СИСТЕМА И СПОСОБ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВИРТУАЛЬНОЙ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2009 года по МПК H04B17/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к полевым приборам доступа и мониторинга в распределенной системе управления. В частности, изобретение относится к системе поиска необработанных данных от первичного преобразователя, использующей беспроводные приемопередатчики, к системе хранения данных от первичного преобразователя, и кондиционирования (grooming), и оценки данных от первичного преобразователя с использованием программного обеспечения.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На многих промышленных объектах для мониторинга материально-технических запасов, процессов, и т.п. и управления ими используются системы управления. Часто такие системы управления располагаются в централизованной диспетчерской, оборудованной компьютерными системами, имеющими пользовательские устройства ввода и вывода, и известные периферийные системы типа принтеров, сканеров, и т.п. Вообще, блок управления и технологические подсистемы связаны с компьютерными системами.

Как правило, системы управления распределены так, что полевые приборы отделены или географически удалены от диспетчерской. Технологическая подсистема связана с полевыми приборами. В данном контексте термин "полевой прибор" относится к любому прибору, который выполняет какую-нибудь функцию в распределенной системе управления, и известен в системах управления.

Вообще, каждый полевой прибор включает первичный преобразователь. Под первичным преобразователем понимают либо прибор, который выдает выходной сигнал на основе физических данных на входе, либо прибор, который выдает физический сигнал на выходе на основе входного сигнала. Как правило, первичный преобразователь преобразует входной сигнал в выходной сигнал, который имеет другой вид. Часто одна система подает энергопитание для включения первичного преобразователя, который, в свою очередь, подает питание обычно в другом виде на вторую систему. Например, громкоговоритель это - первичный преобразователь, который преобразует электрические сигналы в звуковую энергию. Типы первичных преобразователей включают различные аналитические приборы, преобразователи давления, терморезисторы, термопары, тензодатчики, расходомеры, устройства позиционирования, исполнительные механизмы, соленоиды, сигнальные лампы, и т.п.

Традиционно аналоговые полевые приборы подключались к технологической подсистеме и диспетчерской двухпроводными токовыми контурами типа витой пары, при этом каждый прибор подключался к диспетчерской единственным двухпроводным контуром типа витой пары. Как правило, между этими двумя проводами поддерживается разность напряжений, равная приблизительно 20-25 В, и через контур проходит электрический ток силой 4-20 мА. Аналоговый полевой прибор передает сигнал в диспетчерскую путем модулирования электрического тока, проходящего по токовому контуру, с получением электрического тока, пропорционального регистрируемому преобразователем технологическому параметру. Аналоговый полевой прибор, который управляется из диспетчерской, контролируется величиной электрического тока через контур, который модулируется портами технологической подсистемы под управлением блока управления.

Традиционные дискретные приборы передают или отвечают на бинарный сигнал. Как правило, дискретные приборы работают с сигналом 24 В (переменного или постоянного тока), сигналом переменного тока 110 или 240 В, или сигналом постоянного тока 5 В. Конечно, дискретный прибор может быть разработан для работы на основе любых электротехнических спецификаций, отвечающих условиям управления.

В то время, как исторически полевые приборы были способны к выполнению только одной функции, недавно в распределенных системах управления были использованы гибридные системы, которые накладывают цифровые данные на токовый контур. Цифровой несущий сигнал накладывается на сигнал токового контура в соответствии со стандартами Магистрального адресуемого удаленного первичного преобразователя (Highway Addressable Remote Transducer - HART) и Инструментального общества Америки (Instrument Society of America - ISA) Fieldbus SP50. Цифровой несущий сигнал может использоваться для отправки вторичной и диагностической информации. Примеры информации для наложения на несущий сигнал включают вторичные технологические параметры, диагностическую информацию (типа диагностики первичного преобразователя, диагностики прибора, диагностики проводки, технологической диагностики, и т.п.), рабочие температуры, температуру первичного преобразователя, данные калибровки, идентификационные номера приборов, информацию о конфигурации, и т.п. Соответственно, отдельный полевой прибор может иметь множество входных и выходных переменных и может выполнять множество функций.

Кроме того, многие полевые приборы включают схему для кондиционирования (grooming) регистрируемых преобразователем технологических параметров. Часто полевой прибор включает первичный преобразователь, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор, который используется для кондиционирования сигнала в выходной сигнал 4-20 мА или 1-5 В. Термин "кондиционирование" относится к линеаризации, температурной компенсации, подстройке, масштабированию, или иной оценке необработанного аналого-цифрового сигнала. Процесс "кондиционирования" можно моделировать как алгебраическое уравнение в соответствии с определенным типом и средой каждого определенного полевого прибора. Соответственно, процесс "кондиционирования" может быть разным для разных приборов и учитывает определенные окружающие условия.

Беспроводные передатчики могут найти применение в системах мониторинга, имеющих высокую степень распределения. Однако применение беспроводных систем было ограничено ввиду ограниченной зоны обслуживания, большого энергопотребления и высокой стоимости. В частности, использование дополнительного беспроводного передатчика в схеме первичного преобразователя/кондиционирования прототипных устройств приводит к установке дополнительной платы радиосвязи, которая преобразует аналоговый сигнал в цифровой для его отправки по системе радиосвязи (например, PCS и т.п.). Вообще, данные от первичного преобразователя являются уже цифровыми и должны быть преобразованы в аналоговый сигнал до их отправки на плату радиосвязи, которая затем преобразует аналоговый сигнал обратно в цифровой. Дополнительное введение платы радиосвязи не только увеличивает число схем в полевых приборах, и поэтому их стоимость, но дополнительная схема увеличивает энергопотребление полевого прибора.

