СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОПЕРАЦИОННЫМИ ПОЛЕВЫМИ УСТРОЙСТВАМИ ЧЕРЕЗ ПОРТАТИВНЫЙ КОММУНИКАТОР Российский патент 2014 года по МПК G05B19/42 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к сетям управления технологическим процессом, а более подробно к управлению операционным полевым устройством через портативный коммуникатор.

Уровень техники

Системы управления технологическим процессом, такие как используемые в химических, нефтехимических или других технологических процессах, как правило, включают один или более централизованных или децентрализованных контроллеров процесса, коммуникативно соединенных с помощью аналоговых, цифровых или комбинированных аналогово-цифровых каналов связи, по крайней мере, с одним главным компьютером и/или автоматизированной рабочей станцией оператора, и с одним или более устройствами измерения и управления технологическим процессом, такими как, например, полевые устройства. Полевые устройства, например клапаны, позиционеры клапанов, выключатели, передатчики и датчики (например, температуры, давления и датчики расхода), расположены в пределах операционной системы промышленных установок, и выполняющие функции управления процессом, такие как открытие, или закрытие клапанов, измерение параметров процесса, увеличение или уменьшение потока жидкости, и т.д. Полевые устройства, снабженные микропроцессором, такие как полевые устройства, соответствующие известному протоколу FOUNDATION^тм Fieldbus (в дальнейшем "Fieldbus") или HART®. Протокол могут также выполнять контрольные вычисления, функции аварийного оповещения и другие функции управления, обычно осуществляемые в контроллерах процессов.

Контроллеры процесса, которые, как правило, располагаются в пределах операционной системы промышленных установок, получают информационные сигналы от измерений или переменных технологического процесса, произведенные с помощью, или связанные с полевыми устройствами и/или другой информацией, имеющей отношение к полевым устройствам, и выполняют приложения контроллера. Приложения контроллера включают, например, различные модули управления, которые принимают решения по управлению технологическим процессом, выдают управляющие сигналы, основанные на полученной информации, и координируют работу с модулями или блоками управления, работающими в полевых устройствах, таких как HART и полевые устройства «Fieldbus». Модули управления в контроллерах процесса посылают управляющие сигналы по линиям коммуникации или сигнальным каналам к полевым устройствам, чтобы таким образом управлять выполнением процесса.

Информация от полевых устройств и контроллеров процесса, как правило, становится доступной одному или более другим аппаратным средствам, таким как, например, автоматизированные рабочие станции оператора, автоматизированные рабочие станции обслуживания, персональные компьютеры, переносные устройства, журналы данных, генераторы отчетов, централизованные базы данных и т.д., чтобы позволить оператору или наладчику выполнять желаемые функции в отношении процесса, такие, например, как изменение параметров настройки программы управления технологическим процессом, изменение функционирования управляющих модулей в контроллерах процесса или» полевых устройствах с микропроцессорами, наблюдение за текущим состоянием процессов, или специфических устройств в промышленных установках, наблюдение сигналов тревоги, произведенных полевыми устройствами и контроллерами процесса, моделирование функционирования процесса с целью обучения персонала, или проверка программного обеспечения управления производственными процессами, диагностирование проблем, или отказов аппаратных средств, в технологических установках для непрерывного процесса производства и т.д.

При том, что типичная промышленная установка включает много устройств измерения и управления технологическим процессом, таких как клапаны, передатчики, датчики и т.д., соединенных с одним или более контроллерами процесса, существует много других вспомогательных устройств, которые также необходимы или связаны с управлением технологическим процессом. Эти вспомогательные устройства включают, например, оборудование электропитания, оборудование производства и распределения электроэнергии, вращающееся оборудование, такое как турбины, двигатели и т.д., которые расположены в многочисленных местах на типичной промышленной установке. При том, что это вспомогательное оборудование не обязательно создает или использует переменные технологического процесса и во многих случаях не управляется, или даже не подключено к контроллеру технологического процесса с целью влияния на функционирование технологического процесса, это оборудование, однако, важно и в конечном счете необходимо для правильного функционирования технологического процесса.

Как известно, проблемы часто возникают в операционных системах промышленных установок, особенно промышленных установок, имеющих большое количество полевых устройств и вспомогательного оборудования. Эти проблемы могут привести к повреждениям или работе со сбоями, устройств, логических элементов, таких как программное обеспечение, находящиеся в несоответствующем режиме, ненадлежащим образом настроенные циклы управления технологическим процессом, одним, или более, отказом в коммуникациях между устройствами в пределах промышленной установки, и т.д. Эти и другие проблемы, несмотря на то, что они многочисленны по своей природе, в общем приводят к технологическому процессу, работающему со сбоями (то есть, промышленной установке, работающей в ненормальном режиме), которая, обычно, связывается с субоптимальной работой промышленной установки.

Различные способы были разработаны для анализа работы и обнаружения проблем с различными полевыми устройствами. В одном из способов, например, производится захват "сигнатуры" клапана в случае, когда клапан впервые введен в действие. Например, система может переместить клапан от 0 до 100% и сделать запись величины давления воздуха, необходимого для перемещения клапана по его полному циклу. Потом эта "сигнатура" используется для контроля фактического давления воздуха относительно сигнатуры давления воздуха и оповещает обслуживающий персонал в случае, если отклонение является слишком большим.

Используя другие известные способы (например, раскрытые в Патенте США No 6466893, озаглавленном "Статистическое определение оценок параметров цикла управления технологическим процессом", включенном сюда путем ссылки), возможно определить оценки одного или более параметров цикла процесса, таких как трение, мертвая зона, мертвое время, колебание, прогиб валов или обратная реакция устройства управления технологическим процессом. В частности, можно собирать данные сигнала, имеющего отношение к выходному параметру, к входному параметру, хранить данные сигнала, как ряд дискретных точек, устраняя некоторые из точек в ряду согласно предопределенному алгоритму и выполняя статистический анализ приведенного ряда для получения среднего значения одного или более параметров управления технологическим процессом. Это позволит оценить среднюю величину трения исполнительного механизма, например, для задвижки.

