CN208417676U - 智能阀门定位器 - Google Patents

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Abstract

一种智能阀门定位器，设置有具有按钮(204‑1,204‑2,204‑3,204‑N)的本地用户接口(20)和位于外壳盖下方的定位器外壳内的用于本地操作所述阀门定位器的显示器(203)。阀门定位器还设置有检测外壳或外壳盖是打开还是闭合的检测器(207/209)。本地用户接口(20)的操作模式被配置为根据外壳或外壳盖是打开还是闭合而进行不同的配置。例如，当外壳或外壳盖打开时，可以使用更多种类的操作。

Description

智能阀门定位器
技术领域
本发明涉及阀门定位器，并且具体涉及智能阀门定位器的用户接口。
背景技术
控制阀通常用于不同管道和过程中的液体或气体流量的连续控制。在诸如纸浆和造纸、炼油、石油化工和化学工业等加工工业中，安装在工厂管道系统中的各种控制阀在过程中控制材料的流动。材料流可以包含任何流体材料，诸如流体、汁液、液体、气体和蒸汽。控制阀通常与致动器连接，致动器将阀门的闭合元件移动到完全打开位置和完全闭合位置之间的期望位置。致动器例如可以是气缸-活塞装置。致动器通常由阀门定位器(也称为阀门控制器)控制，阀门定位器控制控制阀门的闭合元件的位置，并且因此材料根据来自定位器的控制信号在过程中流动。定位器通常由来自控制系统(例如通过提供4至20mA模拟信号的单个双绞线)的电控制信号来控制，并且包括电气-压力(I/P)转换以提供气动控制用于控制致动器。
提供改进的控制阀性能的一种新型装置是所谓的“智能”定位器或数字阀门控制器。智能定位器是一种基于微处理器的电子定位器，其具有内部逻辑功能，可以从数字编程中获益，从而获得更好的定位性能。智能定位器的一个优点是可以被编程为使用位置控制算法来获得更好的动态响应。此外，智能定位器可以使用诸如Hart、Foundation Fieldbus等的双向通信协议来与过程控制系统进行通信。在安装智能定位器之后，这种类型的通信也可以用于远程输入新的控制设置或控制配置。
但是，有时需要在定位器本地读取测量值，进行测试运行或更改定位器设置。因此，智能定位器通常具有本地用户接口(LUI)或控制面板，使得工作人员能够例如监测装置行为以及在安装和正常操作期间配置和调试定位。本地用户接口可被设计为例如具有显示器来呈现数据和按钮、小键盘、开关或其它装置来操作定位器并输入参数。例如，本地用户接口可以包括小型LCD显示器和具有少量按钮的键盘。显示器通常可以通过外壳的盖子中的窗口来观看，以允许显示一些预定信息而无需打开外壳。然而，在许多现有的LUI中，要求用户必须打开外壳以进行LUI的任何类型的操作。这样的方法的示例是来自ABB自动化产品有限公司的电-气动定位器PositionMaster EDP300。许多石油和天然气、石油化工和过程工程工厂都在恶劣的环境中工作，这些环境要求定位器在恶劣的工作环境中工作，要求可靠的部件具有承受极端温度或环境波动的能力，并具有耐化学腐蚀性。定位器还必须具有足够的抗冲击力来抵抗外部机械冲击。
打开外壳通常是麻烦且耗时的，因为外壳的盖子通常通过螺钉或类似的器件来封闭。打开外壳有时可能是困难的(例如，由于天气条件或工厂环境) 或甚至不可能(例如由Ex法规禁止)。外壳的每一次打开都将造成进水的更大风险。
一种方法可以是在定位器的外表面上具有按钮，使得它们可以在不打开外壳的情况下操作。例如，Foxboro Eckhardt GmbH的通用(Universal)定位器SRD960有四个外部机械按钮，用于穿透定位器的外壳的本地配置和操作。机械开关可能会磨损，或者可能会因为污垢而卡住。虽然外部按钮可能提供方便的访问方式，但是存在与LUI使用的安全性有关的新问题。访问的便利性可能要求实现一些保护措施，以防止由灰尘、水滴、冰或其它环境来源造成的错误输入。简单的键盘锁定功能可能会解决这个问题。此外，当用户接口可以通过不打开外壳来访问时，总是存在未授权的有意访问或人为错误的风险。有必要防止未经授权使用本地用户接口，特别是当本地用户接口无需打开定位器盖子可用并且很容易访问装置设置时更是如此。解决这个问题的一个方法是对装置进行PIN码保护以防止未经授权的使用。然而，每当使用本地用户接口时，特别是在定位器的启动配置期间，输入PIN码(即，访问码)将是令人沮丧和耗时的。此外，在单个工厂中可能有大量的定位器和控制阀(通常为数百个)，通常来自多个供应商，因此管理和记忆所有定位器的 PIN码将是一项具有挑战性的任务。
发明内容
本发明的一个方面是在现场条件下更易于访问同时具有足够的访问控制以保持阀门控制的安全性和完整性的本地用户接口。