При том, что использование радиосвязи желательно, энергопотребление при таком решении все еще слишком высоко, и слишком высока дополнительная стоимость, вызванная введением дополнительного беспроводного приемопередатчика в каждом пункте мониторинга. Имеется необходимость в дешевых, с низким энергопотреблением, беспроводных, подлежащих распределению полевых приборах.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предлагается система и способ радиосвязи между полевыми приборами и блоком управления в распределенной системе управления. Полевые приборы с помощью радиосвязи передают необработанные данные и вторичную информацию в базу данных сетевой системы связи с помощью блока управления. Необработанные данные по технологическим параметрам вместе со вторичной информацией хранятся в базе данных. Приложение «виртуальный передатчик» оценивает программными средствами определенные необработанные данные полевого прибора по технологическим параметрам и выдает измеренное значения в соответствии с параметрами процесса. После запроса приложение «виртуальный передатчик» выдает отображаемые сигналы и передает отображаемые сигналы с помощью радиосвязи на выбранный полевой прибор.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 представлена блок-схема прототипа беспроводной системы мониторинга.

На фиг.2 представлена блок-схема беспроводной системы мониторинга по настоящему изобретению.

На фиг.3 представлена блок-схема другого варианта осуществления беспроводной системы мониторинга по настоящему изобретению.

На фиг.4 представлена блок-схема беспроводной системы мониторинга по настоящему изобретению, на которой изображены беспроводные полевые приборы.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

На фиг.1 представлен прототип беспроводной системы мониторинга 10. Система 10 включает полевой прибор 12, в состав которого входит первичный преобразователь 14, схема кондиционирования 16, и плата радиосвязи 18. В дополнение к полевому прибору 12 система 10 включает беспроводный приемник 20, запоминающее устройство для кратковременного или длительного хранения данных или базу данных 22 и системы удаленного доступа 24.

В данном документе термин "полевой прибор" относится к любому прибору, который выполняет какую-нибудь функцию в распределенной системе управления и известен в системах управления. В состав каждого полевого прибора входит первичный преобразователь. Как упоминалось выше, под первичным преобразователем понимают либо прибор, который выдает выходной сигнал на основе входных физических данных, либо прибор, который выдает физический сигнал на выходе на основе входного сигнала. Первичные преобразователи включают различные аналитические приборы, преобразователи давления, терморезисторы, термопары, тензодатчики, расходомеры, устройства позиционирования, исполнительные механизмы, соленоиды, сигнальные лампы и т.п. Как упоминалось выше, термин "полевой прибор" охватывает все эти приборы, а также любой другой прибор, который выполняет какую-нибудь функцию в распределенной системе управления и известен в системах управления. В настоящем примере первичный преобразователь 14 - это измерительный преобразователь, который упоминается как измерительный преобразователь 14.

Вообще, полевой прибор 12 регистрирует параметр. Измерительный преобразователь 14 выдает цифровой сигнал 26, представляющий измеренный параметр. Схема кондиционирования 16 линеаризует, дает поправку на температуру, подгоняет, и/или оценивает сигнал. Кроме того, схема кондиционирования 16 обычно преобразует цифровой сигнал 26 в аналоговый сигнал 28 и пропускает аналоговый сигнал 28 на вход платы радиосвязи 18. Плата радиосвязи 18 преобразует аналоговый сигнал 28 в цифровой сигнал и передает цифровую информацию через радиосигнал 30 на вход беспроводного приемопередатчика 20, который хранит цифровую информацию в базе данных 22 или в другом запоминающем устройстве кратковременного хранения типа оперативной памяти, флэш-памяти, и т.п. Удаленные пользователи, использующие системы удаленного доступа 24 типа управляющих приложений, могут иметь доступ к цифровой информации непосредственно по запросу базы данных 22.

В этой технологии по предшествующему уровню техники, преобразование из цифрового вида в аналоговый и обратно в цифровой иногда приводило к потере информации. Кроме того, различные преобразования дублируют друг друга, и для выполнения этих преобразований требуются дополнительные схемы, что приводит к дополнительному энергопотреблению,

Соответствующий полевой прибор, используемый в прототипе, мог быть либо аналоговым, либо цифровым. Для аналоговых устройств обычно характерно отклонение показаний через какое-то время, что влияет на точность аналогового устройства. Часто, в прототипе, такое отклонение должно было корректироваться схемой кондиционирования 16. В другом случае могли использоваться дорогие, стойкие к отклонению преобразователи или цифровые датчики, что увеличивает стоимость системы.

В настоящем изобретении из полевого прибора исключена схема кондиционирования 16, что уменьшает энергопотребление, полные издержки на производство и техобслуживание полевого прибора и устраняет ненужное аналого-цифровое преобразование. Для кондиционирования необработанных данных, полученных от полевых приборов (включая учет отклонений аналоговых показаний), вместо схемы кондиционирования 16 используется одно приложение или большее число приложений (обычно хранящихся на сетевом компьютере), которые работают как "виртуальный передатчик". В контексте настоящего изобретения "необработанные данные" или "данные" относят к необработанным аналого-цифровым импульсам. Другими словами, данные относятся к единичному номеру, например от 1 до 4096. Без кондиционирования значение единичного номера или необработанных данных распознать нельзя. В частности, в необработанных данных, которые передаются, не указывается тип параметра, диапазон данных и так далее. Вместо этого такая информация хранится в базе данных.

