CN117879630A - 在基于以太网高级物理层的端点现场装置中提供光学和射频信息 - Google Patents

Abstract

用于提供基于以太网‑APL的端点现场装置的系统/方法采用保护外壳，所述保护外壳允许光学信号和射频信号几乎没有或没有衍射或衰减地通过。所公开的基于以太网‑APL的端点现场装置能够有利地使用视觉状态/配置指示器以及射频模块，所述射频模块在装置操作期间传输和接收无线通信。为了实现上述内容，本文中的基于以太网‑APL的端点现场装置设置有部分或全部由透明的不导电材料制成的保护外壳。这种布置允许操作员在没有辅助的情况下观察端点现场装置的视觉状态/配置指示器，并且还允许射频信号以可忽略的衰减或无衰减地通过外壳。

Description

在基于以太网高级物理层的端点现场装置中提供光学和射频 信息

相关申请的交叉引用

本申请要求于2022年10月10日提交的名称为“用于基于高级物理层的端点现场装置的外壳(ENCLOSURE FOR ADVANCED PHYSICAL LAYER BASED END POINT FIELD DEVICE)”的美国临时申请号63/414,794的优先权权益并通过引用将其并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及现场装置，并且更具体地涉及可以传达光学和射频信息的基于以太网高级物理层(以太网-APL)的端点现场装置。

背景技术

以太网是在IEEE 802.3中定义的网络通信标准，其广泛应用于局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)以及其他网络。以太网-APL是以太网标准的扩展，用于支持要求更高的工业应用，并在IEEE 802.3cg中定义。以太网-APL尤其提供远程高速通信，通过单根双绞线电缆提供电源和通信信号两者，并实施保护措施，所述保护措施使得能够在危险位置安全使用现场装置和装备。

用于本文目的的危险位置是经常在诸如通常可见于化学加工厂、燃料储罐、某些制造设施等中的恶劣环境条件下操作的工业位置。这些设施通常需要广泛的安全预防措施以防止由于因机械和/或电气接触产生的火花而意外点燃易燃材料，诸如液体、气体和爆炸性物质的混合物。以太网-APL通过结合统称为本质安全(IS)的有助于限制点燃的可能性的多种技术来满足许多此类安全要求。

然而，虽然现场装置和装备已经取得了许多进步，但是仍需要不断地进一步改进。

发明内容

本公开的实施方案涉及用于提供改进的现场装置(特别是基于以太网-APL的端点现场装置)的系统和方法。在一些实施方案中，所述系统和方法提供基于以太网-APL的端点现场装置，所述基于以太网-APL的端点现场装置允许光学信号和射频信号来回通过其保护外壳。具体地，本文中的基于以太网-APL的端点现场装置能够有利地使用视觉状态/配置指示器以及射频模块，所述射频模块在装置操作期间传输和接收无线通信。为此，本文中的基于以太网-APL的端点现场装置设置有保护外壳，所述保护外壳有利地容纳此类视觉状态/配置指示器和射频模块。这种布置允许操作员在没有辅助的情况下观察端点现场装置的视觉状态/配置指示器，并且还允许射频信号以可忽略的衰减或无衰减地通过外壳。

在一些实施方案中，所公开的现场装置的保护外壳由透明材料制成，所述透明材料允许操作员透视外壳并观察视觉状态/配置指示器，并且还允许射频信号以可忽略的衰减或无衰减地通过外壳。在一些实施方案中，保护外壳由不透明材料制成，然而所述不透明材料允许射频信号以可忽略的衰减或无衰减地通过。在后一种情况下，LED、光管和导管以及类似光发射器可以安装在保护外壳上，以允许操作员观察视觉状态/配置指示器的状态，而无需采取广泛的安全预防措施来安装视觉指示器。

一般而言，一方面，本公开的实施方案涉及一种基于以太网高级物理层(以太网-APL)的端点现场装置。所述基于以太网-APL的端点现场装置尤其包括保护外壳，所述保护外壳具有底部和可移除地固定到底部的顶部，底部和顶部中的至少一者由不导电材料制成。所述基于以太网-APL的端点现场装置另外包括安装在保护外壳内的电路板，所述电路板上具有电子部件，所述电子部件包括符合以太网-APL标准的电子部件。所述基于以太网-APL的端点现场装置还包括安装在保护外壳上或中的一个或多个光发射器，所述一个或多个光发射器可操作以发射光以向操作员指示端点现场装置的当前状态或配置。

一般而言，另一方面，本公开的实施方案涉及一种基于以太网-APL的工业系统。所述基于以太网-APL的工业系统尤其包括基于以太网-APL的网络、连接到基于以太网-APL的网络的工业控制系统。所述基于以太网-APL的工业系统另外包括多个基于以太网-APL的端点现场装置，所述多个基于以太网-APL的端点现场装置连接到基于以太网-APL的网络和工业控制系统，每个装置具有由不导电材料制成的保护外壳。所述基于以太网-APL的工业系统还包括安装在端点现场装置中的至少一者的保护外壳上或中的一个或多个光发射器，所述一个或多个光发射器可操作以发射光以向操作员指示端点现场装置的当前状态或配置。

