БЕСПРОВОДНОЙ ШЛЮЗ СВЯЗИ ПРОЦЕССА С ПОДДЕРЖКОЙ NFC
WIRELESS COMMUNICATION GATEWAY WITH NFC SUPPORT

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Любое число полевых устройств может быть использовано в установке процесса, чтобы осуществлять мониторинг одного или более протекающих процессов. Например, измерители потока могут осуществлять мониторинг скорости потока через установку, тогда как датчики давления и температуры могут обеспечивать важную информацию о давлении и температуре касательно жидкостей процесса в разных точках установки. Другие полевые устройства могут представлять отчет по другим переменным процесса или данные от датчиков для оператора, чтобы осуществлять мониторинг протекающего процесса. Некоторые примеры установок процесса включают в себя нефтяные, фармацевтические, химические, суспензионные и другие жидкостные установки обработки. В таких установках, сеть управления процессом и измерения может включать в себя десятки или даже сотни разнообразных полевых устройств, которые периодически требуют обслуживания, чтобы гарантировать то, что такие устройства функционируют правильно и/или откалиброваны.
[0002] Некоторые установки процесса могут работать по беспроводной сети. Это может предоставлять преимущества во время установки и администрирования установки, поскольку полевые устройства, и компоненты установки, не требуют раздельных сетевых соединений, чтобы осуществлять доступ к сети.
[0003] Когда новое беспроводное полевое устройство устанавливается в среде процесса, оно должно быть добавлено в сеть через процесс присоединения. В некоторых ситуациях, безопасность гарантируется посредством использования механизма симметричного ключа присоединения. Корректный ключ присоединения должен быть загружен в полевое устройство, так что беспроводное полевое устройство принимается другими полевыми устройствами и шлюзом. Ключ присоединения должен быть запрошен из беспроводной сети, загружен в полевое устройство безопасным образом, так чтобы другое беспроводное устройство в рамках диапазона не могло принять и возможно неправильно использовать ключ присоединения. Несмотря на то, что ключи присоединения могут быть загружены вручную в каждое новое полевое устройство, загрузка вручную может быть затратной по времени и подверженной ошибкам.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Предоставляется способ для соединения полевого устройства с беспроводной сетью связи процесса. Способ содержит этап, на котором помещают беспроводное полевое устройство в непосредственной близости от беспроводного шлюза. Способ также содержит этап, на котором создают соединение между приемопередатчиком NFC, ассоциированным с беспроводным шлюзом, и меткой NFC, ассоциированной с беспроводным полевым устройством. Способ также содержит этап, на котором генерируют связь ближнего поля между беспроводным шлюзом и полевым устройством, чтобы осуществлять обмен информацией доступа беспроводного полевого устройства. Способ также содержит этап, на котором используют информацию доступа беспроводного полевого устройства, чтобы позволить беспроводному полевому устройству осуществлять связь через беспроводную сеть связи процесса. Также предоставляется способ для конфигурирования беспроводного адаптера связи процесса на беспроводном шлюзе, используя связь NFC и затем позже сопряжения сконфигурированного беспроводного адаптера связи процесса с полевым устройством.
[0005] Эти и разнообразные другие признаки и преимущества, которые отличают заявленные варианты осуществления, станут очевидны после прочтения нижеследующего подробного описания и после просмотра ассоциированных чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0006] Фиг. 1 иллюстрирует примерную среду управления процессом, в которой могут быть полезными варианты осуществления настоящего изобретения.
[0007] Фиг. 2 иллюстрирует структурную схему примерной среды управления процессом, в которой могут быть полезными варианты осуществления настоящего изобретения.
[0008] Фиг. 3 иллюстрирует примерный контроллер процесса в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0009] Фиг. 4 иллюстрирует примерный беспроводной шлюз в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0010] Фиг. 5 является блок-схемой способа конфигурирования беспроводного адаптера связи процесса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0011] Фиг. 1 иллюстрирует примерную среду управления процессом, в которой могут быть полезными варианты осуществления настоящего изобретения. Система 10 управления/мониторинга процесса, иллюстрируемая на Фиг. 1, содержит хост-компьютер 12, сеть 14, беспроводную сеть 16, мобильное устройство 30 конфигурации, и сетевой компьютер 32. В одном примерном варианте осуществления, сеть 14 является высокоскоростной сетью. В одном варианте осуществления, беспроводная сеть 16 включает в себя шлюз 18 и множество беспроводных полевых устройств, или узлов, 20a-20i. Тем не менее, в другом варианте осуществления, по меньшей мере, некоторые из полевых устройств 20a-20i могут быть проводным образом соединены с, по меньшей мере, частью сети 14.
