БЕСПРОВОДНОЙ АДАПТЕР ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПРОЦЕССА Российский патент 2015 года по МПК G05B23/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системам контроля или управления промышленными процессами, в которых полевые устройства используются для контроля или управления промышленным процессом. Более конкретно настоящее изобретение относится к беспроводным системам контроля или управления процессами.

Уровень техники

Системы контроля или управления процессами используются в промышленных процессах для контроля или управления выполнением процесса. Примеры промышленных процессов включают в себя нефтеперегонные заводы, производственные предприятия и т.д. Передатчик технологических параметров располагается в полевых условиях и используется для измерения какого-либо технологического параметра, такого как давление, расход, температура и т.д., и передачи его в другое место, такое как комната центрального управления. Полевые устройства управления устанавливаются в полевых условиях и могут принимать команды из комнаты управления, например, для управления выполнением процесса. Элемент управления может быть сконфигурирован, например, для изменения положения клапана, регулирования температуры нагревательного элемента и т.д., тем самым - для управления технологическим параметром.

Такие системы, как правило, функционировали с использованием проводных соединений. Одной из технологий формирования проводного соединения является двухпроводный контур управления процессом, в котором одни и те же два провода используются как для связи с полевым устройством, так и для подачи на это полевое устройство электропитания. Однако с недавних пор для передачи информации в системах контроля или управления процессами используются технологии беспроводной связи. Эти технологии могут включать в себя, например, технологию связи по беспроводной "сотовой сети" или использование линий прямой связи.

Часто бывает необходимо осуществлять диагностику выполнения промышленного процесса. Такая диагностика включает в себя, например, идентификацию компонента процесса, который вышел из строя или начинает выходить из строя. Это позволит устранить неполадку, возможно, до того, как компонент окончательно выйдет из строя, тем самым повышая надежность и сокращая время простоя.

Раскрытие изобретения

Технологическое устройство диагностики для использования в промышленном процессе содержит датчик технологического параметра или элемент управления, который выполнен с возможностью восприятия или управления технологическим параметром технологической текучей среды промышленного процесса. К датчику технологического параметра или к элементу управления подсоединена схема, выполненная с возможностью измерения или управления технологическим параметром промышленного процесса. Адаптер беспроводной связи включает в себя схему беспроводной связи, выполненную с возможностью осуществления связи при промышленном процессе. Схема беспроводной связи дополнительно выполнена с возможностью приема одного или большего количества технологических сигналов от одного или большего количества технологических устройств. Схема диагностики выполнена с возможностью проведения диагностики выполнения промышленного процесса в зависимости от считанного технологического параметра и принятого технологического сигнала.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой упрощенную блок-схему системы управления промышленным процессом, включающей в себя полевое устройство, имеющее беспроводной адаптер в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 представляет собой упрощенную блок-схему полевого устройства с фиг.1.

Фиг.3 представляет собой упрощенную блок-схему беспроводного адаптера такого типа, который подсоединен к полевому устройству с фиг.1 и 2.

Фиг.4 представляет собой упрощенную блок-схему, показывающую этапы в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 представляет собой схему, показывающую настоящее изобретение, реализованное в передатчике технологического параметра и контроллере клапана.

Фиг.6 представляет собой схему, показывающую настоящее изобретение при его применении для обнаружения протечек в резервуаре.

Осуществление изобретения

Должное выполнение промышленного процесса важно по целому ряду причин, включающих в себя общий выход продукции завода, продолжительность его безостановочной работы, качество, стоимость энергии, воздействие на окружающую среду, производственные затраты и затраты на техническое обслуживание и др. Таким образом, важно, чтобы выполнение промышленного процесса должным образом диагностировалось. Обычная конфигурация промышленного процесса включает в себя полевое устройство, которое представляет собой отдельный технологический интерфейсный элемент, такой как датчик технологического параметра или элемент управления, используемый для взаимодействия с промышленным процессом. Полевое устройство передает информацию в другое место, такое как центральный пункт, или само получает информацию оттуда. Бывают примеры, когда было бы желательно получать информацию от более чем одного устройства. Однако, как правило, полевые устройства не содержат механизма для осуществления связи между равноправными узлами в режиме реального времени. Кроме того, существует много различных типов полевых устройств, которые могут быть выполнены в многочисленных конфигурациях. Это делает затруднительным реализацию приложений на уровне устройства, которые способны использовать информацию, полученную от других полевых устройств.