В некоторых случаях может быть трудно использовать систему управления технологическим процессом для анализа работы и обнаружения проблем, связанных с полевыми устройствами. Например, оператор в диспетчерской или наладчик в полевых условиях может быть назначен координировать усилия по захвату сигнатуры клапана, например перемещать клапан, используя систему управления технологическим процессом, наладчик, возможно, может нуждаться в изменении заданного значения оператором, а оператор может быть занят контролем и адресацией рабочих процессов. Кроме того, в некоторых случаях может быть желательным оценить полевое устройство, когда полевое устройство отключено от системы управления технологическим процессом (например, когда устройство находится в цеху обслуживания, или прежде, чем устройство будет установлено на линии). В этих и других подобных случаях может быть выгодным анализировать работу полевых устройств локально (например, в полевых условиях, в цеху обслуживания и так далее).

Устройства могут быть проанализированы локально в полевых условиях с использованием переносных полевых инструментов обслуживания. Так как, по крайней мере, некоторое оборудование технологического процесса может включать очень нестабильные, или даже взрывчатые, среды, часто выгодно или даже необходимо выполнение внутренних требований безопасности для переносных полевых инструментов обслуживания, используемых с такими полевыми устройствами. Эти требования помогают гарантировать, что совместимые электрические устройства не будут создавать опасности воспламенения, даже в условиях возникновения ошибки. Один пример внутренних требований безопасности сформулирован в: СТАНДАРТЕ ОДОБРЕНИЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНО БЕЗОПАСНЫХ АППАРАТОВ И СВЯЗАННЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В КЛАССАХ I, II и III, РАЗДЕЛ НОМЕР 1 ОПАСНЫЕ (КЛАССИФИЦИРОВАННЫЕ) УЧАСТКИ, НОМЕР КЛАССА 3610, опубликованный Factory Mutual Research, Январь 2007. Например, переносной полевой инструмент обслуживания, который соответствует внутренним требованиям безопасности, это - полевой коммуникатор Модель 375 (рассмотренный в опубликованной заявке США №2008/0075012, озаглавленной "Переносной монитор обслуживания магистральной шины", включенной сюда путем ссылки, патентные права переданы), продаваемый корпорацией Emerson Process Management.

При том, что переносные полевые инструменты обслуживания очень полезны для локального контроля полевых устройств, они, как правило, разрабатываются для подключения к полевым устройствам, которые, возможно, не являются легкодоступными в полевых условиях. Кроме того, даже те переносные полевые инструменты обслуживания, которые оборудованы возможностями беспроводной коммуникации (такой, как рассмотренный в опубликованной заявке США No 2008/0268784, названном "Беспроводной адаптер коммуникации процессов для управления полевыми инструментами обслуживания," и Патенте США No 7426452, названном "Переносной полевой инструмент обслуживания с двойным протоколом с радиочастотным диапазоном коммуникации", включенных сюда путем ссылки) могут включать сложные особенности и интерфейсы и в результате могут быть в меньшей степени интуитивно понятными для пользователя.

Раскрытие изобретения

В общем, способ и устройство представляют портативный коммуникатор для управления полевым устройством. Портативный коммуникатор разработан для обмена информацией с полевым устройством для эффективной конфигурации и/или анализа работы полевого устройства. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения портативный коммуникатор включает интуитивный пользовательский интерфейс, который позволяет пользователю выполнять относительно ограниченный набор процедур на полевом устройстве. Эти процедуры, которые могут быть основными процедурами, такими как тест перемещения клапана, могут быть в значительной степени предварительно сконфигурированы посредством фиксированных, предварительно запрограммированных, настроек. Из-за ограниченного набора процедур и параметров настройки пользователь может не производить навигацию по сложным меню и экранам конфигурации. В результате время, требуемое для выполнения общих процедур на полевых устройствах, может быть снижено, а количество ошибок, связанных с указанными процедурами, может быть сокращено.

Портативный коммуникатор может обмениваться информацией с полевым устройством проводным и/или беспроводным путем. В одном варианте исполнения настоящего изобретения портативным коммуникатором является смартфон, оснащенный функцией Bluetooth, Персональный цифровой секретарь, карманный ПК, или любое другое устройство мобильной связи, оснащенное функцией Bluetooth. Портативный коммуникатор может обмениваться информацией с полевым устройством через устройство радиосвязи, соединенное с полевым устройством. Устройство радиосвязи может быть внешним или внутренним по отношению к полевому устройству. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения устройство радиосвязи может быть соединено с полевым устройством через вспомогательные терминалы полевого устройства. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения устройство радиосвязи может быть соединено с полевым устройством через контур управления. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения устройство радиосвязи может быть подсоединено непосредственно к компоненту или субкомпоненту полевого устройства.

Портативный коммуникатор может обмениваться информацией с устройством радиосвязи через стандарт Bluetooth. Устройство радиосвязи может включать интерфейс протокола для преобразования сигналов Bluetooth в сигналы, совместимые с полевым устройством, и наоборот. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения устройство радиосвязи может включать интерфейс протокола для преобразования сигналов Bluetooth в сигналы HART®, и наоборот.

По крайней мере, в некоторых вариантах исполнения данного изобретения портативный коммуникатор может включать интерфейс для перемещения клапана. Пользовательский интерфейс может включать набор выбираемых запрограммированных значений для перемещения клапана. Пользовательский интерфейс может также включать сталкиватель для перемещения клапана в заданное пользователем значение, не включенное в набор запрограммированных заданных значений. Пользовательский интерфейс может также включать окно результатов, разработанное для иллюстрации результатов тестов перемещения. Результаты теста перемещения могут быть показаны в числовой и/или текстовой форме. Результаты теста перемещения могут также быть показаны в графической форме. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения портативный коммуникатор может показывать результаты испытаний в процессе работы теста. В некоторых из этих вариантов исполнения настоящего изобретения, портативный коммуникатор может показывать результаты испытаний в режиме реального времени. В других вариантах исполнения настоящего изобретения портативный коммуникатор может показывать результаты испытаний с задержкой. Портативный коммуникатор может также сохранять результаты в файл.

