CN102890481B - 具有过程通信隧道的手持式现场维护工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种与过程控制***相互作用的方法。该方法包括以下步骤：使移动电子装置物理邻近现场装置。移动电子装置耦合到现场装置的数字过程通信信道。在移动电子装置上开始客户机软件应用程序。数字过程通信信道用于以通信的方式将客户机软件应用程序耦合到远离移动电子装置和现场装置的主机应用程序。

Description

具有过程通信隧道的手持式现场维护工具
背景技术
在各种过程设备中使用现场装置以提供极其重要的过程监控和控制功能。过程设备的示例包括石油、制药、化工、纸浆及其它流体处理设备。在这种设备中，过程控制和测量网络可以包括几十甚至几百种现场装置，所述现场装置需要周期性地维护以确保这种装置正确地作用和/或被校准。此外，当在过程控制和测量设备中检测到一个或多个错误时，使用手持式现场维护工具允许技术人员在现场迅速判断这种错误。手持式现场维护工具通常用于构造、校准使用数字过程通信协议的智能现场装置并判断与使用数字过程通信协议的智能现场装置有关的问题。
因为至少一些过程设备可能涉及易挥发性、或者甚至***性环境，因此对现场装置和与这种现场装置一起使用的手持式现场维护工具来说，通常有益的是或者甚至需要遵照本质安全要求。这些要求有助于确保相适应的电气装置即使在故障状态下也不会产生引燃源。在1998年10月由FactoryMutualResearch公布中的ApprovalStandardIntrinsicallySafeApparatusandAssociatedApparatusforUseinClassI，II，andIII，DIVISIONNUMBER1HAZARDOUS(CLASSIFIED)LOCATIONS，ClassNumber3610中说明了本质安全要求的一种示例。遵守本质安全要求的手持式现场维护工具的示例包括从德克萨斯州Austin市的EmersonProcessManagement公司可获得的以商标名称“Model475fieldcommunicator(现场通信器)”出售的手持式现场维护工具。
虽然智能现场装置和手持式现场维护装置已经提供了关于手持式现场维护的各种新的功能和性能，但是一些功能仍然有些麻烦。例如，启动用于过程控制***的现场装置(第一次连接所述现场装置)的作业或任务(task)典型地为两人操作。一人在外面在连接现场装置的现场，而另一人在控制室中监控一个或多个控制***显示，以观察连接是否成功。证明可以将当前的两人现场维护作业转变成单人作业的***和方法将促进手持式现场维护。此外，这种***通常还会使得与过程控制***本身的相互作用增强。
发明内容
本发明提供了一种与过程控制***相互作用的方法。所述方法包括以下步骤：使移动电子装置物理(physical)邻近现场装置。移动电子装置耦合到现场装置的数字过程通信信道。在移动电子装置上开始客户机软件应用程序。数字过程通信信道用于以通信的方式将客户机软件应用程序耦合到远离移动电子装置和现场装置的主机应用程序。
附图说明
图1是对本发明的实施例尤其有用的过程控制和监控***的示意图；
图2A和2B是根据现有技术的耦合到现场装置的手持式现场维护工具22的示意图；
图3是物理地(physically)耦合到现场装置的手持式现场维护工具或移动装置的示意图；
图4是耦合到工作站的手持式现场维护的示意图；
图5是根据本发明的一个实施例的使用移动装置与过程控制***相互作用的方法的流程图。
具体实施方式
智能现场装置典型地使用通常称作现场总线(fieldbus)的工业通信协议以与控制***进行通信。通常为由现场装置执行的过程控制功能优化现场总线。现场中的人(例如，技术人员)将典型地使用称为现场通信器(fieldcommunicator)的专用手持式现场维护工具在现场总线上使用过程工业标准通信协议与现场装置进行通信，从而对现场装置进行调节，所述调节对于使现场装置准备与控制***连接或在控制***中执行该现场装置的特定功能是必要的。如上所述，手持式现场维护的至少一些作业目前需要两个人。然而，根据本发明的一些实施例，如果对于在控制室中当前进行的作业为现场中的技术人员提供适当的远程终端或连接，则可以消除对控制室中的人的需要。当可以通过膝上型计算机或平板计算机的功能实施本发明的一些实施例时，优选的是使用手持式现场维护工具，其中所述计算机使用返回至运行进行在控制室中使用的(一个或多个)工作站的功能的软件的控制***主机的无线连接。这是因为膝上型计算机或平板计算机的物理要求仅提供技术人员需要携带的另外的装置。进一步地，因为至少一些过程设备具有易挥发环境，因此将需要对本质安全装置的需求。虽然平板计算机和膝上型计算机是常见的，但是本质安全计算机却是非常昂贵并且复杂的专用装置。