Настоящее изобретение обеспечивает беспроводной адаптер, который может быть подсоединен к полевому устройству для предоставления возможности беспроводной связи с полевым устройством. Этот беспроводный адаптер включает в себя схему обработки, выполненную с возможностью получения информации от связанного с ним устройства, а также информации от других полевых устройств по беспроводной сети. Схема обработки способна применять предварительно сформулированные правила, включая правила, относящиеся к устройству, автоматизации, сети, или правила, определяемые пользователем, к информации для использования в получении диагностической информации, определять информацию, содержащую рабочие характеристики, или определять информацию других типов. Адаптер способен передавать такую информацию по беспроводной сети или предоставлять ее на полевое устройство. Адаптер может быть выполнен с возможностью реализации правил, включая определение аварийной ситуации или какого-либо события, вычисление результатов, действия по передаче данных на автоматизированные платформы или персоналу завода, конфигурирование информации применительно к деловым приложениям, указание, что процесс отклонился от заданных параметров, эффективности, стоимости или оставшегося срока службы, обеспечение безопасности, выдачу информации о воздействии на окружающую среду или выдачу информации других типов.

Беспроводной адаптер (модуль беспроводной связи) по настоящему изобретению способен получать различные типы данных, включая технологические параметры, сигналы управления или диагностические сигналы. Технологические параметры, как правило, представляют собой основные параметры, которые подлежат управлению при выполнении процесса. В том смысле, как они здесь используются, технологические параметры включают в себя любой параметр, который описывает условие процесса, такое, например, как давление, расход, температура, уровень продукции, кислотность, плотность, вибрация, положение, ток электродвигателя, любая другая характеристика процесса и т.д. Сигналы управления включают в себя любой сигнал (в отличие от технологического параметра), который используется для управления процессом. Например, сигнал управления включает в себя требуемую величину технологического параметра (то есть рабочую точку), такую как требуемая температура, давление, расход, уровень продукции, кислотность или плотность и т.д., которая отрегулирована контроллером или использовалась для управления процессом. Кроме того, сигнал управления может включать в себя калибровочные значения, аварийные сигналы, сигналы аварийного состояния, сигнал, который подается на элемент управления, такой как сигнал положения клапана, который подается на привод клапана, уровень электроэнергии, которая подается на нагревательный элемент, сигнал электромагнитной катушки на открывание-закрывание и т.д. или любой другой сигнал, который относится к управлению процессом. Диагностический сигнал в том виде, как он здесь используется, включает в себя информацию, относящуюся к работе устройств и элементов в контуре управления процессом, но не содержит технологические параметры или сигналы управления. Например, диагностические сигналы содержат информацию о положении затвора клапана, приложенном вращательном моменте или усилии, давлении привода, давлении газа наддува, используемого для приведение в действие клапана, электрическом напряжении, токе, мощности, сопротивлении, емкости, индуктивности, температуре устройства, статическом трении, силе трения, положениях полного включения и выключения, рабочем ходе, частоте, амплитуде, спектре и спектральных составляющих, жесткости, силе электрического или магнитного поля, длительности, интенсивности, характеристике движения, обратной электромагнитной силе электродвигателя, токе электродвигателя, параметрах, относящихся к контуру (таких как сопротивление контура управления, ток или напряжение) или любых иных параметрах, которые могут быть детектированы или измерены в системе. Кроме того, технологический сигнал включает в себя любой сигнал, который относится к процессу или элементу в данном процессе, такому как, например, технологический параметр, сигнал управления или сигнал диагностики. Технологические устройства включают в себя любое устройство, которое составляет часть контура управления процессом или подключается к нему, и используется для контроля или управления процессом.