本发明的一个方面是一种智能阀门定位器，其包括：外壳和外壳盖，所述外壳封装能够连接到现场控制线路的控制电路；以及具有一个或多个按钮的本地用户接口；以及可选地包括用于操作所述阀门定位器的显示器，其中所述阀门定位器还包括用于检测所述外壳或所述外壳盖是打开还是闭合的检测器件，并且所述本地用户接口的操作模式根据所述外壳或外壳盖是打开还是闭合而进行不同的配置。
在一个实施例中，所述检测器件包括用于检测所述外壳或所述外壳盖是打开还是闭合的电、光或机械检测器件。
在一个实施例中，所述检测器件包括光学开关、机械开关、霍尔传感器或簧片(Reed)开关。
在一个实施例中，所述检测器件包括至少一个磁性元件和布置成检测所述磁性元件的存在的传感器，所述传感器和所述磁性元件被布置为当所述外壳或外壳盖闭合时彼此靠近，并且当所述外壳或外壳盖打开时彼此移开。
在一个实施例中，在所述外壳或所述外壳盖闭合时所述阀门定位器被配置成对所述本地用户接口采用默认的第一用户访问模式等级，从而允许使用所述用户接口的按钮用于第一组用户操作，并且其中在所述外壳或外壳盖打开时所述阀门定位器被配置成对所述本地用户接口采用另一访问用户访问模式等级，从而允许使用所述本地用户接口的按钮用于另外一组或多组用户操作。
在一个实施例中，所述阀门定位器被配置成在将电源连接到所述阀门定位器后，自动为所述本地用户接口采用所述另一用户访问模式等级且持续预定的时间段，并且其中在从连接所述电源起所述预定的时间段到期之后，恢复第一用户访问模式等级。
在一个实施例中，所述阀门定位器被配置成维护所述外壳或所述外壳盖的打开的日志，和/或记录所述外壳或所述外壳盖打开时进行的动作，和/或响应于检测到外壳或外壳盖的打开而产生警报。
在一个实施例中，所述本地用户接口的按钮在不打开所述外壳或所述外壳盖的情况下从所述外壳的外部是用户能够操作的。
在一个实施例中，所述本地用户接口包括封闭在所述外壳内的非机械触摸按钮，并且其中当所述外壳盖打开时，通过触摸所述触摸按钮，所述触摸按钮是用户能够操作的，并且所述外壳盖被布置成当外壳盖闭合时，通过触摸所述外壳盖使触摸按钮从所述外壳的外部是用户能够操作的。
在一个实施例中，所述触摸按钮包括光学触摸按钮或电容式触摸按钮。
在一个实施例中，在所述外壳盖闭合时所述阀门定位器被配置成对所述本地用户接口采用默认的第一用户访问模式等级，从而允许通过所述外壳盖使用所述触摸按钮用于第一组用户操作，并且在所述外壳盖打开时所述阀门定位器被配置成对所述本地用户接口采用另外的用户访问模式等级，从而允许直接在所述本地用户接口上使用非触摸按钮用于另外一组或多组用户操作。
在一个实施例中，所述第一组用户操作包括读取操作，并且所述另外一组或多组用户操作包括读取操作和用于本地控制所述智能阀门定位器的参数和操作的过程。
本发明的另一方面是一种阀组件，包括阀门、致动器和根据其实施例的任一种或任意组合的阀门定位器。
本发明的又一方面是根据其实施例的任一种或任意组合的智能阀门定位器在过程工业中的用途。
附图说明
下面将参照附图借助示例性实施例来描述本发明，其中
图1示出了示例性过程自动化系统的示意性框图；
图2示出一种示例性布置，其中气动致动器在阀门定位器的控制下操作过程阀；以及
图3示出了示例性智能阀控制器的示意性框图，其中可以应用根据本发明实施例的流体阀组件；
图4示出了智能阀门定位器的示例性本地用户接口，其包括外壳内的本地用户接口面板和允许通过盖子使用触摸按钮的外壳盖。
图5A示出了具有放置在本地用户接口面板上的外壳盖(外壳闭合)的示例性定位器的俯视图；
图5B示出当从本地用户接口面板移除时(外壳打开)示例性外壳盖的俯视图；
图5C示出当外壳盖被移除时(外壳打开)的示例性本地用户接口面板的俯视图；
图6A和图6B分别示出了当外壳盖打开时的示例性电容式触摸按钮的俯视图和截面图；
图6C示出了当外壳盖闭合时的示例性电容式触摸按钮的截面图；
图7示出了连接到微控制器的示例性本地用户接口的示意性框图；
图8A和图8B分别示出当外壳盖打开时的示例性光学触摸按钮的俯视图和截面图；以及
图8C示出当外壳盖闭合时的示例性光学触摸按钮的截面图。
具体实施方式
本发明涉及阀门定位器，尤其涉及智能阀门定位器的用户接口。
图1示出了示例性过程自动化系统的示意性框图，其中本发明的原理可应用于阀门定位器。控制系统块5通常表示自动化系统中的任何和所有控制室计算机/程序和过程控制计算机/程序以及数据库，其可以通过事实上的 LAN4互连。控制系统有不同的架构。例如，控制系统可以是本领域公知的直接数字控制(DDC)系统或分布式控制系统(DCS)。应该理解，自动化系统的类型或架构与本发明无关。
