CN104639262A - 无线发射器网络分析工具 - Google Patents

Abstract

一种手持无线发射器网络分析工具具有收发器，用于检测来自用于自动化工艺控制中的智能设备的收发器的无线信号。所述工具具有处理器，处理器具有用于分析接收的无线信号和噪声的频谱的程序模块。另一存储器模块包括设备描述协议程序，用于读取由来自智能设备的无线信号携带的标签和主要变量数据。网络工具显示来自智能设备的无线信号的频率和频谱、设备的标签和主要变量、信噪比和噪声来源的可能身份。

Description

无线发射器网络分析工具

技术领域

本发明涉及无线发射器网络分析工具。

背景技术

在制炼厂中，感测或控制用于处理化学制剂和药物制剂的参数的大多数新的现场仪器是智能设备。智能设备是基于微处理器的，具有额外功能和数字补偿，并且支持多个传感器类型或多个变量。智能设备包括一个或多个换能器，换能器感测真实世界参数（诸如温度、压力、流量或位置）并且输出表示所感测值的电信号。

智能设备使用诸如HART（可寻址远程换能器高速通道的首字母缩写）或现场总线之类的一个或多个工业接受的标准协议来与其它设备（诸如通信器和校准器）通信。HART是针对混合协议的工业标准，该混合协议实现智能现场设备和采用传统4-20mA布线的控制系统之间的通信。基金会现场总线（Foundation Fieldbus）是另一种全数字协议。这些和其它的协议使用存储在智能设备中的设备描述。协议使得制炼厂管理器能够混合不同制造商的仪器。

智能设备拥有一个或多个块或功能单元。功能单元具有输入、输出或控制功能。每个块具有一个或多个彼此关联的参数。参数是表征、影响或以另外方式相关于块或设备的属性。示例性参数包括：块的种类或设备的种类、块或设备的最大操作或测量范围、块或设备的模式、块或设备测量的值等。此外，参数具有一个或多个性质，诸如参数名称（例如温度）、性质的值（例如所测量的温度）以及测量中涉及的单位的性质（例如华氏度或摄氏度）。

每个智能设备均具有计算机存储器，计算机存储器保存设备描述（DD）。DD包括关于智能设备的信息并且还是用于操作智能设备的设备驱动器计算机程序。设备描述（DD）提供通信器、校准器、主机应用或控制系统适当地访问和显示定位在智能设备中的重要设备信息所需要的信息。DD包括与通信器充分通信所需要的所有信息以及关于智能设备的所有参数信息。例如，DD包含关于智能设备的信息，包括：智能设备标签（分配给仪器的任意名称和位置）、智能设备监视的基础参数（诸如其主要变量（温度、压力、流量、位置等））以及第二和第三参数和所关注的和对处理控制重要的其它优选参数。通信器或校准器读取DD并且使用DD贯穿智能设备进行导航以收集包括设备标签（名称/位置）、其主要变量、主要参数以及第二或第三参数或其它优选参数的信息。

许多智能设备装备有无线收发器以及常规有线通信端口。当加工厂和设施扩张或以另外方式重铸时，通常使用无线智能设备用于与通信中心通信。建立无线网络经常是较不昂贵的并且更快速的。

无线通信系统连同通信中心和智能设备允许复杂工艺的操作员设立、改变、监视和自动化复杂工艺。每个智能设备可以被从通信中心发出的命令单独控制。该中心使网络中所有智能设备的操作和通信同步。智能设备被同步成在通信周期的广播部分期间在设定时间报告其状态。通信周期为个体设备和通信中心之间的非周期通信留下开放的一个或多个时隙。通信网络还针对由智能设备发送的指示潜在的危险状况的报警提供同步传输中断。如果通信中心未从智能设备接收到期望的状态信号，则通信中心可以试图直接与未传输设备通信。

当通信中心接收期望的状态信号失败时，这种失败不总是意味着智能设备未起作用。可能智能设备附近的电磁噪声正在干扰智能设备到它的接入点的通信。替代地，用于中继智能设备状态的一个或多个接入点或节点可能已失败。然而，在不具有智能设备的知识和控制（尤其对安全操作至关重要的那些）的情况下继续操作工艺将是危险的。在这种情况下，可以调度技术人员检查智能设备并且确定它正在工作还是存在网络通信问题。如果对智能设备的检查指示它正如期望那样操作，则工艺可以继续。因此需要在智能设备现场分析无线网络并且检查智能设备的无线输出的工具。