一般而言，在又一方面，本公开的实施方案涉及一种提供基于以太网-APL的端点现场装置的方法。所述方法尤其包括提供其上具有电子部件的电路板，所述电子部件包括符合以太网-APL标准的电子部件。所述方法另外包括将电路板封闭在保护外壳中，电路板具有底部和可移除地固定到底部的顶部，底部和顶部中的至少一者由不导电材料制成。所述方法还包括将一个或多个光发射器安装在保护外壳上或中，所述一个或多个光发射器可操作以发射光以向操作员指示端点现场装置的当前状态或配置。

根据前述实施方案中的任何一个或多个，所述至少一个端点现场装置还包括施加在外壳的顶部上的选定位置处的一个或多个标签，每个标签为端点现场装置提供视觉状态或配置指示器。

根据前述实施方案中的任何一个或多个，所述至少一个端点现场装置的一个或多个光发射器安装在外壳的顶部上的选定位置处，每个光发射器邻近一个或多个标签中的对应标签定位。

根据前述实施方案中的任何一个或多个，所述至少一个端点现场装置的一个或多个光发射器安装在安装于外壳内的电路板上的选定位置处，每个光发射器在电路板上位于一个或多个标签中的对应标签的正下方。

根据前述实施方案中的任何一个或多个，所述至少一个端点现场装置的至少外壳的顶部由透明材料制成。

根据前述实施方案中的任何一个或多个，所述至少一个端点现场装置的至少外壳的底部由不透明材料制成。

根据前述实施方案中的任何一个或多个，所述至少一个端点现场装置具有直接或间接附接到其外壳的一个或多个电缆端口，所述电缆端口中的至少一者被配置为连接到基于以太网-APL的电缆。

应当理解，可能发现所公开的发明适用于多种应用。所述应用可以包括例如石油和天然气、能源、食品和饮料、水和废水、化学、石化、制药、金属以及采矿和矿物应用。

应当理解，如从下面的讨论和附图中将理解的，存在与所公开的发明相关联的许多特征、优点和方面。

附图说明

从以下对附图的详细描述中可以更全面地理解本公开的上述特征以及本公开本身，在附图中：

图1示出了根据本公开的实施方案的使用基于以太网-APL的端点现场装置的示例性工业位置；

图2示出了根据本公开的实施方案的示例性的基于以太网-APL的端点现场装置；

图3示出了根据本公开的实施方案的图2中的基于以太网-APL的端点现场装置的示例性壳体；

图4A和图4B示出了根据本公开的实施方案的图2中的基于以太网-APL的端点现场装置的示例性盖子；

图5示出了与图2中的装置类似的具有透明外壳的示例性的基于以太网-APL的端点现场装置；

图6示出了根据本公开的实施方案的替代性的基于以太网-APL的端点现场装置；

图7示出了根据本公开的实施方案的图6中的基于以太网-APL的端点现场装置的示例性壳体；

图8示出了根据本公开的实施方案的与图6中的装置类似的具有不透明盖子的示例性的基于以太网-APL的端点现场装置；

图9示出了根据本公开的实施方案的又一示例性的基于以太网-APL的端点现场装置；

图10示出了根据本公开的实施方案的图9中的基于以太网-APL的端点现场装置的附加细节；以及

图11示出了根据本公开的实施方案的可以与基于以太网-APL的端点现场装置一起使用的方法的示例性流程图。

具体实施方式

现在将更具体地描述本文寻求保护的概念、系统和技术的特征和其他细节。应当理解，本文描述的任何具体实施方案都是通过说明的方式示出的，而不是作为对本文描述的公开内容和概念的限制。在不脱离寻求保护的概念的范围的情况下，本文描述的主题的特征可以在各种实施方案中采用。

为了方便起见，这里收集了在本说明书中使用的某些介绍性概念和术语。

如本文所使用的，术语“边缘”是指工业控制系统的普渡(Purdue)网络模型的第0层。

如本文所使用的，术语“现场装置”是指在基于低功率嵌入式微控制器的平台上实施嵌入式控制/计算/测量能力的智能现场仪器。

如本文所使用的，术语“端点现场装置”是指在网络边缘处操作的智能现场仪器，其收集数据(例如，测量值、读数、移动等)并将数据传送到网络。

如本文所使用的，术语“机器学习(ML)”是指使用和开发能够通过使用算法和统计模型来分析数据模式并从中得出推论来在不遵循明确指令的情况下进行学习和适应的软件。

如本文所使用的，术语“嵌入式装置”是指微控制器、存储器和输入/输出外围设备的组合，其在较大系统内具有专用功能。

如本文所使用的，术语“联网”意指经由以太网网络通信标准连接。

如本文所使用的，术语“高可用性”是指可以在给定时间段内高水平地、连续地、无干预地操作的装置或应用。高可用性基础设施被配置为提供优质性能并以最短或零停机时间处理不同的负载和故障。

如本文所使用的，术语“本质安全(IS)”是指进入危险区域的装备的一种设计方法，所述设计方法将可用能量降低到极低而不会引起点燃的水平(经IEC TS 60079-39或ATEX认证)。

