CN111788530B - 容易部署、故障排除和维护的工业无线万用表 - Google Patents

容易部署、故障排除和维护的工业无线万用表 Download PDF

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Abstract

一种装置(150)包括平板计算设备(202)和物理地紧固到平板计算设备的无线电模块(204)。平板计算设备具有显示器(208)并且被配置为与其他设备建立WiFi和蓝牙低功耗(BLE)通信链路(206)。无线电模块被配置为与过程控制和自动化系统(100)的现场设备(102)建立ISA100和WirelessHART通信链路(144)。平板计算设备和无线电模块被配置为使用BLE通信链路(206)彼此通信。该装置被配置为可选择性地以多种模式操作，多种模式包括网关模式、路由器模式、嗅探器模式和发现模式。

Description

容易部署、故障排除和维护的工业无线万用表
技术领域
本公开总体上涉及工业控制系统。更具体地，本公开涉及一种用于在工业控制系统中容易部署、现场勘测、故障排除和维护工业现场无线网络的工业无线万用表。
背景技术
工业过程控制和自动化系统常常用于使大型且复杂的工业过程(诸如化学工业中的过程)自动化。这些类型的系统通常包括传感器、致动器和控制器。控制器通常从传感器接收测量值并且生成用于致动器的控制信号。
此类传感器和致动器包括通常称为现场设备或现场仪器的一组设备。在生产环境中，现场技术人员通常需要访问现场设备以执行校准、诊断或其他维护活动。在许多情况下，使用手持设备部署、配置或维护现场设备。
发明内容
本公开提供了一种用于在工业控制系统中容易部署、现场勘测、故障排除和维护无线网络的工业无线万用表及其使用方法。
工业无线现场网络可以包括具有两个标准工业无线协议(ISA100和WirelessHART)的无线发射器。为了在现场故障排除和部署这些发射器，了解这两种无线协议的手持设备帮助现场技术人员快速部署和故障排除工业无线现场网络。
在第一实施方案中，一种装置包括平板计算设备和物理地紧固到所述平板计算设备的无线电模块。所述平板计算设备具有显示器并且被配置为与其他设备建立WiFi和蓝牙低功耗(BLE)通信链路。所述无线电模块被配置为与过程控制和自动化系统的现场设备建立ISA100和WirelessHART通信链路。所述平板计算设备和所述无线电模块被配置为使用BLE通信链路彼此通信。所述装置被配置为可选择性地以多种模式操作，所述多种模式包括网关模式、路由器模式、嗅探器模式和发现模式。
在第二实施方案中，一种方法包括使用BLE通信链路在平板计算设备和装置的无线电模块之间进行通信。所述方法还包括由所述装置可选择地在多种模式下操作，所述多种模式包括网关模式、路由器模式、嗅探器模式和发现模式。所述方法进一步包括在所述平板计算设备的显示器上显示信息。所述平板计算设备被配置为与其他设备建立WiFi和BLE通信链路。所述无线电模块物理地紧固到所述平板计算设备，并且被配置为与过程控制和自动化系统的现场设备建立ISA100和WirelessHART通信链路。
在第三实施方案中，一种非暂态计算机可读介质包含指令，该指令当由至少一个处理设备执行时使得所述至少一个处理设备控制平板计算设备和装置的无线电模块以使用BLE通信链路进行通信。所述介质还包含指令，所述指令在由所述至少一个处理设备执行时使得所述至少一个处理设备可选择地以多种模式操作所述装置，所述多种模式包括网关模式、路由器模式、嗅探器模式和发现模式。所述介质进一步包含指令，所述指令当由所述至少一个处理设备执行时，使得所述至少一个处理设备在所述平板计算设备的显示器上显示信息。所述平板计算设备被配置为与其他设备建立WiFi和BLE通信链路。所述无线电模块物理地紧固到所述平板计算设备，并且被配置为与过程控制和自动化系统的现场设备建立ISA100和WirelessHART通信链路。
从以下附图、描述和权利要求书中，其他技术特征对本领域的技术人员是显而易见的。
附图说明
为了更完整地理解本公开，现在结合附图参考以下描述，在附图中：
图1示出了根据本公开的示例性工业过程控制和自动化系统；
图2A示出了根据本公开的图1的系统中的万用表的一个示例的后视图和前视图；
图2B示出了在根据本公开的图1的系统中与现场设备交互的万用表的一般化示例；
图3示出了根据本公开的用作网关的万用表的示例；
图4示出了根据本公开的用作现场路由器的万用表的示例；
图5示出了根据本公开的用作嗅探器工具的万用表的示例；
图6示出了根据本公开的用作发现工具的万用表的示例；
图7A和图7B示出了用于使用根据本公开的两个万用表执行现场勘测的示例性系统；
图8示出了根据本公开的在工业过程控制系统中使用万用表的示例性方法；并且
图9示出了根据本公开的用于在工业过程控制系统中容易部署、故障排除和维护现场设备的示例性设备。
具体实施方式
这些图(下文所讨论)以及用于描述本发明在该专利文献中的原理的各种实施方案仅以例证的方式进行，并且不应理解为以任何方式限制本发明的范围。本领域的技术人员将理解，本发明的原理可在任何类型的适当布置的设备或系统中实现。
图1示出了根据本公开的示例性工业过程控制和自动化系统100。如图1所示，系统100包括有利于生产或加工至少一种产品或其他材料的各种部件。例如，在此使用系统100以有利于对一个或多个厂房101a至101n中的部件的控制。每个厂房101a至101n表示一个或多个加工设施(或其一个或多个部分)，诸如用于生产至少一种产品或其他材料的一个或多个制造设施。一般来讲，每个厂房101a至101n可以实现一个或多个过程，并且可以单独地或共同地被称为过程系统。过程系统通常表示被配置为以某种方式加工一种或多种产品或其他材料的其任何系统或部分。