Фиг.1 представляет собой упрощенную схему системы 10 контроля или управления промышленным процессом, которая включает в себя полевое устройство 12, показанное сообщающимся с комнатой 14 управления по возможному контуру 16 управления. Комната 14 управления показана включающей в себя источник 18 питания и резистор 20 считывания, подсоединенные к технологическому контуру 16 управления. Полевое устройство включает в себя технологический интерфейсный элемент 22. Этот технологический интерфейсный элемент может включать в себя датчик технологического параметра, предназначенный для считывания технологического параметра технологической текучей среды, если полевое устройство 12 выполнено с возможностью работы в качестве передатчика технологического параметра. Аналогично технологический интерфейсный элемент 22 может содержать элемент управления, такой как клапан, нагреватель, охладитель, вибратор, насос и т.д., если полевое устройство 12 выполнено с возможностью работы в качестве контроллера. Полевое устройство 12 включает в себя беспроводной адаптер 30 в соответствии с настоящим изобретением. Фиг.1 показывает также второе полевое устройство 40, имеющее второй беспроводной адаптер 42 полевого устройства. Беспроводные адаптеры 30 и 42 выполнены с возможностью образования линии 50 беспроводной связи. В примере, показанном на фиг.1, комната 14 управления содержит также схему 52 беспроводной связи. В этой конфигурации полевые устройства 12 и 40 могут сообщаться между собой по линии 50 беспроводной связи, а, кроме того, могут также сообщаться с комнатой 14 управления по линии 50 беспроводной связи с использованием схемы 52 связи. Линия 50 связи может быть выполнена в соответствии с любым необходимым стандартом, включая, например, конфигурацию сотовой сети, по которой данные могут передаваться между устройствами до тех пор, пока данные не достигнут своего окончательного места назначения таким образом, при котором обеспечивается устойчивая передача информации.

Фиг.2 представляет собой упрощенную схему технологического устройства 12, а также иллюстрирует интерфейсный элемент 22, подсоединенный к микропроцессору 60 через схему 62. Схема 62 может содержать, например, цифроаналоговый преобразователь, если интерфейсный элемент 22 выполнен в качестве элемента управления, или же может включать в себя аналого-цифровой преобразователь, если интерфейс 22 реализован как датчик. Микропроцессор 60 показан подключенным к памяти 64, которая может содержать программные инструкции или другую информацию. Схема 66 входа/выхода (I/O) показана соединенной с возможным технологическим контуром 16 управления. Беспроводной адаптер 30 может быть соединен со схемой в полевом устройстве 12 в соответствии с любой подходящей конфигурацией. В примере, приведенном на фиг.2, между беспроводным адаптером 30 и микропроцессором 60, схемой 66 входа/выхода или технологическим контуром 16 управления показаны возможные соединения.

Фиг.3 представляет собой упрощенную блок-схему адаптера 300, которая показывает различные блоки схем. Показан также конденсатор 320 большой емкости, а устройство 300 выполнено с возможностью работы в соответствии с протоколом проводной связи HART^®, а также осуществления беспроводной связи, к примеру, в соответствии со стандартом беспроводной связи HART^® (стандарт 62591 IEC).

Как показано на фиг.3, адаптер 300 включает в себя микроконтроллер 340, который содержит также память и предназначенный для связи модем. Память используется для сохранения программных инструкций, данных о конфигурации, параметров и т.д. Аналоговая схема 342 HART^® выполнена с возможностью подсоединения к передатчику 308 технологических параметров посредством блокировочного конденсатора 346 постоянного тока. Имеется радиомодуль 344 для обеспечения возможности адаптеру 300 осуществлять связь с использованием техники радиосвязи. Кроме того, имеется также последовательно подсоединенный регулятор 348, который выполнен как преобразователь постоянного тока в постоянный ток. Параллельно регулятору 348 включена схема 350 шунтирования тока, которая содержит шунтирующий транзистор 352, управляемый операционным усилителем 354. Операционный усилитель 354 работает на основе разницы между опорным напряжением (V_ref) и напряжением, приложенным к регулятору 348. Регулятор 348 подает выходное напряжение в 2,3 вольта на регулятор 360 малых выбросов (LDO) Этот регулятор 360 малых выбросов (LDO) подает выходное регулируемое напряжение питания 2 вольта на микропроцессор 340, аналоговые схемы 342 HART, схемы 382 перезагрузки и аналого-цифровой преобразователь 380.

