СПОСОБ ВЫБОРА ПОСТАВЩИКА УСЛУГИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ НА ПОЛЕВОМ УСТРОЙСТВЕ
METHOD TO SELECT DATA TRANSFER SERVICE PROVIDER IN FIELD DEVICE

Предпосылки изобретения
В промышленных установках используются системы управления для мониторинга и контроля материалов, используемых в промышленных и химических процессах и пр. Обычно, система управления осуществляет эти функции с использованием полевых устройств, размещенных в ключевых местах промышленного процесса и подключенных с возможностью взаимодействия к схеме управления посредством контура управления процессом.
Некоторые полевые устройства включают в себя различное аналитическое оборудование, датчики давления, термисторы, термопары, тензодатчики и пр. Обычно, каждое полевое устройство также включает в себя схему связи, которая используется для связи с диспетчерским пунктом процесса, или иной схемой, посредством контура управления процессом. В некоторых конфигурациях контур управления процессом также используется для подачи регулируемого тока и/или напряжения на полевое устройство для обеспечения питания полевого устройства. Контур управления процессом также служит для передачи данных в аналоговом или цифровом формате.
Традиционно, аналоговые полевые устройства подключаются к диспетчерскому пункту двухпроводными контурами тока для управления процессом, причем каждое устройство подключено к диспетчерскому пункту отдельным двухпроводным контуром управления. Обычно, между двумя проводами поддерживается разность потенциалов в диапазоне напряжений 12-45 вольт для аналогового режима и 9-50 вольт для цифрового режима. Некоторые аналоговые полевые устройства передают сигнал на диспетчерский пункт путем модуляции тока текущего по контуру тока пропорционально измеренному параметру процесса. Другие аналоговые полевые устройства могут действовать под управлением диспетчерского пункта за счет регулировки силы тока в контуре. Дополнительно или альтернативно, контур управления процессом может передавать цифровые сигналы, используемые для связи с полевыми устройствами. Цифровая связь обеспечивает значительно большую эффективность связи, чем аналоговая связь. Полевые устройства, осуществляющие цифровую связь, могут избирательно связываться с диспетчерским пунктом и/или другими полевыми устройствами и реагировать на них. Кроме того, такие устройства могут обеспечивать дополнительную сигнализацию, например диагностику и/или предупредительные сигналы.
В некоторых установках начали использовать беспроводные технологии для связи с полевыми устройствами. Хотя многие подобные беспроводные технологии, в целом, были разработаны для обеспечения недорогой передачи данных, такие технологии не были адаптированы для высоконадежной передачи данных. Напротив, полевые устройства иногда выдают критическую информацию, необходимую для эффективного управления или мониторинга данного процесса. В отсутствие эффективной передачи информации процесса процесс может деградировать сам по себе, или для его обслуживания может потребоваться полная остановка.
Сущность изобретения
Предусмотрены способ и устройство, позволяющие эксплуатационному устройству выбирать поставщиков услуги передачи данных из совокупности доступных поставщиков услуги передачи данных. Предпочтительно, способ включает в себя периодическое или избирательное оценивание интенсивности и эффективности передачи данных, обеспечиваемой одним или несколькими альтернативными поставщиками услуги передачи данных. Поставщик услуги передачи данных, имеющий наиболее сильный сигнал и/или наиболее эффективную передачу данных выбирается для использования полевым устройством. Предпочтительно, полевое устройство регистрирует события, когда оно переключается между поставщиками услуги передачи данных.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схема иллюстративного полевого устройства, для которого особенно полезен беспроводной блок питания и связи, соответствующий настоящему изобретению.
Фиг.2 - блок-схема полевого устройства, показанного на фиг.1.
Фиг.3 - блок-схема полевого устройства, включающего в себя схему беспроводной связи для связи с удаленным устройством, например дисплеем или переносным блоком.
Фиг.4 - схема способа выбора поставщика услуги передачи данных, осуществляемого на полевом устройстве, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5 - схема полевого устройства, в котором осуществляется способ, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 - схема полевого устройства, имеющего возможность передавать данные с помощью нескольких доступных поставщиков, согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание
На фиг.1 и 2 показаны схема и блок-схема иллюстративного полевого устройства, в котором варианты осуществления настоящего изобретения особенно полезны. Система 10 контроля или мониторинга включает в себя диспетчерский пункт или систему управления 12, которая связана с одним или несколькими полевыми устройствами 14 посредством двухпроводного контура 16 управления процессом. Примеры контуров 16 управления процессом включают в себя аналоговую связь 4-20 мА, смешанные протоколы, которые включают в себя как аналоговую, так и цифровую связь, например, стандарт Highway Addressable Remote Transducer (HART), а также полностью цифровые протоколы, например стандарт Fieldbus от FOUNDATION™. В общем случае протоколы контура управления процессом предусматривают как питание полевого устройства, так и обеспечение связи между полевым устройством и другими устройствами.
