CN107276895B - 启用nfc的无线过程通信网关 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于将现场设备连接到无线过程通信网络的方法。方法包括将无线现场设备置于无线网关的附近区域内。方法还包括建立与无线网关相关联的NFC收发器和与无线现场设备相关联的NFC标签之间的连接。方法还包括生成无线网关和现场设备之间的近场通信以交换无线现场设备访问信息。方法还包括使用无线现场设备访问信息以允许无线现场设备通过无线过程通信网络进行通信。还提供了一种方法，其用于使用NFC通信在无线网关处配置无线过程通信适配器并且然后随后将所配置的无线过程通信适配器耦合到现场设备。

Description

启用NFC的无线过程通信网关
背景技术
可以在过程设施中使用任何数量的现场设备来监视一个或多个正在进行的过程。例如，流量计可以监视通过设施的流速，而压力和温度传感器可以提供关于在不同的点处通过设施的过程流体的重要的压力和温度信息。其它现场设备可以为操作者报告其它重要的过程变量或感测数据以监视正在进行的过程。过程设施的一些示例包括石油、制药、化学、纸浆和其它流体处理设施。在这样的设施中，过程控制和测量网络可以包括数十个或甚至数百个各种现场设备，其周期性地需要维护以确保这样的设备正常工作和/或被校准。
一些过程装置可以在无线网络上操作。这可以在设施的安装和管理期间提供优点，因为现场设备和设施组件不需要单独的网络连接以访问网络。
当新的无线现场设备被安装在过程环境内时，它必须被通过加入过程添加到网络。在一些情况下，通过使用对称加入密钥机制来确保安全。正确的加入密钥必须被加载到现场设备中，使得无线现场设备被其它现场设备和网关所接受。加入密钥必须被从无线网络请求，以安全方式加载在现场设备上，使得范围内的另一个无线设备不能接收并可能误用该加入密钥。尽管加入密钥可以被手动加载到每个新的现场设备中，但是手动加载可能是耗时的以及易于出错。
发明内容
提供了一种用于将现场设备连接到无线过程通信网络的方法。方法包括将无线现场设备置于无线网关的附近。方法还包括在与无线网关相关联的NFC收发器和与无线现场设备相关联的NFC标签之间建立连接。方法还包括生成无线网关和现场设备之间的近场通信以交换无线现场设备访问信息。方法还包括使用无线现场设备访问信息以允许无线现场设备通过无线过程通信网络进行通信。还提供了一种方法，其用于使用NFC通信在无线网关处配置无线过程通信适配器，且然后，在后续将所配置的无线过程通信适配器耦合到现场设备。
表征所要求保护的实施例的这些和各种其它特征和优点将在阅读以下的详细描述时和在查看相关联的附图时变得明显。
附图说明
图1示出本发明的实施例可在其中有用的示例性过程控制环境。
图2示出本发明的实施例可在其中有用的示例性过程控制环境的流程图。
图3根据本发明的一个实施例示出示例性过程控制器。
图4根据本发明的一个实施例示出示例性无线网关。
图5是根据本发明的实施例的配置无线过程通信适配器的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出本发明的实施例可在其中有用的示例性过程控制环境。在图1中示出的过程控制/监视系统10包括主计算机12、网络14、无线网络16、移动配置设备30和网络计算机32。在一个实施例中，网络14是高速网络。在一个实施例中，无线网络16包括网关18和多个无线现场设备或节点20a-20i。然而，在另一个实施例中，现场设备20a-20i中的至少一些可以硬连线到网络14的至少一部分中。
在一个实施例中，网关18通过高速网络14与无线网络16和主计算机12两者接口连接。在一个实施例中，无线网络16是无线网格网络。可以通过网络14将消息从主计算机12发送到网关18，并且然后，在一个实施例中，通过几个不同路径之一将消息发送到网络16的所选择的节点。类似地，在一个实施例中，通过网络16将起源于网络16的各个节点的消息经由几个路径之一逐节点地通过网络16进行路由，直到它们到达网关18为止，并且然后将消息通过网络14发送到主计算机12。然而，在另一个实施例中，现场设备20a-20i能够直接与网关18进行通信，或直接与主计算机12或网络计算机32进行通信。
在一个实施例中，主计算机12是运行应用程序以便于将信息发送到现场设备20a-20i以及分析从现场设备20a-20i接收的消息中包含的数据的分布式控制系统主机。主计算机12可以使用例如AMSTM设备管理器作为应用程序以允许用户监视现场设备20a-20i以及与其进行交互。