Необработанные данные передаются с помощью радиосвязи на центральный приемник, и приложение «виртуальный передатчик» кондиционирует необработанные данные. Выполняя функцию кондиционирования в программном обеспечении, упрощаются процессы технического обслуживания и модификации, отчасти потому, что модификации могут выполняться программным обеспечением, а не аппаратными средствами. Кроме того, несмотря на то, что полевые приборы распределены, регулировки программного обеспечения, выполненные на сетевом компьютере, могут немедленно воздействовать на каждый распределенный полевой прибор. Наконец, при передаче необработанных данных вместо чисел с плавающей запятой требуется меньшее количество двоичных разрядов, и поэтому нужно меньше времени на передачу.

Например, для калибровки и линеаризации полевого измерительного преобразователя, для компенсации отклонений показаний, оценки и/или кондиционирования данных и т.п. приложение «виртуальный передатчик» использует одну таблицу значений или больше. Таблица значений может уточняться или изменяться, если и когда от изготовителя составных элементов полевого прибора поступает новая информация, и получаемые расчетные значения могут быть точнее, и получены немедленно. Кроме того, при оценке переданных данных программным обеспечением (используя приложение «виртуальный передатчик»), и при хранении переданных данных непосредственно (без уточнения), информация сохраняется для более позднего поиска и анализа, что может быть важно, если, например, табличные значения измерительного преобразователя неточны изначально.

Как показано на фиг.2, в соответствии с настоящим изобретением беспроводная система мониторинга 32 включает один или более полевых приборов 34, состоящих из первичного преобразователя 36 и платы радиосвязи 38, беспроводного приемопередатчика 40, базы данных 42, приложения «виртуальный передатчик» 44 и системы удаленного доступа 46.

Полевой прибор 34 включает первичный преобразователь 36 и плату радиосвязи 38. Как указывалось ранее, под первичным преобразователем 36 следует понимать любой прибор, который переводит входной сигнал в выходной сигнал, имеющий вид, отличный от вида входного сигнала (то есть прибор, который выдает физический сигнал на выходе на основе входного электрического сигнала или выходной электрический сигнал на основе входного физического сигнала). Таким образом, полевой прибор 34, содержащий первичный преобразователь 36, может быть либо устройством ввода, либо устройством вывода. Полевой прибор 34 может содержать как элементы ввода, так и вывода, подключенные к плате радиосвязи 38. Например, полевой прибор 34 может содержать как первичный преобразователь 36, так и сигнальные лампы или жидкокристаллический дисплей, для регистрации информации и передачи необработанных данных или необработанных аналого-цифровых импульсов на вход приемопередатчика 40, и для приема отображаемого сигнала или отображаемого кода с выхода приемопередатчика 40, и для отображения какого-нибудь значения на дисплее.

Приемопередатчик 40 способен поддерживать двухстороннюю радиосвязь со множеством полевых приборов 34. Двухсторонняя радиосвязь может осуществляться при использовании беспроводных сетевых технологий (типа точек доступа радиосвязи по протоколу IEEE 802.11b и радиосетевых устройств, созданных компанией Linksys, Ирвин, шт.Калифорния, США), сотовых или цифровых сетевых технологии (типа Microburst®, компании Aeris Communications, Санэто-Хосе, шт.Калифорния, США), ультра широкой полосы частот, оптики свободного пространства, Глобальной системы для мобильной связи (GSM), Системы пакетной радиосвязи общего пользования (GPRS), широкополосной технологии Множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), способов связи в ИК-диапазоне, SMS (обмен краткими сообщениями, сервисная/текстовая передача сообщений), или любой другой беспроводной технологии. В общем, двухсторонняя радиосвязь может осуществляться на любой сети с коммутацией каналов или любой сети с пакетной маршрутизацией. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего, полевые приборы 34 подключаются к приемопередатчику 40 с помощью сети Microburst®, или подобной технологии, которая для передачи данных использует существующие каналы сотового или цифрового управления. Использование сигналов Microburst® позволяет использовать полевые приборы 34 почти везде и почти на любом расстоянии от центра управления. Кроме того, сигналы Microburst® потребляют меньше энергии чем, например, "всегда включенный" сигнал беспроводной сети.

В частности, приемопередатчик 40 посылает характерный запрос на полевой прибор 34, используя один из каналов управления. Плата радиосвязи 38 полевого прибора 34 выдает "неактивную" несущую или в ответ на нее сигнал "занято", который пропускает необработанные данные и вторичную информацию по одному из каналов управления. Вторичная информация может включать текущий уровень зарядки батареи полевого прибора, код прибора с указанием типа прибора, идентификационный номер прибора, температуру, и т.п. Каждому полевому прибору 34 присваивается уникальный идентификационный номер. Подключение прекращается сразу после передачи необработанных данных. Как правило, в среднем, одна передача данных содержит меньше 41 бит информации и занимает меньше секунды.

До сих пор обсуждение, в основном, было сосредоточено на технологии Microburst, хотя могут применяться и другие технологии радиосвязи. Вообще, в настоящем изобретении можно использовать любой протокол радиосвязи, способный к поддержке передач данных.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения регистрируемый преобразователем параметр передается и хранится как величина между 1 и 4096, которая является необработанным аналого-цифровым импульсом. Другая вторичная информация передается таким же образом в виде отдельных величин, минимизируя, таким образом, число разрядов, передаваемых по каналу управления, чтобы обеспечить передачу всей необходимой информации в пределах отдельного пакета данных. Затем с помощью приложения «виртуальный передатчик» 44 могут оцениваться необработанные величины.

