MXPA06013488A - Unidad de energia y comunicacion inalambrica para dispositivos de campo de procedimiento. - Google Patents
Unidad de energia y comunicacion inalambrica para dispositivos de campo de procedimiento.Info
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Abstract
Una unidad de energia y comunicacion inalambrica (100, 200, 300, 350, 360, 400) para dispositivos de campo (14) esta configurada para conectarse con un dispositivo de campo (14) y proveer energia de operacion y comunicacion digital por cables entre la unidad (100, 200, 300, 350, 360, 400) y el dispositivo de campo (14); circuiteria RF (366) en la unidad (100, 200, 300, 350, 360, 400) esta configurada para comunicacion de radiofrecuencia; en una modalidad, la circuiteria de suministro de energia (365) en la unidad incluye una o mas celdas de energia solar (116) que convierten energia solar en electricidad para energizar a ambos de la unidad (100, 200, 300, 350, 360, 400) y el dispositivo de campo (14); la unidad (100, 200, 300, 350, 360, 400) interactua con el dispositivo de campo (14) de conformidad con un protocolo de comunicacion industrial estandar; la unidad (100, 200, 300, 350, 360, 400) se comunica de manera inalambrica con un dispositivo externo, tal como un cuarto de control (12), con base en la interaccion con el dispositivo de campo (14).
Description
Algunos dispositivos de campo incluyen un transductor. Un transductor se entiende que significa ya sea un dispositivo que genera una señal de salida con base en una entrada física o que genera una salida física con base en una señal de entrada. Típicamente, un transductor transforma una entrada en una salida que tiene una forma diferente. Tipos de transductores incluyen varios equipos analíticos, sensores de presión, termistores, termopares, indicadores de tensión, transmisores de flujo, reguladores de posición, accionadores, solenoides, luces indicadoras, y otros. Típicamente, cada dispositivo de campo también incluye circuitería de comunicación que se utiliza para comunicarse con un cuarto de control de procedimiento, u otra circuitería, sobre un bucle de servocontrol de procedimiento. En algunas instalaciones el bucle de servocontrol de procedimiento también se utiliza para suministrar una corriente y/o voltajes regulados al dispositivo de campo para energizar el dispositivo de campo. El bucle de servocontrol de procedimiento también transporta datos, ya sea en un formato análogo o digital. Tradicionalmente, los dispositivos de campo análogos se han conectado al cuarto de control por medio de bucles de corriente de servocontrol de procedimiento de dos cables, con cada dispositivo conectado al cuarto de control por medio de un solo bucle de servocontrol de dos cables. Típicamente, un diferencial de voltaje se mantiene entre los dos cables dentro de una escala de voltajes de 12-45 volts para un modo análogo y 9-50 volts para un modo digital. Algunos dispositivos de campo análogos transmiten una señal al cuarto de control modulando la corriente que corre a través del bucle de servocontrol a una corriente proporcional a la variable de procedimiento detectada. Otros dispositivos de campo análogos pueden ejecutar una acción bajo el control del cuarto de control controlando la magnitud de la corriente a través del bucle. Adicionalmente, o como alternativa, el bucle de servocontrol de procedimiento puede transportar señales digitales utilizadas para la comunicación con dispositivos de campo. La comunicación digital permite un grado mucho mayor de comunicación que la comunicación análoga. Los dispositivos de campo que se comunican digitalmente pueden responder a y comunicarse selectivamente con el cuarto de control y/u otros dispositivos de campo. Adicionalmente, tales dispositivos pueden proveer señalización adicional tal como diagnósticos y/o alarmas. En algunas instalaciones, las tecnologías inalámbricas han llegado a ser utilizadas para comunicarse con dispositivos de campo. La operación inalámbrica simplifica la colocación de cables e instalación. Las instalaciones inalámbricas que actualmente se utilizan, son en las cuales el dispositivo de campo se fabrica a fin de incluir una batería interna, cargada energéticamente por una celda solar, u otra técnica para obtener energía sin ningún tipo de conexión cableada. Existen problemas en utilizar batería interna así como la demanda de energía de dispositivos inalámbricos puede variar enormemente dependiendo de numerosos factores tales como la velocidad de reporte del dispositivo, elementos del dispositivo, etcétera. Un sistema de comunicación y de energía que sea externo al dispositivo de campo para comunicación inalámbrica sería una mejora significativa en esta área.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION
Una unidad de energía y comunicación inalámbrica para dispositivos de campo se configura para conectarse a un dispositivo de campo y provee energía de operación y comunicación por cables, preferentemente digital, entre la unidad y el dispositivo de campo. La circuitería RF está configurada para proveer comunicación de radiofrecuencia. En una modalidad, la circuitería de suministro de energía en la unidad incluye una o más celdas de energía solar que convierten energía solar en electricidad para energizar a ambos de la unidad y el dispositivo de campo. La unidad de energía y comunicación inalámbrica energiza el dispositivo de campo e interactúa con el dispositivo de campo de conformidad con un protocolo de comunicación industrial estándar. La unidad se comunica de manera inalámbrica con un dispositivo externo, tal como un cuarto de control, con base en la interacción con el dispositivo de campo.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es una vista esquemática de un dispositivo de campo ejemplificativo, el cual se utiliza particularmente en la unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la presente invención. La Figura 2 es un diagrama de bloques del dispositivo de campo mostrado en la Figura 1. La Figura 3 es un diagrama de bloques de un dispositivo de campo que incluye circuitería de comunicación inalámbrica para comunicarse con un dispositivo remoto tal como una unidad portátil o de dispositivo de despliegue. La Figura 4 es una vista en elevación frontal de una unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con modalidades de la presente invención montada en el dispositivo de campo. La Figura 5 es una vista en elevación frontal de una unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con otra modalidad de la presente invención. Las Figuras 6 y 7 son vistas esquemáticas de una unidad de energía y comunicación inalámbrica que opera con una pluralidad de dispositivos de campo de conformidad con modalidades de la presente invención.
