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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft Ventilstellungsregler und insbesondere Benutzeroberflächen von intelligenten Ventilstellungsreglern.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Regelventil wird allgemein für eine kontinuierliche Regelung eines Flüssigkeits- oder Gasstroms in unterschiedlichen Leitungen und Prozessen verwendet. In einer Verarbeitungsindustrie, wie etwa den Zellstoff- und Papier-, Erdölraffinerie-, Petrochemie- und Chemieindustrien, regeln verschiedene Arten von in einem Rohrsystem einer Anlage installierten Regelventilen Materialflüsse im Prozess. Ein Materialfluss kann ein beliebiges fluides Material enthalten, wie etwa Fluide, Flotten, Flüssigkeiten, Gase und Dampf. Das Regelventil ist gewöhnlich mit einem Aktor verbunden, der das Schließelement des Ventils zu einer gewünschten Position zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen Position bewegt. Der Aktor kann zum Beispiel eine pneumatische Zylinderkolbeneinrichtung sein. Der Aktor wird für seinen Teil gewöhnlich durch einen Ventilstellungsregler gesteuert, auch als eine Ventilsteuerung bezeichnet, der die Position des Schließelements des Regelventils und somit den Materialfluss im Prozess gemäß einem Steuersignal von dem Stellungsregler steuert. Der Stellungsregler wird typischerweise mit einem elektrischen Steuersignal von einem Steuersystem (wie etwa durch eine einzelne verdrillte Doppelleitung, die ein analoges Signal mit 4 bis 20 mA liefert) gesteuert und beinhaltet eine Strom-Druck-(I/P)-Wandlung, um eine pneumatische Steuerung zum Steuern des Aktors bereitzustellen.
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Eines der neueren Geräte, das eine verbesserte Leistungsfähigkeit von Regelventilen bietet, ist ein sogenannter „intelligenter“ Stellungsregler oder eine digitale Ventilsteuerung. Ein intelligenter Stellungsregler ist ein mikroprozessorgestützter elektronischer Stellungsregler mit interner Logikfähigkeit, die digitale Programmierung ausnutzt, um eine verbesserte Positionierungsleistungsfähigkeit zu erhalten. Ein Vorteil des intelligenten Stellungsreglers besteht darin, dass er programmiert werden kann, einen Positionssteueralgorithmus zu verwenden, um eine bessere dynamische Reaktion zu erzielen. Des Weiteren kann der intelligente Stellungsregler Zweiwege-Kommunikationsprotokolle wie etwa Hart, Foundation Fieldbus usw. verwenden, um mit einem Prozesssteuersystem zu kommunizieren. Diese Art von Kommunikation kann auch zum entfernten Eingeben von neuen Steuereinstellungen oder Konfigurationen nach dem Installieren eines intelligenten Stellungsreglers verwendet werden.
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Manchmal besteht jedoch der Bedarf, Messungen zu lesen, Testläufe durchzuführen oder Stellungsreglereinstellungen lokal am Stellungsregler zu ändern. Daher sind die intelligenten Stellungsregler häufig mit einer lokalen Benutzeroberfläche (LUI) oder einem Steuerpanel ausgestattet, die bzw. das Personal zum Beispiel ermöglicht, das Verhalten des Geräts zu überwachen sowie die Positionierung während der Installation und des normalen Betriebs zu konfigurieren und zu beauftragen. Eine lokale Benutzeroberfläche kann zum Beispiel dazu ausgelegt sein, eine Anzeige zum Aufzeigen von Daten und Tasten, Tastenfeldern, Schaltern oder anderen Einrichtungen aufzuweisen, um den Stellungsregler zu bedienen und Parameter einzugeben. Die lokale Benutzeroberfläche kann zum Beispiel eine kleine LCD-Anzeige und ein Tastenfeld mit einer kleinen Anzahl von Tasten umfassen. Die Anzeige kann häufig durch ein Fenster in einer Abdeckung des Gehäuses sichtbar sein, um zu ermöglichen, dass manche vorbestimmten Informationen gezeigt werden, ohne das Gehäuse zu öffnen. In vielen bestehenden LUIs wird jedoch gefordert, dass der Benutzer das Gehäuse für eine jegliche Bedienungsart der LUI öffnen muss. Ein Beispiel eines derartigen Ansatzes ist der elektropneumatische Stellungsregler PositionMaster EDP300 von ABB Automation Products GmbH. Viele Öl- und Gas-, Petrochemie- und Verfahrenstechnikanlagen arbeiten in rauen Umgebungen, die von Stellungsreglern verlangen, in schwierigen Dienstanwendungsbereichen zu arbeiten, die zuverlässige Komponenten mit der Fähigkeit benötigen, extreme Temperatur- oder Umgebungsschwankungen zu ertragen, und eine chemische Beständigkeit und Korrosionsbeständigkeit besitzen. Die Stellungsregler müssen auch eine hinreichende Stoßfestigkeit gegenüber externen mechanischen Stößen aufweisen.
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Das Öffnen des Gehäuses ist typischerweise umständlich und zeitaufwändig, da die Abdeckung des Gehäuses häufig durch Schrauben oder ähnliche Mittel geschlossen ist. Das Öffnen des Gehäuses kann manchmal schwierig (z. B. aufgrund von Wetterbedingungen oder der Anlagenumgebung) oder sogar unmöglich (z. B. durch Ex-Vorschriften verboten) sein. Jedes Öffnen des Gehäuses wird ein zusätzliches Risiko für einen Wassereintritt sein.
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Ein Ansatz könnte darin bestehen, Tasten in der Außenfläche des Stellungsreglers aufzuweisen, so dass sie bedient werden könnten, ohne das Gehäuse zu öffnen. Beispielsweise weist der universelle Stellungsregler SRD960 von Foxboro Eckhardt GmbH vier externe mechanische Drucktasten zur lokalen Konfiguration und zum lokalen Betrieb auf, die in das Gehäuse des Stellungsreglers eindringen. Die mechanischen Schalter können sich abnutzen oder sie können aufgrund von Schmutz steckenbleiben. Obwohl externe Tasten einen leichten Zugang bereitstellen könnten, gibt es ein neues Problem bezüglich der Sicherheit des LUI-Gebrauchs. Die leichte Zugänglichkeit kann erfordern, dass ein Schutz implementiert wird, um eine durch Staub, Wassertropfen, Eis oder andere Umweltursachen verursachte Falscheingabe zu verhindern. Eine einfache Tastenfeldsperrfunktion kann sich um dieses Problem kümmern. Darüber hinaus ist immer ein Risiko eines beabsichtigten oder durch einen menschlichen Fehler verursachten unautorisierten Zugriffs vorhanden, wenn die Benutzeroberfläche ohne ein Öffnen des Gehäuses zugänglich ist. Es gibt einen Bedarf, eine unautorisierte Verwendung der lokalen Benutzeroberfläche zu verhindern, insbesondere, wenn die lokale Benutzeroberfläche verfügbar ist, ohne die Stellungsreglerabdeckung zu öffnen, und es einfach ist, auf die Geräteeinstellungen zuzugreifen. Ein Ansatz, um dies zu lösen, besteht darin, einen PIN-Code-Schutz für die Geräte aufzuweisen, um einen unautorisierten Gebrauch zu verhindern. Es würde jedoch frustrierend und zeitaufwändig sein, jedes Mal, wenn die lokale Benutzeroberfläche verwendet wird, einen PIN-Code (d. h. einen Zugangscode) einzugeben, insbesondere während der Inbetriebnahmekonfiguration des Stellungsreglers. Des Weiteren kann es eine große Anzahl von Stellungsreglern und Regelventilen, häufig Hunderte, in einer einzelnen Anlage geben, typischerweise von mehreren Anbietern, so dass es eine anspruchsvolle Aufgabe sein würde, PIN-Codes für alle Stellungsregler zu verwalten und sich an diese zu erinnern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine lokale Benutzeroberfläche, auf die bei Feldbedingungen leichter zuzugreifen ist, während sie eine hinreichende Zugangssteuerung zum Aufrechterhalten der Sicherheit und Integrität der Ventilsteuerung aufweist.
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Ein Aspekt der Erfindung ist ein intelligenter Ventilstellungsregler, der ein Gehäuse und eine Gehäuseabdeckung, wobei das Gehäuse mit einer Feldsteuerleitung verbindbare Steuerschaltkreise einschließt, und eine lokale Benutzeroberfläche mit einer oder mehreren Tasten und optional einer Anzeige zum Bedienen des Ventilstellungsreglers umfasst, wobei der Ventilstellungsregler ferner Detektormittel zum Detektieren, ob das Gehäuse oder die Gehäuseabdeckung geöffnet oder geschlossen ist, umfasst und der Betriebsmodus der lokalen Benutzeroberfläche ausgebildet ist, in Abhängigkeit davon unterschiedlich zu sein, ob das Gehäuse oder die Gehäuseabdeckung geöffnet oder geschlossen ist.