在图1中，系统100使用过程控制的普渡模型来实现。在普渡模型中，“0级”可以包括一个或多个传感器102a和一个或多个致动器102b(也统称为现场设备102)。传感器102a和致动器102b表示过程系统中可执行各种各样的功能中的任一种功能的部件。例如，传感器102a可以测量过程系统中的各种各样的特性，诸如温度、压力或流量。另外，致动器102b可以改变过程系统中的各种各样的特性。传感器102a和致动器102b可以表示任何合适的过程系统中的任何其他或附加部件。传感器102a中的每个传感器包括用于测量过程系统中的一个或多个特性的任何合适的结构。致动器102b中的每个致动器包括用于在过程系统中对一个或多个条件进行操作或影响的任何合适的结构。
至少一个网络104耦接到传感器102a和致动器102b。网络104有利于与传感器102a和致动器102b的交互。例如，网络104可传输来自传感器102a的测量数据并且向致动器102b提供控制信号。网络104可表示任何合适的网络或网络的组合。作为特定示例，网络104可表示以太网网络、电信号网络(诸如HART或基金会现场总线网络)、气动控制信号网络、或任何其他或附加类型的网络。
在普渡模型中，“1级”可包括一个或多个控制器106，该一个或多个控制器耦接到网络104。除了其他以外，每个控制器106可以使用来自一个或多个传感器102a的测量值来控制一个或多个致动器102b的操作。例如，控制器106可从一个或多个传感器102a接收测量数据，并且使用测量数据为一个或多个致动器102b生成控制信号。多个控制器106也可在冗余配置中操作，诸如当一个控制器106作为主控制器操作而另一个控制器106作为备用控制器(其与主控制器同步并且可在主控制器发生故障的情况下接管主控制器)操作时。每个控制器106包括用于与一个或多个传感器102a进行交互并且控制一个或多个致动器102b的任何合适的结构。每个控制器106可以例如表示多变量控制器，例如鲁棒多变量预测控制技术(RMPCT)控制器或实现模型预测控制(MPC)或其他高级预测控制(APC)的其他类型的控制器。作为特定示例，每个控制器106可以表示运行实时操作系统的计算设备。
两个网络108耦接到控制器106。网络108有利于与控制器106的交互，诸如通过向控制器106传输数据和从控制器传输数据。网络108可以表示任何合适的网络或网络的组合。作为特定示例，网络108可以表示一对以太网网络或一对冗余的以太网网络，诸如来自霍尼韦尔国际公司(HONEYWELL INTERNATIONAL INC.)的容错以太网(FTE)网络。
至少一个交换机/防火墙110将网络108耦接到两个网络112。交换机/防火墙110可以将流量从一个网络传输到另一个网络。交换机/防火墙110还可以阻止一个网络上的流量到达另一个网络。交换机/防火墙110包括用于在网络之间提供通信的任何合适的结构，诸如霍尼韦尔控制防火墙(HONEYWELL CONTROL FIREWALL)(CF9)设备。网络112可表示任何合适的网络，诸如一对以太网网络或一个FTE网络。
在普渡模型中，“2级”可以包括耦接到网络112的一个或多个机器级控制器114。机器级控制器114执行各种功能以支持可与一特定工业设备(诸如锅炉或其他机器)相关联的控制器106、传感器102a和致动器102b的操作和控制。例如，机器级控制器114可以记录由控制器106收集或生成的信息，诸如来自传感器102a的测量数据或用于致动器102b的控制信号。机器级控制器114还可以执行控制控制器106的操作的应用程序，从而控制致动器102b的操作。此外，机器级控制器114可以提供对控制器106的安全访问。机器级控制器114中的每个机器级控制器包括用于提供对机器或其他单独设备的访问、控制或与其相关的操作的任何合适的结构。机器级控制器114中的每个机器级控制器可以例如表示运行MICROSOFTWINDOWS操作系统的服务器计算设备。附加地或另选地，每个控制器114可表示嵌入分布式控制系统(DCS)中的多变量控制器，诸如RMPCT控制器或实现MPC或其他APC的其他类型的控制器。虽然未示出，但是不同机器级控制器114可以用于控制过程系统中的不同设备(其中每件设备与一个或多个控制器106、传感器102a和致动器102b相关联)。
一个或多个操作员站116耦接到网络112。操作员站116表示提供对机器级控制器114的用户访问的计算设备或通信设备，其然后可以提供对控制器106(以及可能的传感器102a和致动器102b)的用户访问。作为特定示例，操作员站116可以允许用户使用由控制器106和/或机器级控制器114收集的信息来查看传感器102a和致动器102b的操作历史。操作员站116还可以允许用户调整传感器102a、致动器102b、控制器106或机器级控制器114的操作。此外，操作员站116可以接收并显示由控制器106或机器级控制器114生成的警告、警示或其他消息或显示。操作员站116中的每个操作员站包括用于支持对系统100中的一个或多个部件的用户访问和控制的任何合适的结构。操作员站116中的每个操作员站可例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的计算设备。