Ток через шунтирующий транзистор 352 используется для зарядки конденсатора 320 большой емкости. Напряжение на конденсаторе 320 большой емкости устанавливается с использованием фиксатора 370 напряжения. Фиксатор 370 напряжения может быть установлен, например, на 2,2 вольта. Другой преобразователь 372 постоянного тока в постоянный ток выполнен в качестве преобразователя с пошаговым увеличением и дает на выходе регулируемое напряжение в 3 вольта для регулятора 374 малых выбросов (LDO). Выход регулятора 374 малых выбросов (LDO) установлен на 2,8 вольта и используется для подачи регулируемого питания на радиомодуль 344.

Микропроцессор 340 подсоединен к аналого-цифровому преобразователю 380, который используется для контроля напряжения на конденсаторе 320 большой емкости. Микропроцессор 340 соединен также со схемой 382 перезагрузки. Микропроцессор 340 предоставляет данные на радиомодуль 344 через схему 384 смещения уровня.

Предпочтительно, чтобы эта схема была в состоянии поддерживать максимальный объем активности беспроводной связи при минимальном падении напряжения на контуре 302. Поэтому адаптер 300 предпочтительно выполнен таким образом, чтобы использовать энергию из контура 302 самым эффективным образом. В одной конкретной конфигурации это может достигаться, например, посредством использования маломощного микроконтроллера 340, например, MSP430F1481 производства компании "Texas Instruments", а также посредством использования маломощных аналоговых компонентов схемы. Эти компоненты могут быть запитаны низким напряжением питания также, чтобы минимизировать общее потребление мощности этой схемой. Кроме того, при необходимости микропроцессор 340 может быть выполнен с возможностью вхождения в режим ожидания, когда некоторые его функции не являются необходимыми, например, функции связи. В конфигурации, показанной на фиг.3, отдельный модем не используется. Вместо него для обеспечения функций модема используется микроконтроллер 340.

Предпочтительно также подавать на радиомодуль 344 большую мощность. Это позволит обеспечить более частую связь и повышенную надежность. Дополнительная мощность может быть использована для передачи информации от передатчика 308, предоставления возможности использовать адаптер 300 в качестве роутера для других технологических передатчиков, например, в сотовой сети, и предоставления возможности использовать более высокую мощность передачи. В результате может быть обеспечена более надежная сотовая сеть, поскольку путь от другого беспроводного устройства через адаптер 300 к главному устройству может быть более надежным, чем прямой путь от устройства к главному компьютеру.

В варианте осуществления, показанном на фиг.3, радиомодуль 344 запитывается от конденсатора 320 большой емкости. Поэтому для того, чтобы увеличить мощность, которая подается на радиомодуль 344, предпочтительно повысить мощность, которая запасается конденсатором 320 большой емкости. В конфигурации, показанной на фиг.3, это достигнуто расположением конденсатора 320 большой емкости в качестве шунтирующего элемента для регулятора 348, который регулирует падение напряжения на выводах, которые подключены к контуру 302, совместно с операционным усилителем 354 и шунтирующим транзистором 352. На фиг.3 напряжение на выводах контура, которые подключают к технологическому контуру 302 управления, выставлено на 1 вольт. Это достигнуто регулировкой тока, идущего на конденсатор большой емкости, с использованием операционного усилителя 354 и шунтирующего транзистора 352. В этой конфигурации регулятор 348 работает последовательно с контуром 302 и находится в контуре обратной связи, образованном операционным усилителем 354. В менее эффективной конфигурации могут быть использованы одновольтовый шунтирующий регулятор и схема зарядки конденсатора большой емкости. Это, однако, требует дополнительных компонентов и дополнительной электроэнергии для их работы. В отличие от этого в конфигурации, приведенной на фиг.3, любой ток контура, который не используется схемой адаптера 300, направляется в шунтирующий конденсатор 320 для повышения эффективности. Это приводит к максимальному количеству энергии, остающейся в распоряжении для радиомодуля 344. Фиксатор 370 напряжения определяет напряжение, до которого заряжен конденсатор 320. Как только конденсатор 320 большой емкости достигает напряжения, установленного фиксатором 370 напряжения, избыточный ток начинает протекать через фиксатор 370, а не в конденсатор 320.