[0012] Шлюз 18, в одном варианте осуществления, взаимодействует как с беспроводной сетью 16, так и хост-компьютером 12 через высокоскоростную сеть 14. В одном варианте осуществления, беспроводная сеть 16 является беспроводной ячеистой сетью. Сообщения могут быть переданы от хост-компьютера 12 шлюзу 18 через сеть 14, и затем, в одном варианте осуществления, передаются выбранному узлу сети 16 через один из нескольких разных путей. Сходным образом, маршрутизация сообщений, происходящих от индивидуальных узлов сети 16, осуществляется через сеть 16, в одном варианте осуществления, от узла к узлу через один из нескольких путей до тех пор, пока они не пребывают к шлюзу 18, и затем передаются хост-компьютеру 12 через сеть 14. Тем не менее, в другом варианте осуществления, полевые устройства 20a-20i выполнены с возможностью осуществления связи непосредственно со шлюзом 18, или непосредственно с либо хост-компьютером 12, либо сетевым компьютером 32.
[0013] Хост-компьютер 12, в одном варианте осуществления, является хостом распределенной системы управления, с работающими прикладными программами, чтобы способствовать отправке информации полевым устройствам 20a-20i, как впрочем и анализу данных, содержащихся в сообщения, принимаемых от полевых устройств 20a-20i. Хост-компьютер 12 может использовать, например средство администрирования устройств AMS™ в качестве прикладной программы, чтобы позволять пользователям осуществлять мониторинг и взаимодействовать с полевыми устройствами 20a-20i.
[0014] Шлюз 18 может осуществлять связь с хост-компьютером 12 через сеть 14, используя некоторое число разных протоколов связи. Например, в одном варианте осуществления, сеть 14 содержит проводную сеть, такую как двухпроводная линия связи RS485. В одном варианте осуществления, шлюз 18 осуществляет связь с хост-компьютером 12, используя Протокол MODBUS. Тем не менее, могут быть использованы другие подходящие протоколы связи, чтобы способствовать осуществлению связи между шлюзом 18 и хост-компьютером 12, например, Ethernet, OPC, EtherNet/IP, или HART IP.
[0015] Шлюз 18 также служит в качестве web-сервера (или может иметь ассоциированный web-сервер), чтобы позволить пользователям сети 14 осуществлять доступ к полевым устройствам 20a-20i беспроводной сети 16 и обрабатывать данные, принятые от полевых устройств 20a-20i. Web-сервер позволяет шлюзу 18 быть сконфигурированным, используя компьютер со стандартным web-браузером и безопасное соединение Ethernet с сетью 14. Конфигурируемые пользователем страницы мониторинга, генерируемые шлюзом 18, позволяют группировать измеренные значения от полевых устройств 20a-20i и легко просматривать в web-интерфейсе. Web-страница, сгенерированная шлюзом 18, может быть просмотрена посредством осуществления доступа к сети 14 через хост-компьютер 12, или другой компьютер или сетевое устройство (такое как компьютер 32), соединенное с сетью 14. Примером подходящего устройства, чтобы выполнять функции шлюза 18, является беспроводной шлюз Rosemount 1420 от Rosemount, Inc. В других вариантах осуществления, информация может быть предоставлена через GUI в других форматах, без необходимости в web-браузере и web-сервере. Например, в одном варианте осуществления информация предоставляется на внешнем дисплее, ассоциированном с хост-компьютером 12. В другом варианте осуществления, информация отображается в интерфейсе пользователя переносного полевого инструмента обслуживания, например, инструмента 200, описываемого ниже.