至少一个路由器/防火墙118将网络112耦接到两个网络120。路由器/防火墙118包括用于在网络之间提供通信的任何合适的结构，诸如安全路由器或组合路由器/防火墙。网络120可表示任何合适的网络，诸如一对以太网网络或一个FTE网络。
在普渡模型中，“3级”可以包括耦接到网络120的一个或多个单元级控制器122。每个单元级控制器122通常与过程系统中的单元相关联，该单元表示一起操作以实现过程的至少一部分的不同机器的集合。单元级控制器122执行各种功能以支持较低级别中的部件的操作和控制。例如，单元级控制器122可以记录由较低级别中的部件收集或生成的信息，执行控制较低级别中的部件的应用程序，并且提供对较低级别中的部件的安全访问。单元级控制器122中的每个单元级控制器包括用于提供对处理单元中的一个或多个机器或其他设备的访问、控制或与其相关的操作的任何合适的结构。单元级控制器122中的每个单元级控制器可以例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的服务器计算设备。附加地或另选地，每个控制器122可表示多变量控制器，诸如霍尼韦尔(HONEYWELL)C300控制器。虽然未示出，但是不同单元级控制器122可以用于控制过程系统中的不同单元(其中每个单元与一个或多个机器级控制器114、控制器106、传感器102a和致动器102b相关联)。
可以由一个或多个操作员站124提供对单元级控制器122的访问。操作员站124中的每个操作员站包括用于支持对系统100中的一个或多个部件的用户访问和控制的任何合适的结构。操作员站124中的每个操作员站可例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的计算设备。
至少一个路由器/防火墙126将网络120耦接到两个网络128。该路由器/防火墙126包括用于在网络之间提供通信的任何合适的结构，诸如安全路由器或组合路由器/防火墙。网络128可表示任何合适的网络，诸如一对以太网网络或一个FTE网络。
在普渡模型中，“4级”可以包括耦接到网络128的一个或多个厂房级控制器130。每个厂房级控制器130通常与厂房101a至101n中的一个厂房相关联，该厂房可以包括实现相同、类似或不同过程的一个或多个处理单元。厂房级控制器130执行各种功能以支持较低级别中的部件的操作和控制。作为特定示例，厂房级控制器130可以执行一个或多个制造执行系统(MES)应用程序、调度应用程序或其他或附加厂房或过程控制应用程序。厂房级控制器130中的每个厂房级控制器包括用于提供对加工厂房中的一个或多个处理单元的访问、控制或与其相关的操作的任何合适的结构。厂房级控制器130中的每个厂房级控制器可以例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的服务器计算设备。
可以由一个或多个操作员站132提供对厂房级控制器130的访问。操作员站132中的每个操作员站包括用于支持对系统100中的一个或多个部件的用户访问和控制的任何合适的结构。操作员站132中的每个操作员站可例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的计算设备。
至少一个路由器/防火墙134将网络128耦接到一个或多个网络136。该路由器/防火墙134包括用于在网络之间提供通信的任何合适的结构，诸如安全路由器或组合路由器/防火墙。网络136可以表示任何合适的网络，诸如全企业以太网或其他网络，或更大型网络(诸如互联网)的全部或一部分。
在普渡模型中，“5级”可包括一个或多个企业级控制器138，该一个或多个企业级控制器138耦接至网络136。每个企业级控制器138通常能够执行多个厂房101a至101n的规划操作并控制厂房101a至101n的各个方面。企业级控制器138还可以执行各种功能以支持厂房101a至101n中的部件的操作和控制。作为特定示例，企业级控制器138可以执行一个或多个订单处理应用程序、企业资源规划(ERP)应用程序、高级规划和调度(APS)应用程序或任何其他或附加企业控制应用程序。企业级控制器138中的每个企业级控制器包括用于提供对一个或多个厂房的访问、控制、或与控制相关的操作的任何合适的结构。企业级控制器138中的每个企业级控制器可以例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的服务器计算设备。在本文档中，术语“企业”是指具有要管理的一个或多个厂房或其他加工设施的组织。应当注意，如果要管理单个厂房101a，那么企业级控制器138的功能可以结合到厂房级控制器130中。
可以由一个或多个操作员站140提供对企业级控制器138的访问。操作员站140中的每个操作员站包括用于支持对系统100中的一个或多个部件的用户访问和控制的任何合适的结构。操作员站140中的每个操作员站可例如表示运行MICROSOFT WINDOWS操作系统的计算设备。
普渡模型的各个级别可包括其他部件，诸如一个或多个数据库。与每个级别相关联的数据库可存储与该级别或系统100的一个或多个其他级别相关联的任何合适的信息。例如，历史数据库141可耦接到网络136。历史数据库141可以表示存储关于系统100的各种信息的部件。历史数据库141可以例如存储在生产调度和优化期间使用的信息。历史数据库141表示用于存储信息且有利于信息检索的任何合适的结构。虽然被示出为耦接到网络136的单个集中式部件，但是历史数据库141可定位于系统100中的其他位置，或者多个历史数据库可分布在系统100中的不同位置。
