ручной монитор шины для полевого обслуживания

Формула изобретения

1. Ручной монитор шины для полевого обслуживания, содержащий:

множество клемм, способных соединяться с контуром связи технологического процесса;

по меньшей мере, один блок доступа к среде, соединенный с множеством клемм и выполненный с возможностью преобразования сигналов в контуре связи технологического процесса и цифровых данных;

контроллер, соединенный с, по меньшей мере, одним блоком доступа к среде и выполненный с возможностью приема цифровой информации от, по меньшей мере, одного блока доступа к среде на основании сигналов в контуре связи технологического процесса, причем цифровая информация является цифровой информацией, принятой от контура управления технологического процесса;

память, соединенную с контроллером, чтобы сохранять цифровую информацию, принимаемую в течение периода захвата; и интерфейс пользователя, который сконфигурирован так, чтобы позволять пользователю определять период захвата.

2. Ручной монитор шины для полевого обслуживания по п.1, дополнительно содержащий модуль отображения, который сконфигурирован так, чтобы предоставлять сохраненную цифровую информацию через дисплей.

3. Ручной монитор шины для полевого обслуживания по п.1, дополнительно содержащий порт беспроводного доступа к данным, операционно соединенный с контроллером и выполненный с возможностью предоставления сохраненной цифровой информации.

4. Ручной монитор шины для полевого обслуживания по п.1, в котором контроллер сконфигурирован так, чтобы обрабатывать сохраненную цифровую информацию.

5. Ручной монитор шины для полевого обслуживания по п.4, в котором обработка включает в себя группирование сохраненной цифровой информации.

6. Ручной монитор шины для полевого обслуживания по п.1, в котором, по меньшей мере, один блок доступа к среде содержит множество блоков доступа к среде, каждый из которых сконфигурирован так, чтобы осуществлять связь согласно разным стандартизированным протоколам связи технологического процесса.

7. Ручной монитор шины для полевого обслуживания по п.1, в котором один из множества блоков доступа к среде сконфигурирован так, чтобы осуществлять связь согласно протоколу магистрально адресуемого дистанционного преобразователя (HART).

8. Ручной монитор шины для полевого обслуживания по п.7, в котором другой блок из множества блоков доступа к среде сконфигурирован так, чтобы осуществлять связь согласно протоколу сетевой шины FOUNDATION Fieldbus.

9. Ручной монитор шины для полевого обслуживания по п.1, в котором другой блок из множества блоков доступа к среде сконфигурирован так, чтобы осуществлять связь согласно протоколу сетевой шины FOUNDATION Fieldbus.

10. Ручной монитор шины для полевого обслуживания по п.1, дополнительно содержащий модуль памяти, имеющий воплощенное на нем программное обеспечение, причем программное обеспечение при исполнении контроллером предписывает ручному монитору шины для полевого обслуживания предоставлять функции мониторинга шины.

11. Ручной монитор шины для полевого обслуживания по п.10, в котором модуль памяти представляет собой модуль расширительной памяти, который соединен с главной печатной платой ручного монитора шины для полевого обслуживания.

12. Ручной монитор шины для полевого обслуживания по п.1, в котором память включает в себя съемный модуль памяти.

13. Ручной монитор шины для полевого обслуживания по п.1, в котором интерфейс пользователя включает в себя, по меньшей мере, одну кнопку для инициирования периода захвата.

14. Способ захвата цифровой информации в контуре связи технологического процесса, содержащий этапы, на которых:

присоединяют ручной монитор шины для полевого обслуживания к контуру;

удовлетворяют условие начала захвата;

захватывают и сохраняют цифровую информацию, принятую от контура управления технологическим процессом, в ручном мониторе шины для полевого обслуживания до тех пор, пока не наступит условие завершения захвата; и

предоставляют сохраненную цифровую информацию.

15. Способ по п.14, дополнительно содержащий этап, на котором обрабатывают сохраненную цифровую информацию посредством ручного монитора шины для полевого обслуживания.

16. Способ по п.14, в котором этап предоставления сохраненной цифровой информации включает в себя этап, на котором отображают сохраненную цифровую информацию на ручном мониторе шины для полевого обслуживания.

17. Способ по п.14, в котором на этап предоставления сохраненной цифровой информации включает в себя этап, на котором передают сохраненную цифровую информацию через порт беспроводного доступа к данным.