发明内容

本发明内容被提供用于引入对简化形式的概念的选择，这些概念在下面的详细描述中被进一步描述。本发明内容不意图标识要求保护主题的关键特征，也不意图被用作对确定要求保护主题的范围的帮助。

一种手持无线发射器网络分析工具具有接收器，用于接收无线信号，所述无线信号携带包含在智能设备的设备描述（DD）中的标签和由智能设备生成并广播到无线网络的一个或多个接入点的主要变量信息。所述工具还具有模数转换电路，用于把无线信号和噪声信号转换成表示由无线信号携带的信息、无线信号的频率和量值、以及噪声信号的频率和量值的数字数据。所述工具具有辅助模数电路或可以具有数字信号处理器，数字信号处理器具有内置的模数电路。其它电子部件包括存储器，存储器用于保存由模数电路转换的数字数据、频谱程序和协议程序。

频谱程序分析数字信号数据以确定信号的频谱。典型的频谱程序执行离散傅里叶变换过程以采样无线信号并且提供收发器的载波信号的频率和量值。频谱程序还分析噪声以提供频率和量值数据并且识别可能对噪声负责的装备的类型。协议程序使得处理器能够读取和显示由无线信号携带的标签和主要变量信息。存储器中的程序根据每个程序的步骤和从操作该工具的技术人员接收的任何输入在处理器上运行。经处理的程序的结果被显示以示出无线信号的频率和量值、由无线信号携带的标签和主要变量信息、噪声信号的频率和量值以及噪声的可能来源。

附图说明

因为通过参考结合附图进行的下面的详细描述，本发明变得更好理解，所以前面的各方面和本发明的许多附带优点将变得更容易被意识到，其中：

图1是工艺通信网络的示意图；

图2A和2B示出无线网络分析工具的正面和后面；

图3是紧邻智能设备的无线网络分析工具的示意表示；

图4是紧邻智能设备的无线网络分析工具的电气和电子部件的示意表示。

图5是无线网络分析工具的显示器主屏幕的视图。

具体实施方式

转向图1，工艺通信网络200具有用于向许多智能设备接收和发送信息的通信中心50。智能设备可以被定位成遍布工艺设施，工艺设施可以占据建筑物一楼层的部分、整个楼层、多个楼层和/或多个建筑物。工艺设施中的智能设备的数量可以达到数百或数千。通常具有一个或多个屏障40（墙壁、顶棚、地板），屏障40防止无线传输进入或离开一个或多个现场L1、L2、LN。在每个现场中存在多个智能设备，诸如现场L1中的SD11、SD12和SD1N。在每个现场中存在一个或多个接入点，诸如现场L1中的AP1。接入点经由适当的通信线缆（诸如线缆52.1）被连接到通信中心50。来自现场中智能设备的传输被接入点接收并且经由通信线缆52.N被发送到通信中心50。从通信中心50到任一个智能设备SD，NN的传输经由通信线缆52.N被发送到预期的智能设备。本领域技术人员理解，这样的网络200可以包括一个或多个路由器、集线器、网桥和其它联网装备用于建立和维持个体智能设备和通信中心50之间的通信。网络200上的通信根据一个或多个工业标准协议（诸如HART、现场总线或加工工业所接受的其它协议）并且根据针对wi-fi通信的IEEE标准802.11而发生。

转向图2A和2B，它们示出了手持无线发射器网络分析工具100。网络工具100的正面具有全色显示器26、多个输入键以及一个或多个发光二极管（LED），发光二极管（LED）用于信号通知使用网络工具100的技术人员。键21是开/关键。键22允许用户做出选择，该选择在显示器26上示出。键23是导航键。键24示出先前屏幕。键25是自定义功能键并且它们相应的功能在该键上方在显示器26中显示。当网络工具100试图连接到无线局域网（LAN）时LED 27闪烁，并且当网络工具100连接到无线LAN时稳定。当网络工具100传输数据时LED 28闪烁。键29使显示器26返回到主屏幕。键30是波动开关。按压其左侧擦除在当前测试序列期间收集的所有数据。这不擦除保存在存储器中的结果。按压其右侧把所有数据保存在会话文件中。当网络工具100连接到AC适配器时LED 31打开。当电池充电时LED 32为红色并且当电池充满电时为绿色。USB端口33把网络工具100连接到个人计算机。插座34是用于在需要时接受辅助天线的连接器。