在图1的示例中，包括过程阀1和定位器2以及致动器3的控制阀组件可以连接到过程(process)以控制过程管线7中的物质的流动。过程或过程管线的材料流可以在诸如纸浆和造纸、炼油、石化和化工等加工行业中受到控制。材料流可以包含任何流体物质，例如流体、汁液、液体、气体和蒸汽。尽管在图1中仅示出了一个受控制的过程阀组件，但是自动化系统可以包括任何数量的现场装置，例如控制阀组件，通常数百个。图2示出了示例性控制阀组件的机械结构，其中气动致动器3在阀门定位器2的控制下操作过程阀门1。过程阀门1的示例是来自美卓(Metso)公司的RotaryGlobe 控制阀。其中可以应用本发明的实施例的阀门定位器2是来自美卓公司的ND9000智能阀门控制器。致动器3的示例是来自美卓公司的 Quadra-Power X系列气动致动器。然而，应该理解的是，除了定位器2的本地用户接口之外，控制阀组件的类型和实现方式与本发明无关。如本文所使用的，“控制阀”还意指开/关型截止阀。
在工厂区域中，有多种可替代的方式来布置控制系统和现场装置(诸如控制阀)之间的互连。在图1中，现场/过程总线6通常表示任何这样的互连。传统上，现场装置已经通过双线双绞线环路连接到控制系统，每个装置通过单个双绞线连接到控制系统，提供4到20mA的模拟输入信号。最近，诸如高速公路可寻址远程传感器(HART)协议等允许数字数据与传统的4到20 毫安模拟信号一起在双绞线环路中传输的新的解决方案已经被用于控制系统。HART协议例如在出版物HART Field Communication Protocol：An Introduction forUsers and Manufacturers(HART现场通信协议：向用户和制造商的介绍)，HARTCommunication Foundation(HART通信基金会)，1995 中更详细地描述。HART协议也已经发展成为工业标准。其它现场总线的示例包括基金会现场总线(Foundation Fieldbus)和Profibus PA。然而，应该理解，现场/过程总线3的类型或实施与本发明无关。现场/过程总线3可以基于上述替代方案中的任何一个，或者基于其任何组合，或者基于任何其它实现方式。
诸如定位器2等的智能(智能型)阀门定位器的操作可以基于诸如微处理器(μP)的微控制器，微控制器基于从现场连接线路或现场总线6获得的控制信息来控制阀门1的位置。定位器优选地设置有阀位置测量，此外还可以测量许多其它变量，诸如加压空气的供应压力，致动器活塞上的压力差或温度，这可能在阀门的自我诊断中是必须的，或者阀门控制器经由现场总线向控制室计算机、过程控制器、状况监测计算机或自动化系统的类似的更高级单元传送其原样信息或者经处理的诊断信息。
基于微控制器的智能阀门定位器(诸如定位器2)的示例框图在图3中示出。示例性定位器2可以包括具有电控制输出端26的微控制器单元21和气动单元23、25，气动单元23、25接收电控制信号26并在连接到致动器3 的致动器端口C1、C2处将其转换成相应的流体压力输出P1、P2。气动单元可包括前置级23和输出级25。前置级23可执行电气-压力(I/P)转换，将电控制信号26转换成足以控制输出级25的小的导向气动控制信号24。输出级25的供应端口S可以连接到供给空气压力S。输出级25可以将小的气动导向信号放大成致动器端口C1、C2处的较大的气动压力输出信号33、34，以移动致动器3的隔膜活塞32。可以设置位置传感器22以测量微控制器21 的致动器或阀门的位置。例如，传感器22可以被布置成测量致动器的反馈轴 31的旋转。微控制器单元21根据在微控制器21中运行的控制算法来控制阀门位置。为此，微控制器21可以在过程/现场总线7上接收输入信号(设定点)，诸如4-20mA对和连接到连接器27的HART。定位器2可以由4-20mA 回路或现场总线供电。微控制器21还可以读取供给压力传感器Ps、第一致动器压力传感器P1、第二致动器压力传感器P2和输出级位置传感器SPS中的一个或多个。定位器2还可以包含连接到微控制器21的本地用户接口(LUI)20。微控制器21可以在本地用户接口20的显示器上显示任何信息，并且从本地用户接口20的小键盘或按钮接收命令和参数。应当理解的是，所示的阀门定位器仅仅是一个示例，超出本地用户接口以外的阀门定位器2的类型或实现方式与本发明无关。
本地用户接口(LUI)功能可以包括例如以下功能中的一个或多个：阀门的本地控制；监测阀门位置，目标位置，输入信号，温度，供应和致动器压差；引导启动功能；LUI 20可以被远程锁定以防止未经授权的访问；校准，例如自动或手动线性化；1点校准；控制配置：积极、快速、最佳、稳定、最大的稳定性；HART/现场总线版本配置；控制阀的配置；旋转：阀门顺时针或逆时针旋转闭合；死角；低截止，切断安全范围；定位器失效动作，打开/闭合；信号方向：直接/反向作用；执行器类型，双/单动；阀门类型，旋转/线性；语言选择。
本发明的一个方面是智能定位器的本地用户接口(LUI)，其在现场条件下更易于访问，同时具有足够的访问控制以保持阀控制的安全性和完整性。