网关18可以使用很多不同的通信协议通过网络14与主计算机12进行通信。例如，在一个实施例中，网络14包括诸如RS485双线通信链路的有线网络。在一个实施例中，网关18使用MODBUS协议与主计算机12进行通信。然而，可以使用其它合适的通信协议(例如以太网、OPC、EtherNet/IP或HART IP)以便于网关18和主计算机12之间的通信。
网关18还可以用作web服务器(或可以具有相关联的web服务器)以允许网络14上的用户访问无线网络16的现场设备20a-20i以及处理从现场设备20a-20i接收的数据。web服务器允许使用具有标准web浏览器和到网络14的安全以太网连接的计算机来配置网关18。由网关18生成的用户可配置监视页面允许将来自现场设备20a-20i的测量值进行分组且易于在web界面内对其进行查看。可以以通过主计算机12或连接到网络14的另一个计算机或网络设备(例如计算机32)访问网络14的方式来查看由网关18生成的网页。执行网关18的功能的合适的设备的示例是来自Rosemount公司的Rosemount1420无线网关。在其它实施例中，可以通过GUI以其它格式提供信息，而不需要web浏览器和web服务器。例如，在一个实施例中，在与主计算机12相关联的外部显示器上提供信息。在另一个实施例中，在手持式现场维护工具(例如下文描述的工具200)的用户界面上显示信息。
无线网络16优选地是低功率网络，其中通过长寿命电池或低功率能量清除(energy scavenging)电源来对节点中的很多节点进行供电。在一个实施例中，可以根据网格网络配置来提供通过无线网络16的通信，其中通过网络16逐节点地发送消息。在另一个实施例中，通过无线网络16的通信可以涉及从现场设备到其预期目的地(例如网关18或主计算机12)的直接通信。然而，网格网络配置的使用可以允许使用低功率RF无线电，同时允许网络16花费大量物理区域以将消息从网络的一端递送到另一端。
在有线控制/监视系统中，主计算机和现场设备之间的交互使用通过控制系统通信协议(例如
Figure BDA0001149616590000041
FOUNDATIONTM现场总线、Profibus或另一个合适的协议)分发的公知的控制消息来进行。能够在有线系统和无线系统两者中使用的现场设备可以根据已知的控制消息协议之一来使用控制消息。在一些情况下，作为无线网络16的一部分的无线现场设备20a-20i可能不能够与主计算机12直接交换这些公知的控制消息，因为通过网络16的无线通信根据在本质上是通用的无线协议进行。
图2根据本发明的一个实施例示出示例性现场设备。在一个实施例中，现场设备200包括过程测量硬件220，过程测量硬件220被配置为耦合到过程环境内的正在进行的过程222并且从其接收关于过程变量的感测指示。例如，过程变量感测指示可以包括关于过程流体温度、压力、流速的信息或关于正在进行的过程的其它相关感测信息。在一个实施例中，过程测量硬件220可以由电源240进行供电。
在一个实施例中，现场设备200包括配置为允许现场设备200使用合适的无线过程通信协议(诸如根据IEC62591的无线过程通信协议)与无线过程通信网络16上的其它设备进行通信的无线适配器230。一旦现场设备200连接到网络16，则无线适配器230可以是用于现场设备200的主通信机制。无线适配器230可以允许网络16上的通信耦合(例如现场设备200与例如另一个设备(手持式现场维护工具)之间的通信耦合)。
在一个实施例中，现场设备200包括NFC标签210。在一个实施例中，NFC标签210是无源NFC标签。无源NFC标签210不具有相关联的电源，但配置为通过NFC连接从NFC耦合的设备获取电力，如在下文关于图3和4进一步详细描述的。在另一个实施例中，NFC标签210是有源NFC标签，并且配置为从现场设备200内的电源(例如电源240)获取电力。
NFC标签210可以为现场设备200提供辅助通信机制(例如，在无线适配器240还没有被配置或被不当配置的情况下)。
图3根据本发明的一个实施例示出用于与启用NFC的现场设备进行交互的示例性方法。例如对于将无线现场设备初始加入到网络而言，方法300可以是有用的。
在一个实施例中，作为用于允许访问无线过程通信网络上的现场设备的安全验证机制，方法300也可以是有用的。
在框310中，现场设备被置于具有有源NFC收发器的无线网关的NFC附近。在一个实施例中，“附近”被定义为可接收到NFC信号的最大距离(例如如在框312中指示的)。