现在参考图1，示出了使用根据本公开的实施方案的一个或多个基于以太网-APL的端点现场装置的工业工厂或操作100。工业操作100包括经由有线网络连接而连接或以其他方式通信地耦合到基于以太网-APL的工业网络101的多个工业装备，所述有线网络连接中的一者被指示为102。工业装备可以有各种形式，并且可以与各种工业过程相关联，这取决于工业操作。例如，工业操作100可以包括用于执行、分析和/或控制过程变量测量值的一个或多个端点现场装置(例如，RTU、PLC、致动器、传感器、HMI等)。这些过程变量测量值可以包括例如压力、流率、液位和温度。工业操作100及其相关联的装备和过程可以由工业控制系统103(诸如分布式控制系统(DCS)或监控和数据采集(SCADA)系统等)通过基于以太网-APL的工业网络101来操作和控制。

在图1的示例中，多个工业装备(其包括装置)被描绘为110、120、130、140、150、160、170、180、190并且能够进行无线通信和有线通信两者。这些工业装备110至190可以与特定应用(例如，工业应用)、若干不同的应用和/或过程相关联。工业装备110至190可以包括电气或电子装备，例如，诸如与工业操作100(例如，制造或自然资源开采操作)相关联的机械。工业装备110至190还可以包括与工业操作100相关联的控制器和/或辅助装备，例如用于执行、分析和/或控制过程变量测量值的现场装置(例如，RTU、PLC、致动器、传感器、HMI)。在实施方案中，工业装备110至190可以安装在或位于与工业操作100相关联的一个或多个设施(即，建筑物)或其他物理位置(即，场所)中。例如，设施可以对应于工业建筑物或工厂，和/或它们可以对应于例如地理区域或位置。

在一些实施方案中，工业装备110至190可以各自被配置为执行一个或多个任务。例如，工业装备110至190中的至少一者可以被配置为生产或处理与工业操作100相关联的一种或多种产品、或产品的一部分。另外，工业装备110至190中的至少一者可以被配置为感测或监测与工业操作100相关联的一个或多个参数(例如，工业参数)。例如，工业装备110可以包括温度传感器或耦合到温度传感器，所述温度传感器被配置为感测与工业装备110相关联的温度。温度可以包括工业装备110附近的环境温度、与工业装备110相关联的过程的温度、由工业装备110生产的产品的温度等。工业装备110可以另外或替代地包括一个或多个压力传感器、流率传感器、液位传感器、振动传感器和/或由与工业装备110相关联的应用或过程使用的任何数量的其他传感器。在一个示例性实施方案中，所述应用或过程可以涉及水、空气、气体、电力、蒸汽、油等。

工业装备110至190可以采用各种形式并且可以各自具有相关联的复杂性(或功能能力和/或特征的集合)。例如，工业装备110可以对应于“基本”工业装备，工业装备120可以对应于“中级”工业装备，并且工业装备130可以对应于“高级”工业装备。在此类实施方案中，中级工业装备120可以具有比基本工业装备110更多的功能性(例如，测量特征和/或能力)，并且高级工业装备130可以具有比中级工业装备120更多的功能性和/或特征。例如，在实施方案中，工业装备110(例如，具有基本能力和/或特征的工业装备)可能能够监测工业过程的一个或多个第一特性，并且工业装备130(例如，具有高级能力的工业装备)可能能够监测工业过程的一个或多个第二特性，其中第二特性包括第一特性和一个或多个附加参数。应当理解，该示例仅用于说明性目的，并且类似地，在一些实施方案中，工业装备110至190可以各自具有独立的功能性。

如前所述，当某些工业装备(诸如现场装置)安装在危险位置时，通常采用各种保护措施来确保装置在操作期间不会无意中点燃易燃材料。在这方面，现有的端点现场装置通常需要满足高度严格的安全认证要求的保护外壳，这可能使得装置在一些情况下的实施成本过高和/或不切实际。

本公开的实施方案提供端点现场装置，其不需要保护外壳来满足与用于危险位置的现有现场装置相同的严格安全认证要求。这是因为本文的端点现场装置是基于以太网-APL的端点现场装置，这意指这些装置在电气和机械上符合以太网-APL的本质安全设计要求。本质安全合规性允许本文的端点现场装置使用与现有现场装置相比具有更宽松的机械约束的保护外壳材料。所述合规性还允许LED、光管和导管以及类似的视觉指示器安装在保护外壳上，而无需像现有现场装置一样严格的安全认证要求。

图2示出了根据本公开的实施方案的基于以太网-APL的端点现场装置的示例，所述基于以太网-APL的端点现场装置可以用作图1的工业装备110至190中的一者或与其结合使用。图2中的示例描绘了作为基于以太网-APL的工业数据收集单元200的一部分的端点现场装置，所述基于以太网-APL的工业数据收集单元由附接到以太网-APL接线盒204的端点现场装置202组成。接线盒204与其他类型的网络接线盒一样，主要用于容纳允许一根或多根电缆206连接到端点现场装置202的各种接线连接。电缆206进而允许端点现场装置202使用指定的通信协议与一个或多个工业系统(例如，DCS、SCADA等)进行通信。例如，一根或多根电缆206可以包括用于基于HART(“高速可寻址远程传感器”)的通信的“M8”电缆208、用于基于APL的通信的“M12”电缆210等。

