CN203982152U - 用于过程控制系统中的长范围rfid通信的装置 - Google Patents

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Abstract

公开了用于过程控制系统中的长范围RFID通信的装置。示例性的装置包括可通信地耦接到过程控制系统的现场设备的射频标识标签。射频标识标签具有处理器、板载存储器和天线。板载存储器存储从现场设备接收的要被发送到无线射频标识读取器的数据。从与现场设备相关联的控制系统功率向处理器和板载存储器供电。

Description

用于过程控制系统中的长范围RFID通信的装置
技术领域
本公开总体涉及过程控制系统，并且更具体地涉及用于过程控制系统中的长范围RFID通信的装置。
背景技术
过程控制系统(例如在化工、石油或其他过程中使用的那些)通常包括一个或多个过程控制器，该一个或多个过程控制器经由模拟、数字或组合的模拟/数字总线与一个或多个现场设备可通信地耦接。例如可以是仪器、阀定位器、开关和发送器(例如温度、压力和流速传感器)的现场设备执行过程内的过程控制功能，例如打开或关闭阀和测量过程控制参数。过程控制器接收指示由现场设备进行的过程测量的信号，并且随后处理该信息，以生成控制信号来实现控制例程，以进行其他过程控制决定，并发起过程控制系统警报。
通常使得来自现场设备和/或控制器的信息通过数据高速公路或通信网络对于一个或多个其他设备或系统可用，该设备或系统例如是操作员工作站、个人计算机、数据历史库、报告生成器、中央数据库等等。这些设备或系统通常位于远离严酷的工厂环境的控制室中和/或其他位置。这些设备或系统例如运行使得操作员能够相对于由过程控制系统实现的过程执行各种功能中的任何一种，例如观看过程的当前状态、改变操作状态、改变过程控制例程的设置、修改过程控制器和/或现场设备的操作、观看现场设备和/或过程控制器生成的警报、出于训练人员和/或评估过程的目的模拟过程的操作等。
实用新型内容
公开了用于过程控制系统中的长范围RFID通信的装置。示例性的装置包括与过程控制系统的现场设备可通信地耦接的射频标识标签。射频标识标签具有处理器、板载存储器和天线。板载存储器存储从现场设备接收的、要被传送到射频标识读取器的数据。从与现场设备相关联的控制系统向该处理器和板载存储器供电。
在一种实现中，所述射频标识标签能够在高达大约90英尺的距离与所述射频标识读取器进行通信。
在一种实现中，当所述控制系统功率不可用时，所述射频标识标签在至多大约1英尺的距离内与所述射频标识读取器进行通信，所述射频标识标签由所述射频标识读取器经由电磁感应供电。
在一种实现中，还包括功率管理器，所述功率管理器从与所述现场设备相关联的控制系统功率中汲取被提供给所述处理器和板载存储器的功率。
在一种实现中，所述功率管理器包括信号调节器，所述信号调节器使得所述功率管理器能够汲取所述功率而不扰乱在信号线上传送的信号。
在一种实现中，所述控制系统功率对应于环路功率。
在一种实现中，所述控制系统功率对应于网络功率。
在一种实现中，所述板载存储器是磁阻随机存取存储器。
在一种实现中，还包括电容器，所述电容器存储从与所述现场设备相关联的控制系统功率获得的功率。
在一种实现中，从由所述射频标识读取器生成的电磁场为所述天线供电。
在一种实现中，从所述控制系统功率为所述天线供电，以实现所述数据的无线广播传输。
另一个示例性的装置包括与过程控制系统的现场设备可通信地耦接的射频标识标签。该射频标识标签以半无源模式进行操作。示例性的装置还包括可通信地耦接在射频标识标签和现场设备之间的功率管理器。功率管理器将从过程控制系统的控制系统功率中汲取的功率提供给射频标识标签。
在一种实现中，所述射频标识标签与射频标识读取器在距所述射频标识标签大约30到90英尺的范围内进行无线通信。
在一种实现中，所述功率管理器从所述控制系统功率拾取功率而不扰乱在信号线上传送的信号。
在一种实现中，还包括电容器，所述电容器存储由所述功率管理器获得的功率。
附图说明
图1是其中实现了本公开的教导的示例性的过程控制系统的示意图。
图2说明了实现图1的示例性的RFID设备的示例方式。
图3说明了实现图1的示例性的RFID设备的另一个示例方式。
图4说明了在图2和/或图3的示例性RFID设备中实现加密数据记录的示例性的方式。
图5说明了图2和/或图3的示例性的RFID设备要经由阀控制器耦接到致动器以控制阀的特定实现。
图6是表示用于实现图2的示例性的RFID设备以将数据从现场设备无线传送到本地RFID读取器/写入器的示例方法的流程图。
图7是表示用于实现图3的示例性的RFID设备以将数据从现场设备无线传送到本地RFID读取器/写入器的示例方法的流程图。
图8是表示用于实现图1、2和/或3的示例性的RFID设备以从现场设备提供经由RFID读取器/写入器本地请求的数据的示例方法的流程图。
图9是表示用于实现图1、2和/或3的示例性的RFID设备以向与现场设备相关联的RFID设备提供经由RFID读取器/写入器本地产生的数据的示例方法的流程图。
图10是表示使用图1、2和/或3的示例性的RFID设备来将示例性的过程控制系统100中的第一现场设备替换为第二替换现场设备以自动配置第二替换现场设备的示例方法的流程图。
图11是可以用于和/或编程为执行图6-10的示例方法和/或更一般性而言，实现图1、2和/或3的示例RFID设备的示例性处理器平台的示意图。
具体实施方式
虽然可以从中央的、位于远程的控制室监视位于过程控制系统中的各处的现场设备以及它们的对应参数，但是还存在一些情况，其中操作员、工程师和/或其他工厂人员在例如检查、维护和/或维修现场设备或过程工厂中的其他控制单元期间位于现场设备附近的区域中。通常，维护和维修是一种依赖于对详细的工厂信息的快速访问的计划和时间驱动的工厂活动。当现场设备和/或最终控制单元故障时，在工厂人员位于这样的组件附近的现场时无法访问完成维修所需的技术信息会导致成本上的浪费和/或产品损失。在需要访问健全的维护和维修信息的当前的维护概念中，目标是通过预知算法获得更可靠的设备和预测性的维护。
这样的维护程序通常被包含有错误归档、过期、不完整和/或不正确记录的记录和部件预订系统所困扰。此外，在没有集成企业方案的情况下，数据可能会位于多个物理位置处和/或包括在电子数据记录中，无法在走动(walk-down)期间被维护人员快速地访问。作为典型的走动的一部分，检查每个设备，并且记录诸如型号和序列号之类的铭牌规格。还收集每个类型的设备的详细的属性集。
此外，在需要本地替换现场设备的维护情况下，设备配置和调试可能变为重要的事情。具体而言，包括嵌入的微处理器和/或微控制器的现场设备可能具有复杂配置，该复杂配置需要维护技师参考在整个企业方案中远程存储的技术数据。在许多这样的情形中，技师可以依赖写下的可能并未更新和/或不完整的记录。此外，在技师连接到企业方案以获取所需的技术数据的情形下，对数据的访问可能较慢(例如，基于在整个企业中实现的用来传输数据的通信协议)。相应地，在这样的情形中，在工厂人员位于现场设备本地的其他情形中，期望使得工厂人员能够与能够本地存储相关技术数据的现场设备进行通信，以不用依赖于缓慢的通信速度来提供完整和更新的信息以获取在远程地点处存储的相同信息。
在一些情形中，工厂人员携带便携式手持通信器，利用该通信器，工厂人员可以与感兴趣的设备进行通信和/或询问感兴趣的设备。然而，在许多这样的情形中，将便携式通信器设备物理连接到现场设备需要工厂人员例如拧下和去除现场设备的终端帽。结果是，访问通常限于停止服务的现场设备，这是因为从当前运行的现场设备(即处于服务中的现场设备)去除终端帽会违反工厂安全标准。为了克服这个障碍，已经实现了内在安全的无线收发机，以与现场设备进行通信，并且随后例如在别处(例如由附近的工厂人员携带的手持无线接收机)无线发送数据。
尽管无线收发机是一个改进，但当前已知的无线收发机存在许多限制。例如，许多已知的无线收发机依赖于从控制系统提供给对应的现场设备的功率(例如环路功率(loop power))以对电池和/或电容器进行充电，以向无线传输供电。由于作为通过来自控制系统的功率提供的低电压信号的结果，实现许多现场设备的功率预算较紧，因此许多已知的无线收发机的无线通信限于具有充足的功率可用的时间段和/或在从被提供给现场设备的控制系统功率中已经获得了充足的功率的时间段之后。因此，许多已知的无线收发机并不适用于高速通信和/或传输大量数据。此外，许多已知的无线收发机与关联于用于实现过程控制系统中的现场设备的交互的特定通信协议的有线调制解调器串行通信。结果是，无线收发机的通信速度限于对应协议的通信速度，其可能相对较低(例如，公知的HART协议限于1200波特)。此外，由于已知的无线收发机通常依赖于控制系统功率来进行工作，因此仅当过程工厂运转并且向特定的现场设备供电(例如，并未由于维护而停止服务)的情况下，才可以进行无线传输。
通过在本文中公开并且在下文中更全面阐述的教导的实现，克服了上述障碍，并且实现了与现场设备的高速本地通信以及各种其他优点。特别是，在本文中公开的教导通过使用射频标识(RFID)实现了无线通信，而RFID是一种能效极高的技术。例如，超高频(UHF)无源标签从由(例如通常位于大约30英尺距离内的)附近的手持读取器生成的电磁场(EMF)接收功率。半无源标签使用本地功率(例如电池)来为内部电路供电，但仍依赖于来自手持读取器的功率来与读取器进行通信。利用对用于通信的本地功率的依赖，与无源标签相比，半无源标签可以具有更长的读取范围(例如高达90英尺)。有源标签使用本地功率来为内部电路供电并且与读取器进行通信。这样，有源标签显著地显现出了更长的传输范围(例如高达1000英尺)。