[0016] Беспроводная сеть 16 предпочтительно является маломощной сетью, в которой многие из узлов питаются посредством долговечных батарей или маломощными источниками энергии с низкой отдачей энергии. Связь через беспроводную сеть 16 может быть предоставлена, в одном варианте осуществления, в соответствии с конфигурацией ячеистой сети, в которой сообщения передаются от узла к узлу через сеть 16. В другом варианте осуществления, связь через беспроводную сеть 16 может включать непосредственную связь от полевого устройства с его предназначенным получателем, например, шлюзом 18 или хост-компьютером 12. Тем не менее, использование конфигурации ячеистой сети может допускать использование маломощных RF радиостанций, при этом позволяя сети 16 проходить значительную физическую зону, чтобы доставлять сообщения от одного конца сети к другому.
[0017] В проводной системе управления/мониторинга, взаимодействие между хост-компьютером и полевыми устройствами происходит используя хорошо известные сообщения управления, распространяемые через протокол связи системы управления, такой как HART, FOUNDATION™ Fieldbus, Profibus, или другой подходящий протокол. Полевые устройства, выполненные с возможностью использования как в проводных, так и беспроводных системах, могут использовать сообщения управления в соответствии с одним из известных протоколов сообщения управления. В некоторых случаях, беспроводные полевые устройства 20a-20i, которые являются частью беспроводной сети 16, могут не иметь возможности непосредственного обмена этими хорошо известными сообщениями управления с хост-компьютером 12, так как беспроводная связь через сеть 16 происходит в соответствии с беспроводным протоколом, который является общего назначения по природе.
[0018] Фиг. 2 иллюстрирует примерное полевое устройство в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. В одном варианте осуществления, полевое устройство 200 содержит аппаратное обеспечение 220 измерения процесса, чтобы сопрягаться с, и принимать указания от датчиков касательно переменных процесса, от протекающего процесса 222 в среде процесса. Например, указания переменных процесса от датчиков могут содержать информацию касательно температуры жидкости процесса, давления, скорости потока, или другую релевантную информацию от датчиков, касающуюся протекающего процесса. Аппаратное обеспечение 220 измерения процесса может питаться посредством, в одном варианте осуществления, источника 240 питания.
[0019] В одном варианте осуществления, полевое устройство 200 содержит беспроводной адаптер 230, выполненный с возможностью обеспечения полевому устройству 200 осуществления связи с другими устройствами по беспроводной сети 16 связи процесса, используя подходящий беспроводной протокол связи процесса, такой как те, что в соответствии с IEC62591. Беспроводной адаптер 230 может быть первичным механизмом связи для полевого устройства 200 как только полевое устройство 200 соединяется с сетью 16. Беспроводной адаптер 230 может обеспечивать коммуникационное сопряжение, например, между полевым устройством 200 и, например, другим устройством, переносным полевым инструментом обслуживания, через сеть 16.
[0020] В одном варианте осуществления, полевое устройство 200 содержит метку 210 NFC. Метка 210 NFC, в одном варианте осуществления является пассивной меткой NFC. Пассивная метка 210 NFC не имеет ассоциированного источника питания, но выполнена с возможностью извлечения питания из NFC-связанного устройства, через соединение NFC, как описывается в дополнительных подробностях ниже в отношении Фиг. 3 и 4. В другом варианте осуществления, метка 210 NFC является активной меткой NFC, и выполнена с возможностью извлечения питания из источника питания в полевом устройстве 200, такого как источник 240 питания.
[0021] Метка 210 NFC может обеспечивать вторичный механизм связи для полевого устройства 200 например в случае, когда беспроводной адаптер 230 еще не сконфигурирован, или сконфигурирован неправильно.
[0022] Фиг. 3 иллюстрирует примерный способ для взаимодействия с полевым устройством с поддержкой NFC в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Способ 300 может быть полезен, например, чтобы изначально присоединять беспроводное полевое устройство к сети.
[0023] Способ 300 также может быть полезен, в одном варианте осуществления, в качестве безопасного механизма верификации для обеспечения доступа к полевому устройству по беспроводной сети связи процесса.
[0024] В блоке 310, полевое устройство помещается в непосредственной близости NFC от беспроводного шлюза с активным приемопередатчиком NFC. В одном варианте осуществления, близость определяется как максимальное расстояние, на котором сигнал NFC может быть принят, например, как указывается в блоке 310.
[0025] В блоке 320, метка NFC, ассоциированная с беспроводным полевым устройством, обнаруживается посредством приемопередатчика NFC в беспроводном шлюзе. Обнаруженная метка NFC может быть активной меткой 322 NFC или, в другом варианте осуществления, пассивной меткой 324 NFC.
