袋中或在带扣上。此外，优选地，适配器114符合例如以上列出的本质安全规范，以有助于在潜在爆炸性环境中保证安全。
无线过程通信适配器114包括至少一个无线过程通信模块120。无线过程通信模块120的适当例子包括根据例如上述WirelessHART
协议的已知无线通信协议产生和/或接收适当信号的模块。另一个适当的无线过程通信标准在ISA 100.11a中提出。该技术建议根据IEEE802.15.4-2006，在2.4GHz频率使用无线电电路来进行无线通信。尽管将参考包括单个无线过程通信模块的适配器114来描述本发明实施例，清楚地设想：可以利用包括根据多个不同的无线过程通信协议来进行通信的多个无线过程通信模块的无线适配器来实施本发明实施例。
适配器114还包括至少一个相对低功率的射频通信协议模块122。此外，清楚地设想可以使用多个不同的低功率射频模块122。每个这种模块根据已知的低功率射频通信协议来进行通信。这种协议的适当例子包括已知的蓝牙规范124、根据IEEE 802.11126进行的通信和/或在已知的射频识别(RFID)技术128中使用的通信信令协议。每个模块120和122与控制器130相连，控制器130优选是微处理器。通过经由硬件、软件或两者的适当适配，控制器130被配置为使用模块120和122来进行双向通信。在这种方式中，可以处理经由模块122接收的信号，并且基于该信号的信息可以通过模块120来发送。反之，可以处理经由无线过程通信组件120接收的信号，并且基于该信号的信息可以通过无线通信协议模块122来传送。此外，在采用了多个低功率射频指示协议模块122的本发明实施例中，清楚地设想：控制器130可以被配置为将从一个通信适配器122中接收的第一协议的信号进行转换或适应，以根据第二协议来通过第二模块122进行通信。例如，在适配器114包括用于根据蓝牙进行通信的无线过程通信协议模块以及用于根据Wi-Fi来进行通信的模块的实施例中，控制器130可以被调节为：对蓝牙和Wi-Fi设备之间的通信进行转换或桥接。
适配器114包括与适配器114的如标有“到所有”的箭头134所示的所有其它组件相连的电源模块132。优选地，电源模块132是可再充电电池，也可以是能够存储、生成或调节适当电能的任意适当电源，以操作适配器114。
本发明实施例还可以包括在图3的示意图(phantom)中示出的任何或者全部特征。特别地，本发明实施例可以包括适配器114，采用通用串行总线(USB)模块135来利于控制器130与耦合到USB端口136的外部设备之间根据通用串行总线通信标准进行的通信。此外，USB模块134还与电源模块132耦合，使得当适当设备与USB端口136耦合时，电源模块132可以被重新充电或从USB模块134接收能量。此外，适配器114可以包括与有线端子140、142耦合的一个或多个有线过程通信协议模块138，以允许控制器130根据一个或多个过程有线通信协议来进行通信。这种模块的适当例子可以在2007年10月16日提交的、共同受让悬而未决的U.S.专利申请序列号11/974917中找到。此外，本发明实施例可以包括具有与控制器130耦合的GPS接收机模块144的适配器114。GPS接收机模块144可以根据任何已知GPS技术，并且可以根据已知技术提供适配器114的位置信息。此外，因为GPS卫星提供非常精确的时间基准，所以GPS模块144可用于设置或同步模块114的时间基线。最后，GPS模块144可以适于根据已知的差分GPS技术来进行操作，其中，固定的网络、基于地的基准位置可以被用于广播由卫星系统指示的位置与已知固定位置之间的差。
优选地，控制器130被配置为通过例如蓝牙124或USB 134的所选连接来利于固件/软件升级。此外，相信随着标准变为可用，升级这种固件/软件将允许适配器114更易支持例如SP100或Foundation现场总线的其它过程通信网络或随后开发的过程通信网络。
尽管参考利于蓝牙启用的手持式通信器与无线现场设备之间的通信描述了本发明实施例，但是，本领域技术人员应理解：可以实施本发明实施例，其中可以对根据无线通信协议124、126、128来自任何设备进行的通信进行转换或适配，以用于根据无线过程通信协议来进行通信。因此，诸如桌上型电脑PC之类的计算机或任何适当的蓝牙启用主机设备可以与无线现场设备进行无线通信。
提供根据本发明实施例的无线过程通信适配器利于多个现场维护任务。该任务包括无线现场设备的配置、校准、测试和故障检测。
一般来说，具有必须被配置用于期望测量和应用的多个变量的现场设备可能是复杂的。维护人的共同责任是验证现场设备参数，利用适当的配置工具对现场设备进行必要的改变，将设备配置和验证之前的校准数据“校准前数据”以及在完成验证之后的“校准后数据”进行归档。该数据可以包括关于测量、现场设备条件和设备配置的信息。然后“校准前/校准后”数据可以被存储在便携手持式现场维护工具中，或通过一种方法或其它手段将其转换到设备数据库或资源管理软件包中，以用于以后参考。