Преобразователь 348 постоянного тока в постоянный ток выполнен как маломощный регулятор переключения с пошаговым увеличением, который работает с входным напряжением в 1 вольт. Регулятор 348 увеличивает 1 вольт входного напряжения до достаточно высокого напряжения, чтобы запитывать оставшуюся схему. В примере на фиг.3 оно составляет 2,3 вольта. Преобразователь может быть преобразователем на основе переключаемого конденсатора, усилительным преобразователем на основе индукционной катушки, преобразователем на основе трансформатора, а также может иметь иную подходящую конфигурацию. Регулятор 360 LDO регулирует снижение напряжения 2,3 вольта на выходе регулятора 348 до 2 вольт и удаляет все шумы, обусловленные переключением регулятора 348. Выход регулятора 360 LDO используется для питания микропроцессора 340, аналоговых схем 342 HART^®, памяти, схемы 342 перезагрузки и аналогово-цифрового преобразователя 380.

Блок 342 аналоговой схемы HART^® может содержать, например, схему обнаружения несущей, приемную схему и передающую схему. Эти схемы предпочтительно сконфигурированы, исходя из требований иметь низкое потребление электроэнергии при сохранении, в то же время приемлемой коммуникационной целостности. Память в микропроцессоре 340 может быть использована для хранения программных кодов и временных параметров. Таймеры, которые входят в состав микропроцессора 340, могут использоваться для обеспечения "программного" функционирования модема. Память микропроцессора 340 может включать в себя внутреннюю "флэш" память, ОЗУ, а также электрически стираемую программируемую постоянную память (EEPROM) или другую энергонезависимую память. Микроконтроллер 340 может быть выполнен с возможностью контроля напряжения на конденсаторе 320 большой емкости с использованием аналого-цифрового преобразователя 380, который подает свой цифровой выходной сигнал, представляющий напряжение этого конденсатора, на микроконтроллер 340. При необходимости микроконтроллер 340 может быть использован для определения, имеет ли конденсатор достаточное напряжение для поддержки радиопередачи. Схема 382 перезагрузки может использоваться для обеспечения гарантий того, чтобы микроконтроллер 340 не работал, когда это напряжение недостаточно. Например, схема 382 перезагрузки может быть выполнена с возможностью перезагрузки или включения микроконтроллера 340, когда напряжение питания от регулятора 360 LDO достигнет достаточного уровня напряжения. Эта схема может быть использована также для перезагрузки микроконтроллера 340, если произойдет сбой электропитания.

Радиомодуль 344 работает от стабильного напряжения 2,8 вольта, подаваемого регулятором 374 LDO. Как говорилось выше, если конденсатор 320 большой емкости заряжен до 2,2 вольт, то регулятор 372 преобразователя постоянного тока в постоянный ток пошагово увеличивает это напряжение до 3 вольт. Во время работы напряжение на конденсаторе большой емкости будет уменьшаться и понадобится этот преобразователь с пошаговым увеличением. Регулятор 374 LDO используется для подачи на радиомодуль 344 стабильного напряжения в 2,8 вольта. Регулятор 372 предпочтительно выполнен с возможностью работы от напряжения, начиная от минимального примерно в 1 вольт, вплоть до максимального напряжения примерно в 2,2 вольта. В некоторых конфигурациях микроконтроллер 340 выполнен с возможностью выключения схемы радиомодуля 344, если напряжение на конденсаторе большой мощности составляет менее чем 1 вольт.

Микроконтроллер 340 может быть выполнен с возможностью передачи информации беспроводным образом с использованием радиомодуля 344 посредством передачи ее через цифровые линии связи между радиомодулем 344 и микроконтроллером 340. Поскольку микроконтроллер работает от источника питания в два вольта, в то время как радиомодуль работает от 2,8-вольтового источника питания, то цифровые линии связи между этими двумя компонентами должны быть сдвинуты по уровню посредством схемы 384 смещения уровня. Это может быть выполнено, например, с помощью очень маломощных схем смещения уровня, таких как SN74LVC2T45DCU производства компании "Texas Instruments".

В одной конфигурации микроконтроллер 340 может быть выполнен с возможностью настройки величины падения напряжения между выводами контура, через которые производится подсоединение к контуру 302. Например, возможная линия 341 управления от микроконтроллера 340 может быть соединена с инвертирующим входом операционного усилителя 354 шунтирующей схемы 350. В такой конфигурации при соответствующих условиях увеличением падения напряжения контура может быть получена дополнительная мощность для радиосхемы. Аналогично если требуется уменьшить влияние технологического контура управления схемы адаптера 300, то падение напряжения может быть уменьшено. Однако при этом на радиомодуль и на другую схему адаптера 300 будет подаваться меньшая мощность, и характеристики системы могут ухудшиться.