Приемопередатчик 40 ведет поиск необработанных данных и вторичной информации в канале управления "мертвой" несущей или сигнала "занято". Затем необработанные данные и вторичная информация сохраняются в базе данных 42 в соответствии с уникальным идентификатором для полевого прибора. Наконец, приложение «виртуальный передатчик» 44 ведет поиск необработанных данных для каждого первичного преобразователя и оценивает данные от первичного преобразователя, используя вторичную информацию. Например, приложение «виртуальный передатчик» 44 может автоматически искать значение температурной компенсации или множитель в поисковой таблице, чтобы обработать регистрируемые преобразователем данные в соответствии с хранимым значением температуры. Таким образом, регистрируемые преобразователем данные могут быть обработаны для получения точного значения с помощью приложения «виртуальный передатчик» 44 без дополнительного энергопотребления в полевом приборе 34.

Приложение «виртуальный передатчик» 44 содержит одно или более приложений в сетевой системе связи с базой данных. Приложение «виртуальный передатчик» 44 может применяться как отдельное, автономное приложение, как модульное приложение или как независимые приложения. В идеальном случае, приложение «виртуальный передатчик» 44 может свободно модифицироваться и измениться с целью адаптации к новым и/или меняющимся средам контроля.

Вообще, системы удаленного доступа 46 включают в свой состав программное обеспечение системы управления. Вообще, для систем удаленного доступа 46 требуются компьютеры сетевой системы связи с базой данных 42. Для выполнения функций выбора и отображения у систем удаленного доступа 46 имеются программные меню и другие программные управляющие элементы (типа кнопок). Системы удаленного доступа 46 могут также использоваться для включения исполнительных механизмов и управления обратной связью полевых приборов 12. Системы удаленного доступа 46 запрашивают информацию из приложения «виртуальный передатчик» 44. В соответствии с запросом приложение «виртуальный передатчик» 44 выдает из систем удаленного доступа 46 измеренное значение, которое может быть отображено для пользователя системами удаленного доступа 46.

Приложение «виртуальный передатчик» 44 преобразует необработанные данные в кондиционные данные. Соотношение кондиционных данных к регистрируемому преобразователем параметру различимо, тогда как необработанные данные представляют аналого-цифровой импульс, у которого нет различимого значения перед кондиционированием.

Вообще, источником питания для используемых полевых приборов 34 могут быть любые источники напряжения или источники тока, общая шина или индивидуальные батареи. Каждый полевой прибор 34 может получать энергию от устройства преобразования энергии (типа солнечной батареи и т.п.), устройства аккумулирования энергии (типа батареи, конденсатора, и т.п.), гибридного источника (типа топливных батарей, сочетания солнечных батарей с подзаряжаемой аккумуляторной батареей, и т.п.), или альтернативных источников энергии. В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения каждый применяемый полевой прибор 34 имеет свой собственный источник питания типа батареи (не показан), который позволяет использовать полевые приборы 34 везде и в течение короткого времени. При использовании дополнительных полевых приборов 34 требуется включить эти дополнительные полевые приборы 34 в перечень вызова для приемопередатчика 40.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения полевые приборы 34 используются в резервуарах-хранилищах или других устройствах, для чего не требуется поиск самых свежих, сиюминутных данных. Например, при использовании полевых приборов 34 в резервуарах-хранилищах и т.п., может быть достаточно выполнять измерения раз в день, чтобы определить, когда следует выполнять заказ на заправку. Для определения тенденции потребления, предсказания момента опорожнения резервуара могут анализироваться данные, регистрируемые по мере опорожнения резервуара. В частности, в приложении «виртуальный передатчик» 44 для оценки момента опорожнения резервуара может учитываться скорость изменения уровня в резервуаре, после чего клиенту выдается сообщение с указанием предварительной даты заказа на заправку резервуара. В другом случае для оценки информации в соответствии с определенными потребностями клиента в приложении «виртуальный передатчик» 44 может использоваться алгоритм обучения, или алгоритм, который выполняет некоторый тип распознавания образов.

