EA004213B1

EA004213B1 - Полевой прибор и способ обслуживания этого полевого прибора

Info

Publication number: EA004213B1
Application number: EA200300119A
Authority: EA
Inventors: Флориан Штенгеле; Михаель Краузе; Вольфрам Лютке; Винсент Де Гроот
Original assignee: Эндресс+Хаузер Гмбх+Ко.Кг
Priority date: 2000-07-06
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2004-02-26
Also published as: CN1440546A; DE10032774A1; WO2002005241A1; US7120391B2; CN1240029C; EA200300119A1; AU2001269035A1; EP1297512A1; US20020004370A1

Abstract

В полевом приборе (F) устройство обслуживания (В) выполнено в виде отдельного переносного блока, который связан по радио на коротком расстоянии с полевым прибором (S1). В результате при обслуживании недоступного полевого прибора (S1) не требуется более непосредственного доступа к нему. Кроме того, одним устройством обслуживания В могут обслуживаться по радио несколько полевых приборов (S1, S2, S3, A1, A2). Устройство обслуживания, обычно жестко встроенное в полевые приборы (S1, S2, S3, A1, A2), может более не применяться.

Description

Изобретение относится к полевому прибору согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

В технике автоматизации часто применяются полевые приборы для регистрации переменных параметров процесса и/или воздействия на них. Примерами таких полевых приборов могут служить приборы для измерения уровня заполнения, массовые расходомеры, манометры, термометры и пр., которые регистрируют соответствующие переменные параметры процесса, а именно уровень заполнения, расход массы, давление или температуру.

Для воздействия на переменные параметры процесса используются так называемые актуаторы, которые, например, в виде клапанов воздействуют на расход жидкости на участке трубопровода.

Полевые приборы, как правило, соединены с центральным блоком управления, который регулирует весь процесс. В центральном блоке управления измеренные значения разных переменных параметров процесса обрабатываются, контролируются и подаются на соответствующие актуаторы для воздействия на технологический процесс. Передача данных между полевым прибором и блоком управления производится в соответствии с известными международными стандартами для полевых шин, таких как, например, петля 4-20 мА, Наг1. Роиибайои, Пе1бЬи8, РгойЬиз и др.

Ввиду того, что полевые приборы в большинстве случаев включаются и настраиваются по месту их нахождения, в полевом приборе предусмотрено наличие встроенного устройства обслуживания (обслуживания по месту), которое позволяет вручную вводить данные, необходимые для безупречной работы полевого прибора. Этими данными могут быть, например, данные калибрования, параметрирования и другие индивидуальные настройки. Как правило, устройство обслуживания обеспечивает наряду с возможностью ручного ввода данных также индикацию, с помощью которой упрощается, например, ввод данных за счет соответствующего меню (многосегментная индикация, матричная индикация). В большинстве случаев индикация дополнительно позволяет представлять в графическом или цифровом виде текущее измеренное значение переменной величины процесса.

Такие устройства обслуживания имеют разные недостатки.

Учитывая, что клавиатуру и дисплей устройства обслуживания необходимо защищать от воздействия технологических и механических факторов (пыль, влага и пр.), требуется дополнительно применять защитные крышки на корпусе полевого прибора и соответствующие меры по герметизации.

Устройство обслуживания подлежит частичной герметизации и от внутреннего пространства корпуса полевого прибора. Такие меры по герметизации являются очень трудоемкими, в частности, в случае взрывоопасного применения (на взрывоопасном участке).

Кроме того, устройство обслуживания должно соответственно управляться микропроцессором, что, с одной стороны, сказывается на производительности вычислительного устройства и, с другой стороны, требует дополнительного расхода энергии.

Устройство обслуживания необходимо частично встраивать в имеющийся корпус полевого прибора. Поскольку в большинстве случаев в корпусах не хватает свободного места, то его обеспечение возможно только за счет дополнительных затрат.