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Bei einer Ausführungsform umfassen die Detektormittel elektrische, optische oder mechanische Detektormittel zum Detektieren, ob das Gehäuse oder die Gehäuseabdeckung geöffnet oder geschlossen ist.
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Bei einer Ausführungsform umfassen die Detektormittel einen optischen Schalter, einen mechanischen Schalter, einen Hall-Sensor oder einen Reed-Schalter.
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Bei einer Ausführungsform umfassen die Detektormittel mindestens ein magnetisches Element und einen Sensor, der zum Detektieren des Vorhandenseins des magnetischen Elements ausgebildet ist, wobei der Sensor und das magnetische Element so angeordnet sind, dass sie sich nahe zueinander befinden, wenn das Gehäuse oder die Gehäuseabdeckung geschlossen ist, und sich voneinander weg zu bewegen, wenn das Gehäuse oder die Gehäuseabdeckung geöffnet wird.
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Bei einer Ausführungsform ist der Ventilstellungsregler mit dem Gehäuse oder der Gehäuseabdeckung geschlossen ausgebildet, für die lokale Benutzeroberfläche eine erste Benutzerzugangsmodusebene als einen Standard anzunehmen, um damit die Verwendung der Tasten der Benutzeroberfläche für eine erste Menge von Benutzeroperationen zu gestatten, und wobei der Ventilstellungsregler mitgeöffnetem Gehäuse oder geöffneter Gehäuseabdeckung ausgebildet ist, für die lokale Benutzeroberfläche eine weitere Benutzerzugangsmodusebene als einen Standard anzunehmen, um damit die Verwendung der Tasten der lokalen Benutzeroberfläche für eine oder mehrere weitere Mengen von Benutzeroperationen zu gestatten.
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Bei einer Ausführungsform ist der Ventilstellungsregler ausgebildet, für die lokale Benutzeroberfläche die weitere Benutzerzugangsmodusebene automatisch für einen vorbestimmten Zeitraum bei dem Anschließen einer Leistung an den Ventilstellungsregler anzunehmen, und wobei die erste Benutzerzugangsmodusebene nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums von dem Anschluss der Leistung wieder aufgenommen wird.
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Bei einer Ausführungsform ist der Ventilstellungsregler ausgebildet, eine Protokolldatei über Öffnungen des Gehäuses oder der Gehäuseabdeckung zu unterhalten und/oder getätigte Handlungen mit dem Gehäuse oder der Gehäuseabdeckung geöffnet aufzuzeichnen und/oder einen Alarm als Reaktion auf das Detektieren eines Öffnens des Gehäuses oder der Gehäuseabdeckung zu erzeugen.
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Bei einer Ausführungsform sind die Tasten der lokalen Benutzeroberfläche von außerhalb des Gehäuses benutzerbedienbar, ohne das Gehäuse oder die Gehäuseabdeckung zu öffnen.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die lokale Benutzeroberfläche nicht mechanische Berührungstasten, die innerhalb des Gehäuses eingeschlossen sind, und wobei die Berührungstasten durch ein Berühren der Berührungstasten benutzerbedienbar sind, wenn die Gehäuseabdeckung geöffnet ist, und die Gehäuseabdeckung ist ausgebildet, die Berührungstasten von außerhalb des Gehäuses durch ein Berühren der Gehäuseabdeckung benutzerbedienbar zu machen, wenn die Gehäuseabdeckung geschlossen ist.
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Bei einer Ausführungsform umfassen die Berührungstasten optische Berührungstasten oder kapazitive Berührungstasten.
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Bei einer Ausführungsform ist der Ventilstellungsregler mit der Gehäuseabdeckung geschlossen ausgebildet, für die lokale Benutzeroberfläche eine erste Benutzerzugangsmodusebene als einen Standard anzunehmen, wodurch die Verwendung der Berührungstasten durch die Gehäuseabdeckung für eine erste Menge von Benutzeroperationen gestattet wird, und der Ventilstellungsregler mit der Gehäuseabdeckung geöffnet ausgebildet ist, für die lokale Benutzeroberfläche eine weitere Benutzerzugangsmodusebene anzunehmen, wodurch die Verwendung der Nicht-Berührungstasten direkt auf der lokalen Benutzeroberfläche für eine oder mehrere weitere Mengen von Benutzeroperationen gestattet wird.
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Bei einer Ausführungsform beinhaltet die erste Menge von Benutzeroperationen Leseoperationen und die eine oder die mehreren weiteren Mengen von Benutzeroperationen beinhaltet bzw. beinhalten Leseoperationen und Prozeduren zum lokalen Steuern von Parametern und des Betriebs des intelligenten Ventilstellungsreglers.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Ventilbaugruppe, die ein Ventil, einen Aktor und einen Ventilstellungsregler gemäß einer beliebigen oder einer beliebigen Kombination seiner Ausführungsformen umfasst.
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Ein noch anderer Aspekt der Erfindung ist die Verwendung eines intelligenten Ventilstellungsreglers gemäß einer beliebigen oder einer beliebigen Kombination seiner Ausführungsformen in einer Prozessindustrie.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden wird die Erfindung mittels Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften Prozessautomatisierungssystems veranschaulicht;
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2 eine beispielhafte Anordnung veranschaulicht, bei der ein pneumatischer Aktor das Prozessventil unter Steuerung des Ventilstellungsreglers betreibt; und
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3 ein schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften intelligenten Ventilsteuerung darstellt, bei der eine Fluidventilbaugruppe gemäß Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden kann;
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4 eine beispielhafte lokale Benutzeroberfläche eines intelligenten Ventilstellungsreglers veranschaulicht, die ein lokales Benutzeroberflächenpanel innerhalb eines Gehäuses und eine Gehäuseabdeckung umfasst, die die Verwendung von Berührungstasten durch die Abdeckung gestattet;
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5A eine Draufsicht eines beispielhaften Stellungsreglers veranschaulicht, wobei eine Gehäuseabdeckung auf dem lokalen Benutzeroberflächenpanel platziert ist (Gehäuse geschlossen);
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5B eine Draufsicht einer beispielhaften Gehäuseabdeckung veranschaulicht, wenn sie von dem lokalen Benutzeroberflächenpanel entfernt ist (Gehäuse geöffnet);
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5C eine Draufsicht eines beispielhaften lokalen Benutzeroberflächenpanels veranschaulicht, wenn die Gehäuseabdeckung entfernt ist (Gehäuse geöffnet);
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6A und 6B eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht einer beispielhaften kapazitiven Berührungstaste darstellen, wenn die Gehäuseabdeckung geöffnet ist;
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6C eine Querschnittsansicht der beispielhaften kapazitiven Berührungstaste darstellt, wenn die Gehäuseabdeckung geschlossen ist;
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7 ein schematisches Blockdiagramm für eine beispielhafte lokale Benutzeroberfläche darstellt, die mit einem Mikrocontroller verbunden ist;
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8A und 8B eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht einer beispielhaften optischen Berührungstaste darstellen, wenn die Gehäuseabdeckung geöffnet ist; und
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8C eine Querschnittsansicht der beispielhaften optischen Berührungstaste darstellt, wenn die Gehäuseabdeckung geschlossen ist.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft Ventilstellungsregler und insbesondere Benutzeroberflächen von intelligenten Ventilstellungsreglern.
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1 stellt ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften Prozessautomatisierungssystems dar, bei dem die Prinzipien der Erfindung in einem Ventilstellungsregler angewendet werden können. Der Steuersystemblock 5 repräsentiert allgemein beliebige und alle Steuerraumrechner/-programme und Prozesssteuerrechner/-programme sowie Datenbanken, die durch ein Fabrik-LAN 4 miteinander verbunden sein können, im Automatisierungssystem. Es gibt verschiedene Architekturen für ein Steuersystem. Das Steuersystem kann zum Beispiel ein System mit direkter digitaler Steuerung (DDC) oder ein System mit verteilter Steuerung (DCS) sein, die beide in der Technik wohlbekannt sind. Es sollte zu beachten sein, dass die Art oder Architektur des Automatisierungssystems nicht für die vorliegende Erfindung relevant ist.