在框320中，通过无线网关内的NFC收发器来检测与无线现场设备相关联的NFC标签。检测到的NFC标签可以是有源NFC标签322或在另一个实施例中是无源NFC标签324。
在框330中，现场设备加入到网络。在一个实施例中，与手持式现场维护工具相关联的NFC收发器和与现场设备相关联的NFC标签通信地耦合。在一个实施例中，NFC耦合被配置为将现场设备加入到网络，例如通过将网络密钥传送到现场设备以及将现场设备的标识传送到网络。在一个实施例中，NFC耦合自动检索网络加入密钥并且将其传送到现场设备，从而消除了对对称加入过程的需要，同时保持系统安全。在一个实施例中，加入密钥包括网络访问密钥，其当被配置时允许现场设备访问网络。在一个实施例中，加入密钥还包括网络标识符。调试现场设备可以包括将加入密钥提供给现场设备以及将对现场设备被配置为加入网络的指示提供给无线网关。
图4根据本发明的一个实施例示出示例性无线网关。在一个实施例中，无线网关400可以类似于以上关于图1描述的网关18运行。在一个实施例中，无线网关400包括无线过程通信协议模块410，其配置为例如根据诸如IEC 62591的无线过程通信协议与现场设备20a-20i中的任何一个进行通信。在一些实施例中，无线过程通信模块可以包括根据附加无线通信协议(诸如蓝牙402、Wi-Fi 404、蜂窝408、SAT 412和/或另一个合适的无线通信技术)进行通信的附加组件或电路。无线网关400还可以包括例如被配置为检测现场设备200的NFC收发器430。在一个实施例中，无线网关400包括具有显示器442和输入机制444的用户接口440。在一个实施例中，输入机制444包括一组按键。在一个实施例中，用户接口440可以配置为通过输入机制444接收用户输入以及显示指示(例如通过显示器442)。
无线网关400还可以包括配置为例如执行以上讨论的方法300的步骤中的至少一些步骤的控制器420。例如，控制器420可以在NFC收发器430检测到现场设备200时确认检测到的现场设备200应当访问过程环境网络，以及利用无线通信协议模块410从网络检索加入密钥以及通过NFC收发器430将加入密钥提供给现场设备200。在一个实施例中，控制器420自动检索和提供加入密钥。在一个实施例中，除了提供加入密钥之外，控制器420可以提供其它网络信息。例如，在一个实施例中，控制器420向无线设备提供网络ID以将其添加到在网络上允许的设备的“白名单”。
此外，在一个实施例中，NFC技术的使用允许多个现场设备中的每个现场设备到网络的安全连接，而不需要涉及所写入或输入的加入密钥的更复杂的加入过程。在一个实施例中，安全连接包括现场设备200在网关400的直接视线中。在一个实施例中，安全连接包括现场设备200紧邻网关400。在一个实施例中，安全连接包括现场设备200在网关400的直接视线中且紧邻网关400。在一个实施例中，安全连接允许现场设备200加入网络，而无需从另一个设备获得加入密钥。
在一个实施例中，方法300允许具有手持式现场维护工具的操作者通过手持式现场维护工具内的NFC收发器将现场设备连接到网络，NFC收发器例如将网络生成的加入密钥传送到现场设备或例如将现场设备信息传送到网络。在一个实施例中，NFC收发器430配置为在检测到NFC标签(例如与现场设备200相关联的NFC标签210)时自动传送加入信息。在至少一个实施例中，NFC收发器430配置为耦合到现场设备内的NFC标签(例如NFC标签210)并且为其提供电力。
在另一个实施例中，NFC连接配置为将来自手持式现场维护工具的登录信息提供给现场设备以便能够由手持式现场维护工具访问。访问可能对于例如对现场设备执行诊断而言是必要的的。在另一个实施例中，NFC连接配置为从现场设备接收指示由现场设备接收的过程变量测量结果的信号。
返回图2，在一个实施例中，现场设备200被首先安装为没有无线适配器230的有线现场设备。随着技术的改进，现场设备200可以从无线适配器230的改装安装中获益以引入新的无线通信能力。在一个实施例中，无线适配器230被改装以安装到先前安装的现场设备200中。这样的改装可以允许现场设备200和网络之间增强的可通信耦合(例如无线通信)。例如，无线适配器230可以配置为使用例如NFC、RF、IEEE 802.11b中的任何一个或另一个合适的无线通信协议可通信地将现场设备200耦合到网络。在一个实施例中，无线适配器230可以配置为与现场设备200内的现有电子器件耦合。