Отдельные элементы устройства обслуживания, такие как клавиатура, дисплей и пр., повышают производственные затраты и дополнительно являются подверженными ошибкам. В случае выхода из строя или ошибочной функции устройства обслуживания полевой прибор подлежит по месту контролю и ремонту специалистом сервисной службы. С учетом срока службы полевого прибора устройство обслуживания применяется чрезвычайно редко, тем не менее, оно содержится во многих полевых приборах. Устройство обслуживания может применяться только для соответствующего полевого прибора, в котором оно жестко установлено.

Задачей изобретения является создание полевого прибора, который не содержит указанные выше недостатки.

Решается данная задача с помощью полевого прибора для автоматизации технологического процесса, содержащего устройство обслуживания для ввода данных и индикации, отличающегося тем, что устройство обслуживания выполнено в виде отдельного переносного блока и связь между устройством обслуживания и полевым прибором обеспечивается по радио, причем радиосвязь ограничена ближней зоной вокруг полевого прибора.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения радиосвязь осуществляется по стандарту В1ис1оо111.

В другом предпочтительном варианте осуществления полевой прибор содержит микропроцессор, связанный с комплектом кристаллов В1ис1оо111. Устройство обслуживания также содержит комплект кристаллов В1ие1оо1й, соединенный с микропроцессором.

Еще в одном варианте осуществления изобретения на корпусе полевого прибора предусмотрено наличие антенного ввода.

В варианте осуществления изобретения полевой прибор используется для регистрации переменных параметров процесса.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения полевой прибор подключен к центральному блоку управления через шину данных.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения скорость передачи данных на участке между полевым прибором и устройством обслуживания составляет около 1 Мбит/с.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство обслуживания представляет собой переносное вычислительное устройство (портативную ПЭВМ или мини-ЭВМ).

Согласно предпочтительному применению изобретения через устройство обслуживания на полевой прибор передаются программные изменения (программные модификации/расширения).

Согласно предпочтительному применению изобретения через устройство обслуживания проводится регулярная проверка полевого прибора.

Согласно предпочтительному применению изобретения через устройство обслуживания проводится опрос состояния для профилактического обслуживания.

Сущность изобретения заключается в выполнении устройства обслуживания в виде отдельного переносного блока и в обеспечении радиосвязи между устройством обслуживания и полевым прибором при относительно короткой дальности действия.

В результате, возможно простое и дешевое обслуживание полевых приборов. Стоимость изготовления одного полевого прибора значительно снижается, так как становится возможным отказаться от устройства обслуживания, встроенного в полевой прибор. Кроме того, одно устройство обслуживания может применяться для нескольких полевых приборов. С помощью одного программного обеспечения, предназначенного для устройства обслуживания, может последовательно обслуживаться все семейство полевых приборов.

Вследствие малой дальности действия радиосвязи полевой прибор будет потреблять лишь небольшое количество энергии.

Ниже изобретение поясняется подробнее с помощью показанного на чертеже примера осуществления. При этом изображено на фиг. 1 - в схематическом виде полевая шина с полевым прибором и устройством обслуживания согласно изобретению;

фиг. 2 - в схематическом виде полевой прибор согласно изобретению;

фиг. 3 - в схематическом виде устройство обслуживания согласно изобретению.

На фиг. 1 показан в качестве примера полевой прибор в виде уровнемера 81, установленного на емкости Т.

Уровнемер 81 регистрирует уровень заполнения Н емкости Т жидкостью. Уровень заполнения Н емкости Т измеряется радиолокационным способом определения времени прохождения. При этом с уровнемера 81 излучается в направлении к поверхности жидкости Е1 радиолокационный импульс и регистрируется импульс, отраженный от поверхности жидкости. По времени прохождения радиолокационного импульса определяют уровень Н жидкости .

Через полевую шину ЕВ уровнемер 81 связан с системой управления технологическим процессом РЬ8, которая служит центральным блоком управления. Уровнемер 81 и система управления технологическим процессом РЬ8 могут сообщаться между собой через полевую шину ЕВ. Как правило, текущие измеренные значения уровнемера 81 передаются в систему управления технологическим процессом РЬ8 и обрабатываются в ней.

К полевой шине ЕВ в качестве примера подключены, кроме того, датчики 82, 83 и актуаторы А1, А2. С помощью этих датчиков 82, 83 регистрируют другие переменные параметры процесса или воздействуют на них с помощью актуаторов А1, А2.

