ПОРТАТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОЛЕВОГО УСТРОЙСТВА

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны портативные устройства эксплуатационного обслуживания. Такие устройства являются очень полезными в индустрии измерения и управления процессами, поскольку они обеспечивают операторам возможность удобного установления связи и/или опроса полевых устройств на конкретном производственном объекте. Примеры таких производственных объектов включают в себя объекты обработки нефти, фармацевтической продукции, химических веществ, целлюлозы и других текучих сред. В таких установках сеть измерения и управления процессами может включать в себя десятки или даже сотни различных полевых устройств, которые требуют периодического эксплуатационного обслуживания для обеспечения гарантии того, что эти устройства откалиброваны и/или функционируют должным образом. Кроме того, при обнаружении одной или более ошибок в установке измерения и управления процессами использование портативного устройства эксплуатационного обслуживания обеспечивает техническому специалисту возможность быстрого проведения диагностики таких ошибок в данной области. Как правило, портативные устройства эксплуатационного обслуживания используются для конфигурирования, калибровки и диагностирования проблем, относящихся к интеллектуальным полевым устройствам, посредством использования протоколов цифровой связи производственного процесса.

Поскольку по меньшей мере некоторые технологические установки могут иметь среды с высоким содержанием летучих веществ или даже взрывоопасные среды, то зачастую выгодно или даже требуется, чтобы для полевых устройств и портативных устройств эксплуатационного обслуживания, которые используются с такими полевыми устройствами, выполнялись заданные требования техники безопасности. Эти требования способствуют обеспечению гарантии того, что соответствующие электрические устройства не образуют источник воспламенения даже при возникновении неисправностей. Один пример заданных требований техники безопасности сформулирован в документе под названием «APPROVAL STANDARD INTRINSICALLY SAFE APPARATUS AND ASSOCIATED APPARATUS FOR USE IN CLASS I, II and III, DIVISION NUMBER 1 HAZARDOUS (CLASSIFIED) LOCATIONS, CLASS NUMBER 3610», и был опубликован Объединенной исследовательской корпорацией производителей в октябре 1998 г. Пример портативного устройства эксплуатационного обслуживания, которое удовлетворяет заданным требованиям техники безопасности, включает в себя средства, реализуемые под торговым обозначением «Model 475 Field Communicator» и поставляемые организацией Emerson Process Management из Austin, Техас.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предложено портативное устройство эксплуатационного обслуживания и соответствующий способ. Портативное устройство эксплуатационного обслуживания включает в себя модуль связи производственного процесса, выполненный с возможностью установления связи в соответствии со стандартом связи предприятия обрабатывающей промышленности. Контроллер соединен с модулем связи производственного процесса, а также выполнен с возможностью доступа к описанию устройства, относящемуся к выбранному моделируемому полевому устройству. Пользовательский интерфейс выполнен с возможностью приема пользовательского ввода, относящегося к параметру моделируемого полевого устройства. Контроллер формирует связь с помощью модуля связи производственного процесса для моделирования выбранного полевого устройства на основе пользовательского ввода.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1A и 1B изображают схематические представления портативного устройства эксплуатационного обслуживания, с которым варианты осуществления изобретения являются особенно полезными.

Фиг. 2 изображает схематическое представление портативного устройства эксплуатационного обслуживания, с которым варианты осуществления изобретения являются особенно полезными.

Фиг. 3 изображает блок-схему системы портативного устройства эксплуатационного обслуживания в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 изображает блок-схему последовательности операций способа моделирования полевого устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1A и 1B изображают схематические представления портативного устройства 22 эксплуатационного обслуживания, соединенного с полевыми устройствами 20, 23. Как изображено на Фиг. 1A, портативное устройство 22 эксплуатационного обслуживания включает в себя пару контактов 25, 27, соединяющихся с контрольными выводами 30, 32, соответственно, которые впоследствии соединяются с контактами 24 полевого устройства 20. Контакты 24 могут являться специальными контактами, предоставляющими такому портативному устройству эксплуатационного обслуживания возможность соединения с устройством 20, а также возможность взаимодействия с устройством 20. Использование контактов 25, 27 для соединения с полевым устройством иллюстрирует пример проводного соединения между портативным устройством 22 эксплуатационного обслуживания и полевым устройством 20.