在所示的示例中，端点现场装置202具有由壳体212组成的保护外壳，所述壳体被配置为(即，大小和形状被设计成)在其上接收盖子214。该示例中的壳体212和盖子214由不透明材料制成，然而，所述不透明材料允许端点现场装置202中的射频模块以可忽略的衰减或无衰减地传输和接收射频信号。可以用于壳体212和盖子214的合适材料的示例包括各种类型的不透明塑料、半透明玻璃、陶瓷和本领域技术人员已知的某些不导电金属。用于保护外壳的这些材料允许端点现场装置202使用射频信号无线地传输和接收数据和信息。

在一些实施方案中，盖子214上还可以具有呈自粘标签和其他类型标签的形式的一个或多个视觉状态/配置指示器，其整体被指示为218。例如，在盖子214的外(顶)表面上可以存在一个或多个APL链路状态指示器标签(例如，“APL1链路1/状态1”、“APL2链路2/状态2”等)，其示例表示为218a；一个或多个“确认”标签；“电源”标签等。

另外，整体指示为219的一个或多个光发射器可以邻近视觉状态/配置指示器218中的一者安装或嵌入在盖子214中，以指示端点现场装置202的当前状态/配置。一个或多个光发射器(其中一个表示为219a)可以包括LED、光管和导管，以及本领域已知的类似光源。这些光发射器219的操作通常是众所周知的并且它们的安装是本领域普通技术人员所熟知的。这种布置允许操作员在没有辅助的情况下观察端点现场装置202的状态/配置，但是不需要在光发射器219周围采取广泛的安全预防措施。

在一些实施方案中，壳体212上还可以具有呈自粘或其他类型的标签形式的一个或多个视觉状态/配置指示器218。例如，壳体212的侧表面上可以有“链路”标签220，以用于表示位于壳体212的侧面上的链路按钮222。在一些实施方案中，链路按钮222可以是操作员可以手动致动以发起将端点现场装置202通信地耦合(即，链接)到工业系统的过程的按钮。在一些实施方案中，链路按钮222可以在其中结合有光源，当已经建立通信链路时，所述光源以适当颜色照亮链路按钮222，并且如果尚未建立链路，则以不同颜色(或闪烁)照亮所述链路按钮。

图3示出了根据本公开的实施方案的图2中的保护外壳的壳体212，所述壳体上面没有盖子214。可以看出，壳体212具有从底壁212e垂直延伸的四个侧壁212a、212b、212c和212d，在该示例中，所述四个侧壁一起限定大致矩形的开放容积。应当理解，在本公开的范围内，壳体212可以采用本领域技术人员已知的替代形状(例如，方形、圆形等)。主电路板226可以安装到壳体212的底壁212e，所述主电路板上包含用于操作端点现场装置202的电子部件，包括符合以太网-APL标准的部件。主电路板226可以是印刷线路板(PWA)、印刷电路板(PCP)或其他类型的电路板，并且可以包括一个或多个端子块，所述端子块的示例指示为232。端子块232允许主电路板226经由穿过壳体212中的一个或多个电线孔(其中一个指示为233)的电线接线到接线盒204。

一个或多个钻孔224a、224b、224c和224d可以形成在壳体212的每个拐角处，以用于经由适当的紧固件(例如，螺钉、螺栓等)将盖子214固定到壳体212。在一些实施方案中，钻孔224a至224d可以被配置为(即，大小和形状被设计成)确保壳体212以适当对准和紧密配合的方式在其上接收盖子214。

在一些实施方案中，电源和控制耦合器(其中一半表示为234-1)可以附接到壳体212的侧壁中的一者(例如，侧壁212a)。电源和控制耦合器的另一半可以安装在盖子214上。盖子214在壳体212上的正确放置自动连接电源和控制耦合器的两半，由此将电源和控制信号从电路板226提供给光发射器219。

图4A和图4B分别示出了根据本公开的实施方案的图2中的没有壳体212的保护外壳的盖子214的俯视图和仰视图。如这些视图所示，盖子214具有从顶壁214e垂直延伸的四个侧壁214a、214b、214c和214d，在该示例中，所述四个侧壁一起限定大致矩形的罩。整体指示为236的一个或多个光孔可以形成在盖子214的顶壁214e中，以用于接收先前提到的一个或多个光发射器219(参见图2)。每个光孔(其中一个被表示为219a)的大小和形状可以被适当地设计成在其中接收对应的光发射器，诸如LED、光管和导管以及本领域已知的类似光源。在一些实施方案中，可以沿着四个侧壁214a、214b、214c和214d的底部边缘分别设置凸耳238a、238b、238c、238d。一个或多个钻孔240a、240b、240c和240d可以形成在盖子214的每个拐角处，以用于经由适当的紧固件(例如，螺钉、螺栓等)将盖子214固定到壳体212。在一些实施方案中，钻孔240a至240d可以被配置为(即，大小和形状被设计成)确保盖子214以适当和紧密配合的方式接收在壳体212中。