Для обслуживания уровнемера 81 применяется переносное устройство обслуживания В. В изображенном случае применяется переносная ЭВМ (портативная ПЭВМ) с клавиатурой ТА и дисплеем для индикации А.

В качестве устройства обслуживания В может применяться ручной прибор, т.е. специальный прибор обслуживания, в большинстве случаев разработанный изготовителем полевого прибора. Кроме того, допустимы в качестве устройства обслуживания В также имеющиеся в торговле радиотелефоны или переносные миниЭВМ.

На фиг. 2 схематически изображен полевой прибор Е согласно изобретению. Полевой прибор Е состоит, в основном, из микропроцессора Р с ЗУ Е. Микропроцессор Р связан с чувствительным элементом ΜΨ датчика через аналого-цифровой преобразователь А/ϋ. Чувствительный элемент ΜΑ датчика служит для регистрации переменных параметров процесса Уровень заполнения.

Через интерфейс ЕВ8 полевой шины микропроцессор Р связан с полевой шиной ЕВ.

Для обеспечения связи с устройством обслуживания В микропроцессор Р подключен к приемопередатчику 8Е.

На фиг. 3 более детально изображено устройство обслуживания В. Оно состоит, в основном, из микропроцессора Р1, который связан с клавиатурой ввода ТА, дисплеем А и запоминающим устройством Е1.

Кроме того, микропроцессор Р1 подключен к приемопередатчику 8Е1, выполненному аналогично приемопередатчику 8Е.

Устройство обслуживания В выполнено в виде отдельного переносного блока. Ниже поясняется подробнее принцип действия изобретения. При включении, параметрировании или обслуживании полевого прибора Е основные данные передаются по радио между устройством обслуживания В и полевым прибором Е.

Соответствующие данные могут вводиться вручную, например, с помощью клавиатуры ТА устройства обслуживания В.

Поскольку устройство обслуживания В содержит дисплей А для индикации, то возможно обратное сообщение о вводе, поступающее от полевого прибора Р. Для этого могут применяться подробно не показанные матричные или многосегментные индикации.

Учитывая, что для включения или параметрирования соответствующего полевого прибора Р, установленного на соответствующем технологическом устройстве (на емкости, трубопроводе), требуется посещение специалистом сервисной службы, то достаточно, чтобы радиосвязь была ограничена малой дальностью действия (около 10 м). В результате, в зоне действия устройства обслуживания В постоянно будет находиться лишь ограниченное количество полевых приборов. Поэтому с помощью радиопередачи простым способом становится возможным включение в работу и параметрирование полевых приборов, к которым отсутствует или затруднен доступ.

Единственным условием при этом является то, чтобы дальность действия радиосвязи была достаточной от легкодоступного места до полевого прибора Р.

Предпочтительно, чтобы передача данных между полевым прибором Р и устройством обслуживания В производилась по стандарту В1иеΙοοίΐι. О применении данного стандарта для беспроводной передачи данных между отдельными электронными приборами имеется договоренность между ведущими изготовителями, такими как, например, Епс88ои, ΝοΚία. 1ВМ, ТокЫЬа, ΙΝΤΕΕ Эти и другие изготовители образовали объединение 8ΙΟ, которым разработан и усовершенствован стандарт В1ие1оо1й. В конце июля 1999 года была разработана спецификация В1ие1оо1й 1.0А.

Поскольку в данной технологии речь идет о международном стандарте, то соответствующие кристаллы В1ие1оо1й могут выпускаться дешево крупной серией.

Предпочтительно, чтобы оба приемопередатчика 8Е и 8Е1 были выполнены в виде интегральных схем (1С), представляющих собой единый кристалл или комплект кристаллов (например, кристалл В1ие1оо111 или комплект кристаллов В1ие1оо1й). С помощью простого способа достигается беспроводная передача всех данных, т.е. обеспечиваются все функци по передаче и приему данных, в т.ч. кодирование данных. Для этого потребляется лишь очень небольшое количество энергии (около 50 мА).