Фиг. 1B изображает альтернативное схемное решение, в котором портативное устройство 22 эксплуатационного обслуживания непосредственно соединяется с контуром 34 управления производственным процессом, с которым соединяется полевое устройство 23. В любом случае проводное соединение между портативным устройством эксплуатационного обслуживания и полевым устройством предоставляет портативному устройству эксплуатационного обслуживания возможность взаимодействия с требуемым полевым устройством 20, 23.

Фиг. 2 изображает схематическое представление портативного устройства 102 эксплуатационного обслуживания, взаимодействующего с беспроводным полевым устройством 104. Система 100 включает в себя портативное устройство 102 эксплуатационного обслуживания, сообщающееся с полевым устройством 104. Портативное устройство 102 эксплуатационного обслуживания соединяется с полевым устройством 104 по линии 114 связи для обмена данными. Линия 114 связи может иметь любую подходящую форму, включая не только проводные соединения, как изображено на Фиг. 1A и 1B, но также и технологии беспроводной связи, которые используются или разрабатываются в настоящее время. Портативное устройство 102 эксплуатационного обслуживания предоставляет техническому специалисту возможность взаимодействия с полевым устройством 104 для конфигурирования, калибровки и/или диагностирования проблем, касающихся полевого устройства 104, посредством использования протокола цифровой связи производственного процесса, такого как протокол FOUNDATION™ Fieldbus и/или HART®. Портативные устройства эксплуатационного обслуживания, такие как устройство 102, могут быть использованы для сохранения конфигурационных данных с полевых устройств, таких как полевое устройство 104.

Полевое устройство 104 может являться любым устройством, которое определяет переменный фактор в производственном процессе и передает информацию, связанную с переменным фактором, таким как давление или температура, по тракту связи производственного процесса. Полевое устройство 104 также может являться устройством, которое принимает информацию из тракта связи производственного процесса и на основе информации задает физический параметр, такой как закрытие клапана. Полевое устройство 104 изображается в виде датчика давления жидкости производственного процесса, с которым соединяется напорный коллектор 106 и защитный корпус 108 электронных схем. Полевое устройство 104 обеспечивается исключительно в иллюстративных целях. В действительности полевое устройство 104 может являться любым производственным оборудованием, таким как датчик температуры жидкости производственного процесса, датчик уровня жидкости производственного процесса, датчик жидкостного потока производственного процесса, контроллер клапана, или любым другим устройством, которое является полезным в процессах измерения производственных показателей и/или управления производственными процессами.

Как правило, портативное устройство 102 эксплуатационного обслуживания включает в себя пользовательский интерфейс, который содержит устройство 120 отображения и множества клавиш 122 пользовательского ввода. Устройство 120 отображения может являться любым подходящим устройством отображения, таким как жидкокристаллическое устройство отображения с активной матрицей, или любым другим подходящим устройством отображения, которое способно предоставить полезную информацию. Клавиши 122 могут быть расположены в соответствии с любой подходящей схемой расположения клавиш, касательно любого количества функций, на которые может быть ориентировано портативное устройство эксплуатационного обслуживания. Клавиши 122 могут содержать числовую клавишную панель, алфавитно-цифровую клавишную панель, любое подходящее количество клавиш пользовательских функций и/или навигационных клавиш или любую их комбинацию.

Фиг. 3 изображает блок-схему системы портативного устройства эксплуатационного обслуживания, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Предпочтительно, чтобы устройство 52 удовлетворяло по меньшей мере одно предопределенное требование техники безопасности, такое как вышеупомянутое требование, для обеспечения гарантированной безопасности в потенциально взрывоопасных средах. Портативное устройство 52 эксплуатационного обслуживания включает в себя по меньшей мере один модуль 121 беспроводной связи производственного процесса. Подходящие примеры модуля 121 беспроводной связи производственного процесса включают в себя модуль, который формирует и/или принимает надлежащие сигналы, в соответствии с широко известным протоколом беспроводной связи, таким как широко известный протокол WirelessHART (IEC 62591). Другой протокол беспроводной связи производственного процесса сформулирован в спецификации ISA100.11a. Несмотря на то что на Фиг. 3 изображен один модуль 121 беспроводной связи производственного процесса, явно предполагается возможность использования любого подходящего количества модулей беспроводной связи производственного процесса для обмена данными в соответствии с различными протоколами беспроводной связи производственного процесса, которые существуют на данный момент или же будут разработаны позже.