在历史上，从现场设备获得数据意味着：将设备物理连接于适当的现场维护工具，或在大多数严格情况下，从过程卸载现场设备以验证工作台上所需细节。取决于现场设备的位置和安装，创建到现场设备端的物理连接以访问期望数据可能是困难的，或者简单来说，由于基于安全原因而在工厂中不能打开设备导致创建到现场设备端的物理连接来访问期望数据是不可能的。根据本发明实施例，无线现场维护适配器能够将来自无线现场设备的信号传送至优选是本质安全的手持式现场维护工具。此外，可以将信号从手持式现场维护工具传送到无线现场设备或无线网络，以确定和/或记录用于无线现场设备的“校准前/校准后”数据。要由无线过程通信适配器转换的信号可以是从手持式现场维护工具到无线现场设备的请求，或者是来自无线现场设备的数据。
根据一个实施例，适配器114可以借助有线过程通信模块138和端子140、142与手持式现场维护工具的有线端子物理耦合。因此，在这个实施例中，适配器114通过端子140、142从手持式现场维护工具接收信号，并且与无线现场设备进行无线HART
通信以确定和/或记录用于无线现场设备的“校准前/校准后”数据。因此，在这个实施例中，适配器114将来自无线HART
启用现场设备或网络的无线HART
信号转换或适配为手持式现场维护工具可以处理的HART
信号。
在另一实施例中，其中，手持式现场维护工具可以具有根据例如蓝牙的相对低功率射频通信协议进行通信的能力，适配器114不需要与手持式现场维护工具或无线现场设备物理耦合。在本实施例中，适配器114将来自手持式现场维护工具的信号转换为例如无线HART
的无线过程通信信号，然后，所述信号被传送到无线启用现场设备或过程通信网络。适配器114还将来自无线启用现场设备或网络的无线过程通信信号转换为手持式现场维护工具可以处理和/或存储的蓝牙信号。优选地，手持式现场维护工具和适配器114被构造为符合例如以上所述的本质安全规范。
图4是根据本发明实施例确定和/或记录相对于无线现场设备的“校准前/校准后”数据方法的流程图。方法200在块202开始，其中，无线现场维护适配器与手持式现场维护工具耦合。可以物理地204或经由蓝牙配对206来完成在块202中实施的耦合。以上描述了该技术的每一种。方法200在块208继续，其中，技术人员与手持式现场维护设备交互以产生对校准前/校准后数据的请求。接下来，在块210，手持式现场维护设备与无线现场维护适配器交互来与无线现场设备通信，以确定和/或记录校准前/校准后数据。此外，可以存储相对于测量、无线现场设备的条件、设备配置或任何其它适当信息的任何适当附加信息。附加信息可以包括时间和/或日期戳，以及由GPS传感器指示的无线现场设备的位置指示。方法200继续到块212，其中，存储校准前/校准后数据。如图4所示，该数据的存储可以是：如块214所示在手持式现场维护工具中，或者如块216所示，经由设备数据库或设备管理软件包。
根据本发明实施例的无线现场维护适配器明显有利的另一共同的维护任务是过程通信段和环的验证测试。维护人的共同责任是“验证测试”控制环或段以验证安装在控制环或段上的现场设备被正确的有线连接、布线完整和准确、电源可用以及根据需要适当的安装和配置警告。通常使用诸如手持式通信器或加载所需软件的膝上型PC之类的手持式现场维护工具来执行该验证测试，所需软件实施来自不同现场设备的所需响应以测试过程通信环中例如仪表、记录器或警告的其它现场设备。
在历史上，使用便携式现场维护工具来进行验证测试需要访问现场设备，或与控制室物理相连的过程通信环，或在工厂或现场。在现场进行这种测试允许技术人员验证来自环中其它设备的期望响应(例如，仪表指示或音频警报)。但是，取决于环中接入点的位置，构建物理连接可能是困难或耗时的。
根据本发明实施例，可以将信号从优选是本质安全的手持式现场维护设备传送到现场设备或过程通信环中的网关，以“验证测试”控制环或段来验证：例如，设备被正确安装、布线是完整和准确的、电源可用、根据需要适当地安装和配置警报。
在一个实施例中，适配器114与手持式现场维护工具的有线端子物理耦合。例如，端子140、142可以与手持式现场维护工具的端子物理耦合。然后，适配器114使用有线过程通信模块138将来自手持式现场维护工具的有线HART
信号实质上转换为可以由无线过程通信协议模块120传送到无线现场设备的信号。适配器114还可以将来自无线启用现场设备或网关的无线过程通信信号转换或适配为手持式现场维护工具可以处理的过程有线信号。优选地，根据至少一个本质安全规范构造手持式现场维护工具和适配器114。
在另一实施例中，适配器114可以与手持式现场维护工具间隔开。在本实施例中，适配器114接收例如来自手持式现场维护工具的蓝牙信号的低功率射频信号并使用适当的配置和/或软件指令，控制器130可以将该信号转换为适当的无线过程通信信号。例如，可以将蓝牙信号转换为无线HART
信号。可以将这些无线过程通信信号传送到无线启用现场设备或网关。适配器114还被配置为：将无线过程通信信号转换为手持式现场维护工具可以处理的蓝牙信号。
在另一实施例中，适配器114可以与需要软件来运行的蓝牙启用计算机物理连接或位于其远程位置以执行环测试和/或段测试。在本实施例中，适配器114将来自计算机的蓝牙信号转换为例如无线HART