RFID技术的不同的实现依赖于与应用了该技术的特定工业相关的特征的各种工程折中。通过平衡诸如读取范围、写入范围、成本、电池寿命、服务寿命、可允许的温度范围、天气阻力等之类的特征来实现这样的折中。在过程控制工业的情况下，一些特别感兴趣的性能参数包括长距离读取/写入范围、高可靠性和大数据容量。为了实现长范围，可以实现远场或超高频(UHF)RFID技术。然而，通信范围越长，对存储器容量的限制越大(如果实现无源标签的话)或者需要的功率越大(如果实现半无源或有源标签的话)。在本文中公开的示例实现了适合于过程控制工业中的应用的这些特征之间的某种平衡。
在一些公开的示例中，无源标签物理和可通信地耦接到过程控制系统中的现场设备。一旦收集了来自现场设备的数据，在一些这样的示例中，标签可以基于从读取器的EMF接收到的功率将数据发送到附近的手持读取器。这样，位于现场设备本地的工厂人员能够与现场设备进行无线通信，由于无需拧下和去除终端帽而维持了工厂安全策略。此外，工厂人员可以与位于安全边界之外或工厂人员无法直接访问(例如，被高高地放置在了塔上或在其他设备之后)的现场设备进行无线通信。此外，在这样的示例中，由于标签是无源的(例如，并不使用除来自手持读取器的功率之外的任何功率)，工厂人员可以与标签进行通信，而不考虑被提供给对应的现场设备的功率。因此，当现场设备正在操作时、当现场设备或工厂宕机时、以及甚至当从工厂移除现场设备时(例如，以进行维修，在安装之前等)，工厂人员都能够与标签进行通信。
在一些公开的示例中，半无源标签物理和可通信地耦接到过程控制系统中的现场设备。在这样的示例中，标签可以从由控制系统提供的功率中汲取功率，以进行操作并与现场设备进行通信。在一些示例中，从沿着线路发送给现场设备的4-20mA模拟信号中汲取功率，通常称为环路功率。在其他示例中，从沿着24伏数字总线的线路汲取功率，通常称为网络功率或总线功率。如在这里所使用的，环路功率和网络功率在这里被统称为控制系统功率。
在一些示例中，半无源标签的通信范围和存储器容量之间的折中在一定程度上被减轻，这是因为补充的电源(例如控制系统功率)能够为标签的存储器和对应的处理器供电。按照这种方式，能够使用高容量的存储器。此外，随着标签的存储器和处理器被控制系统供电，来自手持读取器的EMF可以用于单独为天线供电，从而实现更长的通信范围。例如，无源标签(其被由读取器生成的EMF单独供电)可以具有高达大约30英尺的范围，而半无源标签(其被电池辅助或接收其他辅助功率(如控制系统功率))可以具有距离高达大约90英尺的范围。虽然这些范围是可能的，但是取决于基于其他的设计考虑(例如，成本、尺寸等)的特定的标签，一些标签可能具有更长或更短的范围。
因此，通过利用(例如，在半无源标签实现中的)控制系统功率(其在几乎所有的过程控制系统环境中都可获得)，增加的存储器容量和增加的通信范围是可能的。此外，如上所述的接近90英尺的读取范围可能使得工厂人员能够在几乎任何现场设备的范围内，而不管其位置。此外，半无源标签能够进行全向通信，使得工厂人员并不必须位于传输范围内的特定位置来与关联于现场设备的标签进行通信。此外，尽管半无源标签被设计为利用补充的功率(例如控制系统功率)进行操作，但这样的标签还可以在完全无源的模式下(例如当没有控制系统功率时)进行操作。然而，如果根据控制系统功率的可用性而将更高的存储器集成到这样的标签中(例如期望标签初始以半无源模式进行操作)，则当处于无源模式下时，标签的通信范围可以被显著地减小到更短的范围(例如一英尺或更小)。因此，尽管可以在没有控制系统功率的情况下进行与这样的标签的通信，但这样的通信限于当可以使得手持读取器接近现场设备的情形(例如，当在维修的技师之前时)。因此，在这里公开的使用不同的无源或半无源的实现的方法和装置呈现了在控制系统功率可用和这样的功率不可用这两种设置下的存储器和通信范围之间的不同的折中。此外，尽管无源RFID标签通常具有有限的板载存储器，但在一些示例中，随着从现场设备收集数据，数据被存储在分离的非易失性存储器中，可由RFID标签在需要时根据经由便携式RFID读取器/写入器的请求来进行访问。通过按照此方式收集和存储数据，基于其他已知的无线收发机的功耗需求和/或基于过程控制系统内实现的通信协议的需求，可以有效地高速缓存数据以供快速获取，而没有缓慢通信的限制。此外，分离的非易失性存储器为对应的现场设备提供额外的存储器，其可以用于存储与现场设备的标识、维护和/或调试相关的额外的信息，以帮助维护和/或维修出故障的设备。在一些示例中，来自中央控制室的通信还可以被写入到非易失性存储器中，以在走动期间和/或任何其他时间由工厂人员获取。此外，在一些示例中，便携式RFID读取器/写入器可用于更新和/或提供额外的信息给非易失性存储器以用于后续的参考和访问。此外，在一些示例中，使用非对称加密来证实和/或验证数据的正确性，从而实现对非易失性存储器的数据写入和数据的对应访问。此外，在一些示例中，RFID标签是完全有源的，使得天线也由控制系统供电，从而使得能够广播信号并实现更大的范围。
图1是其中实现了本公开的教导的示例性的过程控制系统100的示意图。图1的示例性的过程控制系统100包括一个或多个过程控制器(其中之一被指定参考标记102)、一个或多个操作员站(其中之一被指定参考标记104)、以及一个或多个工作站(其中之一被指定参考标记106)。示例性的过程控制器102、示例性的操作员站104和示例性的工作站106经由总线和/或局域网(LAN)108(其被统称为应用控制网络(ACN))可通信地耦接。
图1中的示例性的操作员站104允许操作员、工程师和/或其他工厂人员浏览和/或操作一个或多个操作员显示屏幕和/或应用，使得工厂人员能够浏览过程控制系统变量、状态、状况、警报；改变过程控制系统设置(例如设置点、操作状态、清除警报、使警报静音等)；配置和/或校准过程控制系统100内的设备；执行过程控制系统100内的设备的诊断；和/或与过程控制系统100内的设备进行其他交互。
图1的示例性的工作站106可以被配置为应用站来执行一个或多个信息技术应用、用户交互式应用和/或通信应用。例如，工作站106可以被配置为主要执行过程控制相关的应用，而另一个工作站(未示出)可以被配置为主要执行通信应用，其使得过程控制系统100能够使用任何期望的通信介质(例如，无线、有线等)和协议(例如HTTP、SOAP等)，与其他设备或系统进行通信。可以使用一个或多个工作站和/或任何其他适当的计算机系统和/或处理系统来实现图1中的示例性的操作员站104和示例性的工作站106。例如，可以使用单处理器个人计算机、单或多处理器工作站等来实现操作员站104和/或工作站106。
可以使用任何期望的通信介质和协议来实现图1中的示例性的LAN108。例如，示例性的LAN108可以基于有线和/或无线以太网通信方案。然而，可以使用任何其他适当的通信介质和/或协议。此外，尽管图1中示出了单个LAN108，但是可以使用多于一个LAN和/或其他替代的各个通信硬件来在图1的示例系统之间提供冗余的通信路径。
图1的示例性的控制器102例如可以是由费希尔罗斯蒙特公司(Fisher-Rosemount Systems，Inc)和艾默生过程控制管理公司(Emerson Process Management company)销售的DeltaVTM控制器。然而，可以替代地使用任何其他的控制器。此外，尽管图1中仅示出了一个控制器102，但是任何期望的类型和/或类型组合的额外的控制器和/或过程控制平台可以耦接到LAN108。在任何情形下，示例性的控制器102执行与过程控制系统100相关联的一个或多个过程控制例程，该过程控制例程由使用操作员站104的系统工程师和/或其他工厂人员生成并且已经被下载到控制器102和/或在控制器102中实例化。
如图1的示例中所示，示例性的控制器102可以经由数据总线116和输入/输出(I/O)网关118耦接到多个智能现场设备110、112、114。智能现场设备110、112、114可以是现场总线(Fieldbus)兼容的仪器、发送器、传感器等，在这种情况下，智能现场设备110、112、114使用公知的基础现场总线协议经由数据总线116进行通信。当然，可以替代地使用其他类型的智能现场设备和通信协议。例如，智能现场设备110、112、114可以替代地是使用公知的Profibus和HART通信协议经由数据总线116进行通信的Profibus和/或HART兼容的设备。额外的I/O设备(类似和/或相同于I/O网关118)可以耦接到控制器102，以支持额外的智能现场设备组(其可以是基础现场总线设备、HART设备等)，以与控制器102进行通信。
除了经由I/O网关118耦接的示例性的智能现场设备110、112、114之外，一个或多个智能现场设备112和/或一个或多个非智能的现场设备120可以可通信地耦接到示例性的控制器102。图1中的示例性的智能现场设备122和非智能的现场设备120可以是例如经由相应的硬线链路与控制器102进行通信的传统的4-20毫安(mA)或0-24伏直流(VDC)设备。在这样的示例中，硬线链路使得现场设备120能够与控制器102进行通信，并且将功率提供给现场设备120(例如，环路功率、网络功率)。