Портативное устройство 52 эксплуатационного обслуживания также включает в себя по меньшей мере один вторичный модуль 123 протокола беспроводной связи. Модуль 123 протокола беспроводной связи может обмениваться данными в соответствии с одним или более факультативными средствами, которые изображены на Фиг. 3 в пунктирных блоках. В частности, модуль 123 протокола беспроводной связи может обмениваться данными в соответствии со спецификацией 124 Bluetooth (такой как спецификация Bluetooth 2.1, относящаяся к классу мощности 2), спецификацией 126 Wi-Fi (такой как IEEE 802.11 a/b/g/n), широко известной спецификацией 128 RFID, технологиями 130 сотовой связи (такими как GSM/CDMA) и/или спутниковой связью 132. Эти технологии и методики связи предоставляют портативному устройству 52 эксплуатационного обслуживания возможность непосредственного установления связи с беспроводным шлюзом или другим подходящим устройством либо через прямую линию беспроводной связи, либо посредством использования сети Интернет. Несмотря на то что на Фиг. 3 изображен один модуль 123 протокола беспроводной связи, может быть использовано любое подходящее количество. Модуль 121 протокола беспроводной связи производственного процесса, а также протокола модуль 123 беспроводной связи соединяются с контроллером 130, который также соединяется с модулем 138 проводной связи производственного процесса. Предпочтительно, чтобы контроллер 130 являлся микропроцессором, который выполняет последовательность команд, хранящихся в нем самом или же в памяти, соединенной с контроллером 130, для выполнения задач эксплуатационного обслуживания. Модуль 138 проводной связи производственного процесса предоставляет портативному устройству 52 эксплуатационного обслуживания возможность физического соединения с полевым устройством посредством проводного соединения в контактах 142, 144. Примеры подходящего протокола проводной связи производственного процесса включают в себя протокол магистрального адресуемого дистанционного датчика (преобразователя) (HART®), FOUNDATTON™ Fieldbus, Profibus и другие протоколы.

Портативное устройство 52 эксплуатационного обслуживания включает в себя модуль 156 пользовательского интерфейса для создания пользовательского интерфейса посредством использования устройства 120 отображения и клавиш 122. Модуль 156 может включать в себя подходящую схему 158 управления устройством отображения и/или память для взаимодействия с устройством 120 отображения. Модуль 156 также включает в себя схему 160 ввода, которая выполнена с возможностью взаимодействия с клавишами 122 с целью приема пользовательского ввода. Кроме того, в вариантах осуществления, в которых устройство 120 отображения включает в себя сенсорный экран, модуль 160 может включать в себя схему для формирования данных о пользовательском вводе для контроллера 130 на основе прикосновений и/или действий пользователя, воспринимаемых посредством сенсорного экрана.

Портативное устройство 52 эксплуатационного обслуживания может включать в себя множество дополнительных элементов, которые упрощают дополнительную функциональность. В частности, устройство 52 может включать в себя модуль определения местоположения, такой как модуль 150 GPS. Модуль 150 GPS может быть выполнен с возможностью дополнительного использования системы панорамного обзора (WAAS) для повышения точности и/или может быть выполнен с возможностью работы с использованием технологий дифференциального GPS в случае необходимости. Модуль 150 соединяется с контроллером 130 для предоставления контроллеру 130 данных о географическом местоположении устройства 52. Несмотря на то что предпочтительно, чтобы модуль 150 определения местоположения являлся внутренним компонентом устройства 52, он может являться внешним и соединяться с устройством 52 для обмена данными посредством использования подходящего протокола беспроводной или проводной связи, такого как Bluetooth 124, RFID 128 и т.д. Кроме того, несмотря на то что модуль 150 определения местоположения, в целом, описывается в качестве модуля 150 GPS, могут быть использованы и другие технологии для триангуляции местоположения портативного устройства эксплуатационного обслуживания на основе относительной мощности беспроводной связи с беспроводными приемопередатчиками, которые находятся в известных фиксированных местоположениях. Примеры таких технологий беспроводной триангуляции включают в себя триангуляцию местоположения портативного устройства 52 эксплуатационного обслуживания на основе связи с тремя или более узлами связи WiFi или точками доступа, находящимися в фиксированных местоположениях. Кроме того, как было изложено выше, варианты осуществления настоящего изобретения могут включать в себя возможность использования одного или более модулей протокола беспроводной связи производственного процесса, таких как модуль 121. Такие технологии триангуляции также могут быть использованы в ситуации, когда может быть достигнуто подходящее количество беспроводных соединений с полевыми устройствами, находящимися в фиксированных местоположениях. В конечном итоге, несмотря на то что выше были описаны различные способы, обеспеченные для получения данных о местоположении портативного устройства 52 эксплуатационного обслуживания, они также могут быть использованы в сочетании друг с другом для обеспечения дополнительной точности и/или избыточности. Кроме того, предпочтительно, чтобы устройство 52 также содержало модуль 152 компаса, который соединяется с контроллером 130 таким образом, чтобы устройство 52 могло указать направление по компасу, в котором оно обращено. В довершении всего, устройство 52 также может включать в себя модуль 154 наклона, который соединяется с контроллером 130 для предоставления контроллеру 130 данных, касающихся угла наклона устройства 52 по отношению к земной гравитации. Однако также рассматриваются дополнительные оси определения.