图1是本发明的实施例尤其有用的过程控制和监控***的示意图。控制室10通过过程通信回路16耦合到一个或多个现场装置18。现场装置18被示意性地示出为安装到过程流体管道14的过程流体压力传感器。然而，诸如过程流体温度传感器、过程流体流量传感器等各种过程流体变量产生器是公知的。控制室10被简单地示为矩形箱体。实际上，控制室10是与过程设备的易挥发和潜在***环境物理地隔开的位置。此外，控制室10可以包括操作过程控制软件和/或资源管理软件的一个或多个工作站或个人计算机。设置在控制室内10的一个或多个工作站和计算机通常通过诸如因特网之类的数据通信网络以通信的方式耦合在一起。
过程控制回路16通常为专用形式的通信网络。这是因为通常以限制能量的方式进行通过回路16的通信，以便确保能量水平保持足够低，从而确保没有引燃源可以提供给潜在***性环境。公知的过程通信或控制回路协议的示例包括可寻址远程传感器高速通道协议、FOUNDATIONTM现场总线、PROFIBUS-PA等。
如上所述，对于与过程控制***的维护的一些作业或任务，通常需要技术人员移动到现场中以靠近诸如过程流体压力变送器18之类的现场装置的位置，从而对该现场装置进行维护。通常，技术人员使用手持式现场维护工具以与现场装置相互作用。
图2A和2B是根据现有技术的耦合到现场装置的手持式现场维护工具22的示意图。如图2A所示，手持式现场维护工具包括分别耦合到任务引线(tasklead)30、32的一对端子25、27，所述任务引线则耦合到现场装置20的端子24。端子24可以是允许这种手持式现场维护工具耦合到装置20并与装置20相互作用的专用端子。
图2B显示其中手持式现场维护工具22直接耦合到与现场装置23耦合的过程控制回路34的可替换配置。在任一情况下，手持式现场维护工具与现场装置之间的有线连接允许手持式现场维护工具与期望的现场装置20、23相互作用。近年来，已经提出了诸如无线HART之类的无线过程通信协议。手持式现场维护工具也开始采用这些无线技术的优点以与无线通信现场装置相互作用。
维护技术人员和移动工作者典型地使用诸如手持式现场维护工具之类的工具在工厂环境中执行任务。这些工具可以与诸如AMS装置管理器(可从德克萨斯州Austin市的EmersonProcessManagement公司得到)之类的主机资源管理应用程序同步，用于交换现场装置配置息。然而，当手持式现场维护工具用于现场并连接到现场总线网络(FOUNDATIONTM现场总线、PROFIBUS-PA、或涉及数字通信协议的其它网络)时，手持式现场维护工具不能访问关于正在被检查的仪器的历史信息或其它信息。诸如AMS装置管理器之类的应用程序包含通常不存储在手持式现场维护工具上的大量资源信息的，例如，当前结构数据和历史配置数据、装置变化、当前和历史报警信息、产品数据表、当前校准信息和历史校准信息、以及诸如图表和注释的用户输入信息。
本发明的实施例通常影响必然存在于每一个现场装置处的数字通信信道，以为手持式现场维护工具提供通信信道。手持式现场维护工具连接到现场总线网络的事实意味着可以通过在主机或更高级别的设备网络上运行的主机应用程序在技术上建立通信，并且如果在手持式现场维护工具和主计算机上提供适当的应用软件，则允许该工具作为客户机(client)应用程序。虽然以通过膝上型计算机或平板计算机实施本发明的实施例时，但优选实施例通常包括与主机以通信的方式耦合的手持式现场维护工具，其中所述计算机提供返回到控制***主机网络直接Wi-Fi连接，所述控制***主机网络运行执行正在控制室中使用的工作站的功能的软件。因为手持式现场维护工具已经被要求执行启动(commission)现场装置所需的任务，因此与膝上型计算机或平板计算机相比较，优选实施例是能够使手持式现场维护工具执行在控制室中使用的工作站的功能。对于手持式现场维护工具来说，可以提供这种优选实施例的一种方式是在手持式现场维护工具位于现场之外时，使用在手持式现场维护工具的处理器中运行的简单的软件应用，该手持式现场维护工具作为远程终端或瘦客户机(thinclient)连接到控制室中的服务器应用程序，其中由控制室中的(一个或多个)工作站进行大多数计算工作。
图3是借助于虚线连接124物理地耦合到现场装置18的手持式现场维护工具或移动装置122的示意图。有线连接124允许手持式现场维护工具122在过程通信回路16上通信。更具体地，对于采用诸如可寻址远程传感器高速通道协议、或FOUNDATIONTM现场总线之类的数字过程通信协议的过程设备，手持式现场维护工具122能够与耦合到过程通信回路16的装置进行数字通信。工业标准过程通信协议使用在有些情况下能够整个为所连接的现场装置提供功率的通信技术。此外，这种协议可以与遵照诸如上述本质安全规范的现场装置一起使用。虽然图3中所示的实施例是优选的，但是本发明的实施例也同样适用于无线过程通信技术。例如，代替具有与过程通信回路的有线连接，现场装置18可以包括诸如国际标准(IEC62591)中所述的无线HART通信之类的无线过程通信线路。