现场设备和遥示器 |
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| 申请号 | CN201520781541.2 | 申请日 | 2015-10-10 | 公开(公告)号 | CN205121279U | 公开(公告)日 | 2016-03-30 |
| 申请人 | 罗斯蒙特公司; | 发明人 | 维尔吉利奥·D·桑多瓦尔-卡斯蒂略; 詹森·克劳斯; | ||||
| 摘要 | 提供了一种现场设备和遥示器。现场设备包括：过程通信 电路 、电源模 块 、测量电路、 控制器 以及 近场通信 收发器。该控制器耦接至所述过程通信电路、所述电源模块和所述测量电路，所述控制器被配置为从所述测量电路接收所述测量值的指示并计算过程变量以及使用所述过程通信电路传输过程变量信息。近场通信收发器耦接至所述控制器，以允许所述控制器与位于所述现场设备的近场通信范围内的近场通信设备通信。还提供遥示器。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种现场设备，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 现场设备和遥示器技术领域[0001] 本实用新型涉及过程设备，并且尤其涉及自动配置遥示器的方法、遥示器、现场设备以及运行现场设备的方法。 背景技术[0002] 在工业设置中，控制系统用来监测和控制工业和化学过程等的库存。通常，控制系统使用现场设备来实现这些功能，所述现场设备分布在工业过程中的关键位置并且通过过程控制回路或控制段耦接至位于控制室中的控制电路。术语“现场设备”指的是在分布式控制系统或过程监测系统中执行某一功能的任何设备，包括用在测量控制和工业过程的监测中的所有设备。 [0003] 现场设备被用于各种目的的过程控制和测量工业使用。通常，这样的现场设备具有现场硬化(field-hardened)的外壳，以使得其可以安装在户外相对恶劣的环境中并且能够承受温度、湿度的极端气候、振动、机械震动等。这些现场设备还可以在相对低的功率下运行。例如，一些现场设备能够仅在其通过有时具有为或低于20毫安培的运行电流的过程通信回路或通信段接收的功率下运行。 [0005] 在一些情况中，提供靠近最后的控制装置的过程变量的指示或显示来自安装在相对不可访问的位置中的一个或多个变送器的信息是有用的。在该情况中，使用已知为遥示器的现场设备。遥示器可以位于沿过程控制回路或控制段的任何位置，以允许信息能够在其任何需要的位置被显示。在一些情况中，遥示器还可以对过程变量(多个过程变量)执行基本的算术操作，以使得指示的量是经计算的值。实用新型内容 [0006] 提供了一种现场设备，包括：过程通信电路，该过程通信电路被配置为根据过程通信协议通信；电源模块，该电源模块被配置为提供电力给现场设备的部件；测量电路，该测量电路能够可操作地耦接至至少一个传感器，该测量电路被配置为测量所述至少一个传感器的模拟信号并且提供测量值的指示；控制器，该控制器耦接至所述过程通信电路、所述电源模块和所述测量电路，所述控制器被配置为从所述测量电路接收所述测量值的指示并计算过程变量以及使用所述过程通信电路传输过程变量信息；以及近场通信收发器，该近场通信收发器耦接至所述控制器，以允许所述控制器与位于所述现场设备的近场通信范围内的近场通信设备通信。还提供遥示器。附图说明 [0007] 图1是使用其本实用新型的实施例特别有用的过程监测系统的示意图。 [0008] 图2是根据本实用新型的实施例的过程变量变送器的框图。 [0009] 图3是根据本实用新型的实施例的遥示器的立体图。 [0010] 图4是图3中示出的遥示器的示意图。 [0011] 图5A是根据本实用新型的实施例的被构造为显示来自于现场设备的过程变量信息的遥示器的示意图。 [0012] 图5B是耦接至过程通信回路或通信段的现场设备和遥示器的示意图。 [0013] 图6是根据本实用新型的实施例的配置遥示器的方法的流程图。 [0014] 图7是根据本实用新型的实施例的现场设备的框图。 [0015] 图8是根据本实用新型的另一实施例的现场设备的框图。 具体实施方式[0016] 过程控制设备的配置可能是具有很大可能性发生人为错误的带来威胁的程序。用于遥示器的配置程序一般需要大量专门用于特定产品的知识。此外，配置过程/工艺需要配置遥示器的技术人员准确地遵从现场设备和/或遥示器的制造商的说明/介绍。即使在显示过程变量信息的一个或多个现场设备当前正在过程控制环境中实现功能的时候，下面提出的本实用新型的实施例基本上有利于遥示器的配置。因此，由于现场设备中的一个或多个当前正接合在过程控制的重要方面中，所以为了配置遥示器而不中断过程控制功能是重要的。此外，由于现场设备可以位于相对不可进入/达到的位置中，所以与正在运行的现场设备进行明显的物理相互作用/交互是不被赞成的。 [0017] 图1是过程监测系统的示意图，使用该过程监测系统，本实用新型的实施例将特别有利。系统10包括电源12，该电源12可以是通过具有端接器16的功率调节器给过程控制回路或控制段14供电的已知的24伏特电源。过程控制回路或控制段14根据诸如TMFOUNDATION 的现场总线协议、可寻址远程传感器高速通道 协议、PROFIBUS或任何其它合适的过程通信协议的已知过程通信协议运行。一些过程通信协议能够在能量受限的情况下有效地运行，以使得回路或段的电能具有如此低的水平，以使得其可以穿过爆炸性的或高挥发性的过程环境而不会损害该环境的安全性。此外，对于过程控制和测量任务，一些过程通信协议还通常比数据通信网络协议更加有效地运行。最后，至少一些诸如TM FOUNDATION 现场总线和 的过程通信协议能够完全驱动耦接至所述过程通信回路或通信段的现场设备。因此，耦接的现场设备可以仅在通过其耦接的通信介质接收的能量上是可操作的。此外，至少一些过程通信协议采用诸如根据IEC 62591(WirelessHART)的无线通信。在这样的实施例中，虽然现场设备可通信地耦接至无线过程通信网络时，但是在无线过程通信网络与现场设备之间不存在物理耦接。 [0018] 在图1中，多通道温度变送器18和20耦接至过程控制回路或控制段14，并且通过过程通信回路或通信段14提供有关过程温度的信息。此外，过程压力变送器22也被配置为测量过程变量压力并且通过过程控制回路或控制段14传输过程压力信息。遥示器24也耦接至过程通信回路或通信段14，并且被配置为显示与多通道温度变送器18、20以及过程压力变送器22有关的过程变量信息。一旦被正确地配置，遥示器24就能够识别和/或接收在遥示器24被配置为显示的过程通信回路或通信段14上可用的过程变量信息。当检测/接收到所述信息时，遥示器24在遥示器的显示器上显示指示过程变量(多个过程变量)的信息。通常，显示器是相对通用用途的数字显示器，诸如液晶显示器。此外，与现场设备18、20和22类似，在一些实施例中，遥示器24还能够通过过程通信回路或通信段14完全地驱动。 [0019] 目前的用于配置遥示器24的技术一般需要用户或技术人员手动地配置遥示器24以配对或以其它方式关联遥示器与耦接至过程的一个或多个现场设备。如上所述，这些人工操作是易出错的并且可以造成损失。 [0020] 一般地，本实用新型的实施例提供用于配置遥示器的显著改进的系统和方法。本实用新型的多个方面可以在改进的现场设备以及改进的遥示器中实施。此外，本实用新型的实施例包括用于配对或以其它方式关联遥示器与一个或多个现场设备的方法。 [0021] 图2是根据本实用新型的实施例的诸如过程变量变送器的现场设备的框图。过程变量变送器50可以是图1中示出的过程变量变送器18、20或22中的任何一个或任何其它的过程变量变送器。过程变量变送器50包括过程通信电路52，该过程通信电路52经由多个导体54、56耦接至过程通信回路或通信段14。此外，电源模块58也耦接至导体54、56。