Хранение необработанных данных от первичного преобразователя вместо "кондиционных" данных имеет несколько преимуществ. Во-первых, полевой прибор 34 требует меньшего количества схемных элементов. В частности, данные от полевого прибора 34 линеаризуются компьютерным приложением «виртуальный передатчик» 44 в диспетчерской, а не схемой в каждом полевом приборе 34, уменьшая, таким образом, стоимость применения каждой схемы. Во-вторых, отказ от схемы кондиционирования устраняет потенциальный уровень преобразований и потерь данных. При хранении данных в цифровом виде данные не теряются в результате преобразований из цифрового вида в аналоговый, и обратно. В-третьих, при хранении необработанных данных от первичного преобразователя, а не линеаризованных или кондиционных данных, приложение «виртуальный передатчик» 44 может использоваться для анализа тенденции изменения данных с целью регистрации сбоев в работе измерительного преобразователя, предупреждения управляющего персонала о нестабильности технологических параметров и выдачи данных измерений при необходимости. В-четвертых, с целью оценки необработанных данных различными способами через какое-то время может быть откорректирована или уточнена температурная компенсация, и могут использоваться параметрические данные, что повышает точность всей системы в целом. Наконец, по мере усложнения приложения «виртуальный передатчик» 44, из хранимых технологических данных может тщательно отбираться дополнительная информация, которая иначе может потеряться при хранении только "кондиционных" данных.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, изображенном на фиг.2, приложение «виртуальный передатчик» 44 после сохранения необработанных данных от первичного преобразователя оценивает данные от первичного преобразователя для проверки на наличие условий аварийной сигнализации. Например, если объем резервуара-хранилища резко снижается на 100 этапов (от 0 до 100 единиц), то, возможно, желательно поддерживать объем резервуара-хранилища на определенном уровне во избежание падения более чем на 10 единиц. Схема системы 32 может быть задана оператором таким образом, чтобы для конкретного полевого прибора установить сигнальный параметр на 10 единицах. Приложение «виртуальный передатчик» 44 оценивает данные от первичного преобразователя в свете вторичной информации и значений температурной компенсации и выдает виртуальный выходной сигнал с передатчика (например, аварийный сигнал или сигнал измеренного значения) оператору, клиенту или определенному индивидууму, когда регистрируемое значение находится на заданном аварийном уровне или ниже. Кроме того, приложение «виртуальный передатчик» 44 может вычислить скорость изменения объема в резервуаре, чтобы определить момент срабатывания аварийной сигнализации.

Как показано на фиг.3, система 32 может быть выполнена так, что в состав платы радиосвязи 38 будет входить записывающее запоминающее устройство, содержащее программируемый код 48, для регистрации наличия условий аварийной сигнализации, так, что если регистрируемые преобразователем данные опускаются ниже запрограммированного уровня, плата радиосвязи 38 способна регистрировать наличие условий аварийной сигнализации и инициализации аварийного сигнала путем вызова приемопередатчика 40. В сущности, плата радиосвязи 38 может быть запрограммирована на автоматическую выдачу аварийного сигнала. Некоторые системные программы уже применялись для написания игровых программ и программ для сотовых телефонов типа J2ME компании Сан Майкросистемс (Sun Microsystems), и те же самые программы использовались для программирования плат радиосвязи 38.

Кроме того, для отображения регистрируемых преобразователем значений и данных, полученных от приложения «виртуальный передатчик» 44, каждый полевой прибор 34 может быть снабжен дисплеем 50. После запроса пользователя, например, путем нажатия кнопки на полевом приборе 34, полевой прибор 34 инициирует вызов приемопередатчика 40 и передает регистрируемую преобразователем информацию вместе с отображаемым запросом. После приема приемопередатчиком 40 приложение «виртуальный передатчик» 44 оценивает данные и рассчитывает виртуальный выходной сигнал передатчика (то есть измеренного значения), включая отображаемое значение (например, процент объема резервуара), которое является репрезентативным для переданных данных. Затем, приложение «виртуальный передатчик» 44 заставляет приемопередатчик 40 вернуть отображаемое значение или код в полевой прибор 34, который отображает значение на дисплее 50 для пользователя, сделавшего запрос. Значение, полученное по обратной связи, может быть простым кодом отображения, а не полным числом с плавающей запятой, что минимизирует трафик передачи.

Как показано на фиг.4, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, система 32 включает множество полевых приборов 34. Схема приложения «виртуальный передатчик» 44 может быть задана так, чтобы заставить приемопередатчик 40 вызывать каждый полевой прибор 34 по очереди, производя поиск необработанных данных и обеспечивая хранение необработанных данных в базе данных 42. Поиск хранимых данных в сети осуществляется приложением «виртуальный передатчик» 44 или другими приложениями (не показаны).

Вообще, база данных 42 находится в компьютерной сети, в состав которой входят и другие рабочие станции. Рабочие станции могут быть, а могут и не быть однопользовательскими. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретениям в состав компьютерной сети входят другие персональные компьютеры и различные известные периферийные устройства. Доступ различных рабочих станций к базе данных можно контролировать, используя различные известные меры защиты, включая защиту с использованием пароля, которой, однако, не ограничивается область применения настоящего изобретения. Схема системы 32 может быть задана так, чтобы позволить или запретить доступ как того требуют специфические приложения, и может быть задана так, чтобы по мере необходимости направлять по сети сообщения об аварийной сигнализации.

Как указывалось ранее, программное обеспечение автоматической аварийной сигнализации может постоянно находиться на сервере, на котором установлена база данных 42, или на любом компьютере в сетевой системе связи с базой данных 42. Приложение «виртуальный передатчик» 44 может использоваться операторами, чтобы просматривать данные от первичного преобразователя, и выдавать управляющие сигналы. В другом случае управляющие сигналы могут выдаваться автоматически, как в промышленной технологии, для управления позиционированием и т.п.

Приложение «виртуальный передатчик» 44 "кондиционирует" необработанные данные после запроса. Такое кондиционирование может включать линеаризацию, температурную компенсацию, подстройку или, иначе, оценку необработанных данных. В частности, приложение «виртуальный передатчик» 44 может оценивать необработанные данные, и выдавать измеренные значения, представляющее регистрируемую преобразователем переменную с учетом калибровки и другой информации первичного преобразователя, хранимой в базе данных 42. Измеренное значение может быть запрошено пользователем в диспетчерской с помощью управляющего приложения или, если полевой прибор 34 имеет индикаторную панель, рабочий в поле может нажать кнопку на полевом приборе и запросить измеренное значение, которое будет рассчитано приложением «виртуальный передатчик» 44 и передано с помощью радиосвязи для отображения на дисплее 50.