本发明的一个方面是智能阀门定位器2，其包括外壳200和外壳盖202，诸如图4中的示例性定位器2。外壳200可以包含控制电路，诸如可连接到现场控制线的电路212(例如在系统印刷电路板)以及本地用户接口单元(例如在LUI印刷电路板上)，诸如面板201，其具有一个或多个触摸按钮204-1... 204-N和显示器203，用于在安装和正常操作阀门定位器2期间监测和配置定位器。当外壳200闭合时，本地用户接口面板201通过诸如盖子202的外壳盖封闭在外壳200内。外壳盖202可以是透明的或者包括透明的窗口213，使得显示器203可以通过外壳盖202看到而无需打开外壳。图5A示出了示例性定位器2的俯视图，其中外壳盖202放置在本地用户接口面板201的顶部(外壳闭合)，图5B示出当从本地用户接口面板201的顶部移除时(外壳打开)示例性外壳盖202的俯视图，并且图5C示出当外壳盖202被移除(外壳打开)时，示例性本地用户接口面板201的俯视图。
根据本发明的一个方面，本地用户接口面板201可以包括诸如触摸按钮 204-1...204-N等的触摸按钮，并且外壳盖202可以被布置为使本地用户接口面板201的触摸按钮通过触摸闭合的外壳盖202的外表面而不接触外壳盖 202下方的实际触摸按钮204-1...204-N而可被用户操作。外壳盖202的外表面可以设有适当的标记以辅助使用按钮204-1...204-N，如图5A和图5B所示。标记可以被打印或以其它方式生产在外壳盖202上。本发明的实施例以特定方式采用触摸按钮技术，使得用户可以在不打开定位器外壳的情况下访问本地用户接口。在实施例中，触摸按钮204-1...204-N可以被布置为检测近处的用户手指的电学或光学影响，并且当用户的手指接触外壳盖202的外表面上的预定点时，外壳盖202可以适于通过外壳盖202实现对触摸按钮的这样的电学或光学影响。在实施例中，可以在按钮的位置处与外壳盖的整体厚度相比减小外壳盖202的厚度，以便于触摸检测。例如，在每个按钮的位置处，外壳盖202的外表面上可以存在凹陷202A，如图4中的虚线所示。例如，壳盖202可以由玻璃或热塑性聚合物制成，诸如聚碳酸酯。如果电容式触摸按钮技术用于按钮204-1...204-N，则盖子材料可以是电绝缘体。在光学触摸按钮技术的情况下，盖子202的导电性是不相关的。在示例性实施例中，电容或光学(即非机械)按钮可以用于本地用户接口面板的触摸按钮。然而，本发明并不限于任何特定的键盘技术，而是可以采用允许在外壳盖202闭合的情况下操作按钮或键盘的任何技术。
对阀门定位器的一个要求可以是对外部机械冲击具有足够的抗冲击性。在一个实施例中，在外壳盖202的内表面和本地用户接口面板201的外表面之间可以存在气隙或空间，诸如图4中所示的间隙211。可替代地，在外壳盖202的内表面和本地用户接口面板201的外表面之间可以存在一个或更多个减震中间层，而不是间隙211。因此，盖子202可以不直接机械地接触本地用户接口面板，并且由于诸如外部震动之类的外部因素，可以在一定程度上允许盖子的弯曲或其它变形，而不会对本地用户接口面板201施加过大的力并导致其损坏。
当用户手指触摸外壳盖202的外表面上的预定点时，气隙或减震层211 可减小通过外壳盖202到触摸按钮的可检测的电学或光学影响。在一个实施例中，为了补偿这种效应，可以在每个触摸按钮204和205与外壳盖202之间本地布置合适的弹性接触垫，诸如接触凝胶垫206。在一个实施例中，这样的接触垫206可附接到外壳盖202的内表面上的对应点。用于接触垫的材料和结构的示例包括切割成尺寸的导电泡沫垫，导电EMC垫片和其它导电柔性材料，诸如压缩弹簧。这些导电垫可以通过其它方式粘合或永久地附接到外壳盖或LUI盖上。这样的垫也可以通过在装置盖或LUI盖上的按钮的位置上注塑导电柔性材料来制造。在使用光学触摸按钮的实施例中，气隙211 可以不影响通过外壳盖202的触摸检测，并且可能不需要接触垫。然而，为了确保光学触摸按钮和外壳盖202之间的适当的光路，可以使用具有合适的光学特性的接触垫或元件206。
在本发明的实施例中，本地用户接口面板201的按钮可以是电容式触摸按钮。电容式触摸机制由图6A和图6B中的设计示例示意性地示出。图6A 和图6B分别示出了在印刷电路板(PCB)61上实现的示例性电容式触摸按钮204的俯视图和截面图。示例性电容式触摸按钮204可以包括非导电覆盖材料62，由PCB 61的表面上的接地导电平面或迹线64围绕的导电传感器垫或迹线63，以及直接放置在其上的绝缘(非导电)覆盖物62，以保护它们免受环境影响并防止手指直接接触。覆盖材料62被放置在传感器垫上以保护其免受环境影响，并防止手指直接接触。传感器垫和接地的舱口可以通过中间均匀间隙65分开。接地平面64还有助于屏蔽电容式按钮结构免受可能的其它电子器件影响。传感器垫63、接地平面64和间隙65可以用传统的印刷电路技术制成PCB 61的一部分。在图6B的示例中，双层印刷电路板与传感器垫63以及顶部上的接地平面64以及底部上的连接线或迹线67以及可能的关联电子部件(未示出)一起使用。这样的电子部件的示例包括电容测量电路，诸如触摸控制器以及将传感器电容转换成数字格式的关联部件。如图6B所示，PCB 61中的导体通孔或通孔66可以将每个传感器垫63连接到板61的底侧上的相应迹线67。在图6A所示的示例中，存在圆形传感器垫63和环形间隙65，但是传感器垫或迹线可以采取任何形状。在图6A和6B中，仅示出了一个按钮204，但是在同一面板或PCB中可以有任何数量的按钮。例如，在图7中示意性地示出了在同一面板上具有N个触摸按钮204-1、204-2、 204-3，...，204-N的LUI 20。触摸按钮的确切实现方式与本发明无关。