此外，在图1所示的示例中示出了现场设备110、120和122中的每一个与对应的RFID设备124耦接。对于所示的示例中的智能现场设备110、122，对应的RFID设备124可以根据与现场设备110、122相关联的特定的通信协议(例如HART、Profibus、基础现场总线等)(例如经由调制解调器)转换从现场设备110、122获取的出站数据(例如参数值、诊断信息等)以传输到RFID读取器/写入器206(图2)。此外，在一些示例中，RFID设备124可以根据特定的通信协议，转换(例如，经由调制解调器)从RFID读取器/写入器206获取的入站数据，以被发送到现场设备110、122和/或过程控制系统100的其他组件。在一些示例中，RFID设备124并不包括调制解调器，并且仅将从智能现场设备110、122和/或非智能现场设备120获取的数据简单地直接记录到存储器以传输到RFID读取器/写入器206。除了存储和/或传送过程控制数据之外，在一些示例中，RFID设备124存储与对应的智能现场设备110、122或非智能现场设备120相关联的其他信息(例如维护记录、部件列表、串行卡信息等)，如在下文中所进一步详细描述的。在一些示例中，还经由对应的现场设备将这样的信息传送到RFID设备124。额外地或者替代地，在一些示例中，经由RFID读取器/写入器206传送这样的数据。在一些示例中，由RFID读取器/写入器206对RFID设备124和RFID读取器/写入器206之间的通信供电(例如，RFID读取器/写入器206的EMF为RFID设备124供电)。相应地，RFID设备124使得工厂人员能够与现场设备110、120、122进行本地和无线通信，而没有可能降低过程控制系统的能效(例如通过汲取控制系统功率)和/或增加维护成本(例如，通过要求获取和/或替换电池)的功耗需求。在其他示例中，经由过程控制系统对RFID设备124进行至少部分地供电(例如，在半无源RFID模式下)，从而使得实现在更长范围上的通信和允许更大的存储器空间。在其他示例中，经由过程控制系统对RFID设备124进行完全供电(例如在有源RFID模式下)，以使得天线能够广播传输而不是从RFID读取器/写入器反向散射信号。在这样的示例中，明显更长的通信范围是可能的(例如高达1000英尺)。
在下文中，结合图2和图3示出和描述了根据在这里描述的教导的实现RFID设备124的示例性方式。应当理解的是，如通过过程系统的环境和工厂人员的特定需求所指示的，可以通过将单个RFID设备124从一个设备向另一个设备移动，来使用单个RFID设备124与现场设备110、112、114、120、122中的多于一个进行交互。额外地或者替代地，如图1中所示，多个RFID设备可以连接到现场设备110、112、114、120、122中的任何一个或所有。更具体而言，在一些示例中，每个现场设备110、112、114、120、122(或这些现场设备中的至少一些)在现场设备的整个生命周期或其一部分耦接到分离的RFID设备124并且保持耦接到对应的RFID设备124。在一些这样的示例中，RFID设备124包含与对应的现场设备122内部的任何存储器分离的非易失性存储器208(图2)。在这样的示例中，RFID设备124能够存储与现场设备122的标识、维护、配置和/或操作相关联的串行卡数据和/或任何其他数据。典型地，现场设备中的存储器相对受限，使得该信息中的许多(例如维护、维修、部件替换等的文档和历史记录)已经被远程存储在整个企业的中央维护数据库处。然而，通过根据在这里公开的教导将RFID设备124耦接到其自身的非易失性存储器208，该信息能够被现场设备本地的工厂人员利用RFID读取器/写入器206(例如在走动期间)快速和容易地访问。此外，在这样的示例中，即使当现场设备122停止服务和/或被从工厂环境中移除时(例如当运走以进行维修时)，也可以访问在RFID设备124上存储的与现场设备122相关联的信息。此外，如在下文中所进一步详细描述的，该信息中的至少一部分可以被存储在RFID设备124中的RFID标签(图2)的板载存储器中，使得可以在没有到现场设备122的电源的情况下(例如当RFID标签210以无源模式进行工作时)访问该信息。
虽然图1说明了其中可以有益地采用使用在下文中更详细地描述的RFID设备来与过程控制系统现场设备进行通信的方法和装置的示例性的过程控制系统100，但如果期望，还可以在比图1所示的示例的过程工厂和/或过程控制系统更高或更低复杂度(例如具有多于一个控制器，跨多于一个地理位置等)的其他过程工厂和/或过程控制系统中有益地采用在本文中描述的方法和装置。
图2说明了可以用于实现图1的示例性的RFID设备124的示例性的RFID设备200。在所示的实例中，RFID设备200连接到图1的过程控制系统100的现场设备122(其剩余部分由分布的控制系统(DCS)块201表示)。在所示的示例中，RFID设备200包括HART调制解调器202、与随机存取存储器(RAM)207相关联的微控制器204和非易失性存储器208。RFID设备200还包括RFID标签210，其包括主RFID处理器212、RFID板载存储器214(也是非易失性存储器的形式)以及RFID天线216。在一些示例中，RFID处理器212、RFID板载存储器214和RFID天线216均被集成在单个的集成电路(IC)上。
在所示的图2的示例中，现场设备122被识别为HART兼容的现场设备。如上所述，可以结合与任何适当的通信协议相关联的现场设备来实现本公开的教导。然而，通过HART通信协议的实例来解释以下的公开。因此，如图2中所示，HART现场设备122经由(通过两条实线表示的)一对信号线218可通信地耦接到DCS201以根据HART协议进行通信。除了通过信号线218发送和接收控制信号之外，现场设备122还从信号线218汲取其功率(例如，现场设备是由控制系统供电的，其在HART协议的上下文中表示环路供电)。此外，在所示的示例中，RFID设备200链接到信号线218，使得HART现场设备122经由HART调制解调器202可通信地耦接到RFID设备200，并且使得RFID设备200从经由信号线218提供的4-20mA环路功率中汲取功率。尽管图2中的RFID设备200被示出为独立地连接到信号线218，但在一些示例中，RFID设备200经由现场设备122耦接到信号线218，如在下文中结合图5所更完全地描述的那样。
示例性的HART调制解调器202被配置为将信息从根据HART协议的(或任何其他适当的通信协议的)HART现场设备122发送到根据串行通信协议(例如，通用串行总线(USB)、以太网、同步串行(例如串行外围接口(SPI)总线)等)的微控制器204。此外，示例性的HART调制解调器202被配置为将信息从根据串行通信协议的微控制器204发送到根据HART协议的HART现场设备122和/或DCS201。
示例性的微控制器204控制发送到现场设备122和/或RFID标签210和/或从现场设备122和/或RFID标签210发送的数据的定时和/或调度。在一些示例中，数据包括从现场设备122轮询信息(例如，过程变量值、警报等)的请求。在其他示例中，数据包括指示现场设备122实现特定功能(例如，调谐、校准、诊断、调试等)的命令。由所示的示例的微控制器202接收到的数据可以被临时存储在RAM207中和/或长期存储在非易失性存储器208中。替代地或者额外地，由微处理器204接收到的数据可以被发送到RFID处理器212以后续存储在对应的RFID板载存储器214中和/或经由RFID天线216发送到外部RFID读取器/写入器206中。
如通过括号230所标识的，现场设备122、RFID设备200的HART调制解调器202和DCS201之间的通信处于相对较慢或较低的速度，这是因为该通信是由HART协议实现的，而HART协议被限制到大约1200波特。与之不同，如通过括号232所标识的，图2中所示的其他单元之间的通信处于相对较高的速度，这是因为它们基于高速串行通信协议(例如SPI总线)，其可以实现大约115kbps。因此，通过根据在这里公开的教导实现示例性的RFID设备200，基于相对较慢的HART的通信可以随时间被监视，并且被高速缓存或存储在非易失性存储器208和/或RFID板载存储器214中，以后续由操纵RFID读取器/写入器(例如，图2中所示的RFID读取器/写入器206)的工厂人员经由串行总线通信协议以快得多的速度访问。
如通过括号222所标识的，与现场设备122、HART调制解调器202、微控制器204、非易失性存储器208和随机存取存储器207(在图2中通过实线224表示)相关联的通信需要经由信号线218来自DCS201的功率以进行操作(即，这些组件是环路供电的)。与之不同，如通过括号226所标识的，RFID标签210中的通信(通过虚线228表示)和RFID天线216和RFID读取器/写入器206之间的无线通信并不需要控制系统功率(例如环路功率)。而是，所示的示例中的RFID通信(例如，通过虚线228所标示的那些)经由电磁感应从RFID读取器/写入器206汲取功率。因此，不仅RFID标签210能够在没有环路功率的情况下进行操作，而且RFID标签210也能够在没有电池供应或充电的电容(例如，其可以被基于可用的环路功率被充电)的情况下进行操作，使得在RFID标签210的RFID板载存储器214中存储的数据可以在RFID读取器/写入器206处于天线216的范围内的任何时间被访问。