Фиг.4 представляет собой упрощенную блок-схему 400, показывающую этапы в соответствии с одним примерным вариантом осуществления настоящего изобретения. Блок-схема 400 начинается с начального блока 402, и управление передается возможному блоку 404. Согласно блоку 404, беспроводной адаптер выполнен с возможностью приема локальных технологических сигналов от полевого устройства, с которым он связан. Согласно блоку 406, беспроводной адаптер 30 через линию 50 связи принимает технологические сигналы от удаленного устройства. Согласно блоку 408, на основании удаленного технологического сигнала и возможного локального сигнала выполняются этапы диагностики. Диагностика может быть основана на любом количестве локальных и/или удаленных технологических сигналов. Согласно блоку 408, определяется диагностическая информация, и управление передается блоку 410. Согласно блоку 410, беспроводной адаптер 30 формирует диагностический выходной сигнал. Этот диагностический выходной сигнал может быть либо локально подан на полевое устройство 12, либо он может быть, например, через линию 50 беспроводной связи или по двухпроводному технологическому контуру 16 управления, передан в удаленное местоположение. Процесс завершается и заканчивается в конечном блоке 412. Показанные на фиг.4 этапы могут активироваться автоматически на основании какого-либо обнаруженного события, такого как событие, обнаруженное в процессе, они могут активироваться периодически или могут быть инициированы дистанционно, когда беспроводной адаптер 30 получает команду на начало выполнения диагностики. Показанные на этой фигуре этапы могут быть выполнены на микропроцессоре 4 полевого адаптера 30. Эти этапы должны быть выполнены в соответствии с программными инструкциями, хранящимися в памяти 64. Данная конфигурация обеспечивает возможность выполнения диагностики в полевом устройстве с использованием данных от множества устройств. Это позволяет одному устройству иметь доступ в диагностических целях к технологическим сигналам, поступающим от множества других устройств.

Одним из примерных применений является обнаружение протечки технологической текучей среды около полностью закрытого клапана. В такой примерной конфигурации перед клапаном управления устанавливается датчик потока. Когда клапан полностью закрыт, никакого потока текучей среды после датчика потока быть не должно. Если клапан полностью закрыт, и в седле клапана присутствует достаточное давление прижима, то поток должен быть полностью остановлен. Однако со временем клапаны и седла клапанов изнашиваются. Этот износ может привести к неполному прилеганию тарелки клапана к седлу клапана, приводя к тому, что в "полностью закрытом положении" поток текущей среды протекает через клапан.

Фиг.5 представляет собой схему, показывающую контроллер 440 клапана, а также расходомер 442, подсоединенные к технологическому трубопроводу 444. В этой конфигурации и контроллер 440, и передатчик 442 включают в себя беспроводной адаптер 30. Любой беспроводной адаптер может принимать беспроводные сигналы (скорость потока или положение клапана) от беспроводного адаптера 30 или от другого устройства. В этой конфигурации, согласно показанному на фиг.4 блоку 408, применено следующее диагностическое правило:

если клапан закрыт, давление прижима седла находится между величинами Х и Y, а поток >0, то либо клапан протекает, либо датчик потока неисправен.

В течение короткого периода времени поток может продолжаться после расходомера, когда клапан полностью закрыт. Это правило может применяться с учетом этой задержки. Кроме того, это правило может корректироваться в зависимости от задержки связи между устройствами. Эта задержка связи может быть определена путем контроля связи по линии 50 беспроводной связи, может быть определена посредством использования временных меток, может быть запрограммирована оператором и т.д.

Фиг.6 представляет собой другой пример реализации настоящего изобретения. На фиг.6 присутствуют технологические передатчики 452 и 454 потока, которые соединены соответственно со смежными контроллерами 456 и 458 клапанов. Измеритель 460 уровня соединен с резервуаром 462. Передатчик 452 потока и контроллер 456 клапана подсоединены ко входу резервуара 462, а передатчик 454 потока и контроллер 458 клапана подсоединены к выходу из резервуара 462. Если беспроводные адаптеры 30 подсоединены к передатчикам 452 и 454 и к измерителю 460 уровня, то может быть применено правило для определения потенциальной протечки в резервуаре 462. Это правило может быть следующим:

если входной поток в резервуар равен нулю, и выходной поток из резервуара равен нулю, а уровень резервуара уменьшается, то резервуар, возможно, имеет протечку.