信号的无线过程通信信号，然后，无线过程通信信号被传送到无线启用的现场设备或网关。适配器114还可以反向操作，将来自无线启用现场设备或网关的无线过程通信信号转换为计算机可以处理的蓝牙信号。
在另一实施例中，适配器114可以与计算机上的USB端口物理连接。然后，计算机运行适当的软件以执行无线现场设备上的环和/或段测试。在本实施例中，适配器114将经由USB模块134接收的通信信息转换为适当的无线过程通信信号以用于通过无线过程通信模块120传送。适配器114还可以反向操作，将从模块120接收的无线过程通信信号经由模块134传送到计算机。此外，在适配器114包括GPS模块144的实施例中，可以使用相对于适配器114的位置的附加数据来增加环测试和/或段测试。
图5是根据本发明实施例执行无线过程通信环和/或设备的环和/或段测试方法的流程图。方法250在块252开始，其中，手持式现场维护工具或适当的计算设备与无线过程通信适配器耦合。可以物理地(254)进行该耦合，例如使用过程有线连接(256)或使用USB连接(258)。附加地或备选地，耦合可以是无线的260。方法250在块262继续，其中，启动环/段测试。随后，块264通过无线过程通信适配器执行手持式现场维护工具或个人计算机与无线过程通信环和/或一个或多个无线现场设备的交互。一旦块264的交互完成，在块266记录测试结果。可以在手持式现场维护工具中记录测试结果和/或将测试结果存储在无线现场维护适配器中以用于随后将其传送到适当的数据库、设备管理系统或其它适当软件应用中。
尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。
Claims (20)
1.一种无线现场维护适配器，包括：
电源；
与电源耦合的控制器；
与控制器耦合的低功率射频通信模块；
与控制器耦合的无线过程通信协议模块；以及
其中，控制器被配置为：基于从低功率射频通信模块接收的信息，通过无线过程通信协议模块进行通信。
2.如权利要求1所述的无线现场维护适配器，其中，控制器还被配置为：基于从无线过程通信协议模块接收的信息，通过低功率射频通信模块进行通信。
3.如权利要求1所述的无线现场维护适配器，其中，低功率射频通信模块根据蓝牙规范进行通信。
4.如权利要求1所述的无线现场维护适配器，其中，无线过程通信协议模块根据无线HART规范进行通信。
5.如权利要求1所述的无线现场维护适配器，其中，电源是可再充电电池。
6.如权利要求1所述的无线现场维护适配器，还包括与电源和控制器可操作耦合的USB通信模块。
7.如权利要求1所述的无线现场维护适配器，还包括可操作地布置在多个终端和控制器之间的有线过程通信协议模块。
8.如权利要求7所述的无线现场维护适配器，其中，有线过程通信协议模块是HART过程通信协议模块。
9.如权利要求1所述的无线现场维护适配器，还包括：GPS接收机，与控制器耦合，以向控制器提供对适配器的地理位置的指示。
10.如权利要求1所述的无线现场维护适配器，其中，控制器具有可更新的固件。
11.如权利要求1所述的无线现场维护适配器，还包括与控制器耦合的附加低功率射频通信模块。
12.如权利要求11所述的无线现场维护适配器，其中，控制器还被配置为对多个低功率射频通信模块之间的信号进行转换。
13.如权利要求1所述的无线现场维护适配器，还包括附加无线过程通信协议模块，其中，多个无线过程通信协议模块被配置为根据不同的无线过程通信协议来进行通信。
14.一种确定相对于无线现场设备的校准前/校准后信息的方法，所述方法包括：
将手持式现场维护工具耦合至无线现场维护适配器；
使用手持式现场维护工具产生对于校准前/校准后数据的请求；
基于请求构造无线过程通信信号，将该信号传送至无线现场设备；
从无线现场设备接收校准前数据/校准后数据，作为无线过程通信信息；以及
存储校准前/校准后数据。
15.如权利要求14所述的方法，其中，将手持式现场维护工具耦合至无线现场维护适配器包括：将手持式现场维护工具物理耦合至无线现场维护适配器。
16.如权利要求14所述的方法，其中，将手持式现场维护工具耦合至无线现场维护适配器包括：根据无线握手过程将两个设备配成对。
17.一种使用手持式现场维护工具对过程通信环或段进行验证测试的方法，方法包括：
将手持式现场维护工具耦合至无线现场维护适配器；
使用手持式现场维持工具启动验证测试；
使用无线现场维护适配器与至少一个无线过程设备交互；以及
记录验证测试结果。
18.如权利要求17所述的方法，其中，将手持式现场维护工具耦合至无线现场维护适配器包括：将手持式现场维护工具物理耦合至无线现场维护适配器。
19.如权利要求18所述的方法，其中，物理耦合是经由无线现场维护适配器中的过程有线通信模块来实现的。
20.如权利要求18所述的方法，其中，物理耦合是经由通用串行总线连接来实现的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120229 |