在一些示例中，能够被存储在RFID标签210的板上(例如，RFID板载存储器214中)的数据量相对受限，这是因为其要被RFID读取器/写入器206供电。例如，许多已知的无源RFID标签通常具有32千字节的的存储器上限阈值。然而，利用RFID技术，在可用的存储器的量和能够经由RFID读取器/写入器无线访问存储器上存储的数据的范围之间存在折中。例如，使用32千字节的存储器可能将RFID通信范围限制到大约2英尺，而更小的存储器的量(例如512比特)能够允许范围超过30英尺(该范围还取决于RFID标签的天线设计)。在一些示例中，2英尺的范围是可接受的。然而，在其他示例中，当现场设备不容易由现场的工厂人员访问(例如，被放置在高处，位于其他设备之后，超过安全边界等)时，与这样的现场设备相对应的RFID标签210的RFID板载存储器214可以仅包含512比特的数据，这支持大约30英尺的范围。相应地，与相对于现场设备的工厂人员和/或RFID读取器/写入器的位置或方位相关联的术语“本地”、“附近”、“邻近”以及相关的术语被明确定义为处于RFID读取器/写入器和耦接到对应的现场设备的RFID设备之间的最大通信范围内。
尽管RFID标签210的存储器(例如，RFID板载存储器214)相对受限，但在一些示例中与微控制器204相关联的非易失性存储器208可以大得多。在该方式中，由于现场设备122的受限的存储器空间，与现场设备122相关的额外的信息能够被存储，否则该信息将由于现场设备122的受限的存储器空间而不可用。例如，在一些示例中，非易失性存储器208存储在现场设备122的整个生命周期(或其任何一部分)中收集的维护和/或维修信息。这样的信息可以包括现场设备和/或关联的部件的推荐部件列表、照片、型号/序列号、维护指令和/或过程以及任何设备故障和导致的维护响应的特性和时间的历史档案(例如，警报、诊断测试结果、部件替换等)。通过这种方式，每当维护技师检查现场设备(例如在例行走动或由于设备故障)时，他们将立即并且易于访问所有的相关信息以能够评估情形和/或实现适当的接下来的步骤。此外，通过这种方式，即使出于维修和/或更彻底地诊断测试的目的而从工厂移除和重新放置设备，相同的相关信息也是可访问的。
此外，如所示的示例中所示，微控制器204和RFID处理器212之间的通信使用环路功率，使得当没有功率时，不是所有可以被存储在与微控制器204相关联的非易失性存储器208中的数据都对于RFID标签210可用。相应地，在一些示例中，如在下文中所更完全地描述的那样，当没有功率时从现场设备122获取的、可能最有益处的数据的子集被直接存储在RFID标签210上(例如，在RFID板载存储器214中)。尽管由于所需的存储器的量超过了RFID板载存储器214中可用的存储器而使得RFID标签210不太可能能够存储从现场设备122收集的所有数据，但是从非易失性存储器208高速缓存数据仍提供了以比直接轮询现场设备122(这受制于HART协议的相对较慢的通信速度)可能的通信速度高得多的通信速度(经由RFID读取器/写入器206)无线访问数据的优势。然而，在所示的示例中，环路功率被用于使得RFID标签210能够与微控制器204进行通信，并且访问非易失性存储器208(例如微控制器204和非易失性存储器208是环路供电的)。
根据结合图2公开的教导实现通过RFID技术的通信具有多个优势。首先，一旦期望RFID传输并且工厂人员具有在适当的范围内的RFID读取器/写入器，就能够实现RFID传输。也就是说，所示的示例的RFID标签210和RFID读取器/写入器206之间的RFID通信不依赖于处于操作中并且被供电的过程控制系统100。与之不同，在过程控制系统中使用的其他已知的无线电收发机(例如基于ZigBee通信协议的)需要大量的功率，该大量的功率通常是从被随时间提供给对应的现场设备的可用的环路功率中获得的，直到与收发机相关联的电容器被充分充电以为信号传输供电为止。由于与被提供给现场设备的低电压电源关联的功率预算往往较紧，因此可能需要多达一分钟的延迟来获得足够的功率以发送HART命令。在这样的约束下，可能的无线通信的类型(和量)显著受限(例如以提供基本的控制信息，如过程变量的值和/或其他的关键参数)。例如，诊断和/或配置HART现场设备可以涉及大大超过1000个HART命令。以大约每分钟一个HART命令，基于紫蜂(ZigBee)的无线收发机对于这样的目的并不实用。然而，由于RFID技术仅使用由RFID读取器/写入器提供的功率，因此只要RFID读取器/写入器在RFID标签的天线的范围内时，数据就能够被自由地传送。
使用所示的示例的RFID标签210以支持无线通信的另一个优势在于即使DCS201被关断、现场设备122停止服务、和/或切断电源，也能够执行这样的通信。因此，不仅当现场设备122没有功率时RFID标签210能够与RFID读取器/写入器206进行通信，而且即使当现场设备被带离现场(例如当为了维修而被运走时)和/或在被安装和调试到控制系统中之前，相同的通信也仍可用。由于在没有环路功率的情况下实现了这样的通信，所以在这样的示例中的对应的数据也被板载存储在RFID标签210上(例如在RFID板载存储器214中)。在这样的示例中，由于RFID标签210的存储器约束，仅当没有功率时也最可能被期望的数据被存储在RFID标签210中(从现场设备122收集的任何额外的数据可以被存储在非易失性存储器208中)。在这样的示例中，RFID标签210中存储的数据关联于现场设备122的标识(例如串行卡数据)、维护和/或调试和/或配置。在RFID标签210上存储这样的信息是有益的，这是因为数据能够被用于提高对现场设备122(其许多情形涉及现场设备未被供电)进行维修的准确性和速度。例如，通过在RFID标签210(其在一些示例中，即使在为了维修而被运输期间，也被物理附着到现场设备)上存储现场设备122的序列号，现场设备122能够在运输过程期间(例如当在卡车上被装箱时)被标识，以减小现场设备122丢失和/或与另一个设备混淆的可能性。
此外，在一些示例中，在RFID标签210的RFID板载存储器214上存储的与现场设备122相关联的维护数据可以包括制造日期、部件列表(例如基于工程师(EM)字符串以减小存储器需求)、空闲部件推荐、现场设备122和/或对应的部件的图像/照片和/或维护记录(例如，上次维护和/或校准的日期、现场设备122被首次安装的日期等)。根据在这里公开的教导，可以在现场设备122耦接到电源之前访问上述形式的维护数据中的任何或所有数据以有利于预订部件和/或评估和最终维修问题的速度。
此外，使用RFID标签210的无线传输的通信速度比过程控制系统中的其他已知的无线收发机快得多。例如，在无线HART的上下文环境中，已知的收发机通常被配置为与有线HART调制解调器串行通信，使得收发机被限于与调制解调器相关联的HART协议的速度(例如1200波特)。与之不同，图2的RFID设备200被根据提供快得多的通信的高速串行总线配置。因此，尽管与在非易失性存储器208中存储的数据相关联的通信依赖于环路功率，但能够访问数据(其先前被从现场设备122轮询)的速度比直接轮询现场设备122有显著提高。
RFID设备200的相关的优势来自于如下事实，即在向现场设备供电的同时可以实现高速通信。通常，当过程处于操作中时存在无接触规则以影响过程控制设备，使得工程师或其他维护人员仅能够经由工厂数据库访问现场设备的报警、警报或诊断数据。尽管该信息可以从控制室和/或维护车间中的远程终端访问，但当人员位于现场设备本地时这样的信息在很大程度上是不可用的，这是因为已知的无线收发机(例如，在如上所述的通信的速度/频率上)受限，并且建立到现场设备的硬线连接可能需要拧下终端帽(这可能违反工厂安全策略)和/或使得现场设备停止服务，从而打断工厂的操作。然而，利用示例的RFID设备200，通信的高通信速度和无线特征为具有手持RFID读取器/写入器(例如RFID读取器/写入器206)的位于现场设备的位置处或附近的人员克服了这些障碍。
此外，在一些示例中，RFID标签210可以存储现场设备122的特定的资产标签和/或与调试和/或配置现场设备122相关的其他数据。通常而言，当现场设备被调试或被配置时，现场技师执行一系列的测试以验证现场设备的功能，并且随后通过在现场设备中存储操作设置来配置和校准现场设备以安装到过程工厂中。在一些示例中，配置和校准现场设备的这样的操作设置被存储在RFID标签210的RFID板载存储器214中。在这样的示例中，如果现场设备出故障或者需要替换，工厂人员能够从出故障的设备(经由RFID读取器/写入器206)快速获取操作设置，并且将它们加载到与替换的现场设备相对应的另一个RFID标签210中。在其他示例中，RFID设备200可以被从移除的现场设备取出并且耦接到替换的现场设备以直接提供存储的操作设置给新的替换设备。通过实现上述两个示例中的任一个，可以显著地提高切换出替换的现场设备的时间效率。也就是说，验证和/或填充变量和其他参数以调试和配置现场设备122的典型的手动过程能够被自动化，以通过降低写入错误来显著地提高准确性并降低人力成本。此外，在一些示例中，现场设备(例如现场设备122)在其被重新安装在过程系统中之前被维修时，可以被临时替换或移除而不再服务。在一些这样的示例中，如果与现场设备122相关联的任何数据在被维修之后发生改变，就可以更新RFID标签210中的存储器(同时现场设备122被供电)，使得在现场设备122被重新安装到过程控制系统100中和重新调试之前，可以(经由RFID读取器/写入器206)访问该新信息。