在一个实施例中，在安装到预先存在的现场设备200中之前，例如使用NFC技术来预先配置无线适配器230。在安装之前预先配置无线适配器的能力允许只要安装无线适配器，则改装的现场设备200就连接到网络，而不需要现场的附加加入过程。
在一个实施例中，可以如在美国专利8,929,948中描述地构建无线适配器230，其被配置连接到现场设备200而不是安装到现场设备200内。
图5是根据本发明的实施例的配置无线过程通信适配器的方法的流程图。方法500开始于框502，其中诸如适配器230的无线过程通信适配器被置于诸如网关400的无线网关的NFC范围内。无线过程通信适配器中的NFC收发器(可以是无源或有源的)与网关的NFC收发器交互并且交换足够的信息以允许无线过程通信适配器在无线过程通信网络上进行通信，如在框504指示的。这样的信息可以包括提供加入密钥、更新访问控制列表等等。接下来，在框506，无线过程通信适配器物理耦合到诸如现场设备200的现场设备。现场设备将典型地耦合到无线过程通信回路或段，使得无线过程通信适配器向有线现场设备提供通过在框504配置的无线过程通信回路或段进行无线通信的能力。在框508，在无线过程通信适配器耦合到其的情况下，现场设备通过在框504配置的无线过程通信网络进行通信。
尽管已经参考优选的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，可以在形式和细节上进行改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种无线网关，配置为通过无线过程通信网络与现场设备进行交互，所述网关包括：
NFC收发器，配置为检测与现场设备相关联的NFC标签，并耦合到与所述现场设备相关联的所述NFC标签；
控制器，配置为：在检测到与所述现场设备相关联的所述NFC标签时，通过所述无线过程通信网络自动传送所述现场设备的标识，通过所述无线过程通信网络从过程环境网络自动检索网络加入密钥，并使用所述NFC收发器将检索到的网络加入密钥自动提供给所述现场设备；以及
无线过程通信模块，通过所述无线过程通信网络与所述现场设备进行通信。
2.根据权利要求1所述的无线网关，其中，检测到的NFC标签是有源NFC标签。
3.根据权利要求1所述的无线网关，其中，检测到的NFC标签是被配置为通过与所述NFC收发器的耦合获取电力的无源NFC标签。
4.一种用于利用无线网关来通过网络进行通信的方法，所述方法包括：
利用与所述无线网关相关联的NFC收发器检测与无线现场设备相关联的NFC标签；
通过所述网络提供从所述NFC标签获得的所述无线现场设备的标识；
通过所述网络从过程环境网络自动检索所述无线现场设备的加入密钥；
响应于使用所述NFC收发器检索到的所述NFC标签，自动向所述无线现场设备提供所述加入密钥；以及
使用无线过程通信协议通过所述网络与所述无线现场设备进行通信，使得提供所述标识的步骤、检索所述加入密钥的步骤和提供所述加入密钥的步骤响应于对所述NFC标签的检测而自动发生。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，从系统主计算机接收所述加入密钥。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，从网络计算机接收所述加入密钥。
7.根据权利要求4所述的方法，还包括：
从所述无线现场设备接收设备标识指示。
8.一种用于将安装的非无线的现场设备连接到无线过程通信网络的方法，所述方法包括：
将无线过程通信适配器置于无线网关的NFC通信范围内；
在与所述无线网关相关联的NFC收发器和与所述无线过程通信适配器相关联的NFC标签之间建立连接；
生成所述无线网关和所述无线过程通信适配器之间的近场通信，以将所述无线过程通信适配器配置为通过所述无线过程通信网络进行通信，其中，所述NFC收发器自动检索所述无线过程通信适配器的标识，且所述网关通过所述无线过程通信网络自动检索加入密钥并使用NFC连接向所述无线过程通信适配器提供所述加入密钥；以及
在配置所述无线过程通信适配器之后，将所述无线过程通信适配器物理耦合到所述现场设备来使用所述无线过程通信适配器将所述现场设备改装为具有无线过程通信，以使所述现场设备通过所述无线过程通信网络进行通信。
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