在特定实施方案中，图1中的各种控制器和操作员站可以表示计算设备。例如，控制器和操作员站中的每一者可以包括一个或多个处理设备和一个或多个存储器，该一个或多个存储器用于存储由处理设备使用、生成或收集的指令和数据。控制器和操作员站中的每一者可还包括至少一个网络接口，诸如一个或多个以太网接口或无线收发器。
在诸如系统100的工业过程控制和自动化系统中，通常仅在执行完整的现场勘测以发现任何无线覆盖障碍、无线信号衰落、多径反射等之后，安装工业现场无线网络。无线部署现场勘测是通过将多个现场勘测硬件部件传输到现场来执行的，该硬件部件包括解决方案部件，例如无线设备管理器(WDM)、多个无线接入点(AP)和多个无线现场设备。部件安装在一定位置，并在它们加入网络后在WDM中检查信号强度。如果信号强度差，则调整AP位置以确保现场设备具有良好的信号强度。一旦完成此操作，技术人员将勘测装备移至下一个现场位置并重复该过程。此过程非常耗时，在大型安装中可能花费三十多天、甚至六十天。从一个现场位置移动到不同位置是繁琐的工作，因为：(1)如WDM、AP和现场设备的装备都很笨重，并且(2)WDM和AP操作需要电力。结果，完成现场勘测成本可能会非常高。
在典型的WiFi现场勘测中，市场上有许多标准工具可以执行现场勘测，但是WiFi现场勘测工具无法检测到在相同的WiFi操作ISM频带上操作的工业无线现场网络和窄带无线网络。执行基于WiFi的现场勘测可能对窄带工业无线现场网络安装没有帮助，这是因为这两个网络的特性不同。与WiFi设备相比，如ISA100和WirelessHART的工业无线现场网络是窄带跳频设备，具有更高的接收器灵敏度和在长距离上通信。因此，这些网络需要特殊的现场勘测和部署工具，以实现工业无线网络安装的正确现场勘测。
另外，技术人员经常必须将新的现场设备添加到现有的无线网络中。在这种情况下，如果设备在WDM界面上可见，则技术人员将重型现场设备携带到预期位置并提供每个现场设备。一旦提供了现场设备，技术人员可能会发现该区域的信号弱或不可靠。通常，技术人员将设备带到现场，并等待很长时间段发现该位置的无线电信号覆盖不可用。如果现场设备没有找到附近有良好信号的AP以便加入网络，这将是非常令人沮丧的过程。在一些情况下，技术人员可能不知道为何现场设备无法加入网络。可能是设备问题，也可能是信号问题，但原因对技术人员而言尚不清楚。
此外，技术人员经常必须对现场设备通信链路故障进行故障排除。在某些情况下，厂房的特定区域中的一个或多个现场设备掉落或不与它们的邻居建立通信链路，即使邻居在附近。技术人员不能总是容易地确定为什么一组现场设备与路由器或AP之间的链路无法形成的原因。对此可能存在许多原因，诸如：
1.大量的多径信号在那个方向上衰落。
2.环境的最新变化。
3.在路径中暂时放置大量物料的障碍物。
4.在一个特定区域的大量干扰，导致无线链路无法在该位置形成。
5.在附近引入了新的无线信号或系统，该信号或系统会影响所讨论的网络。
因此，技术人员可能不知道为什么通信链路没有形成或不能正常工作。。可能是特定的路由器/FD/AP问题、干扰问题或环境变化问题，但技术人员对原因尚不清楚。
因此，需要一种减少时间和成本的更好方式来执行现场勘测。同样，需要一种手持设备，当在网络上提供时，该设备可以显示基本的无线参数，诸如与现场设备接入点(FDAP)的活动和非活动连接列表、附近路由器的接收信号强度指示(RSSI)和接收信号质量指示(RSQI)等。
为了解决这些和其他问题，本公开的实施方案提供了一种工业无线万用表150，供现场技术人员使用并且能够以多种模式操作，包括作为工业无线嗅探器工具而操作。万用表150被配置为帮助用户(i)以更少的成本、更少的劳力和更少的工作来设置工业无线网络，(ii)通过确定安装接入点和路由器的有利位置来轻松扩展现有的工业网络，以及(iii)以较少的无线专业知识来对无线网络问题进行维护和故障排除。
万用表150被配置为建立无线连接144并与系统100的一个或多个部件通信，包括现场设备102(例如，传感器102a、致动器102b或任何其他合适的现场设备)。万用表150和现场设备102可以使用多个通信协议(包括WirelessHART、ISA100、蓝牙低功耗(BLE)和任何其他合适的通信协议)中的一个或多个在无线连接144上通信。万用表150可以存储和执行一个或多个应用程序152，用于设置、扩展工业无线网络或对其进行故障排除。在一些实施方案中，应用程序152与WirelessHART以及任何其他合适的通信协议兼容。下面提供有关万用表150和应用程序152的附加细节。
虽然图1示出了工业过程控制和自动化系统100的一个示例，但是可以对图1作出各种改变。例如，控制系统可包括任何数量的传感器、致动器、控制器、服务器、操作员站、网络、接入点和路由器。另外，图1中的系统100的组成和布置方式仅用于例证。部件可根据特定需要添加、省略、组合、或以任何其他合适的配置放置。此外，特定功能已被描述为由系统100的特定部件执行。这仅用于例证。一般来讲，过程控制系统是高度可配置的，并且可根据特定需要以任何合适的方式配置。
图2A和图2B示出了根据本公开的万用表150的附加细节。图2A示出了万用表150的一个示例的后视图和前视图。图2B示出了万用表150与系统100中的现场设备102交互的一般化示例。