参见图3，网络工具100由技术人员携带到典型智能设备150的现场L1。该设备可以包括用于监视压力、温度、流量、电平或管道140中流体的其它参数的换能器。智能设备150具有电能源（未示出），电能源提供功率用于操作其电气部件，电气部件包括处理器153、换能器T1、T2（156、157）（参见图4）和收发器122。智能设备150可以被定位成紧邻一个或多个电磁干扰（噪声）源，包括发出一种类型的噪声71的DC电机70和发出不同类型噪声73的电气变压器72。

参见图4，网络工具100具有控制器102，控制器102包括处理器103和用于从智能设备收发器122接收输入信号的收发器3。处理器103可以是微处理器或数字信号处理器。如果处理器103是微处理器，则通过本领域技术人员公知的其它适当的电路，将表示智能设备150的输出的信号从模拟信号转换到数字信号。作为替代，处理器103可以是数字信号处理器并且具有内置的模数转换电路。在两种情况中，处理器103都能够进行算术逻辑运算并且能够执行一个或多个程序的指令。操作员输入设备106表示上面结合图2描述的输入、导航和自定义功能键。网络工具100具有存储器系统104和显示器26。

依赖于网络工具100的特定配置和类型，存储器系统104可以包括易失性或非易失性存储器形式的系统存储器，诸如只读存储器（“ROM”）、随机存取存储器（“RAM”）、EEPROM、闪存或其它存储器技术。本领域和其它领域普通技术人员将认识到系统存储器通常存储可立即访问的和/或当前正在由处理器103对其进行操作的数据和/或程序模块。在这一点上，处理器103通过支持程序指令的执行而用作网络工具100的计算中心。

存储器系统104可以是任何易失性或非易失性、可移除或不可移除存储器，使用任何能够存储信息的技术实施。存储在存储器系统104中的信息可以包括但不限于由处理器103访问的程序模块和数据。通常，程序模块可以包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、应用、对象、部件、数据结构等。将意识到的是，这里描述的系统存储器和其它存储器仅仅是各种计算机可读存储介质的示例。

存储器系统104可以被配置为保存频谱程序105。频谱程序105可由处理器和处理器中的电路或辅助电路操作以把载波从由载波携带的信息分离。由载波携带的信息是智能设备150的标签和主变量信息。通过应用离散傅里叶变换过程来采样由网络工具100在有限时间段上接收的信号，载波被转换成数字数据。这样的程序对于本领域技术人员来说是公知的。它们输出示出所检测信号的频率和量值的数据。来自电气装备的噪声经常被检测为相对恒定量值的宽频谱信号。

存储器系统104还可以被配置为存储由无线收发器3接收的信息。当信息在存储器系统104中被接收时，处理器103可以被配置为执行指令以便直接显示从所接收的信息以及操作和应用程序接收的信息。存储器系统104保存设备描述通信协议107，诸如HART、现场总线或其它协议通信接口协议，用于接收和显示由智能设备150的无线收发器122广播的主要值数据。

智能设备150具有控制器154，控制器154包括用于从无线收发器122接收输入信息的处理器153。智能设备150还可以具有输入插座（未示出）以用于与其它设备（诸如校准器和通信器）通信。依赖于设备150的特定配置和类型，存储器系统155可以包括易失性或非易失性存储器形式的系统存储器，诸如只读存储器（“ROM”）、随机存取存储器（“RAM”）、EEPROM、闪存或其它存储器技术。本领域和其它领域普通技术人员将认识到系统存储器通常存储可立即访问的和/或当前正在由处理器153对其进行操作的数据和/或程序模块。在这一点上，处理器153通过支持程序指令的执行而用作智能设备150的计算中心。

存储器系统155可以是任何易失性或非易失性、可移除或不可移除存储器，使用任何能够存储信息的技术实施。存储在存储器系统155中的信息可以包括但不限于由处理器153访问的程序模块和数据。通常，程序模块可以包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、应用、对象、部件、数据结构等。将意识到的是，这里描述的系统存储器和其它存储器仅仅是各种计算机可读存储介质的示例。具体来说，智能设备具有存储器区段或模块155，存储器区段或模块155包括针对智能设备150的整个DD，包括其HART、现场总线或其它协议通信接口程序。