图3说明了可以用于实现图1的示例性的RFID设备124的另一示例性的RFID设备300。如在图2中那样，所示的图3的RFID设备300连接到图1的过程控制系统100的现场设备122(其剩余部分由DCS块201表示)。在所示的示例中，RFID设备300包括功率管理器302、电容器304和包括主RFID处理器308、RFID板载存储器310和RFID天线312的RFID标签306。在一些示例中，RFID处理器308、RFID板载存储器310和RFID天线312均被集成在单个的集成电路(IC)上。
与图2中的现场设备122类似，图3所示的示例中的现场设备122经由(通过两个实线表示的)信号线218耦接到DCS201，通过该信号线218，控制信号被发送并且功率被提供给现场设备122。此外，在图3所示的示例中，RFID设备300链接到信号线218，使得现场设备122可通信地耦接到RFID设备300，以使得RFID设备300能够接收从现场设备122发送的数据。此外，将示例性的RFID设备300耦接到信号线218使得RFID设备300能够排出向现场设备122提供的功率。更具体而言，如图3中所示，RFID设备300经由现场设备耦接到信号线218。在一些示例中，例如当信号线218对应于24伏的数字总线(例如由网络供电的)以实现基础现场总线协议时，RFID设备300与现场设备122并行地连接到信号线218(与所示的图2的RFID设备200的连接相类似)。在其他示例中，例如当信号线218是模拟4-20mA电路环路(例如环路功率)以实现HART协议时，RFID设备300与现场设备122串行连接到信号线218。
在图3所示的示例中，RFID标签306以半无源模式进行操作，使得与RFID读取器/写入器206独立地对RFID处理器308和RFID板载存储器310供电。特别是，在一些示例中，RFID处理器308和RFID板载存储器310被经由现场设备122(例如经由被提供给现场设备122的控制系统功率)供电。如通过图3所示的示例中的实线314所表示的，与现场设备122、功率管理器302、电容器304、RFID处理器308和RFID板载存储器310相关联的通信依赖于控制系统功率。因此，与由RFID读取器/写入器206供电的图2中的(通过虚线228表示的)RFID标签210的RFID处理器212和RFID板载存储器214相关联的通信不同，由控制系统对图3中的RFID处理器308和RFID板载存储器310供电。然而，由RFID读取器/写入器206对图2和3中的RFID天线216、312的通信供电(如通过对应的虚线228、316所表示的那样)。
如上所述，图2的RFID标签210的RFID板载存储器214相对受限，这是因为存储器依赖于RFID读取器/写入器206。与之不同，图3中的所示的示例中的RFID标签306的RFID板载存储器310并不受功率约束所限，这是因为RFID板载存储器310(以及RFID处理器308)依赖于来自DCS201的控制系统功率。相应地，在一些示例中，RFID板载存储器310可以存储多达任何适当量的数据。通过这种方式，更多的信息可以被板载存储在RFID标签306上，使得不再需要单独的非易失性存储器(如图2的RFID设备200的非易失性存储器206)来存储从现场设备122接收和/或关联于现场设备122的数据。然而，在一些示例中，RFID板载存储器310可能仍然受到一些其他限制，以使得能够在功率丢失或者变为不可用时通过在短范围内(例如在一英尺内)经由(例如以无源模式进行操作的)RFID读取器/写入器206对存储器供电来访问在其上存储的信息。此外，进一步地，在一些示例中，由于RFID板载存储器310的典型的被供电的特征，可以使用更高容量的存储器(例如磁阻随机存取存储器(MARM)，其具有在控制系统环境中期望的多个特征)来实现该存储器。例如，尽管MRAM使用更多的功率，但MRAM也是期望的，这是因为其是抗辐射的、具有可写入次数较高、具有长存储器存储而无需刷新、并且在高温下具有长存储器存储。
利用如上所述经由现场设备122供电的RFID处理器308和RFID板载存储器310，RFID天线312能够被改进(例如被优化)以用于通信，这是因为经由RFID读取器/写入器206的EMF接收的所有功率可以专用于通信。特别是，RFID天线312可用被设计为更针对全向通信(而不是出于功率转换目的的有向通信)，其能够读取的范围比使用无源RFID标签所可能的范围(例如，如图2所示的示例中示出的那样)更长。尽管图3的RFID标签306被配置为利用经由信号线218供电的RFID处理器308和RFID板载存储器310在半无源模式下进行操作，但在一些示例中，当没有供电时(例如当停电时、现场设备停止服务时、现场设备被首次从箱中取出时等)，通过经由RFID天线312从RFID读取器/写入器206接收功率，RFID标签306仍可以在无源模式下进行操作。因此，RFID标签310能够在现场设备122被供电(从而向RFID设备300供电)时在长范围上进行通信，而且能够在现场设备122没有被供电时在短范围上进行通信，如图3中所示的两个RFID读取器/写入器206所示的那样。
由于图3中的RFID板载存储器310使用比图2的RFID板载存储器214更多的功率，因此当在没有功率的情况下进行操作时(例如处于无源模式下时)图3的RFID设备300的最大读取范围小于图2的RFID设备200的读取范围。例如，如上所述，图2的RFID设备200具有高达大约30英尺的读取范围，而不管现场设备是否被供电。与之不同，图3的RFID设备300由现场设备122供电时具有高达大约90英尺的读取范围，如果没有功率，则所得到的读取范围可能被限于在RFID天线312的1英尺的范围内，这是因为与结合上述图2描述的RFID板载存储器214相比，标签306包括使用更大功率的更高容量的存储器。因此，结合图2和3所示和描述的示例性的RFID设备200、300代表针对无线通信进行的不同的折中。即使当不存在可用功率时，图2的示例性的RFID设备200能够维持相对较长的读取范围(例如高达30英尺)但用于维持该通信范围的折中是：RFID板载存储器214在存储容量上相对受限。然而，如上所述，通过当功率可用时可用的分离的非易失性存储器208，在一定程度上缓解了图2的示例性的RFID设备200的受限的板载存储器。另一方面，图3的RFID设备300能够随着板载存储器容量增加而得到显著更长的读取范围(例如高达90英尺)，但折中在于扩展的读取范围依赖于被提供给RFID设备300的控制系统功率。此外，如果没有控制系统功率可用，图3的示例性的RFID设备300的增加的存储器容量仍可用，但受限于当RFID读取器/写入器206位于设备的大约一英尺的范围内时的环境。
除了对图2的RFID标签210和图3的RFID标签306供电上的差异以及所得到的读取范围和存储器容量上的差异之外，图2和3的每一个中所示的RFID设备200、300在其他方面上也不同。特别是，与图2中的示例性的RFID设备200不同，图3中的示例性的RFID设备300并不包括HART调制解调器202。取代像在图2的RFID设备200中那样具有HART调制解调器202来传送HART数据(或者在调制解调器对应于不同的协议的情况下的其他的数据)，图3的RFID设备300可以存储从任何类型的现场设备122接收的任何类型的数据。这样，图3的RFID设备300具有在其应用中基本上通用的优势。因此，如图3中所示，现场设备122并不被设计为图2中所示的HART现场设备(或其他特定协议)。尽管RFID设备300具有从任何类型的现场设备接收数据的优势，但图2中的RFID设备200具有能够将特定协议的数据通信提供回现场设备122和/或DCS201的优点，从而使得例如能够与DCS201进行通信和/或当投入服务时(例如，在被维修之后)对现场设备进行协调和/或配置。
此外，在所示的图3的示例中，RFID300被提供有功率管理器302，功率管理器302用作电源以从现场设备获得功率(例如由DCS201提供的控制系统功率)，并且将功率提供到RFID标签306(例如用于半无源操作)。在一些示例中，功率管理器302可以关联于电容器304以存储从控制系统功率获得的能量。在这样的示例中，如果控制系统功率间歇地不可用(例如，当现场设备122的功率需求正使用所有的控制系统功率时)，对于RFID标签306来说功率是可用的。在一些示例中，电容器304是超级电容。随着功率管理器302从现场设备122汲取功率以对电容器304进行充电，功率管理器302可以吸收沿着信号线218传送的控制信号。相应地，在一些示例中，功率管理器302包括信号调节器，以使得功率能够被排出控制系统而不扰乱通过控制系统传送的信号。