如图6A和图6B所示，电容式触摸按钮204本质上是由两个相邻迹线 63和64形成的电容器，并且由物理定律确定它们之间存在多少电容。虚线 68表示感测垫63与接地平面64之间的电场。如果手指接近电容按钮204，则手指破坏将手指视为导电异物的电场68，从而改变电容。将手指放在覆盖物62上，电容增加。移除手指，电容减少。通过测量电容，可以确定是否存在手指。
例如以专用功能集成电路的形式并且以用于具有内置传感器接口电子器件的微控制器的软件库的形式，例如模数转换器和模拟比较器，用于电容式触摸感测的若干商用解决方案是可用的。触摸传感器信号处理的确切实现方式与本发明无关。
图7示出了连接到微控制器21的示例性本地用户接口20的示意性框图。 LUI 20可以包含由微控制器203控制的显示器203以及具有N个电容式触摸按钮204-1、204-2，204-3，...，204-N的电容接触垫。每个电容触摸按钮204-1、 204-2、204-3，...，204-N可以用图6B中所示的结构来实现，得到由公共接地板64围绕的N个传感器垫63。每个传感器垫63可以用一条相应的导线 67连接到触摸控制器71的传感器输入端。适用于触摸控制器71的一个商业电路的示例是来自Integrated Device Technology Inc.(集成装置技术公司)的LDS6100/6120系列电容式触摸控制器。当被配置用于电容性感测时，触摸输入被引导到感测外部传感器垫63中的变化的触摸控制器71。当发生用户定义的阈值以上的电容变化时，识别出触摸事件并且通知主机处理器21。可以使用能够将传感器输入信号转换成数字输出的Σ-Δ转换器来实现电容性感测，该数字输出可以与触摸/不触摸阈值进行比较以确定是否已经发生触摸。按钮状态和数字化电容值可以存储在主处理器21可用的片上寄存器中。
如上所述，图6B示出了通常使用的示例性电容式触摸按钮204的截面图，即，覆盖物62形成触摸表面。在本发明的实施例中，这是这样的情况，其中外壳盖被打开并且触摸按钮204被暴露以通过触摸覆盖物62而被直接操作。图6C示出了示例性电容式触摸按钮204在盖子202被闭合(即放置在触摸按钮204的顶部)时的截面图。在图6A、6B和6C中，相同的附图标记表示相同或等同的结构或功能。外壳盖的材料是电绝缘体(非导电的)。由于导电材料干扰电场图案68，所以导电材料不能用在外壳盖202中。对于阀门定位器的一个要求可以是足够的抗外部机械冲击的抗冲击性。如上所述，在外壳盖202和触摸按钮204的覆盖物62之间可以存在气隙或空间211(诸如图4中所示的在外壳盖202的内表面和本地用户接口面板201的外表面之间的间隙211)，以便提高对外部冲击的抗冲击性。由于空气具有降低灵敏度的相对较低的介电常数，所以优选至少在传感器垫63的位置处去除外壳盖 202和覆盖物62之间的任何气隙。为此，如上所述，合适的弹性接触垫206 可以本地布置在触摸按钮204和外壳盖202之间，以将来自覆盖物62的电场 68耦合到外壳盖202。外壳盖202进一步减小到达外壳盖的顶表面的电场68。然而，发明人已经观察到，尽管这些额外的层和材料降低了下面的触摸按钮 204的灵敏度，仍然可以调节电容测量以检测手指触摸外壳盖202的顶表面。因此，当外壳盖闭合时，位于外壳盖下方的本地用户接口20也可以被操作。在实施例中，当需要厚的盖子以获得足够的机械鲁棒性时，为了便于触摸检测，可以与外壳盖的整体厚度相比减小按钮的位置处外壳盖202的厚度，如图4所示。例如图7所示的相同的测量电路可以用于在盖子闭合和打开的情况下检测触摸事件。