В другом аспекте настоящего изобретения система программного обеспечения обеспечивает интуитивный интерфейс для взаимодействия с полевым устройством, работающим в операционной системе управления технологическим процессом. По крайней мере, в некоторых из вариантов исполнения настоящего изобретения система программного обеспечения может функционировать на множестве аппаратных платформ (например, сотовый телефон или смартфон, персональный цифровой секретарь и т.д.) Наконец, система программного обеспечения может быть совместимой с виртуальной машиной, такой как, например, Виртуальная Java-машина (JVM). Дополнительно или альтернативно, система программного обеспечения может функционировать на специализированном портативном коммуникаторе, таком как, например, полевой коммуникатор Модель 375. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения система программного обеспечения включает некоторые или все модули интерфейса коммуникации для обмена информацией с одним или несколькими полевыми устройствами; логический испытательный модуль для передачи команд в полевое устройство, анализа соответствующих реакций, анализа динамики результатов испытаний, преобразования данных устройства в другой формат, и т.д.; управляющий модуль для форматирования и передачи команд на полевое устройство через модуль интерфейса коммуникации; и модуль пользовательского интерфейса для вывода опций пользователю на экран, например, полученных команд от клавиатуры, сенсорного экрана, звукового модуля и т.д.

Детали специфических вариантов исполнения настоящего изобретения сформулированы в сопровождающих фигурах и в описании ниже. Дальнейшие особенности, аспекты и преимущества изобретения станут очевидными из описания и фигур.

Краткое описание чертежей

На ФИГ.1 показан пример операционной системы управления технологическим процессом, в которой может использоваться портативный коммуникатор;

На ФИГ.2А показан один пример соединения между устройством радиосвязи и полевым устройством;

На ФИГ.2В показан другой пример соединения между устройством радиосвязи и полевым устройством;

На ФИГ.3 показан пример пользовательского интерфейса в портативном коммуникаторе;

На ФИГ.4 показан пример пользовательского интерфейса в портативном коммуникаторе для выполнения теста перемещения;

На ФИГ.5 показана схема нескольких модулей системы программного обеспечения, которая может выполняться на портативном коммуникаторе ФИГ.1-4; и

На ФИГ.6 показан пример способа выполнения программы на полевом устройстве в системе управления технологическим процессом с использованием портативного коммуникатора ФИГ.1-4.

Осуществление изобретения

На ФИГ. 1 дан пример системы управления технологическим процессом 10. Система управления технологическим процессом 10 включает один или более контроллеров технологического процесса 12, соединенных с одним или более главным терминалами или компьютерами 14 (которые могут быть персональными компьютерами или автоматизированными рабочими станциями), и соединена с банками устройств ввода/вывода (В/В) 20, 22, каждое из которых, в свою очередь, соединено с одним или более полевыми устройствами 25. Контроллеры 12, которые могут быть, например, контроллерами DeltaV^тм, продаваемыми Fisher-Rosemount Systems, Inc., коммуникативно соединены с главными компьютерами 14 через, например, соединение Ethernet 40, или другие средства коммуникации. Аналогично, контроллеры 12 коммуникативно соединены с полевыми устройствами 25 с использованием любых требуемых аппаратных средств и программного обеспечения, соединенных с, например, устройствами, использующими стандарт 4-20 мА и/или любым смарт-протоколом коммуникации, таким как протоколы HART или Fieldbus. Общеизвестно, что контроллеры 12 управляют или контролируют программы управления технологическим процессом, сохраненные в них или, так или иначе, соединенные с ними и соединяются с устройствами 25-36 для управления технологическим процессом любым желательным способом.

Полевые устройства 25 могут быть любыми типами устройств, такими как датчики, клапаны, передатчики, позиционеры, и т.д., тогда как карты ввода/вывода в пределах банков 20 и 22 могут быть любыми типами устройств ввода/вывода, соответствующими любой желательной коммуникации, или протоколу контроллера, такому как HART, Fieldbus, Profibus и т.д. В варианте исполнения настоящего изобретения, показанном на ФИГ.1, полевые устройства 25а-25с являются устройствами, использующими стандарт 4-20 мА, которые соединяются по аналоговым линиям с картой ввода/вывода 22а. Полевые устройства 25d-25f показаны как устройства HART, соединенные с HART совместимой картой ввода/вывода 20А. Точно так же полевые устройства 25J-25I являются смарт-устройствами, такими как полевые устройства Fieldbus, которые соединяются по цифровой шине 42 или 44 с картами ввода/вывода 20В или 22В, используя, например, протоколы коммуникации Fieldbus. Конечно, полевые устройства 25 и банки карт ввода/вывода 20 и 22 могут соответствовать любому другому желательному стандарту (ам), или протоколам помимо 4-20 мА, HART или протоколов Fieldbus, включая любые стандарты или протоколы, которые будут развиваться в будущем.

Каждый из контроллеров 12 разработан для осуществления стратегии управления с использованием того, что обычно упоминается, как функциональные блоки, где каждый функциональный блок - часть (например, подпрограмма) полной программы контроля, и работает вместе с другими функциональными блоками (через коммуникации, называемые каналами связи), чтобы осуществлять контуры управления технологическим процессом в рамках системы управления технологическим процессом 10. Функциональные блоки, как правило, выполняют одну из входных функций, таких как в передатчиках, датчиках или других устройствах измерения параметров технологического процесса, функций управления, таких как при управлении контрольными программами, которые выполняют программы идентификаторы процесса, нечеткой логики и т.д., или выходных функций, которые управляют функционированием некоторого устройства, такого как клапан, для выполнения некоторой физической функции, в пределах системы управления технологическим процессом 10. Конечно, существуют гибридные и другие типы функциональных блоков. Группы этих функциональных блоков называют модулями. Функциональные блоки и модули могут быть сохранены и выполнены контроллером 12, что, как правило, имеет место, когда эти функциональные блоки используются для или соединены с устройствами стандарта 4-20 мА, и некоторыми типами смарт-устройств, или могут сохраняться и выполняться непосредственно полевыми устройствами, что может иметь место для устройств Fieldbus. При описании представленной здесь системы управления используется стратегия управления функционального блока, стратегию управления можно также осуществлять или проектировать с использованием других общепринятых условий, таких как цепная логическая схема, последовательные блок-схемы и т.д., и использование любого желательного собственного или общедоступного языка программирования.