La Figura 8 es un diagrama de bloques de una unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con modalidades de la presente invención. La Figura 9 es una vista en elevación posterior de una unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con una modalidad de la presente invención.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
La presente invención incluye una unidad de energía y comunicación inalámbrica para permitir que los dispositivos de campo que se diseñan para comunicación con cables operen de manera inalámbrica. Mientras que algunos dispositivos actualmente están siendo desarrollados los cuales agregan comunicación inalámbrica a los dispositivos con cables, tales desarrollos no funcionan para dispositivos de campo de tipo cableados para legado de sus bucles de servocontrol ya que ellos todavía son cableados a y reciben energía de sus bucles de servocontrol. Las Figuras 1 y 2 son vistas esquemáticas y en diagrama de bloques de un dispositivo de campo ejemplificativo con el cual una unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la presente invención es particularmente útil. El sistema de monitoreo o control de procedimiento 10 incluye un cuarto de control o sistema de control 12 que se acopla a uno o más dispositivos de campo 14 sobre un bucle de servocontrol de procedimiento de dos cables 16. Ejemplos de bucle de servocontrol de procedimiento 16 incluyen comunicación análoga de 4-20 mA, protocolos híbridos que incluyen ambas de la comunicación análoga y digital tal como el Transductor Remoto Direccionable en Enlace Común (HART®) estándar, así como también protocolos completamente digitales tal como el Fieldbus estándar FOUNDATION™. Generalmente, los protocolos de bucle de servocontrol de procedimiento pueden tanto energizar el dispositivo de campo, como permitir la comunicación entre el dispositivo de campo y otros dispositivos. En este ejemplo, el dispositivo de campo 14 incluye circuitería 18 acoplada a un accionador/transductor 20 y a un bucle de servocontrol de procedimiento 16 por medio de un tablero de bornes 21 en un alojamiento 23. El dispositivo de campo 14 se ilustra como un generador de variable de procedimiento (PV) en donde éste se acopla a un procedimiento y detecta un aspecto, tal como temperatura, presión, pH, flujo, etcétera del procedimiento y provee una indicación de los mismos. Otros ejemplos de dispositivos de campo incluyen válvulas, accionadores, controladores, y dispositivo de despliegues. Generalmente, los dispositivos de campo se caracterizan por su capacidad para operar en el "campo" que pueden exponerse a las condiciones ambientales, tales como temperatura, humedad y presión. Además de las condiciones ambientales, los dispositivos de campo a menudo tienen que soportar la exposición a atmósferas corrosivas, peligrosas y/o incluso explosivas. Adicionalmente, tales dispositivos también tienen que operar en presencia de vibración y/o interferencia electromagnética. Los dispositivos de campo del tipo ilustrado en la Figura 1 representan una base instalada relativamente grande de dispositivos anteriores, los cuales están diseñados para operar de una manera completamente cableada. La figura 3 es un diagrama de bloques de un dispositivo inalámbrico de conformidad con el arte previo. El dispositivo de campo 34 incluye un módulo de suministro de energía interno 38, un controlador 35, un módulo de comunicación inalámbrica 32, y un accionador/transductor 20. El módulo de suministro de energía 38 típicamente incluye una batería que energiza el dispositivo de campo 34 durante un período de tiempo, hasta que la batería necesita reemplazarse. Algunos dispositivos de campo incluyen una celda solar ensamblada. La energía de suministro 38 energiza el controlador 35 para interactuar con el accionador/transductor 20 y con el módulo de comunicación inalámbrica 32. El módulo de comunicación inalámbrica 32, a su vez, interactúa con otros dispositivos como se indica por medio del número de referencia 24 y por medio de una antena 26. Un inconveniente con proveer la capacidad inalámbrica del dispositivo 34 internamente, es que si una batería, celda solar, o módulo de comunicación inalámbrica se daña, todo el dispositivo de campo debe reparase o reemplazarse. Otra desventaja de utilizar una batería interna es que algunos usuarios de dispositivos inalámbricos requieren mucho más energía que otros usuarios. Por ejemplo, si el dispositivo de campo se activa una vez por minuto, contra una vez por hora, el consumo de energía se aumenta enormemente. El uso de energía también varía ampliamente con base en que si el dispositivo está configurado con mínimos elementos de sistema o está configurado completamente. De esta manera, el uso de una fuente de energía interna no es escalable en el sentido de que la variación de variar las demandas de energía de varios usuarios no se puede ajustar bien. La Figura 4 es una vista en elevación frontal de una unidad de energía y comunicación inalámbrica 100 unida a un dispositivo de campo 14, mostrada en esquema. La unidad 100 preferentemente se une al dispositivo 14 por medio de un conducto de dispositivo de campo estándar 102. Ejemplos de conexiones de conducto adecuadas incluyen NPT ½-14, M20x1.5, G1/2, y NPT 3/8-18. La unidad 00 puede incluir una junta que permite la rotación 104 alrededor de un eje 106 y la rotación 108 alrededor de un eje 110. Adicionalmente, una región de unión 112 de la unidad 100 preferentemente se excava con el fin de permitir que los conductores en la misma acoplen la unidad 100 con el dispositivo 14. En modalidades en donde el ajuste de posición del alojamiento no es deseado, la región de unión 112 podría ser simplemente una pieza de conducto. La unidad 