尽管在图2和3中示出了实现图1中的RFID设备124的示例方式，但图2和/或3中所示的单元、过程和/或设备中的一个或多个能够被以任何其他方式组合、分割、重新布置、省略、去除和/或实现。例如，可以使用图3中描述的RFID标签306来实现图2的RFID设备200以在半无源模式下进行操作。类似地，图3的RFID设备300可以包括与图2中所描述的存储器类似的分离的非易失性存储器，以补充RFID板载存储器310。此外，RFID设备标签210、306中的任一个可以适用于被实现在完全的有源模式下，以用于可以通过对应的天线216、312广播的更长的通信范围。此外，示例性的HART调制解调器202、示例性的微控制器204、示例性的RAM207、示例性的非易失性存储器208、以及示例性的RFID标签210的示例性的主RFID处理器212、示例性的RFID板载存储器214和示例性的RFID天线216、示例性的功率管理器302、示例性的电容器304、以及示例性的RFID标签306的示例性的RFID处理器308、示例性的RFID板载存储器310和/或示例性的RFID天线312、和/或更一般性而言，图2和/或3中的示例性的RFID设备200、300可以被通过硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任意组合来实现。因此，例如，示例性的HART调制解调器202、示例性的微控制器204、示例性的RAM207、示例性的非易失性存储器208、示例性的RFID标签210的示例性的主RFID处理器212、示例性的RFID板载存储器214和示例性的RFID天线216、示例性的功率管理器302、示例性的电容器304、以及示例性的RFID标签306的示例性的RFID处理器308、示例性的RFID板载存储器310和/或示例性的RFID天线312、和/或更一般性而言，示例性的RFID设备200、300可以被通过一个或多个模拟或数字电路、逻辑电路、可编程处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)和/或现场可编程逻辑器件(FPLD)实现。当本专利的装置或系统权利要求中的任何一个覆盖完全的软件和/或固件实现时，示例性的HART调制解调器202、示例性的微控制器204、示例性的RAM207、示例性的非易失性存储器208和/或示例性的RFID标签210的示例性的主RFID处理器212、示例性的RFID板载存储器214和/或示例性的RFID天线216、示例性的功率管理器302、示例性的电容器304、以及示例性的RFID标签306的示例性的RFID处理器308、示例性的RFID板载存储器310和/或示例性的RFID天线312中的至少一个在这里被明确定义为包括有形计算机可读存储设备或存储盘，例如存储器、数字多用途盘(DVD)、压缩盘(CD)、蓝光盘等，来存储软件和/或固件。再另外地，除了图1、2和/或3中所示的单元、过程和/或设备之外或者取代图1、2和/或3中所示的单元、过程和/或设备，图1、2和/或3中的示例性的RFID设备200、300可以包括一个或多个单元、过程和/或设备和/或可以包括比所示的单元、过程和设备中的所有或任何一个之一多的单元、过程和/或设备。
在这里公开的教导的另一个方面是使用非对称加密来保护在RFID设备124、200、300中存储的任意或所有的数据或记录。如图4中所示，非对称加密算法或非对称加密是指利用两个分离的加密密钥的加密系统，其非对称地控制或保护对与现场设备122相关联的RFID设备124、200、300中的数据和/或记录的存储、访问和/或获取。例如，在一些示例中，加密密钥402用于锁定(例如加密)被写入到RFID设备存储器中的数据。在一些这样的示例中，分离的解密密钥404用于对数据记录进行解锁或读取(例如，解密)。此外，在一些示例中，加密密钥402或解密密钥404都不能通过自身执行加密和解密两者。也就是说，加密密钥402无法用于访问(例如读取)数据，解密密钥404无法用于变更、去除或重写数据。
按照这种方式使用非对称加密，制造商能够提供与现场设备122相关联的制造商验证的信息(例如串行卡数据、验证的部件信息等)，而不会损害这样的验证的安全性，例如来自利用非验证的仿制的部件和/或对应的非验证的信息来维修和/或替换现场设备122的部件的第三方实体。为了实现此，在一些示例中，制造商使用加密密钥402来在制造时初始加密信息。在一些示例中，经由由制造商保持的、包括加密密钥402的RFID读取器/写入器(例如，制造商RFID读取器/写入器406)来实现加密。在一些示例中，经由由技师或其他终端用户保持的、包括解密密钥404的分离的RFID读取器/写入器(例如，现场技师RFID读取器/写入器408)来实现解密。额外地或替代地，在一些示例中，制造商可以与新制造的现场设备122一起来直接提供加密密钥402以加密相关信息。此外，在一些这样的示例中，与现场设备122直接关联的加密密钥402使得由现场设备122在操作期间生成的数据也被通过加密而确保安全。通过这种方式，制造商能够提供相关数据以存储在RFID设备200的非易失性存储器208中(或者RFID设备300的板载存储器310中)，该数据被保护(例如被加密)以降低这样的信息被更改、移除、毁坏或与任何非安全(例如未加密)的信息混淆的风险。
作为具体的示例，串行卡数据或验证的部件信息可以被现场设备制造商(例如经由制造商RFID读取器/写入器406或基于现场设备122自身中的加密密钥402)加密并且存储在图2的RFID设备200的非易失性存储器中，以创建专用于现场设备122的安全的经验证的数据，该数据在设备的生命周期内都可以被访问，而不用担心数据被改变或与其他信息弄错，以确保跟踪，并且保护维护信息。额外地或替代地，在一些示例中，现场设备122可以(例如经由加密密钥402)加密操作数据(例如故障事件或警报)，以提供安全操作记录供以后的诊断分析。在一些这样的示例中，加密密钥404可以被提供或公布，以使得维护技师或其他用户能够容易地经由(例如与解密密钥404相关联的)现场技师RFID读取器/写入器410访问部件信息或维护数据(例如，照片、指令手册等)，但并不使得技师或其他第三方实体能够(无意地或其他情况)更改或移除安全信息。通过这种方式，技师可以访问有帮助的信息，而不用考虑与现场设备122相关的出错的数据记录和/或陈旧的信息，也不损害由制造商创建的记录的安全性。
如所示的示例中所示，制造商RFID读取器/写入器406和现场技师RFID读取器/写入器408之间的差异是与每个RFID读取器/写入器406、408相关联的加密密钥402、404。也就是说，RFID读取器/写入器406、408中的每一个可以是相同或类似的RFID读取器/写入器，它们中的每一个均被提供有加密密钥402或解密密钥404。在一些示例中，加密密钥402或解密密钥404被经由USB加密狗或与具有对应的加密密钥402、404的计算机的USB连接下载到对应的RFID读取器/写入器404、408中。在一些示例中，通过经由RFID读取器/写入器406、408上的用户接口(例如键盘)输入相关的信息，加密密钥402或解密密钥404被手动地提供给对应的RFID读取器/写入器406、408。
额外地或者替代地，在一些示例中，加密密钥402或解密密钥404被经由制造商提供的密钥卡(key fob)、安全卡或安全令牌提供给对应的RFID读取器/写入器406、408。在一些这种示例中，基于近场通信，密钥卡与对应的RFID读取器/写入器406、408相结合地进行操作。也就是说，当与加密密钥402相关联的密钥卡在近场通信的范围内(例如小于一英尺)时，制造商RFID读取器/写入器406加密数据的能力被激活，而当密钥卡在范围之外时，加密功能不可用。类似地，当与解密密钥404相关联的密钥卡在范围内时，解密功能对于现场技师RFID读取器/写入器408来说可用，但一旦密钥卡被带离范围，解密功能就变为不可用。在一些情形中，当制造商需要时(例如，当制造商代表或其他授权的人员访问具有先前购买的现场设备的客户时)，现场设备122无法直接关联于加密密钥402并且制造商RFID读取器/写入器406无法用于加密。相应地，在一些示例中，制造商授权的人员被提供有与加密密钥406相关联的密钥卡，该密钥卡一旦被认证，就能够使得用户能够添加希望的加密信息(例如更新的验证的部件列表)而不需要指定的加密RFID读取器/写入器(例如在现场设备122的制造地点处维持的制造商RFID读取器/写入器406)。在这样的示例中，可以与现场技师RFID读取器/写入器408相关联地使用密钥卡，以加密期望的信息。此外，在一些示例中，密钥卡和/或RFID读取器/写入器408能够同时与(位于RFID信号范围内的)多个RFID设备124、200、300进行通信，以适当更新每个对应的现场设备。
图5说明了要物理和可通信地耦接到示例性的现场设备500的图1、2和/或3中的示例性的RFID设备的特定实现，示例性的现场设备500包括致动器502和与阀506耦接的阀控制器504。更具体地，在一些示例中，如图5中所示，通过将RFID设备124的螺纹508紧固到阀控制器504上来将RFID设备124(例如图2和/或3中的RFID设备200、300)物理耦接到现场设备500。在一些示例中，螺纹508符合标准管线螺纹。此外，在一些示例中，通过将RFID设备124的线路510连接到阀控制器504的终端盒512中的阀控制器504来将RFID设备124可通信地耦接到现场设备500。通过这种方式，RFID设备124能够获得从控制室提供到现场设备的控制系统功率，从该功率，RFID设备124能够利用该功率对其内部组件供电，如上所述。许多现有的现场设备在终端盒内具有辅助的输入终端，线路510可以连接到该辅助输入终端，从而使得RFID设备124能够被改型到许多现有的现场设备。在其他示例中，RFID设备124被直接内置在现场设备内。
在一些示例中，图2和3中所示的对应的RFID设备200、300的RFID天线216、312位于与螺纹508相对的RFID设备124的末端514处。在一些示例中，可以结合标准管线配件(例如弯管)来使用螺纹508，以将RFID天线216、312取向到独立于阀控制器504的任何期望的方向上。在其他示例中，RFID天线216、312可以是全向的，从而RFID设备的取向较不重要。