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Im Beispiel von 1 kann eine Regelventilbaugruppe, die ein Prozessventil 1 und einen Stellungsregler 2 und einen Aktor 3 umfasst, mit einem Prozess zum Steuern des Flusses einer Substanz in der Prozessleitung 7 verbunden sein. Materialflüsse eines Prozesses oder einer Prozessleitung können in einer Verarbeitungsindustrie gesteuert werden, wie etwa den Zellstoff- und Papier-, Erdölraffinerie-, Petrochemie- und Chemieindustrien. Der Materialfluss kann ein beliebiges fluides Material enthalten, wie etwa Fluide, Laugen, Flüssigkeiten, Gase und Dampf. Obwohl in 1 nur eine gesteuerte Prozessventilbaugruppe dargestellt ist, kann ein Automatisierungssystem jedoch eine beliebige Anzahl von Feldgeräten, wie etwa Regelventilbaugruppen, häufig Hunderte, beinhalten. 2 veranschaulicht eine mechanische Struktur einer beispielhaften Regelventilbaugruppe, wobei ein pneumatischer Aktor 3 das Prozessventil 1 unter Steuerung des Ventilstellungsreglers 2 betreibt. Ein Beispiel eines Prozessventils 1 ist das Neles® RotaryGlobe-Regelventil von Metso Corp. Ein Beispiel eines Ventilstellungsreglers 2, bei dem Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden können, ist die intelligente Ventilsteuerung Neles® ND9000 von Metso Corp. Ein Beispiel eines Aktors 3 ist der pneumatische Aktor der Quadra-Power-X-Serie von Metso Corp. Es versteht sich jedoch, dass, über eine lokale Benutzeroberfläche des Stellungsreglers 2 hinaus, die Art und Implementierung der Steuerventilbaugruppe nicht für die vorliegende Erfindung relevant ist. Wie vorliegend verwendet, bedeutet „Regelventil“ auch ein Ein/Aus-Absperrventil.
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Es gibt verschiedene alternative Weisen, die Verbindung zwischen dem Steuersystem und den Feldgeräten, wie etwa Regelventilen, in einem Anlagenbereich einzurichten. In 1 repräsentiert der Feld-/Prozessbus 6 allgemein eine derartige Verbindung. Herkömmlicherweise sind Feldgeräte mit dem Steuersystem durch verdrillte Zweidraht-Doppelleitungsschleifen verbunden worden, wobei jedes Gerät mit dem Steuersystem durch eine einzelne verdrillte Doppelleitung verbunden ist, die ein analoges Eingangssignal mit 4 bis 20 mA liefert. In letzter Zeit sind neue Lösungen, wie etwa das Highway Addressable Remote Transducer(HART)-Protokoll, die die Übertragung von digitalen Daten zusammen mit dem herkömmlichen analogen Signal mit 4 bis 20 mA in der verdrillten Doppelleitungsschleife gestatten, in den Steuersystemen verwendet worden. Das HART-Protokoll wird zum Beispiel in der Veröffentlichung HART Field Communication Protocol: An Introduction for Users and Manufacturers, HART Communication Foundation, 1995 ausführlicher beschrieben. Das HART-Protokoll ist auch in einen Industriestandard entwickelt worden. Beispiele anderer Feldbusse beinhalten Foundation Fieldbus und Profibus PA. Es versteht sich jedoch, dass die Art oder Implementierung des Feld-/Prozessbusses 3 nicht für die vorliegende Erfindung relevant ist. Der Feld-/Prozessbus 3 kann auf einer beliebigen der oben beschriebenen Alternativen oder auf einer beliebigen Kombination derselben oder auf einer beliebigen anderen Implementierung basieren.
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Der Betrieb eines intelligenten Ventilstellungsreglers, wie etwa des Stellungsreglers 2, kann auf einem Mikrocontroller, wie etwa einem Mikroprozessor (µP), basieren, der die Position des Ventils 1 auf Basis von von der Feldverbindungsleitung oder dem Feldbus 6 erhaltenen Steuerinformationen steuert. Der Stellungsregler ist vorzugsweise mit einer Ventilpositionsmessung ausgestattet, zusätzlich zu der es möglich sein kann, viele andere Variablen zu messen, wie etwa Versorgungsdruck für Druckluft, Druckdifferenzen über Aktorkolben oder Temperatur, die möglicherweise bei der Selbstdiagnose des Ventils notwendig sind oder die die Ventilsteuerung als solche oder als verarbeitete Diagnoseinformationen zum Steuerraumrechner, zur Prozesssteuerung, zum Bedingungsüberwachungsrechner oder zu einer ähnlichen höherstufigen Einheit des Automatisierungssystems über einen Feldbus überträgt.
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Ein beispielhaftes Blockdiagramm eines mikrocontrollergestützten intelligenten Ventilstellungsreglers, wie etwa des Stellungsreglers 2, ist in 3 veranschaulicht. Der beispielhafte Stellungsregler 2 kann eine Mikrocontrollereinheit 21 mit einem elektrischen Steuerausgang 26 und eine pneumatische Einheit 23, 25, die das elektrische Steuersignal 26 aufnimmt und es in eine entsprechende Fluiddruckausgabe P1, P2 an den mit einem Aktor 3 verbundenen Aktoranschlüssen C1, C2 umwandelt, beinhalten. Die pneumatische Einheit kann eine Vorstufe 23 und eine Ausgangsstufe 25 umfassen. Die Vorstufe 23 kann eine Strom-Druck(I/P)-Wandlung des elektrischen Steuersignals 26 in ein kleines pneumatisches Pilotsteuersignal 24, das zum Steuern der Ausgangsstufe 25 ausreicht, durchführen. Der Versorgungsanschluss S der Ausgangsstufe 25 kann mit einem Versorgungsluftdruck S verbunden sein. Die Ausgangsstufe 25 kann das kleine pneumatische Pilotsignal in größere pneumatische Druckausgangssignale 33, 34 an den Aktoranschlüssen C1, C2 verstärken, um einen Membran-Kolben 32 des Aktors 3 zu bewegen. Ein Positionssensor 22 kann dem Mikrocontroller 21 zum Messen der Position des Aktors oder des Ventils bereitgestellt sein. Der Sensor 22 kann zum Beispiel zum Messen der Drehung einer Anlenkwelle 31 eines Aktors ausgebildet sein. Eine Mikrocontrollereinheit 21 steuert die Ventilposition gemäß einem im Mikrocontroller 21 durchgeführten Steueralgorithmus. Zu diesem Zweck kann der Mikrocontroller 21 ein Eingangssignal (einen Sollwert) über einen Prozess-/Feldbus 7, wie etwa eine 4-20-mA-Doppelleitung und HART, der mit einem Verbinder 27 verbunden ist, empfangen. Der Stellungsregler 2 kann von einer 4-20-mA-Schleife oder einem Feldbus mit Leistung versorgt werden. Der Mikrocontroller 21 kann auch einen Versorgungsdrucksensor Ps und/oder einen ersten Aktordrucksensor P1 und/oder einen zweiten Aktordrucksensor P2 und/oder einen Ausgangsstufenpositionssensor SPS lesen. Der Stellungsregler 2 kann ferner eine lokale Benutzeroberfläche (LUI) 20 enthalten, die mit dem Mikrocontroller 21 verbunden ist. Der Mikrocontroller 21 kann beliebige Informationen auf einer Anzeige der lokalen Benutzeroberfläche 20 anzeigen und Befehle und Parameter von einem Tastenfeld oder Tasten der lokalen Benutzeroberfläche 20 empfangen. Es versteht sich, dass der veranschaulichte Ventilstellungsregler lediglich ein Beispiel ist und die Art oder Implementierung eines Ventilstellungsreglers 2, über eine lokale Benutzeroberfläche hinaus, nicht für die vorliegende Erfindung relevant ist.
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Die Funktionen der lokalen Benutzeroberfläche (LUI) können zum Beispiel eine oder mehrere der folgenden Funktionen beinhalten: Lokale Steuerung des Ventils; Überwachen der Ventilposition, der Zielposition, des Eingangssignals, der Temperatur, der Versorgungs- und Aktordruckdifferenzen; geleitete Inbetriebnahmefunktion; die LUI 20 kann entfernt gesperrt werden, um einen unautorisierten Zugriff zu verhindern; Kalibrierung, z. B. eine automatische oder manuelle Linearisierung; 1-Punkt-Kalibrierung; Steuerungskonfiguration: aggressiv, schnell, optimal, stabil, maximale Stabilität; HART-/Feldbus-Versionskonfiguration; Konfiguration des Regelventils; Drehung: Ventildrehung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zum Schließen; Totwinkel; niedrige Abschaltung; Abschaltungssicherheitsbereich; Stellungsreglerausfallhandlung, öffnen/schließen; Signalrichtung: direkt-/umkehrwirkend; Aktorart, doppel-/einzelwirkend; Ventilart, drehbar/linear; Sprachauswahl.
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Ein Aspekt der Erfindung ist eine lokale Benutzeroberfläche (LUI) eines intelligenten Stellungsreglers, auf die in Feldbedingungen einfacher zuzugreifen ist, während sie eine hinreichende Zugangssteuerung aufweist, um die Sicherheit und Integrität der Ventilsteuerung aufrechtzuerhalten.