Система управления технологическим процессом 10 включает одно или более устройств радиосвязи 60, которые могут обеспечить беспроводное функционирование для полевых устройств 25. Устройства радиосвязи 60 могут включать местные устройства сохранения энергии, такие как сменные батареи. Устройства радиосвязи 60 могут соответствовать внутренним требованиям безопасности. Хотя ФИГ.1 показывает устройства радиосвязи 60, как автономные внешние устройства, устройства радиосвязи 60 могут также быть внутренними устройствами, как, например, включенные в устройства 25.

В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения устройства радиосвязи 60 могут быть оборудованы протоколами радиосвязи, такими как Bluetooth. В результате устройства радиосвязи 60 могут позволить полевым устройствам 25 обмениваться информацией беспроводным способом с портативными коммуникаторами 70 (например, смартфонами, персональными цифровыми секретарями, карманными ПК и так далее), оснащенными возможностями Bluetooth. Примером устройства радиосвязи 60 является Модель интерфейса VIATOR® Bluetooth 010041 для использования с полевыми устройствами HART ®, продаваемая MACTek® Corporation.

Устройства радиосвязи 60 могут быть соединены с полевыми устройствами 25, такими как цифровой клапанный контроллер (ЦКК), многими способами, и ФИГ.2А-2В показывают некоторые примеры подключения. Ссылаясь на ФИГ.2А, в некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения устройство радиосвязи 60а может быть подключено к полевому устройству 25d через измерительные приборы контура управления технологического процесса. Устройство радиосвязи 60а может быть соединено с контуром управления 65 при помощи провода 75, мини фиксатора-зажима и так далее. Что касается ФИГ.2В, устройство радиосвязи 60b может также быть подключено к полевому устройству 251 через вспомогательные терминалы 80 устройства (также использующие провод, мини фиксатор-зажим, и так далее). В таких и подобных конфигурациях радиоустройство коммуникации 60 может включать интерфейс протокола 90, разработанный для преобразования сигналов, совместимых с портативными коммуникаторами 70, в сигналы, совместимые с полевыми устройствами 25, и наоборот. Например, если портативный коммуникатор 70 является персональным цифровым секретарем, оснащенным Bluetooth, и полевое устройство 25 является HART-совместимым устройством, интерфейс протокола 90 может быть разработан для преобразования сигналов Bluetooth к сигналам HART, и наоборот.

Альтернативно, устройства радиосвязи 60 могут быть соединены непосредственно со специфическими компонентами или субкомпонентами полевых устройств. Например, устройство радиосвязи 60 может быть соединено с микропроцессором позиционера, включенного в цифровой контроллер клапана (ЦКК). В такой альтернативной конфигурации (не показана) интерфейс протокола, такой как интерфейс Bluetooth-HART, указанный выше в ссылке на ФИГ.2А-2В, возможно, не требуется, и портативный коммуникатор 70 может обмениваться информацией непосредственно с полевыми устройствами 25, используя, например, стандарт Bluetooth.

Портативные коммуникаторы 70, описанные выше, могут использоваться для конфигурации полевых устройств 25, и для анализа работы и обнаружения проблем, возникающих в полевых устройствах 25 (например, в полевых условиях, в цехе обслуживания и так далее). Например, портативный коммуникатор 70 может использоваться для выполнения теста перемещения (также называемый «перемещающий клапан»), например захватить сигнатуру клапана, как описано выше, или контролировать фактическую работу клапана по отношению к сигнатуре. Аналогично, портативный коммуникатор 70 может использоваться для общей оценки параметров контура, таких как трение, зона нечувствительности, запаздывание, колебание, прогиб валов или люфт полевых устройств.

На ФИГ.3 показан общий пример пользовательского интерфейса 300 портативного коммуникатора 70. В варианте исполнения настоящего изобретения пользовательский интерфейс 300, в общем, предоставляет пользователю основную и ограниченную способность конфигурации, анализа работы, и обнаруживать проблемы, возникающие в полевых устройствах 25. Например, пользовательский интерфейс 300 может предоставлять пользователю предварительно сконфигурированные параметры настройки и функции, и предложить пользователю относительно ограниченную способность реконфигурировать эти параметры настройки и функции. Из-за ограниченного набора способностей реконфигурировать параметры настройки и функционирования пользователем таковой вообще может избежать необходимости проводить навигацию через многочисленные сложные меню и экраны конфигурации. Это может вызвать относительное уменьшение времени установки и количества человеческих ошибок.

В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения пользовательский интерфейс 300 позволяет пользователю устанавливать и/или прерывать беспроводную связь между портативным коммуникатором 70 и полевым устройством 25. Например, пользователь может, в общем, соединиться с полевыми устройствами 25, например, выделяя "СОЕДИНИТЬ" 310, с пользовательским интерфейсом 300. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения пользовательский интерфейс 300 может позволить пользователю соединяться со специфическим полевым устройством 25 (например, из списка многократных полевых устройств 25 подключенных к данному устройству радиосвязи 60). Например, если устройство радиосвязи 60, с которым обменивается информацией портативный коммуникатор 70, подключено к измерительному прибору контура управления технологического процесса, который поддерживает конфигурацию многоабонентской линии HART (и таким образом, включает составные полевые устройства 25), пользователь может быть в состоянии рассмотреть список полевых устройств 25, подключенных к контуру, и соединиться с определенным полевым устройством 25 из списка. Иными словами, пользовательский интерфейс 300 позволяет пользователю проводить упорядоченный опрос устройств, подключенных к контуру.