Если контроллеры 456 и 458 клапанов включают в себя беспроводные адаптеры 30, то может быть проведена дополнительная диагностика. Например, может быть идентифицирован дающий утечку клапан.

В дополнение к проведению диагностики адаптер 30 по настоящему изобретению может быть использован для повышения эффективности. Например, при работе на уровне открытия в 70% клапаны обеспечивают комбинацию точного управления потоком с малыми потерями электроэнергии. Если на контроллере клапана установлен беспроводной адаптер, и он соединен с передатчиком потока, как, например, показано на фиг.5, то можно контролировать скорость потока в зависимости от положения клапана. Для повышения эффективности работы могут быть выявлены клапаны, работающие вне предпочтительного диапазона. Для уменьшения потребления электроэнергии могут быть предприняты корректирующие действия, такие как уменьшение размера соответствующего насоса. Кроме того, если в беспроводной адаптер 30 введена информация относительно стоимости энергии, то может подсчитываться и передаваться в режиме реального времени стоимость избыточного потребления энергии. Если полевое устройство содержит электродвигатель насоса, который оснащен беспроводным адаптером, то для обеспечения экономии избыточно потребляемой энергии и улучшения характеристик работы связанного с ним управляющего клапана можно в режиме реального времени производить контроль скорости вращения электродвигателя и потребляемой им электроэнергии.

Настоящее изобретение может быть реализовано в большом промышленном процессе. Например, в промышленном процессе могут быть реализованы многие различные типы полевых устройств и конфигураций, кроме того, они могут быть выполнены с возможностью осуществления связи с использованием различных протоколов. Беспроводной адаптер 30 по настоящему изобретению может быть соединен с любым из этих полевых устройств и, тем самым, может обеспечить передачу технологических сигналов между полевыми устройствами различного типа для использования их в проведении диагностики или для иных целей. Кроме того, беспроводной адаптер 30 может быть использован для модификации существующих полевых устройств.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылками на предпочтительные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что в форму и детали изобретения могут быть внесены изменения без отклонения от сущности и объема изобретения. Диагностический выходной сигнал может быть подан по линии беспроводной связи или может быть передан по двухпроводному контуру управления. Беспроводной адаптер может осуществлять связь с технологическим устройством с использованием аналогового или цифрового протокола. Диагностика может быть основана на локальном сигнале процесса и на сигнале процесса, полученном от другого устройства процесса. Настоящее изобретение может быть использовано с другими полевыми устройствами и с конфигурациями, отличными от тех конкретных, которые здесь проиллюстрированы или описаны. Кроме того, могут быть реализованы более сложные правила диагностики, включая правила на основе статистических параметров, нечеткой логики, весовых функций и т.д. Диагностика может основываться на дальнейшем анализе технологических сигналов, включая анализ во временной и частотной областях. Локальный технологический сигнал представляет собой технологический сигнал, который создается в локальном местоположении, например, в технологическом устройстве. Удаленный технологический сигнал представляет собой технологический сигнал, полученный из другого местоположения, например, из другого технологического устройства. Правила диагностики, включая, но этим не ограничиваясь, логику, источники данных, данные пользователей или другие типы, могут быть отправлены полевому устройству, отредактированы, удалены или скопированы из одного или большего количества полевых устройств на другие полевые устройства с использованием проводных или беспроводных технологий связи в любой комбинации. Это позволяет создавать диагностическую последовательность, удалять, изменять ее или при необходимости использовать повторно.