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Ein Aspekt der Erfindung ist ein intelligenter Ventilstellungsregler 2, der ein Gehäuse 200 und eine Gehäuseabdeckung 202 umfasst, wie etwa ein beispielhafter Stellungsregler 2 in 4. Das Gehäuse 200 kann die Steuerschaltkreise, wie etwa Schaltkreise 212 (z. B. auf einer Systemleiterplatte), die mit einer Feldsteuerleitung verbunden werden können, und eine lokale Benutzeroberflächeneinheit (z. B. auf einer LUI-Leiterplatte), wie etwa das Panel 201, mit einer oder mehreren Berührungstasten 204-1 ... 204-N und einer Anzeige 203 zum Überwachen und Konfigurieren des Stellungsreglers während der Installation und des normalen Betriebs des Ventilstellungsreglers 2 umfassen. Das lokale Benutzeroberflächenpanel 201 ist innerhalb des Gehäuses 200 durch die Gehäuseabdeckung, wie etwa eine Abdeckung 202, eingeschlossen, wenn das Gehäuse 200 geschlossen ist. Die Gehäuseabdeckung 202 kann transparent sein oder kann ein transparentes Fenster 213 umfassen, so dass die Anzeige 203 durch die Gehäuseabdeckung 202 sichtbar sein kann, ohne das Gehäuse zu öffnen. 5A veranschaulicht eine Draufsicht eines beispielhaften Stellungsreglers 2 mit der Gehäuseabdeckung 202 auf das lokale Benutzeroberflächenpanel 201 platziert (Gehäuse geschlossen), 5B veranschaulicht eine Draufsicht der beispielhaften Gehäuseabdeckung 202, wenn sie von der Oberseite des lokalen Benutzeroberflächenpanels 201 entfernt ist (Gehäuse geöffnet), und 5C veranschaulicht eine Draufsicht eines beispielhaften lokalen Benutzeroberflächenpanels 201, wenn die Gehäuseabdeckung 202 entfernt ist (Gehäuse geöffnet).
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das lokale Benutzeroberflächenpanel 201 Berührungstasten, wie etwa Berührungstasten 204-1 ... 204-N, umfassen und die Gehäuseabdeckung 202 kann ausgebildet sein, die Berührungstasten des lokalen Benutzeroberflächenpanels 201 durch ein Berühren der Außenfläche der geschlossenen Gehäuseabdeckung 202 benutzerbedienbar zu machen, ohne die tatsächlichen Berührungstasten 204-1 ... 204-N unter der Gehäuseabdeckung 202 zu kontaktieren. Die Außenfläche der Gehäuseabdeckung 202 kann mit geeigneten Markierungen ausgestattet sein, um die Verwendung der Tasten 204-1 ... 204-N zu unterstützen, wie in den 5A und 5B veranschaulicht. Die Markierungen können aufgedruckt oder anderweitig an der Gehäuseabdeckung 202 generiert sein. Ausführungsformen der Erfindung setzen die Berührungstastentechnologie auf eine spezielle Art und Weise ein, so dass der Benutzer auf die lokale Benutzeroberfläche zugreifen kann, ohne das Stellungsreglergehäuse zu öffnen. Bei Ausführungsformen können die Berührungstasten 204-1 ... 204-N ausgebildet sein, eine elektrische oder optische Einwirkung eines Benutzerfingers in der unmittelbaren Nähe zu detektieren, und die Gehäuseabdeckung 202 kann dazu ausgelegt sein, eine derartige elektrische oder optische Einwirkung durch die Gehäuseabdeckung 202 zur Berührungstaste zu ermöglichen, wenn der Benutzerfinger einen vorbestimmten Punkt an der Außenfläche der Gehäuseabdeckung 202 berührt. Bei Ausführungsformen kann die Dicke der Gehäuseabdeckung 202 an Stellen der Tasten im Vergleich zu der Gesamtdicke der Gehäuseabdeckung reduziert sein, um die Berührungsdetektion zu erleichtern. Beispielsweise kann es eine Vertiefung 202A an der Außenfläche der Gehäuseabdeckung 202 an einer Stelle jeder Taste geben, wie in 4 durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht. Die Gehäuseabdeckung 202 kann zum Beispiel aus Glas oder thermoplastischem Polymer, wie etwa Polycarbonat, hergestellt sein. Das Abdeckungsmaterial kann ein elektrischer Isolator sein, falls eine kapazitive Berührungstastentechnologie für die Tasten 204-1 ... 204-N genutzt wird. Im Falle einer optischen Berührungstastentechnologie ist die elektrische Leitfähigkeit der Abdeckung 202 nicht relevant. Bei Ausführungsbeispielen können kapazitive oder optische, d. h. nicht mechanische, Tasten für die Berührungstasten des lokalen Benutzeroberflächenpanels verwendet werden. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, dass die Erfindung auf eine beliebige spezifische Tastenfeldtechnologie eingeschränkt ist, sondern eine beliebige Technologie kann eingesetzt werden, die ein Bedienen der Tasten oder des Tastenfelds, mit der Gehäuseabdeckung 202 geschlossen, gestattet.
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Eine Anforderung für einen Ventilstellungsregler kann eine hinreichende Stoßfestigkeit gegenüber externen mechanischen Stößen sein. Bei einer Ausführungsform kann es einen Luftspalt oder Raum, wie etwa den in 4 veranschaulichten Spalt 211, zwischen der Innenfläche der Gehäuseabdeckung 202 und der Außenfläche des lokalen Benutzeroberflächenpanels 201 geben. Alternativ dazu kann es eine oder mehrere stoßdämpfende Zwischenschichten zwischen der Innenfläche der Gehäuseabdeckung 202 und der Außenfläche des lokalen Benutzeroberflächenpanels 201 anstelle des Spalts 211 geben. Dadurch kontaktiert die Abdeckung 202 möglicherweise nicht direkt mechanisch das lokale Benutzeroberflächenpanel und eine Verbiegung oder andere Verformung der Abdeckung aufgrund externer Faktoren, wie etwa externen Stößen, kann zu einem gewissen Grad gestattet sein, ohne übermäßige Belastungen auf das lokale Benutzeroberflächenpanel 201 auszuüben und dieses zu beschädigen.
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Ein Luftspalt oder eine stoßdämpfende Schicht 211 kann die detektierbare elektrische oder optische Einwirkung durch die Gehäuseabdeckung 202 zur Berührungstaste verringern, wenn der Benutzerfinger einen vorbestimmten Punkt auf der Außenfläche der Gehäuseabdeckung 202 berührt. Um für einen derartigen Effekt zu kompensieren, kann bei einer Ausführungsform ein geeignetes elastisches Kontaktpad, wie etwa ein Kontaktgelpad 206, lokal zwischen jeder der Berührungstasten 204 und 205 und der Gehäuseabdeckung 202 angeordnet sein. Bei einer Ausführungsform können derartige Kontaktpads 206 an entsprechenden Punkten auf der Innenfläche der Gehäuseabdeckung 202 angebracht sein. Beispiele für Materialien und Strukturen für die Kontaktpads beinhalten zugeschnittene leitfähige Schaumstoffkissen, leitfähige EMV-Dichtungen und andere elektrisch leitfähige flexible Materialien, wie etwa eine zusammengedrückte Feder. Diese leitfähigen Pads können an die Gehäuseabdeckung oder die LUI-Abdeckung geklebt oder permanent durch andere Mittel an diese angebracht werden. Derartige Pads können auch durch Spritzgießen eines leitfähigen flexiblen Materials an den Stellen der Tasten der Gehäuseabdeckung oder LUI-Abdeckung gefertigt werden. Bei Ausführungsformen, die optische Berührungstasten verwenden, wird der Luftspalt 211 die Detektion durch die Gehäuseabdeckung 202 möglicherweise nicht beeinflussen und möglicherweise werden keine Kontaktpads benötigt. Um jedoch einen zweckmäßigen optischen Pfad zwischen der optischen Berührungstaste und der Gehäuseabdeckung 202 zu gewährleisten, kann ein Kontaktpad oder -element 206 mit geeigneten optischen Eigenschaften verwendet werden.