В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения пользовательский интерфейс 300 включает окно статуса 340, сконфигурированное для показа пользователю статус беспроводного соединения между портативным коммуникатором 70, и устройством радиосвязи 60, подключенным к полевому устройству 25 и/или статус полевого устройства 25 непосредственно. Например, если не существует активного беспроводного соединения между портативным коммуникатором 70 и устройством радиосвязи 60, окно 340 статуса может отобразить пользователю "не соединено". С другой стороны, если существует беспроводное соединение между портативным коммуникатором 70 и устройством радиосвязи 60, окно 340 статуса может показать статус полевого устройства 25. Например, если полевое устройство 25 выполняет операцию (например, начатую другим пользователем, или вообще системой управления технологическим процессом 10), окно 340 статуса может показать "в обслуживании", указывая пользователю, что полевое устройство 25 недоступно для конфигурации. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения, когда полевое устройство 25 находится в состоянии "в обслуживании", портативный коммуникатор 70 может все еще использоваться для контроля параметров (например, заданных значений), полевого устройства 25, но изменение этих параметров пользователем может предотвращаться до тех пор, пока устройство, например, не перейдет в состояние "не обслуживается".

В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения пользовательский интерфейс 300 также предоставляет пользователю основные функции установки. Например, чтобы предотвратить небрежные оплошности (например, закрытие полевого устройства 25, когда полевое устройство 25 выполняет важную функцию, связанную с технологическим процессом), пользователь может настроить портативный коммуникатор 70, чтобы работать только в режиме чтения (например, быть в состоянии контролировать, но не конфигурировать, или отвергать параметры полевых устройств 25). Пользовательский интерфейс 300 также предоставляет пользователю ограниченную способность, например, конфигурирования режима контроля, режима контроля перезапуска, условия нулевой мощности, модели клапана, модели исполнительного механизма, типа реле, соединения обратной связи и так далее.

В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения пользовательский интерфейс 300 также позволяет пользователю выполнять ограниченный набор основных процедур, например, тестов для анализа работы полевого устройства 25. Эти процедуры могут быть в значительной степени предварительно сконфигурированы, например, с предопределенными параметрами настройки. Например, пользователь может использовать интерфейс 300 портативного коммуникатора 70, для выполнения теста перемещения в предопределенных заданных значениях (например, 0%, 25%, 50%, 100%, и так далее). Из-за ограниченного набора параметров настройки пользователь может не проводить навигацию через многочисленные меню и экраны конфигурации. В результате время, затраченное на выполнение общих процедур на полевых устройствах 25, может быть снижено, а количество ошибок, связанных с этими процедурами, может сокращаться. Специалисту в данной области будет понятно, что тест перемещения описанный ниже, является только примером многочисленных основных процедур, которые могут выполняться с использованием портативного коммуникатора 70. Другие процедуры включают шаговый тест EnTech, шаговый тест, тест пилообразных изменений, синусоидальный волновой тест, прямоугольной волновой тест, треугольный волновой тест, и так далее.

На ФИГ.4 показан пример пользовательского интерфейса 400 портативного коммуникатора 70 для выполнения теста перемещения. Пользовательский интерфейс включает набор выбираемых предварительно запрограммированных заданных значений 430, которые пользователь может выбирать для перемещения клапана. Чтобы обучить пользователей, которые управляют портативными коммуникаторами 70 прежде всего правой рукой, предопределенные заданные значения 430 могут быть помещены в правую сторону пользовательского интерфейса 400 так, чтобы они были легкодоступны для работы правой рукой. Однако предопределенные заданные значения 430 могут быть помещены куда-либо в пользовательский интерфейс 400 (например, на левую сторону пользовательского интерфейса 400, чтобы обучить тех пользователей, которые управляют портативными коммуникаторами 70 преимущественно левой рукой).

В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения пользовательский интерфейс 400 также включает сталкиватель 420. Пользователь может использовать сталкиватель 420, чтобы переместить клапан до заданного значения, которое не включено в набор предварительно запрограммированных заданных значений 430. Пользователь может сделать так, выбирая заданное значение из набора предварительно запрограммированных заданных значений 430, и изменять отобранное заданное значение в сторону увеличения или в сторону уменьшения, используя сталкиватель 420. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения сталкиватель 420 может позволить пользователю изменять предварительно запрограммированные заданные значения 430, используя приращения на -2% или на +2%, с использованием кнопок. Альтернативно сталкиватель 420 может включать один или более ползунков (например, один ползунок низкой разрешающей способности, и один ползунок высокой разрешающей способности) для регулировки заданных значений, или других средств управления, которые могут быть физическими или виртуальными/логическими.

В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения пользовательский интерфейс 400 также включает окно результатов 410, сконфигурированное для отображения результатов тестов перемещения. Показанные результаты не ограничиваются исходными данными, произведенными тестом, и могут включать вычисления, основанные на полученных данных. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения показанные результаты могут включать дискретные динамические реакции (например, интегрированная абсолютная ошибка, переход за заданную позицию, запаздывание, Т63, Т86, Т98, и так далее), и другие данные, такие как чистое давление исполнительного механизма, сигнал двигателя I/P, вводной поток, предварительно заданное значение характеристики, пост-заданное значение характеристики и т.д. Результаты теста перемещения могут быть показаны в числовой и/или текстовой форме. Результаты теста перемещения могут также быть показаны в графической форме (например, график временного ряда, индикаторы, основанные на цвете, и так далее).

В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения пользовательский интерфейс 400 также включает окно 340 статуса, подобное окну статуса, описанному в ссылке на ФИГ.3, который может быть сконфигурирован, чтобы показать, например, статус беспроводного соединения между портативным коммуникатором 70 и клапаном и/или статусом клапана. Дополнительно, интерфейс 400 включает окно сообщения 440, которое может показывать информацию, связанную с тестом перемещения (например, текущая стадия теста, сигналы тревоги и отказы, и так далее).

Используя интерфейс 400, описанный выше в ссылке на ФИГ.4, пользователь может выполнить тест перемещения и получить результаты теста быстро и эффективно, используя ограниченный набор операций в пределах относительно короткого периода времени. Более определенно, пользователь может начать тест перемещения, выбирая желательное заданное значение из предварительно запрограммированных заданных значений 430 на пользовательском интерфейсе 400 (и произвольно изменять отобранное предопределенное заданное значение 430). Портативный коммуникатор 70 может обмениваться информацией с устройством радиосвязи 60, связанным с клапаном, например, через Bluetooth, командой перемещения связанного клапана в выбранное заданное значение. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения, как описано выше в ссылке на ФИГ.2А-2В, устройство радиосвязи 60 может преобразовать сигнал Bluetooth в сигнал, совместимый с ЦКК, связанным с клапаном, и отправить преобразованный сигнал (например, сигнал HART) в ЦКК. В ответ на преобразованный сигнал ЦКК может переместить клапан до указанного заданного значения и отправить результаты устройству радиосвязи 60. Устройство радиосвязи 60 может отправить результаты портативному коммуникатору 70 (например, используя стандарт Bluetooth), и портативный 70 коммуникатор может показывать результаты через пользовательский интерфейс 400 в окне результатов 410.