在一些实施例中，电源模块58适于从导体54、56接收激发功率，并且将合适的功率提供给过程变量变送器50中的其它部件，如标记为“至全部”的箭头60指示的那样。过程变量变送器50包括控制器62，该控制器62耦接至过程通信电路52，使得控制器62能够使用过程通信电路52通过过程通信回路或通信段传递过程变量信息以及其它信息。控制器62可以包括或耦接至合适的存储器64，该存储器64可以存储程序数据以及过程数据。存储器64可以包括易失性和/或非易失性存储器。在一个实施例中，控制器62是具有合适的存储器 64的微处理器，以可编程地执行一系列程序步骤。这些步骤通过控制器62执行，以提供其作为过程变量变送器的功能。此外，另外的步骤也存储在存储器64中，以通过控制器62执行，以有助于根据本实用新型的实施例的自动的无线遥示器的配置。 [0022] 过程变量变送器50还包括测量电路66，该测量电路66耦接至一个或多个传感器68，以感测过程变量。传感器(多个传感器)68可以设置在诸如设置在过程压力变送器中的压力传感器的过程变量变送器50中，或可以设置在过程变量变送器50的外部并且经由合适的线路耦接至该过程变量变送器50；例如，设置在温度计套管并且经由合适的线路耦接至测量电路66的温度传感器。在一些实施例中，测量电路66包括一个或多个数模转换器以及合适的线性电路和/或放大电路。测量电路66将一个或多个感测的模拟值的指示以数字信号的形式提供给控制器62。控制器62从测量电路66接收数字信号，并且可编程地计算可以在过程通信回路或通信段14上可用的一个或多个过程变量。 [0023] 根据本实用新型的实施例，过程变量变送器50包括近场通信(NFC)收发器70。NFC收发器70耦接至控制器62，使得控制器62能够根据已知的近场通信技术通信。在一些实施例中，NFC收发器70被配置为给设置在NFC收发器70的近场通信范围内的无源NFC标签或装置提供电源。因此，这样的无源标签不需要在其与NFC收发器70通信时容纳独立的电源。此外，NFC收发器70可以提供经由诸如智能手机、平板或手持配置器的其它近场通信设备与过程变量变送器50交互的能力。尽管一般将参照驱动无源NFC标签的有源NFC收发器来描述本实用新型的实施例，但是，显而易见的是可以使用彼此通信的两个“有源”NFC收发器来实施所述实施例。此外，本实用新型的实施例可以在现场设备的NFC收发器是无源的并且通过在诸如无线网关的允许经由该无线网关的一些类型的现场设备的配置的另一设备中的有源NFC驱动或提供电源的情况下应用。 [0024] 在一些实施例中，过程变量变送器50可以包括附加的无线通信模块72，其可以允许过程变量变送器50能够根据比使用NFC收发器70的情况下可以实现的距离更长的距离通信。例如，在一些实施例中，附加的无线通信模块72可以与其它无线设备在2.4GHz条件下通信。采用2.4GHz频率的无线通信技术的示例包括已知的蓝牙和WiFi协议。使用NFC收发器70和附加的无线通信模块72两者都允许过程变量变送器50配对或以其它方式安全地配置与诸如遥示器的外部设备的通信，并且然后使用附加的无线通信模块与配对的外部设备通信。 [0025] 图3是根据本实用新型的实施例的遥示器的立体图。然而，应理解的是，可以使用能够远程地指示来自于现场设备或在控制回路或控制段上的过程信息的任何设备来实施本实用新型的实施例。此外，可以使用采用NFC交互以简化更复杂交互的任何设备来实施本实用新型的实施例。例如，在现场设备与另一现场设备、控制系统或手持配置装置等通信的情况下，可以简化复杂的配置/安装。在另一实施例中，具有模拟输入(AI)的现场设备可以被配置为使用来自于不同设备的模式输出(AO)作为该模拟输入。虽然在所述构造中将会存在一些复杂性，但是，在所述现场设备之间使用NFC数据共享将会降低该复杂性。 [0026] 根据一个实施例，遥示器10包括坚固的壳体102，该坚固的壳体102使得遥示器100适于户外使用。