18. Способ по п.14, в котором на этап предоставления сохраненной цифровой информации включает в себя этап, на котором передают сохраненную цифровую информацию по контуру связи технологического процесса.

19. Модуль памяти ручного монитора шины для полевого обслуживания, причем модуль памяти хранит в себе инструкции программного обеспечения, которые при исполнении ручным монитором шины для полевого обслуживания обеспечивают следующее:

интерфейс пользователя, позволяющий специалисту определять условие начала захвата;

сохранение передач цифровой информации технологического процесса из контура связи технологического процесса в течение периода захвата, причем цифровая информация является цифровой информацией, принятой от контура управления технологического процесса; и

вывод сохраненных передач цифровой информации технологического процесса.

Описание изобретения к патенту

Уровень техники

Известны искробезопасные ручные инструменты для полевого обслуживания. Подобные инструменты крайне полезны в области управления и измерения технологических процессов, где они предоставляют возможность операторам легко осуществлять связь с полевыми устройствами и/или опрашивать полевые устройства в заданной технологической установке. Примеры подобных технологических установок включают в себя нефтеперерабатывающие, фармацевтические, химические, целлюлозные и другие технологические установки. В подобных установках управление технологическим процессом и измерительная сеть могут включать в себя десятки или даже сотни различных полевых устройств, которые требуют периодического обслуживания для проверки и обеспечения корректного функционирования и/или надлежащей калибровки подобных устройств. Более того, когда в управлении технологическим процессом детектируется одна или более ошибок, использование искробезопасного ручного инструмента для полевого обслуживания позволяет специалистам быстро диагностировать подобные ошибки в полевых условиях.

Одно подобное устройство доступно под торговой маркой Полевой Коммуникатор Модель 375 (Model 375 Field Communicator) компании Fisher-Rosemount Systems Inc., Остин, Техас. Модель 375 представляет собой искробезопасный ручной инструмент для полевого обслуживания, который поддерживает связь с полевыми устройствами согласно, по меньшей мере, двум разным протоколам связи технологического процесса. В частности, Модель 375 поддерживает полевые устройства стандарта HART ^® и FOUNDATION Fieldbus, производимые множеством поставщиков. Кроме того, Модель Model 375 может использоваться для выполнения диагностики для эффективного запуска, а также поиска и устранения неисправностей в сегментах Foundation Fieldbus. Модель 375 может позволить специалисту создать качественный сегмент путем диагностирования напряжения постоянного тока и среднего шума сети. Более того, путем мониторинга низкочастотного шума в сегменте и мониторинга некорректных терминальных соединений могут быть детектированы проблемы энергоснабжения, и неисправные устройства могут быть диагностированы путем исследования уровня сигнала связи.

В тех случаях, когда неисправное устройство осуществляет связь с надлежащим уровнем сигнала, но сами передачи содержат ошибки, диагностирование, обеспечиваемое ручными инструментами для полевого обслуживания, может быть недостаточным для выявления проблемы. В подобных случаях используются относительно большие и, потенциально, неискробезопасные устройства, такие как компьютеры с подходящими аппаратными приспособлениями, чтобы, по существу, захватывать передачу по контуру связи технологического процесса, предоставляя возможность специалисту диагностировать ошибки передачи. Как правило, подобные компьютеры или системы контроля расположены далеко от полевых устройств в диспетчерской. Соответственно, если в полевом устройстве локально выполняется изменение, то для обнаружения ошибки передачи специалист должен вернуться в диспетчерскую, чтобы инициировать или иным образом запустить функцию монитора шины в системе контроля, чтобы исследовать передачу неисправного полевого устройства.

Сущность изобретения

Предоставлен ручной монитор шины для полевого обслуживания. Ручной монитор шины для полевого обслуживания является соединяемым с, по меньшей мере, одним контуром связи технологического процесса, и он сконфигурирован так, чтобы захватывать и сохранять выбранное количество цифровых передач, наблюдаемых в контуре связи технологического процесса в течение периода захвата. Опционально, ручной монитор шины для полевого обслуживания может быть сконфигурирован так, чтобы соединяться и взаимодействовать с контурами связи, по меньшей мере, двух разных протоколов связи технологического процесса, таких как HART^® и FOUNDATION . Также предоставлен способ анализа захваченных и сохраненных данных передачи.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схематический вид окружения многоточечной системы связи технологического процесса, в котором могут быть применены варианты осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2A и 2B - иллюстрации способов, по которым искробезопасный монитор шины может быть присоединен к полевому устройству;