如图2A所示，万用表150包括集成为一个设备的平板电脑202和启用BLE的无线电模块204。例如，在一些实施方案中，启用BLE的无线电模块204可以被牢固地紧固到平板电脑202的后侧。在其他实施方案中，平板电脑202和启用BLE的无线电模块204可以被封装在单个壳体中。在一些实施方案中，无线电模块204和平板电脑202通过牢固地连接到两个设备的串行通信链路彼此通信。
平板电脑202是手持式平板电脑式计算设备。在一些实施方案中，平板电脑202是坚固的工业级防爆本安区1平板电脑。在其他实施方案中，平板电脑202可以是供个人使用的标准或普通平板电脑、专用平板电脑或其他计算设备，诸如膝上型电脑或移动电话。平板电脑202被配置为存储和执行一个或多个应用程序152。如本领域中已知的，平板电脑202包括允许通过用户输入和输出信息的触敏显示屏。
启用BLE的无线电模块204是包括至少一个天线和至少一个收发器的工业无线电模块，例如称为GenX无线电模块(GXRM)的HONEYWELL下一代无线电模块。启用BLE的无线电模块204被配置为使用多种协议(包括BLE、ISA100、WirelessHART或这些协议的任意组合)进行通信。在一些实施方案中，启用BLE的无线电模块204是被配置为支持根据IEEE802.15.4标准的无线电通信的小型(例如，大约4英寸×4英寸×2英寸)无线电设备。在一些实施方案中，启用BLE的无线电模块204可以同时执行ISA100、WirelessHART和BLE 4.2软件堆栈。
在操作中，启用BLE的无线电模块204使用BLE协议与平板电脑202通信，并使用ISA100或WirelessHART协议与现场设备、接入点或路由器通信。启用BLE的无线电模块204被配置为根据在平板电脑202上执行的应用程序152在不同的模式下操作。例如，如图2B所示，平板电脑202可以执行应用程序152，该平板电脑使用BLE通信链路206与启用BLE的无线电模块204通信并对其进行配置。启用BLE的无线电模块204使用无线连接144从一个或多个设备(例如，现场设备102)接收数据，并通过BLE通信链路206将数据发送到平板电脑202，该平板电脑将数据配置为可呈现的格式，并在触摸屏208上呈现给用户。
万用表150可以根据正在执行的应用程序152和用户目的来执行与现场勘测和现场维护相关的多种操作。例如，万用表150可以(i)创建ISA100或WirelessHART网关，(ii)嗅探网络消息(诸如ISA100、WirelessHART或ZigBee网络消息)，以及(iii)与支持BLUETOOTH的工业级手持设备进行通信。在一些实施方案中，万用表150支持至少四种不同的模式：
网关模式→万用表150创建新的ISA100或WirelessHART网关(例如，用于新网络)，广告ISA100或WirelessHART广告，接受加入的设备，并在触摸屏208上显示发现的设备以及对应的信号强度。
路由器模式→万用表150作为电池供电的现场路由器加入任何已安装的ISA100或WirelessHART网络，并显示附近其他路由器的RSSI值。
嗅探器模式→万用表150嗅探现有安装的802.15.4网络，并显示在该位置存在的任何安装的ISA100、WirelessHART、ZigBee或其他802.15.4网络以及网络ID、网络信号强度和其他网络信息。万用表150还使用平板电脑202上的WiFi无线电嗅探现有的WiFi网络。
发现模式→万用表150不加入网络，而是侦听特定的ISA100或WirelessHART网络数据包，并列出对万用表150可见的所有设备以及对应的RSSI或RSQI。通过在特定网络的所有802.15.4通道上侦听预定时间段来执行此发现。
现在将提供每个操作模式的进一步细节。
图3示出了根据本公开的在网关模式下用作网关的万用表150的示例。
如图3所示，执行应用程序152将万用表150配置为以网关模式操作。此类配置可以在万用表150的启动事件时发生。万用表150根据预定配置或用户配置来发送广告消息。例如，在操作的一些方面，万用表150被预配置为在ISA100的子网ID 1中广告。在操作的其他方面，应用程序152从用户接收网络标识符和公共加入密钥。万用表150发送给定网络标识符的ISA100或WirelessHART广告消息。如果一个或多个侦听设备(例如，现场设备102)请求加入网络，则万用表150接受设备并允许设备加入网络。然后，万用表150在触摸屏208上显示加入的设备以及对应的信号强度信息，诸如RSSI、RSQI等。因此，在网关模式下，万用表150可以实现为复杂网关的简单网络管理工具。
图4示出了根据本公开的在路由器模式下用作现场路由器的万用表150的示例。
如图4所示，万用表150执行应用程序152并从用户接收网络标识符和公共加入密钥。使用网络标识符和公共加入密钥，万用表150侦听来自万用表150附近的一个或多个接入点401的广告。接入点401可以是图1的系统100的部件。
如果万用表150从接入点401检测到广告，则万用表150可以作为电池供电路由器加入接入点401的网络。然后，万用表150显示关于加入的网络的信息，包括信号强度、网络状态、信号质量、路由器ID等。在一些实施方案中，万用表150可以嗅探多个网络并以滚动方式显示网络中存在的多个路由器信号强度。
图5示出了根据本公开的在嗅探器模式下用作嗅探器工具的万用表150的示例。