100 incluye un alojamiento 114 que está montado sobre la región de unión 112. El alojamiento 114 contiene circuitería (descrita con respecto a la Figura 8) que permite que la unidad 100 energíce y se comunique con el dispositivo 14 de conformidad con un protocolo industrial estándar tal como 4-20 mA, HART®, Fieldbus FOUNDATION™, Profibus PA, Modbus, ó CAN. Preferentemente, el protocolo ajusta la comunicación digital con el fin de aumentar el nivel de interacción entre la unidad 100 y el dispositivo 14. La Figura 4 también ilustra una o más celdas fotovoltaicas 116 montadas próximas a una superficie superior 1 8 del alojamiento 1 4. En una modalidad, la(s) celda(s) fotovoltaica(s) 116 forman parte de una tapa sellada para el alojamiento 114. En tales modalidades, una cubierta transparente se extiende preferentemente sobre la(s) celda(s) 116 para protegerlas de la exposición. Las celdas 116 preferentemente están inclinadas a un ángulo de aproximadamente 30 grados y transforman la luz que entra en las mismas en energía eléctrica con el fin de energizar la unidad 100 y el dispositivo 14. Ya que la unidad 100 es externa al dispositivo 14, múltiples variaciones de la unidad 100 se pueden proveer con configuraciones y/o tamaños de celdas fotovoltaicas que varían y que dependen de los requerimientos de energía específicos del dispositivo de campo al cual la unidad será acoplada. La unidad 100 también incluye preferentemente circuitería de comunicación inalámbrica (no mostrada en la Figura 4) que se acopla a la antena 120. Proveer la antena externa 120 facilita la comunicación inalámbrica en comparación con antenas internas ya que muchos anexos endurecidos en el campo metálicos y probablemente atenuarían la señal inalámbrica. Sin embargo, modalidades con una antena interna próxima a una porción transparente de radio del alojamiento 114, o celda(s) 116 se pueden practicar también. Las modalidades de antena externa, sin embargo, son particularmente ventajosas en donde la unidad 100 está endurecida en campo con el fin de soportar ambientes similares a aquellos para los cuales los dispositivos de campo están diseñados. De conformidad con un aspecto de la invención, la unidad 100 incluye una interfaz de usuario local. En consecuencia, la unidad 100 puede incluir un dispositivo de despliegue, tal como un dispositivo de despliegue LCD 122 que se puede montar próximo a una de las celdas 116. Con el fin de recibir una entrada de usuario local, la unidad 100, puede incluir una o más entradas locales tal como un botón 124. Una interfaz de usuario local es importante debido a que cuando el sistema de dispositivo de campo/unidad combinados está operando totalmente de manera inalámbrica, es más conveniente para un técnico ¡nteractuar con la interfaz de usuario local que tratar de tener acceso de manera inalámbrica al dispositivo por medio de un dispositivo de computadora portátil o similar. La interfaz local se puede utilizar para tener acceso a la unidad, al dispositivo de campo, o a ambos. Como se define en la presente, "interfaz de usuario local" significa tener ya sea entrada(s) de usuario local (tal como un botón), salida(s) de usuario local (tal como un LCD), o una combinación de las dos. Como se ilustra en la Figura 4, el LCD se puede colocar con la(s) celda(s) 116. La Figura 5 es una vista en elevación frontal de una unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con otra modalidad de la presente invención. La unidad de energía y comunicación inalámbrica 200 tiene muchas similitudes que el sistema de energía y comunicación inalámbrica 100 y los componentes similares se numeran de manera similar. La diferencia primaria entre la unidad de energía y comunicación inalámbrica 200 y la unidad de energía y comunicación inalámbrica 100 es la configuración del dispositivo de despliegue de interfaz de usuario local. De manera específica, la unidad 200 no incluye un dispositivo de despliegue próximo a colocado dentro de la(s) celda(s) fotovoltaica(s) 116. En su lugar, el dispositivo de despliegue 202 está integrado en la región de unión 112. Preferentemente, el dispositivo de despliegue 202 es independientemente girable alrededor del eje 106 por aproximadamente 270°. Proveer un dispositivo de despliegue de interfaz de usuario próximo a la región de unión 112 aumenta la modularidad de la unidad 200. De manera específica, el alojamiento 1 4 y todos los componentes en el mismo se pueden fabricar de manera similar para obtener economía en escala. En instalaciones en donde un dispositivo de despliegue de usuario local es deseable, se puede agregar simplemente como un módulo entre el alojamiento 114 y la junta 204 de la región de unión 112. Tal modularidad también es útil en modalidades en donde una unidad 200 se utiliza para operar y comunicar múltiples dispositivos de campo como se describe con mayor detalle con respecto a las Figuras 6 y 7. De esta manera, como el sitio de instalación necesita opinión, el sistema de energía, el cual incluye la celda solar y la antena, se puede montar de manera remota utilizando un adaptador unido con un collarín de cable que conecta a la parte superior 206 del dispositivo de despliegue LCD 202. Una base de adaptador posteriormente se utiliza para montar el alojamiento 114 en una ubicación de desempeño óptima mientras que se conserva a la interfaz de usuario local próxima a cada dispositivo de campo. La figura 6, es una vista esquemática de una unidad de energía y comunicación inalámbrica 300 de conformidad con una modalidad de la presente invención. La unidad de energía y comunicación inalámbrica 300 está adaptada para montarse remota de uno o más dispositivos de campo 14. La unidad 300 incluye capacidades de generación de energía y