В этом примере полевое устройство 14 включает в себя схему 18, подключенную к исполнительному механизму/датчику 20 и контуру 16 управления процессом через соединительный щиток 21 в корпусе 23. Полевое устройство 14 показано как генератор параметров процесса (PV) в том смысле, что оно подключено к процессу и измеряет его параметры, например температуру, давление, pH, расход или уровень технологического флюида, и выдает их значения. Другие примеры полевых устройств включают в себя клапаны, исполнительные механизмы, контроллеры и дисплеи.
В целом, полевые устройства характеризуются своей способностью работать «в полевых условиях», где они могут подвергаться внешним воздействиям, например температуры, влажности и давления. Помимо внешних воздействий эксплуатационным устройствам часто приходится выдерживать влияние коррозионных, опасных и/или даже взрывоопасных газовых сред. Кроме того, такие устройства также должны работать в условиях вибрации и/или электромагнитных помех. Некоторым эксплуатационным устройствам пригодится работать в исключительно огнеопасных или взрывоопасных условиях. В таких случаях полевые устройства могут быть разработаны в полном соответствии с требованиями искробезопасности. Например, полевое устройство может быть разработано в полном соответствии с требованиями искробезопасности, установленными в: APPROVAL STANDARD INTRINSICALLY SAFE APPARATUS AND ASSOCIATED APPARATUS FOR USE IN CLASS I, II AND III, DIVISION 1 HAZARDOUS (CLASSIFIED) LOCATIONS, CLASS NUMBER 3610, опубликованном Factory Mutual Research, октябрь, 1988.
На фиг.3 показана блок-схема беспроводного полевого устройства, для которого варианты осуществления настоящего изобретения особенно полезны. Полевое устройство 34 включает в себя внутренний модуль питания 38, контроллер 35, модуль 32 беспроводной связи и исполнительный механизм/датчик 20. Модуль питания 38 обычно включает в себя батарею, которая запитывает полевое устройство 34 в течение периода времени, пока не потребуется замена батареи. Некоторые полевые устройства включают в себя встроенный солнечный элемент. Питание от источника 38 поступает на контроллер 35, который взаимодействует с исполнительным механизмом/датчиком 20 и модулем 32 беспроводной связи. Модуль 32 беспроводной связи, в свою очередь, взаимодействует с другими устройствами, что обозначено позицией 24, посредством антенны 26.
Полевые устройства только недавно начали пользоваться услугами поставщиков беспроводной связи, например, обеспечивающих сигналы сотовой телефонии; WiFi, например, по стандартам IEEE 802.11B или IEEE 802.11G; или даже Bluetooth. Одна из проблем, возникающих в связи с использованием таких технологий для передачи данных процесса, состоит в том, что при разговоре по сотовому телефону потеря сигнала может привести просто к обрыву соединения. Однако та же потеря сигнала применительно к передаче данных процесса может привести к выходу промышленного процесса из-под контроля. Такая ситуация была бы крайне нежелательна. В обычном программном обеспечении сотового телефона обычно сохраняется "предпочтительный поставщик услуг" при первом включении питания. Этот предпочтительный поставщик услуг не изменяется, пока этот предпочтительный поставщик услуг не станет недоступным для устройства, даже при наличии и доступности значительно более сильного поставщика услуг. Это обычно для поведения большинства сотовых телефонов, которые "привязаны" к конкретному поставщику услуг. Это поведение не только препятствует подключению устройства к сети наиболее сильного поставщика услуг, но также препятствует повторному подключению устройства к наиболее сильному поставщику услуг в случае, когда конкретный поставщик услуг отключается (для обслуживания и пр.). Это имеет смысл применительно к сотовым телефонам, поскольку, если данный пользователь абонировал, например, услуги сотовой сети Sprint, пользователь может не желать пользоваться роумингом и платить за покрытие сети Verizon, даже если сигнал сети Verizon гораздо сильнее сигнала Sprint, пока Sprint обеспечивает сигнал, хотя бы и на границе покрытия.