遥示器100包括显示器103，该显示器103提供与在过程控制回路或控制段或其它过程监测网络上通信的一个或多个现场设备有关的信息。在一个实施例中，遥示器100具有指示与多个现场设备有关的信息的能力，以指示与设备标签或现场设备识别器和可选择的工程单元有关的所述信息。在所述实施例中，数据可以根据需要被滚动或以其它方式被顺序显示。此外，遥示器100可以对选择的现场设备信息执行一些初步的操作，例如计算总流量、总质量或随时间的体积。此外，凭借遥示器100和壳体102中仔细设计的电路，遥示器100可以被许可用于各种可能危险的位置中。这样的许可包括工厂相互(E5)许可以及用于1级(class 1)、1区(division 1)用途的I5/IE本质安全使用。额外的认证包括用于1级、1区用途的用于防爆的加拿大标准协会(CSA)的许可E6以及用于1级、 1区用途的I6/IF本质安全许可。此外，也可以提供诸如E1Atex防爆认证的欧洲认证。因此，遥示器100的用户可以指定遥示器100用于各种敏感位置。遥示器100优选包括允许到达/接触遥示器100内部的一对螺纹端帽105、107。此外，在过程有线的实施例中，可以设置用于容纳过程线路的一个或多个线路导管109。 [0027] 图4是遥示器100(示出在图3中)的示意图。遥示器100包括容纳过程通信电路104的壳体102、电源模块106、控制器108和存储器110。虽然这些部件可以与用在过程变量变送器50中的部件相同或相似，但是其不必这样，并且因此使用单独的附图标记。然而，在图示的实施例中，遥示器100的过程通信电路104被配置为经由多个导体112、114耦接至过程变量回路或段。当然，在采用无线通信的实施例中，导体112、114将不是必须的。此外，电源模块106也耦接至导体112、114，以将运行功率提供给遥示器100的部件，如标记为“至全部”的箭头116所指示的那样。在无线实施例中，电源模块可以包括电池或其它驱动装置。在一些实施例中，控制器108是微处理器，该微处理器被配置为采用过程通信电路104以识别或接收在配置遥示器100以显示所述过程变量信息的过程控制回路或控制段上提供的过程变量信息。遥示器100可以包括或耦接至合适的存储器110以便存储与配置遥示器显示的过程变量信息相关的程序指令以及配置信息。此外，遥示器100可以包括显示器120，该显示器120耦接至控制器108，以使得遥示器100可以提供过程变量信息的可视的指示。在一些实施例中，显示器120可以是液晶显示器。然而，可以使用包括LED显示器、电子墨水、真空荧光显示器(VFD)、有机发光二极管(OLED)或任何其它合适的显示技术的任何合适的显示技术来实施本实用新型的实施例。 [0028] 根据本实用新型的实施例，遥示器100包括近场通信(NFC)标签130。在一个实施例中，近场通信标签130是无源标签，该无源标签被配置为不是从位于遥示器100内的源而是从诸如NFC收发器70(图2中示出)的外部源接收电力。在所述实施例中，无源NFC标签130包含与遥示器100有关的识别信息，以使得：一旦遥示器100正确地耦接至与现场设备相同的过程通信回路或通信段(有线或无线地)，那么将该识别信息提供给现场设备将允许该现场设备能够自动地配置与遥示器100的过程通信。可替代地，现场指示器可以被配置为直接耦接(即无线地)至现场设备以显示现场设备过程信息。然而，本实用新型的实施例还包括在遥示器100内提供完全有源的近场通信收发器。在所述实施例中，NFC收发器一般将被耦接至控制器108，并且其通过虚线132指示。因此，控制器108将可以访问存储在NFC收发器中的信息。此外，遥示器100可以包括附加的无线通信模块140，由此允许遥示器100根据更长通信距离的无线技术通信，该更长通信距离的无线技术例如为在2.4GHz频率下运行的通信技术，诸如蓝牙或Wi-Fi。所述通信在其中一个或多个现场设备与遥示器 100之间的通信受限的实施例中可以是有用的。 [0029] 图5A是根据本实用新型的实施例的被配置为显示来自于现场设备的过程变量信息的遥示器的示意图。