存储器系统155被配置为存储通过I/O端子（未示出）或无线收发器122从通信中心50、校准器或通信器接收的信息。当信息在存储器系统155中被接收时，处理器153可以被配置为执行指令以直接显示从所接收的信息以及操作和应用程序接收的信息。

无线数据链路层组合自动化协议（HART、基金会现场总线等）和IEEE802.11标准以满足工艺任务的要求。IEEE802.11是针对采用无线通信的局域网（还称为wi-fi）的标准，该局域网广泛地实施在个人计算机网络中。网络工具100可以分析使用IEEE802.11标准的网络。

存在用于wi-fi测试的多个商业设备，其检测、分析和测试在IEEE802.11标准下操作的设备并且它们中的任一个可以通过下面解释的适当修改而被转换成无线发射器网络分析工具。一种这样的wi-fi测试器是由Fluke公司（本专利的受让方）制造的AirCheck^TM Wi-Fi测试器。该设备包括频谱分析器，频谱分析器检查频率、每个频率中信号的量值、信道的使用并且定位连接问题的来源。AirCheck^TM 测试器对处于2.4GHz频带中的802.11b/g/n网络和处于5GHz频带中的802.11a/n网络进行操作。标志802.11后面的字母a、b、g和n是802.11通用标准的子集。通过把一个或多个通信协议105添加到存储器系统104以使得处理器103和收发器3能够接收通过HART、现场总线或其它自动化协议传输的标签和主要变量，AirCheck^TM 测试器和其它类似的测试器被转换成手持无线发射器网络分析工具100。

转向图5，网络工具100的显示器26具有主屏幕110，主屏幕110具有分别针对网络、接入点、信道和工具的四个子菜单111-114。工艺设施可以具有一个或多个网络。技术人员通过使用网络工具100正面上的导航和选择键来选择网络菜单111而导航到具体智能设备150。一旦处于网络中，技术人员就可以通过选择接入子菜单112来选择具体接入点。该菜单显示针对网络200的接入点列表和每个所识别的接入点的信号强度。技术人员可以选择具体接入点并且显示器26将示出信号强度、噪声强度以及信噪比（SNR）。对于给定的接入点，智能设备150可以是特定信道并且使用菜单113来选择该信道，菜单113将显示与每个信道相关联的设备。当技术人员处于智能设备150附近时，形成工具子菜单114的一个或多个工具被选择来分析智能设备150的问题（如果有的话）。

信道屏幕113将列出使用给定信道的智能设备。技术人员可以命令网络工具100在工具子菜单114上列出智能设备并且显示器将示出智能设备的列表。工具子菜单114还被用于测量目标智能设备150。在给定的会话中，网络工具100将测量收发器122的频率、由收发器122传输的无线信号的强度、智能设备150附近噪声的强度、收发器无线信号的信噪比，分析噪声信号以识别生成噪声的装备的类型，识别智能设备150的标签并且读取由智能设备150的收发器122传输的主要变量。当噪声被检测到时，另一子菜单（未示出）将被用于分析噪声信号并且识别其来源，诸如AC或DC电气装备。网络工具100还将记录由智能设备150广播的标签和主要变量信息。

智能设备150周期性地发送其标签和其主要变量数据，包括变量的当前值、其零值或下线、和其上限。智能设备150具有压力换能器T1（156）并且周期性地广播其设备标签、当前压力、零值和上限。例如，换能器T1可以输出针对当前值的100 psi的主要变量，针对零值的50 psi的主要变量以及针对上限的150 psi的主要变量。然而，局部噪声或故障接入点可能已中断了其状态传输。在发射器122范围内的技术人员使用网络工具100来感测智能设备150的频率、信号强度和基本标签以及状态信息。在检查结束时，技术人员向通信中心50报告智能设备150的状态以及由智能设备150（在其正确操作的情况下）广播的主要值。

在操作中，技术人员使网络工具100和智能设备150之间的距离D靠近，同时读取和操作网络工具100上的显示器26。如果智能设备150的发射器122正在操作，则技术人员将经由收发器3检测传输。更具体地说，显示器26将示出智能设备150的频率、信号强度、和关于标签和主要变量的一些受限数据。该工具还将显示紧邻智能设备150是否存在噪声71、73，并且分析该噪声以确定它是由DC电机70、变压器72还是其它电气装备（包括但不限于AC或DC发电机、AC电机、开关装置或高功率传输线）产生。网络工具100对于测试和分析接入点的性能也是有用的。