具体如图4B所示，在一些实施方案中，光发射器219可以作为电路板238的一部分安装或嵌入在盖子214中，所述电路板在这里以虚线示出，安装到顶壁214e的下侧。用于电路板238的电源和控制信号可以经由上述电源和控制耦合器(其中另一半被指定为234-2)来提供。

图5示出了与来自图2的基于以太网-APL的工业数据收集单元200类似的基于以太网-APL的工业数据收集单元500的示例。图5中的示例描绘了工业数据收集单元500也由附接到以太网-APL接线盒504的端点现场装置502组成。就存在由壳体512组成的保护外壳而言，端点现场装置502与图2中的对应装置几乎相同，所述壳体被配置为(即，大小和形状被设计成)在其上接收盖子514。然而，在该示例中，壳体512和盖子514两者都由固体透视(即，透明、通透)材料制成，所述材料允许来自端点现场装置502的射频模块的光学信号以及射频信号以可忽略的衍射或衰减或无衍射或衰减地通过。可以用于壳体512和盖子514的合适材料的示例包括各种类型的透明塑料、通透玻璃和本领域技术人员已知的其他透视材料。这允许操作员在没有辅助的情况下看到端点现场装置500，并且还允许射频信号以可忽略的衰减或无衰减地通过外壳。

如前所述，盖子514上还可以具有呈自粘标签和其他类型的标签形式的一个或多个视觉状态/配置指示器，其整体被指示为518。例如，在盖子514的外(顶)表面上可以存在一个或多个APL链路状态指示器标签(例如，“APL1链路1/状态1”、“APL2链路2/状态2”等)，其示例表示为518a和518b；一个或多个“确认”标签；“电源”标签等。然而，因为盖子514由透明材料制成，所以无需在端点现场装置502的盖子514中安装或嵌入光发射器。替代地，一个或多个光发射器(其中两个被表示为519a和519b)可以直接安装在端点现场装置502的印刷线路板(PWA)或其他电路板526上。一个或多个光发射器可以定位在对应的视觉状态/配置指示器518的正下方以指示端点现场装置502的当前状态/配置。然后操作员可以通过简单地查看端点现场装置502来确定所述装置的状态/配置。

至于壳体512，在一些实施方案中，壳体512可以与图2中的对应壳体相同，包括“链路”标签520和链路按钮522，但是由固体透视材料而不是不透明材料制成。实际上，在一些实施方案中，在本公开的范围内，壳体512可以由不透明材料制成，而盖子514由透明材料制成。接线盒504在这里主要用于容纳允许端点现场装置502与一个或多个工业系统(例如，DCS、SCADA等)通信的各种接线连接，并且在这方面，也与图2中的对应接线盒相同。

现在转向图6，示出了基于以太网-APL的端点现场装置的另一个示例，所述基于以太网-APL的端点现场装置可以用作图1的工业装备110至190中的一者或与其结合使用。图6中的示例描绘了端点现场装置600，其中与一个或多个工业系统(例如，DCS、SCADA等)通信所需的接线连接包括在端点现场装置600中。为此，在端点现场装置600中设置一个或多个电缆端口604以接收可以连接到端点现场装置600的一根或多根电缆606，包括APL电缆和其他类型的电缆。电缆606进而允许端点现场装置600使用指定的通信协议与一个或多个工业系统进行通信。一根或多根电缆606的示例可以包括用于基于HART的通信的M8电缆608、用于基于APL的通信的M12电缆610等。

如图6所示，端点现场装置600具有由壳体612组成的保护外壳，所述壳体被配置为(即，大小和形状被设计成)在其上接收盖子602。在该示例中，壳体612由不透明材料制成，而盖子602由透明材料制成。如前所述，透明材料允许来自端点现场装置600的射频模块的光学信号以及射频信号以可忽略的衍射或衰减或无衍射或衰减地通过。可以分别用于壳体612和盖子602的材料分别包括先前讨论的相同的已知的不透明和透明材料。在一些实施方案中，盖子602上可以具有呈自粘标签和其他类型的标签形式的一个或多个视觉状态/配置指示器。例如，盖子602上可以有Wi-Fi状态指示器标签616，以及包含多个状态指示器(诸如电源、APL1、APL2、HART、I/O等)的多指示器标签620。

图7示出了根据本公开的实施方案的图6中的保护外壳的壳体612，所述壳体上面没有盖子602。可以看出，壳体612具有从底壁(未标记)垂直延伸的四个侧壁612a、612b、612c和612d，在该示例中，所述四个侧壁一起限定大致矩形的开放容积。一个或多个钻孔624a、624b、624c和624d可以形成在壳体612的每个拐角处，以用于经由适当的紧固件(例如，螺钉、螺栓等)将盖子602固定到壳体612。在一些实施方案中，钻孔624a至624d可以被配置为(即，大小和形状被设计成)确保壳体612以适当对准和紧密配合的方式在其上接收盖子614。应当理解，在本公开的范围内，壳体612(如同图3中的对应壳体)可以采用本领域技术人员已知的替代形状(例如，方形、圆形等)。