В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения ЦКК может также отправить результаты испытаний устройству радиосвязи 60 (которое может, в свою очередь, отправлять результаты портативному коммуникатору 70) во время выполнения теста. Соответственно портативный коммуникатор 70 может показывать результаты испытаний в процессе выполнения теста. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения портативный коммуникатор 70 может показывать результаты испытаний в режиме реального времени. В дополнение к или вместо отображения результатов в окне результатов 410 портативный коммуникатор 70 может сохранить результаты, например, в файл, который передается через последовательный порт, беспроводную связь, и так далее.

Что касается ФИГ.5, система программного обеспечения 500 для того, чтобы выполнять функции конфигурирования, контроля и/или испытаний полевого устройства, может быть совместимой со многими аппаратными платформами. Например, система программного обеспечения 500 может функционировать на встроенном или стандартном (невстроенном) устройстве. Также система программного обеспечения 500 может быть совместимой со стандартными операционными системами, такими как, например, Windows или Linux, и/или с мобильными операционными системами, такими как Symbian OS, Android и т.д. В одном варианте исполнения настоящего изобретения система программного обеспечения 500 является приложением Java, выполняемым на виртуальной Java-машине (JVM). В одном специфическом варианте исполнения настоящего изобретения, система программного обеспечения 500 функционирует на портативном коммуникаторе 70а или 70b.

Как показано на ФИГ.5, система программного обеспечения 500 может включать модуль интерфейса коммуникации 502 для обмена информацией при помощи проводной связи или радиосвязи. В частности, модуль интерфейса 502 может включать один или несколько драйверов для поддержки таких стандартов коммуникации, как, например, Bluetooth. Дополнительно, модуль интерфейса коммуникации 502 может включать один или несколько драйверов для поддержания протоколов, определенных для промышленных приложений управления технологическим процессом(например, HART, Foundation® Fieldbus, Profibus и т.д.).

Модуль тестовой логики 504 и модуль контрольной логики 506 могут включать тест и функциональные команды соответственно. Модуль тестовой логики 504 может осуществлять одну или несколько программ для того, чтобы привести клапан к определенному заданному значению (то есть перемещая клапан), получая данные измерения времени, давления, положения, и т.д., от клапана через модуль 502, и сравнивая результаты с предопределенной целью или порогом. В случае необходимости модуль тестовой логики 504 может также поддерживать отклоняющиеся и исторические функциональные средства анализа. Пользователь может выбрать желаемую тестовую программу через пользовательский интерфейс (например, интерфейс 300), активировать тест, используя физическое или логическое управление, и модуль тестовой логики 504 сможет обменяться рядом команд и ответов с целевым полевым устройством, как частью отобранной тестовой программы. В общем, можно оценить, что модуль тестовой логики 504 может поддержать любые желательные испытательные функциональные средства для клапана или любого другого полевого устройства.

Точно также модуль контрольной логики 506 может поддержать функции управления для любого полевого устройства, включая, например, цифровой контроллер клапана. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения модуль контрольной логики 506 может сохранить ряд предопределенных заданных значений, которые пользователь может выбрать, чтобы выполнить желаемую функцию управления. Например, пользователь может пожелать визуально наблюдать за работой отдельного клапана, когда клапан продвигается от открытого положения, и до на 25% закрытого положения. Наконец, модуль контрольной логики 506 может поддерживать команду для перемещения клапана к на 25% закрытому положению, которое пользователь может легко выбрать через пользовательский интерфейс, предпочтительно выполняя несколько нажатий клавиш, или выборов позиций на сенсорном экране. В некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения модуль контрольной логики 506 может поддерживать функции конфигурирования так, чтобы пользователь мог, например, загрузить желаемую конфигурацию к полевому устройству, используя систему программного обеспечения 500.

Также пользовательский модуль интерфейса 508 может поддерживать интуитивный и эффективный пользовательский интерфейс, такой, как описано, например, выше в ссылке на ФИГ.3. В дополнение к физическим (то есть кнопки, клавиши и т.д.) и логическим (то есть линейки прокрутки, виртуальные кнопки на экране и т.д.) средствам управления предполагается, что пользовательский модуль интерфейса 508 может получать команды через звуковые команды или любые другие подходящие средства, включая известные в практике.

В общем, надо отметить, что система программного обеспечения 500 может включать только некоторые из модулей 502, 504, 506 и 608, описанных выше. Кроме того, важно, что некоторые из этих модулей могут быть также объединены или распределены, если это желательно. В одном таком варианте исполнения настоящего изобретения, например, система программного обеспечения 500 может включать только модуль тестовой логики 504 и пользовательский модуль интерфейса 508, и независимое программное обеспечение или микропрограммный модуль могут обеспечить проводной интерфейс или интерфейс радиосвязи к системе 500.

Из вышеизложенного следует, что проводной и/или беспроводной портативный коммуникатор 70 позволяет пользователям физически управлять полевым устройством, таким как клапан, и выполнять конфигурирование устройства и/или тестирование во время как визуального наблюдения операции, так и наблюдения на слух, за полевым устройством. Например, оператор может знать, из его/ее опыта, что определенный визжащий звук во время работы клапана, как правило, указывает на дефект. Поскольку данные, собранные на расстоянии, возможно не всегда отражают этот дефект, или потому, что оператор может достоверно интерпретировать эти и другие "нетехнические" подсказки, оператор может предпочесть выполнить тест локально, во время наблюдения за клапаном. Используя портативный коммуникатор 70, оператор может быстро и эффективно вызвать тест из местоположения, которое физически наиболее близко к полевому устройству.