Фиг.3 - схематический вид ручного монитора шины для полевого обслуживания;

Фиг.4 - схема последовательности операций способа мониторинга контура связи технологического процесса посредством ручного монитора шины для полевого обслуживания согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Фиг.5 - схема последовательности операций способа анализа и/или предоставления данных, относящихся к захваченной передаче согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления

Фиг.1 представляет собой иллюстрацию примера системы, в которой могут быть применены варианты осуществления настоящего изобретения. Система 10 включает в себя контроллер 12, подсистему 14 ввода/вывод и управления, искробезопасный барьер 16, контур 18 связи технологического процесса и полевые устройства 20. Контроллер 12 соединен с подсистемой ввода/вывода и управления через линию 21 связи, которая может представлять собой любую подходящую линию связи, такую как локальная сеть, функционирующая согласно протоколу Ethernet или любому другому подходящему протоколу. Подсистема 14 ввода/вывода и управления соединена с искробезопасным барьером 16, который, в свою очередь, соединен с контуром 18 связи технологического процесса, чтобы обеспечить возможность передачи данных между контуром 18 и подсистемой 14 ввода/вывода и управления по способу, согласно которому ограничивается проходящая между ними энергия.

В этой иллюстрации связь технологического процесса или контур 18 технологического процесса представляет собой контур связи технологического процесса по стандарту FOUNDATION Fielbus, причем данный контур соединен с полевыми устройствами 20, которые, как показано, устроены в многоточечной конфигурации. Альтернативный контур связи технологического процесса (не показан) представляет собой контур связи технологического процесса по стандарту HART^®. На Фиг.1 проиллюстрирована многоточечная конфигурация соединения, которая в значительной степени упрощает прокладку электрических соединений по сравнению с другими топологиями, такими как топология "звезда". Многоточечные конфигурации HART^® поддерживают максимум 15 устройств, тогда как многоточечные конфигурации FOUNDATION Fieldbus поддерживают максимум 32 устройства.

Как показано на Фиг.1, искробезопасное ручное устройство 22 полевого обслуживания присоединено к контуру 18. Когда устройство 22 присоединено к контуру управления технологическим процессом, как показано, оно может выполнять ряд функций передачи и диагностирования. На Фиг.2A проиллюстрировано устройство 22, соединенное с HART ^®-совместимым устройством 20 через клеммы 24. Альтернативно, устройство 22 может осуществлять связь с HART^® -совместимым устройством по инструментальному контуру связи технологического процесса, такому как контур самого устройства 24, как показано на Фиг.2B.

Фиг.3 представляет собой схематический вид ручного устройства 22 для полевого обслуживания. Посредством конфигурирования аппаратного обеспечения, программного обеспечения или их комбинации устройство 22 может быть приспособлено для функционирования в качестве монитора шины согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано, устройство 22, предпочтительно, включает в себя три коммуникационные клеммы 26, 28 и 30, которые облегчают присоединение устройства 22 к контурам связи технологического процесса и/или устройствам согласно, по меньшей мере, двум стандартизированным промышленным протоколам. Например, когда устройство 22 должно быть присоединено к контуру первого стандартизированного промышленного протокола, подобное соединение реализуется посредством клеммы 26 и общей клеммы 28. Соответственно, соединение выполняется через блок 32 доступа к среде, который сконфигурирован так, чтобы взаимодействовать с контуром связи технологического процесса согласно первому стандартизированному промышленному протоколу. В добавление, когда устройство 22 должно быть присоединено к измерительному контуру управления и контроля, который действует согласно второму стандартизированному промышленному протоколу, подобное соединение выполняется через общую клемму 28 и клемму 30. Таким образом, такое соединение выполняется через второй блок 34 доступа к среде, который сконфигурирован так, чтобы взаимодействовать с контуром связи технологического процесса согласно второму стандартизированному промышленному протоколу. Оба блока 32 и 34 доступа к среде соединены с процессором 36, который принимает данные от одного из блоков доступа к среде и соответствующим образом интерпретирует эти данные.