在本发明的实施例中，本地用户接口面板201的按钮可以是光学触摸按钮。图8A、8B和8C中的示例示意性地示出了反射式光学触摸感测机构。图8A和8B分别示出了在印刷电路板(PCB)81上实现的示例性光学触摸按钮204的俯视图和截面图。示例性光学触摸按钮204可以包括光学传感器 82，其具有发光器或发射器(Tx)84和光检测器或接收器(Rx)85以及放置在传感器的顶部上以与窗口形成触摸表面的透明覆盖材料82。覆盖物82 通常非常薄，或者有时被省略。例如，光学传感器83可以用红外光进行操作。光学传感器83的发光器84可以由LED实现，并且检测器85例如可以由光电二极管实现。可替代地，可以使用光电晶体管或其它类型的发光器和光检测器装置。商用光学传感器的示例包括OPTEK Technology公司的OPB744 和Avago Technologies公司的HSDL-9100。发光器可以发射红外光脉冲88。该光在视场中传播并且将撞击物体或继续。当没有检测到物体(诸如手指) 时，没有光线会被反射。另一方面，如果物体存在于光线88的传播路径上，则IR光将从物体反射并被检测器84检测到。如果反射光水平超过预定阈值，则检测器84的输出本身可以是表示触摸事件的触摸状态信号。可替代地，检测器84可以具有基于检测器84的输出信号提供触摸状态信号的相关联的电路(诸如比较器)。另外可替代地，定位器的微控制器21可以对例如基于检测器84的输出信号电平的触摸事件做出决策。来自检测器84或关联电路的触摸状态信号可以被施加到定位器的微控制器21。关联电路可以类似于图7 中针对电容式触摸按钮所示的触摸控制器71。除了使用光学触摸按钮和光学触摸控制器之外，该电路布置可以类似于图7中所示的电路布置。此外，在图8A和8B中仅示出了一个按钮204，但是在同一面板或PCB中可以有任何数量的按钮。例如，图7中所示的N个触摸按钮204-1、204-2、204-3，...， 204-N可以用N个光学触摸按钮来实现。然而，触摸按钮或触摸事件的检测的确切实现方式与本发明无关。
如上所述，图8B示出了通常使用的示例性光学触摸按钮204的截面图，即覆盖物82形成触摸表面。在本发明的实施例中，这是这样的情形，其中外壳盖被打开并且触摸按钮204被暴露以通过触摸覆盖物82而被直接操作。图 8C示出了示例性电容式触摸按钮204在盖子202闭合(即放置在触摸按钮 204的顶部上)时的截面图。在图8A、8B和8C中，相同的附图标记表示相同或等同的结构或功能。外壳盖的材料可以是允许提供用于光线来往于光传感器83的光路的任何物质。外壳盖202进一步降低从物体接触外壳盖的顶表面反射的光的水平。如果需要的话，可以通过增加发光器83的发射功率和/ 或检测器84的灵敏度(阈值)来补偿到物体的较长距离。因此，可以检测到手指触摸外壳盖202的顶表面并且由此当外壳盖闭合时也可以操作位于外壳盖下方的本地用户接口20。在实施例中，当需要厚的盖子以获得足够的机械鲁棒性时，为了便于触摸检测，可以与外壳覆盖件的整体厚度相比减小在按钮的位置处外壳盖202的厚度，如图4所示。可以使用相同的测量电路(诸如类似于图7所示的电路)，来在盖子闭合和打开的情况下检测触摸事件。
对阀门定位器的一个要求可以是对外部机械冲击具有足够的抗冲击性。如上所述，外壳盖202和触摸按钮204的覆盖物82之间可以存在气隙或空间211，以提高对外部冲击的抵抗力。气隙不干扰光信号，但是外壳盖的较长距离和底部可能增加从发光器83到检测器84的串扰。因此，可以在外壳盖202 和光学触摸按钮204之间设置减少串扰的元件。这种元件可以是分隔气隙中的发射光和反射光的路径的任何结构。例如，该元件可以是简单的分隔壁或挡板。在一个实施例中，可以使用两个分离的光导。
根据本发明实施例的本地用户接口提高了用户接口的可靠性和可用性。由于位于定位器外壳内的本地用户接口20的触摸按钮可以通过触摸外壳盖来操作，所以本地用户接口完全与环境密封并且被保护免受外力影响。触摸按钮不会穿透定位器的外壳盖。没有直接施加在按钮上的机械力。触摸按钮不会磨损。所有的外部压力都被外壳盖所接收。这可以使定位器的本地接口更可靠。机械开关会磨损，并且也必须穿透定位器外壳。设置在定位器外表面上的触摸屏将暴露在环境和外部机械力的作用下。另一方面，位于一个盖子下方的正常情况下触摸面板，只能在盖子打开的情况下操作，使用起来更麻烦。但是，用户接口在不打开定位器外壳的情况下可以访问，总是存在有意的未授权访问或人为错误的风险。此外，容易访问操作本地用户接口20 将要求实施一些保护以防止由于灰尘、水滴、冰或其它环境来源或由于人为错误而造成的错误输入。
本发明的一个方面是防止未经授权的访问，同时防止由于人为错误或环境原因的错误输入，在这种定位器中本地用户接口可以在不打开定位器外壳的情况下操作。
应该认识到，本发明的这个方面的原理不仅适用于根据本发明的第一方面的实施例的本地用户接口，而且适用于其它类型的本地用户接口。关于本发明的第二方面，除了根据定位器的外壳是打开还是闭合访问权限是不同的以外，本地用户接口的实现方式或设计是不相关的。在这种情况下，外壳的打开是指定位器外壳内的任何类型的访问连接器或其它部件。
根据本发明的一个方面，阀门定位器被配置为当外壳或外壳盖被打开时改变本地用户接口的操作模式。操作模式的改变对于用户来说可以看作是不同的菜单、不同的提示、不同的控制视图、不同的操作等，当外壳或外壳盖闭合时，这些改变是不可见和/或不可访问的。