При вычислении данных измерений с использованием приложения «виртуальный передатчик» 44 количество схем, требуемое для регистрации и обработки данных в распределенной системе передатчика, минимизировано. При передаче непосредственно необработанных данных уменьшается энергопотребление полевого прибора 34, и этапы обработки переносятся на сервер, у которого обычно больше мощностей для обработки. Передавая только вычисленные данные измерений для отображения, необработанные данные от первичного преобразователя или управляющую/командную информацию, минимизируется использование полосы пропускания, потому что фактически передаются только необходимые байты или коды. Это ограничивает количество передаваемых данных, минимизируя, таким образом, продолжительность передачи. При том, что отображаемое значение соответствует псевдореальному масштабу времени, виртуальный передатчик может передавать дополнительную информацию о первичном преобразователе с тем, чтобы дисплей мог обеспечить калибровку и предоставить другую информацию, которую иначе нельзя получить от первичного преобразователя.

При применении схем кондиционирования в программном обеспечении минимизируются модернизации распределенных полевых приборов. При использовании настоящей прикладной задачи, модернизации программного обеспечения и расчеты кондиционирования могут выполняться почти мгновенно путем установки новых или модифицированных приложений в сеть. Если множественные пользователи обращаются к программе или, если различные программы обращаются к функции программы или приложения, обновления и модификации будут выполняться немедленно для всех полевых приборов по всей сети.

Диспетчерская (не показана) обычно включает компьютеры, пользовательские устройства ввода/вывода, различные виды запоминающих устройств и другое известное компьютерное оборудование. Диспетчерская обычно подключается к базе данных 42 через шину (не показана), которая может быть частной цифровой сетью связи, открытой цифровой сетью связи, использующей частные протоколы, или стандартной цифровой сетью связи, использующей протоколы защищенной связи. Приложение «виртуальный передатчик» 44 принимает различные команды от диспетчерской и отправляет данные в диспетчерскую.

Настоящее изобретение обладает рядом преимуществ перед прототипами. Во-первых, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретениям, так как данные не подвергаются аналоговым преобразованиям, общая точность данных увеличивается. Во-вторых, так как приложение «виртуальный передатчик» 44 является приложением в виде, программного обеспечения на сервере, модернизация программного обеспечения может выполняться во всей системе сразу и мгновенно с одной установки программного обеспечения, а не путем добавления или обновления программного обеспечения в каждом распределенном устройстве, что было бы дорого, занимало бы много времени, и часто бывает очень трудно выполнить. Кроме того, новые функциональные возможности типа распознавания образов и нового диагностического программного обеспечения могут быть добавлены в любое время, без замены полевых приборов, просто путем добавления нового приложения на сервер. Так как данные хранятся в необработанном виде, любое обновление приложения «виртуальный передатчик» обеспечивает совместимость с данными сверху вниз в базе данных. Результирующая система мониторинга требует меньшего количества схем, потребляет меньше энергии и более гибка и приспосабливаема, чем прототипные системы, которые кондиционируют данные перед их передачей и хранением.

Может также использоваться другой вариант осуществления системы по настоящему изобретению, в котором применяется одна общая плата радиосвязи 38 для множества полевых приборов 34 так, что каждый исполнительный механизм/первичный преобразователь 36 передает регистрируемый им параметр на общую плату радиосвязи 38 для радиопередачи его в базу данных 42.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалисты понимают, что возможны изменения по форме и в деталях, которые не меняют по существу объема и сущности настоящего изобретения.

Изобретение относится к полевым приборам доступа и мониторинга в распределенной системе управления, в частности к системе поиска необработанных данных от первичного преобразователя, использующей беспроводные приемо-передатчики. Техническим результатом является повышение эффективности работы системы и способа радиосвязи между полевыми приборами и блоком управления в распределенной системе управления. Полевые приборы с помощью радиосвязи передают необработанные данные и вторичную информацию в базу данных сетевой системы связи с помощью блока управления. Необработанные данные по технологическим параметрам вместе с вторичной информацией хранятся в базе данных. Приложение "виртуальный передатчик" оценивает программными средствами определенные необработанные данные полевого прибора по технологическим параметрам и выдает измеренное значения в соответствии с параметрами процесса. После запроса приложение "виртуальный передатчик" выдает отображаемые сигналы и передает отображаемые сигналы с помощью радиосвязи на выбранный полевой прибор. 5 н. и 33 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ мониторинга распределенной системы, в состав которой входит множество используемых полевых приборов и, по крайней мере, один компьютер в диспетчерской, при этом каждый из полевых приборов содержит первичный преобразователь и беспроводной приемопередатчик, включающий регистрацию информации с помощью используемых полевых приборов для генерирования необработанной цифровой информации, регистрируемой преобразователем; беспроводную передачу необработанной цифровой информации, регистрируемой преобразователем, от каждого полевого прибора до базовой станции;
прием базовой станцией необработанной цифровой информации, регистрируемой преобразователем, переданной от каждого полевого прибора;
хранение полученной необработанной цифровой информации, регистрируемой преобразователем, в базе данных компьютерной сети;
хранение в базе данных для каждого полевого прибора вторичной информации, необходимой для обработки исходных данных от этого полевого прибора;
использование компьютерного приложения «передатчик» на сервере, подключенном к компьютерной сети и расположенном на расстоянии от полевых приборов;
получение на сервере запроса компьютера в диспетчерской на величину измерения от выбранного полевого прибора;
извлечение на сервер из базы данных хранящейся необработанной цифровой информации, регистрируемой преобразователем, полученной выбранным полевым прибором, и хранящейся вторичной информации для выбранного полевого прибора;
компьютерную обработку на сервере хранящейся необработанной цифровой информации, регистрируемой преобразователем, при этом компьютерное приложение «передатчик» использует хранящуюся вторичную информацию с целью вычисления величины измерения; и
передачу по сети полученной величины измерения от сервера к компьютеру в диспетчерской, запросившему величину измерения.