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Bei Ausführungsformen der Erfindung können die Tasten des lokalen Benutzeroberflächenpanels 201 kapazitive Berührungstasten sein. Der kapazitive Berührungsmechanismus ist schematisch in den 6A und 6B durch ein Gestaltungsbeispiel veranschaulicht. Die 6A und 6B stellen eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht einer beispielhaften kapazitiven Berührungstaste 204 dar, die auf einer Leiterplatte (PCB) 61 implementiert wird. Die beispielhafte kapazitive Berührungstaste 204 kann ein nicht leitfähiges Auflagenmaterial 62, ein leitfähiges Sensorpad oder eine Spur 63, das bzw. die von einer leitfähigen Massefläche oder Spur 64 auf der Oberfläche der PCB 61 umgeben ist, und eine isolierte (nicht leitfähige) Auflage 62, die direkt über ihnen platziert ist, um sie vor der Umgebung zu schützen und einen direkten Fingerkontakt zu verhindern, umfassen. Das Auflagenmaterial 62 wird über dem Sensorpad platziert, um es vor der Umgebung zu schützen und einen direkten Fingerkontakt zu verhindern. Das Sensorpad und die Masse-Schraffur können durch einen zwischenliegenden einheitlichen Spalt 65 getrennt sein. Die Massefläche 64 hilft auch dabei, die kapazitive Tastenstruktur von anderer möglicher Elektronik abzuschirmen. Das Sensorpad 63, die Massefläche 64 und der Spalt 65 können mit herkömmlichen gedruckten Schaltungstechniken hergestellt sein, um Teil der PCB 61 zu bilden. Im Beispiel von 6B wird eine zweischichtige Leiterplatte mit Sensorpads 63 und einer Massefläche 64 an der Oberseite und einer Verbindungsverdrahtung oder Spuren 67 und möglichen assoziierten elektrischen Komponenten (nicht dargestellt) an der Unterseite verwendet. Beispiele für derartige elektrische Komponenten beinhalten kapazitätsmessende Schaltkreise, wie etwa eine Berührungssteuerung und assoziierte Teile, die eine Sensorkapazität in ein digitales Format umwandeln. Eine Leiterdurchkontaktierung oder ein Durchgangsloch 66 in der PCB 61 kann jedes Sensorpad 63 mit der entsprechenden Spur 67 an der Unterseite der Platine 61 verbinden, wie in 6B veranschaulicht. In dem in 6A veranschaulichten Beispiel gibt es ein rundes Sensorpad 63 und einen ringförmigen Spalt 65, aber ein Sensorpad oder eine Spur kann beliebige Formen annehmen. In den 6A und 6B ist nur eine Taste 204 veranschaulicht, aber es kann eine beliebige Anzahl von Tasten in demselben Panel oder derselben PCB geben. Beispielsweise ist eine LUI 20 mit N Berührungstasten 204-1, 204-2, 204-3, ..., 204-N auf demselben Panel schematisch in 7 veranschaulicht. Die exakte Implementierung der Berührungstaste ist hinsichtlich der vorliegenden Erfindung nicht relevant.
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Wie in den 6A und 6B veranschaulicht, ist eine kapazitive Berührungstaste 204 im Wesentlichen ein Kondensator, der aus zwei angrenzenden Spuren 63 und 64 gebildet wird, und die Gesetze der Physik bestimmen, wie viel Kapazität zwischen ihnen vorhanden ist. Die gestrichelten Linien 68 repräsentieren ein elektrisches Feld zwischen dem Erfassungspad 63 und der Massefläche 64. Wenn ein Finger in die unmittelbare Nähe der kapazitiven Taste 204 gebracht wird, unterbricht der Finger das elektrische Feld 68, das den Finger als einen leitfähigen Fremdkörper ansieht, wodurch die Kapazität geändert wird. Das Platzieren eines Fingers auf die Auflage 62 erhöht die Kapazität. Das Entfernen des Fingers verringert die Kapazität. Durch das Messen der Kapazität kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fingers bestimmt werden.
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Mehrere kommerzielle Lösungen zur kapazitiven Berührungserfassung stehen zur Verfügung, zum Beispiel in Form integrierter Schaltungen mit dedizierter Funktion und in Form von Softwarebibliotheken für Mikrocontroller mit eingebauter Sensorschnittstellenelektronik wie zum Beispiel Analog-Digital-Umsetzer und analoge Komparatoren. Die exakte Implementierung der Berührungssensorsignalverarbeitung ist hinsichtlich der vorliegenden Erfindung nicht relevant.
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7 stellt ein schematisches Blockdiagramm für eine beispielhafte lokale Benutzeroberfläche 20 dar, die mit einem Mikrocontroller 21 verbunden ist. Die LUI 20 kann eine durch den Mikrocontroller 203 gesteuerte Anzeige 203 und ein kapazitives Touchpad mit N kapazitiven Berührungstasten 204-1, 204-2, 204-3, ..., 204-N enthalten. Jede kapazitive Berührungstaste 204-1, 204-2, 204-3, ..., 204-N kann mit einer in 6B dargestellten Struktur implementiert werden, was zu N Sensorpads 63 führt, die durch eine gemeinsame Masseplatte 64 umgeben sind. Jedes Sensorpad 63 kann mit einem jeweiligen Draht 67 mit einer Sensoreingabe einer Berührungssteuerung 71 verbunden sein. Ein Beispiel für eine kommerzielle Schaltung, die sich für die Berührungssteuerung 71 eignet, ist die LDS6100/6120-Familie von Kapazitätsberührungssteuerungen von Integrated Device Technology Inc. Wenn sie zur kapazitiven Erfassung ausgebildet sind, werden die Berührungseingaben zur Berührungssteuerung 71 geleitet, die Änderungen in den externen Sensorpads 63 erfasst. Wenn eine Kapazitätsänderung über einer benutzerdefinierten Schwelle auftritt, wird ein Berührungsereignis erkannt und der Host-Prozessor 21 benachrichtigt. Eine kapazitive Erfassung kann unter Verwendung eines Sigma-Delta-Wandlers erzielt werden, der in der Lage ist, ein Sensoreingangssignal in eine digitale Ausgabe umzuwandeln, die mit einem Berührungs-/Nichtberührungsschwellenwert verglichen werden kann, um zu bestimmen, ob eine Berührung stattgefunden hat. Der Tastenstatus und digitalisierte Kapazitätswerte können in On-Chip-Registern gespeichert werden, die dem Host-Prozessor 21 zur Verfügung stehen.
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Wie oben besprochen, stellt 6B eine Querschnittsansicht einer beispielhaften kapazitiven Berührungstaste 204, wie normalerweise verwendet, dar, d. h. die Auflage 62 bildet die Berührungsfläche. Bei Ausführungsformen der Erfindung ist dies die Situation, bei der die Gehäuseabdeckung geöffnet ist und die Berührungstaste 204 zum direkten Bedienen durch ein Berühren der Auflage 62 frei liegt. 6C stellt eine Querschnittsansicht der beispielhaften kapazitiven Berührungstaste 204 dar, wenn die Gehäuseabdeckung 202 geschlossen ist, d. h. auf der Berührungstaste 204 platziert ist. In den 6A, 6B und 6C repräsentieren die gleichen Bezugssymbole die gleichen oder äquivalente Strukturen oder Funktionen. Das Material der Gehäuseabdeckung ist ein elektrischer Isolator (nicht leitfähig). Ein leitfähiges Material kann nicht in der Gehäuseabdeckung 202 verwendet werden, da es das elektrische Feldmuster 68 stört. Eine Anforderung für einen Ventilstellungsregler kann eine hinreichende Stoßfestigkeit gegenüber einem externen mechanischen Stoß sein. Wie oben besprochen, kann es einen Luftspalt oder Raum 211 zwischen der Gehäuseabdeckung 202 und der Auflage 62 der Berührungstaste 204 geben, um die Festigkeit gegenüber externen Stößen zu verbessern, wie etwa der in 4 veranschaulichte Spalt 211 zwischen der Innenfläche der Gehäuseabdeckung 202 und der Außenfläche des lokalen Benutzeroberflächenpanels 201. Da Luft eine relativ geringe Dielektrizitätskonstante aufweist, was die Empfindlichkeit verringert, wird ein jeglicher Luftspalt zwischen der Gehäuseabdeckung 202 und der Auflage 62 vorzugsweise zumindest an der Stelle des Sensorpads 63 beseitigt. Zu diesem Zweck, wie oben besprochen worden ist, kann ein geeignetes elastisches Kontaktpad 206 lokal zwischen den Berührungstasten 204 und der Gehäuseabdeckung 202 angeordnet sein, um das elektrische Feld 68 von der Auflage 62 zur Gehäuseabdeckung 202 zu koppeln. Die Gehäuseabdeckung 202 verringert ferner, dass das elektrische Feld 68 die obere Oberfläche der Gehäuseabdeckung erreicht. Die Erfinder haben jedoch festgestellt, dass die Kapazitätsmessung trotz dieser zusätzlichen Schichten und Materialien, die die Empfindlichkeit der darunter liegenden Berührungstaste 204 verringern, immer noch angepasst werden kann, einen die obere Oberfläche der Gehäuseabdeckung 202 berührenden Finger zu detektieren. Somit kann die sich unter der Gehäuseabdeckung befindliche lokale Benutzeroberfläche 20 auch bedient werden, wenn die Gehäuseabdeckung geschlossen ist. Bei Ausführungsformen, wenn eine dicke Abdeckung benötigt wird, um eine ausreichende mechanische Robustheit zu erhalten, kann die Dicke der Gehäuseabdeckung 202 an Stellen der Tasten im Vergleich zu der Gesamtdicke der Gehäuseabdeckung reduziert werden, um die Berührungsdetektion zu erleichtern, wie in 4 veranschaulicht. Dieselben Messschaltkreise, wie die in 7 veranschaulichten, können zum Detektieren eines Berührungsereignisses verwendet werden, wenn die Abdeckung geschlossen und geöffnet ist.