almacenamiento adecuadas para energizar los dispositivos de campo 14 simultáneamente, o de manera asincrona. Como se ilustra en la Figura 6, cada dispositivo de campo 14 está acoplado individualmente a la unidad 300 por medio de una región de unión 112 ilustrada en diagrama en la Figura 6. Como se estableció anteriormente con respecto a la Figura 5, la región de unión 112 preferentemente incluye una interfaz de usuario local, tal como un botón 124 y/o un dispositivo de despliegue 202. Ya que cada dispositivo de campo 14 está acoplado individualmente a la unidad 300, la comunicación análoga o digital con dispositivos de campo individuales 14 se puede realizar. Mientras que se prefiere que las interfaces de usuario estén incluidas en las regiones de unión 112 en la modalidad ilustrada en la Figura 6, algunas modalidades pueden proveer una interfaz de usuario adicional, o alternativa incorporada dentro de la unidad 300. La Figura 7 es una vista esquemática de la unidad 350 de conformidad con otra modalidad de la presente invención. La unidad 350 se ilustra con una sola conexión 352 para una pluralidad de dispositivos de campo 14. Aquellos expertos en la técnica apreciarán que la configuración ilustrada en la Figura 7 tiene la capacidad de reducir drásticamente el cableado de interconexión y esfuerzos para acoplar los dispositivos de campo 14 a la unidad 350. Con el fin de ser capaz de comunicarse con dispositivos de campo individuales 14, la unidad 350 preferentemente emplea comunicación digital que utiliza ya sea un protocolo de tipo híbrido o un protocolo estándar industrial completamente digital. Adicionalmente, tal protocolo se utiliza para energizar todos los dispositivos de campo 14, simultáneamente, de manera secuencial, o de manera asincrona como se desee. La Figura 7 también ilustra cada uno de los dispositivos de campo 14 que acoplan a la red utilizando una región de unión 112 ilustrada esquemáticamente. De esta manera, cada uno de los dispositivos de campo 14 todavía pueden tener una interfaz de usuario local que comprenda una entrada de usuario local y/o una salida de usuario local tal como un dispositivo de despliegue LCD. La figura 8 es un diagrama de bloques de una unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con modalidades de la presente invención. La unidad 360 incluye un controlador 362, un dispositivo de almacenamiento de energía 364 (¡lustrado como una batería), un convertidor de energía 365, un comunicador de bucle 368, y un módulo de interfaz de comunicación inalámbrica 366.
El controlador 362 preferentemente incluye un microprocesador de baja energía y circuitería de carga apropiada para llevar cantidades de energía adecuadas de la(s) celda(s) 116 y/o dispositivo de almacenamiento 364 a la unidad de energía 360 y a cualquier dispositivo de campo acoplado a la región de unión 112. Adicionalmente, el controlador 362 también dirige en exceso de energía de la(s) celda(s) 116 al dispositivo de almacenamiento 364. El controlador 362 también puede acoplarse a circuitería de medición de temperatura opcional de tal manera que el controlador 362 pueda reducir la corriente de carga en el dispositivo de almacenamiento 364 si el dispositivo 364 empieza a sobrecalentarse. Por ejemplo, el circuito de medición de temperatura puede contener un elemento sensible a la temperatura adecuado, tal como un termopar acoplado al dispositivo de almacenamiento 364. Un convertidor análogo-a-digital podría convertir la señal del termopar en una representación digital del mismo, y proveer la señal digital al controlador 362. El controlador 362 puede estar configurar, a través de hardware, software, o ambos para administrar la energía activamente por sí mismo o unido a dispositivos de campo. En este respecto, el controlador 362 puede provocar por sí mismo o por cualquier dispositivo de campo para entrar en un modo de sueño de baja energía. El modo de sueño es cualquier modo de operación en donde se reduce el consumo de energía. Con respecto a los dispositivos de campo, el modo de sueño podría dar como resultado mandar al dispositivo de campo para establecer su corriente de operación a su riel de corriente permitido más bajo. Los eventos en los cuales puede precipitarse la entrada del modo de energía baja pueden incluir: la expiración de un período de actividad, una entrada de una o más de las entradas de usuario locales, comunicación de uno o más dispositivos de campo, o comunicación inalámbrica. Tales eventos también podrían utilizarse para provocar que la unidad 360 y/o cualquier dispositivo de campo unido despierten del modo de sueño. Adicionalmente, el controlador 362 puede provocar selectivamente que cualquier dispositivo de campo unido entre al modo de sueño con base en cualquier instrucción lógica o reglas contenidas en instrucciones de programación dentro del controlador 362 y/o comunicación inalámbrica recibida por medio del módulo de comunicación inalámbrica 366. Preferentemente, las entradas locales, tal como un botón 124 son configurables por el usuario. De esta manera, un solo botón podría utilizarse para despertar a un dispositivo de campo por un período de tiempo que puede seleccionar el usuario, y así configurado, oprimir de nuevo para provocar que el dispositivo de campo regrese al modo de sueño. En una modalidad, el botón de entrada local configurable utiliza un puente de metal para cerrar un circuito o conmutador para presentar las siguientes funciones: Tiempo de opresión del botón para activar - seleccionar ya sea 1 , 1.5, 2 ó 3 segundos. El dispositivo de campo ignora la opresión del botón que tiene duraciones más cortas que las preestablecidas. Unidad en tiempo - seleccionar ya sea 10, 15, 30 segundos ó 5, 15, 30, 60 minutos.