2. Способ по п.1, который также включает
оценку величины измерения по сравнению с заданным значением параметра;
выдачу выходного сигнала; и передачу выходного сигнала.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что выходной сигнал - это отображаемый код, и тем, что этап передачи выходного сигнала включает
передачу отображаемого кода на выбранный полевой прибор для отображения на дисплее полевого прибора.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что выходной сигнал - это регулирующий сигнал, и тем, что этап передачи выходного сигнала включает
передачу регулирующего сигнала на выбранный полевой прибор для изменения параметра, связанного с выбранным полевым прибором.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что выходной сигнал - это аварийный сигнал.

6. Распределенная система мониторинга, включающая
множество полевых приборов, каждый из которых, включает первичный преобразователь для генерирования исходных цифровых данных, основанных на физическом измерении измеряемого параметра, при этом исходные цифровые данные являются необработанными; и беспроводный приемопередатчик для беспроводной передачи исходных цифровых данных; основной приемопередатчик для приема исходных цифровых данных, переданных от каждого полевого прибора;
файл, доступ к которому открыт всем пользователям сети, для хранения исходных цифровых данных для каждого полевого прибора и вторичной информации, необходимой для обработки исходных цифровых данных от этого полевого прибора; и
сервер, подключенный к сети, расположенный на расстоянии от полевых приборов и имеющий компьютерное приложение «передатчик» для извлечения, по запросу, полученному по сети, от компьютера в диспетчерской, хранящихся исходных цифровых данных и вторичной информации, генерирования величины измерения, имеющей распознаваемое отношение к измеряемому параметру для каждого полевого прибора, обозначенного в запросе, путем обработки хранящихся исходных цифровых данных с использованием хранящейся вторичной информации для этого полевого прибора, и передачи величины измерения к компьютеру в диспетчерской, сделавшему соответствующий запрос.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что величина измерения вычисляется путем подставления исходных цифровых данных и вторичной информации в уравнение.

8. Система по п.6, отличающаяся тем, что исходные цифровые данные - это необработанный аналого-цифровой импульс, получаемый от первичного преобразователя.

9. Система по п.6, отличающаяся тем, что беспроводный приемопередатчик передает исходные цифровые данные по каналам управления беспроводного канала связи.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что беспроводной канал связи
- это канал в сети с коммутацией пакетов и маршрутизацией.

11. Система по п.9, отличающаяся тем, что беспроводной канал связи
- это канал в сети с коммутацией каналов.

12. Система по п.6, отличающаяся тем, что беспроводной приемопередатчик выбирается из группы, состоящей из цепи сотовой связи, цепи цифровой связи, цепи ИК связи, и цепи беспроводной связи, совместимой с IEEE 802.11b.

13. Система по п.6, отличающаяся тем, что компьютерное приложение «передатчик» включает множество приложений, взаимодействующих с базой данных.

14. Система по п.13, отличающаяся тем, что хотя бы одно из множества приложений выполняет алгоритмы распознавания образов по исходным цифровым данным, хранящимся в базе данных.

15. Система по п.6, отличающаяся тем, что источником энергопитания полевых приборов является электрическая батарея.

16. Система по п.6, отличающаяся тем, что компьютерное приложение «передатчик» также включает сигнальную функцию для генерирования аварийного сигнала, если исходные цифровые данные отклоняются от заданных параметров.

17. Система по п.6, отличающаяся тем, что в соответствии с запросом пользователя основной приемопередатчик передает отображаемую информацию на беспроводный приемопередатчик для отображения на дисплее полевого прибора.

18. Система по п.17, отличающаяся тем, что компьютерное приложение «передатчик» производит расчет отображаемой информации, используя вторичную информацию, для оценки хранящихся цифровых данных по одной таблице или большему числу таблиц значений.

19. Система по п.6, отличающаяся тем, что компьютерное приложение «передатчик» включает диагностические приложения для отбора и извлечения цифровых данных программными средствами и для сравнения цифровых данных с заданными значениями.

20. Способ мониторинга распределенной системы, в состав которой входит множество используемых полевых приборов, каждый из которых содержит первичный преобразователь и беспроводный приемопередатчик, включающий
регистрацию параметра одним из используемых полевых приборов для генерирования исходных цифровых данных;
беспроводную передачу исходных цифровых данных от полевого прибора до базовой станции, при этом исходные цифровые данные представляют собой необработанное числовое значение, генерируемое физическим измерением параметра, который берет первичный преобразователь;
прием базовой станцией информации по измерениям от полевого прибора;
хранение исходных цифровых данных в запоминающем устройстве компьютерной сети; хранение вторичной информации для каждого полевого прибора в запоминающем устройстве компьютерной сети;
компьютерную обработку, по запросу компьютера в диспетчерской, хранящихся исходных цифровых данных для получения величины измерения, представляющей параметр, при этом обработка данных осуществляется компьютерным приложением «передатчик», работающим на сервере в сети, с использованием хранящейся вторичной информации для полевого прибора, сгенерировавшего хранящиеся исходные цифровые данные, при этом сервер расположен на расстоянии от полевых приборов; и передачу величины измерения по сети от сервера к компьютеру в диспетчерской, сделавшему соответствующий запрос.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что этап компьютерной обработки хранимой информации по измерениям включает
извлечение хранящихся исходных цифровых данных из запоминающего устройства; расчет программными средствами величины измерения на основе хранящихся исходных цифровых данных в соответствии с уравнением обработки.