现场设备200可以正被接合在运行的过程通信回路或通信段上感TM测和提供过程变量信息。如框202所示，所述过程通信可以包括FOUNDATION 现场总线、或任何其它合适的有线或无线过程通信协议。遥示器204初始被带入现场设备200的近场通信范围内。例如，该近场的接近度可以是大约一英尺或更少。因此，遥示器204不物理耦接至过程通信回路或通信段，并且因此不会被驱动或不被提供电力。当实现需要的接近度时，现场设备200的近场通信收发器驱动遥示器204的无源近场通信标签并且与其交互。在一些实施例中，现场设备200可以经由近场通信收发器提供正在发生通信的可视的指示。例如，现场设备200上的一个或多个指示器，例如发光二极管206、208可以闪烁，以指示状态。例如，现场设备上闪烁的红灯可以指示现场设备正使用近场通信收发器通信。 可替代地，闪烁的红灯可以指示现场设备正经历配置。绿灯可以指示现场设备已经完成近场通信并且完全进入过程通信和/或监测任务。可替代地，绿灯可以简单地指示设备已经完全被配置。 [0030] 当达到近场通信的接近度时，遥示器204的近场通信标签或收发器将给现场设备200提供配置信息。该配置信息被现场设备200解释，以使得现场设备200可以本身配置以将过程变量信息传播给那个特定的遥示器204。然而，本实用新型的实施例还包括颠倒的交换，其中，现场设备200经由其近场通信变送器相互作用，以将指示其本身的信息写入或以其它方式存储至遥示器204。以此方式，遥示器204然后将能够识别在过程控制回路或控制段上由所述特定的现场设备发送的信息，以使得该信息将在本地在遥示器204上显示。在任何情况下，NFC接近度用来开始现场设备与遥示器之间的合作通信，以使得当遥示器随后被耦接至现场设备200也耦接至其上的相同的过程通信回路或通信段时，遥示器204将自动地显示来自于现场设备200的过程变量信息。可替代地，现场指示器可以无线地耦接至现场设备并且显示现场设备的过程信息。 [0031] 图5B是耦接至过程通信回路或通信段14的现场设备200和遥示器204的示意图。在参照图5A图示的NFC配置之后，在图5B中，遥示器204现在完全被配置。遥示器204现在将接收来自于现场设备200以及遥示器204已经被配置用于它的任何其它现场设备的广播通信。因此，遥示器204的所述配置已经在不需要任何技术人员必须输入与现场设备200或任何其它配置的现场设备有关的信息的情况下发生。 [0032] 图6是根据本实用新型的实施例的配置遥示器的方法的流程图。方法300在框302开始，在框302中，遥示器随着现场设备被带入近场通信接近度。该近场通信接近度是足以使得遥示器与现场设备之间能够近场通信的任何距离。在一个示例中，该接近度时一英尺或更少。然而，在其中两个NFC设备都是有源的实施例中，更长的距离是可能的。然后，在框304中，配置信息在现场设备与遥示器之间交换。如上所述，在一个实施例中，现场设备将从遥示器中读取配置信息，并且随后自身配置以通过其耦接的过程通信回路或通信段传播信息至遥示器。在框306中，近场通信耦合停止。该去耦合通常采取简单地移动遥示器超出近场通信的接近度的形式。然而，本实用新型的实施例还包括技术人员按压或以其它方式接合现场设备或遥示器的用户接口元件以肯定地结束该时期的步骤。然后，在框308中，遥示器被耦接至过程通信回路或通信段。在一个实施例中，这是与现场设备运行在其上的过程通信回路或通信段相同的过程通信回路或通信段。然而，在其中遥示器包括诸如蓝牙或Wi-Fi的附加的无线通信协议能力的实施例中，遥示器不需耦接至与现场设备相同的过程通信回路或通信段，而是简单地耦接至可以提供足够的电力以运行遥示器的任何过程通信回路或通信段，或者遥示器可以是自供电的(即，电池)。当然，在所述实施例中，现场设备本身还会需要包括或被耦接至合适的无线通信模块，以使得过程变量信息可以经由蓝牙或Wi-Fi协议传递至遥示器。然后，在框310中，遥示器被配置用于其的过程变量信息被显示。