根据本发明的一个方面，本地用户接口可以具有允许使用本地用户接口的按钮用于第一组用户操作的第一用户访问模式等级，以及允许使用本地用户接口20的这些按钮用于另外一组或多组用户操作的一个或多个另外的用户访问模式等级。换句话说，可以为LUI操作定义不同级别的访问权限。当满足预定条件时，本地用户接口可以采用特定的访问权限级别。
在一个实施例中，本地用户接口可以取决于定位器的外壳或封闭物是打开还是闭合(例如外壳的盖子是打开的还是闭合的)采用不同等级的访问权限。换句话说，可以通过检测外壳的打开/闭合状态来实现自动访问权限控制。这就要求已知外壳盖的状况。大大降低了错误改变阀门封装或过程关键参数的风险。仅当阀门定位器处于安装阶段时(即，外壳打开，例如由于盖子打开)，才能授予与安装相关的参数访问权限。不需要单独的键盘锁定功能来防止由灰尘、水滴、冰或其它环境来源引起的错误输入，这是因为当外壳(例如，外壳盖)闭合时，可以防止参数的改变。然而，键盘锁定功能仍然可以作为冗余安全功能来实现。
在一个实施例中，定位器2可以设置有用于检测外壳是打开还是闭合的电、光或机械检测器件。在一个实施例中，检测器件被布置为检测外壳盖是打开还是闭合。在一个实施例中，定位器的可移除部分(诸如外壳盖202) 可以包括至少一个磁性元件和定位器的另一部分(诸如本地用户接口面板 201)，外壳200或外壳内的任何其它部件可以设置有至少一个传感器或检测器，其布置用于检测磁性元件的存在或接近。当来自磁性元件的磁场超过阈值(盖子闭合)时，这些装置的输出开关变低(接通)。当磁性元件移开(盖子打开)时，磁场降低到释放阈值以下并且装置输出变高(断开)。合适的检测器或传感器的示例包括霍尔传感器和簧片开关(Reed switch)。商用霍尔传感器的一个示例是Allegro MicroSystems,LLC的A1210。
在图4所示的示例性实施例中，盖状态检测可以通过在外壳盖202上具有永久磁体208以及在本地用户接口面板201上(例如在LUI印刷电路板上) 或例如在系统印刷电路板212上的检测器(诸如霍尔传感器或簧片开关207) 来实现，以检测磁体208的存在。如果需要，可以使用一个或多个另外的小型永磁体210和检测器或传感器209用于鲁棒性或提高对强外部磁场或磁干扰的抗扰度。
用于检测外壳的打开状态的光学和机械检测器的示例包括例如光开关(例如光电晶体管)或机械微开关。如果需要抗强外部磁场或磁干扰，则可以使用光学或机械开关。光开关对或机械开关对也可以被复制(以与图4中的磁体/霍尔开关对类似的方式)。
在一个实施例中，检测器207/209用于检测外壳的打开状态，例如，盖子202的状态可以以两态数字信号(打开/闭合)的形式提供状态信息，这使得它对于电噪声是鲁棒的。
在一个实施例中，打开状态信息可以从检测器提供给控制单元或微控制器，诸如从检测器207/209到微控制器21，如图7所示。控制单元或微控制器21可以利用系统级的开放状态信息来访问控制或者定义对本地用户接口 20的访问配置文件。
在一个实施例中，当定位器的外壳闭合时，本地用户接口20可以被配置为采用第一用户访问模式等级，从而允许使用LUI 20的按钮来进行第一组用户操作。在示例性实施例中，可以通过外壳盖202使用触摸按钮204-1... 204-N。当外壳打开时，本地用户接口20可以被配置成采用另外的访问用户访问模式等级，从而允许使用LUI 2020的按钮进行另外一组或多组用户操作。在示例性实施例中，触摸按钮204-1...204-N可以直接在本地用户接口面板201上使用。
在一个实施例中，当定位器的外壳闭合时，本地用户接口20可以被配置为采用默认的第一用户访问模式等级，从而允许使用LUI 20的按钮来进行读取操作。在示例性实施例中，可以通过外壳盖202使用触摸按钮204-1... 204-N进行读取操作。当外壳打开时，本地用户接口20可以被配置为采用另外的访问用户访问模式等级，从而允许使用LUI 20的按钮进行读取操作和过程，用于智能阀门定位器的本地配置参数和控制操作。在示例性实施例中，触摸按钮204-1...204-N可以直接在本地用户接口面板201上使用，进行读取操作和过程，用于智能阀门定位器的本地配置参数和控制操作。配置参数的示例可以包括阀门类型、致动器类型、定位器故障动作、阀门旋转方向和阀门死角。
在一个实施例中，当阀门定位器2的外壳闭合时，本地用户接口20被配置为需要专用访问码用于至少一个另外的用户访问模式等级，从而允许使用 LUI20的按钮进行另外的一组或多组用户操作，例如用于读取操作和本地控制智能阀门定位器的参数和操作。在示例性实施例中，可以通过闭合的外壳盖202使用触摸按钮204-1...204-N用于另外的一组或多组用户操作，例如用于读取操作和本地控制智能阀门定位器的参数和操作。
下面举例说明基于外壳打开状态的用户访问权限。
状态1：外壳闭合
-用户可以浏览参数集A.
-用户可以访问诊断图表
-用户不能更改参数
-用户不能开始测试
状态2：外壳打开
-用户可以浏览参数集A.