В другом аспекте настоящего изобретения оператор может установить систему программного обеспечения 500 на смартфоне, который оператор, как правило, носит в его/ее кармане. В связи с этим оператор не должен нести более большое устройство, такое как ноутбук, во время, когда он идет пешком или едет от одной части завода к другой части завода. С другой стороны, поскольку система программного обеспечения 500 (по крайней мере, в некоторых вариантах исполнения настоящего изобретения) совместима со стандартной операционной системой, оператор не должен покупать специализированный инструмент для обмена информацией с полевым устройством. Еще в одном отношении беспроводные варианты исполнения портативного коммуникатора 70 и беспроводные приложения системы программного обеспечения 500 позволяют оператору получать доступ к полевым устройствам более легко и поэтому наслаждаться большей гибкостью также, как безопасностью. Известно, например, что операторов иногда вынуждают подниматься на высокие лестницы для получения доступа к проводному контакту.

На ФИГ.6 показан пример способа 600 для выполнения программы на полевом устройстве в системе управления технологическим процессом с использованием портативного коммуникатора, описанного выше. Портативный коммуникатор может использоваться для беспроводного обмена информацией с полевым устройством, без обмена информацией с каким-либо контроллером (блок 602). Как объясняется выше, пользовательский интерфейс может быть представлен на портативном коммуникаторе, что позволяет пользователю начать предварительно сконфигурированную программу на полевом устройстве, используя предварительно программируемый набор условий (блок 604), как, например, обсуждается в ссылке на ФИГ.4. Пользователь может начать выполнение предварительно сконфигурированной программы, и запрос инициации предварительно сконфигурированной программы может быть получен в портативном коммуникаторе (блок 606). В ответ на запрос предварительно сконфигурированная программа может быть выполнена через портативный коммуникатор (блок 608).

В то время как существующее изобретение было описано в отношении определенных примеров, которые предназначены, чтобы только демонстрировать, а не ограничивать изобретения, для специалистов в данной области будет очевидно выполнение модификаций, добавлений и/или исключений из данного описания, не выходя за рамки сущности и объема данного изобретения. Описание и примеры предназначены для рассмотрения только как иллюстративный вариант исполнения в пределах заявленных притязаний по данному изобретению в сопровождении прилагаемой формулы изобретения.

Группа изобретений относится к управлению технологическими процессами и может быть использована для управления операционным полевым устройством через портативный коммуникатор. Техническим результатом является повышение надежности выполнения операций. Портативный коммуникатор включает контроллер, процессор, машинно-читаемую память, коммуникационный интерфейс, программное обеспечение, сохраняемое машинно-читаемой памятью и сконфигурированное для выполнения на процессоре для передачи данных в полевое устройство или получения данных от полевого устройства через коммуникационный интерфейс, и сконфигурированное для предотвращения изменения пользователем портативного коммуникатора параметров полевого устройства с использованием портативного коммуникатора, когда статусом соединения с полевым устройством, отображаемым в коммутационном интерфейсе, является состояние в обслуживании. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Портативный коммуникатор для использования в системе управления технологическим процессом, включающий контроллер, соединенный с полевым устройством и сконфигурированный для обмена информацией с полевым устройством для управления физическим параметром технологического процесса, или измерения физического параметра управления технологическим процессом в промышленной установке, а также содержащий:
процессор;
машинно-читаемую память, имеющую инструкции, читаемые при помощи компьютера и выполнимые на процессоре;
коммуникационный интерфейс, сконфигурированный для обмена информацией беспроводным способом с полевым устройством, не обмениваясь информацией через контроллер, и сконфигурированный для показа статуса соединения между портативным коммутатором и полевым устройством; и
программное обеспечение, сохраняемое машинно-читаемой памятью и сконфигурированное для выполнения на процессоре для передачи данных в полевое устройство или получения данных от полевого устройства через коммуникационный интерфейс, а не через контроллер, и сконфигурированное для предотвращения изменения пользователем портативного коммуникатора параметров полевого устройства с использованием портативного коммуникатора, когда статусом соединения с полевым устройством, отображаемым в коммутационном интерфейсе, является состояние в обслуживании.

2. Портативный коммуникатор по п.1, отличающийся тем, что коммуникационный интерфейс сконфигурирован для обмена информацией с полевым устройством посредством протокола Bluethooth.

3. Портативный коммуникатор по п.1, отличающийся тем, что коммуникационный интерфейс сконфигурирован для обмена информацией с полевым устройством через устройство радиосвязи, подключенное непосредственно к полевому устройству.

4. Портативный коммуникатор по п.3, отличающийся тем, что устройство радиосвязи, подключенное непосредственно к полевому устройству, является Bluetooth модемом.

5. Портативный коммуникатор по п.4, отличающийся тем, что коммуникационный интерфейс сконфигурирован для преобразования информации между протоколом Bluetooth и протоколом HART.

6. Портативный коммуникатор по п.3, отличающийся тем, что устройство радиосвязи является внешним по отношению к полевому устройству.

7. Портативный коммуникатор по п.3, отличающийся тем, что устройство радиосвязи является внутренним по отношению к полевому устройству.

8. Портативный коммуникатор по п.3, отличающийся тем, что устройство радиосвязи подключено через контур управления, соединенный с полевым устройством.

9. Портативный коммуникатор по п.1, отличающийся тем, что полевое устройство является клапаном, а программное обеспечение, сохраненное в читаемой при помощи компьютера памяти, сконфигурировано для выполнения на процессоре перемещения клапана.

10. Портативный коммуникатор по п.9, отличающийся тем, что программное обеспечение, которое сохраняется в читаемой при помощи компьютера памяти, сконфигурировано для выполнения на процессоре перемещения клапана в направлении двух или более предопределенных заданных значений.