主电路板626可以安装到壳体612的底壁，所述主电路板上包含用于操作端点现场装置600的电子部件，包括符合以太网-APL标准的部件。主电路板626可以是PWA、PCP或其他类型的电路板。接线电路板628还可以邻近主电路板626安装到壳体612的底壁。接线电路板628可以以已知的方式经由一个或多个板间连接器630a和630b通信地耦合到主电路板626，以从主电路板626接收电力并与主电路板交换控制信号。

一个或多个Wi-Fi状态光发射器614可以设置在接线电路板628上并且被定位成位于Wi-Fi状态标签616下方以提供任何Wi-Fi连接的当前状态。类似地，一个或多个多状态光发射器618可以设置在接线电路板628上并定位在多指示器标签620的下方，以用于指示该标签上的一个或多个指示器的当前状态。当然，在一些实施方案中，可将Wi-Fi状态光发射器614和/或多状态光发射器618定位在主电路板626上而不是接线电路板628上。

整体指示为632的多个螺钉端子也可以设置在接线电路板628上，每个螺钉端子632对应于电缆端口604中的一者。螺钉端子632为电缆端口604提供接线连接，以允许上文讨论的电缆606通信地耦合到端点现场装置600。

图8示出了基于以太网-APL的端点现场装置的另一个示例，所述基于以太网-APL的端点现场装置可以用作图1的工业装备110至190中的一者或与其结合使用。图8中的示例描绘了端点现场装置800，就与一个或多个工业系统(例如，DCS、SCADA等)通信所需的接线连接包括在端点现场装置800中而言，端点现场装置800以其他方式与图6和图7中的端点现场装置600相同。因此，端点现场装置800中存在一个或多个电缆端口804，所述一个或多个电缆端口被设计成接收可以连接到端点现场装置800的一根或多根电缆806，包括APL电缆和其他类型的电缆。电缆806进而允许端点现场装置800使用指定的通信协议与一个或多个工业系统进行通信。一根或多根电缆806的示例可以包括用于基于HART的通信的M8电缆808、用于基于APL的通信的M12电缆810等。

如同上面的端点现场装置600，这里的端点现场装置800具有由壳体812组成的保护外壳，所述壳体被配置为在其上接收盖子802。然而，在该示例中，壳体812和盖子802两者由不透明材料制成。因此，由于操作员在操作期间将无法看到端点现场装置800，所以盖子802不仅设置有Wi-Fi状态指示器标签816和多指示器标签820(例如，电源、APL1、APL2、HART、I/O等)，而且还设置有Wi-Fi状态光发射器814和其上与标签816和820相对应的多状态光发射器818。用于光发射器814和818的电源和控制信号可以以与关于端点现场装置202(参见图3和图4A至图4B)所讨论的类似的方式来提供。

现在参考图9，示出了基于以太网-APL的端点现场装置的又一示例，所述基于以太网-APL的端点现场装置可以用作图1的工业装备110至190中的一者或与其结合使用。图9中的示例描绘了被配备为经由无线传输以及有线传输发送和接收数据的端点现场装置900。对于后者，用于将端点现场装置900连接到一个或多个工业系统(例如，DCS、SCADA等)的接线连接包括在端点现场装置900内。因此，不需要单独的接线盒和相关接线部件。在一些实施方案中，端点现场装置900的激活和控制可以经由无线传输和/或有线传输远程实现。

在图9的示例中，端点现场装置900具有由附接到基板904的圆顶形盖子902组成的保护外壳。圆顶形盖子902优选地由透明材料制成，而基板904可以由任何合适的材料制成，包括各种金属和金属合金(例如，不锈钢)。当然，取决于特定应用，可以将其他合适的形状和材料用于盖子902和基板904。如上文所讨论，透明材料允许来自端点现场装置900的射频模块的光学信号以及射频信号以可忽略的衍射或衰减或无衍射或衰减地通过。

一个或多个电路板906可以容纳在圆顶形盖子902和基板904内以用于操作端点现场装置900，所述一个或多个电路板上包含用于操作端点现场装置900的电子部件，包括符合以太网-APL标准的部件。端点现场装置900的操作可以借助于一个或多个视觉状态/配置指示器(诸如设置在盖子902上用于指示端点现场装置900的当前状态的APL状态指示器标签908)来观察和监测。一个或多个状态光发射器(诸如APL状态光发射器910)可以设置在APL状态指示器908下方的一个或多个电路板906上，以允许操作员通过盖子902在无辅助的情况下查看端点现场装置900的当前状态。一个或多个电缆端口(其示例表示为912)可以设置在基板904中以用于接收可以连接到端点现场装置900的一根或多根电缆914，诸如APL电缆和其他类型的电缆。电缆914进而允许端点现场装置900使用指定的通信协议(诸如基于HART的通信协议或基于APL的通信协议等)与一个或多个工业系统通信。

图10示出了图9中从基板904移除了盖子902的示例性端点现场装置900的局部视图。如该图所示，基板904具有圆周凸缘部分916，盖子902可以(例如，经由螺钉、螺栓等)紧固到所述圆周凸缘部分以将电路板和电子器件906封闭在端点现场装置900内。凸缘部分916围绕圆形凹陷区域918，所述圆形凹陷区域限定圆形凸起安装平台920，电路板和电子器件906可以安装在所述圆形凸起安装平台上。在一些实施方案中，O形环或类似的密封装置可以邻近凸缘916设置在凹陷区域918内，以在盖子902被紧固时提供液密和气密密封。用于一个或多个电缆端口912的一个或多个端口连接器(诸如APL端口连接器或其他类型的端口连接器)也可以安装在凸起安装平台920上以用于接收一根或多根电缆914。端口连接器的示例被表示为922。