-用户可以浏览参数集B
-用户可以访问诊断图表
-用户可以改变参数
-用户可以开始测试
在一个实施例中，当检测到定位器外壳的打开时，可以启动警报。在一个实施例中，可以对外壳的打开保持一个日志。在一个实施例中，可以记录外壳打开时进行的所有动作。
如上所述，可以为LUI操作定义不同级别的访问权限。当满足预定条件时，本地用户接口可以采用特定的访问权限级别。在实施例中，用于采用不同级别的访问权限的预定条件可以包括针对本地用户接口的不同级别访问权限的不同访问代码，即PIN码。这可以缓解与通常使用PIN码保护相关的问题：每次使用本地用户接口时，输入PIN码是非常令人沮丧和麻烦的。在配置和组装阀门期间，在设置阶段，(OEM)阀门供应商尤其如此。将不同级别的LUI访问权限与不同的PIN码相关联的示例可以如下：
级别1.每个人都应该有所有的参数、测量和报警的读者访问权限。它们是可读的，无需输入PIN码。
级别2.需要输入PIN码(可选地，可以为禁用)，以输入典型的阀组件相关参数，并运行校准和装置测试。
级别3.第三级用户可以对装置设置和更高级的参数有一个扩展的视图。输入特定PIN码时，将出现扩展菜单。扩展菜单将包含很少使用的用户参数来进行更复杂的装置参数化(例如，可以是在正常情况下不应设置的控制算法相关参数，或者很少使用的信号修改参数)。
级别4.例如，第四级可以是供应商(例如，美卓)的专家能够访问用于例如故障排除、问题缓解或极端情况的所有装置参数。
在一个实施例中，在将电源连接到定位器2时，例如，在将现场总线导线或4-20mA双绞线回路7连接到定位器2的连接器(例如图3中的连接器 27)时，可以在预定的时间段内自动激活更高级别的访问权限。在预定时间段内，例如大约一个小时，可以允许对本地用户接口进行预定延长的访问而不需要PIN码。可以在从电源连接到装置的预定时间段期满之后恢复使用正常级别的PIN码进入更高级别的访问权限的要求。这将确保在阀门组装期间，在定位器中设置正确的参数是容易的，而不需要总是输入PIN码。在操作过程中的正常现场条件下，参数设置不是那么频繁，定位器将被PIN码保护以防止未经授权的使用。
在一个实施例中，如果每个用户或用户组具有唯一的PIN码，则可以针对谁已经登录定位器的本地用户接口以及已经完成什么动作的情况维护日志。无论何时用户登录到本地用户接口，事件日志中都会有一个事件。在一个实施例中，用户、访问权限和PIN码可以在阀门管理系统(比如美卓阀门管理器，DTM)中管理，并且具有PIN码的用户列表可以通过现场总线7发送到每个定位器2。
说明书和相关附图仅旨在通过示例来说明本发明的原理。在本说明的基础上，各种替代实施例、变化和改变对于本领域技术人员而言是显而易见的。本发明并不限于这里描述的示例，本发明可以在所附权利要求的范围和精神内变化。

Claims (13)

1.一种智能阀门定位器，其特征在于包括：外壳和外壳盖，所述外壳封装能够连接到现场控制线路的控制电路；以及具有一个或多个按钮的本地用户接口；以及可选地包括用于操作所述阀门定位器的显示器，其中所述阀门定位器还包括用于检测所述外壳或所述外壳盖是打开还是闭合的检测器件，并且所述本地用户接口的操作模式根据所述外壳或外壳盖是打开还是闭合而进行不同的配置。
2.根据权利要求1所述的智能阀门定位器，其特征在于所述检测器件包括用于检测所述外壳或所述外壳盖是打开还是闭合的电、光或机械检测器件。
3.根据权利要求1所述的智能阀门定位器，其特征在于所述检测器件包括光学开关、机械开关、霍尔传感器或簧片开关。
4.根据权利要求1所述的智能阀门定位器，其特征在于所述检测器件包括至少一个磁性元件和布置成检测所述磁性元件的存在的传感器，所述传感器和所述磁性元件被布置为当所述外壳或外壳盖闭合时彼此靠近，并且当所述外壳或外壳盖打开时彼此移开。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的智能阀门定位器，其特征在于在所述外壳或所述外壳盖闭合时所述阀门定位器被配置成对所述本地用户接口采用默认的第一用户访问模式等级，从而允许使用所述用户接口的按钮用于第一组用户操作，并且其中在所述外壳或外壳盖打开时所述阀门定位器被配置成对所述本地用户接口采用另一用户访问模式等级，从而允许使用所述本地用户接口的按钮用于另外一组或多组用户操作。
6.根据权利要求5所述的智能阀门定位器，其特征在于所述阀门定位器被配置成在将电源连接到所述阀门定位器后，自动为所述本地用户接口采用所述另一用户访问模式等级且持续预定的时间段，并且其中在从连接所述电源起所述预定的时间段到期之后，恢复第一用户访问模式等级。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的智能阀门定位器，其特征在于所述阀门定位器被配置成维护所述外壳或所述外壳盖的打开的日志，和/或记录所述外壳或所述外壳盖打开时进行的动作，和/或响应于检测到所述外壳或外壳盖的打开而产生警报。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的智能阀门定位器，其特征在于所述本地用户接口的按钮在不打开所述外壳或所述外壳盖的情况下从所述外壳的外部是用户能够操作的。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的智能阀门定位器，其特征在于所述本地用户接口包括封闭在所述外壳内的非机械触摸按钮，并且其中当所述外壳盖打开时，通过触摸所述触摸按钮，所述触摸按钮是用户能够操作的，并且所述外壳盖被布置成当所述外壳盖闭合时，通过触摸所述外壳盖使所述触摸按钮从所述外壳的外部是用户能够操作的。
10.根据权利要求9所述的智能阀门定位器，其特征在于所述触摸按钮包括光学触摸按钮或电容式触摸按钮。
11.根据权利要求9所述的智能阀门定位器，其特征在于在所述外壳盖闭合时所述阀门定位器被配置成对所述本地用户接口采用默认的第一用户访问模式等级，从而允许通过所述外壳盖使用所述触摸按钮用于第一组用户操作，并且其中在所述外壳盖打开时所述阀门定位器被配置成对所述本地用户接口采用另外的用户访问模式等级，从而允许直接在所述本地用户接口上使用非触摸按钮用于另外一组或多组用户操作。
12.根据权利要求5所述的智能阀门定位器，其特征在于所述第一组用户操作包括读取操作，并且所述另外一组或多组用户操作包括读取操作和用于本地控制所述智能阀门定位器的参数和操作的过程。
13.一种阀组件，其特征在于包括阀门、致动器和根据权利要求1至12中任一项所述的阀门定位器。
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