Если в течение продолжительного времени приемопередатчиком 8Е не принимаются данные, то потребление энергии приемопередатчиком 8Е можно дополнительно снизить путем автоматического переключения в нерабочий режим. В таком нерабочем режиме приемопередатчик 8Е лишь условно готов к эксплуатации. Из этого положения его сначала нобходимо вывести для того, чтобы обеспечить полную эксплуатационную готовность. Такой переход занимает всего лишь одну или несколько секунд. Однако такое короткое запаздывание не является мешающим фактором для пользователя устройством обслуживания. В результате отсутствия необходимости во встроенном устройстве обслуживания более не требуется дополнительной энергии для полевого прибора Р, в частности, для индикации. В нерабочем режиме, т.е. при длительном отсутствии приема данных, комплект кристаллов В1ие1оо1й потребляет лишь несколько микроампер.

Вместе с тем программное управление для приемопередатчика 8Е является проще, чем для устройства обслуживания. Вероятно, это может способствовать экономному использованию памяти микропроцессора Р в том случае, когда программное обеспечение В1ие1оо1й является менее объемным.

Поскольку приемопередатчик 8Е1 оснащен антенной, то в полевых приборах с металлическим корпусом она должна быть выведена наружу. Для этого на корпусе полевого прибора предусмотрен антенный ввод. Этот антенный ввод является относительно небольшим и может легко герметизироваться.

Благодаря отсутствию необходимости в жестком размещении устройства обслуживания в полевом приборе последний может быть существенно проще устроен. Защитные крышки не требуются, затраты на герметизацию снижаются.

Единственная связь с внутренним объемом корпуса полевого прибора происходит через антенный ввод, который в соответствии с Предписаниями (о применении во взрывоопасной зоне) легко герметизируется от воздействия технологического процесса.

В том случае, когда устройство обслуживания содержит собственную память данных, изменения управляющей программы (модификация, расширение программы) полевого прибора Р могут легко передаваться с устройства обслуживания в полевой прибор. Если устройство обслуживания дополнительно имеет доступ к Интернету (XVXVXV уот1б У1бе уеЬ), то программные изменения могут загружаться по месту через Интернет в устройство обслуживания В с последующей передачей в полевой прибор Р.

Такая связь с Интернетом может легко обеспечиваться с помощью радиотелефона в качестве устройства обслуживания.

Дополнительное преимущество, обеспечиваемое устройством обслуживания В согласно изобретению, достигается при проведении регулярной проверки, предписанной Водным законом ФРГ. Такая проверка требует регулярного проведения испытания полевых приборов на их работоспособность. При указанной проверке,

Ί как правило, вручную приводят в действие расположенный на полевом приборе выключатель, которым запускается проверка этого прибора. Результат проверки индицируется, например, светодиодом на полевом приборе.

Такие проверки могут проводиться, само собой разумеется, и с помощью устройства управления В согласно изобретению.

Также с помощью устройства обслуживания согласно изобретению может проводиться опрос состояния полевого прибора для профилактического обслуживания (ртеФсйуе шайИспапсс).

Преимущество такого опроса состояния или проведения регулярной проверки заключается в том, что необходимая связь с полевым прибором происходит без воздействия на передачу измеряемых значений в систему управления технологическим процессом РЬ8.

Передача данных при проверке или опросе состояния осуществляется независимо от измеряемых значений по совершенно другому тракту. В результате, полностью исключается столкновение данных.

Полевая шина не используется для проведения опроса состояния или передачи данных этого опроса, в результате чего отпадает необходимость в дополнительном обращении к ней.

Другое преимущество состоит в том, что для проведения опроса или проверки полевого прибора более не требуется непосредственный доступ к нему. В результате, для пользователя существенно упрощаются эти операции, в частности сокращается их длительность.

Само собой разумеется, что также возможно вызывать через устройство обслуживания любую информацию, касающуюся технического ухода.

Поскольку все обслуживание полевого прибора Р возможно проводить через устройство обслуживания В, то более не требуется наличия в полевом приборе Р встроенного устройства обслуживания.

Одного устройства обслуживания В достаточно для обслуживания множества полевых приборов.