如图5所示，万用表150可以嗅探万用表150附近的所有ISA100、WirelessHART、Zigbee和WiFi网络。对于每个嗅探到的网络，万用表150可以显示网络类型、网络ID、网络状态、通道使用等。万用表150允许用户输入特定的网络类型(例如ISA100、WirelessHART、Zigbee等)或网络ID，以便过滤结果或执行目标嗅探操作。
在一些实施方案中，平板电脑202的WiFi无线电用于嗅探WiFi网络，而启用BLE的无线电模块204用于嗅探其他类型的网络，诸如ISA100、Zigbee和WirelessHART。这对于查找安装在任何位置的不同网络类型的现有网络非常有用。
图6示出了根据本公开的在发现模式下用作发现工具的万用表150的示例。发现模式类似于图4中描述的路由器模式，不同之处在于在发现模式下，万用表150不加入网络。
如图6所示，万用表150执行应用程序152并从用户接收要发现的网络标识符和网络类型(例如，ISA100、WirelessHART、Zigbee等)。使用网络标识符和网络类型，万用表150嗅探该网络的数据包。这是通过在用户选择的网络的所有802.15.4通道上侦听预定义的时间来完成的。万用表150列出了网络上对万用表150可见的所有设备。万用表150显示设备相关联的网络参数，诸如网络地址、RSSI、RSQI等。
路由器模式与发现模式之间的一个区别在于，在路由器模式下，由于万用表150加入网络并了解广告消息的模式，所以万用表150更快地发现网络路由器。
图7A和图7B示出了根据本公开的用于使用两个万用表150执行现场勘测的示例性系统。如图7A所示，该系统包括两个万用表150：以网关模式操作的第一万用表150a和以路由器模式操作的第二万用表150b。
为了执行现场勘测，将接入点和WDM放置并安装在其确定的位置。然后，第一万用表150a(在网关模式下)位于安装接入点或网关的位置处或附近。然后，将第二万用表150b(在路由器模式下)携带或移动到要安装现场设备的建议安装位置中的每个建议安装位置。允许第二万用表150b加入WDM，并且一旦加入，在万用表150b的触摸屏上显示有关网络连接的信息(例如，信号强度、RSSI)。用户查看屏幕上的信息，以确定现场仪器的建议位置是否将启用合适的网络连接。如果建议位置不合适，则可以将第一万用表150a、第二万用表150b或两者都移动到不同位置，以确定连接是否改善。如图7B所示，可以基于从第一万用表150a接收到的实时数据，生成按颜色示出信号强度的“热图”701，并将其显示在第二万用表150b上。热图701使用至少两个路由器路径指示该位置是否适于安装。
第二万用表150b的触摸屏上显示的信息可帮助用户快速、容易且更准确地完成现场勘测。使用这种方法，用户不再需要在现场勘测期间在位置之间携带重型现场设备。
图8示出了根据本公开的用于在工业过程控制系统中使用万用表的示例方法800。为了便于说明，将方法800描述为使用万用表150执行。但是，方法800可以与任何合适的设备、系统或应用程序一起使用。
在步骤801处，平板计算设备和装置的无线电模块使用BLE通信链路进行通信。该平板计算设备被配置为与其他设备建立WiFi和BLE通信链路。所述无线电模块物理地紧固到所述平板计算设备，并且被配置为与过程控制和自动化系统的现场设备建立ISA100和WirelessHART通信链路。例如，这可能包括作为万用表150的一部分使用BLE进行通信的平板电脑202和无线电模块204。
在步骤803处，该装置可选择地以多种模式操作，包括网关模式、路由器模式、嗅探器模式和发现模式。例如，这可以包括以这些模式中的任何模式操作的万用表150。
在网关模式下，该装置在ISA100通信链路或WirelessHART通信链路上将广告消息发送到一个或多个现场设备，从至少一个第一现场设备接收加入与该装置相关联的网络的请求，并在平板计算设备的显示器上显示有关现场设备的信息。在路由器模式下，该装置通过ISA100通信链路或WirelessHART通信链路将广告消息发送到一个或多个现场设备，并从至少一个第一现场设备接收加入与该装置相关联的网络的请求，并在平板计算设备显示器上显示关于现场设备的信息。
在嗅探器模式下，该装置嗅探多个网络通道以识别该装置周围的一个或多个网络，并且在平板计算设备的显示器上显示关于该装置周围的一个或多个网络中的每个网络的信息。在发现模式下，该装置嗅探预定网络的一个或多个网络通道以识别连接到该预定网络的一个或多个设备，并且在平板计算设备的显示器上显示关于一个或多个设备的信息。
在操作805处，在平板计算设备的显示器上显示信息以供用户查看。这可以包括例如在触摸屏208上显示信息。
尽管图8示出了使用万用表的方法800的一个示例，但是可以对图8进行各种改变。例如，虽然示出为一系列步骤，但图8中示出的各个步骤可重叠、并行发生、以不同顺序发生，或者多次发生。此外，可以结合或去除一些步骤，并且可以根据特定需要添加附加步骤。
图9示出了根据本公开的用于在工业过程控制系统中容易部署、故障排除和维护现场设备的示例性设备900。设备900可以例如表示万用表150。设备900可以表示在过程控制系统中容易部署、故障排除和维护现场设备的任何其他合适的设备。
如图9所示，设备900可包括总线系统902，该总线系统支持至少一个处理设备904、至少一个存储设备906、至少一个通信单元908和至少一个输入/输出(I/O)单元910之间的通信。处理设备904执行可加载到存储器912中的指令。处理设备904可以包括呈任何合适的布置方式的任何合适的数量和类型的处理器或其他设备。处理设备904的示例性类型包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、专用集成电路和分立电路。