Модуль 150 определения местоположения, модуль 152 компаса и модуль 154 наклона в особенности полезны в случаях, когда портативное устройство эксплуатационного обслуживания содействует техническому специалисту или инженеру в поиске физического местоположения беспроводного полевого устройства в области. Нефтеперерабатывающие предприятия зачастую являются очень большими производственными объектами с множеством полевых устройств, расположенных в различных местоположениях, причем некоторые из них могут являться абсолютно незаметными.

Развертывание системы управления производственным процессом зачастую требует, чтобы стратегия управления была проверена посредством стимулирования различных полевых устройств к моделированию ответного сигнала для обнаружения ответа системы управления и определения корректности. В настоящее время для этого требуется, чтобы фактический инструмент полевого устройства был установлен и включен. После установления критериев полевым устройством(ами) управляют таким образом, чтобы полевое устройство(а) обеспечивало или выводило желаемый цифровой сигнал иным способом. Это может быть сделано посредством перевода полевого устройства в режим моделирования, а также посредством использования конфигурирующего устройства, такого как портативное устройство эксплуатационного обслуживания, для задания желаемых выходных данных. В альтернативном варианте желаемые выходные данные могут быть получены посредством фактического применения внешнего источника к датчику(ам) полевого устройства. К примеру, для датчика давления жидкости производственного процесса может быть применено конкретное давление. Возможность моделирования не всегда является доступной во всех полевых устройствах. Кроме того, даже в случае обеспечения возможности моделирования иногда это может являться сложным и затруднительным для использования. Более того, с другой стороны, реализация решения с внешним источником может являться весьма долгой и затруднительной.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения портативное устройство эксплуатационного обслуживания обеспечивается способностью фактической имитации одного или более полевых устройств в тракте управления производственным процессом или сегменте. Портативное устройство эксплуатационного обслуживания работает так, как будто оно является фактическим полевым устройством или устройствами. Это означает, что теперь параметры установки процесса управления могут быть проверены перед любой установкой оборудования, которое физически устанавливается в области. Кроме того, варианты осуществления настоящего изобретения могут обеспечить интерфейс моделирования, который является оптимизированным для простоты использования для технического специалиста, а также могут предоставить техническому специалисту возможность выбора конкретных полевых устройств для моделирования посредством использования технологии описания устройств (DD). Более того, варианты осуществления настоящего изобретения могут определить надлежащую конфигурацию моделируемого полевого устройства, а также надлежащие динамически переменные выходные данные.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения портативное устройство 52 эксплуатационного обслуживания включает в себя базу данных описаний устройств, которые хранятся в памяти контроллера 130 или же в памяти, соединенной с контроллером 130. Кроме того, в альтернативном варианте любое подходящее описание устройства может быть получено от удаленного устройства посредством использования модуля 123 протокола беспроводной связи.