В развитие варианта выполнения изобретения каждый полевой прибор (81, 82, 83, А1, А2) производственной установки содержит приемопередатчик и полевые приборы (81, 82, 83, А1, А2) связаны с узловой точкой исключительно по радио, которая, в свою очередь, связана с системой управления технологическим процессом РЬ8 через шину данных. Узловая точка также содержит приемопередатчик. Узловая точка связана с соответствующими полевыми приборами (81, 82, 83, А1, А2) по радио, а с системой управления технологическим процессом - через полевую шину или через другую шину данных (например, ЕФегпе! (локальная сеть на основе протокола С8МЛ/СО)). Таким образом, более не требуется полевой шины для передачи данных между полевым прибором и узловой точкой.

Узловая точка связана, как правило, с одним или несколькими полевыми приборами (81, 82, 83, А1, А2). Эта точка оборудуется на легкодоступном месте и связана с полевыми приборами, расположенными в непосредственном окружении. В результате, существенно сокращается расход монтажных проводов, так как не требуется более подводить полевую шину РВ к каждому отдельному датчику 81, 82, 83 или актуатору А1, А2. В принципе, полевой прибор также может служить узловой точкой. Тогда расположенные вблизи другие полевые приборы имеют с ним беспроводную связь.

Через узловую точку возможна также связь с Интернетом. Если каждому полевому прибору присвоен адрес Интернета, то каждый полевой прибор становится досягаемым с любого места. В этом случае возможен дистанционный контроль за полевым прибором с любых расстояний. В экстремальном случае система управления технологическим процессом и полевые приборы могут располагаться на разных континентах.

В полевом приборе Р согласно изобретению устройство обслуживания В выполнено в виде отдельного переносного блока, в котором связь с полевым прибором Р осуществляется по радио на коротком расстоянии. В результате, более не требуется непосредственного доступа к недоступному полевому прибору Р при его обслуживании. Кроме того, с помощью одного устройства обслуживания могут обслуживаться несколько полевых приборов.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Полевой прибор для автоматизации технологического процесса, содержащий устройство обслуживания для ввода данных и индикации, отличающийся тем, что устройство обслуживания В выполнено в виде отдельного переносного блока и связь между устройством обслуживания В и полевым прибором 81 осуществляется по радио, причем радиосвязь ограничена ближней зоной вокруг полевого прибора 81.
2. Полевой прибор по п.1, отличающийся тем, что радиосвязь осуществляется по стандарту В1ие1оо111.
3. Полевой прибор по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что полевой прибор 81 содержит микропроцессор Р, соединенный с комплектом кристаллов В1ие1оо111 8Е и что устройство обслуживания В также содержит микропроцессор, связанный с комплектом кристаллов В1ие1оо111 8Е1.
4. Полевой прибор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что на корпусе полевого прибора 81 предусмотрено наличие антенного ввода.
5. Полевой прибор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что полевой прибор 81 применяется для регистрации переменных параметров процесса.
6. Полевой прибор по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что полевой прибор 81 связан через полевую шину РВ с центральным блоком управления РЬ8.
7. Полевой прибор по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что скорость передачи данных между полевым прибором 81 и устройством обслуживания В составляет около 1 Мбит/с.
8. Полевой прибор по п.7, отличающийся тем, что устройство обслуживания В представляет собой переносную ЭВМ (портативную ПЭВМ).
9. Полевой прибор по п.7, отличающийся тем, что устройство обслуживания В представляет собой переносную мини-ЭВМ.
10. Полевой прибор по п.7, отличающийся тем, что устройство обслуживания В представляет собой переносной ручной прибор.

Фиг. 1
11. Полевой прибор по п.7, отличающийся тем, что устройство обслуживания В представляет собой переносной радиотелефон.
12. Способ обслуживания полевого прибора по пп.1-11, отличающийся тем, что через устройство обслуживания проводят передачу программных изменений (программных модификаций и/или расширений) на полевой прибор 81.
13. Способ обслуживания полевого прибора по пп.1-11, отличающийся тем, что через устройство обслуживания В проводят регулярную проверку полевого прибора 81.
14. Способ обслуживания полевого прибора по пп.1-11, отличающийся тем, что через устройство обслуживания В проводят опрос состояния для профилактического обслуживания полевого прибора 81.