存储器912和持久性存储装置914是存储设备906的示例，该存储设备表示能够存储和促进信息(诸如数据、程序代码和/或临时性的或永久性的其他合适信息)的检索的任何结构。存储器912可表示随机存取存储器或任何其他合适的易失性的或非易失性的存储设备。持久性存储装置914可包含支持数据长期存储的一个或多个部件或设备，诸如只读存储器、硬盘驱动器、闪存存储器或光盘。根据本公开，存储器912和持久性存储装置914可被配置为存储与在过程控制系统中容易部署、故障排除和维护现场设备的移动应用程序相关联的指令。
通信单元908支持与其他系统、设备或网络(诸如现场设备102)的通信。例如，通信单元908可以包括网络接口，该网络接口有利于通过至少一个以太网网络的通信。通信单元908还可以包括有利于通过至少一个无线网络进行通信的无线收发器。通信单元908可支持通过任何合适的物理或无线通信链路并使用任何合适的通信协议(例如，BLE、WirelessHART等)的通信。
I/O单元910允许数据的输入和输出。例如，I/O单元910可通过键盘、鼠标、小键盘、触摸屏或其他合适的输入设备向用户输入提供连接。I/O单元910还可发送输出至显示器、打印机或其他合适的输出设备。
尽管图9示出了用于在过程控制系统中容易部署、故障排除和维护现场设备的设备900的一个示例，但可对图9进行各种改变。例如，可组合、进一步细分或省略图9中的各个部件，并且可根据具体需要添加附加部件。另外，计算和通信设备可呈现各种各样的配置，并且图9不将本公开限制为设备的任何特定配置。
在一些实施方案中，上述的各种功能由计算机程序来实现或支持，该计算机程序由计算机可读程序代码形成并且体现在计算机可读介质中。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够被计算机访问的任何类型的介质，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)或任何其他类型的存储器。“非暂态”计算机可读介质排除传输瞬时电信号或其他信号的有线、无线、光学或其他通信链路。非暂态计算机可读介质包括可永久地存储数据的介质以及可存储和之后重写数据的介质，诸如可重写光盘或可擦除存储器设备。
阐述贯穿本专利文献中使用的某些字词和短语的定义可能是有利的。术语“应用程序”和“程序”是指适于以合适的计算机代码(包括源代码、目标代码或可执行代码)实现的一个或多个计算机程序、软件部件、指令集、过程、功能、对象、类、实例、相关的数据或其一部分。术语“发送”、“接收”、“通信”及其衍生词涵盖直接通信和间接通信两者。术语“包括”和“包含”以及其衍生词意指包括但不限于此。术语“或”是包括性的，意指和/或。短语“与……相关联”以及其衍生词可以意指包括、包括在……内、与……互连、包含、包含在……内、连接到……或与……连接、耦接到……或与……耦接、可与……通信、与……协作、交错、并置、与……接近、结合到……或与……结合、具有、具有……的属性、具有与……的关系或与……具有关系等。术语“控制器”意指控制至少一个操作的任何设备、系统或其部分。控制器可以以硬件或硬件和软件/固件的组合来实现。无论本地部署还是远程部署，与任何特定控制器相关联的功能可为集中式的或分布式的。当与项列表一起使用时，短语“……中的至少一个”意指可以使用所列的项中的一个或多个项的不同组合，并且可能仅需要列表中的一个项。例如，“A、B和C中的至少一者”包括以下任何组合：A，B，C，A和B，A和C，B和C，以及A和B和C。
虽然本公开已描述了某些实施方案和大体上相关联的方法，但是这些实施方案和方法的变更和置换对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。因此，上文对示例性实施方案的描述不限定或约束本公开。在不脱离如以下权利要求书限定的本公开的实质和范围的情况下，其他改变、替换和变更也是可能的。

Claims (13)

1.一种用于执行现场勘测的装置，包括：
平板计算设备(202)，所述平板计算设备具有显示器(208)并且被配置为与其他设备建立WiFi和蓝牙低功耗(BLE)通信链路(206)；和
无线电模块(204)，所述无线电模块物理地紧固到所述平板计算设备并且被配置为与过程控制和自动化系统(100)的现场设备(102)建立ISA100和WirelessHART通信链路(144)，
其中所述平板计算设备和所述无线电模块被配置为使用BLE通信链路(206)彼此通信，
其中所述装置被配置为可选择性地以多种模式操作，所述多种模式包括网关模式、路由器模式、嗅探器模式和发现模式，
其中第二装置包括：第二平板计算设备，所述第二平板计算设备具有第二显示器并且被配置为与其他设备建立WiFi和蓝牙低功耗通信链路；和第二无线电模块，所述第二无线电模块物理地紧固到所述第二平板计算设备并且被配置为与所述现场设备建立ISA100和WirelessHART通信链路，并且
其中所述装置被配置为与在所述路由器模式下操作的第二装置无线通信，以执行在远程位置的无线信号强度的现场勘测，所述装置建立到包括现场设备和至少一个接入点的网络的网络连接，并且第二装置移动到远程位置并被允许加入所述网络，所述第二装置在远程位置接收并显示无线信号强度的信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其中在所述网关模式下，所述装置被配置为：