虽然已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以由本领域普通技术人员对其做出修改和变型。此外，应当理解的是，各个实施例的各方面可以整体或部分地互换。另外，本领域普通技术人员将意识到前面的描述仅作为举例，并且不意图如所附权利要求中进一步描述的那样限制本发明。本领域技术人员理解可以使用其它和等同的部件和步骤以与描述的和要求保护的那样基本上相同的方式来实现基本上相同的结果。

Claims (8)

1. 一种用于测试智能设备的无线传输的方法，包括：

接收无线信号，所述无线信号携带由监视工艺的智能设备生成的标签和主要变量信息；

确定接收的无线信号的频率和量值；

接收噪声信号，确定接收的噪声信号的量值，并且确定接收的无线信号与接收的噪声信号相比较的信噪比；

把通信协议应用到接收的无线信号，以读取由接收的无线信号携带的标签和主要变量信息；以及

显示接收的无线信号的频率和量值以及由接收的无线信号携带的标签和主要变量信息。

2. 如权利要求1所述的方法，还包括如下步骤：分析接收的噪声信号以确定生成所述噪声信号的装备的一个或多个类型。

3. 一种手持无线发射器网络分析工具，包括：

接收器，用于接收无线信号和接收噪声信号，所述无线信号携带由监视工艺的智能设备生成的标签和主要变量信息；

电路，用于把接收的无线信号和接收的噪声信号转换成数字信号；

存储器，用于保存数字数据以及一个或多个操作和应用程序；

处理器，用于操作所述程序以生成表示标签、主要变量以及接收的无线信号的频率和量值的数据信号；以及

显示器，用于示出接收的无线信号的频率和量值以及由接收的无线信号携带的标签和主要变量信息。

4. 如权利要求3所述的手持无线发射器网络分析工具，其中所述电路包括模数转换电路，用于把接收的无线信号和接收的噪声信号转换成表示由接收的无线信号携带的信息、接收的无线信号的频率和量值、以及接收的噪声信号的频率和量值的数字数据。

5. 如权利要求4所述的手持无线发射器网络分析工具，其中所述存储器接收并存储：（1）表示由接收的无线信号携带的信息的数字数据，（2）表示接收的无线信号的频率和量值的数字数据，以及（3）表示接收的噪声信号的频率和量值的数字数据。

6. 如权利要求3所述的手持无线发射器网络分析工具，其中所述存储器保存：用于分析数字信号数据以确定接收的无线信号的频谱、接收的噪声信号的频谱的频谱程序，以及用于读取由接收的无线信号携带的标签和主要变量信息的设备描述协议程序。

7. 如权利要求6所述的手持无线发射器网络分析工具，其中所述处理器执行所述频谱程序和所述设备描述协议程序以确定接收的无线信号的频率、接收的无线信号的量值、接收的噪声信号的频率、接收的噪声信号的量值以及由接收的无线信号携带的标签和主要变量信息。

8. 一种手持无线发射器网络分析工具，包括：

接收器，用于接收无线信号和接收噪声信号，所述无线信号携带由监视工艺的智能设备生成的标签和主要变量信息；

模数转换电路，用于把接收的无线信号和接收的噪声信号转换成表示由接收的无线信号携带的信息、接收的无线信号的频率和量值、以及接收的噪声信号的频率和量值的数字数据；

存储器，用于保存：表示由接收的无线信号携带的信息的数字数据、表示接收的无线信号的频率和量值的数字数据，以及表示接收的噪声信号的频率和量值的数字数据；

存储在所述存储器中的一个或多个程序，包括用于分析数字信号数据以确定信号的频谱的频谱程序以及用于读取由接收的无线信号携带的标签和主要变量信息的设备描述协议程序；

处理器，用于操作所述频谱程序和所述设备描述协议程序以确定接收的无线信号的频率、接收的无线信号的量值、接收的噪声信号的频率和接收的噪声信号的量值以及由接收的无线信号携带的标签和主要变量信息；以及

显示器，用于示出接收的无线信号的频率和量值以及由接收的无线信号携带的标签和主要变量信息。