11. Портативный коммуникатор для использования в системе управления технологическим процессом, включающий контроллер, соединенный с полевым устройством и сконфигурированный для обмена информацией с полевым устройством для управления физическим параметром технологического процесса или измерения физического параметра управления технологическим процессом в промышленной установке, и содержащий:
процессор;
машинно-читаемую память, имеющую инструкции, читаемые при помощи компьютера и выполнимые на процессоре;
коммуникационный интерфейс, соединенный с полевым устройством и сконфигурированный для обмена информацией с полевым устройством, не обмениваясь информацией с контроллером, и сконфигурированный для показа статуса соединения между портативным коммутатором и полевым устройством; и
программное обеспечение, сохраняемое на читаемой при помощи компьютера памяти и сконфигурированное для выполнения на процессоре для выполнения предварительно сконфигурированной программы на полевом устройстве, через коммуникационный интерфейс, используя предварительно запрограммированный набор условий, и сконфигурированное для предотвращения изменения пользователем портативного коммуникатора параметров полевого устройства с использованием портативного коммуникатора, когда статусом соединения с полевым устройством, отображаемым в коммутационном интерфейсе, является состояние в обслуживании.

12. Портативный коммуникатор по п.11, отличающийся тем, что полевое устройство является клапаном, а предварительно сконфигурированная программа является тестом перемещения клапана, использующая предварительно запрограммированный набор заданных значений для теста перемещения.

13. Портативный коммуникатор по п.12, отличающийся тем, что предварительно запрограммированный набор заданных значений для перемещения теста включает 0%, 25%, 50%, 75% и 100%.

14. Портативный коммуникатор по п.11, отличающийся тем, что коммуникационный интерфейс соединен с полевым устройством беспроводным способом и сконфигурирован для обмена информацией беспроводным способом с полевым устройством, не обмениваясь информацией с контроллером.

15. Портативный коммуникатор по п.11, отличающийся тем, что дополнительно включает дисплей, а программное обеспечение, сохраненное в читаемой при помощи компьютера памяти, сконфигурировано для представления результатов работы программы на дисплее.

16. Способ выполнения программы на объекте в системе управления технологическим процессом, включающей контроллер, соединенный с полевым устройством, сконфигурированный для обмена информацией с полевым устройством для управления физическим параметром технологического процесса или измерения физического параметра управления технологическим процессом в промышленной установке, а также содержащий:
беспроводной обмен информацией с полевым устройством, при этом не обмениваясь информацией с контроллером и используя портативный коммуникатор, включающий процессор и машинно-читаемую память, имеющую инструкции, читаемые при помощи компьютера и выполнимые на процессоре;
пользовательский интерфейс на портативном коммуникаторе, позволяющий пользователю начать выполнение предварительно сконфигурированной программы на полевом устройстве, используя предварительно запрограммированный набор условий, и показывающий статус соединения между портативным коммутатором и полевым устройством;
получение через пользовательский интерфейс запросов от пользователя начать выполнение предварительно сконфигурированной программы на полевом устройстве, используя предварительно запрограммированный набор условий;
выполнение через портативный коммуникатор предварительно сконфигурированной программы на полевом устройстве; и
предотвращение изменения пользователем портативного коммуникатора параметров полевого устройства с использованием портативного коммуникатора, когда статусом соединения с полевым устройством, отображаемым в коммутационном интерфейсе, является состояние в обслуживании.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что портативным коммуникатором является устройство мобильной коммуникации, отобранное из группы, включающей смартфон, персональный цифровой секретарь (PDA) и карманный персональный компьютер (ПК).

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что устройство мобильной коммуникации оснащено функцией Bluetooth и при этом обменивается информацией с полевым устройством беспроводным способом, включая обмен информацией посредством протокола Bluetooth.

19. Способ по п.16, отличающийся тем, что использование портативного коммуникатора для выполнения предварительно сконфигурированной программы на полевом устройстве включает использование портативного коммуникатора для выполнения предварительно сконфигурированной диагностической программы или предварительно сконфигурированной программы калибровки на полевом устройстве.

20. Способ по п.16, отличающийся тем, что полевое устройство является клапаном, а использование портативного коммуникатора для выполнения предварительно сконфигурированной программы на полевом устройстве включает использование портативного коммуникатора для выполнения теста перемещения на клапане, при этом используя предварительно запрограммированный набор заданных значений для клапана.

21. Система управления технологическим процессом, включающая:
полевое устройство;
контроллер, подключенный к полевому устройству, сконфигурированный для обмена информацией с полевым устройством для управления физическим параметром технологического процесса или измерения физического параметра управления технологическим процессом в промышленной установке; и
портативный коммуникатор, включающий:
процессор;
машинно-читаемую память, имеющую инструкции, читаемые при помощи компьютера и выполнимые на процессоре;
коммуникационный интерфейс, сконфигурированный для обмена информацией беспроводным способом с полевым устройством, не обмениваясь информацией через контроллер, и сконфигурированный для показа статуса соединения между портативным коммутатором и полевым устройством; и
программное обеспечение, сохраняемое на читаемой при помощи компьютера памяти и сконфигурированное для выполнения на процессоре для передачи данных в полевое устройство, или получения данных от полевого устройства через коммуникационный интерфейс, а не через контроллер, и сконфигурированное для предотвращения изменения пользователем портативного коммуникатора параметров полевого устройства с использованием портативного коммуникатора, когда статусом соединения с полевым устройством, отображаемым в коммутационном интерфейсе, является состояние в обслуживании.

22. Система управления технологическим процессом, включающая:
полевое устройство;
контроллер, подключенный к полевому устройству, сконфигурированный для обмена информацией с полевым устройством для управления физическим параметром технологического процесса или измерения физического параметра управления технологическим процессом в промышленной установке; и
портативный коммуникатор, включающий:
процессор;
машинно-читаемую память, имеющую инструкции, читаемые при помощи компьютера и выполнимые на процессоре;
коммуникационный интерфейс, подключенный к полевому устройству и сконфигурированный для обмена информацией с полевым устройством, не обмениваясь информацией с контроллером, и сконфигурированный для показа статуса соединения между портативным коммутатором и полевым устройством; и
программное обеспечение, сохраняемое на читаемой при помощи компьютера памяти, сконфигурированное для выполнения на процессоре для выполнения предварительно сконфигурированной программы на полевом устройстве, через коммуникационный интерфейс, при этом используя предварительно запрограммированный набор условий, и сконфигурированное для предотвращения изменения пользователем портативного коммуникатора параметров полевого устройства с использованием портативного коммуникатора, когда статусом соединения с полевым устройством, отображаемым в коммутационном интерфейсе, является состояние в обслуживании.