Фиг. 4 изображает схему последовательности операций способа моделирования полевого устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Способ 200 начинается на этапе 202, на котором технический специалист или пользователь портативного устройства эксплуатационного обслуживания, такого как устройство 52, выбирает функцию моделирования устройства. Этот выбор может быть осуществлен либо посредством нажатия на соответствующую клавишу 122, либо посредством навигации меню портативного устройства эксплуатационного обслуживания. После выбора функции моделирования устройства контроллер 130 побуждает устройство 120 отображения к обеспечению одного или более элементов пользовательского интерфейса, которые содействуют пользователю в выборе конкретного полевого устройства. К примеру, пользовательский интерфейс может включать в себя раскрывающийся список, в котором перечисляются все известные изготовители полевых устройств. Затем после выбора производителя устройства, который осуществляется посредством пользователя, второй элемент пользовательского интерфейса может предоставить возможность выбора типа устройства. После выбора типа устройства третий элемент пользовательского интерфейса может предоставить полный список всех известных устройств, которые изготавливаются посредством выбранного изготовителя выбранного типа. После выбора конкретного полевого(ых) устройства, который осуществляется посредством пользователя на этапе 204, на этапе 206 осуществляется доступ к описанию устройства (DD) для выбора полевого(ых) устройства. Кроме того, если пользователь указывает на отсутствие полевого устройства в списке полевых устройств, который представляется пользователю на основе выбранного изготовителя выбранного типа, то способ 200 может включать в себя возможность доступа портативного устройства эксплуатационного обслуживания к подключенной базе данных полевых устройств, доступных на основе выбранного изготовителя выбранного типа, посредством использования модуля 123 протокола беспроводной связи. На этапе 206 является предпочтительным, чтобы доступ к необходимому(ым) описанию(ям) устройства обеспечивался через внутренний поиск базы данных описаний устройств, которые локально сохраняются в портативном устройстве эксплуатационного обслуживания. Если необходимое описание(я) устройства не было сохранено в локальной базе данных описаний устройств или же в случае отсутствия базы данных, портативное устройство 52 эксплуатационного обслуживания может предпочтительно обратиться к необходимому описанию(ям) устройства посредством использования модуля 123 протокола беспроводной связи по сети Интернет или любой другой подходящей сети. После получения описания(й) устройства на этапе 206 портативное устройство 52 эксплуатационного обслуживания будет обладать полным описанием возможностей и режимов работы выбранного полевого устройства, для которого требуется моделирование. На данной стадии способ 200 переходит на этап 208, на котором портативное устройство 52 эксплуатационного обслуживания представляет техническому специалисту или пользователю пользовательский интерфейс, который предоставляет возможность конфигурирования конкретных параметров моделируемого полевого устройства. Пример может предоставить техническому специалисту возможность определения переменной величины производственного процесса, такой как давление жидкости производственного процесса или температура, которая измеряется посредством моделируемого полевого устройства. На этапе 210 портативное устройство 52 эксплуатационного обслуживания взаимодействует с контроллером производственного процесса посредством модуля связи производственного процесса. Примеры такого взаимодействия включают в себя установление связи по тракту проводной связи производственного процесса или сегменту посредством использования модуля 138 проводной связи производственного процесса. Примеры такой проводной связи производственного процесса включают в себя протокол магистрального адресуемого дистанционного преобразователя (HART®), FOUNDATTON™ Fieldbus, Profibus и другие протоколы. В альтернативном варианте портативное устройство эксплуатационного обслуживания может осуществлять связь по протоколу беспроводной связи производственного процесса, такому как WirelessHART, посредством использования модуля 121 беспроводной связи производственного процесса. В этом смысле портативное устройство эксплуатационного обслуживания осуществляет связь на основе тракта управления производственного процесса или сегмента для указания выбранной переменной или параметра моделируемого полевого устройства, заданного посредством технического специалиста контроллеру производственного процесса. Разумеется, варианты осуществления настоящего изобретения также включают в себя способность портативного устройства 52 эксплуатационного обслуживания к функционированию в режиме моделирования устройства для приема одного или более ответов от контроллера производственного процесса или другого подходящего устройства, а также к реагированию на такой ответ(ы) в соответствии с моделированием, направляемым техническим специалистом.

Поскольку выходные данные портативного устройства эксплуатационного обслуживания представляют собой «ложный» или имитированный сигнал, они безусловно не предназначаются для использования в течение реальных операций управления технологическим процессом. Вместо этого режим моделирования прежде всего предназначен для использования в качестве предстартового цикла или проверки сегмента. Кроме того, вследствие значительного влияния ложного сигнала, оказываемого на работу производственного объекта, варианты осуществления настоящего изобретения могут включать в себя флаг (маркер) 212 моделирования или другую подходящую структуру данных, которая предоставляется посредством осуществления сообщения с моделированием на этапе 210, чтобы предоставить системе управления возможность различать такие сигналы. Один пример такого сообщения может являться дополнительным пакетом сообщения для системы управления/хост-системы, который предоставляет возможность осуществления отображения оператору в ситуации, когда устройство является фактическим моделируемым устройством.