该标准在2.4GHz频率下使用无线通信，然而在其它方面采用与有线HART通信中使用的指令结构相同的指令结构。虽然无线HART协议是无线过程通信协议的一个示例，但是根据本发明的实施例可以采用其它标准。无线HART规范的另外的细节由HART通讯基金会(CommunicationsFoundation)公布。无线HART规范的相关部分包括：HCFSpec13，7.0版；HART规范65-无线物理层规范；HART规范75-TDMA数据链路层规范(TDMA表示时分多路存取)；HART规范85-网络管理规范；HART规范155-无线指令规范；以及HART规范290-无线装置规范。因此，手持式装置122内的适当的射频通信线路使得能够根据诸如无线HART之类的无线过程通信协议进行通信。
借助于现场装置的位置，可以肯定地假设经由有线过程通信链路(communicationlink)或无线过程通信链路的通信链路是可行的。通过这种知识，手持式现场维护工具122能够联接过程通信回路或在该过程通信回路上进行通信，其中现场装置18通过所述过程通信回路进行通信或将要进行通信。因此，借助于手持式现场维护工具122或移动装置的通信耦合(communicativecoupling)，该手持式现场维护工具122或移动装置能够通过过程通信回路建立与主机(由附图标记126示意性地示出)的通信。当可以采用有线过程通信或无线过程通信执行移动装置或手持式现场维护工具122与工作站126的通信耦合时，无论如何，在装置122和工作站126之间获得通信信道或通信链路128。可以使用适当的针对用于现场装置18的现场总线网络的类型的通信协议产生通信链路128。例如，可以在具体过程通信协议的容许有效负载内使用一些形式的通过信息(passthroughmessage)或嵌入式消息(embeddedmessage)。例如，根据本发明的实施例可以采用美国专利6,370,448中教导的用于在过程通信回路上通信HTTP或其它适当的信息的技术。
图4是图3的经由通信耦合器128耦合到工作站126的手持式现场维护工具122的示意图。图4示出了在工具122内运行的瘦客户机132。瘦客户机132是手持式现场维护工具122的处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序主要根据在工作站126内运行的瘦客户机服务器模块130来完成其计算作用。例如，在一个实施例中，手持式现场维护工具122是可从明尼苏达州EdenPrairie市的EmersonProcessManagement公司获得的以商标名称Model475fieldcommunicator(现场通信器)出售的手持式现场维护工具。所述装置在WindowsCE(稳健的实时操作***)上运行。因此，在一个实施例中，瘦客户机132包括适于在WindowsCE操作***上操作的遥控桌面连接或终端业务客户机软件132。在这种实施例中，工作站126运行诸如Windows7之类的基于MICROSOFTWindows的操作***，并且提供服务器后台程序或进程130。当瘦客户机132在手持式现场维护工具122内运行并耦合到服务器后台程序130时，瘦客户机132可以在手持式现场维护工具122的显示器上显示与当前工作站126的显示器所示的显示内容相对应的显示内容。此外，作为代替，用户输入(如在手持式现场维护工具122上的键摁压和触针或光标的定位)传递并引入到工作站126中。这样，手持式现场维护工具变成工作站126的用户界面的延伸，从而允许技术人员与控制***和/或资源管理***相互作用，其中工作站126耦合到所述控制***和/或资源管理***。
图5是根据本发明的一个实施例的使用移动装置与过程控制***相互作用的方法150的流程图。方法150在方框152处开始，其中使诸如手持式现场维护工具之类的移动装置物理邻近现场装置。在方框154处，移动装置耦合到现场装置的数字过程通信信道。如上所述，这可以是有线或无线耦合。在方框156处，在移动装置上开始客户机软件应用程序。该应用程序可以是远程终端、或任意其它适当的客户机。在方框158处，客户机软件应用程序以通信的方式通过现场装置的通信信道耦合到主机应用程序。