Si el botón se oprime dos veces en sucesión cercana, el dispositivo de campo se detiene en para un período preestablecido (por ejemplo 60 minutos) después de que regresa al modo de sueño. Si el botón se oprime una segunda vez después de un intervalo preestablecido (por ejemplo 5 segundos) el dispositivo de campo regresará al modo se sueño. El controlador 362 también puede preferentemente provocar que porciones de circuitería dentro de la unidad 360 o dispositivos de campo unidos entren al estado de sueño. Por ejemplo, el módulo de comunicación inalámbrica 366 puede ser un módulo de telefonía celular General Packet Radio Service (GPRS) comercialmente disponible, que tiene ambos de un modo de operación normal y un modo de sueño. Una señal del controlador 362 podría provocar que el módulo 366 entre en un modo de sueño cuando la comunicación inalámbrica significativa no está garantizada. El convertidor de energía 365 puede ser cualquier dispositivo que sea capaz de convertir energía potencial en la unidad próxima al ambiente 360 en energía eléctrica. En las modalidades preferidas, el convertidor 365 es simplemente una o más celda(s) fotovoltaica(s) 116. Sin embargo, el convertidor 365 puede ser cualquier dispositivo, conocido o desarrollado anteriormente, que pueda trasladar energía potencial cerca de la unidad 360 en electricidad. De esta manera, el convertidor 365 puede incluir un generador acoplado a un miembro movible tal manera que el movimiento del ambiente, tales como ondas o viento generen electricidad. Adicionalmente, el convertidor 365 puede emplear dispositivos de termopilas para generar electricidad a partir de temperaturas dispares utilizando el efecto Peltier. Más aún, el procedimiento puede proveer una fuente de energía en la forma de gas comprimido o similar, que pudiera transformarse en electricidad. Finalmente, en las modalidades en donde el dispositivo de almacenaje de energía tiene una capacidad relativamente grande en comparación con la energía que necesita la aplicación, el convertidor 365 se puede omitir. El módulo de comunicación inalámbrica 366 está acoplado a un controlador 362 e interactúa con dispositivos inalámbricos externos por medio de una antena 120 con base en comandos y/o datos del controlador 362. Dependiendo de la aplicación, el módulo de comunicación inalámbrica 366 puede adaptarse para comunicarse de conformidad con cualquier protocolo de comunicación inalámbrico adecuado que incluyen, pero no están limitados a: tecnologías de red inalámbricas (tal como puntos de acceso inalámbrico IEEE 802.11 b y construcción de dispositivos de redes inalámbricas por Linksys de Irvine, California), tecnologías de red celular o digital (tal como Microburst® por Aeris Communications Inc. de San José, California), banda ultra ancha, ópticos de espacio libres, Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM), General Packet Radio Service (GPRS), Acceso Múltiple de División de Código (CDMA), tecnología de espectro irregular, técnicas de comunicación infrarroja, SMS (Servicio de Mensajes Cortos/mensajes de texto), o cualquier otra tecnología inalámbrica adecuada. Adicionalmente, la tecnología de colisión de datos conocida se puede emplear de manera que múltiples unidades pueden coexistir dentro de la escala de operación inalámbrica entre sí. Tal prevención de colisión puede incluir utilizar un número de diferentes canales de radiofrecuencia y/o técnicas de espectro irregular. El módulo de comunicación inalámbrica 366 también puede incluir transductores para una pluralidad de métodos de comunicación inalámbrica. Por ejemplo, una comunicación inalámbrica primaria podría realizarse utilizando métodos de comunicación de distancia relativamente grande, tales como GSM ó GPRS, mientras que una secundaria, o método de comunicación adicional podría proveerse por técnicos, u operadores cerca de la unidad, utilizando por ejemplo, IEEE 802.11 b o Bluetooth. Algunos módulos de comunicaciones inalámbricas pueden incluir circuitería que puede interactuar con el Sistema de Posicionamiento Global (GPS). GPS puede emplearse ventajosamente en la unidad 360 para dispositivos móviles para permitir encontrar la unidad individual 360 en una ubicación remota. Sin embargo, también se puede utilizar la detección de la ubicación con base en otras técnicas. Una memoria 370 se ilustra en la Figura 8 como separada del controlador 362, pero puede, de hecho, ser parte del controlador 362. La memoria 370 pude ser cualquier tipo de memoria adecuado que incluye memoria volátil (tal como Memoria de Acceso a Random), memoria no volátil (tal como una memoria flash, memoria EEPROM, etc.) y cualquier combinación de las mismas. La memoria 370 puede contener instrucciones de programa para el controlador 362 así como también cualquier dato de sobrecalentamiento administrativo adecuado para la unidad 360. La memoria 370 puede contener un identificador único para la unidad 360, de tal manera que la unidad 360 pueda distinguir la mitad de comunicaciones inalámbricas para ésta entre otras comunicaciones inalámbricas. Ejemplos de tal identificador pueden incluir, una dirección de Controlador de Acceso al Medio (MAC), Número de Serie Electrónico, número telefónico global, Protocolo de Internet (IP), o cualquier otro identificador adecuado. Además, la memoria 370 puede incluir información acerca de dispositivos de campo unidos, tales como sus identificadores únicos, configuraciones, y capacidades. Finalmente, el controlador 362, que utiliza la memoria 370 puede provocar la salida de la unidad 360 para ser provista en cualquier forma adecuada. Por ejemplo, configuración e interacción con la unidad 360 y/o uno o más dispositivos de campo asociados podrían proveerse como páginas web de Lenguaje de Marcas Hipertextuales (HTML). Un reloj 372 se ilustra como acoplado al controlador 362, pero también puede ser parte del controlador 362. El reloj 372 permite que el controlador 362 provea una operación aumentada. Por ejemplo, el reloj 372 se puede utilizar para los períodos de tiempo establecidos