[0026] В блоке 330, полевое устройство присоединяется к сети. В одном варианте осуществления, приемопередатчик NFC, ассоциированный с переносным полевым инструментом обслуживания, коммуникационно сопрягается с меткой NFC, ассоциированной с полевым устройством. В одном варианте осуществления, сопряжение NFC выполнено с возможностью присоединения полевого устройства к сети, например, посредством переноса сетевого ключа полевому устройству, и переноса идентификации полевого устройства сети. В одном варианте осуществления, сопряжение NFC автоматически извлекает и переносит ключ присоединения к сети в полевое устройство, устраняя необходимость симметричного процесса присоединения, при этом сохраняя безопасность системы. В одном варианте осуществления, ключ присоединения содержит ключ доступа к сети, который, когда конфигурируется, позволяет полевому устройству осуществлять доступ к сети. В одном варианте осуществления, ключ присоединения также содержит идентификатор сети. Ввод в эксплуатацию полевого устройства может включать в себя предоставление ключа присоединения полевому устройству, и указание беспроводному шлюзу того, что полевое устройство сконфигурировано для присоединения к сети.
[0027] Фиг. 4 иллюстрирует примерный беспроводной шлюз в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Беспроводной шлюз 400 может, в одном варианте осуществления, функционировать сходно со шлюзом 18, описанным выше в отношении Фиг. 1. Беспроводной шлюз 400, в одном варианте осуществления, содержит беспроводной модуль 410 протокола связи процесса, выполненный с возможностью, например, осуществления связи с любым из полевых устройств 20a-20i в соответствии с беспроводным протоколом связи процесса, таким как IEC 62591. В некоторых вариантах осуществления, беспроводной модуль связи процесса может включать в себя дополнительные компоненты или схему, чтобы осуществлять связь в соответствии с дополнительными беспроводными протоколами связи, такими как Bluetooth 401, Wi-Fi 404, сотовый 408, SAR 412 и/или другая подходящая беспроводная технология связи. Беспроводной шлюз 400 также может содержать приемопередатчик 430 NFC, например, выполненный с возможностью обнаружения полевого устройства 200. В одном варианте осуществления, беспроводной шлюз 400 содержит интерфейс 440 пользователя с дисплеем 442 и механизмом 444 ввода. В одном варианте осуществления, механизм 444 ввода содержит набор клавиш. Интерфейс 440 пользователя может быть выполнен с возможностью, в одном варианте осуществления, приема ввода пользователя через механизм 444 ввода, и отображения указания, например, через дисплей 442.
[0028] Беспроводной шлюз 400 также может содержать контроллер 420, выполненный с возможностью, например, выполнения, по меньшей мере, некоторых из этапов способа 300, который обсуждался выше. Например, контроллер 420 может, по обнаружению приемопередатчиком 430 NFC полевого устройства 200, подтверждать, что обнаруженное полевое устройство 200 должно иметь доступ к сети среды процесса и, используя беспроводной модуль 410 протокола связи, извлекать ключ присоединения из сети, и предоставлять ключ присоединения полевому устройству 200 через приемопередатчик 430 NFC. В одном варианте осуществления, контроллер 420 извлекает и предоставляет ключ присоединения автоматически. В одном варианте осуществления, в дополнение к предоставлению ключа присоединения, контроллер 420 может предоставлять информацию сети. Например, в одном варианте осуществления, контроллер 420 предоставляет беспроводному устройству ID Сети для того, чтобы он был добавлен в «белый список» устройств, разрешенных в сети.
[0029] Дополнительно, в одном варианте осуществления, использование технологии NFC обеспечивает безопасное соединение каждого из множества полевых устройств с сетью, без необходимости в более сложном процессе присоединения, включающем записываемые или вводимые ключи присоединения. В одном варианте осуществления, безопасное соединение содержит полевое устройство 200 на непосредственной линии прямой видимости шлюза 400. В одном варианте осуществления, безопасное соединение содержит полевое устройство 200 в непосредственной близости от шлюза 400. В одном варианте осуществления, безопасное соединение содержит полевое устройство 200 на непосредственной линии прямой видимости и в непосредственной близости от шлюза 400. Безопасное соединение, в одном варианте осуществления, позволяет полевому устройству 200 присоединяться к сети без получения ключа присоединения от другого устройства.