虽然手持式现场维护工具已经大体上与资源管理***同步时，但在现场中使用手持式现场维护工具时，手持式现场维护工具通常不能访问与正在检查的仪器相关的历史信息或其它信息。诸如AMS装置管理器之类的应用程序包括通常未存储在手持式现场维护工具上的大量资源信息。这种信息包括当前结构数据和历史结构数据、装置变化、当前报警信息和历史报警信息、产品数据表、当前校准信息和历史校准信息以及诸如图表和注释之类的用户输入信息。所有这些信息现在都可以通过技术人员在现场中由手持式现场维护工具迅速并且容易地访问。这可以有助于为现场维护工作者提供信息以确保可以相对于在现场中正在执行的任务进行最好的可能性判断。另外，这种活动可以允许在现场中正在执行的动作开始资源管理***内的动作，例如，存入事件或报警，记录正在执行的手动步骤以及开始诸如计算机维护管理***(CMMS)之类的更高级别的应用程序所需的工作。此外，资源管理***可以用来在现场总线网络上连续监控工厂环境中的资源，并且具有检测现场变化和报警信息的能力。然而，迄今为止，对于用户或技术人员来说还没有一种连接到现场中的这些网络中的一个以实际上在现场总线网络上将客户机变成资源管理***的机制。虽然已经相对于基于Windows的操作***提供了瘦客户机的说明，但是本领域的技术人员将认识到其它瘦客户机也是可以的。此外，在手持式现场维护工具122内运行的瘦客户机可以被构造成访问控制室或过程控制网络内的多个不同服务器。因此，可以由现场维护工作者容易在现场执行大量新的功能，而传统上在现场中需要位于诸如工作站126之类的工作站处的第二操作者。
虽然已经参照优选实施例说明了本发明，但是本领域的技术人员将认识到，在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可以进行形式和详细上的变化。

Claims (14)

1.一种与过程控制***相互作用的方法，所述方法包括以下步骤：
提供遵守本质安全规范的手持式现场维护工具；
使手持式现场维护工具物理邻近现场装置；
将所述手持式现场维护工具耦合到所述现场装置的数字过程通信信道；
在所述手持式现场维护工具上开始客户机软件应用程序；以及
使用所述数字过程通信信道以通信的方式将所述客户机软件应用程序耦合到远离所述手持式现场维护工具和所述现场装置二者的资源管理软件应用程序。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述手持式现场维护工具耦合到所述现场装置的数字过程通信信道包括有线连接。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述手持式现场维护工具使用过程工业标准通信协议通过所述有线连接进行通信。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述手持式现场维护工具耦合到所述现场装置的数字过程通信信道包括无线连接。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述手持式现场维护工具使用过程工业标准通信协议通过所述无线连接进行通信。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述客户机软件应用程序是瘦客户机软件应用程序。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述手持式现场维护工具的显示器上提供资源管理软件应用程序的显示，并且其中将至所述手持式现场维护工具的用户输入引入到所述资源管理软件应用程序中。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述资源管理软件应用程序在控制室中的工作站上运行。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述客户机软件应用程序访问所述资源管理软件应用程序以自动地启动所述资源管理软件应用程序中的动作。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述手持式现场维护工具与所述资源管理软件应用程序通信以对现场变化进行自动存档，从而产生使用所述手持式现场维护工具执行的至少一个任务的永久记录。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述手持式现场维护工具与所述资源管理软件应用程序通信以经由所述资源管理软件应用程序自动产生工作指令。
12.一种过程控制***，包括：
工作站，所述工作站设置在控制室中并运行主机应用程序；
现场装置，所述现场装置耦合到过程并以通信的方式通过过程通信回路耦合到所述工作站；
手持式现场维护工具，所述手持式现场维护工具物理邻近所述现场装置并以通信的方式耦合到所述过程通信回路，所述手持式现场维护工具运行通过所述过程通信回路与所述主机应用程序通信的客户机应用程序；和
其中，在所述手持式现场维护工具上运行的客户机应用程序提供远程终端服务，并且其中，所述远程终端服务在所述手持式现场维护工具上提供与所述工作站的显示内容相对应的显示内容。
13.根据权利要求12所述的过程控制***，其中，所述手持式现场维护工具遵守本质安全规范。
14.根据权利要求12所述的过程控制***，其中，到所述手持式现场维护工具的用户输入被传送到所述工作站。
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