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Bei Ausführungsformen der Erfindung können die Tasten des lokalen Benutzeroberflächenpanels 201 optische Berührungstasten sein. Ein reflektierender optischer Berührungserfassungsmechanismus ist schematisch durch ein Beispiel in den 8A, 8B und 8C veranschaulicht. Die 8A und 8B stellen eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht einer beispielhaften optischen Berührungstaste 204 dar, die auf einer Leiterplatte (PCB) 81 implementiert wird. Die beispielhafte optische Berührungstaste 204 kann einen optischen Sensor 82 mit einem Lichtemitter oder Sender (Tx) 84 und einem Lichtdetektor oder Empfänger (Rx) 85 und ein transparentes Auflagenmaterial 82, das auf der Oberseite des Sensors platziert ist, um eine Berührungsfläche mit einem Fenster zu bilden, umfassen. Die Auflage 82 ist typischerweise sehr dünn oder manchmal weggelassen. Der optische Sensor 83 kann zum Beispiel mit Infrarotlicht arbeiten. Der Emitter 84 des optischen Sensors 83 kann durch eine LED implementiert werden und der Detektor 85 kann zum Beispiel durch eine Photodiode implementiert werden. Alternativ dazu können Phototransistoren oder andere Arten von Lichtemitter- und Lichtdetektorgeräten verwendet werden. Beispiele für kommerzielle optische Sensoren beinhalten OPB744 von OPTEK Technology Inc. und HSDL-9100 von Avago Technologies. Der Emitter kann IR-Lichtimpulse 88 emittieren. Dieses Licht läuft in das Sichtfeld hinaus und wird entweder auf ein Objekt auftreffen oder weiterlaufen. Kein Licht wird reflektiert werden, wenn kein Objekt (wie etwa ein Finger) detektiert wird. Andererseits, falls ein Objekt auf dem Ausbreitungspfad des Lichts 88 vorhanden ist, wird IR-Licht von dem Objekt reflektiert und durch den Detektor 84 detektiert. Die Ausgabe des Detektors 84 selbst kann ein Berührungsstatussignal sein, das ein Berührungsereignis angibt, falls der reflektierte Lichtpegel eine vorbestimmte Schwelle überschreitet. Alternativ dazu kann der Detektor 84 assoziierte Schaltkreise (wie etwa einen Komparator) aufweisen, die das Berührungsstatussignal basierend auf dem Ausgangssignal des Detektors 84 bereitstellen. Als eine weitere Alternative kann der Mikrocontroller 21 des Stellungsreglers eine Entscheidung über ein Berührungsereignis zum Beispiel basierend auf dem Ausgangssignalpegel des Detektors 84 vornehmen. Das Berührungsstatussignal von dem Detektor 84 oder den assoziierten Schaltkreisen kann an den Mikrocontroller 21 des Stellungsreglers angewendet werden. Die assoziierten Schaltkreise können der Berührungssteuerung 71 ähneln, die in 7 für eine kapazitive Berührungstaste veranschaulicht ist. Außerdem kann die Schaltungsanordnung ansonsten der in 7 veranschaulichten ähneln, mit der Ausnahme, dass optische Berührungstasten und eine optische Berührungssteuerung eingesetzt werden. In den 8A und 8B ist ferner nur eine Taste 204 veranschaulicht, aber es kann eine beliebige Anzahl von Tasten in demselben Panel oder derselben PCB geben. Die in 7 veranschaulichten N Berührungstasten 204-1, 204-2, 204-3, ..., 204-N können zum Beispiel mit N optischen Berührungstasten implementiert werden. Die exakte Implementierung der Berührungstaste oder die Detektion des Berührungsereignisses ist jedoch hinsichtlich der vorliegenden Erfindung nicht relevant.
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Wie oben besprochen, stellt 8B eine Querschnittsansicht einer beispielhaften optischen Berührungstaste 204, wie normalerweise verwendet, dar, d. h. die Auflage 82 bildet die Berührungsfläche. Bei Ausführungsformen der Erfindung ist dies die Situation, bei der die Gehäuseabdeckung geöffnet ist und die Berührungstaste 204 zum direkten Bedienen durch ein Berühren der Auflage 82 frei liegt. 8C stellt eine Querschnittsansicht der beispielhaften kapazitiven Berührungstaste 204 dar, wenn die Gehäuseabdeckung 202 geschlossen ist, d. h. auf der Berührungstaste 204 platziert ist. In den 8A, 8B und 8C repräsentieren die gleichen Bezugssymbole die gleichen oder äquivalente Strukturen oder Funktionen. Das Material der Gehäuseabdeckung kann irgendetwas sein, das ein Bereitstellen eines optischen Pfads für das Licht zum und von dem optischen Sensor 83 gestattet. Die Gehäuseabdeckung 202 verringert ferner den Lichtpegel, der von dem die obere Oberfläche der Gehäuseabdeckung berührenden Objekt reflektiert wird. Falls erforderlich, kann durch ein Erhöhen der Emissionsleistung des Emitters 83 und/oder der Empfindlichkeit (Schwelle) des Detektors 84 für den längeren Abstand zum Objekt kompensiert werden. Somit kann ein die obere Oberfläche der Gehäuseabdeckung 202 berührender Finger detektiert werden und dadurch kann die lokale, sich unter der Gehäuseabdeckung befindliche Benutzeroberfläche 20 auch bedient werden, wenn die Gehäuseabdeckung geschlossen ist. Bei Ausführungsformen, wenn eine dicke Abdeckung benötigt wird, um eine ausreichende mechanische Robustheit zu erhalten, kann die Dicke der Gehäuseabdeckung 202 an Stellen der Tasten im Vergleich zu der Gesamtdicke der Gehäuseabdeckung reduziert werden, um die Berührungsdetektion zu erleichtern, wie in 4 veranschaulicht. Dieselben Messschaltkreise, wie etwa Schaltkreise, die den in 7 veranschaulichten ähneln, können zum Detektieren eines Berührungsereignisses verwendet werden, wenn die Abdeckung geschlossen und geöffnet ist.
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Eine Anforderung für einen Ventilstellungsregler kann eine hinreichende Stoßfestigkeit gegenüber externen mechanischen Stößen sein. Wie oben besprochen, kann es einen Luftspalt oder Raum 211 zwischen der Gehäuseabdeckung 202 und der Auflage 82 der Berührungstaste 204 geben, um die Festigkeit gegenüber externen Stößen zu verbessern. Der Luftspalt stört nicht das optische Signal, aber der längere Abstand und die Unterseite der Gehäuseabdeckung können ein Übersprechen von dem Emitter 83 zum Detektor 84 erhöhen. Daher kann ein Übersprechen verringerndes Element zwischen der Gehäuseabdeckung 202 und der optischen Berührungstaste 204 bereitgestellt sein. Ein derartiges Element kann eine beliebige Struktur sein, die die Pfade des emittierten Lichts und des reflektierten Lichts im Luftspalt trennt. Das Element kann zum Beispiel eine einfache Trennwand oder Ablenkplatte sein. Bei einer Ausführungsform können zwei getrennte Lichtleiter verwendet werden.
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Die lokale Benutzeroberfläche gemäß Ausführungsformen der Erfindung verbessert sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Nutzbarkeit der Benutzeroberfläche. Da die sich innerhalb des Stellungsreglergehäuses befindlichen Berührungstasten der lokalen Benutzeroberfläche 20 durch ein Berühren der Gehäuseabdeckung bedient werden können, ist die lokale Benutzeroberfläche vollständig von der Umgebung versiegelt und vor externen Kräften geschützt. Die Berührungstasten dringen nicht in die Gehäuseabdeckung des Stellungsreglers ein. Es gibt keine mechanischen Kräfte, die direkt auf die Tasten ausgeübt werden. Die Berührungstasten nutzen sich nicht ab. Alle externen Belastungen werden durch die Gehäuseabdeckung entgegengenommen. Dies kann die lokale Oberfläche des Stellungsreglers zuverlässiger machen. Mechanische Schalter nutzen sich ab und müssen auch in das Stellungsreglergehäuse eindringen. Ein Touchpanel an der Außenfläche des Stellungsreglers würde der Umgebung und den externen mechanischen Kräften ausgesetzt sein. Andererseits ist es umständlicher, ein normales Touchpanel, das sich unter einer Abdeckung befindet und nur mit einer geöffneten Abdeckung bedient werden kann, zu verwenden. Es besteht jedoch immer ein Risiko eines beabsichtigten oder durch einen menschlichen Fehler verursachten unautorisierten Zugriffs, wenn die Benutzeroberfläche ohne ein Öffnen des Stellungsreglergehäuses zugänglich ist. Des Weiteren wird die leichte Zugänglichkeit, eine lokale Benutzeroberfläche 20 zu bedienen, erfordern, dass ein Schutz implementiert wird, um eine durch Staub, Wassertropfen, Eis oder andere Umweltursachen oder durch menschliche Fehler verursachte Falscheingabe zu verhindern.