如图5的示例中所示，通过物理连接和通信地将RFID设备124有线连接到现场设备500，能够实现支持到附近的RFID读取器/写入器(例如RFID读取器/写入器206)的无线通信的危险区域评估。此外，即使当(例如为了维护和/或维修)现场设备500停止服务、移动到新的位置和/或与过程控制系统的剩余部分隔离时，将RFID设备124物理附接到现场设备500也使得RFID标签210、306能够永久关联于现场设备500(即关联时间要与RFID设备保持被紧固到现场设备500的时间那么长)。
图6-10中示出了表示用于实现图1、2和/或3中的RFID设备124、200、300的示例方法的流程图。在这些示例中，所述方法可以被实现为用于由诸如在下文中结合图11描述的示例性的处理器平台1100中所示的处理器1112之类的处理器执行的程序。该程序可以被体现为在有形的计算机可读存储介质(例如，CD-ROM、软盘、硬盘驱动器、数字多用途盘(DVD)、蓝光盘或与处理器1112相关联的存储器)上存储的软件中，但整个程序和/或其各个部分可以替代地被由与处理器1112之外的设备执行和/或被体现在固件或专用的硬件中。此外，尽管参照图6-10中所示的流程图描述了示例性的程序，但还可以替代性地使用实现示例性的RFID设备124、200、300的许多其他方法。例如，块的执行顺序可以被改变，和/或所描述的块中的一些可以被改变、删除或组合。
如上所述，可以使用在有形计算机可读存储介质(例如，硬盘驱动器、闪存、只读存储器(ROM)、压缩盘(CD)、数字多用途盘(DVD)、高速缓存、随机存取存储器(RAM)和/或其中信息被存储任意持续时间(例如，扩展的时间段、永久、暂时、临时缓存和/或高速缓存信息)的任何其他的存储器件或存储盘)上存储的编码的指令(例如计算机和/或机器可读指令)，来实现图6-10中的示例性方法。如在这里所使用的，术语有形计算机可读存储介质被明确定义为包括任何类型的计算机可读存储器件和/或存储盘，并且排除传播信号和排除传输介质。如在这里所使用的，“有形计算机可读存储介质”和“有形机器可读存储介质”可互换使用。额外地或者替代地，可以使用在非暂时计算机和/或机器可读介质(例如，硬盘驱动器、闪存、只读存储器、压缩盘、数字多用途盘、高速缓存、随机存取存储器和/或其中信息被存储任意持续时间(例如，扩展的时间段、永久、暂时、临时缓存和/或高速缓存信息)的任何其他的存储器件或存储盘)上存储的编码的指令(例如计算机和/或机器可读指令)，来实现图6-10中的示例性方法。如在这里所使用的，术语非暂时计算机可读介质被明确定义为包括任何类型的计算机可读设备或盘，并且排除传播信号和排除传输介质。如在这里所使用的，当短语“至少”被使用作为权利要求的前序部分中的过渡术语时，其与词语“包括”是开放式的一样也是开放式的。
图6是表示用于实现图1和/或2的示例性的RFID设备124、200以将数据从现场设备无线传送到本地RFID读取器/写入器的示例方法的流程图。具体地，图6的示例方法开始于块600，其中微控制器204轮询现场设备(例如现场设备122)以获取数据。在一些示例中，微控制器204经由示例性的调制解调器202控制何时向现场设备122请求和/或询问数据。在其他示例中，微控制器204从现场设备122被动地接收被调度的传输(例如，当处于突发模式中时)。
在示例方法的块602处，RFID设备200的非易失性存储器208存储数据。在非易失性存储器208中存储数据的一个优势在于，可以以快得多的通信速度来访问数据，这是因为数据的传输不再受相对较慢的HART通信协议的限制。非易失性存储器208的另一个优势在于能够被存储的数据的量。现场设备通常具有相对受限的存储器容量，但非易失性存储器能够是任何适当的大小来存储和/或归档任何期望的信息。在一些示例中，现场设备关联于加密密钥(例如，图4的加密密钥402)，使得在非易失性存储器中存储的数据被确保安全，并且仅可利用对应的解密密钥(例如，图4中的解密密钥404)进行访问。
在块604处，示例性的RFID板载存储器214存储该数据的子集。尽管非易失性存储器208可以是任意适当大小的，但在RFID标签210中可用的存储器的量相对受限，使得从现场设备122获取的数据中仅有一些可以被存储在RFID板载存储器214中。相应地，在一些示例中，数据的子集包括与如上所述的现场设备122的标识、维护和调试相关联的信息。
在块606处，示例性的RFID处理器212无线发送数据的子集到位于现场设备122附近(例如在传输范围内)的RFID读取器/写入器(例如，示例性的RFID读取器/写入器206)。在一些示例中，在数据被加密的地方，RFID读取器/写入器与解密密钥相关联以实现对数据的访问。在所示的示例中，块600涉及环路功率，这是因为RFID设备200连接到与现场设备122相关联的环路中，并且现场设备122仅能够当其正接收这样的功率时提供数据。额外地，块602和604涉及电源(例如控制系统功率和/或电池功率)，以使得微控制器204能够将所收集的数据写入到非易失性存储器208中(块602)，并且能够将数据的子集提供给RFID处理器212以被写入到RFID板载存储器214中(块604)。然而，可以利用或不利用控制系统功率(或电池功率)来实现示例程序的块606，这是因为通过由附近的RFID读取器/写入器生成的电磁力来为RFID标签210供电。
图7是表示用于实现图1和/或3的示例性的RFID设备124、300以将数据从现场设备无线传送到本地RFID读取器/写入器的与图6的示例方法相类似的示例方法的流程图。具体地，图7的示例方法开始于块700，其中RFID处理器308从现场设备(例如现场设备122)接收数据。在该示例方法的块702处，RFID设备300的RFID板载存储器310存储数据。如上所述，图3的示例性的RFID设备300的RFID板载存储器310可以具有比图2中的RFID200的板载存储器的容量高得多的容量，这是因为由现场设备(例如经由控制系统功率)为RFID板载存储器310供电。相应地，在一些示例中，从现场设备接收的数据被直接存储到RFID标签306而不是在上文中结合图2描述的分离的非易失性存储器中。通过这种方式，与现场设备相关联的任何数据可以对于现场设备附近(例如在RFID标签306的通信范围内)的RFID读取器立即可用。在一些示例中，现场设备关联于加密密钥(例如，图4的加密密钥402)，使得在RFID板载存储器310中存储的数据被确保安全，并且仅可利用对应的解密密钥(例如，图4中的解密密钥404)进行访问。
在块704处，示例性的RFID处理器308无线发送数据到位于现场设备122附近(例如在传输范围内)的RFID读取器/写入器(例如，示例性的RFID读取器/写入器206)。在一些示例中，与图3的RFID设备300相关联的传输范围显著大于与图2的RFID设备200相关联的范围，这是因为RFID处理器308和RFID板载存储器310使用控制系统功率来使得RFID天线312能够专注于通信。这样的示例不仅实现了更长的通信范围，而且RFID天线312可以是全向的。在一些示例中，在数据被加密的地方，RFID读取器/写入器与解密密钥相关联以实现对数据的访问。
图8是表示用于实现图1、2和/或3的示例性的RFID设备124、200、300以提供经由RFID读取器/写入器本地请求的数据的示例方法的流程图。具体地，图8中的示例方法开始于块800，其中示例性的RFID处理器212从RFID读取器/写入器(例如经由示例性的RFID天线216、312从示例性的RFID读取器/写入器206)接收对数据的请求。在块802处，示例性的RFID处理器212、308经由示例性的RFID天线216、312将数据传送到示例性的RFID读取器/写入器206。在一些示例中，数据对应于从与微控制器204相关联的非易失性存储器208先前提供的、在图2中的示例性的RFID设备200的板载存储器214中高速缓存的数据。在一些示例中，在使用图3的RFID设备300的情况下，数据被直接存储在RFID板载存储器310中并且被从那里进行传送。在一些示例中，数据的传送基于RFID技术的完全无源的实现，并且因此并不需要控制系统功率。在其他示例中，(例如如图3中所述的)RFID设备是被控制系统供电的。一旦示例性的RFID处理器212、308将数据传送到示例性的RFID读取器/写入器206，示例性的RFID标签210、306就准备好处理来自RFID读取器/写入器206的另一个请求，并且图8的示例方法结束。
图9是表示用于实现图1、2和/或3的示例性的RFID设备124、200、300以将经由RFID读取器/写入器本地生成的数据提供给与现场设备相关联的RFID设备124、200、300的示例方法的流程图。具体地，图9的示例方法开始于块900，其中示例性的RFID标签210(经由RFID天线216)或示例性的RFID标签306(经由RFID天线312)从RFID读取器/写入器(例如，示例性的RFID读取器/写入器206)接收与现场设备相关联的数据。在一些示例中，该数据对应于与现场设备122相对应的新的和/或额外的维护信息(例如更新的推荐部件列表)。在一些示例中，RFID读取器/写入器206关联于加密密钥(例如，图4的加密密钥402)，使得数据被确保安全，并且随后仅可利用对应的解密密钥(例如，图4中的解密密钥404)进行访问。在块902处，示例性的RFID处理器212、308将数据存储在RFID标签210、306的板载存储器214、310中。在一些示例中，如对于图2中的RFID设备200那样，在没有被提供给现场设备和/或RFID设备200的控制系统功率的情况下完成从RFID读取器/写入器206到RFID标签210的板载存储器214的数据的传送。在其他示例中，如对于图3中的RFID设备300那样，板载存储器310和处理器308是控制系统供电的。在块904处，示例性的RFID设备200的示例性的微控制器204将数据写入到示例性的非易失存储器208中。在一些示例中，在数据是被更新的信息的情况下，微控制器204重写先前存储的信息。对于图3中的RFID设备300，块904可以被省略，因为数据被直接写到RFID板载存储器310上。在块906处，示例性的RFID标签310、306确定是否存在要从RFID读取器/写入器接收的更多的数据。如果示例性的RFID标签210、306确定存在更多的数据，则控制返回到块900。如果示例性的RFID标签210、306确定不存在更多的数据要被接收，则图9的示例性方法结束。