Процессор 36 также соединен с модулем 38 клавиатуры и модулем 40 отображения. Модуль 38 клавиатуры соединен с клавиатурой на корпусе устройства 22, чтобы принимать различные вводы пользователя с клавиатуры. Модуль 40 отображения соединен с дисплеем, чтобы предоставлять данные и/или интерфейс пользователя.

Устройство 22, предпочтительно, включает в себя инфракрасный порт 42 доступа к данным, съемный модуль 44 памяти и модуль 48 расширительной памяти. Инфракрасный порт 42 доступа к данным соединен с процессором 36, чтобы предоставить возможность устройству 22 передавать и принимать информацию от отдельного устройства, используя инфракрасную беспроводную связь. Одним из полезных применений порта 42 является передача данных, захваченных устройством 22 при использовании в качестве монитора шины, как более подробно описано ниже. Еще одним полезным применением порта 42 является передача и/или обновление Описаний Устройств, хранимых в одной или более памятях инструмента 22. Описание Устройства (Device Description, DD) представляет собой программную технологию, используемую для описания параметров полевого устройства в машиночитаемом формате. Оно содержит всю информацию, которая необходима программному приложению, выполняемому на процессоре 36, для извлечения и использования параметрических данных. Отдельное устройство, такое как компьютер 12, может получить новое Описание Устройства с дискеты, диска CD-ROM или сети Интернет, и беспроводным образом передать это новое Описание Устройства в инструмент 22.

В одном варианте осуществления съемный модуль 44 памяти разъемным образом соединен с процессором 36 через порт/интерфейс 46. Съемный модуль 44 памяти приспособлен для хранения любых подходящих данных, включающих в себя захваченные передачи цифровой информации и/или программные приложения, которые могут быть выполнены на процессоре 36 вместо основных приложений. Например, модуль 44 может содержать приложения, которые используют коммуникационный порт HART или FOUNDATION fieldbus, чтобы предоставлять комплексную диагностику для заданного клапана технологического процесса. В добавление, модуль 44 может хранить программные приложения, которые помогают при калибровке или конфигурировании конкретных устройств. Модуль 44 также может хранить программный образ для нового или обновленного приложения основного устройства, которое впоследствии может быть передано на энергонезависимую память устройства 36, чтобы обеспечить возможность выполнения обновленного приложения. Кроме того, модуль 44 предоставляет съемное хранилище для конфигурирования множества устройств, что позволяет оператору полевого обслуживания получать относительно большой объем данных устройства и хранить или передавать эти данные путем простого отсоединения модуля 44.

Предпочтительно, модуль 44 адаптирован для замены в опасных зонах технологической установки. Так, модуль 44, предпочтительно, соответствует требованиям по искробезопасности, изложенным в документе "APPROVAL STANDARD INTRINSICALLY SAFE APPARATUS AND ASSOCIATED APPARATUS FOR USE IN CLASS I, II AND III, DIVISION 1 HAZARDOUS (CLASSIFIED) LOCATIONS, CLASS NUMBER 3610", принятом организацией Factory Mutual в октябре 1988. Также предполагается выполнение адаптаций для дополнительных промышленных стандартов, таких как стандарты Канадской Ассоциации Стандартов (Canadian Standards Association, CSA) и европейские стандарты CENELEC. Примеры особых структурных адаптаций модуля 44 памяти и/или интерфейса 46 для облегчения удовлетворения требованиям стандартов включают в себя ограничивающие энергию схемы, благодаря которым уровень рабочего напряжения модуля 44 памяти устанавливается на достаточно низком уровне, так что накопившаяся в модуле 44 энергия не сможет сгенерировать источник воспламенения. В добавление, модуль 44 может включать в себя токоограничивающую схему, чтобы в случае короткого замыкания клемм на модуле 44 энергия разряда была достаточно низкой, благодаря чему обеспечивается предотвращение воспламенения. В заключение, интерфейс 46 может иметь физические характеристики, которые предотвращают раскрытие электрических контактов на модуле 44 памяти внешнему окружению, вместе с тем обеспечивая возможность электрического соединения между соответствующими контактами интерфейса и модулем 44. Например, модуль 44 может включать в себя наружную изоляцию, которая может быть проколота или иным образом смещена путем присоединения модуля 44 к интерфейсу 46.