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Ein Aspekt der Erfindung ist ein Schutz gegen einen unautorisierten Zugriff und gleichzeitig gegen Falscheingaben aufgrund menschlicher Fehler oder Umgebungsursachen in einem derartigen Stellungsregler, in dem die lokale Benutzeroberfläche ohne ein Öffnen des Stellungsreglergehäuses bedient werden kann.
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Es versteht sich, dass Prinzipien dieses Aspekts der Erfindung nicht nur auf die lokale Benutzeroberfläche gemäß Ausführungsformen des ersten Aspekts der Erfindung anwendbar sind, sondern auch auf andere Arten von lokalen Benutzeroberflächen. Mit Bezug auf den zweiten Aspekt der Erfindung ist die Implementierung oder die Gestaltung der lokalen Benutzeroberfläche darüber hinaus, dass sich die Zugriffsrechte in Abhängigkeit davon unterscheiden, ob das Gehäuse des Stellungsreglers geöffnet oder geschlossen ist, nicht relevant. In diesem Zusammenhang bezieht sich das Öffnen des Gehäuses auf eine beliebige Art des Zugreifens auf Verbinder oder andere Komponenten innerhalb des Gehäuses des Stellungsreglers.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Ventilstellungsregler ausgebildet, einen Betriebsmodus der lokalen Benutzeroberfläche zu ändern, wenn das Gehäuse oder die Gehäuseabdeckung geöffnet ist. Die Änderung im Betriebsmodus kann einem Benutzer als unterschiedliche Menüs, unterschiedliche Eingabeaufforderungen, unterschiedliche Ansichten, unterschiedliche Operationen usw. erscheinen, die nicht vorhanden sind und/oder auf die nicht zugegriffen werden kann, wenn das Gehäuse oder die Gehäuseabdeckung geschlossen ist.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die lokale Benutzeroberfläche eine erste Benutzerzugangsmodusebene, die eine Verwendung der Tasten der lokalen Benutzeroberfläche für eine erste Menge von Benutzeroperationen gestattet, und eine oder mehrere weitere Benutzerzugangsmodusebenen, die eine Verwendung der Tasten der lokalen Benutzeroberfläche 20 für eine oder mehrere weiteren Mengen von Benutzeroperationen gestatten, aufweisen. Mit anderen Worten können unterschiedliche Ebenen von Zugangsrechten für eine LUI-Operation definiert sein. Die lokale Benutzeroberfläche kann eine spezifische Ebene von Zugangsrechten annehmen, wenn vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind.
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Bei einer Ausführungsform kann die lokale Benutzeroberfläche unterschiedliche Ebenen von Zugangsrechten in Abhängigkeit davon annehmen, ob das Gehäuse oder die Umhausung des Stellungsreglers geöffnet oder geschlossen ist, z.B., ob eine Abdeckung des Gehäuses geöffnet oder geschlossen ist. Mit anderen Worten kann eine automatische Zugangsrechtsteuerung implementiert werden, indem der Offen/Geschlossen-Zustand des Gehäuses detektiert wird. Dies erfordert, dass der Zustand der Gehäuseabdeckung bekannt ist. Das Risiko, die Ventilbaueinheit oder die kritischen Ventilprozessparameter aus Versehen abzuändern, wird äußerst verringert. Ein installationsparameterbezogener Zugriff wird möglicherweise nur gewährt, wenn sich der Ventilstellungsregler in einer Installationsphase befindet (d.h. das Gehäuse ist geöffnet, z.B. aufgrund dessen, dass die Abdeckung geöffnet ist). Eine separate Tastenfeldsperrfunktion wird nicht notwendigerweise benötigt, um eine durch Staub, Wassertropfen, Eis oder andere Umweltursachen verursachte Falscheingabe zu verhindern, da das Abändern von Parametern verhindert werden kann, wenn das Gehäuse, z. B. eine Gehäuseabdeckung, geschlossen ist. Eine Tastenfeldsperrfunktion kann jedoch immer noch als ein redundantes Sicherheitsmerkmal implementiert werden.
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Bei einer Ausführungsform kann der Stellungsregler 2 mit elektrischen, optischen oder mechanischen Detektormitteln ausgestattet sein, um zu detektieren, ob das Gehäuse geöffnet oder geschlossen ist. Bei einer Ausführungsform sind die Detektormittel dazu ausgebildet, zu detektieren, ob eine Gehäuseabdeckung geöffnet oder geschlossen ist. Bei einer Ausführungsform kann das entfernbare Teil des Stellungsreglers, wie etwa die Gehäuseabdeckung 202, mindestens ein magnetisches Element umfassen und das andere Teil des Stellungsreglers, wie etwa das lokale Benutzeroberflächenpanel 201, das Gehäuse 200 oder eine beliebige andere Komponente innerhalb des Gehäuses, kann mit mindestens einem Sensor oder Detektor, der zum Detektieren des Vorhandenseins oder der Nähe des magnetischen Elements ausgebildet ist, ausgestattet sein. Die Ausgabe dieser Geräte schaltet zu niedrig (schaltet sich ein), wenn ein Magnetfeld von dem magnetischen Element eine Schwelle überschreitet (die Abdeckung ist geschlossen). Wenn das magnetische Element weg bewegt wird (die Abdeckung ist geöffnet), wird das Magnetfeld unter eine Freigabeschwelle verringert und die Geräteausgabe geht zu hoch über (schaltet sich aus). Beispiele für geeignete Detektoren oder Sensoren beinhalten einen Hall-Sensor und einen Reed-Schalter. Ein Beispiel für einen kommerziellen Hall-Sensor ist A1210 von Allegro MicroSystems, LLC.
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Bei einem in 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann die Abdeckungszustandsdetektion erzielt werden, indem ein Permanentmagnet 208 an der Gehäuseabdeckung 202 und ein Detektor, wie etwa ein Hall-Sensor oder ein Reed-Schalter, 207 zum Beispiel am lokalen Benutzeroberflächenpanel 201 (z. B. an einer LUI-Leiterplatte) oder an einer Systemleiterplatte 212 vorhanden sind, um das Vorhandensein des Magneten 208 zu detektieren. Falls notwendig, können ein oder mehrere zusätzliche Paare eines kleinen Permanentmagneten 210 und eines Detektors oder Sensors 209 zur Robustheit oder, um die Störfestigkeit gegenüber starken externen Magnetfeldern oder magnetischem Stören zu verbessern, verwendet werden.
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Beispiele für optische und mechanische Detektoren zum Detektieren des Öffnungszustands des Gehäuses beinhalten zum Beispiel einen optischen Schalter (z. B. einen Phototransistor) oder einen mechanischen Mikroschalter. Ein optischer oder mechanischer Schalter kann insbesondere dann verwendet werden, wenn eine Störfestigkeit gegenüber starken externen Magnetfeldern oder magnetischem Stören benötigt wird. Ein optisches Schalterpaar oder ein mechanisches Schalterpaar können auch dupliziert werden (auf eine ähnliche Weise wie das Magnet/Hall-Schalterpaar in 4).
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Bei einer Ausführungsform kann der Detektor 207/209 zum Detektieren des Öffnungszustands des Gehäuses, z. B. des Zustands der Abdeckung 202, die Zustandsinformationen in Form eines digitalen Doppelzustandssignals (OFFEN/GESCHLOSSEN) bereitstellen, was ihn gegenüber elektrischem Rauschen robust macht.
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Bei einer Ausführungsform können die Öffnungszustandsinformationen von dem Detektor zu einer Steuereinheit oder einem Mikrocontroller bereitgestellt werden, wie etwa von dem einen oder den mehreren Detektoren 207/209 zum Mikrocontroller 21, wie in 7 veranschaulicht. Die Steuereinheit oder der Mikrocontroller 21 kann die Öffnungszustandsinformationen in der Systemebene nutzen, um auf die Steuerung zuzugreifen oder ein Zugangsprofil zur lokalen Benutzeroberfläche 20 zu definieren.
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Bei einer Ausführungsform, wenn das Gehäuse des Stellungsreglers geschlossen ist, kann die lokale Benutzeroberfläche 20 ausgebildet sein, die erste Benutzerzugangsmodusebene als einen Standard anzunehmen, um dadurch eine Verwendung der Tasten der LUI 20 für die erste Menge von Benutzeroperationen zu gestatten. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Berührungstasten 204-1 ... 204-N durch die Gehäuseabdeckung 202 verwendet werden. Wenn das Gehäuse geöffnet ist, kann die lokale Benutzeroberfläche 20 ausgebildet sein, eine weitere Benutzerzugangsmodusebene anzunehmen, um dadurch eine Verwendung der Tasten der LUI 20 für eine oder mehrere weitere Mengen von Benutzeroperationen zu gestatten. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Berührungstasten 204-1 ... 204-N direkt auf dem lokalen Benutzeroberflächenpanel 201 verwendet werden.