anteriormente con respecto al botón configurable 125. Adicionalmente, el controlador 362 puede almacenar información de uno o más dispositivos de campo unidos, y correlacionar la información con el tiempo con el fin de reconocer direcciones. Más aún, el controlador 362 puede complementar información recibida de uno o más dispositivos de campo con la información de tiempo antes de transmitirla por medio del módulo de comunicación inalámbrica 366. Más aún, el reloj 372 se puede utilizar para generar automáticamente comandos de sueño/despertado periódicos para la unidad 360 y/o los dispositivos de campo. Otra forma de uso periódico para el reloj 372 es provocar que el controlador 362 edite, por medio del módulo 366, una señal de tipo pulsación para indicar periódicamente un estatus aceptable a un dispositivo inalámbrico externo. El comunicador de bucle 368 está acoplado al controlador 362 y pone en interfase al controlador 362 en uno o más dispositivos de campo acoplados a una o más regiones 1 2. El comunicador de bucle 368 es conocido como circuitería que genera señales apropiadas con el fin de comunicarse de conformidad con un protocolo industrial, tales como aquellos establecidos anteriormente. En modalidades en donde la unidad 360 está acoplada a una pluralidad de dispositivos de campo que se comunican de conformidad con diferentes protocolos, es concebible que múltiples comunicadores de bucle puedan utilizarse para permitir que el controlador 362 interactúe con varios dispositivos de campo. La(s) conexiones física(s) hechas a través de la región de unión 112 permite que la unidad 360 energice y se comunique con los dispositivos de campo. En algunas modalidades, esto se puede realizar proveyendo energía sobre los mismos conductores utilizados para la comunicación, tal como un bucle de dos cables. Sin embargo, también se puede contemplar que las modalidades de la invención se pueden practicar en donde la energía se provee al dispositivo de campo en conductores separados que aquellas utilizadas para comunicación. Para facilidad de acceso a los técnicos, la unidad 360 puede incluir dos o más terminales próximas al comunicador de bucle 368 o región de unión 112 con el fin de facilitar el acoplamiento de un dispositivo de configuración portátil, tal como el dispositivo portátil Modelo 375 disponible en Rosemount, Inc. de Edén Prairie, Minnesota. La Figura 8 también ilustra un bloque de botón de operador opcional 374 y un bloque de dispositivo de despliegue LCD 376 en esquema que están acoplados al controlador 362. Esta ilustración intenta mostrar que todas las entradas locales, se encuentran en los dispositivos de campo individuales, la unidad de energía y comunicación inalámbrica 360, o ambos están acoplados al controlador 362. Adicionalmente, los dispositivos de despliegue de usuarios locales, en cada dispositivo de campo, la unidad de energía y comunicación inalámbrica 360, o ambos también están acoplados al controlador 362. Esto permite que el controlador 362 interactúe con cada dispositivo de despliegue local individualmente con base en las entradas del dispositivo de campo, el botón configurable asociado con el dispositivo de campo, uno o más botones o entradas dispuestas próximas a la unidad 360, o de comunicación inalámbrica. La Figura 9 es una vista en elevación posterior de una unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con una modalidad de la presente invención. La unidad inalámbrica 400 está acoplada al dispositivo de campo 14 como en modalidades previas. Sin embargo, el módulo de comunicación inalámbrica 366 y/o antena 120 se pueden ubicar dentro del dispositivo de campo 14 en lugar de dentro del alojamiento 114 de la unidad 400. El módulo de comunicación inalámbrica 366 y/o antena 120 se pueden agregar al dispositivo de campo 14 como una característica a bordo. Adicionalmente, el módulo de comunicación inalámbrica 366 podría ser una parte integral del dispositivo de campo 14. De esta manera, en algunas modalidades, el módulo 366 puede estar acoplado a un controlador dentro de la unidad 400 por medio de la región de unión 112. En otras modalidades, el módulo 366 puede ser integral con el dispositivo de campo, y en tales modalidades, la unidad 400 podría simplemente proveer energía de operación. En operación, las unidades de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con modalidades de la presente invención pueden agregar capacidades significativas al procedimiento de monitoreo y control. Mientras que la salida inalámbrica de las unidades de energía y comunicación inalámbrica puede ser simplemente indicaciones de procedimiento variable, también pueden contener mucha más información. Por ejemplo, la salida inalámbrica también podría incluir diagnóstico y/o información de mantenimiento. Adicionalmente, la unidad de energía y comunicación inalámbrica también podría proveer alarmas de manera inalámbrica si uno o más de los dispositivos de campo, o inclusive la misma unidad, generan una falla. La unidad puede dirigir la alarma inalámbrica a la misma entidad como envía normalmente información inalámbrica a (tal como un cuarto de control), o puede enviarla a una entidad alterna, tal como un teléfono del técnico. Adicionalmente, en modalidades en donde la unidad está acoplada a más de un dispositivo de campo, la salida inalámbrica puede ser indicativa de una combinación de variable de procedimiento, o una salida de alto nivel. Más aún, en modalidades en donde los múltiples dispositivos de campo incluyen generadores PV, y uno o más accionadotes que pueden efectuar un cambio en la variable de procedimiento, las unidades por sí mismas pueden realmente proveer control de procedimiento de bucle cerrado local de manera autónoma sin la interacción del cuarto de control, pero aún siendo sujeto a la comunicación inalámbrica. Aunque la presente invención ha sido descrita con referencia a modalidades preferidas, trabajadores expertos en la técnica reconocerán que se pueden realizar cambios en forma y detalle sin apartarse del espíritu y alcance de la invención.