图10是表示使用图1和/或2的示例性的RFID设备124、200的利用第二替换现场设备替换过程控制系统(例如图1中的示例性的过程控制系统100)中的第一现场设备(例如图1的现场设备122)以自动配置第二替换现场设备的示例方法的流程图。示例方法开始于块1000，其中获取在与第一现场设备(即要被移除的现场设备122)相关联的RFID设备(例如图2中的RFID设备200)上存储的操作设置数据。在一些示例中，操作设置数据对应于在调试和/或配置现场设备122的过程中使用的参数和/或其他输入。在一些示例中，通过经由如上所述的RFID读取器/写入器(例如RFID读取器/写入器206)从RFID设备200请求数据来获取操作设置数据。在其他示例中，通过从现场设备122移除RFID设备200(例如断开RFID设备200的连接)来获取操作设置数据。
在图10的示例方法的块1002处，过程控制系统100中的第一现场设备(例如现场设备122)被替换为第二替换现场设备。在块1004处，来自第一现场设备的操作设置数据被提供给第二替换现场设备。在一些示例中，在经由RFID读取器/写入器206获取操作设置数据的情况下(块1000)，操作设置数据被无线发送到与第二替换现场设备耦接的第二RFID设备200。在其他示例中，在移除第一现场设备122的RFID设备200以获取操作设置数据的情况下(块1000)，通过将RFID设备200连接到第二替换现场设备来提供操作设置数据。在任一个示例中，第二替换现场设备能够直接访问操作设置数据。相应地，在块1006处，基于操作设置数据来配置第二替换现场设备。由于与第一现场设备122相关联地原始存储的操作设置数据被发送到第二替换设备，因此能够基本上自动完成第二替换设备的配置和调试，而无需工厂人员像在其他情况中那样需要输入各个参数值。一旦配置了第二替换现场设备(块1006)，图10的示例性方法就结束。
图11是能够执行指令以执行图6-10的方法来实现图1、2和/或3的RFID设备124、200、300的示例性的处理器平台1100的框图。处理器平台1100例如可以是任何类型的计算设备。
所示的示例的处理器平台1100包括处理器1112。所示的示例的处理器1112是硬件。例如，可以通过来自任何期望的家族或制造商的一个或多个集成电路、逻辑电路、微处理器或控制器来实现处理器1112。
所示的示例的处理器1112包括本地存储器1113(例如高速缓存)。所示的示例的处理器1112可以经由总线1118与包括易失性存储器1114和非易失性存储器1116的主存储器进行通信。可以通过同步动态随机存取存储器(SDRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、RAMBUS动态随机存取存储器(RDRAM)和/或任何其他类型的随机存取存储器器件来实现易失性存储器1114。可以通过闪存和/或任何其他期望的类型的存储器器件来实现非易失性存储器1116。由存储器控制器来控制对主存储器1114、1116的访问。
所示的示例的处理器平台1100还包括接口电路1120。可以通过任何类型的接口标准(例如以太网接口、通用串行总线(USB)和/或PCI快速接口)来实现接口电路1120。
在所示的示例中，一个或多个输入设备1122连接到接口电路1120。输入设备1122允许用户将数据和命令输入到处理器1112中。可以通过例如音频传感器、麦克风、(静态或视频)相机、键盘、按钮、鼠标、触摸屏、轨迹板、轨迹球、iso点(isopoint)和/或音频识别系统来实现输入设备。
一个或多个输入设备1124还连接到所示的示例的接口电路1120。可以例如通过显示设备(例如发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、液晶显示器、阴极射线管显示器(CRT)、触摸屏、触觉输出设备、发光二极管(LED)、打印机和/或扬声器)来实现输出设备1124。因此所示的示例中的接口电路1120通常包括图形驱动器卡、图形驱动器芯片或图形驱动器处理器。
所示的示例中的接口电路1120还包括通信设备(例如发送机、接收机、收发机、调制解调器和/或网络接口卡)以便于经由网络1126(例如以太网连接、数字用户线路(DSL)、电话线、同轴电缆、蜂窝电话系统等)与外部机器(例如任何类型的计算设备)交换数据。
所示的示例的处理器平台1100还包括用于存储软件和/或数据的一个或多个大容量存储设备1128。这样的大容量存储设备1128的示例包括软盘驱动器、硬盘驱动器、压缩盘驱动器、蓝光盘驱动器、RAID系统和数字多用途盘(DVD)驱动器。
用于实现图6-10中的方法的编码的指令1132可以被存储在大容量存储设备1128中、易失性存储器1114中、非易失性存储器1116中和/或可移除的有形计算机可读存储介质(例如CD或DVD)上。
尽管在这里已经公开了特定的示例方法、装置和制造的制品，但本专利的覆盖范围并不限于此。相反，本专利涵盖了完全落入本专利的权利要求的范围内的所有方法、装置和制造的制品。

Claims (15)

1.一种用于过程控制系统中的长范围RFID通信装置，其特征在于，包括：
可通信地耦接到过程控制系统的现场设备的射频标识标签，所述射频标识标签具有处理器、板载存储器和天线，所述板载存储器用于存储从所述现场设备接收的要被传送到射频标识读取器的数据，其中将来自与所述现场设备相关联的控制系统功率的功率提供给所述处理器和所述板载存储器。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述射频标识标签能够在高达大约90英尺的距离与所述射频标识读取器进行通信。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述控制系统功率不可用时，所述射频标识标签在至多大约1英尺的距离内与所述射频标识读取器进行通信，所述射频标识标签由所述射频标识读取器经由电磁感应供电。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括功率管理器，所述功率管理器从与所述现场设备相关联的控制系统功率中汲取被提供给所述处理器和板载存储器的功率。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述功率管理器包括信号调节器，所述信号调节器使得所述功率管理器能够汲取所述功率而不扰乱在信号线上传送的信号。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制系统功率对应于环路功率。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制系统功率对应于网络功率。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述板载存储器是磁阻随机存取存储器。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括电容器，所述电容器存储从与所述现场设备相关联的控制系统功率获得的功率。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，从由所述射频标识读取器生成的电磁场为所述天线供电。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于，从所述控制系统功率为所述天线供电，以实现所述数据的无线广播传输。
12.一种用于过程控制系统中的长范围RFID通信装置，其特征在于，包括：
可通信地耦接到过程控制系统的现场设备的射频标识标签，所述射频标识标签以半无源模式进行操作；以及
可通信地耦接在所述射频标识标签和所述现场设备之间的功率管理器，所述功率管理器将从所述过程控制系统的控制系统功率汲取的功率提供给所述射频标识标签。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述射频标识标签与射频标识读取器在距所述射频标识标签大约30到90英尺的范围内进行无线通信。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述功率管理器从所述控制系统功率拾取功率而不扰乱在信号线上传送的信号。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，还包括电容器，所述电容器存储由所述功率管理器获得的功率。
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