现在转向图11，示出了表示根据本公开的实施方案的可以由基于以太网APL的端点现场装置使用或与其结合使用的方法1100的示例性流程图。尽管方法1100被示出为一系列离散框，但是应当理解，在本公开的范围内，单独的框可以被划分为若干子框，并且任何两个或更多个框可以被组合成超级框。另外，尽管方法1100的框以特定顺序描绘，但是在本公开的范围内，可以从所示顺序中取出一个或多个框，或者从所述顺序中移除一个或多个框。

方法1100通常开始于框1102，其中提供或获得其上具有各种电子部件的电路板。电子部件包括符合以太网-APL标准的部件，这意指这些部件遵循适用的以太网APL标准。实际上，电路板整体遵循以太网-APL标准，这意指它是使用上述本质安全设计技术进行设计的。在任何情况下，电子部件以本领域技术人员已知的方式操作，以实现端点现场装置所需的各种功能性，如上文关于图1所描述的。

在框1104处，将电路板封闭在具有底部和可以可移除地固定到底部的顶部的保护外壳内。在一些实施方案中，底部是壳体，并且顶部是用于壳体的类似于罩的盖子。在一些实施方案中，底部可以是基板并且顶部可以是装配在基板上的圆顶。优选地，顶部和底部两者都由不导电材料制成，以允许传输射频信号，但是在一些实施方案中，仅顶部可由不导电材料制成。在一些实施方案中，不导电材料可以是固体透视材料，诸如透明塑料、通透玻璃等。

在框1106处，可以将一个或多个光发射器安装在保护外壳上的选定位置处。替代地，光发射器可以安装在电路板上的选定位置处。在任一情况下，光发射器都会提供对端点现场装置的各种操作方面的当前状态或配置的指示，诸如是否已建立APL链路、是否正在供电、Wi-Fi连接是否已建立等等。光发射器的示例可以包括LED、光管或导管以及其他光源。

在框1108处，任选地，将一个或多个视觉状态/配置指示器施加在保护外壳上的选定位置处。这些指示器可以呈自粘标签或施加到保护外壳的顶部的其他类型的标签的形式。当光发射器安装在外壳的顶部中时，视觉指示器可以位于其相应的光发射器附近，或者当光发射器安装在电路板上时，视觉指示器可以位于光发射器的正上方。在任一情况下，视觉指示器通过指示端点现场装置的哪个状态/配置与哪个光发射器相关联来为一个或多个光发射器进行补充。

在框1110处，为端点现场装置提供一个或多个电缆端口。电缆端口被设计成接收或以其他方式连接到一根或多根电缆，包括APL电缆、HART电缆以及使用其他通信协议的其他类型的电缆。在一些实施方案中，电缆端口可以设置在保护外壳本身上，例如设置在其底部上，由此允许一根或多根电缆直接连接到端点现场装置。在一些实施方案中，电缆端口可以设置在附接到保护外壳的接线盒上，所述接线盒包含允许一根或多根电缆间接连接到端点现场装置的接线连接。

至此，已经示出并描述了本公开的实施方案的多个特征和优点。本领域普通技术人员将认识到与所公开的实施方案相关联的其他可能的特征和优点。例如，虽然已经示出和描述了各种视觉状态/配置指示器(标签)，但是应当理解，此类视觉状态/配置指示器(标签)的使用是任选的并且不是严格必需的。还应当理解，本文公开的实施方案可以被配置为系统、方法或其组合。因此，本公开的实施方案可以由包括硬件、软件、固件或其任何组合在内的各种装置组成。

应当理解，本文寻求保护的概念、系统、电路和技术不限于在本文描述的示例性应用(例如，工业应用)中使用，而是可以在需要监测(无论是视觉地还是远程地)装置或装备的状态/配置的基本上任何应用中使用。虽然已经示出和描述了本公开的特定实施方案和应用，但是应当理解，本公开的实施方案不限于本文公开的精确构造和组合物，并且在不脱离所附权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，可以根据前述内容明白各种修改、改变和变型。

在已经描述了用于示出作为本专利主题的各种概念、结构和技术的优选实施方案后，现在对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，可以使用结合有这些概念、结构和技术的其他实施方案。另外，本文描述的不同实施方案的元件可以组合以形成上面未具体阐述的其他实施方案。因此，认为本专利的范围不应限于所描述的实施方案，而应仅由所附权利要求的精神和范围来限制。

Claims (22)

1.一种基于以太网高级物理层(以太网-APL)的端点现场装置，其包括：

保护外壳，所述保护外壳具有底部和可移除地固定到所述底部的顶部，所述底部和所述顶部中的至少一者由不导电材料制成；

安装在所述保护外壳内的电路板，所述电路板上具有电子部件，所述电子部件包括符合以太网-APL标准的电子部件；以及

一个或多个光发射器，所述一个或多个光发射器安装在所述保护外壳上或中，所述一个或多个光发射器能够操作以发射光以向操作员指示所述端点现场装置的当前状态或配置。

2.根据权利要求1所述的基于以太网-APL的端点现场装置，其还包括施加在所述外壳的所述顶部上的选定位置处的一个或多个标签，每个标签为所述端点现场装置提供视觉状态或配置指示器。