На фиг.4 показана схема способа выбора поставщика услуги передачи данных, осуществляемого на полевом устройстве согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Способ 100 начинается на блоке 102, обозначенного «начало». После начала выполнения способа модем или приемопередатчик беспроводной связи полевого устройства получает питание, что указано на блоке 104. После включения модема осуществляется регистрация в сети, что указано на блоке 106. Предпочтительно, при регистрации в сети полевое устройство регистрируется в последней известной хорошей сети или в некоторой исходной сети, предписанной изготовителем полевого устройства. На блоке 108 измеряется интенсивность сигнала сети, в которой полевое устройство зарегистрировалось на блоке 106. Если интенсивность сигнала выше выбранного порога, управление переходит от блока 108 к блоку 110, где полевое устройство передает свою информацию параметров процесса. Примеры информации параметров процесса включают в себя любой параметр, например, без ограничения, давления, температуры, уровня и расхода технологических флюидов. После передачи данных полевым устройством на блоке 110 управление переходит к блоку 112, где модем отключается. Затем управление переходит к блоку 114, где выполнение способа заканчивается.
Если на блоке 108 интенсивность сигнала сети, в которой полевое устройство зарегистрировалось на блоке 106, ниже выбранного порога, управление переходит к блоку 116, где полевое устройство запрашивает все доступные сети и интенсивность их сигналов. Доступные сети включают в себя все пригодные сети GSM, включающий в себя те, которые работают на частоте 850 мегагерц; 900 мегагерц; 1800 мегагерц; и 1900 мегагерц; с использованием любого доступного протокола сотовой телефонной передачи данных, например, мобильной системы для мобильной связи (GSM). Другой пример подходящей сотовой телефонной технологии включает в себя множественный доступ с кодовым разделением (CDMA). Кроме того, можно запрашивать других поставщиков беспроводной связи, включая тех, которые применяют такие беспроводные технологии, как стандарты IEEE 802.11b, IEEE 802.11g или Bluetooth. Кроме того, можно пользоваться услугами других поставщиков услуги передачи данных, например, применяющих WiMax (стандарт IEEE 802.16), стандарт IEEE 802.15.4, локальный переносной компьютер или любые другие маршруты передачи данных, включающие в себя локальные сети, глобальные сети, индивидуальные сети, спутниковую связь, местных поставщиков услуг интернета, персональные компьютеры, обычную телефонную сеть (POTS), специализированные беспроводные сети или главную систему данных. По выполнении блока 116 и после запроса всех доступных сетей и определения интенсивности их сигналов блок 118 определяет наличие доступной сети с более сильным сигналом, чем в текущей сети. В данном контексте определение более сильного сигнала может включать в себя простое определение сети с наибольшей амплитудой сигнала. Дополнительно или альтернативно, качество сетевой связи, например, количество отброшенных пакетов и/или помех, можно учитывать для искусственного увеличения или уменьшения измеренной амплитуды сигнала. Если в результате определения на блоке 118 устанавливается отсутствие доступной сети с более сильным сигналом, чем в текущей сети, то управление переходит от блока 118 по линии 120 на блок 110, и способ 100 продолжается, как описано выше. Если же на блоке 118 полевое устройство определяет наличие доступной сети с более сильным сигналом, чем в текущей сети, то управление переходит к блоку 122, где полевое устройство предписывает своему модему или модулю беспроводной связи отключиться от сети, в которой оно зарегистрировалось на блоке 106. На блоке 124 полевое устройство предписывает своему модему подключиться к самой сильной сети, выявленной на блоке 118. Затем управление переходит от блока 124 к блоку 110, где информация процесса полевого устройства передается по вновь подключенной самой сильной сети.
Способ 100 может выполняться всякий раз, когда полевое устройство должно передать информацию процесса. Альтернативно, полевое устройство может выполнять способ 100 с выбранными интервалами времени или после приема соответствующей команды, например, через свой локальный операторский интерфейс или по второму коммуникационному интерфейсу, например, проводному коммуникационному интерфейсу. Каждый раз, когда полевое устройство переключается между поставщиками услуги передачи данных, осуществляется процесс определения наивысшей интенсивности сигнала и переключается на поставщика услуги передачи данных, который имеет наивысшую интенсивность сигнала, оно потребляет энергию. Предпочтительно, полевое устройство регистрирует такие переключения поставщиков услуги передачи данных, а также поддерживает историю своей работы с разными поставщиками услуги передачи данных. Затем, если тестирование сигнала двух поставщиков услуги передачи данных дает примерно одинаковые результаты, полевое устройство может принять решение о выборе поставщика услуги передачи данных на основании, по меньшей мере, частично, истории своего взаимодействия с одним или обоими поставщиками. Соответственно, варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя операцию статистического контроля различных поставщиков услуги передачи данных. Кроме того, статистический контроль может включать в себя информацию контроля, определенную из каждого теста интенсивности сигнала для различных доступных поставщиков услуги передачи данных. Соответственно, статистический контроль можно использовать для развития сетевой преференции в случаях, когда множественные поставщики услуги передачи данных имеют сравнимую интенсивность сигнала.