Изобретение относится к системам контроля или управления промышленными процессами, в которых полевые устройства используются для контроля и управления промышленным процессом. Технический результат заключается в повышении надежности и сокращении времени простоя оборудования. Технологическое устройство (12) диагностики для использования в промышленном процессе содержит датчик технологического параметра или элемент (22) контроллера, который выполнен с возможностью восприятия (считывания) или управления технологическим параметром технологической текучей среды промышленного процесса. Схема (62) подсоединена к датчику технологического параметра или элементу (22) управления и выполнена с возможностью измерения или управления технологическим параметром промышленного процесса. Адаптер (30) беспроводной связи включает в себя схему беспроводной связи, выполненную с возможностью осуществления связи в промышленном процессе. Схема беспроводной связи дополнительно выполнена с возможностью приема технологического сигнала от другого технологического устройства. Схема диагностики выполнена с возможностью проведения диагностики выполнения промышленного процесса в зависимости от считанного технологического параметра и принятого технологического сигнала. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство диагностики для использования в промышленном процессе, содержащее:
технологическое устройство, выполненное с возможностью включения в промышленный процесс, содержащее:
технологический интерфейсный элемент, выполненный с возможностью восприятия и управления технологическим параметром промышленного процесса;
схему, подсоединенную к технологическому интерфейсному элементу и выполненную с возможностью выдачи локального технологического сигнала;
беспроводной адаптер, подсоединенный непосредственно к технологическому устройству и содержащий:
схему беспроводной связи, выполненную с возможностью приема удаленного технологического сигнала от другого технологического устройства через беспроводную сеть; и
схему диагностики, выполненную с возможностью проведения диагностики выполнения промышленного процесса в зависимости от принятого удаленного технологического сигнала и локального технологического сигнала.

2. Устройство по п. 1, в котором технологический интерфейсный элемент представляет собой датчик технологического параметра, и локальный технологический сигнал содержит считанный технологический параметр.

3. Устройство по п. 1, в котором технологический интерфейсный элемент представляет собой элемент управления, и локальный технологический сигнал имеет отношение к рабочей точке.

4. Устройство по п. 1, в котором схема беспроводной связи работает в соответствии с сотовой сетью.

5. Устройство по п. 1, в котором схема диагностики осуществляет выполнение правила.

6. Устройство по п. 1, в котором схема диагностики выдает выходной сигнал на основании результата диагностики, который передается в центральный пункт.

7. Устройство по п. 6, в котором связь осуществляется по линии беспроводной связи.

8. Устройство по п. 6, в котором связь осуществляется по двухпроводному технологическому контуру управления.

9. Устройство по п. 1, в котором беспроводный адаптер включает в себя схему, выполненную с возможностью осуществления связи со схемой технологического устройства.

10. Устройство по п. 9, в котором связь со схемой технологического устройства осуществляется в соответствии с протоколом цифровой связи.

11. Устройство по п. 1, в котором беспроводный адаптер выполнен с возможностью подсоединения к выводам технологического устройства, которые подключают к двухпроводному технологическому контуру управления.

12. Устройство по п. 1, в котором схема диагностики выполнена с возможностью определения дающего утечку клапана.

13. Устройство по п. 1, в котором схема диагностики выполнена с возможностью определения дающего утечку резервуара.

14. Способ выполнения диагностики в промышленном процессе, включающий в себя восприятие и управление технологическим параметром промышленного процесса посредством технологического устройства и, тем самым, выдачу локального технологического сигнала;
подсоединение беспроводного адаптера непосредственно к технологическому устройству;
прием удаленного технологического сигнала от другого технологического устройства посредством схемы беспроводной связи беспроводного адаптера через беспроводную сеть;
осуществление диагностики выполнения промышленного процесса в беспроводном адаптере на основании принятого удаленного технологического сигнала и локального технологического сигнала.

15. Способ по п. 14, включающий в себя осуществление функционирования схемы беспроводной связи в соответствии с сотовой сетью.

16. Способ по п. 14, в котором осуществление диагностики включает в себя выполнение правила.

17. Способ по п. 14, включающий в себя выдачу выходного сигнала на основании результата диагностики, который передается в центральный пункт.

18. Способ по п. 17, в котором связь осуществляется по линии беспроводной связи.

19. Способ по п. 17, в котором связь осуществляется по двухпроводному технологическому контуру управления.

20. Способ по п. 14, включающий в себя подсоединение к выводам технологического устройства, которые подключают к двухпроводному технологическому контуру управления.

21. Способ по п. 14, в котором осуществление диагностики включает в себя определение дающего утечку клапана.

22. Способ по п. 14, в котором осуществление диагностики включает в себя определение дающего утечку резервуара.