Claims (66)
1.- Una unidad de energía y comunicación inalámbrica para proveer operación inalámbrica a un dispositivo de campo, la unidad estando caracterizada porque comprende: un alojamiento; una región de unión acoplada al alojamiento y siendo acoplable al dispositivo de campo; un dispositivo de almacenamiento de energía dispuesto dentro del alojamiento; un comunicador de bucle dispuesto para conectarse al dispositivo de campo por medio de la región de unión; un controlador acoplado a la fuente de energía y al comunicador de bucle, el controlador estando configurado para interactuar con el dispositivo de campo utilizando el comunicador de bucle; un módulo de comunicación inalámbrica acoplado al controlador y estando configurado para comunicación inalámbrica; y en donde la unidad está adaptada para proveer energía de operación al dispositivo de campo.
2.- La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el dispositivo de almacenamiento de energía es una batería.
3.- La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque comprende adicionalmente un convertidor de energía acoplado al controlador y estando adaptado para convertir una fuente de energía potencial ambiental en electricidad.
4. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque el convertidor de energía incluye por lo menos una celda fotovoltaica.
5. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque dicha por lo menos una celda fotovoltaica sella una porción del alojamiento.
6. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque el controlador está adaptado para recargar el dispositivo de almacenamiento de energía con electricidad del convertidor de energía.
7. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque comprende adicionalmente un sensor de temperatura acoplado de manera operable al controlador y dispuesto para detectar una temperatura del dispositivo de almacenamiento de energía, y en donde el controlador carga selectivamente el dispositivo de almacenamiento de energía basado por lo menos en parte en una señal del sensor de temperatura.
8.- La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada además porque el sensor de temperatura está acoplado de manera operable al controlador a través de un convertidor análogo-a-digítal.
9. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la región de unión incluye una conexión de conducto.
10. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada además porque la conexión de conducto se selecciona del grupo que consiste de una conexión 3/8-18 NPT, una conexión ½-14 NPT, una conexión M20x1.5, y una conexión G1/2.
11. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la región de unión incluye por lo menos un grado de libertad.
12. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la región de unión permite que el alojamiento sea girable alrededor de un primer eje.
13. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada además porque la región de unión permite que el alojamiento sea girable alrededor de un segundo eje que es sustancialmente ortogonal al primer eje.
14. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque comprende adicionalmente una celda fotovoltaica dispuesta cerca de una superficie superior del alojamiento a un ángulo de aproximadamente 30 grados con respecto a una superficie inferior del alojamiento.
15. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque comprende adicionalmente una interfaz de usuario local.
16. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque la interfaz de usuario local incluye un botón.
17. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 16, caracterizada además porque el botón es configurable por el usuario.
18.- La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 16, caracterizada además porque el botón está dispuesto próximo a la región de unión.
19. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque la interfaz de usuario incluye un dispositivo de despliegue.
20. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada además porque el dispositivo de despliegue es un dispositivo de despliegue LCD.
21. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada además el dispositivo de despliegue está ubicado próximo a la superficie superior del alojamiento.
22. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 21 , caracterizada además porque el dispositivo de despliegue está ubicado próximo a una celda fotovoltaica.
23. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada además porque el dispositivo de despliegue está montado próximo a la región de unión.
24. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada además porque el dispositivo de despliegue es girable alrededor de la región de unión.
25.- La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el alojamiento es endurecido en campo.
26. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque comprende adicíonalmente una región de unión adicional, la región de unión adicional estando configurada para acoplar la unidad de energía y comunicación inalámbrica a un dispositivo de campo adicional y energiza y se comunica con ambos dispositivos de campo.
27. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 26, caracterizada además porque el comunicador de bucle está adaptado para comunicarse digitalmente con ambos dispositivos de campo.
28. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el controlador incluye un microprocesador.
29. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el comunicador de bucle está configurado para detectar una corriente que varía entre 4 y 20 miliampers.
30. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el comunicador de bucle está adaptado para comunicarse digitalmente con el dispositivo de campo.
31. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el comunicador de bucle provee una conexión de dos cables con el dispositivo de campo, dicha conexión de dos cables provee energía y comunicación con el dispositivo de campo.
32. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque comprende adicionalmente un dispositivo de campo acoplado a la unidad de energía y comunicación inalámbrica por medio de la región de unión.
33. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 32, caracterizada además porque el dispositivo de campo es un generador de variable de procedimiento.
34. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 32, caracterizada además porque comprende adicionalmente por lo menos un dispositivo de campo adicional acoplado a la unidad de energía y comunicación inalámbrica por medio de una región de unión adicional.
35. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 32, caracterizada además porque el dispositivo de campo es un accionador.
36. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el controlador provee administración de energía.
37. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 36, caracterizada además porque la administración de energía incluye provocar que el dispositivo de campo entre en un modo de sueño.
38. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 37, caracterizada además porque el controlador provoca que el dispositivo de campo entre en un modo de sueño con base en la entrada de usuario.
39.- La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 36, caracterizada además porque la administración de energía incluye provocar que por lo menos una porción de la unidad de energía y comunicación inalámbrica entre en un modo de sueño.
40.- La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 39, caracterizada además porque el controlador provoca que la porción de la unidad de energía y comunicación inalámbrica entre en un modo de sueño con base en la entrada de usuario.