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Bei einer Ausführungsform, wenn das Gehäuse des Stellungsreglers geschlossen ist, kann die lokale Benutzeroberfläche 20 ausgebildet sein, die erste Benutzerzugangsmodusebene als einen Standard anzunehmen, um dadurch eine Verwendung der Tasten der LUI 20 für Leseoperationen zu gestatten. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Berührungstasten 204-1 ... 204-N durch die Gehäuseabdeckung 202 für Leseoperationen verwendet werden. Wenn das Gehäuse geöffnet ist, kann die lokale Benutzeroberfläche 20 ausgebildet sein, eine weitere Benutzerzugangsmodusebene anzunehmen, um dadurch eine Verwendung der Tasten der LUI 20 für Leseoperationen und Prozeduren zum lokalen Konfigurieren von Parametern und Steuern des Betriebs des intelligenten Ventilstellungsreglers zu gestatten. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Berührungstasten 204-1 ... 204-N direkt auf dem lokalen Benutzeroberflächenpanel 201 für Leseoperationen und Prozeduren zum lokalen Konfigurieren von Parametern und Steuern des Betriebs des intelligenten Ventilstellungsreglers verwendet werden. Beispiele für Konfigurationsparameter können Ventilart, Aktorart, Stellungsreglerausfallhandlung, Ventildrehrichtung und Ventiltotwinkel beinhalten.
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Bei einer Ausführungsform, wenn das Gehäuse des Ventilstellungsreglers 2 geschlossen ist, ist die lokale Benutzeroberfläche 20 ausgebildet, einen dedizierten Zugangscode für mindestens eine weitere Benutzerzugangsmodusebene zu benötigen, um dadurch eine Verwendung der Tasten der LUI 20 für eine oder mehrere weitere Mengen von Benutzeroperationen zu gestatten, z. B. für Leseoperationen und zum lokalen Steuern von Parametern und des Betriebs des intelligenten Ventilstellungsreglers. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Berührungstasten 204-1 ... 204-N durch die geschlossene Gehäuseabdeckung 202 für eine oder mehrere der weiteren Mengen von Benutzeroperationen verwendet werden, z. B. für Leseoperationen und zum lokalen Steuern von Parametern und des Betriebs des intelligenten Ventilstellungsreglers.
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Ein Beispiel für Benutzerzugangsrechte basierend auf dem Gehäuseöffnungszustand ist im Folgenden veranschaulicht.
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Zustand 1: Gehäuse geschlossen
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- – der Benutzer kann die Parametermenge A durchsuchen
- – der Benutzer kann auf Diagnosegraphen zugreifen
- – der Benutzer darf keine Parameter ändern
- – der Benutzer darf keine Tests starten
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Zustand 2: Gehäuse geöffnet
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- – der Benutzer kann die Parametermenge A durchsuchen
- – der Benutzer kann die Parametermenge B durchsuchen
- – der Benutzer kann auf Diagnosegraphen zugreifen
- – der Benutzer kann Parameter ändern
- – der Benutzer kann Tests starten
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Bei einer Ausführungsform kann ein Alarm initiiert werden, wenn ein Öffnen des Stellungsreglergehäuses detektiert wird. Bei einer Ausführungsform kann eine Protokolldatei der Öffnungen des Gehäuses verwaltet werden. Bei einer Ausführungsform können alle mit dem geöffneten Gehäuse getätigten Handlungen aufgezeichnet werden.
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Wie oben erwähnt, können unterschiedliche Ebenen von Zugangsrechten für eine LUI-Operation definiert sein. Die lokale Benutzeroberfläche kann eine spezifische Ebene von Zugangsrechten annehmen, wenn vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind. Bei Ausführungsformen können die vorbestimmten Bedingungen zum Annehmen unterschiedlicher Zugangsrechtsebenen unterschiedliche Zugangscodes, d. h. PIN-Codes, für unterschiedliche Zugangsrechtsebenen zur lokalen Benutzeroberfläche umfassen. Dies mindert möglicherweise das normalerweise mit der Verwendung eines PIN-Code-Schutzes verbundene Problem: es ist sehr frustrierend und mühsam, jedes Mal, wenn eine lokale Benutzeroberfläche verwendet wird, einen PIN-Code einzugeben. Dies gilt besonders für einen (OEM)-Ventilanbieter bei der Inbetriebnahmephase während der Konfiguration und des Zusammenbaus des Ventils. Ein Beispiel für das Assoziieren mehrerer Ebenen von LUI-Zugangsrechten mit unterschiedlichen PIN-Codes kann wie folgt sein:
- Ebene 1. Alle sollten einen Lesezugang besitzen, alle Parameter, Messungen und Alarme. Sie sind ohne das Eingeben eines PIN-Codes lesbar.
- Ebene 2. Ein PIN-Code (der optional deaktiviert werden kann) würde erforderlich sein, um typische ventilzusammenbaubezogene Parameter einzugeben und eine Kalibrierung und Gerätetests durchzuführen.
- Ebene 3. Benutzer der dritten Ebene würden eine erweiterte Ansicht zu Geräteeinstellungen und weitergehenden Parametern besitzen. Ein erweitertes Menü würde erscheinen, wenn ein spezifischer PIN-Code eingegeben wird. Das erweiterte Menü würde selten verwendete Benutzerparameter enthalten, um eine kompliziertere Geräteparametrisierung durchzuführen (Beispiele könnten steueralgorithmusbezogene Parameter sein, die nicht in normalen Fällen festgelegt werden sollten, oder selten verwendete Signalmodifikationsparameter).
- Ebene 4. Die vierte Ebene könnte für einen Spezialisten des Anbieters (z. B. Metso) sein, um auf alle Geräteparameter Zugriff zu haben, die zum Beispiel bei der Fehlersuche, Problembehebung oder extremen Fällen verwendet werden sollen.
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Bei einer Ausführungsform kann eine höhere Ebene von Zugangsrechten automatisch für einen vorbestimmten Zeitraum aktiviert werden, wenn eine Leistung an den Stellungsregler 2 angeschlossen wird, z. B., wenn die Feldbusdrähte oder die verdrillte Doppelleitungsschleife 7 mit 4–20 mA an den Verbinder des Stellungsreglers 2, wie etwa den Verbinder 27 in 3, angeschlossen werden. Während des vorbestimmten Zeitraums, wie etwa ungefähr eine Stunde, kann ein vorbestimmter erweiterter Zugriff auf die lokale Benutzeroberfläche gestattet sein, ohne PIN-Codes zu benötigen. Die Anforderung, PIN-Codes der normalen Ebene zu verwenden, um in höhere Ebenen von Zugangsrechten einzutreten, kann nach dem Ablaufen des vorbestimmten Zeitraums, wenn die Verbindung der Leistung mit dem Gerät angeschlossen ist, wieder aufgenommen werden. Dies würde sicherstellen, dass es während des Ventilzusammenbaus einfach ist, die richtigen Parameter im Stellungsregler einzustellen, ohne jedes Mal PIN-Codes eingeben zu müssen. Bei normalen Standortbedingungen während des Betriebs, wo Parametereinstellungen nicht so häufig vorkommen, würde der Stellungsregler vor einer unautorisierten Nutzung durch die PIN-Codes geschützt werden.
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Bei einer Ausführungsform, falls jeder Benutzer oder jede Benutzergruppe einen einzigartigen PIN-Code besitzt, kann eine Protokolldatei darüber unterhalten werden, wer in die lokale Benutzeroberfläche des Stellungsreglers eingeloggt hat und welche Handlungen durchgeführt worden sind. Wenn ein Benutzer in die lokale Benutzeroberfläche einloggt, wird ein Ereignis in einer Ereignisprotokolldatei erstellt. Bei einer Ausführungsform können Benutzer, Zugangsrechte und PIN-Codes in einem Ventilverwaltungssystem (wie etwa dem Metso Valve Manager, DTM) verwaltet werden und Listen von Benutzern mit PIN-Codes können zu jedem Stellungsregler 2 über den Feldbus 7 gesendet werden.
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Es ist lediglich beabsichtigt, dass die Beschreibung und die zugehörigen Figuren die Prinzipien der vorliegenden Erfindung mittels Beispielen veranschaulichen. Verschiedene alternative Ausführungsformen, Variationen und Änderungen werden einem Fachmann auf Basis dieser Beschreibung ersichtlich. Es ist nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf die vorliegend beschriebenen Beispiele beschränkt ist, die Erfindung kann vielmehr innerhalb des Schutzumfangs und des Gedankens der angehängten Ansprüche variieren.