На фиг.5 показана схема полевого устройства 200, на котором выполняется способ 100, согласно одному иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Показанное полевое устройство 200 включает в себя проводной технологический коммуникационный интерфейс 202 и беспроводной коммуникационный интерфейс 204. Кроме того, беспроводной коммуникационный интерфейс 204 включает в себя модуль 206 WiFi, который может быть адаптирован к связи согласно стандарту IEEE 802.11g, и сотовый приемопередатчик 208 может быть адаптирован к связи согласно известным технологиям сотовой телефонной связи. Хотя показано, что полевое устройство 200 имеет три разных модуля передачи данных, на практике могут быть реализованы варианты осуществления настоящего изобретения даже с единственным модулем (например, модулем сотовой связи) при условии, что множественные поставщики услуги передачи данных доступны для полевого устройства через единственный модуль. Кроме того, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения, можно использовать также больше трех модулей. Контроллер 210 подключен к проводному модулю технологической связи 202 и модулю беспроводной связи 204 и управляет модулями 202 и 204 согласно вышеописанному способу 100. Полевое устройство 200 также предпочтительно включает в себя источник питания 212, например батарею или источник генерации энергии, в том числе фотоэлектрическую солнечную панель. Кроме того, в случаях, когда полевое устройство 200 подключено к контуру 216 технологической связи, который способен полностью питать полевое устройство 200, модуль 212 питания может быть объединен с модулем технологической связи. Предпочтительно, полевое устройство 200 также включает в себя, по меньшей мере, один датчик 214, способный измерять какой-либо необходимый параметр процесса и выдавать электрический сигнал, выражающий этот измеренный параметр, на контроллер 210. Периодически или непрерывно, полевое устройство 200 получает или иначе воспринимает параметр процесса через датчик 214. Затем полевое устройство 200 определяет, через какую сеть передачи данных передавать информацию процесса. В частности, контроллер 210 предписывает модулю 202 технологической связи оценить качество передачи данных по контуру 216 технологической связи. Кроме того, контроллер 210 предписывает модулю 208 сотовой приемопередачи идентифицировать все доступные сотовые телефонные сети и их соответствующие интенсивности сигнала. Кроме того, контроллер 210 предписывает модулю 206 WiFi идентифицировать все доступные беспроводные сети в диапазоне и их соответствующие интенсивности сигнала. Затем контроллер 210 определяет маршрут технологической связи с наивысшим качеством сигнала и/или пропускной способностью для передачи параметра процесса. Соответственно, поскольку различные сети передачи данных и/или их среды связи подвержены изменениям, контур 216 технологической связи, полевого устройства 200 может, например, динамически регулировать передачу данных с тем, чтобы информацию процесса можно было легко перемаршрутизировать в следующую наилучшую доступную сеть передачи данных. Кроме того, хотя варианты осуществления настоящего изобретения можно использовать для обеспечения связи посредством наилучшего поставщика услуги передачи данных, связь также можно осуществлять через других поставщиков услуги передачи данных. Таким образом, полевое устройство, работающее согласно варианту осуществления настоящего изобретения, может, фактически, активно осуществлять связь посредством многих поставщиков услуги передачи данных одновременно. Кроме того, группа задействованных поставщиков услуги передачи данных может изменяться по мере того, как полевое устройство обнаруживает других, более эффективных, поставщиков услуги передачи данных.
На фиг.6 показана схема полевого устройства, имеющего возможность передавать данные с помощью нескольких доступных поставщиков, согласно варианту осуществления настоящего изобретения. На фиг.6 показано полевое устройство 200, осуществляющее связь с использованием беспроводных технологий, включая сотовую, WiFi и Bluetooth. Эти виды связи можно осуществлять одновременно или избирательно в зависимости от того, какой поставщик услуги передачи данных является наиболее эффективным.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалисты в данной области техники могут предложить изменения, касающиеся формы и деталей, но не выходящие за рамки сущности и объема изобретения.