41.- La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el dispositivo de almacenamiento de energía se selecciona con base en una escala de energía requerida por el dispositivo de campo.
42. - Una unidad de energía y comunicación inalámbrica, caracterizada porque comprende: un dispositivo de almacenamiento de energía acoplable de manera operable a por lo menos un dispositivo de campo para proveer energía a dicho por lo menos un dispositivo de campo; un comunicador de bucle acoplado al dispositivo de almacenamiento de energía y acoplable de manera operable a dicho por lo menos un dispositivo de campo, el comunicador de bucle estando adaptado para comunicación con dicho por lo menos un dispositivo de campo de conformidad con un protocolo de control de procedimiento estándar industrial; y un módulo de comunicación inalámbrica acoplado de manera operable al comunicador de bucle para proveer comunicación inalámbrica con un dispositivo externo con base en la comunicación con dicho por lo menos un dispositivo de campo.
43. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 42, caracterizada además porque el protocolo de procedimiento estándar industrial es 4-20 miliampers.
44. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 42, caracterizada además porque el protocolo de procedimiento estándar industrial es HART.
45. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 42, caracterizada además porque el protocolo de procedimiento estándar industrial es Fieldbus FOUNDATION.
46. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 42, caracterizada además porque el protocolo de procedimiento estándar industrial es Profibus-PA.
47.- La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 42, caracterizada además porque el protocolo de procedimiento estándar industrial es Modbus.
48. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 42, caracterizada además porque el protocolo de procedimiento estándar industrial es CAN.
49. - La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 42, caracterizada además porque el comunicador de bucle es acoplable de manera operable al dispositivo de campo a través de un conducto de industria estándar.
50.- La unidad de energía y comunicación inalámbrica de conformidad con la reivindicación 42, caracterizada además porque comprende adicionalmente un convertidor de energía acoplado de manera operable al dispositivo de almacenamiento de energía para cargar el dispositivo de almacenamiento de energía.
51. - Un método para operar un dispositivo de campo que tiene por lo menos dos terminales a través de las cuales se comunica el dispositivo de campo, dicho método estando caracterizado porque comprende las etapas de: acoplar un dispositivo de almacenamiento de energía al dispositivo de campo, el dispositivo de almacenamiento de energía estando dispuesto externamente al dispositivo de campo; interactuar con el dispositivo de campo por medio de dichas por lo menos dos terminales; y generar señales inalámbricas con base en la interacción con el dispositivo de campo.
52. - El método de conformidad con la reivindicación 51 , caracterizado además porque la etapa de interactuar incluye proveer administración de energía al dispositivo de campo.
53. - El método de conformidad con la reivindicación 51 , caracterizado además porque las señales inalámbricas son indicativas de una variable de procedimiento.
54. - El método de conformidad con la reivindicación 53, caracterizado además porque las señales son indicativas de una alarma con base en la variable de procedimiento.
55.- El método de conformidad con la reivindicación 51 , caracterizado además porque las señales inalámbricas son indicativas de información relativa con el dispositivo de campo.
56. - El método de conformidad con la reivindicación 55, caracterizado además porque la información es información de diagnóstico.
57. - El método de conformidad con la reivindicación 54, caracterizado además porque la información es indicativa de una alarma con base en el dispositivo de campo.
58. - El método de conformidad con la reivindicación 51 , caracterizado además porque el dispositivo de campo es un generador de variable de procedimiento.
59. - El método de conformidad con la reivindicación 51 , caracterizado además porque el dispositivo de campo es un accionador.
60. - El método de conformidad con la reivindicación 51 , caracterizado además porque el dispositivo de campo es una válvula.
61. - El método de conformidad con la reivindicación 51 , caracterizado además porque comprende adicionalmente las etapas de: acoplar el dispositivo de almacenamiento de energía a un dispositivo de campo adicional, el dispositivo de almacenamiento de energía estando dispuesto externamente al dispositivo de campo adicional; interactuar con el dispositivo de campo adicional por medio de dichas por lo menos dos terminales dispuestas dentro del dispositivo de campo adicional; y generar señales inalámbricas con base en la interacción con el dispositivo de campo adicional.
62. - El método de conformidad con la reivindicación 61 , caracterizado además porque las señales inalámbricas son indicativas de interacción con ambos dispositivos de campo.
63. - El método de conformidad con la reivindicación 61 , caracterizado además porque uno de la pluralidad de dispositivos de campo es un generador de variable de procedimiento, otro de los dispositivos de campo es un accionador, y en donde la etapa de interactuar con el accionador provoca un control de procedimiento de bucle cerrado.
64. - El método de conformidad con la reivindicación 61 , caracterizado además porque uno de la pluralidad de dispositivos de campo es un generador de variable de procedimiento, otro de los dispositivos de campo es una válvula, y en donde la etapa de interactuar con el accionador provoca un control de procedimiento de bucle cerrado.
65. - El método de conformidad con la reivindicación 51 , caracterizado además porque las señales inalámbricas incluyen información HTML.
66. - Una unidad de energía inalámbrica para proveer energía a un dispositivo de campo, la unidad estando caracterizada porque comprende: un alojamiento; una región de unión acoplada al alojamiento y siendo acoplable al dispositivo de campo inalámbrico; un dispositivo de almacenamiento de energía dispuesto dentro del alojamiento y siendo acoplable al dispositivo de campo inalámbrico a través de la región de unión; y en donde la unidad está adaptada para proveer energía de operación al dispositivo de campo inalámbrico.
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