通过ISA100通信链路或WirelessHART通信链路向一个或多个现场设备发送广告消息；
从至少一个第一现场设备接收加入与所述装置相关联的网络(104)的请求；以及
在所述平板计算设备的所述显示器上显示关于所述现场设备的信息。
3.根据权利要求1所述的装置，其中在所述路由器模式下，所述装置被配置为：
通过ISA100通信链路或WirelessHART通信链路向一个或多个现场设备发送广告消息；
从至少一个第一现场设备接收加入与所述装置相关联的网络的请求；以及
在所述平板计算设备的所述显示器上显示关于所述现场设备的信息。
4.根据权利要求1所述的装置，其中在所述嗅探器模式下，所述装置被配置为：
嗅探多个网络通道以识别所述装置周围的一个或多个网络；以及
在所述平板计算设备的所述显示器上显示关于所述装置周围的所述一个或多个网络中的每个网络的信息。
5.根据权利要求1所述的装置，其中在所述发现模式下，所述装置被配置为：
嗅探预定网络的一个或多个网络通道以识别连接到所述预定网络的一个或多个设备；
在所述平板计算设备的所述显示器上显示关于所述一个或多个设备的信息。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述平板计算设备的所述显示器包括触摸屏。
7.一种用于执行现场勘测的方法，包括：
使用蓝牙低功耗(BLE)通信链路(206)在平板计算设备(202)和装置(150)的无线电模块(204)之间进行通信(801)；
由所述装置可选择地在多种模式下操作(803)，所述多种模式包括网关模式、路由器模式、嗅探器模式和发现模式；以及
在所述平板计算设备的显示器(208)上显示(805)信息，
其中所述平板计算设备被配置为与其他设备建立WiFi和BLE通信链路(206)，
其中所述无线电模块物理地紧固到所述平板计算设备，并且被配置为与过程控制和自动化系统(100)的现场设备(102)建立ISA100和WirelessHART通信链路(144)，
其中第二装置包括：第二平板计算设备，所述第二平板计算设备具有第二显示器并且被配置为与其他设备建立WiFi和蓝牙低功耗通信链路；和第二无线电模块，所述第二无线电模块物理地紧固到所述第二平板计算设备并且被配置为与所述现场设备建立ISA100和WirelessHART通信链路，并且
其中所述装置被配置为与在所述路由器模式下操作的第二装置无线通信，以执行在远程位置的无线信号强度的现场勘测，所述装置建立到包括现场设备和至少一个接入点的网络的网络连接，并且第二装置移动到远程位置并被允许加入所述网络，所述第二装置在远程位置接收并显示无线信号强度的信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述网关模式下操作包括：
通过ISA100通信链路或WirelessHART通信链路向一个或多个现场设备发送广告消息；
从至少一个第一现场设备接收加入与所述装置相关联的网络(104)的请求；以及
在所述平板计算设备的所述显示器上显示关于所述现场设备的信息。
9.根据权利要求7所述的方法，其中在所述路由器模式下操作包括：
检测来自接入点的一个或多个广告消息；
加入与所述接入点相关联的网络；以及
在所述平板计算设备的所述显示器上显示关于所述网络的信息。
10.根据权利要求7所述的方法，其中在所述嗅探器模式下操作包括：
嗅探多个网络通道以识别所述装置周围的一个或多个网络；以及
在所述平板计算设备的所述显示器上显示关于所述装置周围的所述一个或多个网络中的每个网络的信息。
11.根据权利要求7所述的方法，其中在所述发现模式下操作包括：
嗅探预定网络的一个或多个网络通道以识别连接到所述预定网络的一个或多个设备；以及
在所述平板计算设备的所述显示器上显示关于所述一个或多个设备的信息。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述平板计算设备的所述显示器包括触摸屏。
13.一种包含指令的非暂态计算机可读介质，所述指令当由至少一个处理设备执行时，使得所述至少一个处理设备：
控制平板计算设备(202)和装置(150)的无线电模块(204)以使用蓝牙低功耗(BLE)通信链路(206)进行通信；
可选择地以多种模式操作所述装置，所述多种模式包括网关模式、路由器模式、嗅探器模式和发现模式；以及
在所述平板计算设备的显示器(208)上显示信息，
其中所述平板计算设备被配置为与其他设备建立WiFi和BLE通信链路(206)，
其中所述无线电模块物理地紧固到所述平板计算设备，并且被配置为与过程控制和自动化系统(100)的现场设备(102)建立ISA100和WirelessHART通信链路(144)，
其中第二装置包括：第二平板计算设备，所述第二平板计算设备具有第二显示器并且被配置为与其他设备建立WiFi和蓝牙低功耗通信链路；和第二无线电模块，所述第二无线电模块物理地紧固到所述第二平板计算设备并且被配置为与所述现场设备建立ISA100和WirelessHART通信链路，并且
其中所述装置被配置为与在所述路由器模式下操作的第二装置无线通信，以执行在远程位置的无线信号强度的现场勘测，所述装置建立到包括现场设备和至少一个接入点的网络的网络连接，并且第二装置移动到远程位置并被允许加入所述网络，所述第二装置在远程位置接收并显示无线信号强度的信息。
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