22. Способ по п.20, который также включает
оценку полученной величины измерения в сравнении с заданными значениями параметра; выдачу выходного сигнала; и передачу выходного сигнала.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что выходной сигнал - это отображаемый код, при этом этап передачи выходного сигнала включает
передачу отображаемого кода на полевой прибор для отображения на дисплее полевого прибора.

24. Способ по п.22, отличающийся тем, что выходной сигнал - это аварийный сигнал.

25. Распределенная система мониторинга, включающая
распределенную сеть полевых приборов, в состав каждого из которых входит первичный преобразователь и связанный с ним первый беспроводной приемопередатчик для передачи радиосигналов, включающих исходные цифровые данные, представляющие необработанное числовое значение, генерируемое физическим измерением, выполненным первичным преобразователем;
второй беспроводной приемопередатчик для приема радиосигналов;
базу данных для хранения исходных цифровых данных на основе радиосигналов, полученных вторым беспроводным приемопередатчиком, и для хранения вторичной информации, связанной с каждым полевым прибором;
и компьютерное приложение «передатчик», работающее на сервере, подключенном к сети, расположенном на расстоянии от полевых приборов, для извлечения из базы данных хранящихся данных и вторичной информации, связанной с каждым полевым прибором, для генерирования, по запросу компьютера в диспетчерской, обработанной величины измерения на основе исходных цифровых данных и вторичной информации, при этом приложение «передатчик» обрабатывает исходные цифровые данные в соответствии с вторичной информацией, и для передачи величины измерения по сети компьютеру в диспетчерской, сделавшему соответствующий запрос.

26. Система по п.25, отличающаяся тем, что исходные цифровые данные включают необработанный аналого-цифровой импульс, получаемый от первичного преобразователя.

27. Система по п.25, отличающаяся тем, что первый беспроводной приемопередатчик выбирается из группы, состоящей из цепи сотовой связи, цепи цифровой связи, цепи связи на основе ультраширокой полосы частот и цепи связи на основе оптики свободного пространства.

28. Система по п.25, отличающаяся тем, что радиосигналы передаются, используя каналы управления беспроводного канала связи.

29. Система по п.25, отличающаяся тем, что источниками энергопитания одного полевого прибора или большего количества полевых приборов являются устройства преобразования энергии.

30. Система по п.25, в которой приложение «передатчик» также включает сигнальную функцию для генерирования аварийного сигнала, если величина измерения отклоняется от заданных параметров.

31. Система по п.25, отличающаяся тем, что радиосигналы передаются, используя сеть с коммутацией каналов.

32. Система по п.25, отличающаяся тем, что радиосигналы передаются, используя сеть с коммутацией пакетов и маршрутизацией.

33. Система по п.25, отличающаяся тем, что в соответствии с запросом пользователя второй беспроводной приемопередатчик передает отображаемую информацию на первый беспроводной приемопередатчик для отображения на дисплее полевого прибора.

34. Система по п.33, отличающаяся тем, что приложение «передатчик» производит расчет отображаемой информации, используя вторичную информацию.

35. Система по п.25, отличающаяся тем, что приложение «передатчик» включает диагностические приложения для отбора и извлечения цифровых данных программными средствами и для сравнения данных с заданными значениями.

36. Система по п.25, отличающаяся тем, что приложение «передатчик» включает множество приложений, взаимодействующих с базой данных.

37. Система по п.36, отличающаяся тем, что хотя бы одно из множества приложений выполняет алгоритмы распознавания образов по цифровым данным, хранящимся в базе данных.

38. Способ мониторинга распределенной системы, в состав которой входит множество используемых полевых приборов, каждый из которых содержит первичный преобразователь и беспроводной приемопередатчик, включающий
регистрацию параметра одним из используемых полевых приборов для генерирования исходных цифровых данных;
беспроводную передачу исходных цифровых данных от полевого прибора до базовой станции, при этом исходные цифровые данные представляют собой необработанное числовое значение, генерируемое физическим измерением параметра, который берет первичный преобразователь;
прием базовой станцией информации по измерениям от полевого прибора;
хранение исходных цифровых данных в запоминающем устройстве компьютерной сети;
компьютерную обработку, по запросу компьютера в диспетчерской, хранящихся исходных цифровых данных для получения величины измерения, представляющей параметр, при этом обработка данных осуществляется компьютерным приложением «передатчик», работающим на сервере в сети, расположенном на расстоянии от полевых приборов;
передачу величины измерения по сети от сервера к компьютеру в диспетчерской, сделавшему соответствующий запрос;
оценку полученной величины измерения в сравнении с заданными значениями параметра; выдачу регулирующего сигнала; и передачу регулирующего сигнала на полевой прибор для изменения параметра, связанного с полевым прибором.