如上所述，遥示器可以显示与多个现场设备有关的过程变量信息，并且对所述过程变量信息提供基本的操作以显示诸如质量流量或每单位时间的总体积的经计算的值。 [0033] 其中遥示器包括诸如蓝牙或Wi-Fi的可选的附加的无线协议模块的本实用新型的实施例的附加特征在于，附加的设备可以用来与遥示器交互。例如，智能手机或具有近场通信能力的平板可以被用来与遥示器交互，以自动地配对遥示器与智能手机或平板，以使得在不通过过程通信回路或通信段通信的情况下可以执行与遥示器相关的附加的操作。例如，遥示器执行的计算可以被调整，选择用于显示的单元可以被改变，或任何其它合适的修改可以使用智能手机或平板的用户接口被执行以与遥示器的处理器交互。此外，智能手机或平板还可以被用来显示遥示器被配置用于其的过程信息。此外，智能手机或平板可以被用来检修和/或维修指示器或使用更长距离的无线协议的过程仪表。 [0034] 在现场设备中提供NFC收发器有助于除遥示器的自动配置之外的附加特征。例如，智能手机、平板或具有近场通信能力的其它合适的设备可以被用来与现场设备交互以显示来自于现场设备的过程信息。此外，智能手机、平板或其它合适的设备可以被用来使用NFC通信配置、命令、检修、维修或以其它方式调整现场设备。 [0035] 近场通信电路和标签可以以任何合适的方式结合或增加到现场设备和遥示器中。在一个实施例中，如图7所示，多个近场通信电路402、404和406被嵌入现场设备400的各个子部件408、410和412中。一旦现场设备400已经完全被制造商组装并且被供电，控制器62就会通过NFC收发器70与每一个子部件408、410和412通信，以确定出现在现场设备400中的子部件是否与已经专门用于现场设备400的配置相匹配。例如，子部件408可TM 以是根据FOUNDATION 现场总线协议提供过程信息的过程通信子部件。因此，近场通信电TM 路402将指示该子部件408是过程通信子部件并且该子部件408被配置用于FOUNDATION现场总线协议。如果现场设备被专门化为根据不同的协议通信并且在供电时确定该子部件 408不是合适的子部件，那么现场设备将会产生错误或其它合适的指示，以被修订或以其它方式被解决。以此方式，匹配子部件的NFC身份可以被用来确保正确的子部件被用来建立现场设备。其中本实用新型的实施例的NFC技术可以被用于其它目的或用途的另一方式是用于电子取证。例如，近场通信电路可以设置在设置于现场设备和/或遥示器中的特征板中。 [0036] 图8是根据本实用新型的实施例的现场设备500的框图。现场设备500的多个部件与过程变送器500(如图2所示)的相同，并且相同的部件被相同的标记。与过程变量变送器50不同的是，过程变量变送器50的近场通信收发器70设置在特征板502上。特征板是现场设备的附加部件，其尺寸适于装配在现场设备的壳体中并且提供附加的“特征”。特征板是容纳中央处理单元和支撑部件的电路板。特征板通常还以预定的方式耦接至现场设备的线路。在图8示出的示例中，特征板502用于将诊断信息或其它合适的信息记入嵌入近场电路506中的非易失性存储器504，该近场通信电路506设置在现场设备500中但与现场设备500电隔离。然而，本实用新型的实施例可以在近场通信电路是特征板502的一部分或位于其自己的单独的电路板上的情况下被实施。特征板502传播无线信号508并且驱动无线提供诊断信息的近场通信芯片506，该诊断信息不管故障条件如何都与电气故障完全隔离并且免受其影响。该非易失性存储器504可以在本质上用作包含用于正好在现场设备500的故障之前诊断故障条件的基础信息的黑箱。 [0037] 虽然已经参照优选实施例描述了本实用新型，但是本领域技术人员应认识到，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下可以作出多种改变。 |
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