Кроме того, устройство 22, предпочтительно, включает в себя модуль 48 расширения памяти, связанный с процессором через соединитель 50, который, предпочтительно, предоставлен на главной плате устройства 22. Модуль 48 может включать в себя программное приложение, которое при выполнении устройством 22 приводит устройство 22 к функционированию в качестве ручного монитора шины для полевого обслуживания согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Модуль 48 расширения памяти также может содержать Описания Устройств согласно первому и второму стандартизированным промышленным протоколам. Модуль 48 также может содержать код (коды) лицензии, который определяет функциональные возможности устройства 22 относительно множества протоколов. Например, хранящиеся в модуле 48 данные могут указывать, что устройство может работать только в одном режиме стандартизированного промышленного протокола, такого как протокол HART®. Так, различные значения этих данных в модуле 48 могут указывать, что устройство 22 может работать согласно двум или более стандартизированным промышленным протоколам. Модуль 48, предпочтительно, вставляется в соединитель 50 на главной плате и, по существу, требует частичной разборки устройства 22, например снятия батареи для доступа к порту 50.

Фиг.4 представляет собой схему последовательности операций способа 100 для захвата и предоставления данных на контуре связи технологического процесса посредством ручного монитора шины для полевого обслуживания. Способ 100 начинается с этапа 102, на котором техник или оператор физически присоединяют ручной монитор шины к контуру связи технологического процесса. Подобное соединение может быть реализовано согласно любому из вариантов, описанных со ссылкой на Фиг.2A и 2B. После присоединения ручного монитора шины для полевого обслуживания выполняется этап 104. Этап 104 может быть выполнен, когда техник нажимает кнопку или генерирует некоторый подходящий ввод оператора, чтобы вручную инициировать период захвата. Более того, техник также может установить в качестве триггера для начала периода захвата определенное условие связи технологического процесса, такое как передача, исходящая из конкретного полевого устройства. После инициации захвата на этапе 104 ручной монитор шины для полевого обслуживания сохраняет все цифровые передачи, происходящие в контуре управления технологического процесса, к которому присоединен ручной монитор шины. Сохранение копий всех цифровых передач выполняется на этапе 106 и продолжается до детектирования подходящего условия завершения, как показано в блоке 108. Условием завершения может быть прием другого подходящего ввода оператора, такого как нажатие оператора на кнопку завершения или остановки, или условие завершения может соответствовать еще одному условию связи технологического процесса. На этапе 110 сохраненные данные передачи предоставляются ручным монитором шины для полевого обслуживания. Способ, по которому подобные данные предоставляются, может существенно варьировать, как подробно описано со ссылкой на Фиг.5.

Фиг.5 представляет собой подробную иллюстрацию этапа 110 с Фиг.4. Блок 110 в общем описывает предоставление сохраненных данных связи технологического процесса посредством ручного монитора шины для полевого обслуживания. Как показано на Фиг.5, ручной монитор шины для полевого обслуживания может обработать сохраненные данные, как показано на этапе 112. Обработка сохраненных данных может включать в себя любое подходящее преобразование или группировку данных. Например, данные передачи могут быть сгруппированы по кадру полевой шины, в котором они были обнаружены, как показано на этапе 114. В добавление, данные передачи могут быть сгруппированы по устройству полевой шины, в которое они направлялись или из которого они исходили, как показано на этапе 116. Кроме того, данные передачи могут быть сгруппированы согласно времени или они могут быть расставлены в хронологическом порядке, как показано на этапе 118. Сверх того, данные передачи технологического процесса могут быть сгруппированы по линии связи, так что диалоги между двумя или более полевыми устройствами могут быть связаны друг с другом, как показано на этапе 120. После обработки сохраненных данных передачи, как изложено со ссылкой на этап 112, обработанные данные могут быть выведены, как показано на этапе 122. Вывод обработанных данных передачи также может значительно варьировать. Например, вывод может быть просто предоставлен оператору через дисплей на ручном мониторе шины для полевого обслуживания, как показано на этапе 124. Тем не менее обработанные данные также могут быть переданы или иным образом перенаправлены в третье устройство, такое как контроллер, как показано в блоке 126. Подобная передача может быть выполнена любым подходящим способом, включая передачу через контур связи технологического процесса, как показано на этапе 128, или передачу посредством беспроводных способов связи, таких как радиочастотная связь, инфракрасная связь, связь GPRS, связь GSM, связь Wi-Fi и/или связь Bluetooth.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будет очевидно, что в форме и деталях могут быть выполнены изменения в рамках сущности и объема настоящего изобретения.