3.根据权利要求2所述的基于以太网-APL的端点现场装置，其中所述一个或多个光发射器安装在所述外壳的所述顶部上的选定位置处，每个光发射器邻近所述一个或多个标签中的对应标签定位。

4.根据权利要求2所述的基于以太网-APL的端点现场装置，其中所述一个或多个光发射器位于所述电路板上的选定位置处，每个光发射器在所述电路板上位于所述一个或多个标签中的对应标签的正下方。

5.根据权利要求1所述的基于以太网-APL的端点现场装置，其中至少所述外壳的所述顶部由透明材料制成。

6.根据权利要求1所述的基于以太网-APL的端点现场装置，其中至少所述外壳的所述底部由不透明材料制成。

7.根据权利要求1所述的基于以太网-APL的端点现场装置，其还包括直接或间接附接到所述外壳的一个或多个电缆端口，所述电缆端口中的至少一者被配置为连接到基于以太网-APL的电缆。

8.一种基于以太网高级物理层(以太网-APL)的工业系统，其包括：

基于以太网-APL的网络；

工业控制系统，所述工业控制系统连接到所述基于以太网-APL的网络；

多个基于以太网-APL的端点现场装置，所述多个基于以太网-APL的端点现场装置连接到所述基于以太网-APL的网络和所述工业控制系统，每个装置具有由不导电材料制成的保护外壳；以及

一个或多个光发射器，所述一个或多个光发射器安装在所述端点现场装置中的至少一者的所述保护外壳上或中，所述一个或多个光发射器能够操作以发射光以向操作员指示所述端点现场装置的当前状态或配置。

9.根据权利要求8所述的基于以太网-APL的工业系统，其中至少一个端点现场装置的所述保护外壳包括底部和可移除地固定到所述底部的顶部，并且其中所述底部和所述顶部中的至少一者由所述不导电材料制成。

10.根据权利要求9所述的基于以太网-APL的工业系统，其中所述至少一个端点现场装置还包括施加在所述外壳的所述顶部上的选定位置处的一个或多个标签，每个标签为所述端点现场装置提供视觉状态或配置指示器。

11.根据权利要求10所述的基于以太网-APL的工业系统，其中所述至少一个端点现场装置的所述一个或多个光发射器安装在所述外壳的所述顶部上的选定位置处，每个光发射器邻近所述一个或多个标签中的对应标签定位。

12.根据权利要求10所述的基于以太网-APL的工业系统，其中所述至少一个端点现场装置的所述一个或多个光发射器安装在安装于所述外壳内的电路板上的选定位置处，每个光发射器在所述电路板上位于所述一个或多个标签中的对应标签的正下方。

13.根据权利要求10所述的基于以太网-APL的工业系统，其中所述至少一个端点现场装置的至少所述外壳的所述顶部由透明材料制成。

14.根据权利要求10所述的基于以太网-APL的工业系统，其中所述至少一个端点现场装置的至少所述外壳的所述底部由不透明材料制成。

15.根据权利要求8所述的基于以太网-APL的工业系统，其中所述至少一个端点现场装置具有直接或间接附接到其所述外壳的一个或多个电缆端口，所述电缆端口中的至少一者被配置为连接到基于以太网-APL的电缆。

16.一种提供基于以太网高级物理层(以太网-APL)的端点现场装置的方法，所述方法包括：

提供其上具有电子部件的电路板，所述电子部件包括符合以太网-APL标准的电子部件；

将所述电路板封闭在保护外壳中，所述电路板具有底部和可移除地固定到所述底部的顶部，所述底部和所述顶部中的至少一者由不导电材料制成；以及

将一个或多个光发射器安装在所述保护外壳上或中，所述一个或多个光发射器能够操作以发射光以向操作员指示所述端点现场装置的当前状态或配置。

17.根据权利要求16所述的方法，其还包括将一个或多个标签施加在所述外壳的所述顶部上的选定位置处，每个标签为所述端点现场装置提供视觉状态或配置指示器。

18.根据权利要求17所述的方法，其还包括将所述一个或多个光发射器安装在所述外壳的所述顶部上的选定位置处，每个光发射器邻近所述一个或多个标签中的对应标签定位。

19.根据权利要求17所述的方法，其还包括将所述一个或多个光发射器安装在所述电路板上的选定位置处，每个光发射器在所述电路板上位于所述一个或多个标签中的对应标签的正下方。

20.根据权利要求16所述的方法，其中至少所述外壳的所述顶部由透明材料制成。

21.根据权利要求1所述的方法，其中至少所述外壳的所述底部由不透明材料制成。

22.根据权利要求1所述的方法，其还包括为所述基于以太网-APL的端点现场装置提供一个或多个电缆端口，所述电缆端口中的至少一者被配置为连接到基于以太网-APL的电缆。