[0030] В одном варианте осуществления, способ 300 позволяет оператору с переносным полевым инструментом обслуживания соединять полевое устройство с сетью посредством приемопередатчика NFC в переносном полевом инструменте обслуживания переносящего, например, сгенерированный сетью ключ присоединения, к полевому устройству, или, например, информацию полевого устройства в сеть. В одном варианте осуществления, приемопередатчик 430 NFC выполнен с возможностью переноса информации присоединения автоматически по обнаружению метки NFC, например метки 210 NFC, ассоциированной с полевым устройством 200. В, по меньшей мере, одном варианте осуществления, приемопередатчик 430 NFC выполнен с возможностью сопряжения, и предоставления питания метки NFC в полевом устройстве, например, метка 210 NFC.
[0031] В другом варианте осуществления, соединение NFC выполнено с возможностью предоставления информации входа в систему от переносного полевого инструмента обслуживания полевому устройству для того, чтобы обеспечивать доступ посредством переносного полевого инструмента обслуживания. Доступ может быть необходим, например, чтобы выполнять диагностику полевого устройства. В другом варианте осуществления, соединение NFC выполнено с возможностью приема сигналов от полевого устройства, указывающих измерения переменных процесса, принятых полевым устройством.
[0032] Возвращаясь к Фиг. 2, в одном варианте осуществления, полевое устройство 200 сначала устанавливается в качестве проводного полевого устройства без беспроводного адаптера 230. По мере улучшения технологии, полевое устройство 200 может извлечь выгоду из установки-модернизации беспроводного адаптера 230, чтобы вводить новые возможности беспроводной связи. В одном варианте осуществления, беспроводной адаптер 230 является модернизирующим для установки в ранее установленное полевое устройство 200. Такая модернизация может обеспечивать повышенное коммуникационное сопряжение между полевым устройством 200 и сетью, например, беспроводную связь. Например, беспроводной адаптер 230 может быть выполнен с возможностью коммуникационного сопряжения полевого устройства 200 с сетью, используя, например, любое из NFC, RF, IEEE 802.11b, или другой подходящий беспроводной протокол связи. В одном варианте осуществления, беспроводной адаптер 230 может быть выполнен с возможностью сопряжения с существующей электроникой в полевом устройстве 200.
[0033] В одном варианте осуществления, беспроводной адаптер 230 является предварительно сконфигурированным, например, используя технологию NFC, перед установкой в предварительно существующее полевое устройство 200. Возможность предварительно конфигурировать беспроводной адаптер перед установкой позволяет модернизированному полевому устройству 200 соединяться с сетью как только беспроводной адаптер установлен, не требуя дополнительного процесса присоединения в поле.
[0034] Беспроводной адаптер 230 может, в одном варианте осуществления, быть сконструирован, как описано в Патенте США 8,929,948, выполненным с возможностью соединения с, вместо установки в, полевым устройством 200.
[0035] Фиг. 5 является блок-схемой способа конфигурирования беспроводного адаптера связи процесса в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Способ 500 начинается в блоке 502, где беспроводной адаптер связи процесса, такой как адаптер 230, помещается в диапазон NFC беспроводного шлюза, такого как шлюз 400. Приемопередатчик NFC в беспроводном адаптере связи процесса, который может быть пассивным или активным, взаимодействует с приемопередатчиком NFC шлюза и осуществляет обмен достаточной информацией, чтобы позволить беспроводному адаптеру связи процесса осуществлять связь по беспроводной сети связи процесса, как указано в блоке 504. Такая информация может включать в себя предоставление ключа присоединения, обновление списка управления доступом, и т.д. Далее, в блоке 506, беспроводной адаптер связи процесса физически сопрягается с полевым устройством, таким как полевое устройство 200. Полевое устройство будет, как правило, связано в проводным контуром или сегментом связи процесса, так что беспроводной адаптер связи процесса предоставляет проводному полевому устройству возможность осуществления связи беспроводным образом через беспроводной контур или сегмент связи процесса сконфигурированный в блоке 504. В блоке 508, с помощью беспроводного адаптера связи процесса, связанного с ним, полевое устройство осуществляет связь через беспроводную сеть связи процесса, сконфигурированную в блоке 504.